1、气相流体通过塔板间的最小横截面积，即总的塔盘横截面积A减去总的降液管顶部横截面 积 A包括多流程的中央、偏侧、偏中央降液管的横截面积（，也称自由面积。（a） （b）图3.1塔盘布置示意图3.10开孔面积（hole area）, A塔盘上总的开孔的面积，即允许气相流体通过的面积。Ah =筛孔数目 单孔面积3.11鼓泡面积（bubbling area，active area），A用于靠近塔盘平板上气相流动的面积，即总的塔盘横截面积A减去总的降液管截面积、降 液管密封面积（不安装阀件、筛孔的区域），也称活动面积。A= Ar -二 Ad3.12阀缝隙面积（slot area） ，A总的（所有浮阀）垂直
2、开缝面积，即气相离开浮阀时以水平方向流经的面积，AS= NcLh. （N、hv分别为阀数目、阀径、升程）3.13最大阀缝隙面积（open slot area），A当所有浮阀全部开启时的阀缝隙面积。Ao= N顾,mx （式中N d、dmx为阀数目、阀径、最大升程）3.14开孔率（fractional hole area）,对于浮阀塔盘：为阀缝隙面积与鼓泡面积之比，A=AOAb对于筛孔塔盘：为开孔面积与鼓泡面积之比，A=AAb3.15气相流率（vapor flow rate） , CFS在塔内操作条件下气体的实际体积流量。3.16密度（vapor density, liquid density），
3、乙，：:l在塔内操作条件下气体、液体单位体积的质量。3.17气相负荷（vapor load）, Vod 1/2V创=CFS（ 2（二初3.18表观气相流 速（superficial vapor velocity） , svs = VodA （ 式中A为A或A）3.19液相负荷（liquid load） , QLQ= GPM/L式中GP为每分钟流过的加仑，即液相流率；Ler为堰的长度，以英寸表示 液相流经塔盘的通量，单位长度出口堰上的液体体积流率:gal/min/in）。3.20降液管液相负荷（downcomer liquid load）, QQD= GPM/A在降液管顶部入口处，单位截面积上的
4、清液流率:gal/min/ft 2）。3.21液泛（flood in g）在塔内部液相超限地积累。3.21.1 喷雾挟带液泛（spray en trai nment floodi ng）液相流率很小，塔盘操作在喷雾状态，即塔盘上大部分液体呈液滴形式。当气相流速上升 时，这些液滴大都被挟带到上一层塔盘，积累在上一层塔盘而不是流到下一层塔盘3.21.2 雾沫挟带液泛（froth en trai nment flood in g）液相流率很大，液相以泡沫形式分散在塔盘上，当气相流速上升时，泡沫高度增加。当塔 盘间距较小时，气液两相的泡沫趋近于上一层塔盘，随着这一表层接近上一层塔盘，挟带则迅 速增加，
5、引起在上一层塔盘液相积累。3.21.3降液管返混液泛（dow ncomer backup floodi ng）由于塔盘压降、塔盘上泡沫层高度、降液管入口处摩擦阻力等原因，充气的液体返回流进 降液管内。当液相流率增大时，所有这些因素也随着加强，当气相流率增大时，塔盘压降也随 着增大。当充气液体返流回降液管内超过塔盘间距时，液相就会积累在上一层塔盘，引起降液 管返混液泛。3.21.4降液管阻塞液 泛（dow ncomer choke floodi ng）当液相流率增大时，降液管中充气液体的流速也增大。超过一定极限后，降液管里和入口 处的摩擦阻力就变得过大，混合的泡沫液相不能由此输送到下一层塔盘，则
6、在上一层塔盘引起 液相的积累。3.22径比（diameter ratio）塔径与填料直径之比。3.23填料类型（packi ng type）填料可以分为乱堆填料、规整填料和高效填料，其中每种填料里又依据其形状不同，而分 为各种型式填料，详见表3.23-1, 3.23-2, 3.23-3o3.24最小润湿率（minimum wetted rate）当填料充分润湿所需最小喷淋量时，单位填料体积的表面积上液体流量。3.25持液量（liquid holdup）填料塔操作时在填料空隙中及填料表面上所积存的液体总量。表3.23-1乱堆填料（random packing：以乱堆的方式进行装填。环形填料鞍形填
7、料其它填料拉西环倍尔（弧）鞍球形Raschi ng RingBerl Saddlel-Ball,TRI勒辛环英特洛克斯（矩）鞍泰勒花环形Less ing RingIn talox SaddleTeller Rosett十字隔环Cross-Patiti on Ring超级矩鞍（Norto n） Super In talox Saddle多角螺旋形螺旋环Spiral Ri ng改进矩鞍（Glitsch）Ballast Saddle鲍尔（开孔）环Pall （Slotted）Ri ng改进矩鞍（Koch）Flexi Saddle哈埃派克（Norto n）Hy-Pak改进矩鞍（Hydro nyl） Hy
8、dronyl半环（Leva公司） Levapak,Chempak金属环矩鞍（Norto n）IMTP阶梯环（传质公司）Cascade Ring表3.232规整填料（structured packing）:排列整齐。绕卷型水平波纹板型垂直波纹板型格栅型其它形式古德洛帕纳帕克苏尔寿格里奇斯特曼GoodloePanapakSulzerGlitschStedma n海泊菲尔斯普雷帕克墨拉帕克钻石压延HyperfilSpraypakMellapakDiam ondExpanded新克洛斯坎农凯雷帕克网孔脉冲New-KlossCannonKerapakPerform（PFG）Impulse表3.233高效
9、填料（effective packing）：有较大的比表面积和自由空间。丝网薄金属片金属丝弹簧形丝网Fen ske坎农Ca nnon方形弹簧Heli-pak麦克马洪丝网McMahon狄克松环Dixo n3.26干填料因子（pack ing factor）表征填料流体力学特性的数群，a/ 3。其中a为填料的比表面积，以rr/m3表示；为湿填料的空隙率，以表示。3.27载点（load ing point）在逆流操作的填料塔内，压降随着气相流速的上升而显著变化，表明塔内持液量不断增大 的过程转折点。有时这一变化规律在局部上看不到一个点，而是一个曲率渐变的曲线。其压 降气相流速变化曲线，由二次幕的关系
10、渐变为三次幕的关系。3.28 泛点（floodi ng poi nt）在逆流操作的填料塔内，压降突然直线上升，表明塔内已发生液泛现象的过程转折点，或 在不影响精馏效率前提下的最大操作负荷。3.29 漏液（泪）点（weepi ng poi nt）上升气速增大到使液体不从筛孔泄漏的操作点。3.30单位制本手册在未加特意注明的情况下，各参数以SI单位制为基准。3.31参考文献Glitsch,lnc,Ballast Tray Design Manual,Bulletin No.4900,3rd Ed. Fractionation Research In c.SIEVE TRAY DESIGNErn e
11、st E. Ludwig, Applied Process Desig n for Chemical and Petrochemical Pla nts兰州石油机械研究所现代塔器技术” （1984）化学工业出版社化学工程手册气液传质设备”,（1979）中国石化出版社现代填料塔技术指南”1998）4浮阀/筛孔板式塔盘的设计4.1设计原则为满足塔盘水力学性能要求，设计计算时可参考以下几何参数：4.1.1出口堰长度应大于塔径的一半。4.1.2堰上的液流高度应大于6mm小于100mm4.1.3堰高一般为25100m,或为板间距的15%, Glitsch取50mm对粘度大的液体取25-75mm对要求压降
12、小的真空减压塔，堰高可降低到12mm；要求液体 在塔盘上有较长停留时间的反应塔，可高达150mm4.1.4降液管下端至受液盘间的距离（降液管底间隙）应大于堰上液流高度的1.5倍。一般情况 下，液流通过该间隙时流速不大于降液管内流速，通常间隙不小于25mm4.1.5降液管面积应大于塔截面积的10%。4.1.6筛孔中心距为（2.55）cb,浮阀间距可参考筛孔正三角形排列计算，开孔率一般在415%4.1.7塔盘上气液接触单元的布置区顿发泡区）与堰之间需要有安定过渡区域：距相邻排筛孔距相邻排浮阀溢流堰（外堰或出口堰）前安定区宽度，mm767（100内堰（进口堰）前安定区宽度，mm1275（1004.1
13、.8系统因数（system factor）表征物系的发泡趋势，取值0.151.0。不同模型、计算程序中的选值范围不尽相同，略有出入。4.1.9根据机械安装/检修要求，板间距通常大于460mm但随塔径变化也可取不同值。标准塔径，mm最小板间距，mm450该值且随着塔盘处理能力增大而增加，一直取到极限值：气相密度小于32kg/r1（2 lb/ft 3）时，极限值为1224mm（48；气相密度很高时，极限值1224mm（48；）当气相密度R = 8 kg/m3（5.5 lb/ft 3）时，板间距大于300m的负荷系数为0.27。4.1.10降液管内澄清液层高度（dow ncomer backup）、
14、于板间距的一半。4.1.11干板压降一般小于50m水柱，假如降液管内清液柱高度小于板间距的一半,则可取至 85mm 柱。4.1.12塔盘上液相流动形式（flow paths）取决于液相负荷的范围，单流型（SXF是最常用的；当 塔径较大，或液相负荷较大时，宜采用双流型（DXF）甚至三、四流型（TXF、QXF或阶梯型 （Cascade；在液气比很小时才采用I形流型。液相负荷（m/h）与板型的关系:塔径，mm1形流型单流型双流型阶梯型1000 7 451400 9 702000 11 90901603000 1101102002003004000110230230350500011025025040
15、060002504504.1.13降液管下端出口处液流速度（velocity un der DC） 一般小于0.30.4米/秒，降液管内液 流速度根据物系发泡趋势在0.050.12m/se之间选取，发泡严重物系取小者（降液管内液流速 度=液相负荷/降液管横截面积）。4.1.14液流在降液管内的停留时间（DC reside nee time通常大于4秒，通常对于低发泡及中等发泡物系， 34秒对于较高发泡及严重发泡物系， 57秒4.1.15塔盘上液面梯度（堰上溢流强度）取90mmhr，般在5（130舫帀之间。当液量过小时，可采用齿型堰（n otched weir）；当堰上溢流强度大于810 GPM
16、L时，则应使用凹形受液盘（inlet pot）;当堰上溢流强度大于15 GPM1M，则宜增加溢流程数（Number of flow paths or pass）或增加 堰长（weir lenght）或改为后掠式堰（swept-back weir）。4.1.16阀孔气速太低会导致漏液，塔盘操作下限即漏液气速。最低阀孔动能因子（阀孔气速 （气相密度）应大于56米/秒。对于V-1型浮阀G= 0.0915 V-4型浮阀C= 0.183;当堰高为25m时，V-1型浮阀C= 0.122; V-4型浮阀C= 0.2134.1.17对于新塔设计，建议按设计负荷不大于泛点负荷的82来设计塔径。若要求塔盘能够在
17、设计负荷的110下操作，就要以0.82/1.1 = 0.75的液泛系数（flood factor）做为最大值来设计 塔径。减压真空塔的液泛系数一般小于0.77,雾沫挟带量不大于10%较高的液泛系数可以计 算出较小的塔，但会造成过多的雾沫挟带（e =气相中液滴雾沫量/总的液相量），对于实际操 作，塔径偏小。对于塔径小于900m的塔盘，液泛系数取0.650.75o4.2设计步骤4.2.1塔径初估（1）Smith法归纳了工业塔数据的简化关联，可做为初步估算塔径之用。由Smith初估塔径图中 查得C值（表面张力为20dyn/c时的经验系数），经过系统表面张力修正后,算出塔盘上允许的有 效空塔速度及塔径
18、。（2）有效截面积法的基本出发点是分别估算气相通道及液相通道的横截面积；按总的塔盘横 截面积减去总的降液管截面积计算有效空塔速度，根据液相负荷及分界粘度计算允许液流最大 速度。塔截面积为这两部分截面积之和，以此初估塔径。4.2.2塔盘布置（1）根据塔径及流体负荷量而确定流动形式（溢流程数）。（2）根据塔径、气液相负荷而确定降液管型式，液流在降液管内的停留时间（经计算得出）也 是塔盘设计中重要指标之一。（3）溢流堰起着维持塔盘上液位、使液体均匀分布的作用。a.单溢流型塔盘的堰长可取塔径的0.60.8倍，对于双溢流型的塔盘，堰长可取塔径的0.50.7倍，并尽量使中央降液管面积等于两侧降液管面积之和
19、；b.为保证堰上溢流强度不致过大，堰的高度可适当降低；c.当堰的上边缘各点水平度偏差过大或堰上溢流强度过小时，可采用齿型堰；d.为保证上一层塔盘的液相经过降液管流入的液体能在塔盘上均匀分布，并减少降液管底 部出口处的水平冲击，可设置内堰，堰高必须保证液封；e.当液相流量很大时，设置凹形受液盘应避免压降过大。（4）设置塔盘上其它非鼓泡区域是为了消除泡沫挟带a.外堰前安定区宽度取7旷100mm内堰前安定区宽度取50100mm小塔径中的安定区域 酌减；b.为支撑塔盘及内件，塔壁边缘区宽度一般取50mm大塔径边缘区宽度一般取60mm 上; 4.2.3计算塔盘的操作能力的准则（1）气相负荷泛点率二最小鼓
20、泡面积/鼓泡面积。（2）以可以允许的气速为判据设计塔盘。（3）恒定气液比情况下的泛点率。（4）以漏液点做为气相负荷下限。（5）以雾沫挟带量e 10%A符合设计原则。中央降液管宽度H = WFi Ad/ Dt= 129.9/9 = 13.2英寸其中由下表查得= 12降液管面积比率，宽度系数，WF程数A1AH20.51-1230.340.668.6340.2566.7850.20.45.665.5侧降液管截面积ad= 9.9/2 = 4.95英尺2Ad/At= 4.95/63.62 = 0.0777 继而由附表4查得H/Dt= 0.1315侧降液管宽度H= 0.1315 x D = 0.13151
21、08 = 14.2英寸流程长度FP模数=（WF D - （2 H + H3 + 2 H5 + 2 H）/NP=（12 9-（2 14.2+13.2）/2=33.2英 寸其中NP=2所以H = 0; H= 0。经计算FP模数为32.5或34英寸，取32.5英寸。取整后，H=14.5英寸；H=1获寸。侧降液管（弓形）截面积Ad=扇形面积-三角形面积扇形面积=二 / 360 : : : r =二 / 360 ： ： ： Dt/4其中弧心角= 2 cos- （r - H 1）/r） = 2 cos （1 - H 1/DT）三角形面积=（r - H 1） （r2 - （r - H 1）2）=（DT/2
22、- H 1） （Dt74 - （D t/2 - H 1）#2计算得A1 = 5.09英尺2; 2 Ad=10.1英尺2。中央降液管（双圆缺形）截面积Ab=矩形面积+ 2 弓形面积矩形面积=2 （ r 2 - （H 3/2）2）1/2 Ha= 2 （DT/4 - （H 3/2）2）1/2 Ha弓形面积=扇形面积-三角形面积扇形面积=二 / 360 二 r2 =二 / 360 二 D4其中弧心角二=2 sin -1（H3/2）/r） = 2 sin -1（H/D）2 2 1/2三角形面积=（H3/4） （Dt - Hj当2H/D很小时，A=矩形面积=Dt H3 = 10.5英尺2平均降液管面积Ad= （2D + AD） / 2 = 10.34英尺2鼓泡区面积Ab = At - （2 伽+ Acb + 25 + 2塔0或 Ab = At - 2 A = 63.62-20.68 = 42.94英尺2其中NP=2为双流型塔盘，ad= 0 ； ad= 0。泛点率 = 100 （V
