气液传质设备-第八章传质过程导论

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1、11 气液传质设备气液传质设备福州大学化学化工学院福州大学化学化工学院 李李 玲玲TEL：13805023223 Email：10 气液传质设备气液传质设备10.1 板式塔板式塔10.2 填料塔填料塔10.1 板式塔板式塔10.1.1 板式塔的主要类型、结构和特点板式塔的主要类型、结构和特点10.1.1.1 概述概述 板式塔的设计意图板式塔的设计意图 10.1.1.1 概述概述 为有效地实现气液两相之为有效地实现气液两相之间的传质，板式塔应具有以下间的传质，板式塔应具有以下两方面的功能：两方面的功能：在每块塔板上气液两相在每块塔板上气液两相必须保持密切而充分的接触，必须保持密切而充分的接触，为

2、传质过程提供足够大而且不为传质过程提供足够大而且不断更新的相际接触表面，减小断更新的相际接触表面，减小传质阻力；传质阻力；在塔内应尽量使气液两在塔内应尽量使气液两相呈逆流流动，以提供最大的相呈逆流流动，以提供最大的传质推动力。传质推动力。10.1.1.2 常见的塔板形式常见的塔板形式（1）泡罩塔板）泡罩塔板 优点：操作弹性较大，塔优点：操作弹性较大，塔板不易堵塞；板不易堵塞；缺点：是结构复杂、造价缺点：是结构复杂、造价高，板上液层厚，塔板压降大，高，板上液层厚，塔板压降大，生产能力及板效率较低。生产能力及板效率较低。10.1.1.2 常见的塔板形式常见的塔板形式10.1.1.2 常见的塔板形式

3、常见的塔板形式（2）筛孔塔板筛孔塔板 优优点点：结结构构简简单单、造造价价低低，板板上上液液面面落落差差小小，气气体体压压降降低，生产能力大，传质效率高；低，生产能力大，传质效率高；缺点：筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、粘度大的物料。缺点：筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、粘度大的物料。10.1.1.2 常见的塔板形式常见的塔板形式10.1.1.2 常见的塔板形式常见的塔板形式（3）浮阀塔板浮阀塔板 10.1.1.2 常见的塔板形式常见的塔板形式 优点：结构简单、造价优点：结构简单、造价低，生产能力大，操作弹性低，生产能力大，操作弹性大，大，塔板效率较高。塔板效率较高。缺点：处理易结焦、高缺点：处理易结

4、焦、高粘度的物料时，阀片易与塔粘度的物料时，阀片易与塔板粘结；在操作过程中有时板粘结；在操作过程中有时会发生阀片脱落或卡死等现会发生阀片脱落或卡死等现象，使塔板效率和操作弹性象，使塔板效率和操作弹性下降。下降。10.1.1.2 常见的塔板形式常见的塔板形式（4）舌型塔板舌型塔板 优点是：生产能力大，塔板压降低，传质效率较高；优点是：生产能力大，塔板压降低，传质效率较高；缺点是：操作弹性较小，气体喷射作用易使降液管中的缺点是：操作弹性较小，气体喷射作用易使降液管中的液体夹带气泡流到下层塔板，从而降低塔板效率。液体夹带气泡流到下层塔板，从而降低塔板效率。10.1.1.2 常见的塔板形式常见的塔板形

5、式（5）浮舌塔板）浮舌塔板 与舌型塔板相比，浮舌与舌型塔板相比，浮舌塔板的结构特点是其舌片可塔板的结构特点是其舌片可上下浮动。因此，浮舌塔板上下浮动。因此，浮舌塔板兼有浮阀塔板和固定舌型塔兼有浮阀塔板和固定舌型塔板的特点，具有处理能力大、板的特点，具有处理能力大、压降低、操作弹性大等优点，压降低、操作弹性大等优点，特别适宜于热敏性物系的减特别适宜于热敏性物系的减压分离过程。压分离过程。（6）斜孔塔板）斜孔塔板 气气流流不不会会对对喷喷，既既可可得得到到水水平平方方向向较较大大的的气气速速，又又阻阻止止了了液液沫沫夹夹带带，使使板板面面上上液液层层低低而而均均匀匀，气气体体和和液液体体不不断断分

6、分散散和和聚聚集集，其其表表面面不不断断更更新新，气气液液接接触触良良好好，传传质质效效率率提高。提高。斜斜孔孔塔塔板板克克服服了了筛筛孔孔塔塔板板、浮浮阀阀塔塔板板和和舌舌型型塔塔板板的的某某些些缺缺点点。斜斜孔孔塔塔板板的的生生产产能能力力比比浮浮阀阀塔塔板板大大30%左左右右，效效率率与与之之相相当当，且且结结构构简简单单，加加工工制制造造方方便便，是是一一种种性性能能优良的塔板。优良的塔板。10.1.1.2 常见的塔板形式常见的塔板形式10.1.1.2 常见的塔板形式常见的塔板形式（7）穿流筛板塔与穿流栅板塔穿流筛板塔与穿流栅板塔 板板上上开开小小孔孔的的为为穿穿流流筛筛板板，板板上上

7、开开条条形形狭狭缝缝的的为为穿穿流流栅栅板板。板板与与板板之之间间不不设设降降液液管管，液液体体沿沿孔孔或或缝缝的的周周边边向向下下流流动动，气气体体则则在在孔孔或或缝缝的的中中央央向向上上流流动动。气气流流对对液液流流的的阻阻滞滞，使使板板上上保保持持一一定定厚厚度度的的液液层层，让让气气体体鼓鼓泡泡通通过过。板板上上的的泡泡沫沫层层高高度度比比较较小小，因因此此压压力力降降比比较较小小，板板效效率率比比泡泡罩罩板的也低一些。板的也低一些。穿穿流流筛筛板板节节省省了了溢溢流流管管所所占占的的面面积积，于于是是按按整整个个塔塔截截面面设设计计的的通通量量可可增增加加，使使生生产产能能力力提提高

8、高，同同时时结结构构也也简简单单，造造价价低低廉廉。它它的的主主要要缺缺点点使使操操作作受受气气液液流流量量的的制制约约大大，流流动速度变动范围窄，操作弹性在动速度变动范围窄，操作弹性在3以内，常不超过以内，常不超过2。10.1.1.2 常见的塔板形式常见的塔板形式10.1.2 筛板上的气液接触状态筛板上的气液接触状态 当液体流量一定时，随着气速的增加，可以出现四种不当液体流量一定时，随着气速的增加，可以出现四种不同的接触状态：（同的接触状态：（1）鼓泡接触状态）鼓泡接触状态（2）蜂窝状接触状态）蜂窝状接触状态（3）泡沫接触状态）泡沫接触状态（4）喷射接触状态）喷射接触状态 10.1.2 筛板

9、上的气液接触状态筛板上的气液接触状态（1 1）鼓泡接触状态）鼓泡接触状态 液体液体连续相连续相 气体气体分散相分散相 两相接触面积：气泡表面两相接触面积：气泡表面10.1.2 筛板上的气液接触状态筛板上的气液接触状态（2 2）泡沫接触状态）泡沫接触状态 液体液体连续相连续相 气体气体分散相分散相 两相接触面积：两相接触面积：不断更新的液膜表面不断更新的液膜表面10.1.2 筛板上的气液接触状态筛板上的气液接触状态（3）喷射接触状态）喷射接触状态 气体气体连续相连续相 液体液体分散相分散相 两相接触面积：不断两相接触面积：不断更新的液滴表面更新的液滴表面 在工业上实际应用的筛板塔中，两相接触不是

10、泡沫状态在工业上实际应用的筛板塔中，两相接触不是泡沫状态就是喷射状态，很少有采用鼓泡接触状态的。就是喷射状态，很少有采用鼓泡接触状态的。10.1.3 气体通过筛板的阻力损失气体通过筛板的阻力损失 气气体体通通过过塔塔板板的的压压降降（塔塔板板的的总总压压降降）包包括括：塔塔板板的的干干板板阻阻力力（即即板板上上各各部部件件所所造造成成的的局局部部阻阻力力），板板上上充充气气液液层层的静压力及液体的表面张力。的静压力及液体的表面张力。塔塔板板压压降降是是影影响响板板式式塔塔操操作作特特性性的的重重要要因因素素。塔塔板板压压降降增增大大，一一方方面面塔塔板板上上气气液液两两相相的的接接触触时时间间

11、随随之之延延长长，板板效效率率升升高高，完完成成同同样样的的分分离离任任务务所所需需实实际际塔塔板板数数减减少少，设设备备费费降降低低；另另一一方方面面，塔塔釜釜温温度度随随之之升升高高，能能耗耗增增加加，操操作作费费增增大大，若若分分离离热热敏敏性性物物系系时时易易造造成成物物料料的的分分解解或或结结焦焦。因因此此，进进行行塔塔板板设设计计时时，应应综综合合考考虑虑，在在保保证证较较高高效效率率的的前前提提下下，力力求求减小塔板压降，以降低能耗和改善塔的操作。减小塔板压降，以降低能耗和改善塔的操作。10.1.4 板式塔的不正常操作现象板式塔的不正常操作现象 筛筛板板塔塔内内气气液液两两相相的

12、的非非理理想想流流动动包包括括漏漏液液、液液泛泛和和液液沫沫夹带等：夹带等：（1）漏液）漏液 （2）夹带液泛）夹带液泛 （3）溢流液泛）溢流液泛10.1.4 板式塔的不正常操作现象板式塔的不正常操作现象（1 1）漏液）漏液 筛板塔或浮阀塔塔内气体的上升则通过塔板上的开孔筛板塔或浮阀塔塔内气体的上升则通过塔板上的开孔（筛孔或阀孔），操作时由于液层稍有动荡或溅散，会有小（筛孔或阀孔），操作时由于液层稍有动荡或溅散，会有小量液体经孔滴下，这是正常现象，不称为漏液。此处的漏液量液体经孔滴下，这是正常现象，不称为漏液。此处的漏液是指有相当量的液体连续地经由升气孔流到下一层板。特别是指有相当量的液体连续地

13、经由升气孔流到下一层板。特别对筛板塔而言漏液现象是一个重要的问题，它已成为筛板塔对筛板塔而言漏液现象是一个重要的问题，它已成为筛板塔不能推广应用的主要障碍。不能推广应用的主要障碍。只要筛孔中由气体通过，液体就不可能从筛孔落下，因只要筛孔中由气体通过，液体就不可能从筛孔落下，因此，要避免漏液，气体必须分布均匀使每一个筛孔都有气体此，要避免漏液，气体必须分布均匀使每一个筛孔都有气体通过。通过。10.1.4 板式塔的不正常操作现象板式塔的不正常操作现象 随机性漏液。液层波动所造成的液层阻力不均是随机性漏液。液层波动所造成的液层阻力不均是随机的，由此而引起的漏液液是随机的。时而另一部分随机的，由此而引

14、起的漏液液是随机的。时而另一部分筛孔漏液。显然干板阻力筛孔漏液。显然干板阻力hd越大（气速也越大）随机性越大（气速也越大）随机性漏液越少甚至完全消失。反之液层阻力漏液越少甚至完全消失。反之液层阻力hf f 越大即板上液越大即板上液层越厚，其不均匀性越大，随机性漏液越严重。层越厚，其不均匀性越大，随机性漏液越严重。倾向性漏液。因板上液面落差倾向性漏液。因板上液面落差引起。引起。存在总是使存在总是使塔板入口侧的液层厚于塔板出口侧的液层。当干板阻力塔板入口侧的液层厚于塔板出口侧的液层。当干板阻力hd很很小时，小时，会使气流偏向出口侧，而塔板入口侧的筛孔将无气体会使气流偏向出口侧，而塔板入口侧的筛孔将

15、无气体通过而持续漏液。这种漏液称为倾向性漏液。通过而持续漏液。这种漏液称为倾向性漏液。10.1.4 板式塔的不正常操作现象板式塔的不正常操作现象（2）夹带液泛）夹带液泛 当气速增大至某一数值时，液体将充满全塔，并随气体当气速增大至某一数值时，液体将充满全塔，并随气体出塔顶溢出，这种现象称为夹带液泛。塔内出现液泛时的气出塔顶溢出，这种现象称为夹带液泛。塔内出现液泛时的气速称为液泛气速速称为液泛气速uf。为避免出现夹带液泛，设计气速。为避免出现夹带液泛，设计气速u uf，一般液体一般液体u=(0.70.8)uf，易起泡液体，易起泡液体u=(0.50.75)uf。10.1.4 板式塔的不正常操作现象

16、板式塔的不正常操作现象 10.1.4 板式塔的不正常操作现象板式塔的不正常操作现象（3 3）溢流液泛）溢流液泛10.1.5 板效率的各种表示方法及其应用板效率的各种表示方法及其应用 （1）点效率）点效率 式中式中 y 离开塔板上某点的气相组成；离开塔板上某点的气相组成；yn+1进入第进入第n块板的气相组成；块板的气相组成；y*与被考察点液相组成与被考察点液相组成x成平衡的气相组成。成平衡的气相组成。为计算实际板数，必须知道离开同一块实际塔板的两为计算实际板数，必须知道离开同一块实际塔板的两相平均组成的关系。点效率不能满足此要求。相平均组成的关系。点效率不能满足此要求。（2）默弗里板效率）默弗里

17、板效率 10.1.5 板效率的各种表示方法及其应用板效率的各种表示方法及其应用 不仅考虑了塔板上两相之间的接触状况，同时也计入了塔不仅考虑了塔板上两相之间的接触状况，同时也计入了塔板上气液两相的非理想流动，但未考虑塔板间的非理想流板上气液两相的非理想流动，但未考虑塔板间的非理想流动，即液沫夹带和漏夜。动，即液沫夹带和漏夜。EmV、EmL均小于均小于1。10.1.5 板效率的各种表示方法及其应用板效率的各种表示方法及其应用 （3）总板效率）总板效率E式中式中N为理论板数，为理论板数，Ne为实际板数，总板效率的经验数值为实际板数，总板效率的经验数值在设计中应用得很广泛。在设计中应用得很广泛。10.

18、1.6 提高板效率的措施提高板效率的措施10.1.6.1 结构参数结构参数 影响塔板效率的结构参数很多，塔径、板间距、堰高、影响塔板效率的结构参数很多，塔径、板间距、堰高、堰长以及降液管尺寸等对板效率皆有影响，必须按某些经验堰长以及降液管尺寸等对板效率皆有影响，必须按某些经验规则恰当地选择。此外，有以下两点得特别指出。规则恰当地选择。此外，有以下两点得特别指出。（1）合合理理选选择择塔塔板板的的开开孔孔率率和和孔孔径径造造成成适适应应于于物物系系性性质的气液接触状态。质的气液接触状态。（2）设置倾斜的进气装置，使全部或部分气流斜向流）设置倾斜的进气装置，使全部或部分气流斜向流入液层。入液层。在

19、塔板上适当地设置倾斜进气装置，使全部或部分气体在塔板上适当地设置倾斜进气装置，使全部或部分气体沿倾斜于液体流动的方向进入液层，具有以下优点。沿倾斜于液体流动的方向进入液层，具有以下优点。斜斜向向进进气气时时，气气体体将将给给液液体体以以部部分分动动量量。这这样样，液液体体将将在在该该部部分分动动量量推推动动下下沿沿塔塔板板流流动动，而而不不必必依依靠靠液液面面落落差差。适适当当地地分分配配斜斜向向进进入入的的气气量量。即即可可维维持持一一定定的的液液层层厚厚度度，还还可以消除液面落差，促使气流的均布。可以消除液面落差，促使气流的均布。适适当当地地安安排排斜斜向向进进气气装装置置，即即在在塔塔板

20、板边边缘缘处处适适当当增增加加斜向进气装置的数量，可使液体沿圆形塔板表面流动均匀。斜向进气装置的数量，可使液体沿圆形塔板表面流动均匀。斜斜向向进进气气时时造造成成的的液液滴滴具具有有倾倾斜斜的的初初速速度度，其其垂垂直直分分量较小，因而液沫夹带量有所下降。量较小，因而液沫夹带量有所下降。总总之之，适适量量采采用用斜斜向向进进气气装装置置，可可减减少少气气液液两两相相在在塔塔板板上上的的非非理理想想流流动动，提提高高塔塔板板效效率率。实实现现斜斜向向进进气气的的塔塔结结构构有有多多种种形形式式。例例如如，舌舌形形塔塔板板、斜斜孔孔塔塔板板、网网孔孔塔塔板板等等使使全全部部气体倾向进入液层；而林德

21、筛板则使部分气体斜向进入液层。气体倾向进入液层；而林德筛板则使部分气体斜向进入液层。10.1.6.1 结构参数结构参数10.1.6 提高板效率的措施提高板效率的措施10.1.6.2 操作参数和塔板的负荷性能图操作参数和塔板的负荷性能图 135240L(m3/h)Vm3/h（1）负荷性能图）负荷性能图 1为过量液沫夹带线，通常以为过量液沫夹带线，通常以eG=0.1Kg液液/Kg干空气为干空气为依据确定，气液负荷位于该线上方，表示液沫夹带过量，已不依据确定，气液负荷位于该线上方，表示液沫夹带过量，已不宜采用；宜采用；线线2为为漏漏液液线线，可可根根据据漏漏液液点点气气速速确确定定，若若气气液液负负

22、荷荷位位于于线线2下下方方，表表明明漏漏液液已已使使塔塔板板效效率率大幅度下降；大幅度下降；线线3为为溢溢流流液液泛泛线线，可可根根据据溢溢流流液液泛泛的的产产生生条条件件确确定定，若若气气液液负负荷荷位位于于3上上方方，塔塔内内将将出出现现溢流液泛；溢流液泛；10.1.6.2 操作参数和塔板的负荷性能图操作参数和塔板的负荷性能图135240L(m3/h)Vm3/h 线线4为液相流量下限线，为液相流量下限线，液量小于该下限，板上液体流动液量小于该下限，板上液体流动严重不均匀而导致板效率急剧下严重不均匀而导致板效率急剧下降；降；线线5为液流量上限线，若液量超过此上限，液体在降为液流量上限线，若液

23、量超过此上限，液体在降液管内停留时间过短，液流中的气泡夹带现象大量发生，以液管内停留时间过短，液流中的气泡夹带现象大量发生，以致出现溢流液泛。致出现溢流液泛。135240L(m3/h)Vm3/h10.1.6.2 操作参数和塔板的负荷性能图操作参数和塔板的负荷性能图 上述各线所包围的区域为塔上述各线所包围的区域为塔板正常操作范围。在此范围内，板正常操作范围。在此范围内，气液两相流量的变化对板效率影气液两相流量的变化对板效率影响不大。塔板的设计点和操作点响不大。塔板的设计点和操作点都必须位于上述范围内，方能获都必须位于上述范围内，方能获得合理的板效率。得合理的板效率。10.1.6.2 操作参数和塔板的负荷性能图操作参数和塔板的负荷性能图 （2 2）操作弹性）操作弹性 上、下限操作极限的气体流量之比称为塔板的操作弹性，上、下限操作极限的气体流量之比称为塔板的操作弹性，操作弹性越大的塔越好。操作弹性越大的塔越好。（3）注意）注意 板型不同，负荷性能图中所包括的极限线也有所不同。板型不同，负荷性能图中所包括的极限线也有所不同。同一板型但设计不同，线的相对位置也会不同。同一板型但设计不同，线的相对位置也会不同。10.2.1 填料塔的结构及其结构特性填料塔的结构及其结构特性填料塔的结构填料塔的结构演讲完毕，谢谢观看！