[理学]气液传质设备.ppt

气液传质设备 逐级接触式板式塔 微分接触式填料塔 一、板式塔 二、筛板塔的设计 三、填料塔 四、填料塔与板式塔的比较 板式塔板式塔 溶剂溶剂 气体气体 一、板式塔 力求造成一个对传质过程有利的理想流动条件 总体上使两相逆流流动，每块塔板上两相呈错流接触 1、筛孔塔板构造 气体通道筛孔 38mm 溢流堰 保证塔板上贮有一定量的液体。 降液管下端必须液封下端缝隙h0堰高hw （入口堰：降液管下端出口流动均匀） 常见的塔板形式 2、气液接触状态根据筛孔气速大小确定 鼓泡接触状态 泡沫接触状态 喷射接触状态 气速增大 （1）鼓泡接触状态 液体连续相 气体分散相 两相接触面积：气泡表面 （2）泡沫接触状态 液体连续相 气体分散相 两相接触面积： 不断更新的液膜表面 （3）喷射接触状态 气体连续相 液体分散相 两相接触面积：不断 更新的液滴表面 在工业上实际应用的筛板塔中，两相接触不是泡沫状态 就是喷射状态，很少有采用鼓泡接触状态的。 3 、气体通过筛板的阻力损失 气体通过塔板的压降（塔板的总压降）包括：塔板的干 板阻力（即板上各部件所造成的局部阻力），板上充气液层 的静压力及液体的表面张力。 塔板压降是影响板式塔操作特性的重要因素。塔板压降 增大，一方面塔板上气液两相的接触时间随之延长，板效率 升高，完成同样的分离任务所需实际塔板数减少，设备费降 低；另一方面，塔釜温度随之升高，能耗增加，操作费增大 ，若分离热敏性物系时易造成物料的分解或结焦。因此，进 行塔板设计时，应综合考虑，在保证较高效率的前提下，力 求减小塔板压降，以降低能耗和改善塔的操作。 阻力损失 板压降 干板压降 孔板流速 液层阻力 主要为板上泡沫层静压 板压降以液 柱高度表示 有效长度 泡沫 hl hf how HT h0 气体通过浮阀塔板的压降 A B IIIIII uoc 气速 u 干板压降 hd 4、气液两相的非理想流动 空间上的 反向流动 液沫夹带液滴被上升气流裹挟至上层塔板 气泡夹带进入降液管液体因卷入气体泡沫 来不及解脱被带入下层塔板 返混是分离的逆过程，有害因素 空间上不 均匀流动 气体沿塔板的不均匀流动 液体沿塔板的不均匀流动 中间快 边缘慢 液层高度不一，对气体阻力不同 液体主流方向 小尺度反向流动 图10-8 液体在塔板上的反向流动 中间快 边缘慢 5、板式塔的不正常操作现象 非理想流动对传质不利但能保持塔的正常操作，若设 计不良或操作不当则会产生无法工作的不正常操作。 夹带液泛 液体流量一定时，气速越大，夹带液体量越大，液层 越厚，液层厚度的增加对夹带量的影响越显著，因而当 气速增至某一定数值时，塔板上将出现恶性循环，板上 液层不断增厚而不能平衡，液体将充满全塔。 夹带液泛主要因气速过大所引起，后果淹塔。 漏液 气速较小，部分液体从筛孔直接流下的现象。 漏液因气速过小引起，后果塔板无积液，破坏正常操作。 溢流液泛 当气速不变增加液体流量则降液管液面上升，这时板压 降也相应增大，当超过一定数值则塔板无法自衡，板上 最终全塔充满液体。 这是因为降液管的通过能力的限制而引起，后果淹塔。 6、板效率 各种影响因素对板上两相传质的影响 点效率 点效率反映了塔板上各点的两相的接触状况，即传质速率 x yn+1 x n1 y x n 点效率模型 默弗里板效率 默板效率反映离开同一塔板的平均组成之间的关系，适应计算 实际塔板数。默板效率考虑了两相接触状况，计入了塔板上液 体的返混和塔板上两相的不均匀流动的非理想情况的影响。 减 小返混程度，增加气液流动的均匀性都可提高默弗里板效率。 x n1 yn+1 x n yn+1 液体返混对EmV的影响 (3) 全塔效率 以综合的方法直接定义全塔效率 全塔效率 ： 板式塔分离性能的综合度量只能实际测定 几种新型塔板发展 泡罩塔板：由升气管与泡罩构成，不适应生产大型化 浮阀塔板：取消升气管，设浮动盖板，可根据气量大小 自行调节开度 筛孔塔板：结构最简单，造价低廉，应用广泛 舌型塔板：适于高液气比，减少液沫夹带 网孔塔板：倾斜开孔，具有舌形塔板特点 垂直塔板 多降液管塔板 林德筛孔； 真空精馏 无溢流塔板 二、筛板塔的设计 1、塔板布置 5边缘区：塔板支撑件塔板连接。 1鼓泡区：取决于所需浮阀数与排列； 2溢流区：与所选溢流装置类型有关。 上两区均需根据塔板上的流体力学状 况进行专门计算。 3进口安定区(分布区)：保证进塔板液 体的平稳均匀分布，也防止气体窜入 降液管。 = 50100 mm。 4出口安定区(脱气区)：避免降液管大 量气泡夹带。Ws = 70100 mm。 r x Af D hw AA h0 HT Af A a Ws lw Wd Wc 开孔率=筛孔总面积/有效面积 =1/2筛孔面积 =正三角形面积 D HT h0hW d0 t 液流方向 顺排 t t 叉排 浮阀在塔板上常按三角形排列，可顺排或叉排。 2、塔板的设计参数： P128 降液管底部与塔板间距 边缘区宽度 筛孔直径 ，孔间距 塔板直径D板间距溢流堰 液体进出口安定区 宽度 3、设计程序 板间距的选择和塔径的初步确定 塔板结构设计 塔板的校核 作出负荷性能图以全面了解塔板的操作性能. 四、填料塔与板式塔的比较 大 宜处理 可安装 盘管等 填料塔 板式塔 小 液体负荷小，不润湿 液体负荷大，液泛 不宜易聚合，固体悬浮物 不易 操作范围 处理物 传热 比较项目 适宜，受填料破碎限制 腐蚀性物系 热敏性物系 真空操作 填料塔 1、塔结构及填料特性 几种常用填料 拉西环、鲍尔环 、矩鞍环、阶梯环、 规整填料 、瓷质填料、塑料填料、 网体填料 、金属填料 筒体、填料、支承板、气体分布器、 结构 液体分布器、再分布器、出入口 填料特性的评价 （1）比表面积 （2）空隙率 （3）单位堆体积内的填料数目 瓷质填料瓷质填料 金属填料金属填料 塑料填料 网体填料 填料支承板栅板式 填料支承板升气管式 填料支承板气体喷射式 液体分布器 除沫器 丝网除沫器 (Wire gauze demister)： 造价较高，可除去 5m 的液滴，但压降较大(约250Pa)。 2、气液两相在填料层内的流动 液体从上向下流动的过程中，在填料表面形成膜状流动 由于液膜与填料表面以及液膜与上升气体的摩擦，有部分 液体停留在填料表面及其空隙中 单位体积填料中滞留的液体体积称为持液量 气体在空塔中流过的速度，称为空塔气速 气体流动：气体在填料层中的流动处于湍流状态 气液两相流动的交互影响 两相逆流 原因：液膜增厚，通道变小，流速增大，造成压降增大。 干填料层 气体通过干填料时，lgp与lgu成线性关系 载点：在不同液体流量下，气液两相流动的交互影响变得显 著的点，即随着 泛点：当气液流量达到某一定值时，两相交互作用恶性发展 出现液泛，压降曲线显著变为垂直的转折点。 设计点气速=5080 泛点气速 填料塔塔径 载液 区 高液量 低液量 C B A A L=0L1L2 lg u lg p 载点气速 液泛气速 载液 区 高液量 低液量 C B A A L=0L1L2 lg u lg p 载点气速 液泛气速 低气速时，液膜厚度随气速变 化不大，因此压降与气速的关系 与干填料时几乎平行 当有液体喷淋时，压降随气体 流量增加的趋势要比干填料层大 ，这是由