化工原理第11章四川大学

1、第十一章 气液传质设备Chapter 11 Mass Transfer Equipments第十一章 气液传质设备Chapter 11 Mass Transfer Equipments概述概述（Introduction）概述概述（Introduction） 气液传质设备的基本功能：气液传质设备的基本功能：形成气液两相充分接触的形成气液两相充分接触的相界面，使质、热的传递相界面，使质、热的传递快速有效地进行，接触混快速有效地进行，接触混合与传质后的气、液两相合与传质后的气、液两相能及时分开，互不夹带等。能及时分开，互不夹带等。气液传质设备的分类：气液传质设备的种类很多，按接触气液传质设备的分类：

2、气液传质设备的种类很多，按接触方式可分为连续（微分）接触式（填料塔）和逐级接触方式可分为连续（微分）接触式（填料塔）和逐级接触式（板式塔）两大类，在吸收和蒸馏操作中应用极广式（板式塔）两大类，在吸收和蒸馏操作中应用极广 。填料塔填料塔填料塔填料塔在圆柱形壳体内装填一定高度的在圆柱形壳体内装填一定高度的填料，液体经塔顶喷淋装置均匀填料，液体经塔顶喷淋装置均匀分布于填料层顶部上，依靠重力分布于填料层顶部上，依靠重力作用沿填料表面自上而下流经填作用沿填料表面自上而下流经填料层后自塔底排出；气体则在压料层后自塔底排出；气体则在压强差推动下穿过填料层的空隙，强差推动下穿过填料层的空隙，由塔的一端流向另一

3、端。气液在由塔的一端流向另一端。气液在填料表面接触进行质、热交换，填料表面接触进行质、热交换，两相的组成沿塔高连续变化。两相的组成沿塔高连续变化。 溶剂溶剂填料塔填料塔气体气体散装填料散装填料塑料鲍尔环填料塑料鲍尔环填料规整填料规整填料 塑料丝网波纹填料塑料丝网波纹填料 板式塔板式塔板式塔板式塔在圆柱形壳体内按一定间距水平在圆柱形壳体内按一定间距水平设置若干层塔板，液体靠重力作设置若干层塔板，液体靠重力作用自上而下流经各层板后从塔底用自上而下流经各层板后从塔底排出，各层塔板上保持有一定厚排出，各层塔板上保持有一定厚度的流动液层；气体则在压强差度的流动液层；气体则在压强差的推动下，自塔底向上依次

4、穿过的推动下，自塔底向上依次穿过各塔板上的液层上升至塔顶排出。各塔板上的液层上升至塔顶排出。气、液在塔内逐板接触进行质、气、液在塔内逐板接触进行质、热交换，故两相的组成沿塔高呈热交换，故两相的组成沿塔高呈阶跃式变化。阶跃式变化。板式塔板式塔溶剂溶剂气体气体DJ DJ 塔盘塔盘 新型塔板、新型塔板、填料填料填料塔和板式塔的主要对比填料塔和板式塔的主要对比填料塔和板式塔的主要对比填料塔和板式塔的主要对比板式塔板式塔填料塔填料塔压降压降较大较大小尺寸填料较大；大尺寸填料及规整小尺寸填料较大；大尺寸填料及规整填料较小填料较小空塔气速空塔气速较大较大小尺寸填料较小；大尺寸填料及规整小尺寸填料较小；大尺寸

5、填料及规整填料较大填料较大塔效率塔效率较稳定，效率较高较稳定，效率较高传统填料低；新型乱堆及规整填料高传统填料低；新型乱堆及规整填料高持液量持液量较大较大较小较小液气比液气比适应范围较大适应范围较大对液量有一定要求对液量有一定要求安装检修安装检修较易较易较难较难材质材质常用金属材料常用金属材料金属及非金属材料均可金属及非金属材料均可造价造价大直径时较低大直径时较低新型填料投资较大新型填料投资较大填料塔和板式塔都可用于吸收或蒸馏操作，不同的使用场合需填料塔和板式塔都可用于吸收或蒸馏操作，不同的使用场合需根据各自的特点或优缺点进行综合比较与选择。根据各自的特点或优缺点进行综合比较与选择。从填料塔和

6、板式塔主要的对比情况可以看出，新型填料及规从填料塔和板式塔主要的对比情况可以看出，新型填料及规整填料塔显示出了较强的竞争力。整填料塔显示出了较强的竞争力。 塔型选择塔型选择塔型选择塔型选择过去，塔径在过去，塔径在0.60.70.60.7米以上的塔，一般优先选用板式塔。米以上的塔，一般优先选用板式塔。近年来，随着低压降高效率轻材质填料的不断开发，许多大塔近年来，随着低压降高效率轻材质填料的不断开发，许多大塔也开始采用各种新型填料作为传质构件，显示了明显的优越性。也开始采用各种新型填料作为传质构件，显示了明显的优越性。（1 1）生产能力）生产能力 即为单位时间单位塔截面上的处理量；即为单位时间单位

7、塔截面上的处理量；（2 2）分离效率）分离效率 对板式塔指每层塔板的分离程度；对填料塔指单位对板式塔指每层塔板的分离程度；对填料塔指单位高度填料层所达到的分离程度；高度填料层所达到的分离程度；（3 3）操作弹性）操作弹性 指在负荷波动时维持操作稳定且保持较高分离效率指在负荷波动时维持操作稳定且保持较高分离效率的能力，通常以最大气速负荷与最小气速负荷之比表示；的能力，通常以最大气速负荷与最小气速负荷之比表示；（4 4）压强降）压强降 指气相通过每层塔板或单位高度填料的压强降；指气相通过每层塔板或单位高度填料的压强降；（5 5）结构繁简及制造成本。）结构繁简及制造成本。实际应用中，上述各项指标的重

8、要性和优选顺序因其具体情况的差实际应用中，上述各项指标的重要性和优选顺序因其具体情况的差异而会有所不同。异而会有所不同。 选择塔型或进行塔设备评价，主要需考虑以下几个方面的选择塔型或进行塔设备评价，主要需考虑以下几个方面的基本性能指标：基本性能指标：板式塔板式塔 Plate (tray) tower板式塔板式塔 Plate (tray) tower 塔板类型塔板类型 塔板是板式塔的基本构件，对塔的基本性能有着决定性作用。塔板是板式塔的基本构件，对塔的基本性能有着决定性作用。液液相相降液管降液管堰堰气相气相溢流塔板（错流式塔板）：塔板间溢流塔板（错流式塔板）：塔板间有专供液体溢流的降液管（也称溢

9、有专供液体溢流的降液管（也称溢流管），横向流过塔板的流体与由流管），横向流过塔板的流体与由下而上穿过塔板的气体呈错流或并下而上穿过塔板的气体呈错流或并流流动。板上液体的流径与液层的流流动。板上液体的流径与液层的高度可通过适当安排降液管的位置高度可通过适当安排降液管的位置及堰的高度给予控制，从而可获得及堰的高度给予控制，从而可获得较高的板效率，但降液管将占去塔较高的板效率，但降液管将占去塔板的传质有效面积，影响塔的生产板的传质有效面积，影响塔的生产能力。能力。 有降液管的溢流式塔板应用很广，按塔板的具体结构形式可分为：有降液管的溢流式塔板应用很广，按塔板的具体结构形式可分为：泡罩塔板、筛孔塔板、

10、浮阀塔板、网孔塔板、舌形塔板等等。泡罩塔板、筛孔塔板、浮阀塔板、网孔塔板、舌形塔板等等。塔板类型塔板类型塔板类型塔板类型 逆流塔板（穿流式塔板）：塔板逆流塔板（穿流式塔板）：塔板间没有降液管，气、液两相同时间没有降液管，气、液两相同时由塔板上的孔道或缝隙逆向穿流由塔板上的孔道或缝隙逆向穿流而过，板上液层高度靠气体速度而过，板上液层高度靠气体速度维持。这种塔板结构简单，板上维持。这种塔板结构简单，板上无液面差，板面充分利用，生产无液面差，板面充分利用，生产能力较大，但板效率及操作弹性能力较大，但板效率及操作弹性通常不及溢流塔板。通常不及溢流塔板。与溢流式塔板相比，逆流式塔板应用范围小得多，常与溢

11、流式塔板相比，逆流式塔板应用范围小得多，常见的板型有筛孔式、栅板式、波纹板式等。见的板型有筛孔式、栅板式、波纹板式等。液相液相气相气相泡罩塔板（泡罩塔板（ Bubble-cap TrayBubble-cap Tray ）泡罩塔板（泡罩塔板（ Bubble-cap TrayBubble-cap Tray ）泡罩塔板是最早（泡罩塔板是最早（18131813年）在年）在工业上应用的一种塔板，其主要工业上应用的一种塔板，其主要元件由升气管和泡罩构成，泡罩元件由升气管和泡罩构成，泡罩安装在升气管顶部，泡罩底缘开安装在升气管顶部，泡罩底缘开有若干齿缝浸入在板上液层中，有若干齿缝浸入在板上液层中，升气管顶部

12、应高于泡罩齿缝的上升气管顶部应高于泡罩齿缝的上沿，以防止液体从中漏下。沿，以防止液体从中漏下。操作时，液体横向通过塔板经溢流堰流入降液管。气体则沿升气操作时，液体横向通过塔板经溢流堰流入降液管。气体则沿升气管上升折流经泡罩齿缝分散进入液层，形成两相混合的鼓泡区。管上升折流经泡罩齿缝分散进入液层，形成两相混合的鼓泡区。由于有升气管，泡罩塔板即使在低气速下操作，也不致产生严重由于有升气管，泡罩塔板即使在低气速下操作，也不致产生严重的漏液现象。的漏液现象。泡罩塔板操作稳定，弹性大，在工业生产中曾是一种广为应用的泡罩塔板操作稳定，弹性大，在工业生产中曾是一种广为应用的板型。其缺点是结构复杂，造价高，塔

13、板压降大，生产强度低，板型。其缺点是结构复杂，造价高，塔板压降大，生产强度低，近几十年逐渐被筛孔塔板、浮阀塔板等所取代。近几十年逐渐被筛孔塔板、浮阀塔板等所取代。 筛孔塔板（筛孔塔板（ Sieve TraySieve Tray ）筛孔塔板（筛孔塔板（ Sieve TraySieve Tray ）筛孔塔板即筛板出现也较早（筛孔塔板即筛板出现也较早（18301830年），是结构最简年），是结构最简单的一种板型。但由于早期对其性能认识不足，为易单的一种板型。但由于早期对其性能认识不足，为易漏液、操作弹性小、难以稳定操作等问题所困，使用漏液、操作弹性小、难以稳定操作等问题所困，使用受到极大限制。受到极

14、大限制。1950 1950 年后开始对筛孔塔板进行较系统全面的研究，年后开始对筛孔塔板进行较系统全面的研究，从理论和实践上较好地解决了有关筛板效率，流体力从理论和实践上较好地解决了有关筛板效率，流体力学性能以及塔板漏液等问题，获得了成熟的使用经验学性能以及塔板漏液等问题，获得了成熟的使用经验和设计方法，使之逐渐成为应用最广的塔板类型之一。和设计方法，使之逐渐成为应用最广的塔板类型之一。 浮阀塔板（浮阀塔板（ Valve TrayValve Tray）浮阀塔板（浮阀塔板（ Valve TrayValve Tray）浮阀塔板自浮阀塔板自1950 1950 年代问世后，很快在石油、化工行业得到推年代

15、问世后，很快在石油、化工行业得到推广并逐步取代了泡罩塔以及一些传统旧式塔板，至今仍为应用广并逐步取代了泡罩塔以及一些传统旧式塔板，至今仍为应用最广的一种塔板。最广的一种塔板。浮阀塔板是在泡罩塔板和筛孔塔板基础上开发的一种板型。有浮阀塔板是在泡罩塔板和筛孔塔板基础上开发的一种板型。有多种浮阀形式，但其结构的基本特点相似，即在塔板上按一定多种浮阀形式，但其结构的基本特点相似，即在塔板上按一定的排列开若干孔，孔的上方安置可以在孔轴线方向上下浮动的的排列开若干孔，孔的上方安置可以在孔轴线方向上下浮动的阀片。阀片可随上升气量的变化而自动调节开启度。在低气量阀片。阀片可随上升气量的变化而自动调节开启度。在

16、低气量时，开度小；气量大时，阀片自动上升，开度增大。因此，气时，开度小；气量大时，阀片自动上升，开度增大。因此，气量变化时，通过阀片周边流道进入液体层的气速较稳定。同时，量变化时，通过阀片周边流道进入液体层的气速较稳定。同时，气体水平进入液层也强化了气液接触传质。气体水平进入液层也强化了气液接触传质。浮阀塔具有结构简单，生产能力和操作弹性大，板效率高的优浮阀塔具有结构简单，生产能力和操作弹性大，板效率高的优点，是一种综合性能较优异的板型。点，是一种综合性能较优异的板型。 浮阀塔板（浮阀塔板（ Valve TrayValve Tray）浮阀塔板（浮阀塔板（ Valve TrayValve Tra

17、y）F1F1型浮阀目前应用最普遍，其结构简单，易于制造，已为定型产型浮阀目前应用最普遍，其结构简单，易于制造，已为定型产品。该浮阀的阀片带有三条腿，插入阀孔后将各腿底脚外翻品。该浮阀的阀片带有三条腿，插入阀孔后将各腿底脚外翻 90，用以限制操作时阀片在板上升起的最大高度；阀片周边，用以限制操作时阀片在板上升起的最大高度；阀片周边有三块略向下弯的定距片，以保证阀片的最小开启高度。有三块略向下弯的定距片，以保证阀片的最小开启高度。F1F1型浮阀分轻阀和重阀。轻阀塔板漏液稍严重，除真空操作时选型浮阀分轻阀和重阀。轻阀塔板漏液稍严重，除真空操作时选用外，一般均采用重阀。用外，一般均采用重阀。 JCVJ

18、CV浮阀塔板（双流喷射浮阀塔板浮阀塔板（双流喷射浮阀塔板 Jet Co-flow Valve Jet Co-flow Valve TrayTray）JCVJCV浮阀塔板（双流喷射浮阀塔板浮阀塔板（双流喷射浮阀塔板 Jet Co-flow Valve TrayJet Co-flow Valve Tray）JCVJCV浮阀塔板阀笼与塔板固定，阀片在阀笼内上下浮动。它浮阀塔板阀笼与塔板固定，阀片在阀笼内上下浮动。它从根本上改变了传统浮阀塔板的传质机理，将单一鼓泡传质，从根本上改变了传统浮阀塔板的传质机理，将单一鼓泡传质，变为双流传质，一部分为鼓泡、另一部分为喷射湍动传质，变为双流传质，一部分为鼓泡、

19、另一部分为喷射湍动传质，使塔的分离效率和生产能力都大大提高。使塔的分离效率和生产能力都大大提高。该塔板可作为化工过程中的气液传质、换热设备。该塔板可作为化工过程中的气液传质、换热设备。JCVJCV浮阀塔板具有结构简单、阀片开启灵活、高效、高通量、浮阀塔板具有结构简单、阀片开启灵活、高效、高通量、寿命长、耐堵塞的特点。寿命长、耐堵塞的特点。JCVJCV浮阀浮阀 （改进型双流喷射浮阀）（改进型双流喷射浮阀）普通型普通型JCVJCV浮阀浮阀与塔板固定方法与塔板固定方法JCVJCV浮阀塔板（双流喷射浮阀塔板浮阀塔板（双流喷射浮阀塔板 Jet Co-flow Valve Jet Co-flow Valv

20、e TrayTray）JCVJCV浮阀塔板（双流喷射浮阀塔板浮阀塔板（双流喷射浮阀塔板 Jet Co-flow Valve TrayJet Co-flow Valve Tray）低负荷下阀片工作状态低负荷下阀片工作状态JCVJCV浮阀塔板效率曲线浮阀塔板效率曲线中负荷下阀片工作状态中负荷下阀片工作状态高负荷下阀片工作状态高负荷下阀片工作状态JCVJCV浮阀阀片浮阀阀片JCVJCV浮阀塔板浮阀塔板JCVJCV浮阀塔板（双流喷射浮阀塔板浮阀塔板（双流喷射浮阀塔板 Jet Co-flow Valve TrayJet Co-flow Valve Tray） 2400 2400 JCVJCV浮阀塔板浮阀

21、塔板 1800 1800 JCVJCV浮阀塔板浮阀塔板JCPTJCPT塔板塔板JCPTJCPT塔板（并流喷射填料塔板塔板（并流喷射填料塔板 Jet Co-flow Packing TrayJet Co-flow Packing Tray）在板式塔的塔板上按一定的分布形式开设升气孔，在升气孔的在板式塔的塔板上按一定的分布形式开设升气孔，在升气孔的上方安放传质单元体，气体从塔板下方以一定的气速通过升气上方安放传质单元体，气体从塔板下方以一定的气速通过升气孔，塔板上的液体通过提液管与塔板之间的间隙被气体提升，孔，塔板上的液体通过提液管与塔板之间的间隙被气体提升，气液并流通过提液管，在提液管内高速湍动

22、混合、传质，然后气液并流通过提液管，在提液管内高速湍动混合、传质，然后气液并流进入填料中进一步强化传质，并完成气液分离。气体气液并流进入填料中进一步强化传质，并完成气液分离。气体靠压差继续上升，进入上一层塔板；液体基本以清液的形式回靠压差继续上升，进入上一层塔板；液体基本以清液的形式回落到塔板上，沿流道进入降液管，下降到下一层塔板。落到塔板上，沿流道进入降液管，下降到下一层塔板。JCPTJCPT塔板的传质机理与普通塔板有着本质的区别，它是填料塔板的传质机理与普通塔板有着本质的区别，它是填料与塔板的复合体，靠填料实现传质，靠塔板实现多级并流。与塔板的复合体，靠填料实现传质，靠塔板实现多级并流。J

23、CPTJCPT塔板的特点塔板的特点JCPTJCPT塔板的特点塔板的特点 (1) (1) 通量大，较浮阀塔板通量大通量大，较浮阀塔板通量大50%100%50%100%以上。以上。JCPTJCPT塔板上气液混合物并流通过提液塔板上气液混合物并流通过提液管，从上部填料层流出，气液分离性能好，充分利用了塔板间空间，即使空塔气速大，其管，从上部填料层流出，气液分离性能好，充分利用了塔板间空间，即使空塔气速大，其雾沫夹带量也较小；其次，塔板开孔较大雾沫夹带量也较小；其次，塔板开孔较大( (圆形孔约为圆形孔约为100mm100mm；方形孔约为方形孔约为7070mmX80mm)mmX80mm)，开孔率较高，一

24、般为开孔率较高，一般为820%820%，即使空塔气速大，其板压降也较低；塔板，即使空塔气速大，其板压降也较低；塔板上液体基本为清液，降液管不易液泛。上液体基本为清液，降液管不易液泛。 (2) (2) 效率高。实验结果表明，效率高。实验结果表明，JCPTJCPT塔板分离效率较浮阀塔板提高了塔板分离效率较浮阀塔板提高了10%10%以上；与新型垂以上；与新型垂直筛板塔相比，其效率比新型垂直筛板直筛板塔相比，其效率比新型垂直筛板( (New VST)New VST)高高5%5%以上。其原因是提液管内液气比以上。其原因是提液管内液气比大，气液碰撞混合作用激烈，填料提供了大的气液接触面积以及液流的再循环。

25、大，气液碰撞混合作用激烈，填料提供了大的气液接触面积以及液流的再循环。 (3) (3) 板压降低。与鼓泡型塔板相比，这种新型塔板具有较大的开孔与开孔率，气体处理板压降低。与鼓泡型塔板相比，这种新型塔板具有较大的开孔与开孔率，气体处理量相同时，其干板压降小；同时，气体不穿过液层，只是把液体向上吹成液滴并通过填料量相同时，其干板压降小；同时，气体不穿过液层，只是把液体向上吹成液滴并通过填料层，所以湿板压降也不高。对比实验表明层，所以湿板压降也不高。对比实验表明JCPTJCPT塔板的板压降较新型垂直筛板低塔板的板压降较新型垂直筛板低8%8%，较浮，较浮阀塔板低阀塔板低30%30%。 (4) (4)

26、操作弹性大，约为操作弹性大，约为4 4。该塔板的操作范围主要受气速影响，受塔板液层高度的影响。该塔板的操作范围主要受气速影响，受塔板液层高度的影响较小。在较高气速下操作时，其雾沫夹带量小、板压降也不高，而且漏液时的气速较低，较小。在较高气速下操作时，其雾沫夹带量小、板压降也不高，而且漏液时的气速较低，所以在较大的气速范围内能维持稳定的高效率。所以在较大的气速范围内能维持稳定的高效率。 (5) (5) 耐堵塞。由于这种新型塔板具有较大的开孔与开孔率，气液在提液管内高速并流，耐堵塞。由于这种新型塔板具有较大的开孔与开孔率，气液在提液管内高速并流，因此具有很高的抗堵塞性。对于结焦、聚合、含固体颗粒的

27、物系，塔板传质单元顶部的填因此具有很高的抗堵塞性。对于结焦、聚合、含固体颗粒的物系，塔板传质单元顶部的填料将采用大波纹填料、折板、大筛孔等结构取代，使塔板具有更好的耐堵塞性。料将采用大波纹填料、折板、大筛孔等结构取代，使塔板具有更好的耐堵塞性。 (6) (6) 经济性。由于经济性。由于JCPTJCPT塔板具有高效和高通量的特点，将其用于新设计可大幅度缩小塔塔板具有高效和高通量的特点，将其用于新设计可大幅度缩小塔径，节省设备投资；用于老塔改造原降液管、塔圈可保持不变，只需更换塔板，可节约投径，节省设备投资；用于老塔改造原降液管、塔圈可保持不变，只需更换塔板，可节约投资，缩短改造施工周期，节省施工

28、费用。资，缩短改造施工周期，节省施工费用。JCPTJCPT塔板塔板JCPTJCPT塔板（并流喷射填料塔板塔板（并流喷射填料塔板 Jet Co-flow Packing TrayJet Co-flow Packing Tray）不同结构型式的不同结构型式的JCPTJCPT塔板塔板舌形塔板舌形塔板舌形塔板舌形塔板19601960年代提出的一种斜喷射年代提出的一种斜喷射型塔板。其结构简单，只需型塔板。其结构简单，只需在塔板上冲出若干按一定排在塔板上冲出若干按一定排列的舌形孔即可，舌片向上列的舌形孔即可，舌片向上张角张角 以以20左右为宜。左右为宜。20= = o o5050R25R25气相气相上升的

29、气流沿舌片喷出并带动液体在同方向上流动。由于气液并上升的气流沿舌片喷出并带动液体在同方向上流动。由于气液并流，气体推动液体前进，避免了返混和液面落差，塔板上液层较流，气体推动液体前进，避免了返混和液面落差，塔板上液层较低，塔板压降较小。低，塔板压降较小。与气流垂直穿过液层的筛板和浮阀塔板相比，舌形塔板因气流方与气流垂直穿过液层的筛板和浮阀塔板相比，舌形塔板因气流方向近于水平。相同的液气比下，舌形塔板的液沫夹带量较小，故向近于水平。相同的液气比下，舌形塔板的液沫夹带量较小，故可达较高的生产能力。可达较高的生产能力。因其张角固定，在气量较小时，经舌孔喷射的气速低，塔板漏液因其张角固定，在气量较小时

30、，经舌孔喷射的气速低，塔板漏液严重，操作弹性小。严重，操作弹性小。由于液体在同一方向上不断被气体加速，有可能使液体在板上的由于液体在同一方向上不断被气体加速，有可能使液体在板上的停留时间太短、液层太薄，板效率降低，因而使用上受到限制。停留时间太短、液层太薄，板效率降低，因而使用上受到限制。 舌形塔板舌形塔板在舌形塔板上发展的斜孔塔在舌形塔板上发展的斜孔塔板，舌孔的开口方向与液流板，舌孔的开口方向与液流垂直且相邻两排开孔方向相垂直且相邻两排开孔方向相反，既保留了气体水平喷出、反，既保留了气体水平喷出、气液高度湍动的优点，又避气液高度湍动的优点，又避免了液体连续加速，可维持免了液体连续加速，可维持

31、板上均匀的低液面，从而既板上均匀的低液面，从而既能获得大的生产能力，又能能获得大的生产能力，又能达到好的传质效果。达到好的传质效果。 斜孔塔板斜孔塔板舌形塔板舌形塔板为使舌形塔板适应低负荷生产，为使舌形塔板适应低负荷生产，提高操作弹性，研制出了可变气提高操作弹性，研制出了可变气道截面（类似于浮阀塔板）的浮道截面（类似于浮阀塔板）的浮舌塔板。舌塔板。1 19 9R R 2020R16R168 837373 31 1o o2020降降液液管管a a 斜孔结构斜孔结构b b 塔板布置塔板布置受受液液区区导导向向孔孔网孔塔板网孔塔板网孔塔板网孔塔板网孔塔板由冲有倾斜开孔的网孔塔板由冲有倾斜开孔的薄板制

32、成，具有舌形塔板的薄板制成，具有舌形塔板的特点。这种塔板上装有倾斜特点。这种塔板上装有倾斜的挡沫板，其作用是避免液的挡沫板，其作用是避免液体被直接吹过塔板，并提供体被直接吹过塔板，并提供气液分离和气液接触的表面。气液分离和气液接触的表面。网孔塔板具有生产能力大，网孔塔板具有生产能力大，压降低，加工制造容易的特压降低，加工制造容易的特点。点。挡沫板挡沫板塔板塔板AA降降液液管管A- -A剖视图剖视图受受液液盘盘垂直筛板垂直筛板垂直筛板（垂直筛板（Vertical Sieve TrayVertical Sieve Tray ）垂直筛板是在塔板上开有垂直筛板是在塔板上开有按一定排列的若干大孔按一定排

33、列的若干大孔（直径为（直径为100200100200mmmm），），孔上设置侧壁开有许多筛孔上设置侧壁开有许多筛孔的泡罩，泡罩底边留有孔的泡罩，泡罩底边留有间隙供液体进入罩内。间隙供液体进入罩内。上升的气流将由泡罩底隙进入罩内的液体拉成液膜形成两相上升流上升的气流将由泡罩底隙进入罩内的液体拉成液膜形成两相上升流动，经泡罩侧壁筛孔喷出后两相分离，即气体上升液体落回塔板。动，经泡罩侧壁筛孔喷出后两相分离，即气体上升液体落回塔板。液体从塔板入口流至降液管将多次经历上述过程。液体从塔板入口流至降液管将多次经历上述过程。 与普通筛板相比，垂直筛板为气液两相提供了很大的不断更新的相与普通筛板相比，垂直筛板

34、为气液两相提供了很大的不断更新的相际接触表面，强化了传质过程；且垂直筛板气液由水平方向喷出，际接触表面，强化了传质过程；且垂直筛板气液由水平方向喷出，液滴在垂直方向的初速度为零，降低了液沫夹带量，因此垂直筛板液滴在垂直方向的初速度为零，降低了液沫夹带量，因此垂直筛板可获得较高的塔板效率和较大的生产能力。可获得较高的塔板效率和较大的生产能力。 浮阀塔板的流体力学性能浮阀塔板的流体力学性能浮阀塔板的流体力学性能浮阀塔板的流体力学性能 浮阀塔板的板面结构：浮阀塔板的板面结构： 鼓泡区（有效区、开孔区）鼓泡区（有效区、开孔区） 降液管区降液管区 受液盘区受液盘区 液体安定区液体安定区 边缘区边缘区 溢

35、流堰溢流堰 塔身塔身溢流堰板溢流堰板降液管降液管塔板塔板受液盘受液盘安定区安定区降液管区降液管区受液盘区受液盘区鼓鼓泡泡区区液体从上一塔板的降液管流入板面上的受液盘区，经液体从上一塔板的降液管流入板面上的受液盘区，经进口安定区进入鼓泡区与浮阀吹出的气体进行质、热进口安定区进入鼓泡区与浮阀吹出的气体进行质、热交换后，再由溢流堰溢出进入降液管流入下一塔板。交换后，再由溢流堰溢出进入降液管流入下一塔板。来自下一塔板的气体经鼓泡区的阀孔分散成小股气流，并由来自下一塔板的气体经鼓泡区的阀孔分散成小股气流，并由各阀片边缘与塔板间形成的通道以水平方向进入液层。各阀片边缘与塔板间形成的通道以水平方向进入液层。

36、由于阀片具有斜边，气体沿斜边流动具有向下的惯性，因此由于阀片具有斜边，气体沿斜边流动具有向下的惯性，因此只有进入液层一定距离待惯性消失后气体才会折转上升。只有进入液层一定距离待惯性消失后气体才会折转上升。气体在板面上与液体相互混合接触进行传热传质，而后逸出气体在板面上与液体相互混合接触进行传热传质，而后逸出液面上升到上一层塔板。塔板上气液主体流向为错流流动。液面上升到上一层塔板。塔板上气液主体流向为错流流动。 气体进、出一块塔板（包括液气体进、出一块塔板（包括液层）的压强降即为气体通过该层）的压强降即为气体通过该塔板的阻力损失（左侧压差计塔板的阻力损失（左侧压差计所测的所测的 hf 值）。值）

37、。hf 是以液柱高度表示的塔板的是以液柱高度表示的塔板的压强降或阻力损失，因此压强降或阻力损失，因此 式中，式中， L 为塔内液体的密度，为塔内液体的密度，kg/m3。板压降板压降 hf 可视为由气体通过干板的阻力损失可视为由气体通过干板的阻力损失 hd 和气体穿过和气体穿过板上液层的阻力损失板上液层的阻力损失 hl 两部分组成，即两部分组成，即 fLpghp=ldfhhh=有效长度有效长度泡沫泡沫hlhfhowHTh0干板阻力损失干板阻力损失 hd 干板阻力损失干板阻力损失 hd 干板阻力损失常以干板压降形式表示。下图中曲线代表的是浮阀塔板干板压降干板阻力损失常以干板压降形式表示。下图中曲线

38、代表的是浮阀塔板干板压降与空塔气速与空塔气速 u 的关系。干板阻力损失随气速的提高而增大，且按气速的大小可的关系。干板阻力损失随气速的提高而增大，且按气速的大小可分为三个区域。分为三个区域。区域区域：气速不足以顶动：气速不足以顶动阀片，全部浮阀处于静阀片，全部浮阀处于静止位置，气体由阀片与止位置，气体由阀片与塔板之间由定距片隔开塔板之间由定距片隔开的缝隙通过。缝隙处的的缝隙通过。缝隙处的气速与压降随气体流量气速与压降随气体流量的增大而上升。的增大而上升。区域区域：气速增至：气速增至A A点，阀片开始升起。随气体流量的增加，浮阀开启的点，阀片开始升起。随气体流量的增加，浮阀开启的个数及每个浮阀的

39、开启度不断增加，直至所有浮阀全开（个数及每个浮阀的开启度不断增加，直至所有浮阀全开（B点），该区点），该区域内气体通过阀孔的气速变化很小，故压降上升缓慢。域内气体通过阀孔的气速变化很小，故压降上升缓慢。区域区域：B点以后气体通过浮阀的流通面积固定不变，阀孔气速随气体流点以后气体通过浮阀的流通面积固定不变，阀孔气速随气体流量增加而增加，且压降以阀孔气速的平方快速增加。量增加而增加，且压降以阀孔气速的平方快速增加。临界孔速临界孔速 uoc：所有浮阀恰好全开时（转折点所有浮阀恰好全开时（转折点 B）的阀孔气速。的阀孔气速。 ABIIIIIIuoc气速气速 u干板压降干板压降 p pd d液层阻力液层

40、阻力 hl液层阻力液层阻力 hl气体通过液层的阻力损失气体通过液层的阻力损失 hl 由以下三个方面构成：由以下三个方面构成： 克服板上充气液层的静压；克服板上充气液层的静压； 气体在液相分散形成气液界面的能量消耗；气体在液相分散形成气液界面的能量消耗； 通过液层的摩擦阻力损失。通过液层的摩擦阻力损失。其中克服板上充气液层静压这项所占的比例远大于后两项之和。其中克服板上充气液层静压这项所占的比例远大于后两项之和。如果忽略充气液层中所含气体造成的静压，则可由清液层高度代如果忽略充气液层中所含气体造成的静压，则可由清液层高度代表表 hl（图中压差计的指示液为塔板上的液体）。图中压差计的指示液为塔板上

41、的液体）。hl 常用以下简单的公式计算，常用以下简单的公式计算， 式中：式中： 充气系数，反映板上液层充气的程度，无因次。充气系数，反映板上液层充气的程度，无因次。 水水 =0.5=0.5；油；油 =0.50.35=0.50.35；碳氢化合物；碳氢化合物 =0.40.5=0.40.5。 hw 和和 how 分别为堰高和堰上液流高度，分别为堰高和堰上液流高度，m。 气体通过浮阀塔板的阻力损失气体通过浮阀塔板的阻力损失 hf 总是随气速的增加而增加，但不同总是随气速的增加而增加，但不同气速下，干板阻力和液层阻力所占的比例有所不同。气速较低时，气速下，干板阻力和液层阻力所占的比例有所不同。气速较低时

42、，液层阻力为主；气速高时，干板阻力所占比例增大。液层阻力为主；气速高时，干板阻力所占比例增大。 owwlhhh=漏液：部分液体不是横向流过塔板后经降液管流下，而是从阀漏液：部分液体不是横向流过塔板后经降液管流下，而是从阀孔直接漏下。孔直接漏下。原因：气速较小时，气体通过阀孔的速度压头小，不足以抵消原因：气速较小时，气体通过阀孔的速度压头小，不足以抵消塔板上液层的重力；气体在塔板上的不均匀分布也是造塔板上液层的重力；气体在塔板上的不均匀分布也是造成漏液的重要原因。成漏液的重要原因。后果：严重的漏液使塔板上不能形成液层，气液无法进行传热后果：严重的漏液使塔板上不能形成液层，气液无法进行传热、传质，

43、塔板将失去其基本功能。、传质，塔板将失去其基本功能。若塔板设计不当或操作时参数失调，不仅会引起塔板效率大大若塔板设计不当或操作时参数失调，不仅会引起塔板效率大大降低，严重时塔内还会出现一些不正常现象使塔无法工作。降低，严重时塔内还会出现一些不正常现象使塔无法工作。漏液（漏液（WeepingWeeping）气体分布均匀与否，取决于板上各处阻力均等否。气体穿过气体分布均匀与否，取决于板上各处阻力均等否。气体穿过塔板的阻力由干板阻力和液层阻力两部分组成。当板上结构塔板的阻力由干板阻力和液层阻力两部分组成。当板上结构均匀、各处干板阻力相等时，板上液层阻力即液层厚度的均均匀、各处干板阻力相等时，板上液层

44、阻力即液层厚度的均匀程度将直接影响气体的分布。匀程度将直接影响气体的分布。漏液漏液漏液（漏液（WeepingWeeping）板上液层厚度的不均匀存在于两个方面，液层波动和液面落差。板上液层厚度的不均匀存在于两个方面，液层波动和液面落差。液层波动：波峰处液层厚，对应位置处的阀孔气量小、易漏液。由液层波动：波峰处液层厚，对应位置处的阀孔气量小、易漏液。由此引起的漏液是随机的。可在设计时适当增大干板阻力。此引起的漏液是随机的。可在设计时适当增大干板阻力。液面落差：为液体横向流过塔板所必需，即塔板入口侧的液层厚于液面落差：为液体横向流过塔板所必需，即塔板入口侧的液层厚于塔板出口侧，这将使得气流偏向出口

45、侧，入口侧的阀孔则因气量塔板出口侧，这将使得气流偏向出口侧，入口侧的阀孔则因气量小而发生漏液。塔板上设入口安定区可缓解此现象。小而发生漏液。塔板上设入口安定区可缓解此现象。当塔径或液体流量很大时，为减少液面落差，可采用双流型、多流当塔径或液体流量很大时，为减少液面落差，可采用双流型、多流型或阶梯型塔板：型或阶梯型塔板： 单流型单流型双流型双流型多流型多流型阶梯流型阶梯流型漏液漏液漏液（漏液（WeepingWeeping）双流型双流型多流型多流型液沫夹带和气泡夹带液沫夹带和气泡夹带液沫夹带和气泡夹带（液沫夹带和气泡夹带（EntrainmentEntrainment）液沫夹带：气体鼓泡通过板上液层

46、时，将部分液体分散成液滴，而液沫夹带：气体鼓泡通过板上液层时，将部分液体分散成液滴，而部分液滴被上升气流带入上层塔板。由两部分组成：部分液滴被上升气流带入上层塔板。由两部分组成：小液滴的沉降速度小于液层上方空间上升气流的速度，这部分小液滴的沉降速度小于液层上方空间上升气流的速度，这部分夹带量与板间距无关；夹带量与板间距无关；较大液滴的沉降速度虽大于气流速度，但它们在气流的冲击或较大液滴的沉降速度虽大于气流速度，但它们在气流的冲击或气泡破裂时获得了足够的向上初速度而被弹溅到上层塔板。这部气泡破裂时获得了足够的向上初速度而被弹溅到上层塔板。这部分夹带量与板间距有关，板间距越小，可能弹溅上去的量就越

47、多，分夹带量与板间距有关，板间距越小，可能弹溅上去的量就越多，在液沫夹带量中占主导地位。在液沫夹带量中占主导地位。对一定的物系，液沫夹带量与气、液流量和板间距有关。对一定的物系，液沫夹带量与气、液流量和板间距有关。气泡夹带：在板上与气体充分接触传质、传热后，液体内必含有气泡夹带：在板上与气体充分接触传质、传热后，液体内必含有大量的气泡。液体在降液管中需要一定的停留时间让气泡逸出。大量的气泡。液体在降液管中需要一定的停留时间让气泡逸出。如果停留时间太短，大量气泡就被液体卷进下层塔板。如果停留时间太短，大量气泡就被液体卷进下层塔板。后果：从传质的角度，液沫夹带是液体的返混，气泡夹带是气体的后果：从

48、传质的角度，液沫夹带是液体的返混，气泡夹带是气体的返混，均对传质不利。严重的液沫夹带或气泡夹带均可诱发塔内发返混，均对传质不利。严重的液沫夹带或气泡夹带均可诱发塔内发生液泛，从而完全破坏塔的正常操作。生液泛，从而完全破坏塔的正常操作。液泛液泛液泛（液泛（Dumping of liquidDumping of liquid）溢流液泛：液体在降液管内受阻不能及时往下流动而在板溢流液泛：液体在降液管内受阻不能及时往下流动而在板 上积累所致。上积累所致。hhhhHfowwd=为使液体能由上层塔板稳定地流入为使液体能由上层塔板稳定地流入下层塔板，降液管内必须维持有高下层塔板，降液管内必须维持有高出塔板入

49、口处液面一定高度的出塔板入口处液面一定高度的液柱，它应满足液柱，它应满足Hdhf+ h HTh0howhw式中：式中：hf 板压降。板压降。 h 液体经过降液管的阻力损失。液体经过降液管的阻力损失。塔内液体不能顺畅逐板流下，塔内持液量增多，气相空间变小，塔内液体不能顺畅逐板流下，塔内持液量增多，气相空间变小，大量液体随气体从塔顶溢出。大量液体随气体从塔顶溢出。夹带液泛：由过量液沫夹带引起。板间距过小，塔板上操作液流夹带液泛：由过量液沫夹带引起。板间距过小，塔板上操作液流量过大，上升气速过高时，液体被气体夹带到上层塔板的量增加量过大，上升气速过高时，液体被气体夹带到上层塔板的量增加很快，塔板间将

50、充满气、液混合物，从而引发液泛。很快，塔板间将充满气、液混合物，从而引发液泛。液泛液泛液泛（液泛（Dumping of liquidDumping of liquid） 气速一定，增加液体流量时，气速一定，增加液体流量时， 、how、 hf 及及 h ， Hd ，这是，这是塔板自动调节功能的体现。塔板自动调节功能的体现。 Hd 升至上层塔板的溢流堰上缘时，达到其极限。若再加大液体升至上层塔板的溢流堰上缘时，达到其极限。若再加大液体流量，流量， Hd 与板上液面同时升高，降液管调节功能消失，板上累与板上液面同时升高，降液管调节功能消失，板上累积液量增加，最终引起溢流液泛。积液量增加，最终引起溢流

51、液泛。 若气速过高，液体中的气泡夹带加重，降液管内的泡沫层随之增若气速过高，液体中的气泡夹带加重，降液管内的泡沫层随之增高，也易造成溢流液泛。高，也易造成溢流液泛。 塔板的结构对溢流液泛的发生有直接影响。塔板的结构对溢流液泛的发生有直接影响。 hf 过大必然导致过大必然导致 Hd 大，容易发生液泛。如降液管设计过小或发生部分堵塞，大，容易发生液泛。如降液管设计过小或发生部分堵塞， h 急急剧增大，也会导致溢流液泛。剧增大，也会导致溢流液泛。 夹带液泛与溢流液泛互为诱因，交互影响。过量液沫夹带阻塞气夹带液泛与溢流液泛互为诱因，交互影响。过量液沫夹带阻塞气体通道，塔板阻力急增，降液管中泡沫层堆积，

52、从而引发溢流液体通道，塔板阻力急增，降液管中泡沫层堆积，从而引发溢流液泛。而溢流液泛发生时，塔板上鼓泡层增高，分离空间降低，夹泛。而溢流液泛发生时，塔板上鼓泡层增高，分离空间降低，夹带液泛也将随之发生。带液泛也将随之发生。 液泛使整个塔不能正常操作，甚至发生严重的设备事故，要特别液泛使整个塔不能正常操作，甚至发生严重的设备事故，要特别注意防范。注意防范。 hhhhHfowwd=浮阀塔的设计浮阀塔的设计浮阀塔的设计浮阀塔的设计 板式塔的工艺设计主要包括两大方面：板式塔的工艺设计主要包括两大方面：（1 1）塔高、塔径以及塔板结构尺寸的计算；）塔高、塔径以及塔板结构尺寸的计算；（2 2）塔板的流体力

53、学校核以及塔板的负荷性能图的确定。）塔板的流体力学校核以及塔板的负荷性能图的确定。 浮阀塔工艺尺寸的计算浮阀塔工艺尺寸的计算 实际塔板数实际塔板数 全塔板效率可根据实验数据或用经验公式估算。全塔板效率可根据实验数据或用经验公式估算。 板式塔的塔高主要取决于实际塔板数和板间距。完成一定分离任板式塔的塔高主要取决于实际塔板数和板间距。完成一定分离任务所需的实际塔板数可通过平衡级的假设（即理论板假设）求得务所需的实际塔板数可通过平衡级的假设（即理论板假设）求得所需的理论板数所需的理论板数 N，然后由全塔效率（总板效率）修正然后由全塔效率（总板效率）修正TTENN=实际塔板数实际塔板数实际塔板数实际塔

54、板数已知实际板数和板间距，即可根据下式求塔高已知实际板数和板间距，即可根据下式求塔高 Z塔径塔径D，m0.30.50.50.80.81.61.62.02.02.42.4板距板距HT ，mm200300300350350450450600500800600211ZZHNZTT=式中：式中：Z1 最上面一块塔板距塔顶的高度，最上面一块塔板距塔顶的高度，m； Z2 最下面一块塔板距塔底的高度，最下面一块塔板距塔底的高度，m。HT 的大小对塔的生产能力、操作弹性以及塔板效率均有影响。的大小对塔的生产能力、操作弹性以及塔板效率均有影响。选用较大的选用较大的HT，可采用较高的操作气速而不致发生严重液沫夹，

55、可采用较高的操作气速而不致发生严重液沫夹带，塔径可小一些，但塔高要增加。带，塔径可小一些，但塔高要增加。选用较小的选用较小的HT，塔高可降低些，但允许的操作气速变小，塔径，塔高可降低些，但允许的操作气速变小，塔径需增大。需增大。对于直径大于对于直径大于 0.8m 的塔，为了安装及检修的需要，需在塔体的塔，为了安装及检修的需要，需在塔体上开设人孔。上开设人孔。人孔处的板间距应有足够的工作空间，一般不应小于人孔处的板间距应有足够的工作空间，一般不应小于 0.6m。 全塔效率的关联式全塔效率的关联式 全塔效率的关联式全塔效率的关联式 塔板效率是实际板与理论板差异的体现，它是气、液两相在塔板上塔板效率

56、是实际板与理论板差异的体现，它是气、液两相在塔板上的传质速率、混合和流动状况、以及板间返混（液沫夹带、气泡夹的传质速率、混合和流动状况、以及板间返混（液沫夹带、气泡夹带和漏液等所致）的综合结果。带和漏液等所致）的综合结果。塔板效率是板式塔设计中最重要的基础数据之一。由于影响因素很塔板效率是板式塔设计中最重要的基础数据之一。由于影响因素很多且关系复杂，至今还难以正确可靠地对其进行预测。多且关系复杂，至今还难以正确可靠地对其进行预测。工业装置或实验装置的实测数据是板效率数据最可靠的来源。工业装置或实验装置的实测数据是板效率数据最可靠的来源。全塔效率实测数据的关联式可用于塔板效率的估算。全塔效率实测

57、数据的关联式可用于塔板效率的估算。奥康内尔（奥康内尔（OconnellOconnell）关联方法关联方法精馏塔：采用相对挥发度精馏塔：采用相对挥发度 与液相粘度与液相粘度 L 的乘积为参数来表示全的乘积为参数来表示全塔效率塔效率 ET：245. 049. 0=LTE 与与 L 取塔顶与塔底平均温度下的值。对多组分物系，取关键取塔顶与塔底平均温度下的值。对多组分物系，取关键组分的组分的 。液相的平均粘度液相的平均粘度 L 可按下式计算可按下式计算 iiLx=全塔效率的关联式全塔效率的关联式全塔效率的关联式全塔效率的关联式吸收塔：全塔效率的关联曲线如右图所示。吸收塔：全塔效率的关联曲线如右图所示。

58、横坐标横坐标 HP/ / L中：中：H 塔顶和塔底平均温度下溶质的亨利系数，塔顶和塔底平均温度下溶质的亨利系数，kmol/(m3 kPa)；P 操作压强，操作压强，kPa； L 塔顶及塔底平均组成及平均温度下的液相粘度，塔顶及塔底平均组成及平均温度下的液相粘度，mPa s 。 关联结果曲线关联结果曲线溢流式塔板的塔截面分为两个部分：气体流通截面和降液管所占溢流式塔板的塔截面分为两个部分：气体流通截面和降液管所占截面（液体下流截面）。截面（液体下流截面）。若若 AT 为塔板的总截面积，为塔板的总截面积，A 为气体的流道截面积，为气体的流道截面积，Af 为降液管截为降液管截面积，则面积，则TTff

59、TAAAAAAA=1或TAD4=fuu85. 06 . 0=求求 A 得与得与 Af / / AT 后，即可求得后，即可求得 AT ，而塔径，而塔径设气体流通截面上的适宜气速为设气体流通截面上的适宜气速为 u，当塔内处理的气体体积流量为当塔内处理的气体体积流量为 Vs 时，时， A = = Vs / / u 。所以，求得。所以，求得 A 的关键在于确定流通截面积上的关键在于确定流通截面积上的适宜气速的适宜气速 u 。塔板的计算中，通常是以夹带液泛发生的气速（泛点气速）作为上塔板的计算中，通常是以夹带液泛发生的气速（泛点气速）作为上限。一般取限。一般取A 的计算的计算A 的计算的计算A 的计算的

60、计算246223fVpVLpudgd=VVLVVLpfCgdu=34由夹带液泛确定的泛点气速是以液滴在气流中的自由沉降作为导由夹带液泛确定的泛点气速是以液滴在气流中的自由沉降作为导出依据，即在重力场中悬浮于气流中的液滴所受的合力为零时的出依据，即在重力场中悬浮于气流中的液滴所受的合力为零时的气速定义为液泛气速。气速定义为液泛气速。当操作气速大于该气速时，液滴将随气流上升而被带出。故对直当操作气速大于该气速时，液滴将随气流上升而被带出。故对直径为径为 dp 的液滴，可导出的液滴，可导出 索德尔斯和布朗（索德尔斯和布朗（Souders and BrownSouders and Brown）公式公式