x4气液传质设备

1、2022年4月22日第四章 气液传质设备1/109第四章第四章 气液传质设备气液传质设备4.1 板式塔板式塔4.2 填料塔填料塔4.3 填料塔与板式塔的比较填料塔与板式塔的比较本章总结联系图本章总结联系图工程案例工程案例2022年4月22日第四章 气液传质设备2/109蒸馏和吸收虽原理不同，但从传质角度讲，有共蒸馏和吸收虽原理不同，但从传质角度讲，有共同特点，即气液两相要密切接触，接触后两相要及同特点，即气液两相要密切接触，接触后两相要及时分离。因此，蒸馏和吸收可在相同的设备内进行，时分离。因此，蒸馏和吸收可在相同的设备内进行，此设备即为气液传质设备。此设备即为气液传质设备。气液传质设备中，典

2、型的是塔设备。气液传质设备中，典型的是塔设备。在塔设备内，液体靠重力作用自上而下流动，气在塔设备内，液体靠重力作用自上而下流动，气相自下而上流动，两者逆流接触。相自下而上流动，两者逆流接触。从结构上分，塔设备分板式塔和填料塔。从结构上分，塔设备分板式塔和填料塔。2022年4月22日第四章 气液传质设备3/1094.1 板式塔板式塔plate towers4.1.1 板式塔的结构板式塔的结构4.1.2 塔板的类型及性能评价塔板的类型及性能评价4.1.3 板式塔的流体力学性能与操作特性板式塔的流体力学性能与操作特性4.1.4 板式塔的设计板式塔的设计2022年4月22日第四章 气液传质设备4/10

3、94.1 板式塔板式塔4.1.1 板式塔的结构板式塔的结构逐级接触式，内装塔板，逐级接触式，内装塔板，气液传质在板上液层空间内气液传质在板上液层空间内进行；两相的组成沿塔高呈进行；两相的组成沿塔高呈阶梯式变化，在正常操作下，阶梯式变化，在正常操作下，液相为连续相，气相为分散液相为连续相，气相为分散相。相。板式塔内流体的流动.swf2022年4月22日第四章 气液传质设备5/109溢流堰溢流堰Weir ：维持塔板上维持塔板上一定高度的液层，以保证在一定高度的液层，以保证在塔板上气液两相有足够的接塔板上气液两相有足够的接触面积；触面积；降液管降液管Downcomer ：作作为液体从上层塔板流至下层

4、为液体从上层塔板流至下层塔板的通道。塔板的通道。板式塔特点：生产能力大，板式塔特点：生产能力大，塔板效率稳定，操作弹性大，塔板效率稳定，操作弹性大，造价低，检修、清洗方便。造价低，检修、清洗方便。2022年4月22日第四章 气液传质设备6/109板式塔的设计意图板式塔的设计意图 1、在每块塔板上气液两相必须、在每块塔板上气液两相必须保持密切而充分的接触，为传质过程保持密切而充分的接触，为传质过程提供足够大而且不断更新的相际接触提供足够大而且不断更新的相际接触表面，以减小传质阻力；表面，以减小传质阻力； 2、在塔内应尽量使气液两相呈、在塔内应尽量使气液两相呈逆流流动，以提供较大的传质推动力逆流流

5、动，以提供较大的传质推动力。板式塔：板式塔：总体上气液呈逆流流动总体上气液呈逆流流动； 每块塔板上呈均匀错流每块塔板上呈均匀错流。2022年4月22日第四章 气液传质设备7/1094.1.2 塔板的类型及性能评价塔板的类型及性能评价4.1.2.1 塔板类型塔板类型塔板分为塔板分为有降液管式塔板有降液管式塔板Plate With downcomer （也称溢（也称溢流式塔板或错流式塔板）：气液两相呈错流方式接流式塔板或错流式塔板）：气液两相呈错流方式接触，其塔板效率高，具有较大的操作弹性，使用广触，其塔板效率高，具有较大的操作弹性，使用广泛。泛。无降液管式塔板无降液管式塔板Plate Witho

6、ut downcomer （也称（也称穿流式塔板或逆流式塔板）：气液两相呈逆流接触，穿流式塔板或逆流式塔板）：气液两相呈逆流接触，其板面利用率高，生产能力大，结构简单，但效率其板面利用率高，生产能力大，结构简单，但效率较低，操作弹性小，应用较少。较低，操作弹性小，应用较少。本节只讨论有降液管式塔板。本节只讨论有降液管式塔板。 2022年4月22日第四章 气液传质设备8/1094.1.2 塔板的类型及性能评价塔板的类型及性能评价1. 泡罩塔板泡罩塔板Bubble-cap tray 泡罩塔板是工业上应用最早的塔泡罩塔板是工业上应用最早的塔板，其结构如图所示，它主要由升气板，其结构如图所示，它主要由

7、升气管及泡罩构成。泡罩安装在升气管的管及泡罩构成。泡罩安装在升气管的顶部，分圆形和条形两种，以前者使顶部，分圆形和条形两种，以前者使用较广。泡罩有用较广。泡罩有80、100、150mm三种尺寸，可根据塔径的大三种尺寸，可根据塔径的大小选择。泡罩的下部周边开有很多齿小选择。泡罩的下部周边开有很多齿缝，齿缝一般为三角形、矩形或梯形。缝，齿缝一般为三角形、矩形或梯形。泡罩在塔板上为正三角形排列。泡罩在塔板上为正三角形排列。塔-泡罩塔.swf2022年4月22日第四章 气液传质设备9/1092022年4月22日第四章 气液传质设备10/109操作时，液体横向流过塔板，操作时，液体横向流过塔板，靠溢流堰

8、保持板上有一定厚度靠溢流堰保持板上有一定厚度的液层，齿缝浸没于液层之中的液层，齿缝浸没于液层之中而形成液封。升气管的顶部应而形成液封。升气管的顶部应高于泡罩齿缝的上沿，以防止高于泡罩齿缝的上沿，以防止液体从中漏下。上升气体通过液体从中漏下。上升气体通过齿缝进入液层时，被分散成许齿缝进入液层时，被分散成许多细小的气泡或流股，在板上多细小的气泡或流股，在板上形成鼓泡层，为气液两相的传形成鼓泡层，为气液两相的传热和传质提供大量的界面。热和传质提供大量的界面。2022年4月22日第四章 气液传质设备11/109泡罩塔板的优点是操作弹泡罩塔板的优点是操作弹性较大，塔板不易堵塞；缺性较大，塔板不易堵塞；缺

9、点是结构复杂、造价高，板点是结构复杂、造价高，板上液层厚，塔板压降大，生上液层厚，塔板压降大，生产能力及板效率较低。泡罩产能力及板效率较低。泡罩塔板已逐渐被筛板、浮阀塔塔板已逐渐被筛板、浮阀塔板所取代，在新建塔设备中板所取代，在新建塔设备中已很少采用。已很少采用。2022年4月22日第四章 气液传质设备12/1092. 筛孔塔板筛孔塔板Sieve or perforated tray筛孔塔板简称筛板，其筛孔塔板简称筛板，其结构如图示。塔板上开有结构如图示。塔板上开有许多均匀的小孔，孔径一许多均匀的小孔，孔径一般为般为38mm。筛孔在塔板。筛孔在塔板上为正三角形排列。塔板上为正三角形排列。塔板上

10、设置溢流堰，使板上能上设置溢流堰，使板上能保持一定厚度的液层。保持一定厚度的液层。2022年4月22日第四章 气液传质设备13/109操作时，气体经筛孔分操作时，气体经筛孔分散成小股气流，鼓泡通过散成小股气流，鼓泡通过液层，气液间密切接触而液层，气液间密切接触而进行传热和传质。在正常进行传热和传质。在正常的操作条件下，通过筛孔的操作条件下，通过筛孔上升的气流，应能阻止液上升的气流，应能阻止液体经筛孔向下泄漏。体经筛孔向下泄漏。塔-筛板塔.swf2022年4月22日第四章 气液传质设备14/109筛板的优点是结构简单、造价低，板上液面落差筛板的优点是结构简单、造价低，板上液面落差小，气体压降低，

11、生产能力大，传质效率高。其缺小，气体压降低，生产能力大，传质效率高。其缺点是筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、粘度大的物料。点是筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、粘度大的物料。应予指出，筛板塔的设计和操作精度要求较高，应予指出，筛板塔的设计和操作精度要求较高，过去工业上应用较为谨慎。近年来，由于设计和控过去工业上应用较为谨慎。近年来，由于设计和控制水平的不断提高，可使筛板塔的操作非常精确，制水平的不断提高，可使筛板塔的操作非常精确，故应用日趋广泛。故应用日趋广泛。2022年4月22日第四章 气液传质设备15/1093. 浮阀塔板浮阀塔板Valve tray结构特点：塔板上开有若干个阀孔，每个阀孔装结构特点

12、：塔板上开有若干个阀孔，每个阀孔装有一个可上下浮动的阀片，阀片的阀腿，可限制阀有一个可上下浮动的阀片，阀片的阀腿，可限制阀片升起的最大高度，并防止阀片被气体吹走。阀片片升起的最大高度，并防止阀片被气体吹走。阀片的定距片，可防止阀片与板面的粘结。的定距片，可防止阀片与板面的粘结。2022年4月22日第四章 气液传质设备16/109操作时，由阀孔上升的气流经阀片与塔板间隙沿操作时，由阀孔上升的气流经阀片与塔板间隙沿水平方向进入液层，增加了气液接触时间，浮阀开水平方向进入液层，增加了气液接触时间，浮阀开度随气体负荷而变，在低气量时，开度较小，气体度随气体负荷而变，在低气量时，开度较小，气体仍能以足够

13、的气速通过缝隙，避免过多的漏液；在仍能以足够的气速通过缝隙，避免过多的漏液；在高气量时，阀片自动浮起，开度增大，使气速不致高气量时，阀片自动浮起，开度增大，使气速不致过大。过大。F1型浮阀工作原理.swf塔板-浮阀.swf2022年4月22日第四章 气液传质设备17/109浮阀塔板的优点是结构简单、造价低，生产能力浮阀塔板的优点是结构简单、造价低，生产能力大，操作弹性大，塔板效率较高。其缺点是处理易大，操作弹性大，塔板效率较高。其缺点是处理易结焦、高粘度的物料时，阀片易与塔板粘结；在操结焦、高粘度的物料时，阀片易与塔板粘结；在操作过程中有时会发生阀片脱落或卡死等现象，使塔作过程中有时会发生阀片

14、脱落或卡死等现象，使塔板效率和操作弹性下降。板效率和操作弹性下降。2022年4月22日第四章 气液传质设备18/109三种塔板的比较三种塔板的比较:1. 生产能力：生产能力： 筛板筛板 浮阀浮阀 泡罩；泡罩；2. 压降：压降： 泡罩泡罩 浮阀浮阀 筛板；筛板；3. 操作弹性：操作弹性： 浮阀浮阀 泡罩泡罩 筛板；筛板；4. 造价：造价： 泡罩泡罩 浮阀浮阀 筛板；筛板；5. 板效率：板效率： 浮阀、筛板相当浮阀、筛板相当 泡罩泡罩。2022年4月22日第四章 气液传质设备19/1094. 喷射型塔板喷射型塔板上述几种塔板，气体是以鼓泡或泡沫状态和液体上述几种塔板，气体是以鼓泡或泡沫状态和液体接

15、触，当气体垂直向上穿过液层时，使分散形成的接触，当气体垂直向上穿过液层时，使分散形成的液滴或泡沫具有一定向上的初速度。若气速过高，液滴或泡沫具有一定向上的初速度。若气速过高，会造成较为严重的液沫夹带，使塔板效率下降，因会造成较为严重的液沫夹带，使塔板效率下降，因而生产能力受到一定的限制。为克服这一缺点，近而生产能力受到一定的限制。为克服这一缺点，近年来开发出喷射型塔板，大致有以下几种类型。年来开发出喷射型塔板，大致有以下几种类型。2022年4月22日第四章 气液传质设备20/109（1）舌型塔板）舌型塔板tongue plate舌型塔板的结构如图所示，在塔板上冲出许多舌舌型塔板的结构如图所示，

16、在塔板上冲出许多舌孔，方向朝塔板液体流出口一侧张开。舌片与板面孔，方向朝塔板液体流出口一侧张开。舌片与板面成一定的角度，有成一定的角度，有18、20、25三种（一般为三种（一般为20），舌片尺寸有），舌片尺寸有5050mm和和2525mm两种。两种。舌孔按正三角形排列，塔板的液体流出口一侧不设舌孔按正三角形排列，塔板的液体流出口一侧不设溢流堰，只保留降液管，降液管截面积要比一般塔溢流堰，只保留降液管，降液管截面积要比一般塔板设计得大些。板设计得大些。塔板-舌形.swf2022年4月22日第四章 气液传质设备21/109操作时，上升的气流沿舌片操作时，上升的气流沿舌片喷出，其喷出速度可达喷出，其

17、喷出速度可达2030m/s。当液体流过每排舌孔。当液体流过每排舌孔时，即被喷出的气流强烈扰动时，即被喷出的气流强烈扰动而形成液沫，被斜向喷射到液而形成液沫，被斜向喷射到液层上方，喷射的液流冲至降液层上方，喷射的液流冲至降液管上方的塔壁后流入降液管中，管上方的塔壁后流入降液管中，流到下一层塔板。流到下一层塔板。2022年4月22日第四章 气液传质设备22/109舌型塔板的优点是：生产能舌型塔板的优点是：生产能力大，塔板压降低，传质效率力大，塔板压降低，传质效率较高；较高；缺点是：操作弹性较小，气缺点是：操作弹性较小，气体喷射作用易使降液管中的液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

18、体夹带气泡流到下层塔板，从而降低塔板效率。而降低塔板效率。2022年4月22日第四章 气液传质设备23/109（2）浮舌塔板）浮舌塔板Float tongue plate如图所示，与舌型塔板相比，浮舌塔板的结构特如图所示，与舌型塔板相比，浮舌塔板的结构特点是其舌片可上下浮动。因此，浮舌塔板兼有浮阀点是其舌片可上下浮动。因此，浮舌塔板兼有浮阀塔板和固定舌型塔板的特点，具有处理能力大、压塔板和固定舌型塔板的特点，具有处理能力大、压降低、操作弹性大等优点，特别适宜于热敏性物系降低、操作弹性大等优点，特别适宜于热敏性物系的减压分离过程。的减压分离过程。浮舌塔板示意图.swf2022年4月22日第四章

19、气液传质设备24/109（3）斜孔塔板）斜孔塔板斜孔塔板的结构如图所示。斜孔塔板的结构如图所示。在板上开有斜孔，孔口向上在板上开有斜孔，孔口向上与板面成一定角度。斜孔的与板面成一定角度。斜孔的开口方向与液流方向垂直，开口方向与液流方向垂直，同一排孔的孔口方向一致，同一排孔的孔口方向一致，相邻两排开孔方向相反，使相邻两排开孔方向相反，使相邻两排孔的气体向相反的相邻两排孔的气体向相反的方向喷出。方向喷出。2022年4月22日第四章 气液传质设备25/109由于相邻两排孔的气体向相反的方向喷出。这样，由于相邻两排孔的气体向相反的方向喷出。这样，气流不会对喷，既可得到水平方向较大的气速，又气流不会对喷

20、，既可得到水平方向较大的气速，又阻止了液沫夹带，使板面上液层低而均匀，气体和阻止了液沫夹带，使板面上液层低而均匀，气体和液体不断分散和聚集，其表面不断更新，气液接触液体不断分散和聚集，其表面不断更新，气液接触良好，传质效率提高。良好，传质效率提高。斜斜孔塔板的生产能力比浮阀塔板大斜斜孔塔板的生产能力比浮阀塔板大30%左右，左右，效率与之相当，且结构简单，加工制造方便，是一效率与之相当，且结构简单，加工制造方便，是一种性能优良的塔板。种性能优良的塔板。2022年4月22日第四章 气液传质设备26/1094.1.2.2 塔板的性能评价塔板的性能评价1.生产能力大生产能力大，即单位塔截面积上气体和液

21、体的，即单位塔截面积上气体和液体的通量大；通量大；2.分离效率高分离效率高，即完成一定的分离任务所需的板，即完成一定的分离任务所需的板数少；数少；3.阻力小，压降低阻力小，压降低，即气体通过单板的压降低，即气体通过单板的压降低，能耗低，对于精馏系统可降低釜温，尤其适用于热能耗低，对于精馏系统可降低釜温，尤其适用于热敏性物系的分离；敏性物系的分离；4.操作弹性大操作弹性大，即当操作的气液流量发生波动时，即当操作的气液流量发生波动时仍能维持板效率的稳定；仍能维持板效率的稳定；5.满足工业对生产设备的一般要求满足工业对生产设备的一般要求，即结构简单、，即结构简单、造价低、安装维修方便等。造价低、安装

22、维修方便等。常见塔板的性能比较见常见塔板的性能比较见P237表表4-2。2022年4月22日第四章 气液传质设备27/1094.1.3 板式塔的流体力学性能与操作特性板式塔的流体力学性能与操作特性4.1.3.1 板式塔的流体力学性能板式塔的流体力学性能1. 塔板上气液两相的接触状态塔板上气液两相的接触状态塔板上气液两相的接触状态是决定板上两相流流塔板上气液两相的接触状态是决定板上两相流流体力学及传质和传热规律的重要因素。如图所示，体力学及传质和传热规律的重要因素。如图所示，当液体流量一定时，随着气速的增加，可以出现三当液体流量一定时，随着气速的增加，可以出现三种典型的接触状态。种典型的接触状态

23、。2022年4月22日第四章 气液传质设备28/109（1）鼓泡接触状态）鼓泡接触状态当气速较低时，气体以鼓泡当气速较低时，气体以鼓泡形式通过液层。由于气泡的数形式通过液层。由于气泡的数量不多，形成的气液混合物基量不多，形成的气液混合物基本上以液体为主，气液两相接本上以液体为主，气液两相接触的表面积不大，传质效率很触的表面积不大，传质效率很低。低。特点：特点：液体为连续相，气体为分散液体为连续相，气体为分散相；相；传质在气泡表面进行；传质在气泡表面进行；湍动程度低，传质阻力大。湍动程度低，传质阻力大。2022年4月22日第四章 气液传质设备29/109（2）泡沫接触状态）泡沫接触状态当气速继续

24、增加，气泡数量急剧当气速继续增加，气泡数量急剧增加，并且扰动十分剧烈，在板上增加，并且扰动十分剧烈，在板上只能看到较薄的一层液体。由于泡只能看到较薄的一层液体。由于泡沫接触状态的表面积大，并不断更沫接触状态的表面积大，并不断更新，为两相传热与传质提供了良好新，为两相传热与传质提供了良好的条件，是一种较好的接触状态。的条件，是一种较好的接触状态。特点：特点：液体为连续相，气体为分散相；液体为连续相，气体为分散相；传质在不断更新的液膜表面进行；传质在不断更新的液膜表面进行；湍动程度高，接触面积大，传质湍动程度高，接触面积大，传质阻力小。阻力小。2022年4月22日第四章 气液传质设备30/109（

25、3）喷射接触状态）喷射接触状态气速继续增加，由于气体动能很气速继续增加，由于气体动能很大，把板上的液体向上喷成大小不大，把板上的液体向上喷成大小不等的液滴，直径较大的液滴受重力等的液滴，直径较大的液滴受重力作用又落回到板上，直径较小的液作用又落回到板上，直径较小的液滴被气体带走，形成液沫夹带。特滴被气体带走，形成液沫夹带。特点：点：气体为连续相，液体为分散相；气体为连续相，液体为分散相；传质在不断更新的液滴表面进行传质在不断更新的液滴表面进行因液滴不断形成和聚集，因此传因液滴不断形成和聚集，因此传质面积大大增加。质面积大大增加。2022年4月22日第四章 气液传质设备31/109如上所述，泡沫

26、接触状态和喷射状态均是如上所述，泡沫接触状态和喷射状态均是优良的塔板接触状态。因喷射接触状态的气优良的塔板接触状态。因喷射接触状态的气速高于泡沫接触状态，故喷射接触状态有较速高于泡沫接触状态，故喷射接触状态有较大的生产能力，但喷射状态液沫夹带较多，大的生产能力，但喷射状态液沫夹带较多，若控制不好，会破坏传质过程，所以多数塔若控制不好，会破坏传质过程，所以多数塔均控制在泡沫接触状态下工作。均控制在泡沫接触状态下工作。2022年4月22日第四章 气液传质设备32/1092.气体通过塔板的压降气体通过塔板的压降气体通过塔板的压降（塔板的总压降）气体通过塔板的压降（塔板的总压降）pp包括：包括：塔板的

27、干板阻力（即板上各部件所造成的局部阻塔板的干板阻力（即板上各部件所造成的局部阻力）力）板上充气液层的静压力板上充气液层的静压力液体的表面张力。液体的表面张力。2022年4月22日第四章 气液传质设备33/109塔板压降是影响板式塔操作特性的重要因素。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，温度随之升高，

28、能耗增加，操作费增大，若分离热若分离热敏性物系时易造成物料的分解或结焦。因此，进行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下，力求减小塔板压降，以降低能耗和改善塔的操作。作。2022年4月22日第四章 气液传质设备34/109影响塔板压降影响塔板压降pp的因素：的因素：气量气量 pp 液量液量 pp 开孔率开孔率u0 pp 孔径孔径 pp 板上清液层高度板上清液层高度 pp 液体表面张力液体表面张力 pp 2022年4月22日第四章 气液传质设备35/1093

29、.塔板上的液面落差塔板上的液面落差产生原因：产生原因：液体在塔板上横液体在塔板上横向流动时要克服流动阻力向流动时要克服流动阻力（摩擦阻力、形体阻力）。（摩擦阻力、形体阻力）。不良后果：不良后果：液面落差会导致液面落差会导致气流分布不均，从而造成漏气流分布不均，从而造成漏液现象，使板效率下降。液现象，使板效率下降。影响因素：影响因素：塔结构复杂、塔塔结构复杂、塔径径、流量、流量液面落差液面落差 有溢流塔板2022年4月22日第四章 气液传质设备36/1094.1.3.2 板式塔的操作特性板式塔的操作特性1.气液两相非理想流动状态气液两相非理想流动状态（1）气相、液相同主流方向相反的流动。表现在：

30、）气相、液相同主流方向相反的流动。表现在：液沫夹带液沫夹带excessive entraining ：指部分液滴随上升指部分液滴随上升的气流一切返回到上层塔板，即液体的方向流动。的气流一切返回到上层塔板，即液体的方向流动。产生原因：产生原因：气速气速 ，板间距，板间距HT不良后果：不良后果：（1）降低板效）降低板效; （2）将不挥发性物质逐板送至塔顶造成产品污染）将不挥发性物质逐板送至塔顶造成产品污染; （3）严重时造成液泛。）严重时造成液泛。 气泡夹带：气泡夹带：液体在降液管中停留时间过短，气泡液体在降液管中停留时间过短，气泡来不及解脱，而被液体卷入下层塔板。来不及解脱，而被液体卷入下层塔板

31、。产生原因：产生原因：降液管太小，停留时间短降液管太小，停留时间短2022年4月22日第四章 气液传质设备37/109（2）气相、液相不均匀流动）气相、液相不均匀流动液体：流动速度不均匀，中间块，两边慢。液体：流动速度不均匀，中间块，两边慢。气体：气体：液面落差和液层波动，引起气体分布不均液面落差和液层波动，引起气体分布不均匀。液层厚，阻力大，汽速小；匀。液层厚，阻力大，汽速小；2022年4月22日第四章 气液传质设备38/1092.塔板上的异常操作现象塔板上的异常操作现象 （1）漏液）漏液weeping当气体通过塔板的速度较小时，气体通过升气孔道当气体通过塔板的速度较小时，气体通过升气孔道的

32、动压不足以阻止板上液体经孔道流下时，便会的动压不足以阻止板上液体经孔道流下时，便会出现漏液现象。出现漏液现象。不良后果：不良后果：降低板效率，严重时使板上不能积液。降低板效率，严重时使板上不能积液。产生原因：产生原因：气速过小，或气体分布严重不均、液体气速过小，或气体分布严重不均、液体分布严重不均。分布严重不均。改进措施：改进措施：在塔板液体入口处留出一条不开孔的区在塔板液体入口处留出一条不开孔的区域，称为安定区，使漏液量不大于液体流量的域，称为安定区，使漏液量不大于液体流量的10%。2022年4月22日第四章 气液传质设备39/109（2）液泛）液泛flooding塔板正常操作时，在板上维持

33、一定厚度的液层，塔板正常操作时，在板上维持一定厚度的液层，以和气体进行接触传质。如果由于某种原因，导致以和气体进行接触传质。如果由于某种原因，导致液体充满塔板之间的空间，使塔的正常操作受到破液体充满塔板之间的空间，使塔的正常操作受到破坏，这种现象称为液泛。液泛时的气速称为泛点气坏，这种现象称为液泛。液泛时的气速称为泛点气速，正常操作气速应控制在泛点气速之下。速，正常操作气速应控制在泛点气速之下。产生原因：产生原因：气体流量过大，产生了过量的液沫夹带；气体流量过大，产生了过量的液沫夹带；液体负荷过大，降液管的截面积不够。液体负荷过大，降液管的截面积不够。不良后果：不良后果：塔压力降急剧增大、板效

34、急剧减小、塔压力降急剧增大、板效急剧减小、是不正常操作现象之一是不正常操作现象之一2022年4月22日第四章 气液传质设备40/109当塔板上液体流量很大，上升气体的速度很高时，当塔板上液体流量很大，上升气体的速度很高时，液体被气体夹带到上一层塔板上的量剧增，使塔板液体被气体夹带到上一层塔板上的量剧增，使塔板间充满气液混合物，最终使整个塔内都充满液体，间充满气液混合物，最终使整个塔内都充满液体，这种由于液沫夹带量过大引起的液泛称为这种由于液沫夹带量过大引起的液泛称为夹带液泛夹带液泛。当降液管内液体不能顺利向下流动时，管内液体当降液管内液体不能顺利向下流动时，管内液体必然积累，致使管内液位增高而

35、越过溢流堰顶部，必然积累，致使管内液位增高而越过溢流堰顶部，两板间液体相连，塔板产生积液，并依次上升，最两板间液体相连，塔板产生积液，并依次上升，最终导致塔内充满液体，这种由于降液管内充满液体终导致塔内充满液体，这种由于降液管内充满液体而引起的液泛称为而引起的液泛称为降液管液泛。降液管液泛。2022年4月22日第四章 气液传质设备41/1093. 塔板的负荷性能图塔板的负荷性能图Capacity graph影响板式塔操作状况和分离效果的主要影响板式塔操作状况和分离效果的主要因素为因素为物料性质、塔板性质及气液负荷物料性质、塔板性质及气液负荷。对一定的塔板结构，处理固定的物系时，对一定的塔板结构

36、，处理固定的物系时，其操作状况便随气液负荷而变。要维持塔其操作状况便随气液负荷而变。要维持塔板正常操作，必须将塔内的气、液负荷波板正常操作，必须将塔内的气、液负荷波动控制在一定范围内。动控制在一定范围内。以气相负荷以气相负荷V为纵标，以液相负荷为纵标，以液相负荷L为为横标，标绘在直角坐标系中得负荷性能图。横标，标绘在直角坐标系中得负荷性能图。它对检验塔的设计是否合理，了解塔的它对检验塔的设计是否合理，了解塔的操作状况及改进塔板操作弹性具有一定的操作状况及改进塔板操作弹性具有一定的指导意义。指导意义。VL123452022年4月22日第四章 气液传质设备42/109VL1线线 1为为漏液线，漏液

37、线，可根可根据漏液点气速确定，据漏液点气速确定，若气液负荷位于此线若气液负荷位于此线下方，表明漏液已使下方，表明漏液已使塔板效率大幅度下降；塔板效率大幅度下降；2022年4月22日第四章 气液传质设备43/109线线2为为液沫夹带线，液沫夹带线，通常以通常以Kg液液/Kg干空气干空气为依据确定，气液负为依据确定，气液负荷位于该线上方，表荷位于该线上方，表示液沫夹带过量，已示液沫夹带过量，已不宜采用；不宜采用；VL122022年4月22日第四章 气液传质设备44/109线线3为为液相负荷下限液相负荷下限线，线，液量小于该下限，液量小于该下限，板上液体流动严重不板上液体流动严重不均匀而导致板效率急

38、均匀而导致板效率急剧下降；剧下降；VL1232022年4月22日第四章 气液传质设备45/109线线4为为液相负荷上限液相负荷上限线，线，若液量超过此上若液量超过此上限，液体在降液管内限，液体在降液管内停留时间过短，液流停留时间过短，液流中的气泡夹带现象大中的气泡夹带现象大量发生，以致出现溢量发生，以致出现溢流液泛。流液泛。VL12342022年4月22日第四章 气液传质设备46/109线线5为为溢流液泛线溢流液泛线，可根据溢流液泛的产可根据溢流液泛的产生条件确定，若气液生条件确定，若气液负荷位于此线上方，负荷位于此线上方，塔内将出现溢流液泛；塔内将出现溢流液泛；VL123452022年4月2

39、2日第四章 气液传质设备47/109说明说明操作弹性：操作弹性：上、下限操作极上、下限操作极限的气体流量之比称为塔板的限的气体流量之比称为塔板的操作弹性，操作弹性越大的塔操作弹性，操作弹性越大的塔越好，一般要求大于越好，一般要求大于23。板型不同，负荷性能图中所板型不同，负荷性能图中所包括的边界线也有所不同。包括的边界线也有所不同。同一板型但设计不同，线的同一板型但设计不同，线的相对位置也会不同。相对位置也会不同。过原点，斜率为过原点，斜率为V/L的直线的直线称称操作线操作线2022年4月22日第四章 气液传质设备48/109说明说明设计时，适当调整塔板结设计时，适当调整塔板结构参数，使操作点

40、尽量位于构参数，使操作点尽量位于操作区的中央；若操作点紧操作区的中央；若操作点紧靠某一条边界线，则负荷稍靠某一条边界线，则负荷稍有变动，塔的正常操作即被有变动，塔的正常操作即被破坏。破坏。对设计和操作的指导意义：对设计和操作的指导意义：分析操作状况是否合理，若分析操作状况是否合理，若不合理，为问题的解决提供不合理，为问题的解决提供依据。依据。2022年4月22日第四章 气液传质设备49/1094.1.4 板式塔的设计板式塔的设计设计内容设计内容： 板型：筛板、浮阀等板型：筛板、浮阀等 板上液流型式：单流、双流等板上液流型式：单流、双流等 板间距板间距HT 塔径塔径D 板上结构：开孔情况、溢流装

41、置结构板上结构：开孔情况、溢流装置结构设计方法设计方法：若流体力学性能不好，则调整相应结构参数若流体力学性能不好，则调整相应结构参数根据经验根据经验选定一些选定一些结构参数结构参数设计其他设计其他参数参数校核各项校核各项流体力学流体力学性能性能2022年4月22日第四章 气液传质设备50/109设计步骤设计步骤：1.根据生产任务和分离要求，确定塔径、塔高等根据生产任务和分离要求，确定塔径、塔高等工艺尺寸；工艺尺寸；2.进行塔板设计，包括溢流装置的设计、塔板的进行塔板设计，包括溢流装置的设计、塔板的布置、升气道（泡罩、筛孔或浮阀等）的设计及排布置、升气道（泡罩、筛孔或浮阀等）的设计及排列；列；3

42、.进行流体力学验算；进行流体力学验算；4.绘制塔板的负荷性能图；绘制塔板的负荷性能图；5.根据负荷性能图，对设计进行分析，若设计不根据负荷性能图，对设计进行分析，若设计不够理想，可对某些参数进行调整，重复上述设计过够理想，可对某些参数进行调整，重复上述设计过程，直至满意。程，直至满意。2022年4月22日第四章 气液传质设备51/109具体内容：具体内容：1.塔高的计算塔高的计算式中：式中：NP实际板层数，不含釜。实际板层数，不含釜。 HT板间距，板间距，m，经验值范围见，经验值范围见P180表表4-3。2.塔径的计算塔径的计算说明说明（1)精馏段和提馏段的塔径分别计算；精馏段和提馏段的塔径分

43、别计算；TPH)N(Z 1uVDs 42022年4月22日第四章 气液传质设备52/109（2）空塔气速）空塔气速u的计算的计算空塔气速的上限由严重的液沫夹带或液泛决定，空塔气速的上限由严重的液沫夹带或液泛决定，下限由漏液决定，适宜的空塔气速应介于二者之间。下限由漏液决定，适宜的空塔气速应介于二者之间。设计时，一般依据产生严重液沫夹带时的气速来确设计时，一般依据产生严重液沫夹带时的气速来确定，该气速称为极限空塔气速以定，该气速称为极限空塔气速以Umax表示。表示。 极限空塔气速极限空塔气速Umax可依据悬浮液滴沉降原理可依据悬浮液滴沉降原理导出。其结果为：导出。其结果为：式中：式中：C负荷因子

44、，与气液负荷、物性、塔板负荷因子，与气液负荷、物性、塔板结构有关，一般由实验测定。结构有关，一般由实验测定。VVLCmaxU 2022年4月22日第四章 气液传质设备53/109查查P181图图4-13,得得C20,然后按下式进行校正：然后按下式进行校正：202020.LCC 2022年4月22日第四章 气液传质设备54/109（3)塔径进行圆整：塔径进行圆整：1m以下，一般间隔以下，一般间隔100mm，1m以上，一般间隔以上，一般间隔200mm。3.溢流装置的设计（略）溢流装置的设计（略）4.塔板布置（略）塔板布置（略）5.流体力学验算（略）流体力学验算（略）2022年4月22日第四章 气液

45、传质设备55/1094.2 填料塔填料塔packed towers4.2.1 填料塔的结构与特点填料塔的结构与特点4.2.2 填料的类型及性能评价填料的类型及性能评价4.2.3 填料塔的流体力学性能填料塔的流体力学性能4.2.4 填料塔的内件填料塔的内件4.2.5 填料塔的设计填料塔的设计2022年4月22日第四章 气液传质设备56/1094.2.1 填料塔的结构与特点填料塔的结构与特点 1. 填料塔的结构填料塔的结构填料层：填料层：提供气液接触的场所。提供气液接触的场所。液体分布器：液体分布器：均匀分布液体，以避免发生沟流均匀分布液体，以避免发生沟流现象。现象。液体再分布器：液体再分布器：避

46、免壁流现象发生。避免壁流现象发生。支撑板：支撑板：支撑填料层，使气体均匀分布。支撑填料层，使气体均匀分布。除沫器：除沫器：防止塔顶气体出口处夹带液体。防止塔顶气体出口处夹带液体。2022年4月22日第四章 气液传质设备57/109气体从塔底送入，液相从塔气体从塔底送入，液相从塔顶进入，在填料表面上，气液顶进入，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。续相，液相为分散相。因壁流现象的存在，

47、故需设因壁流现象的存在，故需设置再分布装置。置再分布装置。填料塔.swf2022年4月22日第四章 气液传质设备58/1092.填料塔的特点填料塔的特点(与板式塔相比与板式塔相比)优点：优点：生产能力大。填料塔内件开孔率大，空隙率大，生产能力大。填料塔内件开孔率大，空隙率大，液泛点高。液泛点高。分离效率高。填料塔每米理论级远大于板式塔，分离效率高。填料塔每米理论级远大于板式塔，尤其在减压及常压条件下。尤其在减压及常压条件下。压降小。空隙率高，阻力小。压降小。空隙率高，阻力小。持液量小。持液量小。操作弹性大。操作弹性大。2022年4月22日第四章 气液传质设备59/1092.填料塔的特点填料塔的

48、特点(与板式塔相比与板式塔相比)缺点：缺点：填料造价高；当液体负荷较小时不能有效填料造价高；当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面，使传质效率降低；不能直接用于地润湿填料表面，使传质效率降低；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料；对侧线进料和出料等有悬浮物或容易聚合的物料；对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。复杂精馏不太适合等。 2022年4月22日第四章 气液传质设备60/1094.2.2 填料的类型及性能评价填料的类型及性能评价填料作用填料作用提供气液接触面积；提供气液接触面积；强化气体湍动，降低气相传质阻力；强化气体湍动，降低气相传质阻力；更新液膜表面，降低液相传质阻力。更新液膜表面，

49、降低液相传质阻力。2022年4月22日第四章 气液传质设备61/1094.2.2 填料的类型及性能评价填料的类型及性能评价4.2.2.1 填料填料（packings）的类型的类型1.分类分类按填料形状分：按填料形状分： l实体填料实体填料l网体填料网体填料按填料的装填方式分：按填料的装填方式分：l散装填料散装填料l规整填料规整填料按材质分：按材质分：l金属填料金属填料l塑料填料塑料填料l陶瓷填料陶瓷填料l石墨填料石墨填料2022年4月22日第四章 气液传质设备62/1092.常用的几种填料常用的几种填料拉西环拉西环(Rasching ring) ：拉拉西环是工业上最早使用的一种填料，西环是工业

50、上最早使用的一种填料，为外径与高度相等的圆环，通常由陶为外径与高度相等的圆环，通常由陶瓷或金属材料制成。拉西环结构简单，瓷或金属材料制成。拉西环结构简单，制造容易，但堆积时相邻环间易形成制造容易，但堆积时相邻环间易形成线接触，填料层的均匀性差，因而存线接触，填料层的均匀性差，因而存在严重的向壁偏流和沟流现象，致使在严重的向壁偏流和沟流现象，致使传质效率低。而且流动阻力大，操作传质效率低。而且流动阻力大，操作范围小。其改善方面有范围小。其改善方面有形、十字格形、十字格形的拉西环。形的拉西环。 拉西环拉西环 环环2022年4月22日第四章 气液传质设备63/109鲍尔环鲍尔环(pall ring)

51、：鲍尔环是鲍尔环是在拉西环的壁上开一层或两层长方形在拉西环的壁上开一层或两层长方形窗口，窗孔的母材两层交错地弯向环窗口，窗孔的母材两层交错地弯向环中心对接。这种结构使填料层内气、中心对接。这种结构使填料层内气、液分布性能大为改善，尤其是环的内液分布性能大为改善，尤其是环的内表面得到充分利用。与同样尺寸的拉表面得到充分利用。与同样尺寸的拉西环相比，鲍尔环的气液通量可提高西环相比，鲍尔环的气液通量可提高50%，而压降仅为其一半，分离效果，而压降仅为其一半，分离效果也得到提高。其改进为阶梯形鲍尔环，也得到提高。其改进为阶梯形鲍尔环，圆筒部分的一端制成喇叭口形状。这圆筒部分的一端制成喇叭口形状。这样填

52、料间呈现点接触，床层均匀且空样填料间呈现点接触，床层均匀且空隙率大，与鲍尔环相比气体阻力减少隙率大，与鲍尔环相比气体阻力减少25%，生产能力提高，生产能力提高10%。 2022年4月22日第四章 气液传质设备64/109阶梯环：阶梯环：鲍尔环基础上改造得鲍尔环基础上改造得出的。环壁上开有窗孔，其高度为出的。环壁上开有窗孔，其高度为直径的一半。由于高径比的减少，直径的一半。由于高径比的减少，使得气体绕填料外壁的平均路径大使得气体绕填料外壁的平均路径大为缩短，减少了阻力。喇叭口一边，为缩短，减少了阻力。喇叭口一边，不仅增加机械强度，而且使填料之不仅增加机械强度，而且使填料之间为点接触，有利于液膜的

53、汇集与间为点接触，有利于液膜的汇集与更新，提高了传质效率。更新，提高了传质效率。目前所使用的环型填料中最为优目前所使用的环型填料中最为优良的一种。良的一种。2022年4月22日第四章 气液传质设备65/109弧鞍型弧鞍型(berl saddle) ：表面全部敞口，不分内外，表面全部敞口，不分内外，液体在表面两侧均匀流动，液体在表面两侧均匀流动，表面利用率高，流动呈弧形，表面利用率高，流动呈弧形，气体阻力小。但两面对称有气体阻力小。但两面对称有重叠现象，容易产生沟流。重叠现象，容易产生沟流。 强度差，易破碎。应用较少。强度差，易破碎。应用较少。2022年4月22日第四章 气液传质设备66/109

54、矩鞍型矩鞍型(intolox saddle)：矩鞍形填料结构矩鞍形填料结构不对称，堆积时不重叠，不对称，堆积时不重叠，均匀性更高。该填料气流均匀性更高。该填料气流阻力小，处理能力大，性阻力小，处理能力大，性能虽不如鲍尔环好，但构能虽不如鲍尔环好，但构造简单，是一种性能优良造简单，是一种性能优良的填料。的填料。 2022年4月22日第四章 气液传质设备67/109环矩鞍环矩鞍(Intalox)：兼兼具环型、鞍型填料的优具环型、鞍型填料的优点。敞开的侧壁有利于点。敞开的侧壁有利于气体和液体通过，减少气体和液体通过，减少了填料层内滞液死区。了填料层内滞液死区。填料层内流体孔道增多，填料层内流体孔道增

55、多，使气液分布更加均匀，使气液分布更加均匀，传质效率得以提高。传质效率得以提高。一般采用金属材质，一般采用金属材质，机械强度高。机械强度高。2022年4月22日第四章 气液传质设备68/109球型：球型：球体为空心，气体和液体从其内部经球体为空心，气体和液体从其内部经过。由于球体结构的对称性，填料装填密度均匀，过。由于球体结构的对称性，填料装填密度均匀，不易产生空穴和架桥，故气液分散性能好。不易产生空穴和架桥，故气液分散性能好。常采用塑料材质。一般用于特定场合，工程上常采用塑料材质。一般用于特定场合，工程上应用较少。应用较少。2022年4月22日第四章 气液传质设备69/109格栅填料：格栅填

56、料：以条状以条状单元体经一定规则组合单元体经一定规则组合而成，其结构随条状单而成，其结构随条状单元体的形式和组合规则元体的形式和组合规则而变，具有多种结构形而变，具有多种结构形式。特点是比表面积较式。特点是比表面积较低，主要用于低压降、低，主要用于低压降、大负荷、防堵的场合。大负荷、防堵的场合。木格栅填料木格栅填料格里奇格栅填料格里奇格栅填料2022年4月22日第四章 气液传质设备70/109波纹填料：波纹填料：波纹填料是由许多层波波纹填料是由许多层波纹薄片组成，各片高度相同但长短不等，纹薄片组成，各片高度相同但长短不等，搭配组合成圆盘状，填料波纹与水平方向搭配组合成圆盘状，填料波纹与水平方向

57、成成45倾角，相邻两片反向重叠使其波纹倾角，相邻两片反向重叠使其波纹互相垂直。圆盘填料块水平放入塔内，相互相垂直。圆盘填料块水平放入塔内，相邻两圆盘的波纹薄片方向互成邻两圆盘的波纹薄片方向互成90角。波角。波纹填料因波纹薄片的材料与形状不同分成纹填料因波纹薄片的材料与形状不同分成板波纹填料和网波纹填料。板波纹填料和网波纹填料。板波纹填料可由陶瓷、塑料、金属、玻板波纹填料可由陶瓷、塑料、金属、玻璃钢等材料制成。填料的空隙率大，阻力璃钢等材料制成。填料的空隙率大，阻力小，流体通量大、效率高，而且制造方便、小，流体通量大、效率高，而且制造方便、价格低，正向通用化、大型化方向发展。价格低，正向通用化、

58、大型化方向发展。 金属丝网波纹填料金属丝网波纹填料金属孔板波纹填料金属孔板波纹填料2022年4月22日第四章 气液传质设备71/109脉冲填料：脉冲填料：是由带缩颈的中空棱是由带缩颈的中空棱柱形单体，按一定方式拼装而成的一种柱形单体，按一定方式拼装而成的一种规则填料。脉冲填料组装后，会形成带规则填料。脉冲填料组装后，会形成带锁颈的多孔棱形通道，其纵面流道交替锁颈的多孔棱形通道，其纵面流道交替收缩和扩大，气液两相通过时产生强烈收缩和扩大，气液两相通过时产生强烈的湍动，在缩颈处，气速最高，湍动剧的湍动，在缩颈处，气速最高，湍动剧烈，从而强化传质，在扩大段，气速减烈，从而强化传质，在扩大段，气速减到

59、最小，实现两相的分离。流道收缩、到最小，实现两相的分离。流道收缩、扩大的交替重复，实现了扩大的交替重复，实现了“脉冲脉冲”传质传质过程。过程。特点是处理量大，压降小。适用于真特点是处理量大，压降小。适用于真空精馏，大塔径场合。空精馏，大塔径场合。2022年4月22日第四章 气液传质设备72/1094.2.2.2 填料的性能评价填料的性能评价1. 填料的几何特性填料的几何特性（1）比表面积比表面积Specific surface area ：单位体单位体积填料层具有的填料表面积，积填料层具有的填料表面积，m2/m3。填料的比表。填料的比表面积愈大，所提供的气液传质面积愈大，愈有利于面积愈大，所提

60、供的气液传质面积愈大，愈有利于传质。是评价填料性能优劣的重要指标。传质。是评价填料性能优劣的重要指标。2022年4月22日第四章 气液传质设备73/1094.2.2.2 填料的性能评价填料的性能评价说明说明操作中有部分填料表面不被润湿，以致比表面积操作中有部分填料表面不被润湿，以致比表面积中只有某个分率的面积才是润湿面积。据资料介绍，中只有某个分率的面积才是润湿面积。据资料介绍，填料真正润湿的表面积只占全部填料表面积的填料真正润湿的表面积只占全部填料表面积的2050%。有的部位填料表面虽然润湿，但液流不畅，液体有的部位填料表面虽然润湿，但液流不畅，液体有某种程度的停滞现象。这种停滞的液体与气体