第11章 汽液传质设备

1、1一、分类：分类： 板式塔板式塔：逐级接触式逐级接触式，内装塔板，气液传质在，内装塔板，气液传质在 板上液层空间内板上液层空间内进行；进行； 填料塔填料塔：连续（微分）接触式连续（微分）接触式，内装填料，气，内装填料，气 液传质在液传质在填料润湿表面填料润湿表面进行。进行。2二、评价塔设备性能的指标二、评价塔设备性能的指标1. 生产能力大；生产能力大；2. 分离效率高；分离效率高；3. 阻力小，压降低；阻力小，压降低；4. 操作弹性大；操作弹性大；5. 满足工业对生产设备的一般要求：结构满足工业对生产设备的一般要求：结构 简单、造价低、安装维修方便等。简单、造价低、安装维修方便等。3三、塔设备

2、研制开发思路三、塔设备研制开发思路1. 总体上保证气液两相呈总体上保证气液两相呈逆流流动逆流流动提供最大的传质推动力提供最大的传质推动力2. 每块板上或填料层内保证气液每块板上或填料层内保证气液两相充分接触两相充分接触尽可能减小传质阻力尽可能减小传质阻力3. 提供提供足够大的足够大的气液两相气液两相通道通道保证保证大通量、低压降、合适的弹性大通量、低压降、合适的弹性4一、塔板的类型一、塔板的类型 塔板塔板 有降液管式塔板有降液管式塔板 无降液管式无降液管式塔板塔板 塔板的分类塔板的分类a. .有降液管式塔板有降液管式塔板b. .无降液管式塔板无降液管式塔板错流式错流式逆流式逆流式1. . 塔板

3、分类塔板分类11.1 板式塔板式塔11.1.1 11.1.1 塔板的类型及性能评价塔板的类型及性能评价5(1)(1)泡罩塔板泡罩塔板 泡罩塔板是工业上应用最早的塔板，它由升气泡罩塔板是工业上应用最早的塔板，它由升气管及泡罩构成。泡罩安装在升气管的顶部，分圆形管及泡罩构成。泡罩安装在升气管的顶部，分圆形和条形两种，以前者使用较广。泡罩有和条形两种，以前者使用较广。泡罩有 80、 100和和 150mm三种尺寸，可根据塔径大小选择。泡罩三种尺寸，可根据塔径大小选择。泡罩下部周边开有很多齿缝，齿缝一般为三角形、矩形下部周边开有很多齿缝，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。或梯形

4、。泡罩在塔板上为正三角形排列。一、塔板的类型一、塔板的类型 2. . 塔板的主要形式塔板的主要形式 6泡罩塔板泡罩塔板a. .操作示意图；操作示意图；b. .塔板平面图；塔板平面图；c. .圆形泡罩圆形泡罩7泡罩实物泡罩实物 8泡罩塔板的优缺点泡罩塔板的优缺点v 操作弹性适中操作弹性适中v 塔板不易堵塞塔板不易堵塞v 生产能力及板效率较低生产能力及板效率较低v 结构复杂、造价高结构复杂、造价高一、塔板的类型一、塔板的类型 优点优点 缺点缺点 9(2)(2)筛孔塔板筛孔塔板 筛孔塔板简称筛板，其结构特点是在塔板上筛孔塔板简称筛板，其结构特点是在塔板上开有许多均匀小孔，孔径一般为开有许多均匀小孔，

5、孔径一般为3 38 8mm。筛孔在筛孔在塔板上为正三角形排列。塔板上设置溢流堰，使塔板上为正三角形排列。塔板上设置溢流堰，使板上能保持一定厚度的液层。板上能保持一定厚度的液层。一、塔板的类型一、塔板的类型 10筛孔塔板筛孔塔板a. .操作示意图；操作示意图；b. .筛孔布置图筛孔布置图11v 板上液面落差小，气体压降低板上液面落差小，气体压降低v 生产能力大生产能力大v 操作弹性小操作弹性小v 结构简单、造价低结构简单、造价低v塔板效率较高塔板效率较高筛孔塔板的优缺点筛孔塔板的优缺点优点优点 缺点缺点 v 筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、黏度大的物料筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、黏度大的物料一、塔板

6、的类型一、塔板的类型 12(3)(3)浮阀塔板浮阀塔板 浮阀塔板的结构特点是在塔板上开有若干个浮阀塔板的结构特点是在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，阀阀孔，每个阀孔装有一个可上下浮动的阀片，阀片本身连有几个阀腿，插入阀孔后将阀腿底脚拨片本身连有几个阀腿，插入阀孔后将阀腿底脚拨转转9090，以限制阀片升起的最大高度，并防止阀，以限制阀片升起的最大高度，并防止阀片被气体吹走。阀片周边冲出几个略向下弯的定片被气体吹走。阀片周边冲出几个略向下弯的定距片，当气速很低时，由于定距片的作用，阀片距片，当气速很低时，由于定距片的作用，阀片与塔板呈点接触而坐落在阀孔上，可防止阀片与与塔板

7、呈点接触而坐落在阀孔上，可防止阀片与板面的粘结。板面的粘结。 一、塔板的类型一、塔板的类型 13浮阀塔板浮阀塔板a. .F1 型浮阀；型浮阀；b. . V-4 型浮阀；型浮阀；c. . T 型浮阀型浮阀14新型浮阀塔板新型浮阀塔板VV塔板塔板梯形导向浮阀塔板梯形导向浮阀塔板15浮阀实物浮阀实物 16v 操作弹性大操作弹性大v 生产能力大生产能力大v 处理易结焦、高黏度物料阀片易与塔板粘结处理易结焦、高黏度物料阀片易与塔板粘结v 操作时阀片易脱落或卡死操作时阀片易脱落或卡死v 结构简单、造价低结构简单、造价低v 塔板效率较高塔板效率较高一、塔板的类型一、塔板的类型 浮阀塔板的优缺点浮阀塔板的优缺

8、点优点优点 缺点缺点 17(4)(4)喷射型塔板喷射型塔板 舌型塔板舌型塔板 舌型塔板的结构特点是，在塔板上冲出许多舌型塔板的结构特点是，在塔板上冲出许多舌孔，方向朝塔板液体流出口一侧张开。舌片与舌孔，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，有板面成一定的角度，有18、20、25三种三种（一般为（一般为20），舌片尺寸有），舌片尺寸有5050mm和和2525mm两种。舌孔按正三角形排列，塔板两种。舌孔按正三角形排列，塔板的的液体流出口一侧不设溢流堰，只保留降液管。液体流出口一侧不设溢流堰，只保留降液管。一、塔板的类型一、塔板的类型 18舌形塔板示意图舌形塔板示意图19 浮舌塔板浮

9、舌塔板 浮舌塔板的结构特点是，其舌片可上下浮动。浮舌塔板的结构特点是，其舌片可上下浮动。因此，浮舌塔板兼有浮阀塔板和固定舌型塔板的因此，浮舌塔板兼有浮阀塔板和固定舌型塔板的特点，处理能力大、压降低、操作弹性大。特点，处理能力大、压降低、操作弹性大。浮舌塔板示意图浮舌塔板示意图一、塔板的类型一、塔板的类型 20塔板的性能评价指标塔板的性能评价指标 v 生产能力大生产能力大v 塔板效率高塔板效率高v 塔板压降低塔板压降低v 操作弹性大操作弹性大v 结构简单，制造维修方便，造价低结构简单，制造维修方便，造价低二、塔板的性能评价二、塔板的性能评价21 常见塔板的性能比较常见塔板的性能比较 塔板类型塔板

10、类型 相对生相对生 相对塔相对塔 操作操作 压力降压力降 结构结构 成本成本 产能力产能力 板效率板效率 弹性弹性 泡罩塔板泡罩塔板 1.0 1.0 中中 高高 复杂复杂 1.0 筛孔塔板筛孔塔板 1.2 1.4 1.1 低低 低低 简单简单 0.4 0.5 浮阀塔板浮阀塔板 1.2 1.3 1.1 1.2 大大 中中 一般一般 0.4 0.5 舌形塔板舌形塔板 1.3 1.5 1.1 小小 低低 简单简单 0.4 0.5 斜孔塔板斜孔塔板 1.5 1.8 1.1 中中 低低 简单简单 0.4 0.5 二、塔板的性能评价二、塔板的性能评价22（一）全塔效率（一）全塔效率E0=f（物系、（物系、

11、 板结构板结构、操作条件）操作条件）一、塔板效率一、塔板效率Oconnell关联图关联图双组分体系全双组分体系全塔效率典型值塔效率典型值0.50.70eNEN 0.2450.49()avEaviix11.1.2 11.1.2 塔高和塔径的计算塔高和塔径的计算231nyny*nynx（1）汽相单板效率）汽相单板效率1( )*1nnMG nnnyyEyy平均平均组成组成nx1ny*nynny（2）液相单板效率）液相单板效率*nxny1nxnx平均平均组成组成1nxnynx*nx*11)(nnnnnMLxxxxE（二）单板效率（二）单板效率（莫弗里板效率）（莫弗里板效率）24二、塔高的确定二、塔高的

12、确定 Ne0NE 、TZN1He（ ）三、塔径的计算三、塔径的计算4GVDu3_/GVms/GVVkmol sVu汽相的空塔汽速，汽相的空塔汽速，m/s.板式塔有效段高度：板式塔有效段高度：TabZN1HH He（ ）全塔高度：全塔高度：25LGFGuC C汽相负荷因子汽相负荷因子(, ,)LLTGGVCf HV 液体表面张力，液体表面张力，mN/m2020 mN/mC 2 . 02020CC 下的汽相负荷因子下的汽相负荷因子26一、塔板的结构参数一、塔板的结构参数塔板结构参数示意图塔板结构参数示意图11.1.3 11.1.3 塔板的结构塔板的结构27二、塔板的溢流装置二、塔板的溢流装置1.

13、降液管降液管 降液管是塔板间液体流动的通道，也是使溢流降液管是塔板间液体流动的通道，也是使溢流液中所夹带气体得以分离的场所。液中所夹带气体得以分离的场所。降液管降液管圆形降液管圆形降液管弓形降液管弓形降液管矩形降液管矩形降液管适用于小直径塔适用于小直径塔适用于中等直径塔适用于中等直径塔适用于中大直径塔，采用中间溢适用于中大直径塔，采用中间溢流流28二、塔板的溢流装置二、塔板的溢流装置塔板溢流类型塔板溢流类型29二、塔板的溢流装置二、塔板的溢流装置2. 受液盘受液盘 受液盘用于接受上层塔板下降的液体，通过进受液盘用于接受上层塔板下降的液体，通过进口堰形成液封，并使液体在塔板上分布均匀。口堰形成液

14、封，并使液体在塔板上分布均匀。受液盘受液盘平受液盘平受液盘凹形受液盘凹形受液盘适用于小直径塔适用于小直径塔适用于大直径塔适用于大直径塔30受液盘示意图受液盘示意图a. .平受液盘平受液盘；b. . 凹型受液盘凹型受液盘31 鼓鼓泡泡接接触触状状态态蜂蜂窝窝接接泡泡沫沫接接触触状状态态喷喷雾雾接接触触触触状状态态状状态态（一一）塔塔板板上上气气液液两两相相接接触触状状态态一、板式塔的流体力学性能一、板式塔的流体力学性能优良的塔板工作状态，气液两相在设备中要有优良的塔板工作状态，气液两相在设备中要有良好良好的接触：的接触：接触充分，接触面要大，相界面不断更新。接触充分，接触面要大，相界面不断更新。

15、从减小液沫夹带考虑，大多数塔板控制在从减小液沫夹带考虑，大多数塔板控制在混合混合泡沫泡沫接触状态接触状态下操作下操作11.1.4 11.1.4 塔板的流体力学性能和操作特性塔板的流体力学性能和操作特性32（二）塔板压降（二）塔板压降不良后果不良后果：（1 1）单板压降大，气体流动阻力大，对输送要求较高。）单板压降大，气体流动阻力大，对输送要求较高。（2 2）过高的单板压降会使塔顶与塔底的压差较大，从而）过高的单板压降会使塔顶与塔底的压差较大，从而影响体系的相平衡关系以及气液流动情况，这对真空操作影响体系的相平衡关系以及气液流动情况，这对真空操作尤为重要，塔板压降往往成为真空精馏的主要指标。尤为

16、重要，塔板压降往往成为真空精馏的主要指标。 上升气流通过塔板需克服的阻力（塔板压降产生原因）：上升气流通过塔板需克服的阻力（塔板压降产生原因）：干干板板阻阻力力+ +板板上上充充气气液液层层的的静静压压强强+ +液液体体的的表表面面张张力力产产生生的的压压降降一般，常压塔：单板压降一般，常压塔：单板压降404065mmH65mmH2 2O O 减压塔：单板压降减压塔：单板压降101035mmH35mmH2 2O O 33 液体横向流过塔板时，为了克服摩擦阻力和板上部件阻液体横向流过塔板时，为了克服摩擦阻力和板上部件阻力，需要的液位差。力，需要的液位差。不良后果：不良后果：气、液分布不均，造成漏

17、液，使板效降低。气、液分布不均，造成漏液，使板效降低。产生的原因：产生的原因：液体流量过大，塔径过大。液体流量过大，塔径过大。 大塔可以采用双溢流、阶梯流等溢流形式来降低液面落差。大塔可以采用双溢流、阶梯流等溢流形式来降低液面落差。对浮阀塔和筛板塔在塔径不大时可忽略液面落差。对浮阀塔和筛板塔在塔径不大时可忽略液面落差。（三）塔板上的液面落差（三）塔板上的液面落差34不良后果：不良后果：降低板效，严重时使板上不能积液，是塔不良降低板效，严重时使板上不能积液，是塔不良的操作现象之一。的操作现象之一。产生的原因：产生的原因：气速过小，或气体分布严重不均、液体分布气速过小，或气体分布严重不均、液体分布

18、严重不均（塔板入口留有不开孔的安定区）。严重不均（塔板入口留有不开孔的安定区）。正常操作时，漏液量不应大于液体流量的正常操作时，漏液量不应大于液体流量的10%。（一）塔板筛孔漏液（一）塔板筛孔漏液气速过小或气液分布不均匀，大量液体由筛孔漏下气速过小或气液分布不均匀，大量液体由筛孔漏下。二、板式塔的操作特性二、板式塔的操作特性35（二）液泛（二）液泛降液管内液体不能顺利下流，管内液体积累，当管内液体降液管内液体不能顺利下流，管内液体积累，当管内液体增高到越过溢流堰顶部，于是两板间液体相连，该层塔板产增高到越过溢流堰顶部，于是两板间液体相连，该层塔板产生积液，并依次上升，这种现象称为生积液，并依次

19、上升，这种现象称为液泛或淹塔液泛或淹塔。不良后果：不良后果：塔压力降急剧增大、板效急剧减小、是不正常操作现象之一。塔压力降急剧增大、板效急剧减小、是不正常操作现象之一。产生原因：产生原因：（1 1）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；（2 2）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；（3 3）板间距太小）板间距太小 36影响因素：影响因素：空塔气速、塔板间距空塔气速、塔板间距返混：返混：雾沫夹带的液滴与液体主流作相反方向流动的现象。雾沫夹带的液滴与液体主流作相反方向流动的现象。使塔板效率严重下降，减小返混对传质有利。使塔板效率

20、严重下降，减小返混对传质有利。过量的雾沫夹带的不良后果：过量的雾沫夹带的不良后果：（1 1）降低板效、）降低板效、（2 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 3）严重时造成液泛。）严重时造成液泛。产生的原因：产生的原因：气体输送夹带；板间距过小。气体输送夹带；板间距过小。夹带量通常夹带量通常e eG G0.1kg88。682.2.填料层的有效高度填料层的有效高度Z 传传质质单单元元高高度度 传传质质单单元元数数1 1）传质单元数法）传质单元数法2 2）等板高度法）等板高度法ZTNHETP理理论论板板数数 等等板板高高度度= =等板高度等板高度HETPHETP：与一层理论板的传质作用相当的填料层高度：与一层理论板的传质作用相当的填料层高度等板高度等板高度，传质效率高。，传质效率高。等板高度取决于填料的类