气液传质设备

1、第八章 气液传质设备精馏、吸收比较 1概述塔设备的类型 1.连续接触式 2.逐级接触式 3.实现：塔板和填料工业生产对塔设备的要求 1.生产能力大； 2.传质效率高； 3.流动阻力小； 4.操作弹性大。 大工业追求高生产能力（传质效率不太低）；精密分离追求高效率；真空操作要求低压降。2板式塔一、板式塔的设计意图气液两相在塔板上保持密切而充分的接触，提供足够大的不断更新的传质面积，减小流动阻力。整体上的逆流流动，在塔板上的错流流动。3筛板塔筛孔塔板的主要构造包括以下三个部分:1、筛孔 保证气液两相在塔板上能够充分接触并在总体上实现两相逆流，在塔板上均匀开有一定的数量的供气体自下而上流动的通道。板

2、上筛孔的总面积与筛孔所在的塔板面积之比称为开孔率。开孔率是影响塔板性能的重要参数。42、溢流堰 为保证气液两相在塔板上有足够的接触表面，塔板上必须贮有一定量的液体。为此在塔板的出口端设有溢流堰。塔板的液层高度或滞液量在很大程度上由堰高决定，堰高用hw表示，堰长以lw表示。3、降液管 每块板设置一个降液管，作为液体由上层到下层的通道。板塔内为使液体能从降液管底部流出而气体不能窜入降液管，降液管的下端必须保持液封。因此，降液管下端出口高度ho应小于堰高hw。54、塔板上液流的安排液体在上下降液管间横流经过塔板的路径称为液体流径，流径愈长，液体在板上的停留时间以及气液接触时间增长，传质效果愈好。 塔

3、板入口处的液面高度必须高于出口处的液面高度，以克服流动行程上的塔板部件和气体扰动对液体的流动阻力，这种液面高度差称为液面落差。6二、筛板上的气液接触状态7三、筛板塔内的非理想流动1、板间返混液沫夹带：小液滴，气流裹夹，数量与板间距物无关。（沉降理论解释，牛顿区）： 大液滴，液滴形成时的弹溅作用，板间距愈小，则夹带量愈大；气速越大液沫夹带量也越大。液沫夹带不可能完全避免，操作中主要应避免过量液沫夹带。应控制ev 35 s，以避免严重的气泡夹带,此式也可用于计算正常操作的最大液量（Hd=Ht)。82、气体和液体的不均匀分布（1）气体沿塔板的不均匀（2）液体沿塔板的不均匀分布3、漏液（1）漏液有随机

4、性 波峰处清液层高，相对易于漏液，通气量少；而波谷处则相反。（2）漏液有倾向性 一般在液体入口处气体通过量最少而漏液量最多；出口处则相反。 （3）漏液量随气量（筛孔气速）的增加而减少，到一定程度可基本停止漏液。9四、板式塔的不正常操作现象1、液泛夹带液泛 当气速增加至某一程度，也会形成恶性循环而导致液泛，这种液泛是夹带引起的 。 气液量在适当的范围内时液层高度对液沫夹带量影响不大，设备可正常操作。液量一定，气量增大，交互作用显著，形成恶性循环，塔内积液称为夹带液泛，此时气速为液泛气速。液量愈大，液泛气速愈小。 操作气速必须小于液泛气速。溢流液泛 液（气）量过大，降液管通过能力有限造成塔内积液。

5、液量过大，也可能是过量液沫夹带造成。降液管出口处堵塞或安装不当，也会引起液流液泛；气体流量增大，使相邻板间的压降增大，同样会使降液管内液面上升。 液泛现象 塔内积液，压降急剧增大。10液泛的影响因素：结构因素：板间距太小；开孔率偏小，（使气速过高，板压降过大）；降液管面积偏小。水力学因素：气量过大；液量过大；降液管出口处堵塞或安装不当。降液管内泡沫液的高度必须小于板间距和液流堰高度之和。降液管液泛动画11 在正常操作的塔板上，液体横向流过塔板，然后经降液管流下。当气体通过塔板的速度较小时，气体通过升气孔道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。漏液的发生导致气液两相在塔板上的接

6、触时间减少，塔板效率下降，严重时会使塔板不能积液而无法正常操作。通常，为保证塔的正常操作，漏液量应不大于液体流量的10%。漏液量达到10%的气体速度称为漏液速度，它是板式塔操作气速的下限。 漏液动画2、严重漏液12五、板效率全塔效率ET全塔效率；NT理论塔板数（不包括再沸器）；N实际塔板数。（2）单板效率注意：1.单板效率不可能大于1；2. 板上气液两相的不均匀流动及板上液体返混会使单板效率下降；3.大塔径，流道长，大，可能会使单板效率增大；放大时应注意。4.单板效率沿塔高变化较大。5.同一层塔板的， Emv一般不等于Eml,只有当平衡线平行于操作线时，二者才相等。 6.单板效率直接反映了一块

7、塔板上传质的优劣，常用于塔板研究。 13六、提高板效率的措施依据物质性质，选择合适的塔板结构与形式，选择适宜的操作条件，避免非理想流动，可提高板效率。（1）正系统，重组分大，轻组分挥发后，重组分收缩成滴的能力强，液膜稳定性好，宜采用泡沫接触状态。（2）负系统，重组分小，宜采用喷射接触状态。设置斜向进气装置：1. 减小液面落差，促使气流均布；2.改善塔板边缘处的流动状况，促使液流均布；3. 减少雾沫夹带。塔板形式与结构尺寸选择，见筛板塔设计。14七、塔板负荷性能图过量液膜夹带线 Ev=0.1kg液体/kg干气 2. 漏液线 由漏液气速决定。3.溢流液泛线 Hd/=Ht+hw4.液量下限线 对平直

8、堰,how=0.6mm。5.液量上限线 Ht*Af/Lmax=35 s15适宜操作区：由五条线所包围的区域操作点：操作时的气量V与液量L在图上的坐标点操作线：连续精馏塔中，因R为定值，则V/L也为定值，则每层塔板上的操作点沿通过原点、斜率为V/L的直线而变化，此直线即为操作线。操作弹性：操作线与负荷性能图上曲线的两个交点分别表示塔的上下操作极限，两操作极限的气体流量之比称为塔板的操作弹性。设计时，应使操作点尽可能位于适宜操作区的中央，若操作点靠近某条边界线，则负荷稍由变化，塔的正常操作即被破坏。16塔板负荷性能图分析注:物系一定,塔板负荷性能图取决于塔板结构尺寸，塔板负荷性能图分析可用于指导塔

9、板结构尺寸调整。板间距增大，过量液膜夹带线和溢流液泛线都将上移。溢流堰长度减小，（单流型塔板），降液管面积减小， 液量上限线左移；塔板工作面积增大，过量液膜夹带线和溢流液泛线都将上移。液气比较低时，溢流堰长度减小使操作弹性增大，使生产能力增大。液气比较高时，则不利。开孔率增大，漏液线上移，过量液膜夹带线上移。17筛板塔设计筛孔塔板的设计参数：塔板直径D;板间距Ht;溢流堰的形式、长度lw和高度hw；降液管的形式、降液管底部与塔板间的距离ho、液体进出口安定区的宽度Ws、边缘宽度Wc；筛孔直径do和孔间距t。筛孔塔板的设计步骤：1.选择板间距Ht和溢流堰的形式、长度，参照液泛气速关联图初步计算塔

10、板直径D；2.塔板结构设计和板面布置；3. 塔板的校核；4.作出塔板负荷性能图；5.根据塔板负荷性能图和计算结果进行结构尺寸调整。18板式塔类型 泡罩塔板 泡罩塔板的气体通路是由升气管和泡罩构成的。由于升气管的存在，泡罩塔板即使在气体负荷很低时也不会发生严重漏液，操作弹性大；不过由于它特有的“升气管-泡罩”结构，使其生产能力低、结构复杂、制造成本高、气体通道曲折迂回、干板压降大、液泛气速低，现在生产中已较少使用。19浮阀塔板 浮阀塔板板孔的上方设有浮在板孔上的的盖板-浮阀 。它可根据气体的流量自行调节开度。使气体出口的线速度变化不大，气液接触状况均衡；因利用浮动构件，板压降低，且气体从水平方向进入