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1、第第1212章章 气液传质设备气液传质设备Chapter 12 Mass Transfer Equipments1第第1212章章 气液传质设备气液传质设备12.1 12.1 概述概述12.2 12.2 板式塔板式塔12.3 12.3 填料塔填料塔12.4 12.4 塔的总体结构塔的总体结构 212.1 12.1 概述概述 （IntroductionIntroduction）一、气、液传质设备气、液传质设备(塔设备塔设备)的作用的作用v 提供气、液两相充分提供气、液两相充分接触的场所接触的场所，使传热、，使传热、传质两种传递过程能够迅速有效地进行；传质两种传递过程能够迅速有效地进行；v使接触后
2、的汽液两相使接触后的汽液两相及时分开，互不夹带及时分开，互不夹带3二、塔设备的分类二、塔设备的分类填料塔填料塔微分接触微分接触连续逆流连续逆流板式塔板式塔逐级接触逐级接触交叉流交叉流4三、评价塔设备的基本性能指标三、评价塔设备的基本性能指标1.1.生产能力：单位塔截面单位时间的处理量生产能力：单位塔截面单位时间的处理量2.2.分离效率：分离效率：板式塔：每层塔板的分离程度板式塔：每层塔板的分离程度 填料塔：单位高度填料层所能达到的分离程度填料塔：单位高度填料层所能达到的分离程度3.3.操作弹性：操作弹性：塔的最大处理量与最小处理量之比塔的最大处理量与最小处理量之比4.4.流动阻力：主要指气相阻
3、力流动阻力：主要指气相阻力5四、本章要解决的主要问题四、本章要解决的主要问题v 塔设备中流体的塔设备中流体的流动状态对传质过程的影响流动状态对传质过程的影响;v 塔的直径、高度等尺寸塔的直径、高度等尺寸;v 塔板结构尺寸的设计及填料的选择塔板结构尺寸的设计及填料的选择612.2 12.2 板式塔板式塔 Plate(tray)towerPlate(tray)tower 12.2.1 12.2.1 塔板的结构及类型塔板的结构及类型12.2.2 12.2.2 塔板的塔板的工作情况工作情况12.2.3 12.2.3 塔板的初步设计塔板的初步设计12.2.4 12.2.4 塔板的塔板的水力计算水力计算1
4、2.2.5 12.2.5 其它塔板简介及塔板的评价其它塔板简介及塔板的评价7 概概 述述一、板式塔内的一、板式塔内的汽、液两相的流动汽、液两相的流动方式方式 液相：塔顶液相：塔顶塔底，自身重力塔底，自身重力 气相：塔底气相：塔底塔顶，克服液相阻力塔顶，克服液相阻力 压力：塔底压力：塔底 塔顶塔顶二、对塔板的要求二、对塔板的要求 气液两相接触充分气液两相接触充分 气液两相分离完全气液两相分离完全812.2.1 12.2.1 塔板的结构及类型塔板的结构及类型一、塔板类型一、塔板类型无溢流塔板（穿流型塔板）无溢流塔板（穿流型塔板）:气液相有气液相有共同的通道共同的通道，气液，气液两相逆流两相逆流，传
5、质推动力最大，但由于这种塔板不传质推动力最大，但由于这种塔板不稳定，目前在现场很少使用。稳定，目前在现场很少使用。有溢流塔板（溢流型塔板）：有溢流塔板（溢流型塔板）：气液相有气液相有各自的通道各自的通道，相对比较稳定，相对比较稳定，便于操作，技术上也比较成熟，目前便于操作，技术上也比较成熟，目前的塔设备多采用这种方式。的塔设备多采用这种方式。9二、溢流型塔板的主要型式二、溢流型塔板的主要型式泡罩塔板泡罩塔板（Bubble-cap Tray）出现于出现于1919世纪初，是最早具有世纪初，是最早具有溢流型塔板溢流型塔板的板式塔。主要用的板式塔。主要用于食品及医药生产中，于食品及医药生产中，2020
6、世纪世纪2020年代开始用于炼油工业。年代开始用于炼油工业。10气相鼓泡元件：气相鼓泡元件：泡罩（泡帽）泡罩（泡帽）优点：操作弹性大，操作优点：操作弹性大，操作稳定，不易堵塞稳定，不易堵塞缺点：生产能力小、结构缺点：生产能力小、结构复杂，造价高、压降大、复杂，造价高、压降大、效率低效率低11筛孔塔板（筛孔塔板（Sieve Tray）：）：出现较早（出现较早（18301830年），是结构最简单的一种板型；年），是结构最简单的一种板型；气相鼓泡元件：气相鼓泡元件：筛孔筛孔优点：处理能力大，压降小，结构优点：处理能力大，压降小，结构简单，造价低；简单，造价低；缺点：操作弹性小，稳定性较差。缺点：操作
7、弹性小，稳定性较差。12浮阀浮阀塔板：塔板：v 二十世纪五十年代问世，为应用最广的一种塔板。二十世纪五十年代问世，为应用最广的一种塔板。v 结构：塔板上按一定的排列开若干孔，孔的上方安置结构：塔板上按一定的排列开若干孔，孔的上方安置可上可上下浮动的阀片下浮动的阀片。阀片可随上升气量的变化而自动调节开启度。阀片可随上升气量的变化而自动调节开启度。在低气量时，开度小；气量大时，阀片自动上升，开度增大。在低气量时，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，气体水平进入液层也强化了气液接触传质
8、。稳定，气体水平进入液层也强化了气液接触传质。v 气相鼓泡元件：气相鼓泡元件：浮阀浮阀v 特点：结构简单，生产能力和操作弹性大，板效率高。综特点：结构简单，生产能力和操作弹性大，板效率高。综合性能较优异。合性能较优异。13F1型浮阀：型浮阀：14十字架型浮阀十字架型浮阀(T(T型盘型浮阀型盘型浮阀)15三、三、溢流型塔板的结构溢流型塔板的结构塔板的分区塔板的分区鼓泡区：鼓泡区：气体通道气体通道，气液两相传热、传质，气液两相传热、传质降液区：降液区：液体通道液体通道，小气泡聚合成大气泡再返回，小气泡聚合成大气泡再返回受液区：接受降液管的液体受液区：接受降液管的液体安定区：缓冲液体，减少降液管气泡
9、夹带量安定区：缓冲液体，减少降液管气泡夹带量边缘区：支撑塔板及塔板上液体边缘区：支撑塔板及塔板上液体19主要构件主要构件鼓泡元件：形成气液两相传热传质的主要构件鼓泡元件：形成气液两相传热传质的主要构件气体通道：气体通道：液体通道：液体通道：降液管降液管溢流堰溢流堰受液盘受液盘降液管降液管溢流堰溢流堰受液盘受液盘20v作作用用：让让液液体体在在其其中中停停留留一一段段时时间间，使使液液体体所所夹夹带带的的气泡气泡有充分的时间得以从液体中有充分的时间得以从液体中溢出溢出。v型式：弓形、圆形、矩形型式：弓形、圆形、矩形圆形圆形弓形弓形矩形矩形降液管：降液管：21v作作用用：接接受受由由降降液液管管下
10、下来来的的液液体体，缓缓冲冲液液体体流流下下时时的的冲冲击击作作用用，稳稳定定塔塔上上液液体体的的流流动动状状态态，确确保保传传质质过程的稳定进行。过程的稳定进行。v型式：平形、凹形型式：平形、凹形平形平形凹形凹形受液盘：受液盘：22v作用：维持塔板上有一定的作用：维持塔板上有一定的液面高度液面高度，以确保传质过程，以确保传质过程的顺利进行，再者将降液管出口封在液面以下，的顺利进行，再者将降液管出口封在液面以下，以免气以免气体短路体短路从降液管中上升，影响传质过程的进行。从降液管中上升，影响传质过程的进行。v型式：平形、齿形型式：平形、齿形平形平形齿形齿形溢流堰（出口堰）：溢流堰（出口堰）：2
11、312.2.2 12.2.2 塔板的工作情况塔板的工作情况一、塔板上气液两相的流动状态一、塔板上气液两相的流动状态 溢流型式：溢流型式：单溢流单溢流（直径流）（直径流）D2mU型溢流型溢流（回转流）（回转流）液相量非常液相量非常小的塔小的塔 阶梯溢流阶梯溢流塔径非常大，液相流塔径非常大，液相流量非常大的塔量非常大的塔24塔板上气液两相的接触塔板上气液两相的接触：液面落差液面落差气泡夹带气泡夹带雾沫夹带雾沫夹带塔板压降塔板压降气体分布不均气体分布不均漏液漏液26二、塔板上的二、塔板上的不正常操作状态不正常操作状态气泡夹带气泡夹带：在一定结构的塔板上，在一定结构的塔板上，液体流量过大液体流量过大，
12、使降液，使降液管内的液体的溢流速度过大，降液管中液体所夹带管内的液体的溢流速度过大，降液管中液体所夹带的气体泡沫来不及从降液管中脱出而被带到下一层的气体泡沫来不及从降液管中脱出而被带到下一层塔板上的现象称为气泡夹带。塔板上的现象称为气泡夹带。27雾沫夹带：雾沫夹带：v 当当气速增大气速增大，塔板处于泡沫解除状态或喷射解，塔板处于泡沫解除状态或喷射解除状态时，由于气泡的破裂或气体动能大于液体除状态时，由于气泡的破裂或气体动能大于液体的表面能，而把液体吹散成液滴，并抛到一定的的表面能，而把液体吹散成液滴，并抛到一定的高度，某些液滴被气体带到上一层塔板，这种现高度，某些液滴被气体带到上一层塔板，这种
13、现象称为雾沫夹带。象称为雾沫夹带。v 危害：危害：以上两种不正常现象都会使气相或液相以上两种不正常现象都会使气相或液相造成造成返混返混，使原已获得的分离效果丧失，影响全，使原已获得的分离效果丧失，影响全塔的分离效果。塔的分离效果。28v当当气体通过塔板的速率较小气体通过塔板的速率较小时，上升的气体通过塔板上开时，上升的气体通过塔板上开孔的阻力和克服液体表面张力所形成的压降较小，不足以孔的阻力和克服液体表面张力所形成的压降较小，不足以抵消塔板上液层的重力，大量的液体会从塔板上的开孔处抵消塔板上液层的重力，大量的液体会从塔板上的开孔处往下漏，这种现象叫作漏液。往下漏，这种现象叫作漏液。v两种情况：
14、整个截面的漏液，两种情况：整个截面的漏液，整个截面的漏液基本均匀整个截面的漏液基本均匀；局部漏液，由于板上气液相分布不均匀引起。局部漏液，由于板上气液相分布不均匀引起。v危害：严重的漏液会使塔板上建立不起液层，从而导致塔危害：严重的漏液会使塔板上建立不起液层，从而导致塔板效率降低，在设计和操作时应该特别注意防止。板效率降低，在设计和操作时应该特别注意防止。过量漏液过量漏液：29v夹带液泛：塔板上的夹带液泛：塔板上的液体流量很大，上升的气体的速度很液体流量很大，上升的气体的速度很高高，液体被上升的气体夹带到上一层塔板上的量猛增，使，液体被上升的气体夹带到上一层塔板上的量猛增，使相邻的两块塔板间充
15、满了汽、液混合物，最终使整个塔内相邻的两块塔板间充满了汽、液混合物，最终使整个塔内空间全部被液体所占据，这种现象称为夹带液泛。空间全部被液体所占据，这种现象称为夹带液泛。v溢流液泛：因溢流液泛：因降液管太小，降液管太小，液体的流动阻力过大，或因其液体的流动阻力过大，或因其他原因使他原因使降液管局部区域堵塞降液管局部区域堵塞而变窄，液体不能正常地通而变窄，液体不能正常地通过降液管向下流动，使得液体在塔板上积累而充满整个塔过降液管向下流动，使得液体在塔板上积累而充满整个塔内空间，这种现象称为溢流液泛。内空间，这种现象称为溢流液泛。v危害：危害：使整个塔内液体不能正常流下，液体的大量返混，使整个塔内
16、液体不能正常流下，液体的大量返混，严重地影响了塔的正常操作；会使塔内液体滞留量猛增，严重地影响了塔的正常操作；会使塔内液体滞留量猛增，致使设备主体致使设备主体产生破坏性损坏产生破坏性损坏，是操作中应该特别注意防，是操作中应该特别注意防止且应止且应坚决杜绝坚决杜绝的。的。液泛液泛（淹塔）：（淹塔）：3012.2.3 12.2.3 塔板的初步设计塔板的初步设计一、溢流型式的选择一、溢流型式的选择v溢流型式可根据塔径和液相流量由经验确定；溢流型式可根据塔径和液相流量由经验确定；v在设计计算时由于塔径尚未决定，可先设一种溢流形式，在设计计算时由于塔径尚未决定，可先设一种溢流形式，然后再进行核算看是否合
17、适然后再进行核算看是否合适塔径塔径/mm液相流量液相流量/m3h-1U流型流型单流型单流型双流型双流型阶梯型阶梯型10007451400970200011909016030001111011020020030031双流型双流型多流型多流型32二、板间距及塔高二、板间距及塔高v板间距对塔的生产能力、操作弹性及板效率都有影响。板间距对塔的生产能力、操作弹性及板效率都有影响。v板间距与塔径相互关联：板间距与塔径相互关联：HT 增加，雾沫分离高度增加，增加，雾沫分离高度增加，可在较小塔径下采用较大气速；可在较小塔径下采用较大气速；HT 减小，则塔径要相应增加。减小，则塔径要相应增加。vHT 由塔径选取
18、，有标准系列，常用的有由塔径选取，有标准系列，常用的有300，350，450，500，600，800mm等，对易发泡物系，等，对易发泡物系，HT可选择大一些，可选择大一些，在有人孔的地方，在有人孔的地方，HT 600mm。板间距：板间距：33塔径塔径/mm板间距（板间距（HT）/mm600700300350450800100035045050060012001400350450500600800160030004505006008003200420060080034塔高的计算：塔高的计算：由板间距及实际塔板数计算：由板间距及实际塔板数计算：取：取：H顶顶 H底底 H进进 有人孔的地方，有人孔的
19、地方，HT 600mm35三、塔径三、塔径由塔内气相流量由塔内气相流量VS 及空塔气速及空塔气速u 来计算：来计算：v 式中，式中，VS由工艺计算求得，空塔气速由工艺计算求得，空塔气速u由经验方法求由经验方法求 得得;v 计算出的塔径应进行计算出的塔径应进行圆整圆整，D 1m时，按时，按200mm圆整圆整;v 塔的精馏段、提馏段塔径可以不同。塔的精馏段、提馏段塔径可以不同。36四、塔板的板面布置四、塔板的板面布置塔径小于塔径小于800mm时，塔板可整块制作；时，塔板可整块制作；塔径大于塔径大于900mm时，一般分块制造安装。时，一般分块制造安装。弓形板弓形板弓形板弓形板通道板通道板矩形板矩形板
20、降降液液管管受受液液盘盘分块塔板通常由三种形式分块塔板通常由三种形式的塔板组成：的塔板组成：弓形板弓形板：两块：两块矩形板矩形板：一块或多块：一块或多块通道板通道板：一块：一块37分块式塔板示意图分块式塔板示意图支撑圈支撑圈悬边自身梁悬边自身梁38五、溢流装置的设计五、溢流装置的设计根据塔内液体流量及降液管中流体流速选择型式及大小。根据塔内液体流量及降液管中流体流速选择型式及大小。单溢流：单溢流：lW/D=0.60.8双溢流：双溢流：lW/D=0.50.7 hb，液封不好；，液封不好；hb，阻力大，一般，阻力大，一般 25mm液柱液柱;平形受液盘：小塔平形受液盘：小塔hb 2025mm 大塔大
21、塔hb 40mm；凹形受液盘：底隙高度凹形受液盘：底隙高度hb 等于盘深等于盘深降液管：降液管：39堰长堰长lw：弓形降液管的弦长，由液体负荷和流动：弓形降液管的弦长，由液体负荷和流动形式决定形式决定一般，单溢流一般，单溢流 lw=(0.60.8)D 双溢流双溢流 lw=(0.50.7)D堰高堰高hw：先求堰上液层高度：先求堰上液层高度how，然后根据经验，然后根据经验选取：选取：howhwhow溢流堰：溢流堰：40受液盘：受液盘：直径直径800mm以上的塔有时以上的塔有时可用凹型受液盘，深度一般可用凹型受液盘，深度一般为为50mm。41六、浮阀的数目与排列六、浮阀的数目与排列浮阀数目：浮阀数
22、目：设计时首先选择合适的阀孔动能因数设计时首先选择合适的阀孔动能因数F0，然后根据阀孔动，然后根据阀孔动能因数的计算公式求浮阀数目：能因数的计算公式求浮阀数目：在在912（浮阀全部打开）之间选择一个（浮阀全部打开）之间选择一个F0的数值，采用的数值，采用阀孔动能因数来计算阀孔速度阀孔动能因数来计算阀孔速度uo：42 浮阀在塔板上常按三角形排列，可顺排或叉排；浮阀在塔板上常按三角形排列，可顺排或叉排；等腰三角形叉排等腰三角形叉排可使相邻的浮阀容易吹开，鼓泡更均匀；可使相邻的浮阀容易吹开，鼓泡更均匀；通通常常将将同同一一横横排排的的阀阀孔孔中中心心距距定定为为75mm，而而相相邻邻两两排排间间的的
23、距距离可取离可取 65、80、100 mm 等几种规格。等几种规格。浮阀的排列：浮阀的排列：43塔板上阀孔总面积与塔截面积之比：塔板上阀孔总面积与塔截面积之比：通常，对常压塔或减压塔，开孔率为通常，对常压塔或减压塔，开孔率为1013，对加压塔，开孔率小于对加压塔，开孔率小于10，常用的为，常用的为69。开孔率：开孔率：444512.2.4 12.2.4 塔板的水力学计算塔板的水力学计算一、一、塔板压降塔板压降计算公式：计算公式：其中：其中：hp塔板压降，塔板压降，m液柱；液柱；hC 干板压降，干板压降，m液柱；液柱；hl 气体通过板上液层压降，气体通过板上液层压降，m液柱；液柱；h 气体克服液
24、体表面张力产生压降，气体克服液体表面张力产生压降，m液柱液柱46v气体通过阀孔及阀件的阻力所产生的压降，随气速提高气体通过阀孔及阀件的阻力所产生的压降，随气速提高而增加。对不同的塔板有不同的经验公式计算。而增加。对不同的塔板有不同的经验公式计算。v对对F1型重阀（型重阀（33g）：）：阀全开前：阀全开前：阀全开后：阀全开后：（m液柱）液柱）（m液柱）液柱）干板压降干板压降hC：47v为判断浮阀是否全开，引入动能因数的概念：为判断浮阀是否全开，引入动能因数的概念：动能因数动能因数F：动能因数是动能因数是衡量气体流动时动压大小衡量气体流动时动压大小的指标。的指标。v阀孔动能因数阀孔动能因数F0 的
25、计算公式：的计算公式：对对F1型重阀，型重阀，F0=912时阀全开。时阀全开。48气体通过板上液层压降气体通过板上液层压降hl：对对F1型重阀：型重阀：式中：式中：Ls 液体体积流量，液体体积流量，m3/h；hw 溢流堰高，溢流堰高，m；lw 溢流堰长，溢流堰长，m49克服液体表面张力产生压降克服液体表面张力产生压降h:计算公式：计算公式：式中：式中：l 液体表面张力，液体表面张力，N/m；ho 阀的最大开度，阀的最大开度，m；L 液体密度，液体密度，kg/m3v 塔板压降的正常范围：塔板压降的正常范围：常压塔：常压塔：36mmHg；减压塔：减压塔：13mmHg50二、堰上清液层高度二、堰上清
26、液层高度how式中：式中：k 液流液流收缩系数，收缩系数，P625.Figure12-25，对通常物系：对通常物系：k=1 Lh液体体积流量，液体体积流量，m3/h平口堰计算公式：平口堰计算公式：一般要求一般要求：how6mm51 若求出的若求出的how6mm，为保证堰上液体的稳定流动，可采，为保证堰上液体的稳定流动，可采用用齿形堰齿形堰，齿深，齿深ha一般在一般在15mm以下。以下。当当howha时：时：当当howha时：时：试差！试差！52三、漏液三、漏液 对浮阀塔板和筛板，少量泄漏不可避免；对浮阀塔板和筛板，少量泄漏不可避免；过量泄漏会导致塔板效率降低；过量泄漏会导致塔板效率降低；要求：
27、正常操作时，泄漏量要求：正常操作时，泄漏量不大于塔板上液体流量的不大于塔板上液体流量的10%；判据：阀孔动能因数判据：阀孔动能因数F0：对对F1型重阀，型重阀，F056时泄漏量时泄漏量已接近已接近10，因此，因此要求要求F056。浮阀单元工作情况浮阀单元工作情况阀孔动能因数阀孔动能因数F F0 0发生大量泄漏发生大量泄漏浮阀刚刚全开浮阀刚刚全开正常操作正常操作上限上限 5 56 6 9 91212 8 81717 18 18202053四、降液管内液面高度四、降液管内液面高度Hd 为防止发生液泛，对降液管内液面为防止发生液泛，对降液管内液面高度有一定的要求；高度有一定的要求；Hd 和塔板压力降
28、、板上液层高度及和塔板压力降、板上液层高度及各项阻力有关各项阻力有关由降液管液面与塔板上液流方向上由降液管液面与塔板上液流方向上的截面，忽略液体通过降液管本身的截面，忽略液体通过降液管本身的阻力和动能差，列机械能衡算方的阻力和动能差，列机械能衡算方程，分析可得：程，分析可得：54其中：其中：不设进口堰时：不设进口堰时：设进口堰时：设进口堰时：55筛板塔：筛板塔：式中：式中：B 平均液流宽度，平均液流宽度，B=0.5(D+lw)，m；hF 塔板上的泡沫层高度，可取塔板上的泡沫层高度，可取hF=2.5(hw+how)；L 液体粘度，液体粘度，mPas；L 液体的体积流率，液体的体积流率，m3/h；
29、Z 进出口堰间的距离，进出口堰间的距离，m防止淹塔的限制条件：防止淹塔的限制条件：56五、液体在降液管中的停留时间五、液体在降液管中的停留时间 为使气泡分离完全，对液体在降液管内的停留时间有一定的为使气泡分离完全，对液体在降液管内的停留时间有一定的要求；要求；计算公式：计算公式：式中：式中：Ad 降液管面积，降液管面积，m2 Hd 板间距，板间距，m LS 液体流量，液体流量，m3/s要求：要求：35s57六、雾沫夹带六、雾沫夹带雾沫夹带量雾沫夹带量e：浮阀塔板：浮阀塔板：筛板：筛板：58泛点率（泛点百分数）泛点率（泛点百分数）F1：通常：通常：大塔：大塔：F1 8082；减压塔：减压塔：F1
30、 7577；D的塔：的塔：F1 6575计算公式：计算公式：由二式计算后取大的由二式计算后取大的59式中：式中：CV 气相负荷系数，气相负荷系数，m3/s；VS，LS 气相及液相负荷，气相及液相负荷，m3/s；ZL 板上液体流径长度，板上液体流径长度，m；单溢流塔板：单溢流塔板：ZLD-2Wd；D 塔径，塔径，Wd 弓形降液管宽度，弓形降液管宽度，m Ab 板上液流面积，板上液流面积，m2；单溢流塔板：单溢流塔板：AbAT-2Af AT 塔截面积，塔截面积，Af 弓形降液管截面积，弓形降液管截面积，m2 CF 泛点负荷系数，由泛点负荷系数，由V 及及HT 查图得到；查图得到；K 物性系数，查表
31、得到。物性系数，查表得到。60七、液泛七、液泛泛点气速泛点气速最大允许气速：最大允许气速：式中：式中：C 负荷系数，由史负荷系数，由史密斯关联图查得。密斯关联图查得。查得查得C 值按物系表面张力进行校核：值按物系表面张力进行校核：61八、塔板的适宜工作区和负荷性能图八、塔板的适宜工作区和负荷性能图 应避免的应避免的不正常的水力现象不正常的水力现象：过量的雾沫夹带；过量的雾沫夹带；淹塔（液泛）；淹塔（液泛）；过量的泄漏；过量的泄漏；降液管中液体的停留时间不够或线速过高；降液管中液体的停留时间不够或线速过高；液体负荷过小，液体分布不均液体负荷过小，液体分布不均 适宜工作区适宜工作区：塔的实际操作中
32、，为确定塔板对气液负荷变：塔的实际操作中，为确定塔板对气液负荷变化的适应性，即塔板的操作弹性，而作出的塔板正常工作化的适应性，即塔板的操作弹性，而作出的塔板正常工作的范围图的范围图适宜工作区图适宜工作区图62负荷性能图负荷性能图：过量雾沫夹带线过量雾沫夹带线 （气相负荷上限线）；（气相负荷上限线）；漏液线漏液线 （气相负荷下限线）；（气相负荷下限线）；液相负荷下限线；液相负荷下限线；降液管超负荷线降液管超负荷线 （液相负荷上限线）；（液相负荷上限线）；液泛线液泛线63负荷性能图的绘制负荷性能图的绘制 过量雾沫夹带线过量雾沫夹带线 （气相负荷上限线）：（气相负荷上限线）：表示雾沫夹带量表示雾沫夹
33、带量eV=0.1kg(液液)/kg(气气)时的时的VsLs关系；关系；绘制过程：绘制过程：64 表示不发生严重漏液现象的最低气相负荷；表示不发生严重漏液现象的最低气相负荷；绘制过程：对绘制过程：对F1型重阀，阀孔动能因数型重阀，阀孔动能因数F0=56时，泄漏量接近时，泄漏量接近10：漏液线：漏液线：65 液相负荷下限线液相负荷下限线:v 能够保证塔板上液体均匀分布的最低液体流量能够保证塔板上液体均匀分布的最低液体流量;v 绘制过程：绘制过程：采用平型堰时，取堰上液头高度采用平型堰时，取堰上液头高度how0.006m为限为限制条件制条件:66 降液管超负荷线（液相负荷上限线、降液管超负荷线（液相
34、负荷上限线、降液管中液体停留时间不足线）：降液管中液体停留时间不足线）：v 保证液体在降液管中有充分的停留时间，使被液保证液体在降液管中有充分的停留时间，使被液体夹带进入降液管中的气泡能大部分被释放出来；体夹带进入降液管中的气泡能大部分被释放出来；v 绘制过程：取降液管内液体停留时间绘制过程：取降液管内液体停留时间=3s（按降（按降液管中清液计算）：液管中清液计算）：67 淹塔（液泛）线：淹塔（液泛）线：v 表示降液管内泡沫液层的高度超过最大允许值时表示降液管内泡沫液层的高度超过最大允许值时的的VSLS关系；关系；v 绘制过程：根据对绘制过程：根据对降液管中液面高的限制条件降液管中液面高的限制
35、条件求求得：得：68 负荷性能图的用途负荷性能图的用途确定塔板的适宜工作区：确定塔板的适宜工作区：五条线包围的区域为适宜五条线包围的区域为适宜工作区。工作区。图中图中P为为操作点操作点。P与原点与原点的连线的连线OP为为操作线操作线。P位于位于适宜工作区的中间区域时最适宜工作区的中间区域时最为合适，如接近某条边界线，为合适，如接近某条边界线，则当气、液相量波动时容易则当气、液相量波动时容易发生不正常的操作现象。发生不正常的操作现象。69确定塔板的操作弹性：确定塔板的操作弹性：操作弹性操作弹性K 为可操作气相量的上下限之比，即：为可操作气相量的上下限之比，即：KVSM/VSN通常，浮阀塔：通常，
36、浮阀塔：K=34。70确定塔板的控制因素：确定塔板的控制因素：v 即塔最容易发生那些不正常的操作状况。即塔最容易发生那些不正常的操作状况。与操作线相交与操作线相交的两条边界线的两条边界线即为塔板的控制因素；即为塔板的控制因素；v 如图，最容易发生的为过量漏液和液泛。如图，最容易发生的为过量漏液和液泛。7112.2.5 12.2.5 其它塔板简介及塔板的评价其它塔板简介及塔板的评价一、几种塔板简介一、几种塔板简介HTV(Half Tube Valve)船型浮阀：船型浮阀：可用于常压和带压可用于常压和带压条件下的各种蒸馏、条件下的各种蒸馏、吸收等塔中吸收等塔中72舌型舌型塔板：塔板：20=ao50
37、R25气相优点：塔板压降较小；优点：塔板压降较小；较高的生产能力。较高的生产能力。缺点：塔板漏液严重；缺点：塔板漏液严重；操作弹性小；操作弹性小；液体在板上的停留液体在板上的停留时间太短、液层太薄，板时间太短、液层太薄，板效率低。效率低。73v 浮浮舌舌型型塔塔板板是是综综合合浮浮阀阀和和固固定定舌舌型型塔塔板板的的长长处处（舌舌型型塔塔板板的的并并流流喷喷射射和和浮浮阀阀塔塔板板的的气气体体穿穿过过塔塔板板通通道道面面积积可可变变）而而提出的又一种喷射型塔板。提出的又一种喷射型塔板。v特点：生产能力大、压降小；特点：生产能力大、压降小；结构复杂，构件易损坏。结构复杂，构件易损坏。浮舌塔板浮舌
38、塔板：74JCV浮阀塔板浮阀塔板（双流喷射浮阀塔板（双流喷射浮阀塔板 Jet Co-flow Valve Tray）结构：阀笼与塔板固定，阀片在阀笼内上下浮动。结构：阀笼与塔板固定，阀片在阀笼内上下浮动。将单一鼓泡传质，变为双流传质，一部分为鼓泡、另一部分将单一鼓泡传质，变为双流传质，一部分为鼓泡、另一部分为喷射湍动传质，使塔的分离效率和生产能力都大大提高。为喷射湍动传质，使塔的分离效率和生产能力都大大提高。特点：阀片开启灵活、高效、高通量、寿命长、耐堵塞。特点：阀片开启灵活、高效、高通量、寿命长、耐堵塞。JCV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JCV浮阀浮阀与塔
39、板固定方法与塔板固定方法75低负荷下阀片工作状态低负荷下阀片工作状态JCV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JCV浮阀阀片浮阀阀片76 2400 JCV浮阀塔板浮阀塔板 1800 JCV浮阀塔板浮阀塔板77JCPT塔板（并流喷射填料塔板）塔板（并流喷射填料塔板）Jet Co-flow Packing Tray塔板上的液体通过提液管与塔板之间的间隙被气体提升，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混合、传质，然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
40、流进入填料中进一步强化传质，并完成气液分离。后气液并流进入填料中进一步强化传质，并完成气液分离。填料与塔板的复合体，靠填料传质，靠塔板实现多级并流。填料与塔板的复合体，靠填料传质，靠塔板实现多级并流。78不同结构型式的不同结构型式的JCPTJCPT塔板塔板79垂直筛板（垂直筛板（Vertical Sieve Tray）在在塔塔板板上上开开按按一一定定排排列列的的若若干干大大孔孔(直直径径100200mm)，孔孔上上设设置置侧侧壁壁开开有有许许多多筛筛孔孔的的泡泡罩罩，泡泡罩罩底底边边留留有有间间隙供液体进入罩内。隙供液体进入罩内。与与普普通通筛筛板板相相比比，垂垂直直筛筛板板为为气气液液两两相
41、相提提供供了了很很大大的的不不断断更更新新的的相相际际接接触触表表面面，强强化化了了传传质质过过程程；且且气气液液由由水水平平方方向向喷喷出出，液液滴滴在在垂垂直直方方向向的的初初速速度度为为零零，降降低低了了液液沫沫夹夹带带量量，因此可获得较高的塔板效率和较大的生产能力。因此可获得较高的塔板效率和较大的生产能力。80二、塔板性能评价二、塔板性能评价1.1.处理能力：允许操作气速的大小，即泛点气速的大小处理能力：允许操作气速的大小，即泛点气速的大小2.2.塔板效率：较宽的气速范围内保持高的效率塔板效率：较宽的气速范围内保持高的效率3.3.操作弹性：塔的最高和最低允许气速的比值操作弹性：塔的最高
42、和最低允许气速的比值 理想的塔板能在较宽的气速范围内保持正常操作理想的塔板能在较宽的气速范围内保持正常操作4.4.塔板压力降：主要指气相阻力塔板压力降：主要指气相阻力 对减压蒸馏和高真空精馏，该指标尤为重要对减压蒸馏和高真空精馏，该指标尤为重要加工及检修的难易程度及制造费用加工及检修的难易程度及制造费用 物料是否有夹带、结焦的可能和起泡的程度、对塔内构物料是否有夹带、结焦的可能和起泡的程度、对塔内构件的腐蚀性强弱等件的腐蚀性强弱等8112.3 12.3 填料塔（填料塔（Packed TowerPacked Tower）12.3.1 12.3.1 填料塔的结构填料塔的结构12.3.2 12.3.
43、2 填料的种类及特性填料的种类及特性12.3.3 12.3.3 填料塔的设计填料塔的设计12.3.4 12.3.4 填料塔的流体力学特性填料塔的流体力学特性12.3.5 12.3.5 气液传质设备的气液传质设备的比较和选用比较和选用8212.3.1 填料塔的结构填料塔的结构筒体筒体液体液体分布器分布器填料填料液体再液体再分布器分布器填料填料支撑板支撑板8312.3.2 12.3.2 填料的种类及特性填料的种类及特性一、填料的作用和要求一、填料的作用和要求作用作用:分散液体，增大气液相接触面积分散液体，增大气液相接触面积比表面积比表面积大，空隙率大，空隙率大，不易破碎，大，不易破碎，耐腐蚀，耐高
44、温，易润湿，便宜。耐腐蚀，耐高温，易润湿，便宜。要求要求:84二、二、填料的特性填料的特性单位体积填料层的填料表面积称为比表面积，单位体积填料层的填料表面积称为比表面积，m2/m3；值大，有利于增大传质面积值大，有利于增大传质面积。1.比表面积比表面积:单位体积填料层的空隙体积称为空隙率，单位体积填料层的空隙体积称为空隙率，m3/m3；数值大，气液通过能力大，流动阻力小，压强降低数值大，气液通过能力大，流动阻力小，压强降低。2.空隙率空隙率:85单位：单位：m；表示填料阻力及液泛条件的重要参数之一；表示填料阻力及液泛条件的重要参数之一；分为干填料因子和湿填料因子；分为干填料因子和湿填料因子；数
45、值小，表明流动阻力小，液泛速度较高数值小，表明流动阻力小，液泛速度较高。3.填料因子填料因子(/3):单位堆积体积内的填料数目：单位堆积体积内的填料数目：由填料尺寸及堆积方式决定；由填料尺寸及堆积方式决定；尺寸尺寸填料数目填料数目填料的比表面积填料的比表面积，空隙率，空隙率，气流阻力，气流阻力；尺寸尺寸靠近塔壁处的空隙率靠近塔壁处的空隙率，气体易走短路。，气体易走短路。86三、三、填料的种类填料的种类常用的填料可分为常用的填料可分为散装填料散装填料和和规整填料规整填料两大类；两大类；散装填料在塔内可乱堆，也可以整砌；散装填料在塔内可乱堆，也可以整砌；通通常常用用金金属属、碳碳钢钢、陶陶瓷瓷、合
46、合金金钢钢、塑塑料料、玻玻璃璃、石石墨墨制制成。成。散装填料有环形、弧鞍形、环鞍形、花环等散装填料有环形、弧鞍形、环鞍形、花环等87拉西环（拉西环（Raschig ring）：）：最最早早使使用用的的一一种种填填料料，高高径径比比相相等等的陶瓷和金属等制成的空心圆环。的陶瓷和金属等制成的空心圆环。优优点点：易易于于制制造造，价价格格低低廉廉，研研究究较为充分，应用广泛。较为充分，应用广泛。缺缺点点：高高径径比比大大，堆堆积积时时填填料料间间易易形形成成线线接接触触，液液体体常常存存在在严严重重的的沟沟流流和和壁壁流流现现象象。且且填填料料的的内内表表面面润润湿湿率率较低，传质速率不高。较低，传
47、质速率不高。在在拉拉西西环环基基础础上上衍衍生生了了环环、十十字字环环等等，其其基基本本改改进进是是在在拉西环内增加一结构，以增大填料的比表面积。拉西环内增加一结构，以增大填料的比表面积。拉西环拉西环191490 在在环环的的侧侧壁壁上上开开一一层层或或两两层层长长方方形形小小孔孔，小小孔孔的的母母材材并并不不脱脱离离侧侧壁壁而而是是形形成成向向内内弯弯的的叶叶片片。上上下下两两层层长方形小孔位置交错。长方形小孔位置交错。应用十分广泛。应用十分广泛。特特点点：与与同同尺尺寸寸的的拉拉西西环环相相比比，侧侧壁壁上上的的小小孔孔可可供供气气液液流流通通，使使环环的的内内壁壁面面得得以以充充分分利利
48、用用；不不仅仅具具有有较较大大的的生生产产能能力力和和较较低低的的压压降降，且且分分离离效效率率较高，沟流现象大大降低。较高，沟流现象大大降低。鲍尔环鲍尔环 1948鲍尔环（鲍尔环（Pall ring）：）：92阶梯环填料（阶梯环填料（Stair ring）：）：特特点点：填填料料的的性性能能在在鲍鲍尔尔环环的的基基础础上上又又有有提提高高，其其生生产产能能力力可可提提高高约约10%，压压降降则则可可降降低低25%，由由于于填填料料间间呈呈多多点点接接触触，床层均匀，较好地避免了沟流现象。床层均匀，较好地避免了沟流现象。结结构构与与鲍鲍尔尔环环填填料料相相似似，环环壁壁上上开开有有长长方方形形
49、小小孔孔，环环内内有有交交错错 45的的十十字字形形叶叶片片，环环的的高高度度为为直直径径的的一一半半，环环的的一一端端成成喇喇叭叭口形状的翻边。口形状的翻边。阶阶梯梯环环一一般般由由塑塑料料和和金金属属制制成成，由由于于其其性性能能优优于于其其它它侧侧壁壁上开孔的填料，因此获得广泛的应用。上开孔的填料，因此获得广泛的应用。93弧鞍形填料弧鞍形填料(Berl saddle)：一一种种表表面面全全部部展展开开的的具具有有马马鞍鞍形形状状的的瓷瓷质质型型填填料料(马马鞍鞍填填料料)。在在塔塔内内呈呈相相互互搭搭接接状状态态，形形成成弧弧形形气气体体通道；通道；优优点点：空空隙隙率率高高，气气体体阻
50、阻力力小小，液液体体分分布布性性能能较较好好，填填料料性性能能优优于于拉西环。拉西环。缺缺点点：相相邻邻填填料料易易相相互互套套叠叠，使使填填料料有有效效表表面面降降低低，从从而而影影响响传传质质速率。速率。94矩鞍形矩鞍形(Intalox saddle)填料：填料：矩矩鞍鞍填填料料的的两两端端为为矩矩形形，且且填填料两面大小不等；料两面大小不等；克克服服了了弧弧鞍鞍填填料料相相互互重重叠叠的的缺缺点点，填填料料的的均均匀匀性性得得到到改改善善。液液体体分分布布均均匀匀，气气液液传传质质速速率率得得到到提高；提高；瓷瓷矩矩鞍鞍填填料料是是目目前前采采用用最最多多的的一种瓷质填料一种瓷质填料。9