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1、第三章第三章 气液传质设备气液传质设备气液传质设备气液传质设备 板式塔板式塔（逐级接触式）（逐级接触式）填料塔填料塔（微分接触式）（微分接触式）3.1.1概述板式塔设计意图板式塔设计意图实现传质过程的塔设备，应创造有利的流动条实现传质过程的塔设备，应创造有利的流动条件以达到较高传质速率件以达到较高传质速率传质速率传质系数传质速率传质系数传质面积传质面积传质推动力传质推动力根据传质规律，应重点解决三方面问题：根据传质规律，应重点解决三方面问题：传质系数传质系数 通常通常分散相（泡或滴）内的传分散相（泡或滴）内的传质系数很小，所以希望传质界面不断更新质系数很小，所以希望传质界面不断更新和较强湍和较
2、强湍动动传质面积传质面积 希望希望气液两相适当气液两相适当分散分散传质推动力传质推动力 提供提供尽可能大的传质尽可能大的传质推动力推动力1 1）在塔板上造成良好的气液接触，以提供尽在塔板上造成良好的气液接触，以提供尽 可能大的传质系数和传质面积。可能大的传质系数和传质面积。2 2）在塔内尽可能地使气液两相逆流流动在塔内尽可能地使气液两相逆流流动,以提以提 供最大的传质推动力。供最大的传质推动力。板式塔应具有以下两方面的功能板式塔应具有以下两方面的功能板式塔的构造板式塔的构造1)1)气体通道气体通道3)3)降液管降液管及入口及入口堰堰2)2)溢流堰溢流堰1 1）气体通道）气体通道筛孔、阀孔等筛孔
3、、阀孔等3 3）降液管及入口堰）降液管及入口堰液体下降通道液体下降通道2 2）溢流堰）溢流堰保证板上有液体保证板上有液体塔板的塔板的主要构造主要构造3.1.2筛板上的汽液接触状态1 1）鼓泡接触）鼓泡接触状态状态3 3）喷射接触）喷射接触状态状态2 2）泡沫接触）泡沫接触状态状态鼓泡鼓泡接触接触状态状态气体气体为为分散相，分散相，湍动程度低，湍动程度低，传质阻力大传质阻力大 喷射接触状态喷射接触状态液体为分散相，传质表面不液体为分散相，传质表面不 断更新，断更新，传质阻力小传质阻力小泡沫泡沫接触状态接触状态气体为分散相气体为分散相，湍动程度高，湍动程度高，传质阻力小传质阻力小工业中常用的是泡沫
4、接触状态和喷射接触状态，工业中常用的是泡沫接触状态和喷射接触状态，鼓泡接触状态很少鼓泡接触状态很少采用采用。3.1.3汽液两相的非理想流动1 1）空间空间上的反向上的反向流动流动2 2）空间上的不均匀空间上的不均匀流动流动 气泡气泡夹带夹带 液液沫沫夹带夹带 液滴的一部分被液滴的一部分被上升上升的气流裹的气流裹挟至上层塔板的挟至上层塔板的现象现象气泡被液体卷到下层塔板的现象气泡被液体卷到下层塔板的现象1 1）空间空间上的反向上的反向流动流动 气泡气泡夹带夹带措施措施：增增大开孔率以降低大开孔率以降低气气速，速，或加大板间距以减少液沫夹带。或加大板间距以减少液沫夹带。液液沫沫夹带夹带 措施措施：
5、设置出口安定设置出口安定区，保证液区，保证液体体在降液管内有足够的在降液管内有足够的停留时间停留时间。2 2）空间上的不均匀空间上的不均匀流动流动气体沿塔板的不均匀分布气体沿塔板的不均匀分布液体沿塔板的不均匀分布液体沿塔板的不均匀分布措施措施：采用齿形堰或折流型：采用齿形堰或折流型塔板塔板措施措施：增大干板阻力：增大干板阻力。对对传质传质不利不利3.1.4板式塔的不正常操作现象1 1）夹带液泛夹带液泛 2 2）溢流液泛溢流液泛3 3）漏液）漏液1 1）夹带液泛夹带液泛 夹带液泛夹带液泛：对一定液体流量，气速越大，：对一定液体流量，气速越大，夹夹带带量越大量越大，液，液层越厚层越厚，相当于板间距
6、减小，相当于板间距减小，夹带夹带量将量将进一步进一步增加，形成恶性循环增加，形成恶性循环，直至，直至液体充满全液体充满全塔的塔的现象现象。2 2）溢流液泛溢流液泛因降液管通过能力限制而因降液管通过能力限制而引起的液泛引起的液泛3 3）漏液）漏液当气速较小时，部分液体当气速较小时，部分液体直接从筛孔落下的直接从筛孔落下的现象现象塔板上因塔板上因水力梯度造成水力梯度造成倾向性倾向性漏液漏液措施措施：在塔板入口处留一条狭窄区域不开孔：在塔板入口处留一条狭窄区域不开孔（入口安定区（入口安定区）塔板上因液层波动造成塔板上因液层波动造成的的随机性漏液随机性漏液措施措施：增大气：增大气速速3.1.5塔板的负
7、荷性能图1 1）过量液沫夹带线）过量液沫夹带线2 2）漏液线）漏液线3 3）溢流液泛线）溢流液泛线4 4）液量下限线）液量下限线5 5）液量上限）液量上限线线12345LV负荷负荷性能图中五条线所包围的区域为塔板正常性能图中五条线所包围的区域为塔板正常操作范围操作范围。3.1.6 塔板型式工业生产对塔板的工业生产对塔板的评价标准评价标准l通量通量表征塔板的处理能力表征塔板的处理能力l效率效率表征板式塔传质性能的优劣表征板式塔传质性能的优劣l板压降板压降表征阻力大小表征阻力大小l操作弹性操作弹性表征塔适应能力表征塔适应能力l结构型式结构型式 制造成本制造成本泡罩泡罩塔板塔板 气体通路是由升气管气
8、体通路是由升气管和泡罩构成和泡罩构成优点优点 气体负荷很低时也气体负荷很低时也不会不会 发生发生严重漏液严重漏液,操作弹操作弹 性大性大缺点缺点 结构复杂，制造成本结构复杂，制造成本高高 干干板压降大板压降大、液泛、液泛气气速速 低低、生产能力、生产能力小小浮阀塔板浮阀塔板 设有浮动的盖板设有浮动的盖板(浮阀浮阀)优点优点 浮阀可根据气体的流量自行调节开度浮阀可根据气体的流量自行调节开度。低。低气量气量时时 避免过多避免过多的的漏液，高气量时避免过高漏液，高气量时避免过高的压降。的压降。缺点缺点 结构仍嫌复杂，易于脱落结构仍嫌复杂，易于脱落优点优点 结构简单，造价低廉结构简单，造价低廉。设计设
9、计优良的优良的筛板压降、筛板压降、效率效率和生产能力等和生产能力等大大 体体与与浮阀塔板浮阀塔板相当。相当。缺点缺点 设计要求高，否则设计要求高，否则操操 作作弹性小，难以弹性小，难以操作。操作。筛孔塔板筛孔塔板舌形塔板舌形塔板优点优点 高生产能力，液沫高生产能力，液沫夹带少，板夹带少，板上液层上液层厚度小厚度小 和和板压降低。板压降低。缺点缺点 当气速较大时，板上液层太薄，会使当气速较大时，板上液层太薄，会使效率显效率显 著著降低。当气速很低时，易漏液。降低。当气速很低时，易漏液。200华东理工大学的组合导向浮阀塔板华东理工大学的组合导向浮阀塔板优点优点 浮阀无磨损，不脱落，液体浮阀无磨损，
10、不脱落，液体返混小返混小，消除消除塔板上塔板上的液面梯度和的液面梯度和液体死区液体死区。塔板效率和处理塔板效率和处理能力提高，能力提高，塔板压降减小塔板压降减小梯形导向浮阀矩形导向浮阀3.2.1填料塔的结构及填料特性1)1)散装填料散装填料填料的类型填料的类型2)2)规整填料规整填料1 1）比表面积）比表面积2 2）空隙率）空隙率3 3）填料）填料的几何形状的几何形状填料的特性评价填料的特性评价3.2.2气液两相在填料层内的流动载点载点 气气液两相流动液两相流动的交互影响开的交互影响开始变得比较显始变得比较显著的著的点点1 1）气液两相流动的交互影响和载点气液两相流动的交互影响和载点2 2）填
11、料塔的液泛填料塔的液泛 自自载点以后，气液两相交互作用载点以后，气液两相交互作用强烈，气强烈，气量量增加，液膜将增厚，实际气速将进一步增加，液膜将增厚，实际气速将进一步增加，增加，形成恶性循环，到达形成恶性循环，到达B B点时，当点时，当气速气速增加很小便增加很小便会引起压降剧增，发生液泛。曲线上的会引起压降剧增，发生液泛。曲线上的B B点称为点称为泛点泛点3 3）填料塔的操作范围）填料塔的操作范围A A区区 u u较小，扩散传质，较小，扩散传质，HETPHETP大大B B区区 u u较小，液膜湍动促进传质，较小，液膜湍动促进传质，HETPHETP小小C C区区 u u很高，超过泛点，夹带、很
12、高，超过泛点，夹带、返混返混严重严重 HETPHETP大大填料塔的正常操作范围填料塔的正常操作范围位于位于B B区区HETP HETP 等板高度等板高度，即分离效果相当于一块即分离效果相当于一块理理 论论板的填料层高度板的填料层高度3.3填料塔与板式塔的比较1)1)操作操作范围范围 填料塔填料塔操作操作范围小，范围小，板式塔板式塔 则则具有大得多的操作范围。具有大得多的操作范围。2 2)物料物料适应性适应性 填料塔不宜处理含固体的填料塔不宜处理含固体的物物 料，适宜易料，适宜易起泡、腐蚀性起泡、腐蚀性、热敏性热敏性物料物料3)3)中间换热或出料，板式塔中间换热或出料，板式塔方便方便3.3填料塔与板式塔比较4 4)塔直径塔直径 板式塔板式塔D600mmD600mm,填料塔不限填料塔不限5 5)设计方法设计方法 板式塔板式塔更可靠更可靠6 6)造价造价 填料塔填料塔便宜便宜7 7)压降压降 填料塔填料塔压降小，易真空操作压降小，易真空操作