3气液传质设备.doc

气相与液相进行质量传递的场所，广泛应用于精馏与吸收过程。气液传质设备的分类 (两大类):填料塔 板式塔塔设备构件： 塔体：是塔设备的外壳，由圆筒和上下封头组成； 塔体支座：塔体支座是塔体安放到基础上的连接部分； 除沫装置：用于捕集夹带在气液中的液滴； 接管：用于连接工艺管路； 人孔和手孔：为了安装、检修和检查的需要设置； 吊耳：为了起吊方便，在塔设备上焊以吊耳；吊柱： 为了在安装和检修时，方便塔内件的运送，而在塔顶设置的构件。一、板式塔1. 结构：l 圆柱形壳体； 塔板； 溢流堰；受液盘；降液管。2. 板式塔的特点：l 空塔气速高，处理（生产）能力大； 造价低； 塔板效率稳定； 结构简单，检修清理方便。3. 工作原理：液体受重力作用，由上层塔板的降液管流到下层塔板的受液盘，然后横向流过塔板，从另一侧的降液管流至下一层塔板，最后由塔底排出；气体由塔底进入，在压力差的推动下，自下而上穿过各层塔板的气体通道，分散成小股气流，鼓泡通过各层塔板的液层，由塔顶排出；塔板是气、液两相进行质量和热量传递的主要部件；气液两相在塔板上的逐级接触，为传质过程提供了足够大且不断更新的相间接触表面，导致两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。4. 板式塔类型：1. 按塔内气液流动方式分类:错流塔板：整体上是逆流，塔板上是错流。逆流塔板 (穿流板) ：全塔中均为逆流。注：由于逆流塔板需要较高的操作气速才能维持板上液层，操作弹性有限、分离效率低，故工业中应用较少。2. 错流塔板的分类: 泡罩塔板 筛孔塔板 浮阀塔板 喷射塔板1) 泡罩型泡罩型板式塔的工作原理：l 液体横向流过塔板，靠溢流堰保持板上的液层厚度；l 上升气体先经过升气管进入泡罩内再流经泡罩与升气管的隙；l 从泡罩下齿缝进入液层，被分散成许多细小的气泡或流股，在板上形成鼓泡层；l 为气液两相的传热和传质提供良好的接触机会。泡罩型板式塔的特点：l 泡罩塔操作稳定，塔板不易堵塞；l 操作弹性(能正常操作的最大负荷与最小负荷比)大；l 结构复杂，造价高；l 气相流道复杂，压力降大，生产能力和板效率较低。2) 筛板型筛板型板式塔的工作原理：l 气体通过筛孔分散成小股气流；l 鼓泡通过液层，气、液密切接触进行传热和传质。筛板型板式塔的特点：l 筛板结构简单、造价低、板上液面落差小，气体压降低。与泡罩塔比较，具生产能力、板效率约高1015。l 缺点是筛孔孔径小，易堵塞，不宜处理易结焦、粘度大的物料。l 筛板塔的设计和操作精度要求较高。3) 浮阀型浮阀型板式塔的工作原理：l 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，使带出的液沫减少并增加了气液接触时间。l 浮阀开度随气体负荷而变，在高气量时，阀片自动浮起，开度增大，使气速不致过大，同时阀腿可以限制阀片升起的最大高度，并防止阀片被气体吹走；l 在低气量时，开度较小，气体仍能以足够的气速通过缝隙，避免过多的漏液。l 如阀片落在板上，通过定距片的作用，可仍与板面保持2.5 mm的通道距离。浮阀型板式塔的特点：l 结构简单、容易制作、节省材料；l 操作弹性大，兼有泡罩及筛板塔优点；l 生产能力大 (开孔率较大，空塔气速较高)，与筛板塔相近，比泡罩塔高40%；l 板效率高，气液在水平方向接触，接触时间长，雾沫夹带少；l 气体压降小，板上液面落差小。以上三种塔板的共同点： 泡罩、筛板及浮阀塔板部属于气体为分散相的塔板，塔板上在鼓泡或泡沫状态下进行气液接触。为防止严重的雾沫夹带，操作气速不可太高，故生产能力受到限制。4) 喷射型结构：特点： 气体喷出的方向与液体流动方向一致，可充分利用气体的动能来减薄或打碎较深的液层，从而促进两相的接触，因而塔板压强降降低，雾沫夹带量减小，不仅提高了传质效果，而且可采用较大的气速，提高了生产能力。2) 液面落差l 克服板上局部件阻力；l 克服板上流动阻力。产生原因:影响: 引起气体不均匀分布乃至漏液使板效率降低。 当塔径或流量很大时，也会造成较大的液面落差。为此，对于直径较大的塔，设计中常采用双溢流或阶梯溢流等溢流形式来减小液面落差。 3) 漏液l 塔板开孔率过大；l 气速或液量过小；l 板上流体落差大,使气流速度分布不均匀。发生原因：后果: 影响气液充分接触，板效率下降为保证正常操作，漏液量应不大于液体流量的10%。 4) 液泛产生原因:l 当某块板上气流增大，降液管不能正常降液，导致液体在其上块板积累并波及整个上部塔板的现象。l 上块板降液量增大使降液管不能正常降液。不良后果：塔压力降急剧增大、板效急剧减小。5) 雾沫夹带上升气流将板上液滴带入上层塔板的现象l 降低塔板效率、严重时造成液泛；l 将不挥发性物质逐板送至塔顶造成产品污染。不良后果： 5. 板式塔塔板结构二、填料塔l特点: 结构简单,传质面积大,阻力较大,只适用清洁流体,处理能力比板式塔小。1. 填料 填料作用l 提供气液接触面；l 强化气体湍动，降低气相传质阻力；l 更新液膜表面，降低液相传质阻力。 1) 填料类型: 环形栅板、波纹板鞍型实体型网体型金属丝网波纹丝网常用典型填料:(1) 拉西环: 特点: 形状简单易制作，乱堆时阻力较大，沟流和壁流现象严重，应用较广，研究较深。(2) 鲍尔环:特点：空隙率及比表面较拉西环大，阻力低，润湿分布情况较好，传质效率高，操作弹性大，广泛采用。(3) 阶梯环：特点：阶梯环填料的孔隙率大，而且填料个体之间呈点接触，可使液膜不断更新，具有压强降小和传质效率高的特点；阶梯环是环形填料中性能最为良好的一种。(4) 弧鞍及矩鞍填料矩鞍填料弧鞍填料特点：l 弧鞍形填料在填料层中会局部的叠合或架空现象，且强度较差，容易破碎，影响传质效率；l 矩鞍形填料制造简单，不会相互叠合，有较好的稳定性、填充密度，液体分布较均匀，效率较高，空隙率较高，阻力较低，不易堵塞。(5) 波纹填料与波纹网填料特点优点：属整砌结构，流体阻力小，空塔气速较高。结构紧凑，具有较大的比表面积，相邻两饼间板片相互垂直，使上升气体不断改变方向，下降的液体也不断这新分布，效率高于一般乱堆填料。缺点：不适用于有沉淀物、容易结疤、聚合或粘度较大的物料，填料装卸，清理也较困难。(6) 球形填料（湍球吸收塔）聚丙烯浮球填料多面空心球填料填料尺寸的影响l 在指定任务下，填料尺寸直接影响塔径及填料层高度，影响设备投资及动力消耗。l 填料的尺寸愈大，单位体积填料的费用愈低，单位高度填料层的压强降也愈小；但传质效率也降低，致使所需填科层高度增加。l 填料尺寸的选择应由经济权衡决定，乱堆填料尺寸不超过塔径l/8，否则会使液体分布不良，塔的效率急剧下降。l 填料尺寸超过50mm之后，单位体积填料的造价减少不多，但传质效率随尺寸加大显著降低。几种典型的规整填料3. 填料塔的结构及填料特性1) 填料塔结构及作用(1) 填料层提供气液接触的场所。(2) 液体分布器 均匀分布液体，以避免发生沟流现象。(3) 液体再分布器避免壁流现象发生。(4) 支撑板 支撑填料层，使气体均匀分布。(5) 除沫器防止塔顶气体出口处夹带液体。液体分布器作用： 分布器设计不当，液体预分布不均匀，则填料层内的有效润显面积会减小，并可能出现偏流和沟流观象，影响传质效果。常用的液体分布装置分类：l 多孔管式分布器：适于较大的液体流量波动，气体的阻力较小，被分布的液体必须清洁，否则易将管壁上小孔堵塞。l 槽式分布器：不易堵塞，气体的阻力较小，但对安装的水平度要求较高，多用于直径较大的填料塔中。l 孔板型分布器：但对气体的阻力较大，适用于气体负荷不太大的情况。l 喷洒式分布器：结构简单，但小孔易堵，要求液体的压头必须恒定，否则会改变喷淋半径，影响液体分布均匀性。当气量较大时，会产生较多的液沫夹带。适用于小型填料塔内。液体分布器填料支撑装置l 支承填料及保证填料上的持液量；l 支撑装置应有足够的机械强度；l 保证气体和液体均能穿过支撑装置，为了作证不在支撑装置上发生液泛，其自由截面积应大于填料层中的空隙。液体再分布装置 液体向下流动时，由于填料在塔壁处装填密度小，液体流至塔壁面后不易返回填料层中而发生壁流。为改善壁流造成的液体分布不均，在填科层中每隔一定高度应设置一液体再分布器。除雾沫装置 为保证气流的畅通并尽量除去被气体夹带的液体雾沫，在塔内安装除沫装置，以分离出口气体中的雾沫夹带。三、板式塔与填料塔比较1. 板式塔的特点l 适用于塔径较大；l 所需传质单元数或理论板数较多；l 热量需从塔内移除；l 适于较小液量；l 适于处理有悬浮物的液体；l 板式塔便于侧线采出。2. 填料塔的特点l 适用于处理有腐蚀性的物料；l 填料塔压力降较小，适用于真空蒸馏；l 适用