化工原理下 第十章 气液传质设备

1、第第10章章 气液传质设备气液传质设备10.0 概述10.1 填料塔10.2 板式塔10.3 塔设备的比较和选型10.4 复合塔板10.0 概述概述a、 提供两相充分接触的机会 b、充分接触后，两相及时分离、互不夹带 a、 板式塔 组成变化沿塔高阶梯变化 b、填料塔 组成变化沿塔高连续变化 c、复合塔 单元复合、分段复合 a、 生产能力：吨/年、公斤/小时 b、 分离效率：塔板效率、等板高度c、 适应能力和操作弹性d、 流动阻力：塔压降、板压降10.2 板式塔板式塔10.2.1 板式塔的类型结构与特板式塔的类型结构与特点点 一、一、 板式塔的基本部件板式塔的基本部件 1、壳体 2、进出管口 3

2、、塔内件 4、辅助部件二、几种塔板构造示意图二、几种塔板构造示意图10.2.1 板式塔的类型结构与板式塔的类型结构与特点特点三、板式塔内的气液接触方式三、板式塔内的气液接触方式1、流动方式为总体逆流，、流动方式为总体逆流，板上错流板上错流 2、气液传质形态、气液传质形态 1）鼓泡态）鼓泡态 2）泡沫态）泡沫态 3）喷射态）喷射态四、板式塔应具备的功能：四、板式塔应具备的功能：1、足够大、不断更新的相际、足够大、不断更新的相际接触面积接触面积 2、尽可能使两相逆流接触、尽可能使两相逆流接触五、理想流动条件：五、理想流动条件： 总体上逆流，塔板上均匀错流总体上逆流，塔板上均匀错流 1813问世。问

3、世。 泡罩是一个钟形泡罩是一个钟形的罩，支在塔板上，其下沿有长的罩，支在塔板上，其下沿有长条形或长圆形小孔，或作成齿缝条形或长圆形小孔，或作成齿缝状，均与板面保持一定距离。罩状，均与板面保持一定距离。罩内覆盖着一段很短的升气管升气内覆盖着一段很短的升气管升气管的上口高于罩下沿的小孔或齿管的上口高于罩下沿的小孔或齿缝。塔板下方的气体经升气管进缝。塔板下方的气体经升气管进入罩内之后，折向下到达罩与管入罩内之后，折向下到达罩与管之间的环形空隙，然后从罩下沿之间的环形空隙，然后从罩下沿的小孔或齿缝分散成气泡而进入的小孔或齿缝分散成气泡而进入板上的液层。板上的液层。 主要优点：气、液负荷变化较大时，板效

4、率可维主要优点：气、液负荷变化较大时，板效率可维持一定，操作弹性大，适用于液量小的场合，抗堵能持一定，操作弹性大，适用于液量小的场合，抗堵能力强力强。主要缺点：构造复杂，造价高，阻力主要缺点：构造复杂，造价高，阻力(气体经气体经过每板的压力降过每板的压力降)大，气、液通过量和板效率低大，气、液通过量和板效率低。 10.2.1 板式塔的类型结构与板式塔的类型结构与特点特点10.2.1 板式塔的类型结构与板式塔的类型结构与特点特点 筛板塔的出现，仅迟筛板塔的出现，仅迟于泡罩塔二十年左右，但于泡罩塔二十年左右，但它长期被认为操作不易稳它长期被认为操作不易稳定，在本世纪五十年代以定，在本世纪五十年代以

5、前，它的使用远不如泡罩前，它的使用远不如泡罩塔普遍。其后因急于寻找塔普遍。其后因急于寻找一种简单而价廉的塔型，一种简单而价廉的塔型，对其性能的研究不断深入，对其性能的研究不断深入，已能作出比较有把握的设已能作出比较有把握的设计，于是筛板塔已成为应计，于是筛板塔已成为应用最广的一种类型。用最广的一种类型。 主要优点：结构简单，造价低，生产能力主要优点：结构简单，造价低，生产能力(以单以单位塔截面的气体通过量计位塔截面的气体通过量计)比泡罩塔比泡罩塔1015，板效，板效率比泡罩高而压力降低率比泡罩高而压力降低 主要缺点：操作范围窄主要缺点：操作范围窄10.2.1 板式塔的类型结构与板式塔的类型结构

6、与特点特点 筛板与泡罩板的基本结构相同，其差别仅在于筛板与泡罩板的基本结构相同，其差别仅在于取消了泡罩与升气管，而且直接在板上开很多小直取消了泡罩与升气管，而且直接在板上开很多小直径的孔径的孔筛孔，以代替它们。筛孔，以代替它们。主要优点：主要优点：1、操作弹性大，、操作弹性大，2、生产能力大、生产能力大(比泡罩塔提比泡罩塔提高约高约20) 3、板效率高，、板效率高，4、压力降比泡罩塔小；、压力降比泡罩塔小； 5、比、比泡罩塔结构简单。泡罩塔结构简单。 主要缺点：主要缺点：1、阀片活动，有可能松脱或被卡住；、阀片活动，有可能松脱或被卡住； 2、结、结构比筛板塔复杂。构比筛板塔复杂。 10.2.1

7、 板式塔的类型结构与板式塔的类型结构与特点特点10.2.1 板式塔的类型结构与板式塔的类型结构与特点特点一、舌片塔板一、舌片塔板 气体在舌与孔之间几乎成水气体在舌与孔之间几乎成水平喷射，冲散液滴强化两相接触。平喷射，冲散液滴强化两相接触。 气体喷射通过液相：气相连气体喷射通过液相：气相连续，液相分散。续，液相分散。 传质元件为舌片，平板冲压传质元件为舌片，平板冲压而成。而成。 液体淹没舌片，从舌片根部液体淹没舌片，从舌片根部向尖端流动。向尖端流动。 气体喷出的方向与液流方向气体喷出的方向与液流方向大体上一致，对液相起推动作用，大体上一致，对液相起推动作用，使液体流量加大而液面落差不增。使液体流

8、量加大而液面落差不增。主要优点：主要优点： 舌片板塔的气、液通量比泡罩塔与筛板塔的都大。舌片板塔的气、液通量比泡罩塔与筛板塔的都大。板上液层薄，塔板的阻力减小，液沫夹带也少。板上液层薄，塔板的阻力减小，液沫夹带也少。主要缺点主要缺点 ： 气液接触时间比较短，效率并不很高。气液接触时间比较短，效率并不很高。 操作弹性比较小，只能在一定的负荷范围内才能取得较操作弹性比较小，只能在一定的负荷范围内才能取得较好的分离效果。好的分离效果。二、浮舌塔版：浮动舌片板二、浮舌塔版：浮动舌片板 主要优点：主要优点： 可令气体以喷射方式进入液层，又可在可令气体以喷射方式进入液层，又可在负荷改变时调节舌阀的开度。负

9、荷改变时调节舌阀的开度。10.2.1 板式塔的类型结构与特点板式塔的类型结构与特点1、不设降液管，气液两相呈逆流流动、不设降液管，气液两相呈逆流流动2、泡沫层高度小，压力小、泡沫层高度小，压力小3、板效比泡罩板低、板效比泡罩板低主要优点：主要优点： 节省了溢流管面积，按整个塔截面设计的通节省了溢流管面积，按整个塔截面设计的通量大。量大。结构简单，造价低廉。结构简单，造价低廉。主要缺点：主要缺点： 操作受气、液流量的制约大。操作受气、液流量的制约大。流动速度范围窄，操作弹性小。流动速度范围窄，操作弹性小。10.2.1 板式塔的类型结构与特点板式塔的类型结构与特点10.2.2 板式塔的水力学性能板

10、式塔的水力学性能 气体和液体在塔板和降液馆中的流动、接触。气体和液体在塔板和降液馆中的流动、接触。 塔板的作用：塔板的作用： 1、根据气液流量提供合适大小的两相通道、根据气液流量提供合适大小的两相通道 2、实现气液两相的充分传质、实现气液两相的充分传质 3、实现气液两相的及时分离、实现气液两相的及时分离 塔板上形成三种不同状态的区间：塔板上形成三种不同状态的区间： 靠近塔板液层底部属鼓泡区；靠近塔板液层底部属鼓泡区； 在液层表面属泡沫区；在液层表面属泡沫区； 在液层上方空间属雾沫区在液层上方空间属雾沫区 这三种状态都能进行气液接触传质的作用，其中以这三种状态都能进行气液接触传质的作用，其中以泡

11、沫区传质效果最佳。泡沫区传质效果最佳。 当气速不很大，塔板上以鼓泡区为主，传质效果不理当气速不很大，塔板上以鼓泡区为主，传质效果不理想。想。 气速增大到一定值，泡沫区增加，传质效果显著改善。气速增大到一定值，泡沫区增加，传质效果显著改善。气速超过一定范围，雾沫区显著增大，雾沫夹带过量，气速超过一定范围，雾沫区显著增大，雾沫夹带过量，传质效果下降。传质效果下降。10.2.2 板式塔的水力学性能板式塔的水力学性能塔径按流量方程求得，即 因此 气速u的计算方法很多，现推荐史密斯法。先计算塔板的最大允许气速u max ： 10.2.2 板式塔的水力学性能板式塔的水力学性能经验系数C根据图10-13(课

12、本487页)查取并校正。 根据图10-13(课本487页)查取C20，C再根据下式校正： 实际的气速u(0.60.8)umax。u计算出即可求得塔径。 塔径在1m以内时，其尺寸应圆整为按100mm递增值计算，塔径超过1m则按200mm递增值计算。10.2.2 板式塔的水力学性能板式塔的水力学性能 板上液体流动的安排方式，主要根据塔径与液气流量比(或液体流量)来确定。常用的型式有下列几种。10.2.2 板式塔的水力学性能板式塔的水力学性能168页页单溢流型单溢流型 如图如图(a) 液体横过板面从一例流到另液体横过板面从一例流到另一侧，反方向从一侧流到另一侧。这是最常用一侧，反方向从一侧流到另一侧

13、。这是最常用的型式，道长，有利于达到较高的塔板效率。的型式，道长，有利于达到较高的塔板效率。落下降液管中，到达下层板，在下层板上沿因落下降液管中，到达下层板，在下层板上沿因其结构简单，制作方便，且横贯全板的流长，其结构简单，制作方便，且横贯全板的流长，有利于达到较高的分离效率。有利于达到较高的分离效率。双溢流型双溢流型 如图如图(b) 液体在板上被分成两份，每液体在板上被分成两份，每一份流过半面塔板，若在一层板上从两侧流到一份流过半面塔板，若在一层板上从两侧流到中央，落到下一层板上便从中央分流到两侧。中央，落到下一层板上便从中央分流到两侧。此种安排可使液体的通过量加大，而且液面落此种安排可使液

14、体的通过量加大，而且液面落差减小，特别适用于液体流量大及塔径也大差减小，特别适用于液体流量大及塔径也大(2m以上以上)的场合。设计之初，塔径尚未决定，的场合。设计之初，塔径尚未决定，但可预先选定一种液流型式，以后再核验其是但可预先选定一种液流型式，以后再核验其是否适当。否适当。10.2.2 板式塔的水力学板式塔的水力学性能性能U型溢流型型溢流型 如图(c) 降液管和受液盘被安排在塔的一侧，一半作为受液盘，另一半作为降液管；并且挡板沿直径把塔板分割成“U”型，来自上一层塔板的液体落在这一层板受液盘上，约统一圈后才沿降液管落到下一层板，因而所占板面面积小，流道长，液面落差亦大，适用于液、气比或液体

15、流量铰低时操作。四溢流型四溢流型 如图(d) 适用于液体流量特别大及塔径也特别大的场合。10.2.2 板式塔的水力学板式塔的水力学性能性能1. 塔板的几个区域：塔板的几个区域： 溢流区：降液管所占的部分。溢流区：降液管所占的部分。鼓泡区：塔板开孔部分。鼓泡区：塔板开孔部分。无效区无效区(包括进口安定区和破沫包括进口安定区和破沫区区)进口安定区：防止液体在塔板进口安定区：防止液体在塔板进口处从板上开孔处漏下，宽进口处从板上开孔处漏下，宽度度50100mm。破沫区：在泡沫液进入降液馆破沫区：在泡沫液进入降液馆之前，消除泡沫液的一部分泡之前，消除泡沫液的一部分泡沫。宽度沫。宽度50100mm。10.

16、2.2 板式塔的水力学板式塔的水力学性能性能2. 降液管： (1)降液管的作用和液体在降液馆中的停留时间 降液管的作用除使液体下流外，还必须使泡沫中的气体在降液馆中得到分离。因此，要求液体在降液管中有足够的停留时间使气体得以分离。 一般要求液体停留时间不少于3秒；对易起泡的液体，停留时间应不少于5秒。 液体停留时间按下式计算： 一般溢流区所占的总面积不超过塔板总面积的25。 10.2.2 板式塔的水力学板式塔的水力学性能性能 (2) 降液管的形状降液管的形状 降液管的形状较多，有圆形，弓形和矩形三种。弓形因为结降液管的形状较多，有圆形，弓形和矩形三种。弓形因为结构简单，采用最多。构简单，采用最

17、多。10.2.2 板式塔的水力学板式塔的水力学性能性能3. 3. 溢流堰：溢流堰： 堰高堰高hW：堰高高，塔板上液层高度大，气液接触时间长，：堰高高，塔板上液层高度大，气液接触时间长，对传质有利；但太高，使流体阻力增大，一般取对传质有利；但太高，使流体阻力增大，一般取50mm。 堰长堰长lW：为使液流均匀通过塔板，：为使液流均匀通过塔板，对单溢流对单溢流 lW/D0.60.8 溢流堰有两个溢流堰有两个作用，一是保持塔作用，一是保持塔板上有一定的液层，板上有一定的液层，使气液接触有充分使气液接触有充分的时间，因此对堰的时间，因此对堰高有一定的要求。高有一定的要求。二是使液流均匀的二是使液流均匀的

18、流过塔板，因此对流过塔板，因此对堰长也有一定的要堰长也有一定的要求。求。10.2.2 板式塔的水力学板式塔的水力学性能性能4. 堰上液层高度堰上液层高度hOW： 堰上液层高度堰上液层高度hOW与液流量和溢流堰长有关，可用下式计与液流量和溢流堰长有关，可用下式计算：算： 5. 液体通过降液管的阻力液体通过降液管的阻力： 6. 降液管到下层塔板的距离降液管到下层塔板的距离h0： hw h0613mm10.2.2 板式塔的水力学板式塔的水力学性能性能 液体在塔板上流动的过程中，必须流过整个板面以及液体在塔板上流动的过程中，必须流过整个板面以及绕过其上面的部件绕过其上面的部件(如浮阀如浮阀)，为了克服

19、板面的摩擦阻力与，为了克服板面的摩擦阻力与障碍物的形体阻力，需要一定液位差，这就是塔板的液障碍物的形体阻力，需要一定液位差，这就是塔板的液面落差。面落差。 液面落差的危害：若板面上有比较大的液面落差，气液面落差的危害：若板面上有比较大的液面落差，气体便趋向于在液层较薄的一侧大量通过，而在液层较厚体便趋向于在液层较薄的一侧大量通过，而在液层较厚的一侧则很少通过或根本不通过的一侧则很少通过或根本不通过 。如发生上述情况，塔。如发生上述情况，塔的操作便恶化，板效率大为下降。设计时应将液面落差的操作便恶化，板效率大为下降。设计时应将液面落差控制在一定限度之内。控制在一定限度之内。 10.2.2 板式塔

20、的水力学板式塔的水力学性能性能 液面落差在泡罩塔板上比较显著，引起气流分布液面落差在泡罩塔板上比较显著，引起气流分布不匀的可能性较大；浮阀塔板液面落差较小，但在大不匀的可能性较大；浮阀塔板液面落差较小，但在大塔中且液体流量大时，塔板面上液位高的一侧，阀片塔中且液体流量大时，塔板面上液位高的一侧，阀片较难升起，亦会导致气流分布不匀。筛板上的液面落较难升起，亦会导致气流分布不匀。筛板上的液面落差都很小，其影响常可忽略。差都很小，其影响常可忽略。10.2.2 板式塔的水力学板式塔的水力学性能性能 由流体阻力引起的塔板压降是塔板操作的一个重要性由流体阻力引起的塔板压降是塔板操作的一个重要性能。能。 塔

21、板压降直接影响到塔底的操作压力，故塔板压降数塔板压降直接影响到塔底的操作压力，故塔板压降数据为决定塔底送气压力据为决定塔底送气压力(吸收塔吸收塔)或加热温度或加热温度(蒸馏塔蒸馏塔)所必需。所必需。压降过大，对汽液平衡关系的影响有时不容忽视，特别是压降过大，对汽液平衡关系的影响有时不容忽视，特别是当真空蒸馏塔内的压力降过大时，釜内压力升高过多，真当真空蒸馏塔内的压力降过大时，釜内压力升高过多，真空操作的特点便丧失。塔的压力降又对液泛的出现有直接空操作的特点便丧失。塔的压力降又对液泛的出现有直接影响。影响。 塔板压降由如下三部分组成：塔板压降由如下三部分组成： (1) 干板压降：气体通过板上鼓泡

22、元件时所要克服的阻力；干板压降：气体通过板上鼓泡元件时所要克服的阻力； (2) 通过液层的压降：气体通过板上液层时需要克服的静通过液层的压降：气体通过板上液层时需要克服的静压力。压力。 (3) 由表面张力引起的压降由表面张力引起的压降 10.2.3 筛板塔上流体力学计算筛板塔上流体力学计算 由表面张力引起的压降一般可以忽略，故塔板压降为： (1) 干板压降的计算： 10.2.3 筛板塔上流体力学计算筛板塔上流体力学计算 (2) (2) 通过液层的压降的计算：通过液层的压降的计算： 通过液层的压降即为有效液层阻力通过液层的压降即为有效液层阻力he，见图，见图10-23，横坐，横坐标为清液层高度，

23、纵坐标为有效液层阻力标为清液层高度，纵坐标为有效液层阻力he。 (3) 湿板压降(总板压降)： 10.2.3 筛板塔上流体力学计算筛板塔上流体力学计算 为使塔板在稳定范围内操作，必须了解板式塔的几为使塔板在稳定范围内操作，必须了解板式塔的几个极限操作状态。操作极限有三个：漏液点、雾沫夹带个极限操作状态。操作极限有三个：漏液点、雾沫夹带和液泛。漏液点是操作下限，而雾沫夹带和液泛是操作和液泛。漏液点是操作下限，而雾沫夹带和液泛是操作上限。上限。 1) 漏液点漏液点 2) 雾沫夹带雾沫夹带 3) 液泛液泛10.2.3 筛板塔上流体力学计算筛板塔上流体力学计算（1）漏液点）漏液点 可以设想，在一定液量

24、之下，当气速不够大，塔板上可以设想，在一定液量之下，当气速不够大，塔板上的液体有一部分会从筛孔漏下。这样会降低塔板的传质效的液体有一部分会从筛孔漏下。这样会降低塔板的传质效率，因此要求塔板在不漏液的情况下操作。所谓率，因此要求塔板在不漏液的情况下操作。所谓“漏液点漏液点”是是指刚使液体不从塔板上泄漏的气速。指刚使液体不从塔板上泄漏的气速。 计算漏液点的关联式较多，下面介绍常用的。计算漏液点的关联式较多，下面介绍常用的。实际气速与漏液点气速之比称为稳定系数实际气速与漏液点气速之比称为稳定系数K， 稳定系数稳定系数K宜在宜在1.52.0以上。以上。 10.2.3 筛板塔上流体力学计算筛板塔上流体力

25、学计算2）雾沫夹带）雾沫夹带 雾沫夹带指被气流夹带到上一塔板的液体量，雾沫雾沫夹带指被气流夹带到上一塔板的液体量，雾沫夹带会使塔板传质效率下降，雾沫夹带量用夹带会使塔板传质效率下降，雾沫夹带量用(kg液体液体/kg气体气体)表示。为使塔板在较高效率下操作，一般将雾沫夹表示。为使塔板在较高效率下操作，一般将雾沫夹带量限制在带量限制在0.1kg液体液体/kg气体气体以内，作为操作上限。以内，作为操作上限。 筛板的雾沫夹带量按下式计算：筛板的雾沫夹带量按下式计算：10.2.3 筛板塔上流体力学计算筛板塔上流体力学计算（3）液泛）液泛降液管中的液柱高Hd为： 式中，式中，h p为板压降在降液管中引起的

26、一段液柱高，即为板压降在降液管中引起的一段液柱高，即 h hL L为塔板清液层高度，为塔板清液层高度，h hc c为为液体流过降液管底隙所产生的阻液体流过降液管底隙所产生的阻力，此阻力造成降液管中一段相力，此阻力造成降液管中一段相应的液柱高应的液柱高。 10.2.3 筛板塔上流体力学计算筛板塔上流体力学计算 hc值一般很小，小于值一般很小，小于25mm。hL变动不大。因此，变动不大。因此，Hd的变动取决于的变动取决于hp。气速增大，。气速增大，hp也增大。当也增大。当Hd等于等于或大于板间距或大于板间距HT时，降液管会满出来，这样，液体无时，降液管会满出来，这样，液体无法通过降液管向下流动，因

27、此，液体在塔板上积累起法通过降液管向下流动，因此，液体在塔板上积累起来，并充满整个塔板，这就是板式塔的液泛。来，并充满整个塔板，这就是板式塔的液泛。 板式塔的设计要求：降液管中的液柱高板式塔的设计要求：降液管中的液柱高Hd (0.50.6) HT10.2.3 筛板塔上流体力学计算筛板塔上流体力学计算 3.塔板负荷性能图塔板负荷性能图将塔板的操作上下限绘在图上，将塔板的操作上下限绘在图上，称为负荷性能图称为负荷性能图。 右图即为筛板的负荷性能图，右图即为筛板的负荷性能图，各线的意义如下：各线的意义如下：(1) 图中线图中线a为最小液体负荷线为最小液体负荷线 液体流量过低，则板面上的液流不液体流量

28、过低，则板面上的液流不易维持均匀稳定。根据经验，流体易维持均匀稳定。根据经验，流体流量应足以使溢流堰顶的液头高度流量应足以使溢流堰顶的液头高度达到达到6mm。此时最小液量为一定。此时最小液量为一定值，在图中是一条垂线。值，在图中是一条垂线。 10.2.3 筛板塔上流体力学计算筛板塔上流体力学计算(2) 图中线图中线b为漏液线为漏液线 此线表示不同液量时的最小气速。此线表示不同液量时的最小气速。 (3) 图中线图中线c为最大液体负荷线为最大液体负荷线 按按hOW=6mm作出。此时最大液量作出。此时最大液量为一定值，在图中也是一条垂线。为一定值，在图中也是一条垂线。 (4) 图中线图中线d按液体在

29、降液管中允按液体在降液管中允许停留时间计算，根据许停留时间计算，根据取停留时间大于取停留时间大于35秒。如果停秒。如果停留时间过小，则降液管中的气体留时间过小，则降液管中的气体来不及分离，将会被夹带到下一来不及分离，将会被夹带到下一层板。层板。 10.2.3 筛板塔上流体力学计算筛板塔上流体力学计算(5) (5) 图中线图中线e e为降液管液泛线为降液管液泛线 液体液体与气体流量道大，降液管即被充满与气体流量道大，降液管即被充满导致液泛。为避免液泛，降液管中导致液泛。为避免液泛，降液管中的液柱高的液柱高H Hd d(0.5(0.50.6)H0.6)HT T (6)图中线图中线f为雾沫夹带线为雾

30、沫夹带线 按按eV0.1作出。作出。 此负荷性能图的阴影部分，为塔板的稳定操作区。此负荷性能图的阴影部分，为塔板的稳定操作区。必须指出，图中的上下限是可以改变的。例如，漏液线必须指出，图中的上下限是可以改变的。例如，漏液线b b，雾沫夹带线雾沫夹带线f f等。等。 10.2.3 筛板塔上流体力学计算筛板塔上流体力学计算 作出负荷性能图后，还应根据实际操作的气、液量在图作出负荷性能图后，还应根据实际操作的气、液量在图中确定操作点。操作点应该位于塔板的稳定操作区内。考中确定操作点。操作点应该位于塔板的稳定操作区内。考虑到操作中有一定的气、液量波动，操作点不应太靠近图虑到操作中有一定的气、液量波动，

31、操作点不应太靠近图中的上下限。中的上下限。 作为辅助，常在负荷性能图上作出通过原点作为辅助，常在负荷性能图上作出通过原点O与操作点与操作点的一条直线。该直线表示液气比为某一数值的一条直线。该直线表示液气比为某一数值(等于此直线的等于此直线的斜率斜率)的气量与液量关系，此直线与负荷性能图的边线交于的气量与液量关系，此直线与负荷性能图的边线交于A、B两点，两点，A表示操作的负荷下限，表示操作的负荷下限，B表示操作的负荷上限表示操作的负荷上限。操作弹性：塔板的操作上限与操作下限之比称为操作弹。操作弹性：塔板的操作上限与操作下限之比称为操作弹性性(即最大气量与最小气量之比或最大液量与最小液量之比即最大

32、气量与最小气量之比或最大液量与最小液量之比)。我们希望塔板的操作弹性越大越好。我们希望塔板的操作弹性越大越好。 另外，如果操作液气比变化，操作弹性也发生变化。另外，如果操作液气比变化，操作弹性也发生变化。10.2.3 筛板塔上流体力学计算筛板塔上流体力学计算 1.泡罩筛板塔泡罩筛板塔 如右图所示，它是泡罩与筛如右图所示，它是泡罩与筛板相结合的塔板，发挥了泡罩与板相结合的塔板，发挥了泡罩与筛板两者的优点。筛板两者的优点。 在低气速时，主要是泡罩在在低气速时，主要是泡罩在操作，高气速时，筛孔全打开，操作，高气速时，筛孔全打开，是筛板的操作。因此，它的操作是筛板的操作。因此，它的操作弹性较宽。弹性较

33、宽。 降液管的设计使所有塔板上降液管的设计使所有塔板上液流方向都相同。液流方向都相同。10.2.4 新型塔设备介绍新型塔设备介绍2.多降液管筛板塔多降液管筛板塔(MD筛板塔筛板塔) 在筛板上安装多根降液管，相邻塔板的降液管互成在筛板上安装多根降液管，相邻塔板的降液管互成90。10.2.4 新型塔设备介绍新型塔设备介绍 这类塔板的特点：这类塔板的特点：(1)降液管周边长，可处理降液管周边长，可处理大液量。大液量。(2)降液管悬挂于气相内，降液管悬挂于气相内，不占塔板面积，可使塔板不占塔板面积，可使塔板的有效面积增大，塔板利的有效面积增大，塔板利用率高。用率高。3. 网状筛板塔网状筛板塔 每块塔板

34、由网状板分块排列组成。相邻两块网状板每块塔板由网状板分块排列组成。相邻两块网状板斜孔方向不同，使液体弯曲流动，延长液体流程，延斜孔方向不同，使液体弯曲流动，延长液体流程，延长气液接触时间。长气液接触时间。 在每块网状板上还装有碎流板，碎在每块网状板上还装有碎流板，碎流板的作用既增加气液接触时间，又减少雾沫夹带。流板的作用既增加气液接触时间，又减少雾沫夹带。4.浮动舌型塔(简称浮舌塔) 如上图所示，舌形板与浮阀板的结合，操作性能好，如上图所示，舌形板与浮阀板的结合，操作性能好，结构简单。结构简单。 10.1 填料塔填料塔10.1.1填料塔与塔填料填料塔与塔填料 填料塔为一直立式圆筒，内有填填料塔

35、为一直立式圆筒，内有填料乱堆或整砌在靠近筒底部的支承板料乱堆或整砌在靠近筒底部的支承板上。气体从底部被送入，液体在塔顶上。气体从底部被送入，液体在塔顶经过分布器被淋洒到填料层表面上。经过分布器被淋洒到填料层表面上。液体在填料层中有倾向塔壁流动的趋液体在填料层中有倾向塔壁流动的趋势，故填料层较高时常将其分成数段势，故填料层较高时常将其分成数段，两段之间设液体再分布器。液体在，两段之间设液体再分布器。液体在填料表面分散成薄膜，经填料间的缝填料表面分散成薄膜，经填料间的缝隙隙 下流，亦可能成液滴落下。填料层下流，亦可能成液滴落下。填料层的润湿表面就成为气、液接触的传质的润湿表面就成为气、液接触的传质

36、表面。填料层内气、液两相呈逆流接表面。填料层内气、液两相呈逆流接触式的。两相的组成是沿塔高连续改触式的。两相的组成是沿塔高连续改变，这一点与板式塔内组成作阶跃式变，这一点与板式塔内组成作阶跃式变化迥然不同。变化迥然不同。10.1.1填料塔与塔填料填料塔与塔填料二、塔填料类型二、塔填料类型 填料是填充于填料塔的材料，它是填料塔的主要内填料是填充于填料塔的材料，它是填料塔的主要内构件，其作用是增加气、液两相接触面积，并提高液体构件，其作用是增加气、液两相接触面积，并提高液体的湍动程度以利于传质、传热的进行。填料应该能使气的湍动程度以利于传质、传热的进行。填料应该能使气、液接触面积大、传质系数高，同

37、时通量大、阻力小。、液接触面积大、传质系数高，同时通量大、阻力小。 填料的特征参数：填料的特征参数： 比表面积比表面积a 每单位体积填料的表面积，符号为每单位体积填料的表面积，符号为a，单位为单位为m2/m3(或或1/m)。比表面积大则能提供的相接触面。比表面积大则能提供的相接触面积大。同一种填料其尺寸愈小则比表面愈大。积大。同一种填料其尺寸愈小则比表面愈大。 空隙率空隙率 每单位体积填料的空隙体积，符号为每单位体积填料的空隙体积，符号为，单位为单位为m3/m3(无因次无因次)。空隙率越大，气体通过时的阻。空隙率越大，气体通过时的阻力小，因而流量可以增大。力小，因而流量可以增大。10.1.1填

38、料塔与塔填料填料塔与塔填料 单位堆积体积内的填料数目单位堆积体积内的填料数目n 对于同一种填料，单位对于同一种填料，单位堆积体积内所填充的填料个数由填料尺寸决定。减少填料堆积体积内所填充的填料个数由填料尺寸决定。减少填料尺寸，填料数目增加，填料层的比表面积增大而空隙率减尺寸，填料数目增加，填料层的比表面积增大而空隙率减少，气体流动的阻力也相应增加。少，气体流动的阻力也相应增加。 堆积密度堆积密度 指单位体积填料的质量。填料的壁面越薄指单位体积填料的质量。填料的壁面越薄，堆积密度越小，可降低填料的生产成本。，堆积密度越小，可降低填料的生产成本。 干填料因子和填料因子干填料因子和填料因子 干填料因

39、子为干填料因子为a/3，当气体通，当气体通过干填料层时，其流动特征用干填料因子关联。过干填料层时，其流动特征用干填料因子关联。 当液体通过填料层时，由于部分空隙被液体占据，故当液体通过填料层时，由于部分空隙被液体占据，故填料空隙率减小，比表面积流体也发生变化填料空隙率减小，比表面积流体也发生变化。气体通过湿气体通过湿填料表面时，其流动特征用一个相应的湿填料因子填料表面时，其流动特征用一个相应的湿填料因子来关联来关联。填料因子是表示填料层阻力与液泛条件的重要参数。填料因子是表示填料层阻力与液泛条件的重要参数。 填料的机械强度和化学稳定性填料的机械强度和化学稳定性 填料要具有足够的机械填料要具有足

40、够的机械强度，以防止压碎；同时，填料对所处理的物料要有化学强度，以防止压碎；同时，填料对所处理的物料要有化学稳定性。此外，稳定性。此外， 填料要具有制造容易、造价低廉的要求。填料要具有制造容易、造价低廉的要求。10.1.1填料塔与塔填料填料塔与塔填料（2）填料的分类：）填料的分类： 散装填料；规整填料散装填料；规整填料 a.拉西环拉西环(Raschig ring) 拉西环为高与直径相等的圆环，常拉西环为高与直径相等的圆环，常用的直径为用的直径为2575mm。 b. 鲍尔环鲍尔环(Pall)10.1.1填料塔与塔填料填料塔与塔填料c.阶梯环阶梯环 阶梯环是一端有喇叭口的开孔环形阶梯环是一端有喇叭

41、口的开孔环形填料填料。d.弧鞍形填料弧鞍形填料 弧鞍又称贝尔弧鞍又称贝尔(Bel1)鞍，是出鞍，是出现较早的鞍形填料，形如马鞍，大小自现较早的鞍形填料，形如马鞍，大小自25mm至至50mm的较常用。的较常用。e.矩鞍形填料矩鞍形填料 矩鞍两侧表面不能叠合，用金矩鞍两侧表面不能叠合，用金属作的矩鞍填料，于鞍的背部冲出两条狭带属作的矩鞍填料，于鞍的背部冲出两条狭带，弯成环形筋，筋上又冲出四个小爪弯入环，弯成环形筋，筋上又冲出四个小爪弯入环内。它兼有鞍形填料液体分布均匀与开孔环内。它兼有鞍形填料液体分布均匀与开孔环形填料通量大，阻力小的优点，放又称鞍环形填料通量大，阻力小的优点，放又称鞍环或环矩鞍。

42、或环矩鞍。 规整填料不同于散装填料处，在于它具规整填料不同于散装填料处，在于它具有成块的规整结构，可在塔内逐层叠放。最有成块的规整结构，可在塔内逐层叠放。最早出现的规整填料是由木板条排列成的栅板早出现的规整填料是由木板条排列成的栅板，后来也有用金属板条或塑料板条做的。，后来也有用金属板条或塑料板条做的。10.1.1填料塔与塔填料填料塔与塔填料1. 填料用材的选择填料用材的选择 (1)塑料填料价格低、性能良好，用于填料塔操作温度塑料填料价格低、性能良好，用于填料塔操作温度较低的情况较低的情况(操作温度小于操作温度小于100)，并且，除浓硫酸、，并且，除浓硫酸、浓硝酸外，它具有较好的耐腐蚀性，但塑

43、料表面对水浓硝酸外，它具有较好的耐腐蚀性，但塑料表面对水溶液的润湿性较差。溶液的润湿性较差。 (2)陶瓷填料用于腐蚀性介质和高温，并且陶瓷表面对陶瓷填料用于腐蚀性介质和高温，并且陶瓷表面对水溶液的润湿性较好。水溶液的润湿性较好。 (3)金属填料一般耐高温，但不耐腐蚀。金属表面对水金属填料一般耐高温，但不耐腐蚀。金属表面对水溶液的润湿性一般。溶液的润湿性一般。 10.1.1填料塔与塔填料填料塔与塔填料2. 填料类型的选择填料类型的选择 散堆填料装卸和清洗较为方便，用于持液量较高的吸散堆填料装卸和清洗较为方便，用于持液量较高的吸收体系。散堆填料中，综合性能较好的是金属鞍环和收体系。散堆填料中，综合

44、性能较好的是金属鞍环和阶梯环。阶梯环。 规整填料气、液分布均匀，放大效应小，技术指标优规整填料气、液分布均匀，放大效应小，技术指标优于乱堆填料。于乱堆填料。3. 填料尺寸的选择填料尺寸的选择 一般，填料尺寸大，则比表面积小，但空隙率大，因一般，填料尺寸大，则比表面积小，但空隙率大，因此气体通量大，压降低。此气体通量大，压降低。10.1.2填料塔的水力学性能与传质性能填料塔的水力学性能与传质性能一、一、填料塔内的流体流动填料塔内的流体流动 为表达方便计，塔内气体的流速以体积流量与塔截为表达方便计，塔内气体的流速以体积流量与塔截面积之比表示，称为空塔气速，单位为面积之比表示，称为空塔气速，单位为m

45、3/m2s，或写，或写成成m/s。气体在填料空隙穿行的实际线速度等于。气体在填料空隙穿行的实际线速度等于u/。液体的流速亦以体积流量与塔截面积之比表示，单位液体的流速亦以体积流量与塔截面积之比表示，单位为为m3/m2s，称为喷淋密度，称为喷淋密度Lv。喷淋密度与填料比表面。喷淋密度与填料比表面积之比积之比Lv/a，反映液体沿表面流动的速率，称为润湿，反映液体沿表面流动的速率，称为润湿速率，单位为速率，单位为m3/ms。10.1.2填料塔的水力学性能与传质性能填料塔的水力学性能与传质性能 1、气体在填料层中的流动。 气体通过干填料层流动时，压力降与流速的关系如右图上的直线A所示，此直线斜率约等于

46、1.82.0，与气体按湍流方式流过管道时pf与u的关系相仿。 有液体淋洒到填料表面时，因可供气体流动的自由截面缩小，在同样气体空塔速度之下，压力降将上升。因此，在气量较小时，气体和填料表面的液体不发生交互作用，pf与u的关系曲线仅从线A的位置稍向上移，斜率基本上不变。 当气量增大，超过当气量增大，超过A点，则关系曲线将如点，则关系曲线将如AB线段所示，此时线段所示，此时AB线段线段的斜率便增大，其值远的斜率便增大，其值远大于大于2。此时上升气流。此时上升气流对液流的曳力加大，使对液流的曳力加大，使填料表面所持液体量增填料表面所持液体量增多，占去更多空隙，气多，占去更多空隙，气体实际线速度与空塔

47、速体实际线速度与空塔速度的比值显著提高，故度的比值显著提高，故压力降增加得比以前剧压力降增加得比以前剧烈。此种现象称为载液烈。此种现象称为载液。A点称为载点。点称为载点。2、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 10.1.2填料塔的水力学性能与传质性能填料塔的水力学性能与传质性能3、填料塔的液泛、填料塔的液泛 气体速度再增，达到点气体速度再增，达到点B，此时上升气流对液体，此时上升气流对液体所产生的曳力，已增大至所产生的曳力，已增大至足以阻止液体下流，于是足以阻止液体下流，于是液体充满填料层空隙，气液体充满填料层空隙，气体只能鼓泡上升，压力降体只能鼓泡上升，压力降急剧上升

48、到与气流速度成急剧上升到与气流速度成垂直线的关系。此称为液垂直线的关系。此称为液泛。泛。B点称为泛点点称为泛点。10.1.2填料塔的水力学性能与传质性能填料塔的水力学性能与传质性能 液泛一般开始发生于填料层顶部，气速稍一增大，液泛一般开始发生于填料层顶部，气速稍一增大，随即扩展到全塔，但若填料支承板处的自由截面不足随即扩展到全塔，但若填料支承板处的自由截面不足，液泛便在填料层底部开始。，液泛便在填料层底部开始。 填料层的压力填料层的压力降、液泛气速、降、液泛气速、载液气速以及其载液气速以及其他一些水力性能他一些水力性能，为填料塔设计，为填料塔设计与操作都必须考与操作都必须考虑的重要参数。虑的重

49、要参数。10.1.2填料塔的水力学性能与传质性能填料塔的水力学性能与传质性能1、压力降、压力降 反映填料层阻力的压力降随填料的类型与尺寸而不反映填料层阻力的压力降随填料的类型与尺寸而不同，专书或手册中都载有各种类型尺寸填料实测的压同，专书或手册中都载有各种类型尺寸填料实测的压力降曲线。右图为散堆填料新通用关联式。表示压力力降曲线。右图为散堆填料新通用关联式。表示压力降与气速、液速二者的关系曲线。降与气速、液速二者的关系曲线。 先根据操作条件读出横坐先根据操作条件读出横坐标和纵坐标，找到压力降曲线，标和纵坐标，找到压力降曲线，读出压力降。读出压力降。横坐标：横坐标： 纵坐标：纵坐标： 10.1.

50、2填料塔的水力学性能与传质性能填料塔的水力学性能与传质性能(2)液泛液泛 填料塔的液泛气速亦填料塔的液泛气速亦可用右图求解。可用右图求解。 先定出横坐标：先定出横坐标： 根据散堆填料泛点线读出根据散堆填料泛点线读出纵坐标。纵坐标。 得到液泛气速得到液泛气速u。见。见课本课本476页例页例10-110.1.2填料塔的水力学性能与传质性能填料塔的水力学性能与传质性能3. 载液载液 液泛点可通过目测而定出，亦可据压力降与气速液泛点可通过目测而定出，亦可据压力降与气速的关系曲线上急剧转折那一点而定出的关系曲线上急剧转折那一点而定出(两者之间有时可两者之间有时可能有能有10的误差，以压力降线所规定百分率

51、为准的误差，以压力降线所规定百分率为准)。 载液现象不如液泛明显，从压力降与气速的关系曲载液现象不如液泛明显，从压力降与气速的关系曲线来看，从正常到载液的过渡往往是一段圆滑曲线。线来看，从正常到载液的过渡往往是一段圆滑曲线。塔的操作以落在载液区内塔的操作以落在载液区内(或其下限附近或其下限附近)为宜。为宜。10.1.2填料塔的水力学性能与传质性能填料塔的水力学性能与传质性能4. 持液量持液量 持液量指每单位体积填料层在其空隙中所持的液体持液量指每单位体积填料层在其空隙中所持的液体量。进行填料支承板强度计算时，填料本身重量与持液量。进行填料支承板强度计算时，填料本身重量与持液量都要考虑。一般认为

52、持液量小的填料比较好，持液量量都要考虑。一般认为持液量小的填料比较好，持液量小则阻力亦小，但要使操作平稳，则一定的持液量还是小则阻力亦小，但要使操作平稳，则一定的持液量还是必要的。必要的。 持液量分静持液量与动持液量两部分。持液量分静持液量与动持液量两部分。 静持液量指填料层停止接受淋洒液体并经过规定的静持液量指填料层停止接受淋洒液体并经过规定的满液时间之后，仍然滞留在填料层中的液体量，其大小满液时间之后，仍然滞留在填料层中的液体量，其大小决定于填料本身决定于填料本身(类别，尺寸类别，尺寸)及液体的性质。及液体的性质。 10.1.2填料塔的水力学性能与传质性能填料塔的水力学性能与传质性能 动持

53、液量指一定淋洒条件下持于填料层中的液体总动持液量指一定淋洒条件下持于填料层中的液体总量与静持液量之差，表示可以从填料上滴下的那部分量与静持液量之差，表示可以从填料上滴下的那部分，亦即操作时流动于填料表面之量。显然这一部分持，亦即操作时流动于填料表面之量。显然这一部分持液量不但与前述因素有关，而且还与淋洒密度有关。液量不但与前述因素有关，而且还与淋洒密度有关。总持液量由填料类型、尺寸、液体性质、淋洒密度等总持液量由填料类型、尺寸、液体性质、淋洒密度等所决定，有经验公式或曲线可用以估计。到了载点附所决定，有经验公式或曲线可用以估计。到了载点附近以后，持液量还随气流速度的增加而增加近以后，持液量还随

54、气流速度的增加而增加。5. 润湿速率润湿速率 液体喷淋密度低则填料润湿得不充分，气、液接触液体喷淋密度低则填料润湿得不充分，气、液接触面积在总表面积中所占的分率亦小，因此为了使塔能操面积在总表面积中所占的分率亦小，因此为了使塔能操作良好，应使喷淋密度足以维持最小的润湿速率。作良好，应使喷淋密度足以维持最小的润湿速率。10.1.2填料塔的水力学性能与传质性能填料塔的水力学性能与传质性能 填科的传质性能以其传质单元高度填科的传质性能以其传质单元高度(HTU)或理论板或理论板当量高度当量高度(HETP)来表征。传质单元高度可根据传质系数来表征。传质单元高度可根据传质系数推算。推算。 恩田关联了大量液

55、相和气相传质系数，提出液相和气恩田关联了大量液相和气相传质系数，提出液相和气相传质系数的关联式。相传质系数的关联式。1.填料润湿表面的计算填料润湿表面的计算10.1.2填料塔的水力学性能与传质性能填料塔的水力学性能与传质性能2.液相传质系数的计算液相传质系数的计算3.气相传质系数的计算气相传质系数的计算 将计算出来的将计算出来的kL、kV乘以乘以aW即得到体积传质系数即得到体积传质系数kLa和和kVa，进而计算出传质单元高度，进而计算出传质单元高度(HTU)。10.1.2填料塔的水力学性能与传质性能填料塔的水力学性能与传质性能1） 填料尺寸填料尺寸 选定填料尺寸时要考虑塔径。塔径与填料直径选定填料尺寸时要考虑塔径。塔径与填料直径(或主或主要线性规格要线性规格)之比不能太小，否则填料与塔壁不能靠紧而之比不能太小，否则填料与塔壁不能靠紧而留出的空隙过大，易使大量液体沿塔壁流下，因而使截留出的空隙过大，易使大量液体沿塔壁流下，因而使截面上液体分布严重不匀。一般认为上述比值至少要等于面上液体分布严重不匀。一般认为上述比值至少要等于8，对拉西环填料还须大一些。，对拉西环填料还须大一些。2） 塔径塔径 填料塔直径决定于气体的体积流量与空塔速度，前填料塔直径决定于气体的体积流量与空塔速度，前者由生产条件决定，后者则在设计时规定。在气体处理者由生产条件决定，后者则在设计时规定。在气体处理量一