化工传质与分离过程

1、化工传质与分离过程第三章第三章 塔设备塔设备3.1 板式塔（板式塔（1）v 板式塔功能板式塔功能：气液接触（传质系数大、接触面积大）气液接触（传质系数大、接触面积大）v 板式塔的设计意图（理想流动状态）板式塔的设计意图（理想流动状态） ：v 板式塔上两相接触状态板式塔上两相接触状态：鼓泡接触状态：鼓泡接触状态：u 低，清液层，低，清液层，气泡气泡为传质表面，液相为连续相；为传质表面，液相为连续相；泡沫接触状态：泡沫接触状态：u 增加，清液层降低，不断更新的增加，清液层降低，不断更新的液膜液膜为传质表面，液相为连续相；为传质表面，液相为连续相；喷射接触状态：喷射接触状态：u较大，不断更新的较大，

2、不断更新的液滴液滴为传质表面曲线，气相为连续相。为传质表面曲线，气相为连续相。尽量逆流流动（最大的传质推动力）：尽量逆流流动（最大的传质推动力）： 气体在气体在压差压差下由下由下而上下而上，液体在，液体在重力重力下由下由上而下；上而下； 错流塔板：总体上逆流流动，板上错流流动错流塔板：总体上逆流流动，板上错流流动气液充分接触，气液充分接触，总体上逆流流动，板上错流流动总体上逆流流动，板上错流流动第三章第三章 塔设备塔设备3.1 板式塔（板式塔（2）v 板式塔上非理想流动板式塔上非理想流动降低传质推动力降低传质推动力液膜夹带液膜夹带气泡夹带气泡夹带反混反混不均匀流动不均匀流动气体不均匀流动（液面

3、落差和水力学梯度）气体不均匀流动（液面落差和水力学梯度）液体不均匀流动液体不均匀流动v 三种不正常现象三种不正常现象夹带液泛夹带液泛溢流液泛溢流液泛严重漏液严重漏液随气速增大，使塔板阻力增大，上层塔板上随气速增大，使塔板阻力增大，上层塔板上液层增厚，塔板液液层增厚，塔板液流不畅，液层迅速积累流不畅，液层迅速积累，以致充满整个空间，即液泛。由此原，以致充满整个空间，即液泛。由此原因诱发的液泛为液沫夹带液泛。开始发生液泛时的气速称之为因诱发的液泛为液沫夹带液泛。开始发生液泛时的气速称之为液泛气速液泛气速当塔内气、液两相流量较大，导致降液管内阻力及塔板阻力当塔内气、液两相流量较大，导致降液管内阻力及

4、塔板阻力增大时，均会引增大时，均会引起降液管液层升高起降液管液层升高，。当降液管内液层高度，。当降液管内液层高度难以维持塔板上液相畅通时，降液管内液层迅速上升，以致难以维持塔板上液相畅通时，降液管内液层迅速上升，以致达到上一层塔板，逐渐充满塔板空间，即发生液泛达到上一层塔板，逐渐充满塔板空间，即发生液泛第三章第三章 塔设备塔设备3.1 板式塔（板式塔（3）v板式塔的塔板基本结构板式塔的塔板基本结构液体流动方向液体流动方向1 234561、降液管的受液区、降液管的受液区2、进口安定区、进口安定区3、鼓泡区、鼓泡区4、出口安定区（破沫区）、出口安定区（破沫区）5、降液管的溢流区、降液管的溢流区6、

5、无效区、无效区第三章第三章 塔设备塔设备3.1 板式塔（板式塔（4）v 接触状态的选择接触状态的选择泡沫接触状态：液膜足够稳定，不易形成大气泡，有利传质泡沫接触状态：液膜足够稳定，不易形成大气泡，有利传质喷射接触状态：液滴不断更新，小液滴（要求液滴不稳定）喷射接触状态：液滴不断更新，小液滴（要求液滴不稳定）物性性质物性性质膜、滴稳定性膜、滴稳定性接触状态选择接触状态选择泡沫泡沫喷射喷射轻轻 重重 稳定稳定 轻轻 3.1 板式塔（板式塔（5）v 塔板负荷性能图塔板负荷性能图1、雾沫夹带线、雾沫夹带线2、液相负荷下限线、液相负荷下限线（液体分布均匀限制）（液体分布均匀限制）3、漏液线、漏液线（气相

6、负荷下限线）（气相负荷下限线）4、液相负荷上限线、液相负荷上限线（停留时间，气泡夹带）（停留时间，气泡夹带）5 、液泛线、液泛线操作弹性定义操作弹性定义（a）单流型单流型 （b）双流型双流型 （c）四程流型四程流型(d）阶梯流型阶梯流型 （e）U型流型型流型第三章第三章 塔设备塔设备塔板溢流类型塔板溢流类型液体在板上流经长，气液接触时间长，有利于提高传质效率；液体在板上流经长，气液接触时间长，有利于提高传质效率； 但液面落差大，气流分布不均但液面落差大，气流分布不均U型流：小塔，或液体流量小型流：小塔，或液体流量小单单溢流：广泛应用于溢流：广泛应用于D2.2m 设计点设计点P1 靠近液沫夹带线

7、，说明靠近液沫夹带线，说明A、 HT 太小，可通过减小降液管面积太小，可通过减小降液管面积Ad或或lW ,提高提高 HT 。 设计点设计点P2 靠近降液管液泛线，说明降液管液体通能力小，塔板阻力大。靠近降液管液泛线，说明降液管液体通能力小，塔板阻力大。为此可扩大降液管，提高开孔率，即提高为此可扩大降液管，提高开孔率，即提高HT 或或 lW ，增加筛孔数。增加筛孔数。 设计点设计点P3 靠近塔板漏液线，说明塔板开孔率太高，可适当减少孔数靠近塔板漏液线，说明塔板开孔率太高，可适当减少孔数n 设计点设计点P4 靠近液相下限线及气相下限，说明溢流堰靠近液相下限线及气相下限，说明溢流堰lW 过长或降液管

8、面积过长或降液管面积 Ad 过大，开孔面积过大，开孔面积A0过大，故可减小堰长过大，故可减小堰长 lW 。此类情况应减小塔径此类情况应减小塔径D。 设计点设计点 P5 靠近降液管上限线，说明降液管空间裕量较小，可提高靠近降液管上限线，说明降液管空间裕量较小，可提高HT或或lW均。若经过调整仍不适宜，显然就需要重新设计均。若经过调整仍不适宜，显然就需要重新设计D。第三章第三章 塔设备塔设备负荷性能图的应用负荷性能图的应用a. 塔板间距塔板间距HT 提高塔板间距提高塔板间距 HT ，既增加了塔板间距空间高度，又增加了降液管体积。既增加了塔板间距空间高度，又增加了降液管体积。则有利于减少液沫夹带，增

9、强降液管液体的通过能力（推动力增大），使液体则有利于减少液沫夹带，增强降液管液体的通过能力（推动力增大），使液体停留时间增加。所以，停留时间增加。所以，1、4、5条线向外移条线向外移第三章第三章 塔设备塔设备HT对对负荷性能图的影响负荷性能图的影响降液管面积降液管面积 Ad 或堰长或堰长lW 若增大堰长若增大堰长 则引起则引起 Ad 增大，塔截面的气相通道面积增大，塔截面的气相通道面积A及开孔区及开孔区Aa 减减小。因小。因 lW 增大，则溢流强度降低，故使其液相下限提高，增大，则溢流强度降低，故使其液相下限提高，A减小使减小使u增大，增大，使液沫夹带量增大，而降液管使液沫夹带量增大，而降液管

10、Ad 增大，使液体停留时间增长。增大，使液体停留时间增长。 Aa 减小，减小，若其开孔率不变，孔数若其开孔率不变，孔数n减少，使孔流速减少，使孔流速u0 提高，使塔板漏液点提高，使塔板漏液点u0 下降，下降，所以气相流量下限线或漏液限降低，使得所以气相流量下限线或漏液限降低，使得5条线均发生变化条线均发生变化第三章第三章 塔设备塔设备降液管面积对负荷性能图的影响降液管面积对负荷性能图的影响增大塔板的开孔率增大塔板的开孔率 若其他尺寸不变仅曾筛孔数若其他尺寸不变仅曾筛孔数n即提高开孔率即提高开孔率 ，使得孔流气速，使得孔流气速u0 下降。使得下降。使得塔板阻力下降，易发生漏液，缓解降液管的液泛，

11、故漏液线塔板阻力下降，易发生漏液，缓解降液管的液泛，故漏液线3及降液管液泛线及降液管液泛线5均均上移上移第三章第三章 塔设备塔设备开孔率面积对负荷性能图的影响开孔率面积对负荷性能图的影响第三章第三章 塔设备塔设备塔板类型塔板类型泡罩塔板泡罩塔板v结构特点结构特点v优点：不易发生漏液优点：不易发生漏液v缺点：结构复杂，效率不高，操作弹性较小缺点：结构复杂，效率不高，操作弹性较小v应用情况：目前较少应用应用情况：目前较少应用第三章第三章 塔设备塔设备塔板类型塔板类型筛板筛板v结构特点结构特点v特点：易发生漏液特点：易发生漏液结构简单，效率不高，生产能力大，操作弹性较小结构简单，效率不高，生产能力大，操作弹性较小v应用情况：日趋应用广泛应用情况：日趋应用广泛F-1型型V-4型型A型型十字架型十字架型方形浮阀方形浮阀v结构特点结构特点v优点：优点：v应用情况：应用广泛应用情况：应用广泛生产能力大生产能力大操作弹性大操作弹性大效率较高效率较高结构较简单结构较简单压力降和液面落差较小压力降和液面落差较小第三章第三章 塔设备塔设备塔板类型塔板类型浮阀塔浮阀塔第三章第三章 塔设备塔设备塔板类型塔板类型其它塔板（其它塔板（1