第十章气液传质设备1

1、第十章 气液传质设备第一节 板式塔 气液传质设备的基本功能气液传质设备的基本功能：形成气液两相充分接触的相界面，使质、热的传递快形成气液两相充分接触的相界面，使质、热的传递快速有效地进行速有效地进行使接触混合与传质后的气、液两相能及时分开，互不使接触混合与传质后的气、液两相能及时分开，互不夹带等。夹带等。气液传质设备的分类气液传质设备的分类：气液传质设备的种类很多，按接：气液传质设备的种类很多，按接触方式可分为连续（微分）接触式（填料塔）和逐级接触方式可分为连续（微分）接触式（填料塔）和逐级接触式（板式塔）两大类，在吸收和蒸馏操作中应用极广触式（板式塔）两大类，在吸收和蒸馏操作中应用极广 。一

2、、概述填料塔填料塔在圆柱形壳体内装填一定高度的填料，在圆柱形壳体内装填一定高度的填料，液体经塔顶喷淋装置均匀分布于填料层液体经塔顶喷淋装置均匀分布于填料层顶部上，依靠重力作用沿填料表面自上顶部上，依靠重力作用沿填料表面自上而下流经填料层后自塔底排出；气体则而下流经填料层后自塔底排出；气体则在压强差推动下穿过填料层的空隙，由在压强差推动下穿过填料层的空隙，由塔的一端流向另一端。气液在填料表面塔的一端流向另一端。气液在填料表面接触进行质、热交换，两相的组成沿塔接触进行质、热交换，两相的组成沿塔高连续变化。高连续变化。 溶剂填料塔气体散装填料散装填料塑料鲍尔环填料塑料鲍尔环填料规整填料规整填料 塑料

3、丝网波纹填料塑料丝网波纹填料 填料塔填料塔板式塔板式塔在圆柱形壳体内按一定间距水平设置若在圆柱形壳体内按一定间距水平设置若干层塔板，液体靠重力作用自上而下流干层塔板，液体靠重力作用自上而下流经各层板后从塔底排出，各层塔板上保经各层板后从塔底排出，各层塔板上保持有一定厚度的流动液层；气体则在压持有一定厚度的流动液层；气体则在压强差的推动下，自塔底向上依次穿过各强差的推动下，自塔底向上依次穿过各塔板上的液层上升至塔顶排出。气、液塔板上的液层上升至塔顶排出。气、液在塔内逐板接触进行质、热交换，故两在塔内逐板接触进行质、热交换，故两相的组成沿塔高呈阶跃式变化。相的组成沿塔高呈阶跃式变化。板式塔溶剂气体

4、DJ DJ 塔盘塔盘 新型塔板新型塔板板式塔板式塔填料塔和板式塔的主要对比填料塔和板式塔的主要对比板式塔板式塔填料塔填料塔压降压降较大较大小尺寸填料较大；大尺寸填料及规整小尺寸填料较大；大尺寸填料及规整填料较小填料较小空塔气速空塔气速较大较大小尺寸填料较小；大尺寸填料及规整小尺寸填料较小；大尺寸填料及规整填料较大填料较大塔效率塔效率较稳定，效率较高较稳定，效率较高传统填料低；新型乱堆及规整填料高传统填料低；新型乱堆及规整填料高持液量持液量较大较大较小较小液气比液气比适应范围较大适应范围较大对液量有一定要求对液量有一定要求安装检修安装检修较易较易较难较难材质材质常用金属材料常用金属材料金属及非金

5、属材料均可金属及非金属材料均可造价造价大直径时较低大直径时较低新型填料投资较大新型填料投资较大填料塔和板式塔都可用于吸收或蒸馏操作。填料塔和板式塔都可用于吸收或蒸馏操作。新型填料及规整填料塔竞争力较强。新型填料及规整填料塔竞争力较强。 塔型选择塔型选择塔径在塔径在0.60.7米以上的塔，过去一般优先选用板式塔。米以上的塔，过去一般优先选用板式塔。填料填料塔在实验室及塔径较小的中小型化工装置中应用较多塔在实验室及塔径较小的中小型化工装置中应用较多 随着低压降高效率轻材质填料的开发，大塔也开始采用各种随着低压降高效率轻材质填料的开发，大塔也开始采用各种新型填料作为传质构件，显示了明显的优越性。新型

6、填料作为传质构件，显示了明显的优越性。塔型选择主要需考虑以下几个方面的基本性能指标：塔型选择主要需考虑以下几个方面的基本性能指标：(1) 生产能力：生产能力： 即为单位时间单位塔截面上的处理量；即为单位时间单位塔截面上的处理量；(2) 分离效率：分离效率：对板式塔指每层塔板的分离程度；对填料塔对板式塔指每层塔板的分离程度；对填料塔指单位高度填料层所达到的分离程度；指单位高度填料层所达到的分离程度；(3) 操作弹性：操作弹性：指在负荷波动时维持操作稳定且保持较高分指在负荷波动时维持操作稳定且保持较高分离效率的能力，通常以最大气速负荷与最小气速负荷之离效率的能力，通常以最大气速负荷与最小气速负荷之

7、比表示；比表示；(4) 压强降：压强降：指气相通过每层塔板或单位高度填料的压强降；指气相通过每层塔板或单位高度填料的压强降；(5) 结构繁简及制造成本结构繁简及制造成本。1、降液管：板上的液体通过降、降液管：板上的液体通过降液管流至下一层塔板液管流至下一层塔板二、板式塔的结构及类型降液管降液管溢流堰溢流堰受液区受液区开孔区开孔区2、出口堰（溢流堰）：用来保、出口堰（溢流堰）：用来保持塔板上有一定厚度的液层持塔板上有一定厚度的液层3、入口堰：对进入塔板的液体、入口堰：对进入塔板的液体起分布和缓冲作用，有的塔不起分布和缓冲作用，有的塔不设入口堰设入口堰4、鼓泡构件：形成气液两相传质、传热的主要构件

8、、鼓泡构件：形成气液两相传质、传热的主要构件（是对板式塔研究最多的元件）。所用鼓泡构件不同（是对板式塔研究最多的元件）。所用鼓泡构件不同导致塔板类型有多种。导致塔板类型有多种。（一）板式塔的主要部件（一）板式塔的主要部件1、逆流塔板（穿流式塔板）、逆流塔板（穿流式塔板）塔板间没有降液管，气、液两相同时由塔板间没有降液管，气、液两相同时由塔板上的孔道或缝隙逆向穿流而过，板塔板上的孔道或缝隙逆向穿流而过，板上液层高度靠气体速度维持。上液层高度靠气体速度维持。优点优点：塔板结构简单，板上无液面差，：塔板结构简单，板上无液面差，板面充分利用，生产能力较大；板面充分利用，生产能力较大；缺点缺点：板效率及

9、操作弹性不及溢流塔板。：板效率及操作弹性不及溢流塔板。与溢流式塔板相比，逆流式塔板应用范与溢流式塔板相比，逆流式塔板应用范围小得多，常见的板型有筛孔式、栅板围小得多，常见的板型有筛孔式、栅板式、波纹板式等。式、波纹板式等。液相液相气相气相（二）塔板类型（二）塔板类型 塔板是板式塔的基本构件，决定塔的性能。塔板是板式塔的基本构件，决定塔的性能。液液相相降液管降液管堰堰气相气相2、溢流塔板、溢流塔板 (错流式塔板错流式塔板)塔板间有专供液体溢流的降液管塔板间有专供液体溢流的降液管 (溢溢流管流管)，横向流过塔板的流体与由下，横向流过塔板的流体与由下而上穿过塔板的气体呈错流流动。板而上穿过塔板的气体

10、呈错流流动。板上液体的流径与液层的高度可通过适上液体的流径与液层的高度可通过适当安排降液管的位置及堰的高度给予当安排降液管的位置及堰的高度给予控制，从而可获得较高的板效率，但控制，从而可获得较高的板效率，但降液管将占去塔板的传质有效面积，降液管将占去塔板的传质有效面积，影响塔的生产能力。影响塔的生产能力。 溢流式塔板应用很广，按塔板的具体结构形溢流式塔板应用很广，按塔板的具体结构形式可分为：式可分为：泡罩塔板、筛孔塔板、浮阀塔板、网孔塔板、泡罩塔板、筛孔塔板、浮阀塔板、网孔塔板、舌形塔板等。舌形塔板等。（1）泡罩塔板）泡罩塔板在工业上最早（在工业上最早（1813年）应用的年）应用的一种塔板，其

11、主要元件由升气管一种塔板，其主要元件由升气管和泡罩构成，泡罩安装在升气管和泡罩构成，泡罩安装在升气管顶部，泡罩底缘开有若干齿缝浸顶部，泡罩底缘开有若干齿缝浸入在板上液层中，升气管顶部应入在板上液层中，升气管顶部应高于泡罩齿缝的上沿，以防止液高于泡罩齿缝的上沿，以防止液体从中漏下。体从中漏下。优点优点：操作稳定，升气管使泡罩塔板低气速下也不致产生：操作稳定，升气管使泡罩塔板低气速下也不致产生严重的漏液现象，故弹性大。严重的漏液现象，故弹性大。缺点缺点：结构复杂，造价高，塔板压降大，生产强度低。：结构复杂，造价高，塔板压降大，生产强度低。操作时，液体横向流过塔板，靠溢流堰保持板上有一定厚度操作时，

12、液体横向流过塔板，靠溢流堰保持板上有一定厚度的液层，齿缝浸没于液层之中而形成液封。上升气体通过齿的液层，齿缝浸没于液层之中而形成液封。上升气体通过齿缝进入液层时，被分散成许多细小的气泡或流股，在板上形缝进入液层时，被分散成许多细小的气泡或流股，在板上形成鼓泡层，为气液两相的传热和传质提供大量的界面。成鼓泡层，为气液两相的传热和传质提供大量的界面。（2）筛孔塔板筛孔塔板筛孔塔板出现也较早（筛孔塔板出现也较早（1830年），是结构最简单的一种板型。年），是结构最简单的一种板型。塔板上开有许多均匀的小孔，孔径一般为塔板上开有许多均匀的小孔，孔径一般为38mm。筛孔在。筛孔在塔板上为正三角形排列。塔板

13、上为正三角形排列。早期对其性能认识不足，为易漏液、早期对其性能认识不足，为易漏液、操作弹性小、难以稳定操作等问题所困扰。操作弹性小、难以稳定操作等问题所困扰。1950年后开始对筛孔塔板进行较系统全面的研究，从理论和年后开始对筛孔塔板进行较系统全面的研究，从理论和实践上较好地解决了有关筛板效率，流体力学性能以及塔板实践上较好地解决了有关筛板效率，流体力学性能以及塔板漏液等问题，获得了成熟的使用经验和设计方法，逐渐成为漏液等问题，获得了成熟的使用经验和设计方法，逐渐成为应用最广的塔板类型之一。应用最广的塔板类型之一。 操作时，气体经筛孔分散成小股气流鼓泡通过液层，气液操作时，气体经筛孔分散成小股气

14、流鼓泡通过液层，气液间密切接触而进行传热和传质。在正常的操作条件下，通间密切接触而进行传热和传质。在正常的操作条件下，通过筛孔上升的气流，应能阻止液体经筛孔向下泄漏。过筛孔上升的气流，应能阻止液体经筛孔向下泄漏。优点：优点：结构简单、造价低，板上液面落差小，气体压降低，结构简单、造价低，板上液面落差小，气体压降低，生产能力大，传质效率高。生产能力大，传质效率高。缺点：缺点：筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、粘度大的物料。筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、粘度大的物料。（3）浮阀塔板）浮阀塔板自自1950 年代问世后，很快在石油、化工行业得到推广，至今年代问世后，很快在石油、化工行业得到推广，至今仍为应用最

15、广的一种塔板。仍为应用最广的一种塔板。结构结构：以泡罩塔板和筛孔塔板为基础。有多种浮阀形式，但以泡罩塔板和筛孔塔板为基础。有多种浮阀形式，但基本结构特点相似，即在塔板上按一定的排列开若干孔，孔基本结构特点相似，即在塔板上按一定的排列开若干孔，孔的上方安置可以在孔轴线方向上下浮动的阀片。阀片可随上的上方安置可以在孔轴线方向上下浮动的阀片。阀片可随上升气量的变化而自动调节开启度。在低气量时，开度小；气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。因此，气量变化时，通量大时，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稳定。同时，

16、气体水平过阀片周边流道进入液体层的气速较稳定。同时，气体水平进入液层也强化了气液接触传质。进入液层也强化了气液接触传质。优点：优点：结构简单，生产能力和操作弹性大，板效率高。综合结构简单，生产能力和操作弹性大，板效率高。综合性能较优异。性能较优异。 缺点：缺点：处理易结焦、高粘度的物料时，阀片易与塔板粘结；处理易结焦、高粘度的物料时，阀片易与塔板粘结；在操作过程中有时会发生阀片脱落或卡死等现象，使塔板效在操作过程中有时会发生阀片脱落或卡死等现象，使塔板效率和操作弹性下降。率和操作弹性下降。 各种浮阀：各种浮阀：F1型浮阀结构简单，易于制造，应用最普遍，为定型产品。型浮阀结构简单，易于制造，应用

17、最普遍，为定型产品。阀片带有三条腿，插入阀孔后将各腿底脚外翻阀片带有三条腿，插入阀孔后将各腿底脚外翻 90，用以限，用以限制操作时阀片在板上升起的最大高度；阀片周边有三块略向制操作时阀片在板上升起的最大高度；阀片周边有三块略向下弯的定距片，以保证阀片的最小开启高度。下弯的定距片，以保证阀片的最小开启高度。F1型浮阀分轻阀和重阀。轻阀塔板漏液稍严重，除真空操作型浮阀分轻阀和重阀。轻阀塔板漏液稍严重，除真空操作时选用外，一般均采用重阀。时选用外，一般均采用重阀。 JCV浮阀塔板（双流喷射浮阀塔板浮阀塔板（双流喷射浮阀塔板 ）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

18、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：特点：结构复杂、阀片开启灵活、高效、高通量、寿命长、结构复杂、阀片开启灵活、高效、高通量、寿命长、耐堵塞。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浮阀浮阀与塔板固定方法与塔板固定方法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

19、下阀片工作状态JCV浮阀阀片浮阀阀片 2400 JCV浮阀塔板浮阀塔板 1800 JCV浮阀塔板浮阀塔板JCPT塔板（并流喷射填料塔板塔板（并流喷射填料塔板 ）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，然后液并流通过提液管，在提液管内高速湍动混合、传质，然后气液并流进入填料中进一步强化传质，并完成气液分离。气气液并流进入填料中进一步强化传质，并完成气液分离。气体靠压差继续上升，进入上一层塔板；液体基本以清液的形体靠压差继续上升，进入上一层塔板；液体基本以清液的形式回落到塔板上，沿流道进

20、入降液管，下降到下一层塔板。式回落到塔板上，沿流道进入降液管，下降到下一层塔板。与普通塔板在传质机理上的区别：它是填料与塔板的复合体，与普通塔板在传质机理上的区别：它是填料与塔板的复合体，靠填料实现传质，靠塔板实现多级并流。靠填料实现传质，靠塔板实现多级并流。不同结构型式的不同结构型式的JCPT塔板塔板（4 4）喷射型塔板）喷射型塔板一种斜喷射型塔板。一种斜喷射型塔板。结构简单，在塔板上结构简单，在塔板上冲出若干按一定排列冲出若干按一定排列的舌形孔，舌片向上的舌形孔，舌片向上张角张角 以以20左右为宜。左右为宜。20=o50R25气相A：舌形塔板舌形塔板操作时，上升的气流沿舌片喷出，其喷出速度

21、可达操作时，上升的气流沿舌片喷出，其喷出速度可达2030m/s。当液体流过每排舌孔时，即被喷出的气流强烈扰动。当液体流过每排舌孔时，即被喷出的气流强烈扰动而形成液沫，被斜向喷射到液层上方，喷射的液流冲至降而形成液沫，被斜向喷射到液层上方，喷射的液流冲至降液管上方的塔壁后流入降液管中，流到下一层塔板。液管上方的塔壁后流入降液管中，流到下一层塔板。优点：优点：气流由舌片喷出并带动液体沿同方向流动。气液并流气流由舌片喷出并带动液体沿同方向流动。气液并流避免了返混和液面落差，塔板上液层较低，塔板压降较小。避免了返混和液面落差，塔板上液层较低，塔板压降较小。气流方向近于水平。相同的液气比下，舌形塔板的液

22、沫夹带气流方向近于水平。相同的液气比下，舌形塔板的液沫夹带量较小，故可达较高的生产能力。量较小，故可达较高的生产能力。缺点：缺点：张角固定，在气量较小时，经舌孔喷射的气速低，塔张角固定，在气量较小时，经舌孔喷射的气速低，塔板漏液严重，操作弹性小。板漏液严重，操作弹性小。液体在同一方向上加速，有可能使液体在板上的停留时间太液体在同一方向上加速，有可能使液体在板上的停留时间太短、液层太薄，板效率降低。短、液层太薄，板效率降低。 在舌形塔板上发展的斜孔塔在舌形塔板上发展的斜孔塔板，斜孔的开口方向与液流板，斜孔的开口方向与液流垂直且相邻两排开孔方向相垂直且相邻两排开孔方向相反，既保留了气体水平喷出、反

23、，既保留了气体水平喷出、气液高度湍动的优点，又避气液高度湍动的优点，又避免了液体连续加速，可维持免了液体连续加速，可维持板上均匀的低液面，从而既板上均匀的低液面，从而既能获得大的生产能力，又能能获得大的生产能力，又能达到好的传质效果。达到好的传质效果。 C：斜孔塔板：斜孔塔板B：浮舌塔板浮舌塔板为使舌形塔板适应低负荷生产，提高为使舌形塔板适应低负荷生产，提高操作弹性，研制出了可变气道截面操作弹性，研制出了可变气道截面（类似于浮阀塔板）的浮舌塔板。（类似于浮阀塔板）的浮舌塔板。1 19 9R R2020R16R168 837373 31 1o o2020降降液液管管a a 斜孔结构斜孔结构b b

24、 塔板布置塔板布置受受液液区区导导向向孔孔（5）垂直筛板）垂直筛板在塔板上按一定排列开若干在塔板上按一定排列开若干大孔大孔(直径直径100200mm)，孔孔上设置侧壁开有许多筛孔的上设置侧壁开有许多筛孔的泡罩，泡罩底边留有间隙供泡罩，泡罩底边留有间隙供液体进入罩内。液体进入罩内。气流将由泡罩底隙进入罩内的液体拉成液膜形成两相上升流气流将由泡罩底隙进入罩内的液体拉成液膜形成两相上升流动，经泡罩侧壁筛孔喷出后两相分离，即气体上升液体落回动，经泡罩侧壁筛孔喷出后两相分离，即气体上升液体落回塔板。液体从塔板入口流至降液管将多次经历上述过程。塔板。液体从塔板入口流至降液管将多次经历上述过程。 与普通筛板

25、相比，垂直筛板为气液两相提供了很大的不断更与普通筛板相比，垂直筛板为气液两相提供了很大的不断更新的相际接触表面，强化了传质过程；且气液由水平方向喷新的相际接触表面，强化了传质过程；且气液由水平方向喷出，液滴在垂直方向的初速度为零，降低了液沫夹带量，因出，液滴在垂直方向的初速度为零，降低了液沫夹带量，因此垂直筛板可获得较高的塔板效率和较大的生产能力。此垂直筛板可获得较高的塔板效率和较大的生产能力。 三、塔板的工作情况液体从上层塔板经降液体从上层塔板经降液管进入塔板后，沿液管进入塔板后，沿横向流经塔板至出口横向流经塔板至出口堰，再进入降液管进堰，再进入降液管进入下层塔板。由于出入下层塔板。由于出口

26、堰的存在，塔板上口堰的存在，塔板上有一定的液层高度，有一定的液层高度，且比出口堰要高一些。且比出口堰要高一些。另外，塔板入口处的另外，塔板入口处的液面要比出口处的液液面要比出口处的液面高，这一高度差称面高，这一高度差称为液面落差。为液面落差。四、塔径和塔高的计算 1、塔径的计算、塔径的计算wVwVD785. 04=V：塔中气体或蒸气在操作条件下的体积流量，：塔中气体或蒸气在操作条件下的体积流量，m3/sw：设计时所选的塔中气体流速，按空塔截面计算，：设计时所选的塔中气体流速，按空塔截面计算，m/s计算中应考虑的问题：计算中应考虑的问题：(1)蒸气的体积流率蒸气的体积流率由于塔内蒸汽流率随塔高而

27、变化，尤其是精馏段和提馏段由于塔内蒸汽流率随塔高而变化，尤其是精馏段和提馏段的气相流率有较大差别，设计时选取蒸汽量的原则为：当的气相流率有较大差别，设计时选取蒸汽量的原则为：当塔中蒸汽的体积流率相差不是很大时，通常按最大的流率塔中蒸汽的体积流率相差不是很大时，通常按最大的流率计算。若塔上下段的蒸汽体积流率相差较大时，则应考虑计算。若塔上下段的蒸汽体积流率相差较大时，则应考虑分段计算，上下段可采用不同的塔径。分段计算，上下段可采用不同的塔径。(2)最大允许气速最大允许气速wmax的确定的确定在塔中气体流量在塔中气体流量V一定时，虽然增大气速可使塔径减小以一定时，虽然增大气速可使塔径减小以降低设备

28、投资，但气速增大到一定程度时会受到淹塔降低设备投资，但气速增大到一定程度时会受到淹塔（或液泛）现象的限制。（或液泛）现象的限制。淹塔原因主要有两种淹塔原因主要有两种：（1）雾沫夹带量过大，导致由上层塔板流下的液体几乎）雾沫夹带量过大，导致由上层塔板流下的液体几乎又全部被送回到上层塔板，使液体不能正常向下流。又全部被送回到上层塔板，使液体不能正常向下流。（夹带液泛）（夹带液泛）（2）若塔板压降或液体通过降液管流动的阻力过大，致）若塔板压降或液体通过降液管流动的阻力过大，致使该层降液管中的液面高度上升至上层塔板的溢流堰口，使该层降液管中的液面高度上升至上层塔板的溢流堰口，阻碍液体在降液管中的正常下

29、流。（溢流液泛）阻碍液体在降液管中的正常下流。（溢流液泛）最大允许气速的确定是依据过量雾沫夹带量，用最大允许最大允许气速的确定是依据过量雾沫夹带量，用最大允许气速乘以一个系数作为设计用的气速，在此气速下是否会气速乘以一个系数作为设计用的气速，在此气速下是否会发生溢流液泛可在塔板的水力计算中检验。发生溢流液泛可在塔板的水力计算中检验。计算原则：塔内气流上升速度等于液滴沉降速度时液滴即计算原则：塔内气流上升速度等于液滴沉降速度时液滴即不能沉降不能沉降, 若气速更大则液滴被吹向上。若气速更大则液滴被吹向上。由于计算中存在多种不确定因素会导致计算困难，一般按由于计算中存在多种不确定因素会导致计算困难，

30、一般按以下半经验公式计算以下半经验公式计算VVLCw=maxL：液相于操作条件下的密度，：液相于操作条件下的密度，kg/m3;V：气相于操作条件下的密度，：气相于操作条件下的密度，kg/m3;C：和板间距、气液相物性及流量比有关的系数，可查图或：和板间距、气液相物性及流量比有关的系数，可查图或由经验公式计算。由经验公式计算。设计所用气速小于最大气速。一般，设计所用气速小于最大气速。一般，对易起泡沫介质：对易起泡沫介质：w=(0.70.75)wmax对不易起泡沫介质：对不易起泡沫介质：w=(0.80.85)wmax2、板间距、板间距HT的选择的选择板间距对塔的生产能力、操作弹性及板效率都有影响。

31、板间距对塔的生产能力、操作弹性及板效率都有影响。HT的大小与最大允许气速有直接关系，的大小与最大允许气速有直接关系，HT大，则大，则wmax可可提高，但塔的高度增加，可能会使设备费用增大，需衡量提高，但塔的高度增加，可能会使设备费用增大，需衡量各方面的因素综合考虑。各方面的因素综合考虑。 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，则可在较小的塔径下采用较大的气速；则可在较小的塔径下采用较大的气速；HT减小，则塔径要减小，则塔径要相应增加以使气速减小。相应增加以使气速减小。HT由塔径选取，但不是随便选择，有标准系列，对易发由塔径选取，但不是随

32、便选择，有标准系列，对易发泡物系，泡物系，HT可选择大一些，另外，在有人孔的地方，可选择大一些，另外，在有人孔的地方，HT600mm。3、塔高的确定、塔高的确定对无侧线抽出的塔，全塔高度可用下式对无侧线抽出的塔，全塔高度可用下式计算：计算：H=(N-2)HT+H顶顶+H底底H进进N：全塔实际板数；：全塔实际板数；H顶顶：由顶层塔板至塔顶的距离，一般取：由顶层塔板至塔顶的距离，一般取0.91.2m：H底底：由底层塔板至塔底的距离，通常取：由底层塔板至塔底的距离，通常取1.53.0m：对有侧线抽出的塔，多股进料的塔或各段的板间距不等的塔对有侧线抽出的塔，多股进料的塔或各段的板间距不等的塔则需根据具

33、体情况而定。则需根据具体情况而定。H进进：进料处的板间距，由于进料处雾沫夹带较为严重，所：进料处的板间距，由于进料处雾沫夹带较为严重，所以一般取的较大以一般取的较大0.751.0m。五、塔板的初步设计初步设计主要选定塔板的结构方案和对主要结构参数作出初步设计主要选定塔板的结构方案和对主要结构参数作出初步的选择初步的选择（一）塔板上流体流型的选择（一）塔板上流体流型的选择常见的几种流体流动形式如下常见的几种流体流动形式如下1、单溢流（直径流向）、单溢流（直径流向）液体在塔板上沿直径作单向流动。液体在塔板上沿直径作单向流动。当塔径较大或液体流量较大时，会由当塔径较大或液体流量较大时，会由于液体流过

34、塔板的阻力增大，造成显于液体流过塔板的阻力增大，造成显著的液面落差，从而造成蒸汽分布不著的液面落差，从而造成蒸汽分布不均。常用于直径小于均。常用于直径小于2.0米的塔。米的塔。 液体在塔板上分成两股流动，液体在塔板上分成两股流动，在一层塔板上，液体分别由两在一层塔板上，液体分别由两侧流向中央的降液管，经中央侧流向中央的降液管，经中央降液管流至下层塔板后再分别降液管流至下层塔板后再分别向塔板两侧的降液管流动。一向塔板两侧的降液管流动。一般用于液体流量较大或塔径较般用于液体流量较大或塔径较大的情况，但加工制造较复杂。大的情况，但加工制造较复杂。2、双溢流、双溢流塔板上流体流量很小时，为了避免两塔板

35、上流体流量很小时，为了避免两相接触不均匀，可采用此种流动方式相接触不均匀，可采用此种流动方式来增加液体在塔板上流程的长度。来增加液体在塔板上流程的长度。3、回转流动（、回转流动（U型流动）型流动）用于塔板上流体流量甚大的情况。塔用于塔板上流体流量甚大的情况。塔板上流体流经成阶梯排列的几个串联板上流体流经成阶梯排列的几个串联流程，每个流程的长度较短以避免过流程，每个流程的长度较短以避免过大的液面落差。结构复杂，很少使用。大的液面落差。结构复杂，很少使用。4、阶梯流、阶梯流塔径塔径/m液体流量液体流量/m3h-1回转流型回转流型(U型型)单溢流单溢流双溢流双溢流1.0745-1.5980-2.01

36、1110110-1603.011110110-2004.011110110-2305.011110110-250各种流型的适用范围各种流型的适用范围是连通塔板间液体的通道，也是供溢流中液相所夹带的气体是连通塔板间液体的通道，也是供溢流中液相所夹带的气体分离的场所。常用的形式有弓形、矩形和圆形，弓形应用最分离的场所。常用的形式有弓形、矩形和圆形，弓形应用最广，双溢流时同时使用弓形和矩形降液管。广，双溢流时同时使用弓形和矩形降液管。弓形的结构：弓形的结构：弧形边一般利用塔壁，另一边为一块直板，上弧形边一般利用塔壁，另一边为一块直板，上部高出上层塔板形成溢流堰，下边高于下层塔板以留出液体部高出上层塔

37、板形成溢流堰，下边高于下层塔板以留出液体流动的空间。为增加塔板鼓泡区的面积流动的空间。为增加塔板鼓泡区的面积,直边的下部常向塔壁直边的下部常向塔壁倾斜。由于有较大容积，能充分利用塔板面积，一般塔径大倾斜。由于有较大容积，能充分利用塔板面积，一般塔径大于于800mm的大塔均采用弓形。的大塔均采用弓形。（二）降液管（二）降液管弓形降液管的设计参数：弓形降液管的设计参数：(1)弦长弦长lW：适宜的弦长为塔径的：适宜的弦长为塔径的0.60.75倍倍(单溢流单溢流),或或0.50.6倍倍(双溢流双溢流)。弦长确定后，宽度弦长确定后，宽度b和截面积和截面积Ad就确定了。就确定了。 (2)降液管下缘至塔板的

38、降液管下缘至塔板的hs：设计时其值与溢流堰高度：设计时其值与溢流堰高度hW有关，对有关，对不同塔径有不同的取值，一般塔径小于不同塔径有不同的取值，一般塔径小于2m，取，取hW-hs=12.5 mm，塔径塔径2-4m，取，取hW-hs=25mm，塔径，塔径4m，取，取hW-hs= 38mm。 （三）溢流堰（三）溢流堰溢流堰高度溢流堰高度hW越高，板上液层越厚，气液接触时间越长，越越高，板上液层越厚，气液接触时间越长，越有利于传质。但液层过厚，蒸汽通过液层所需克服的静压差有利于传质。但液层过厚，蒸汽通过液层所需克服的静压差越大，塔板压力降越大，一般取值为越大，塔板压力降越大，一般取值为3050mm

39、，加压塔取上，加压塔取上限，减压塔取的较小，最低有取限，减压塔取的较小，最低有取16mm的。溢流堰形状分为的。溢流堰形状分为平口堰和齿形堰。平口堰和齿形堰。平形平形齿形齿形作用：维持塔板上有一定的液面高度，以确保传质过程的作用：维持塔板上有一定的液面高度，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，以免汽体短顺利进行，再者将降液管出口封在液面以下，以免汽体短路从降液管中上升，影响传质过程的进行。路从降液管中上升，影响传质过程的进行。设置进口堰是为了使由降液管流出的流体均匀分布至塔板上设置进口堰是为了使由降液管流出的流体均匀分布至塔板上并减弱上层板下流流体的冲击作用。进口堰易引起沉淀

40、物的并减弱上层板下流流体的冲击作用。进口堰易引起沉淀物的积聚，又占用部分塔板面积，故采用弓形降液管时常不设进积聚，又占用部分塔板面积，故采用弓形降液管时常不设进口堰。进口堰高度口堰。进口堰高度hw一般取一般取12mm左右。左右。（四）进口堰（四）进口堰主要有平型和凹型两种，平型结构简单，但凹型能保证降主要有平型和凹型两种，平型结构简单，但凹型能保证降液管下部在各种情况下均能被液体封住，且可对降液管中液管下部在各种情况下均能被液体封住，且可对降液管中流下的液体起缓冲作用。流下的液体起缓冲作用。（五）受液盘（五）受液盘作用：接受由降液管下来的液体，缓冲液体流下时的冲击，作用：接受由降液管下来的液体

41、，缓冲液体流下时的冲击，稳定塔上液体的流动状态，以确保传质过程的稳定进行。稳定塔上液体的流动状态，以确保传质过程的稳定进行。平形平形凹形凹形（六）浮阀塔板的结构参数（六）浮阀塔板的结构参数F1型阀又分重阀与轻阀两种，重阀用厚度型阀又分重阀与轻阀两种，重阀用厚度2mm的钢板冲成，的钢板冲成，阀质量约阀质量约33克，轻阀用厚度克，轻阀用厚度1.5mm的钢板冲成，质量约的钢板冲成，质量约25克。克。阀重则阀的惯性大，操作稳定性好，但气体阻力大。一般采阀重则阀的惯性大，操作稳定性好，但气体阻力大。一般采用重阀。只有要求压降很小的场合，如真空精馏时才使用轻用重阀。只有要求压降很小的场合，如真空精馏时才使

42、用轻阀。阀。多采用三角形排列，多采用三角形排列，可分为顺排和叉排两可分为顺排和叉排两种。叉排时塔板上汽种。叉排时塔板上汽液相接触较理想，所液相接触较理想，所以部颁标准中采用叉以部颁标准中采用叉排。排。 1、浮阀的排列、浮阀的排列液流方向液流方向顺排顺排tt叉排叉排2 2、开孔率、开孔率阀阀孔孔气气速速空空塔塔气气速速塔塔总总截截面面积积阀阀孔孔总总面面积积开开孔孔率率=%100DNdD4Nd422h22h过大，则蒸气通过阀孔的线速即阀孔气速过低，难于保过大，则蒸气通过阀孔的线速即阀孔气速过低，难于保证塔板上浮阀单元全部打开，泄漏现象严重，取得过小，证塔板上浮阀单元全部打开，泄漏现象严重，取得过

43、小，则板面上排列浮阀数过少，气液接触不良，塔板的压力降则板面上排列浮阀数过少，气液接触不良，塔板的压力降也偏大。也偏大。对常压塔或减压塔，开孔率为对常压塔或减压塔，开孔率为1015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指阀孔总面积和塔截面积之比。指阀孔总面积和塔截面积之比。（七）筛板的结构参数（七）筛板的结构参数筛孔的大小和数量的多少影响塔的操作。筛孔的大小和数量的多少影响塔的操作。 一般孔径在一般孔径在3-25mm范围内，多采用范围内，多采用3-5mm。筛孔排布一般。筛孔排布一般为等边三角形，孔心距为等边三角形，孔心距S一般为一般为(2.0-5.0)d0 孔直径

44、孔直径d0较小可使板面上气泡分散的较均匀，不易泄漏，压较小可使板面上气泡分散的较均匀，不易泄漏，压力降和雾沫夹带也较小，但过小使孔数过多，加工困难，塔力降和雾沫夹带也较小，但过小使孔数过多，加工困难，塔板易堵塞。过大则易泄漏，尤其在气速较低时更严重，且气板易堵塞。过大则易泄漏，尤其在气速较低时更严重，且气体通过板上液层时搅动较剧烈，雾沫夹带严重。体通过板上液层时搅动较剧烈，雾沫夹带严重。 筛板的开孔率一般为筛板的开孔率一般为5%-15%。（八）塔板的布置（八）塔板的布置1、区域的划分、区域的划分塔板的板面结构：塔板的板面结构： 有效传质区有效传质区 (鼓泡区、开孔区鼓泡区、开孔区) 降液管区降

45、液管区 受液盘区受液盘区 入口安定区入口安定区 出口安定区出口安定区 边缘固定区边缘固定区塔身塔身溢流堰板溢流堰板降液管降液管塔板塔板受液盘受液盘安定区安定区降液管区降液管区受液盘区受液盘区鼓鼓泡泡区区安定区安定区VFw/00=0207850wdVN.=2、浮阀个数的确定、浮阀个数的确定F0为动能因数，保持在为动能因数，保持在9-12间，由蒸气流量间，由蒸气流量V可由下式求可由下式求出浮阀个数。出浮阀个数。上式计算出的浮阀个数是个初步值，由此值画出草图作出具上式计算出的浮阀个数是个初步值，由此值画出草图作出具体的布置。体的布置。首先确定阀孔气速，希望在正常操作条件下，浮阀能处首先确定阀孔气速，

46、希望在正常操作条件下，浮阀能处于刚刚全开的状态。可由下式求出于刚刚全开的状态。可由下式求出六、塔板水力计算（一）塔板上的水力流动现象及水力计算任务（一）塔板上的水力流动现象及水力计算任务1、板式塔的不正常操作现象板式塔的不正常操作现象漏液漏液：部分液体不是横向流过塔板后经降液管流下，而是从部分液体不是横向流过塔板后经降液管流下，而是从阀孔直接漏下。阀孔直接漏下。原因：气速较小时，气体通过阀孔的速度压头小，不足以抵原因：气速较小时，气体通过阀孔的速度压头小，不足以抵消塔板上液层的重力；气体在塔板上的不均匀分布也消塔板上液层的重力；气体在塔板上的不均匀分布也是造成漏液的重要原因。是造成漏液的重要原

47、因。后果：后果：导致气液两相在塔板上的接触时间减少，塔板效率下导致气液两相在塔板上的接触时间减少，塔板效率下降，降，严重的漏液使塔板上不能形成液层，气液无法进严重的漏液使塔板上不能形成液层，气液无法进行传热、传质，塔板将失去其基本功能。行传热、传质，塔板将失去其基本功能。通常，为保证塔的正常操作，漏液量应不大于液体流量的通常，为保证塔的正常操作，漏液量应不大于液体流量的10%。漏液量达到。漏液量达到10%的气体速度称为的气体速度称为漏液速度漏液速度，它是板式，它是板式塔操作气速的下限。塔操作气速的下限。 当板上结构均匀、各处干板阻力相等时，板上液层阻力即液当板上结构均匀、各处干板阻力相等时，板

48、上液层阻力即液层厚度的均匀程度将直接影响气体的分布。层厚度的均匀程度将直接影响气体的分布。板上液层厚度不均匀：液层波动和液面落差。板上液层厚度不均匀：液层波动和液面落差。液层波动液层波动：波峰处液层厚，阀孔气量小、易漏液。由此引起：波峰处液层厚，阀孔气量小、易漏液。由此引起的漏液是随机的。可在设计时适当增大干板阻力。的漏液是随机的。可在设计时适当增大干板阻力。液面落差液面落差：塔板入口侧的液层厚于塔板出口侧，使气流偏向：塔板入口侧的液层厚于塔板出口侧，使气流偏向出口侧，入口侧的阀孔则因气量小而发生漏液。塔板上设入出口侧，入口侧的阀孔则因气量小而发生漏液。塔板上设入口安定区可缓解此现象。口安定区

49、可缓解此现象。液沫夹带：液沫夹带：气体鼓泡通过板上液层时，将部分液体分散成液气体鼓泡通过板上液层时，将部分液体分散成液滴，而部分液滴被上升气流带入上层塔板。滴，而部分液滴被上升气流带入上层塔板。原因：原因：(1) 小液滴的沉降速度小于液层上方空间上升气流的速度，夹小液滴的沉降速度小于液层上方空间上升气流的速度，夹带量与板间距无关；带量与板间距无关；(2) 较大液滴的沉降速度虽大于气流速度，但它们在气流的冲较大液滴的沉降速度虽大于气流速度，但它们在气流的冲击或气泡破裂时获得了足够的向上初速度而被弹溅到上击或气泡破裂时获得了足够的向上初速度而被弹溅到上层塔板。夹带量与板间距有关。层塔板。夹带量与板

50、间距有关。后果：过量的液沫夹带常造成液相在塔板间的返混，进而导后果：过量的液沫夹带常造成液相在塔板间的返混，进而导致板效率严重下降。为维持正常操作，需将液沫夹带限制在致板效率严重下降。为维持正常操作，需将液沫夹带限制在一定范围。一定范围。气泡夹带气泡夹带：液体在降液管中停留时间太短，大量气泡被液体液体在降液管中停留时间太短，大量气泡被液体卷进下层塔板。卷进下层塔板。后果：液沫夹带是液体的返混，气泡夹带是气体的返混，均对后果：液沫夹带是液体的返混，气泡夹带是气体的返混，均对传质不利。严重时可诱发液泛，完全破坏塔的正常操作。传质不利。严重时可诱发液泛，完全破坏塔的正常操作。液沫夹带和气泡夹带是不可

51、避免的，但夹带量必需严格地控制液沫夹带和气泡夹带是不可避免的，但夹带量必需严格地控制在最大允许值范围内。在最大允许值范围内。 液泛液泛：由于某种原因，液体充满塔板之间的空间，使塔的正由于某种原因，液体充满塔板之间的空间，使塔的正常操作受到破坏的现象。常操作受到破坏的现象。原因：原因：(1)夹带液泛：当塔板上液体流量很大，上升气体的速度很高夹带液泛：当塔板上液体流量很大，上升气体的速度很高时，液体被气体夹带到上一层塔板上的量剧增，使塔板间充时，液体被气体夹带到上一层塔板上的量剧增，使塔板间充满气液混合物，最终使整个塔内充满液体。即对一定的液体满气液混合物，最终使整个塔内充满液体。即对一定的液体流

52、量，气速过大会形成液泛，液泛时的气速称为流量，气速过大会形成液泛，液泛时的气速称为泛点气速泛点气速。 (2)降液管液泛：当降液管内液体不能顺利向下流动时，管内降液管液泛：当降液管内液体不能顺利向下流动时，管内液体必然积累，致使管内液位增高而越过溢流堰顶部，两板液体必然积累，致使管内液位增高而越过溢流堰顶部，两板间液体相连，塔板产生积液，并依次上升，最终导致塔内充间液体相连，塔板产生积液，并依次上升，最终导致塔内充满液体。即对一定的气体流量，液量过大也可能发生液泛满液体。即对一定的气体流量，液量过大也可能发生液泛 。影响液泛的因素除气液流量外，还与塔板的结构，特别是塔影响液泛的因素除气液流量外，

53、还与塔板的结构，特别是塔板间距等参数有关，设计中采用较大的板间距，可提高泛点板间距等参数有关，设计中采用较大的板间距，可提高泛点气速。气速。（1）塔板压降；）塔板压降；（2）降液管液层高度或停留时间；）降液管液层高度或停留时间；（3）漏液量；）漏液量；（4）雾沫夹带量；）雾沫夹带量；（5）塔板的适宜工作区。）塔板的适宜工作区。2、水力学计算任务、水力学计算任务夹带液泛与溢流液泛互为诱因，交互影响。过量液沫夹带阻夹带液泛与溢流液泛互为诱因，交互影响。过量液沫夹带阻塞气体通道，板阻急增，降液管中泡沫层堆积，从而引发溢塞气体通道，板阻急增，降液管中泡沫层堆积，从而引发溢流液泛。而溢流液泛发生时，塔板

54、上鼓泡层增高，分离空间流液泛。而溢流液泛发生时，塔板上鼓泡层增高，分离空间降低，夹带液泛也将随之发生。降低，夹带液泛也将随之发生。液泛使整个塔不能正常操作，甚至发生严重的设备事故，要液泛使整个塔不能正常操作，甚至发生严重的设备事故，要特别注意防范。特别注意防范。 （二）塔板的压力降（二）塔板的压力降pP液液干干pppP=式中：式中：pp塔板压降，塔板压降， p干干干板压降干板压降, p液液气体克服板上液层压降气体克服板上液层压降 气体通过塔板的压强降对塔板的操作性能有着重要影响，通气体通过塔板的压强降对塔板的操作性能有着重要影响，通常也是设计任务规定的指标之一。常也是设计任务规定的指标之一。塔板的压降等于干板压降与液层压降之和，即塔板的压降等于干板压降与液层压降之和，即1、浮阀塔板的压力降、浮阀塔板的压力降塔板压降的正常范围：常压塔：塔板压降的正常范围：常压塔：290490Pa减压塔：减压塔：98245Pap干干与阀孔气速的关系中有一拐点，拐点前为浮阀全开前的与阀孔气速的关系中有一拐点，拐点前为浮阀全开前的关系，拐点后的线段表示浮阀全开后两者的关系。关系，拐点后的线段表示浮阀全开后两者的关系。（1 1）干板压降的计算）干板压降的计算 17500919. gwp=干干237520wpG