气液传质设备

1、第十章第十章 气液传质设备气液传质设备 蒸馏和吸收塔设备蒸馏和吸收塔设备一、作用一、作用提供气、液两相充分接触的场所，使传质、传热过程能迅提供气、液两相充分接触的场所，使传质、传热过程能迅 速、有效的进行；速、有效的进行；2. 2. 使接触后的气、液两相及时分开，互不夹带使接触后的气、液两相及时分开，互不夹带( (即没有返即没有返 混混) )。二、塔设备的类型二、塔设备的类型l按塔内气、液接触构件的结构形式，可分为：板按塔内气、液接触构件的结构形式，可分为：板式塔和填料塔；式塔和填料塔；l按塔内气液接触方式，有逐级接触式和微分（连按塔内气液接触方式，有逐级接触式和微分（连续）接触式之分。续）接

2、触式之分。第一节第一节 板式塔板式塔一、板式塔主要类型的结构和特点一、板式塔主要类型的结构和特点 按气液两物流的流动方式分：按气液两物流的流动方式分： 错流塔板错流塔板 穿流（逆流）塔板穿流（逆流）塔板按鼓泡元件分：泡罩塔板、筛板、浮阀塔板、喷射型塔板等按鼓泡元件分：泡罩塔板、筛板、浮阀塔板、喷射型塔板等分散型塔板分散型塔板气体在气体在压差压差下由下由下下而上而上，液体在，液体在重力重力下由下由上而下；上而下；错流塔板：总体上错流塔板：总体上逆流流动，板上错逆流流动，板上错流流动流流动1 1、工业上常用的板式塔有：、工业上常用的板式塔有： 泡罩塔泡罩塔 浮阀塔浮阀塔 筛板塔筛板塔 穿流栅孔板塔

3、穿流栅孔板塔AD浮阀浮阀泡罩泡罩泡泡罩罩ADV浮阀浮阀筛板筛板筛板塔塔身筛板塔塔身筛板降降液液管管受受液液区区筛板的结构如图所示。塔板上筛板的结构如图所示。塔板上开有许多均布的筛孔，孔径一开有许多均布的筛孔，孔径一般为般为38mm，筛孔在塔板上，筛孔在塔板上作正三角形排列。作正三角形排列。 操作时，液体横向流过塔板，靠溢流堰，使板上能维持一定厚度的液层，上升气流通过筛孔分散成细小的流股，在板上液层中鼓泡而出，气液间密切接触而进行传质。在正常操作气速下，通过筛孔上升的气流，应能阻止液体经筛孔向下泄漏 筛板的优点优点是结构简单，造价低；板上液面落差小，气体压降低，生产能力较大；气体分散均匀，传质效

4、率较高。其缺点缺点是筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、粘度大的物料。浮舌板浮舌板穿流板等径均布穿流板等径均布舌形塔板舌形塔板斜孔塔板斜孔塔板喷射形塔板喷射形塔板喷射形塔板喷射形塔板浮阀塔具有的优点：浮阀塔具有的优点： 生产能力大生产能力大 塔板效率高塔板效率高 操作弹性大操作弹性大 结构简单，安装方便。结构简单，安装方便。 要求：要求： 1.生产能力大，即汽液负荷高；生产能力大，即汽液负荷高； 2.板效率高；板效率高； 3.塔板压降低；塔板压降低； 4.操作弹性大；操作弹性大； 5.结构简单，制造成本低。结构简单，制造成本低。2、板式塔结构及塔内的流动、板式塔结构及塔内的流动l通量：单位塔板的生产能

5、力，表征塔设备的处理能力和允许通量：单位塔板的生产能力，表征塔设备的处理能力和允许空塔气速空塔气速l分离效率：单位压降塔的分离效果，对板式塔以板效率表示分离效率：单位压降塔的分离效果，对板式塔以板效率表示l适应能力：即操作弹性，表现为对物料的适应性及对负荷波适应能力：即操作弹性，表现为对物料的适应性及对负荷波动的适应性动的适应性l流体阻力流体阻力l造价造价 l结构复杂程度结构复杂程度l安装、检修的难易安装、检修的难易 3、评价塔板性能指标评价塔板性能指标4、塔板流体力学性能、塔板流体力学性能l塔板压强降塔板压强降l雾沫夹带雾沫夹带l液泛液泛l漏液漏液l液相负荷上限液相负荷上限l液相负荷下限液相

6、负荷下限 二、塔板结构二、塔板结构 1板式塔的设计意图板式塔的设计意图 （1）要求塔板能提供足够大、且不断更新的相间接触界面；）要求塔板能提供足够大、且不断更新的相间接触界面； （2）塔内应尽量使气液两相呈逆流流动，以提供最大的传质推动力。）塔内应尽量使气液两相呈逆流流动，以提供最大的传质推动力。 2筛板塔板的构造筛板塔板的构造 （1）筛孔）筛孔塔板上的气体通道，筛孔直径塔板上的气体通道，筛孔直径 3-8mm； （2）溢流堰溢流堰保持塔板上有一定量的液体；保持塔板上有一定量的液体； 弓形平直堰弓形平直堰hw lw 堰高决定了塔板上液层的高度和持液量。堰高决定了塔板上液层的高度和持液量。 （3）

7、降液管）降液管液体自上而下的通道，一般为弓形；液体自上而下的通道，一般为弓形； 降液管下端必须保持液封，以防气体短路；降液管下端必须保持液封，以防气体短路； h0 hw 单流型塔板与多流型塔板单流型塔板与多流型塔板 三、塔板上流体力学状况三、塔板上流体力学状况： 1筛板上气液接触状态筛板上气液接触状态 随气流通过筛孔的速度不同，接触状态大致分三种：随气流通过筛孔的速度不同，接触状态大致分三种：接触状态接触状态接触界面接触界面传质性能传质性能连续相连续相分散相分散相 鼓泡接触鼓泡接触气泡表面气泡表面湍动程度低，传质阻力湍动程度低，传质阻力大大液液气气泡沫接触泡沫接触气泡间液气泡间液膜膜高度湍动，

8、传质面积大高度湍动，传质面积大液液气气喷射接触喷射接触液滴外表液滴外表面面传质良好传质良好气气液液2气相通过塔板的阻力损失气相通过塔板的阻力损失ldfhhh（干板压降（干板压降+液层压降）液层压降） lh静液层压降静液层压降+ +克服气、液界面张克服气、液界面张力的能耗力的能耗+ +通过液层的摩擦阻力通过液层的摩擦阻力 hd:气体通过干板的阻力损失即干板压降气体通过干板的阻力损失即干板压降3筛板塔内气液两相的非理想流动筛板塔内气液两相的非理想流动 实际塔板上流动与理想流动的偏差实际塔板上流动与理想流动的偏差 （1）空间上的反向流动）空间上的反向流动 1）液膜夹带（雾沫夹带）液膜夹带（雾沫夹带）

9、,产生原因产生原因气速过大气速过大， 板间距过小板间距过小 2）气泡夹带）气泡夹带,将降低降液管中泡沫层的平均密度，将降低降液管中泡沫层的平均密度， 降低降液管的通过能力降低降液管的通过能力 （2）空间上的不均匀流动）空间上的不均匀流动 1）气体通过塔板的不均匀性）气体通过塔板的不均匀性 2）液体沿塔板流动的不均匀性）液体沿塔板流动的不均匀性 3）气体的搅动，产生大小不同尺寸的环流）气体的搅动，产生大小不同尺寸的环流 4板式塔的不正常操作现象板式塔的不正常操作现象 （1）液泛现象）液泛现象 当气速过大，液沫夹带严重，造成板间液相当气速过大，液沫夹带严重，造成板间液相严重返混严重返混;同时，使板

10、压降增大，降液管中液位同时，使板压降增大，降液管中液位升高，流体流过的阻力增大，上层塔板下流的升高，流体流过的阻力增大，上层塔板下流的液体不能畅通地流过降液管，导致液体阻塞。液体不能畅通地流过降液管，导致液体阻塞。 液泛时，造成淹塔，使塔无法正常地工作。液泛时，造成淹塔，使塔无法正常地工作。 液泛气速也与液体流量有关，液流量越大，液泛气速也与液体流量有关，液流量越大，液泛汽速越低。液泛汽速越低。 液泛气速是操作的上限。液泛气速是操作的上限。 （2）漏液）漏液液泛液泛漏液漏液四、塔板效率四、塔板效率 由于塔板上非理想流动的存在，使实际板与理论板存在由于塔板上非理想流动的存在，使实际板与理论板存在

11、着差距，以塔板效率来衡量。着差距，以塔板效率来衡量。1. 单板效率（单板效率（Murphree efficiency） xn-1yn+1xn 1*1nnnnmVyyyyE理论塔板的汽相增浓值实际塔板的汽相增浓值*11nnnnmLxxxxE理论塔板的液相增浓值实际塔板的液相增浓值全塔效率全塔效率常用的度量板式塔分离性能的综合指标常用的度量板式塔分离性能的综合指标 %1000PTNNE实际板数理论板数对双组分溶液：对双组分溶液： 7.05.00EconnellO关联图关联图 10000.11.010E0L245. 00)(49. 0LE 塔顶与塔底平均温度下的相对挥发度；塔顶与塔底平均温度下的相对

12、挥发度； L塔顶与塔底平均温度下料液的粘度塔顶与塔底平均温度下料液的粘度五、塔高的计算五、塔高的计算 Z=NP HT HT板间距，板间距，m；按经验值选取。按经验值选取。 六、塔径的计算六、塔径的计算 uVDsT4 Vs塔内汽相流量，塔内汽相流量，m3/s； u 汽相的空塔速度，汽相的空塔速度，m/s1Vs 计算计算设气相为理想气体设气相为理想气体 VsMVV3600m3/s或或 PTTPVVs004 .223600m3/s 式中：式中：V汽相质量流量，汽相质量流量，kmol/h 2. 利用利用Smith关联图求空塔气速关联图求空塔气速 （1）先选定一板间距）先选定一板间距HT，计算计算HT-hL； （2）由）由Smith图查得气相负荷因子图查得气相负荷因子C20，m/s； （3）C20校正：校正： 2 . 020)20(CC 液相表面张力，液相表面张力，mN/m； （4）最大允许空塔速度）最大允许空塔速度um