气液传质设备培训教材

第十一章气液传质设备一、分类：板式塔：

填料塔：逐级接触式，内装塔板，气液传质在板上液层空间内进行；连续（微分）接触式，内装填料，气液传质在填料润湿表面进行。1二、评价塔设备性能的指标1.生产能力大；2.分离效率高；3.阻力小，压降低；4.操作弹性大；5.满足工业对生产设备的一般要求：结构简单、造价低、安装维修方便等。2三、塔设备研制开发思路1.总体上保证气液两相呈逆流流动提供最大的传质推动力2.每块板上或填料层内保证气液两相充分接触保证传质充分，尽可能减小传质阻力3.提供足够大的气液两相通道保证大通量、低压降、合适的弹性3§11.1板式塔一、板式塔类型、结构、作用及特点：降液管平顶型溢流堰受液区开孔区4塔板的作用：气液两相传质，传热的场所。总体上气液呈逆流流动；每块塔板上呈均匀错流。§11.1板式塔5（一）泡罩塔在工业上最早（1813年）应用的一种塔板，其主要元件由升气管和泡罩构成操作示意图§11.1板式塔6筛板塔的主要结构：筛孔——提供气体上升的通道；2.溢流堰——维持塔板上一定高度的液层，以保证在塔板上气液两相有足够的接触面积；3.降液管——作为液体从上层塔板流至下层塔板的通道。（二）筛板塔§11.1板式塔7（三）浮阀塔工作原理§11.1板式塔8阀型：F1型、V型、T型、A型

各种浮阀：§11.1板式塔9三种种塔塔板板的的比比较较:1.生生产产能能力力：：2.压压降降：：3.操操作作弹弹性性：：4.造造价价：：5.板板效效率率：：筛板板>浮浮阀阀>泡泡罩罩；；泡罩罩>浮浮阀阀>筛筛板板；；浮阀阀>泡泡罩罩>筛筛板板；；泡罩罩>浮浮阀阀>筛筛板板；；浮阀阀、、筛筛板板相相当当>泡泡罩罩。。（四四））喷射射型型塔板板如：：舌形形塔塔板板与浮舌舌塔塔板板（五五））穿流流塔板板§11.1板板式式塔塔10二、、板板式式塔塔的的水水力力学学性性能能（一一））塔塔板板上上气气液液两两相相的的接接触触状状态态§11.1板板式式塔塔鼓泡泡状状态态、蜂蜂窝窝状状态态、、泡沫沫状状态态、喷射射状状态态111.鼓泡泡接接触触状状态态液体体————连连续续相相气气体体————分分散散相相两相相接接触触面面积积：：气泡泡表表面面§11.1板板式式塔塔122.泡沫沫接接触触状状态态液体体————连连续续相相气气体体————分分散散相相两相相接接触触面面积积：：不断断更更新新的的液液膜膜表表面面§11.1板板式式塔塔13气体体————连连续续相相液液体体————分分散散相相两相相接接触触面面积积：：不断断更更新新的的液液滴滴表表面面3.喷射射接接触触状状态态§11.1板板式式塔塔泡沫沫状状和喷射射状状均为为优优良良的的塔塔板板工工作作状状态态为减减小小液液沫沫夹夹带带，，大多多数数塔塔都都控控制制在在泡沫沫接接触触状状态态下操操作作14（二二））气气体体通通过过塔塔板板的的压压力力降降气量量↑↑→→ΔΔHt↑液量量↑↑→→ΔΔHt↑板结结构构：：开开孔孔率率↑↑→→u0↓→ΔΔHt↓总压压力力降降：：ΔΔHt=h0+he干板板压压降降h0液层层阻阻力力he压降降由由两两部部分分构构成成影响因素一般般，，常常压压塔塔：：单单板板压压降降40~65mmH2O减压压塔塔：：单单板板压压降降10~35mmH2O§11.1板板式式塔塔液层层静静压压力力液体体表表面面张张力力15（三三））塔塔板板上上的的液液面面落落差差液面面落落差差△△：：塔板板进进、、出出口口侧侧的的清清液液高高度度差差液面面落落差差气流流的的不不均均匀匀分分布布严重漏液液板效效率率下下降降与塔塔板板结结构构、、塔塔径径、、流流量量有有关关。。产生生原原因因：：液体体在在塔塔板板上上横横向向流流动动时时要要克克服服流动动阻阻力力§11.1板板式塔塔（板面上的的摩擦阻阻力、障障碍物上上的形体体阻力和和气流造造成的阻阻力）直径较大大的塔，，可采用用双溢流和和阶梯溢溢流减小液面面落差16§11.1板板式塔塔17三、板式式塔的操操作特性性（一）塔塔板上的的异常操操作现象象1.漏液当气速过小小或气液液分布不不均匀时，有的的筛孔无无气体通通过，造造成液体体短路，，大量液液体由筛筛孔漏下下。气量过小小；塔板开孔孔率大。。产生原因漏液两相在塔塔板上的的接触时时间↓板效率↓§11.1板板式塔塔18控制：漏漏液量不不大于液液体流量量的10%。漏液气速速：漏液量达达到10%的气体速速度。——板式塔操操作的气气速下限限2.液沫夹带带影响因素素空塔气速速：空塔气气速减小小，液沫沫夹带量量减小塔板间距距：板间距距增大，，液沫夹夹带量减减小现象：液滴随气气体进入入上层塔塔板。后果：过量液沫沫夹带，，造成液液相在板板间的返返混，板效率下下降§11.1板板式塔塔193.液泛定义：液体进塔塔量大于于出塔量量，塔内内不断积积液，直至塔内充满满液体，破坏塔塔内正常常操作液泛夹带液泛泛降液管液液泛由液沫夹夹带引起起—气气速过大大。由降液管管通过液液体能力力不够而而引起——液量量过大。§11.1板板式塔塔20与板间距距HT有关：HT↑→uF↑，与液量有有关：VL↑→uF↓与物系性性质有关关：易发泡，，uF↓影响液泛泛气速uF的因素：：适宜气速速：u=(0.7-0.8)uFu/uF——液泛泛分率不易液泛泛综上所述述，造成成液泛的的原因主主要是液量过大大、板压降过过大（即即气量过过大）或降液管堵堵塞。§11.1板板式塔塔214.气泡夹带带：液体在降降液管中中停留时时间太短短，大量气泡泡被液体体卷进下下层塔板板。液沫夹带带是液体体的返混混，气泡泡夹带是是气体的的返混。。液沫夹带带和气泡泡夹带夹夹带量需需严格地地制在最最大允许许值范围内。。（二）塔塔板的负负荷性能能图§11.1板板式塔塔22操作点§11.1板板式塔塔231.液液体流流量下限限线由how=6mm确定。2.液液体流流量上限限线由液体在在降液管管内的停停留时间间τ=35s计算算。3.漏漏液液线由发生漏漏液时的的干板压压降计算算。4.过量液沫沫夹带线线由液沫夹夹带量eG=0.1kg液沫/kg干干气确定定。5.液泛线由Hd=φ(HT+hw)确定。。§11.1板板式塔塔各条线的的确定见见P14124物系一定定时，负负荷性能能图中各各线的相相对位置置随塔板板尺寸而变例：加大板间间距或增增大塔径径可使液液泛线增加降液液管截面面积可使使液相上上限线减少塔板板开孔率率可使漏漏液线空塔气速速增加，，液沫夹夹带线板间距增增大，液液沫夹带带线上移，右移，下移，下移，上移。§11.1板板式塔塔25§11.2填填料塔塔一、填料料塔与塔塔填料26（一）填料塔的的结构与作用§11.2填填料塔塔27*填料层：提供气气液传质质面—填料表面面形成的的液膜面面。*液体分布布器：均匀分分布液体体，以避避免发生生沟流现象象。*液体再分分布器：避免壁流现象象发生。*支撑板：支撑填填料层，，使气体体均匀分分布。*除沫器：防止塔塔顶气体体出口处处夹带液液体。（二）填料料类型环形鞍形波纹形形状（拉西环、、鲍尔环环、阶梯梯环）（矩鞍形形、弧鞍鞍形）（板波纹纹、网状状波纹））§11.2填填料塔塔28材料：陶陶瓷、金属、塑塑料堆放方式式乱堆填料料：整砌填料料：拉西环、、鲍尔环环、鞍形形、θ网网环波纹板、、波纹网网1）拉西环（Raschingring）§11.2填填料塔塔29鲍尔环Pallring阶梯环Cascadering§11.2填填料料塔30陶瓷弧弧鞍Berlsaddle矩鞍Intaloxsaddlering§11.2填填料料塔31θ环丝网波波纹板波纹§11.2填填料料塔32（三））填料料作用用及特特性1、填填料作作用（1））提供气气液接接触面面；（2））强化气气体湍湍动，，降低低气相相传质质阻力力；（3））更新液液膜表表面，，降低低液相相传质质阻力力。2、填填料特特性（1））比表面面积a定义：：单位位堆积积体积积所具具有的的表面面积，，[m2/m3]、[1/m]。§11.2填填料料塔33（2））空隙率率ε定义：：单位位体积积填料料中所所具有有的空空隙体体积，，[m3/m3]。（3）干填料因子a/ε

3与（湿）填料因子（湿）填料因子——液泛条件下测得的a/ε

3。（4））堆积密密度ρP单位体体积填填料所所具有有的质质量，，[kg/m3]。§11.2填填料料塔34二、填填料塔塔的水水力学学特性性（一））气体体通过过填料料层的的压降降L=0干干填填料L↑，空空隙率率ε↓，气气体流流通通通道减减小，，同一一气速速下，，喷淋淋密度度大，，压降降大。。大（空塔气速）§11.2填填料料塔351、恒持液液量区区L点以上上，u大，阻阻碍液液体顺顺畅下下流，，持液液量增增加，，此为为拦液液现象象，出现拦拦液现现象时时的气气速为为载点点气速速，超过载载点气气速后后，ΔΔP∝u>2.0。载点以以下，，u小，ΔΔP∝u1.82.0，基本上上与干干填料料平行行。2、载液区区§11.2填填料料塔载液区区为塔的的正常常操作作区36u↑↑，液体在在塔内内积累累而发生液液泛，，此时时的气气速称称泛点点气速速。ΔP~u斜率急急剧增增加,填料料塔不不能正正常操操作。。3、液泛区区§11.2填填料料塔影响泛泛点气气速的的因素素：填料特特性、、流体物物性、、液气比比37二、泛泛点气气速的的计算算埃克特（Eckert）通通用关联图§11.2填填料料塔38应用：：求泛点点气速速根据允允许压压降值值计算算空塔塔气速速或根根据空空塔气气速计计算压压降。。常压塔塔：ΔP=15~50mmH2O/m填料；；真空塔塔：ΔP<8mmH2O/m填料此图显显示出出压降降与泛泛点、、填料料因子子、液液汽比比等参参数的的关系系。§11.2填填料料塔39三、持持液