气液传质设备

气液传质设备第1页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/23气液传质设备逐级接触式连续接触式板式塔填料塔第2页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/23一、板式塔的构造进料回流液塔顶气相塔底液相板式塔内流体的流动第3页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/231、板式塔的结构第4页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/231）塔板的构造筛孔降液管溢流堰（剖面图）第5页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/23降液管受液区溢流堰安定区开孔区俯视图第6页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/23第7页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/23第8页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/232）塔板类型a）泡罩塔板第9页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/23优点：塔板操作弹性大，塔效率比较高，不易堵。缺点：结构复杂，制造成本高，塔板阻力大,生产能力小。第10页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/23b）筛孔塔板第11页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/23优点：结构简单、造价低、塔板阻力小缺点：操作弹性小。第12页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/23c）浮阀塔板第13页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/23第14页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/23第15页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/23第16页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/23优点：浮阀可以根据气体流量，自动调节阀的开度，提高了塔板的操作弹性、降低塔板的压降，并具有较高塔板效率，在生产中应用广泛。缺点：浮阀易脱落或损坏。浮阀的工作原理第17页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/23d）舌型塔板

第18页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/23右图是一种喷射型塔板。其结构是在塔板上冲出若干按一定排列的舌形孔，舌片向上张角

以20°左右为宜。20=ao50R25气相优点：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。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。缺点：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。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。第19页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/23斜孔塔板是在舌形塔板上发展的，斜孔的开口方向与液流垂直且相邻两排开孔方向相反，既保留了气体水平喷出、气液高度湍动的优点，又避免了液体连续加速，可维持板上均匀的低液面，从而既能获得大的生产能力，又能达到好的传质效果。e)斜孔塔板浮舌塔板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（类似于浮阀塔板）的浮舌塔板。19R20R1683731o20降液管a斜孔结构b塔板布置受液区导向孔第20页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/233）塔板的比较

塔板性能比较

塔板类型

相对生产能力

相

对板效率

操作弹性

压降

结构相对成本

泡罩板

1.0

1.0

4～5

高

复杂

1.0

筛板

1.2～1.4

1.1

2～3

低

最简单

0.4～0.5

浮阀板

1.2～1.3

1.1～1.2

3～4中

一般

0.7～0.8

舌型塔板

1.3～1.5

1.1

2～3

低

简单

0.5~0.6

斜孔板

1.5～1.8

1.1

2～3低

简单

0.5

第21页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/23各种塔板的优点及适用范围

优点

缺点

适用范围

塔板类型

泡罩板

较成熟，操作范围宽

结构复杂，阻力大，生产能力低

某些要求操作弹性好的特殊塔

浮阀板

效率高，操作范围宽

采用不锈钢，浮阀易脱落

分离要求高，负荷变化大筛板

效率较高，成本低

安装要求水平,易堵,操作范围窄

分离要求高,塔板较多舌型板

结构简单,生产能力大

操作范围窄，效率较低

分离要求较低的闪蒸塔

斜孔板

生产能力大,效率高

操作范围比浮阀塔和泡罩塔窄

分离要求高，生产能力大

第22页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/23二、塔板效率1、塔板效率的表示法

1）总板效率E(

全塔效率）达到指定分离效果所需理论板数与实际板数的比值。

简单地反映了整个塔内的平均传质效果。2）单板效率EM(默弗里效率)

直接反映该层塔板的传质效果

第23页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/23单板效率的数值有可能大于100%吗？

3）点效率EO

第24页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/23点效率与单板效率的区别：点效率中的y、y*为塔板上某点的气相组成和平衡组成；单板效率中的yn为离开塔板的气相平均组成、yn*为与xn成相平衡的气相平均组成。单板效率与全塔效率的区别：单板效率反映的是该层塔板的传质效果，全塔效率反映的是整个塔板的平均传质效果。第25页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/232、塔板效率的估算

1）塔板效率的影响因素

a）物系性质：粘度、密度、表面张力及相对挥发度等。b）塔板结构：塔径、板间距、堰高及开孔率等。

c）操作条件：温度、压强、气体上升速度及气液流量比

2）板效率的估算

奥康内尔（O’connell）关联方法①精馏塔：采用相对挥发度

与液相粘度

L

的乘积为参数来表示全塔效率ET：第26页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/23

与

L取塔顶与塔底平均温度下的值。对多组分物系，取关键组分的

。液相的平均粘度

L可按下式计算②吸收塔：采用HP/

L

作为参数来表示全塔效率ET：H—塔顶塔底平均温度下溶质的溶解度系数，kmol/(m3

kPa)P—操作压强，kPa；

L—塔顶塔底平均组成及平均温度下的液相粘度，mPas

。第27页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/23第七章

气液传质设备一、填料塔的结构与填料特性

二、填料塔的附件第二节

填料塔第28页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/23一、填料塔的结构与填料特性

1、填料塔的结构

第29页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/232、填料特性

1）比表面积

单位体积填料层的填料表面积，以σ表示

；单位：m2/m3。

同一种填料，尺寸愈小，比表面积愈大。

2）空隙率

单位体积填料层的空隙体积，以ε表示；单位为m3/m3。

填料的空隙率大，气液通过能力大，气体流动阻力小。

3）填料因子

表示填料的流体力学性能，以干填料因子

湿填料因子

第30页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/233、填料类型

堆放方式

乱堆填料

规整填料

拉西环、鲍尔环、鞍形、θ网环

波纹板、波纹网

基材

实体填料

网体填料

环形填料（拉西环、鲍尔环、阶梯环）、鞍形填料（弧鞍、矩鞍）、栅板

θ网、波纹网

第31页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/231）拉西环（Raschingring）

最早使用的一种填料，为高径比相等的陶瓷和金属等制成的空心圆环。1、乱堆填料第32页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/23优点：易于制造，价格低廉，对它的研究较为充分，所以在过去得到了广泛的应用。缺点：形状规则，堆积时填料间易形成线接触，故液体常存在严重的沟流和壁流现象。且拉西环填料的内表面润湿率较低，因而传质速率也不高。为此，在拉西环基础上衍生了θ环、十字环及螺旋环等，其基本改进是在拉西环内增加一些结构，以增大填料的比表面积。第33页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/23θ环十字环第34页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/232）鲍尔环(Pallring)

在环的侧壁上开一层或两层长方形小孔，小孔的母材并不脱离侧壁而是形成向内弯的叶片。上下两层长方形小孔位置交错。第35页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/23鲍尔环因为具有优良性能，因而应用十分广泛。可由金属或塑料制成。与拉西环相比，同尺寸的鲍尔环虽有相同的比表面积和空隙率，但鲍尔环在其侧壁上的小孔可供气液流通，使环的内壁面得以充分利用。因此，鲍尔环不仅具有较大的生产能力和较低的压降，且分离效率较高，沟流现象也大大降低。第36页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/233）弧鞍与矩鞍（berlsaddleandintoloxsaddle）

弧鞍一种表面全部展开的具有马鞍形状的瓷质填料(马鞍填料)。弧鞍填料在塔内呈相互搭接状态，形成弧形气体通道。第37页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/23优点：空隙率高，气体阻力小，液体分布性能较好，填料性能优于拉西环。缺点：相邻填料易相互套叠，使填料有效表面降低，从而影响传质速率。并且强度较差，容易破碎。第38页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/23矩鞍填料的两端为矩形，且填料两面大小不等。克服了弧鞍填料相互重叠的缺点，填料的均匀性得到改善。液体分布均匀，气液传质速率得到提高。瓷矩鞍填料是目前采用最多的一种瓷质填料。矩鞍第39页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/234）阶梯环(cascademinirings)

阶梯环的结构与鲍尔环相似，环壁上开有长方形小孔，环内有两层交错45°的十字形叶片，环的高度为直径的一半，环的一端成喇叭口形状的翻边。第40页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/23这样的结构使得阶梯环填料的性能在鲍尔环的基础上又有提高，其生产能力可提高约10%，压降则可降低25%，且由于填料间呈多点接触，床层均匀，较好地避免了沟流现象。阶梯环一般由塑料和金属制成，由于其性能优于其它侧壁上开孔的填料，因此获得广泛的应用。第41页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/235）金属鞍环

有环形与鞍形的结构特点，生产能力大、压降低、液体分布性能好、传质速率高、操作弹性大，在减压蒸馏中其优势更为显著。第42页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/23波纹板2、规整填料规整填料一般由波纹状的金属网丝或多孔板重叠而成。使用时根据填料塔的结构尺寸，叠成圆筒形整块放入塔内或分块拼成圆筒形在塔内装砌。波纹网第43页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/23优点：空隙大，生产能力大，压降小。流道规则，只要液体初始分布均匀，则在全塔中分布也均匀，因此规整填料几乎无放大效应，通常具有很高的传质效率。缺点：造价较高，易堵塞、难清洗，因此工业上一般用于较难分离或分离要求很高的情况。第44页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/23二、填料塔的附件

1、填料支承装置

第45页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/23第46页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/232、液体分布装置a)管式喷淋器

第47页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/23b)弹溅式喷淋器第48页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/23b)齿槽式喷淋器第49页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/233、液体再分布装置

升气管式液体再布器第50页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/23齿槽式液体再布器第51页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/234、液体收集装置

斜板式液体收集器第52页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/235、除沫装置

第53页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/23丝网除沫器第54页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/23lg(Δp/z)lgu三、填料塔的流体力学性能

1、气体通过填料层的压强降

载点泛点恒持液量区载液区液泛区第55页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/23第56页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/232、压降的计算

——埃克特通用关联图100.011.00.10.060.040.020.20.40.6234680.0010.010.10.080.060.020.040.80.0061.00.0020.0080.0040.60.40.24050200015020030040050010001001500整砌拉西环泛点线散堆填料泛点线Δp/z第57页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/233、润湿性能

液体的喷淋密度：单位时间在单位塔截面上喷淋的液体体积。

润湿速率：在塔的截面上，单位长度的填料周边上液体的体积流量。

泛点率：塔内操作气速与泛点气速的比值，一般要求在0.5~0.8。第58页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/234、填料塔的持液量在一定的操作条件下，单位体积填料层内的液体体积。静持液量：填料表面被充分润湿后，在静止状态下能附着在填料表面的液体体积。总持液量：在一定操作条件下，单位体积填料层中液体总体积。动持液量：总持液量与静持液量间的差值。5、气体动能因子定义式：气体动能因子是填料塔重要的操作参数。第59页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/231、塔径

填料塔的直径可根据圆形管道内的流量公式计算式中：Vs

——操作条件下气体体积流量，m3/s；

u——操作条件下的空塔气速，m/s。一般取u=(0.5~0.8)uF。对一定气体负荷，计算塔径关键在于空塔泛点气速的求取。当缺乏实测数据时，泛点气速uF可用埃克特(Eckert)压降关联图估算。一般填料塔的操作气速大致在

0.2~1.0m/s。按上式算出的塔径，应按压力容器公称直径进行圆整，如圆整为600、800、1000、1200mm等。四、填料塔塔径与塔高的计算第60页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/23验算液体喷淋密度，以确保填料能得到充分的润湿。填料塔的液体最小喷淋密度与填料的比表面积σ

有关，其关系为：式中：Umin——最小喷淋密度，m3/(m2

s)；

(Lw)min——最小润湿速率，m3/(m

s)。最小润湿速率：在塔横截面上，单位长度的填料周边上润湿填料所需最少液体的体积流量。直径<45mm的拉西环及其它填料，(Lw)min=0.08m3/(m

h)；直径>45mm的环形填料，(Lw)min=0.12m3/(m

h)。实际喷淋密度应大于最小喷淋密度。若不能满足此条件，可采用增大回流比或液体再循环等方法加大塔内液体流量，或适当提高气速，减小塔径等。第61页，课件共64页，创作于2023年2月2023/8/23取决于所需的填料层高度及塔内附属构件所需的高度。附属构件(如气液分布装置，除沫器及液体再分布器等)的高度要由所选的类型和计算的尺寸来确定。填料层的高度通常采用传质单元法或