化工原理下 第十章 氣液傳質設備

1、第第10章章 氣液傳質設備氣液傳質設備10.0 概述10.1 填料塔10.2 板式塔10.3 塔設備的比較和選型10.4 復合塔板10.0 概述概述a、 提供兩相充分接觸的機會 b、充分接觸后，兩相及時分離、互不夾帶 a、 板式塔 組成變化沿塔高階梯變化 b、填料塔 組成變化沿塔高連續(xù)變化 c、復合塔 單元復合、分段復合 a、 生產能力：噸/年、公斤/小時 b、 分離效率：塔板效率、等板高度c、 適應能力和操作彈性d、 流動阻力：塔壓降、板壓降10.2 板式塔板式塔10.2.1 板式塔的類型結構與特板式塔的類型結構與特點點 一、一、 板式塔的基本部件板式塔的基本部件 1、殼體 2、進出管口 3

2、、塔內件 4、輔助部件二、幾種塔板構造示意圖二、幾種塔板構造示意圖10.2.1 板式塔的類型結構與板式塔的類型結構與特點特點三、板式塔內的氣液接觸方式三、板式塔內的氣液接觸方式1、流動方式為總體逆流，、流動方式為總體逆流，板上錯流板上錯流 2、氣液傳質形態(tài)、氣液傳質形態(tài) 1）鼓泡態(tài)）鼓泡態(tài) 2）泡沫態(tài)）泡沫態(tài) 3）噴射態(tài)）噴射態(tài)四、板式塔應具備的功能：四、板式塔應具備的功能：1、足夠大、不斷更新的相際、足夠大、不斷更新的相際接觸面積接觸面積 2、盡可能使兩相逆流接觸、盡可能使兩相逆流接觸五、理想流動條件：五、理想流動條件： 總體上逆流，塔板上均勻錯流總體上逆流，塔板上均勻錯流 1813問世。問

3、世。 泡罩是一個鐘形泡罩是一個鐘形的罩，支在塔板上，其下沿有長的罩，支在塔板上，其下沿有長條形或長圓形小孔，或作成齒縫條形或長圓形小孔，或作成齒縫狀，均與板面保持一定距離。罩狀，均與板面保持一定距離。罩內覆蓋著一段很短的升氣管升氣內覆蓋著一段很短的升氣管升氣管的上口高于罩下沿的小孔或齒管的上口高于罩下沿的小孔或齒縫。塔板下方的氣體經升氣管進縫。塔板下方的氣體經升氣管進入罩內之后，折向下到達罩與管入罩內之后，折向下到達罩與管之間的環(huán)形空隙，然后從罩下沿之間的環(huán)形空隙，然后從罩下沿的小孔或齒縫分散成氣泡而進入的小孔或齒縫分散成氣泡而進入板上的液層。板上的液層。 主要優(yōu)點：氣、液負荷變化較大時，板效

4、率可維主要優(yōu)點：氣、液負荷變化較大時，板效率可維持一定，操作彈性大，適用于液量小的場合，抗堵能持一定，操作彈性大，適用于液量小的場合，抗堵能力強力強。主要缺點：構造復雜，造價高，阻力主要缺點：構造復雜，造價高，阻力(氣體經氣體經過每板的壓力降過每板的壓力降)大，氣、液通過量和板效率低大，氣、液通過量和板效率低。 10.2.1 板式塔的類型結構與板式塔的類型結構與特點特點10.2.1 板式塔的類型結構與板式塔的類型結構與特點特點 篩板塔的出現，僅遲篩板塔的出現，僅遲于泡罩塔二十年左右，但于泡罩塔二十年左右，但它長期被認為操作不易穩(wěn)它長期被認為操作不易穩(wěn)定，在本世紀五十年代以定，在本世紀五十年代以

5、前，它的使用遠不如泡罩前，它的使用遠不如泡罩塔普遍。其后因急于尋找塔普遍。其后因急于尋找一種簡單而價廉的塔型，一種簡單而價廉的塔型，對其性能的研究不斷深入，對其性能的研究不斷深入，已能作出比較有把握的設已能作出比較有把握的設計，于是篩板塔已成為應計，于是篩板塔已成為應用最廣的一種類型。用最廣的一種類型。 主要優(yōu)點：結構簡單，造價低，生產能力主要優(yōu)點：結構簡單，造價低，生產能力(以單以單位塔截面的氣體通過量計位塔截面的氣體通過量計)比泡罩塔比泡罩塔1015，板效，板效率比泡罩高而壓力降低率比泡罩高而壓力降低 主要缺點：操作范圍窄主要缺點：操作范圍窄10.2.1 板式塔的類型結構與板式塔的類型結構

6、與特點特點 篩板與泡罩板的基本結構相同，其差別僅在于篩板與泡罩板的基本結構相同，其差別僅在于取消了泡罩與升氣管，而且直接在板上開很多小直取消了泡罩與升氣管，而且直接在板上開很多小直徑的孔徑的孔篩孔，以代替它們。篩孔，以代替它們。主要優(yōu)點：主要優(yōu)點：1、操作彈性大，、操作彈性大，2、生產能力大、生產能力大(比泡罩塔提比泡罩塔提高約高約20) 3、板效率高，、板效率高，4、壓力降比泡罩塔小；、壓力降比泡罩塔??； 5、比、比泡罩塔結構簡單。泡罩塔結構簡單。 主要缺點：主要缺點：1、閥片活動，有可能松脫或被卡住；、閥片活動，有可能松脫或被卡??； 2、結、結構比篩板塔復雜。構比篩板塔復雜。 10.2.1

7、 板式塔的類型結構與板式塔的類型結構與特點特點10.2.1 板式塔的類型結構與板式塔的類型結構與特點特點一、舌片塔板一、舌片塔板 氣體在舌與孔之間幾乎成水氣體在舌與孔之間幾乎成水平噴射，沖散液滴強化兩相接觸。平噴射，沖散液滴強化兩相接觸。 氣體噴射通過液相：氣相連氣體噴射通過液相：氣相連續(xù)，液相分散。續(xù)，液相分散。 傳質元件為舌片，平板沖壓傳質元件為舌片，平板沖壓而成。而成。 液體淹沒舌片，從舌片根部液體淹沒舌片，從舌片根部向尖端流動。向尖端流動。 氣體噴出的方向與液流方向氣體噴出的方向與液流方向大體上一致，對液相起推動作用，大體上一致，對液相起推動作用，使液體流量加大而液面落差不增。使液體流

8、量加大而液面落差不增。主要優(yōu)點：主要優(yōu)點： 舌片板塔的氣、液通量比泡罩塔與篩板塔的都大。舌片板塔的氣、液通量比泡罩塔與篩板塔的都大。板上液層薄，塔板的阻力減小，液沫夾帶也少。板上液層薄，塔板的阻力減小，液沫夾帶也少。主要缺點主要缺點 ： 氣液接觸時間比較短，效率并不很高。氣液接觸時間比較短，效率并不很高。 操作彈性比較小，只能在一定的負荷范圍內才能取得較操作彈性比較小，只能在一定的負荷范圍內才能取得較好的分離效果。好的分離效果。二、浮舌塔版：浮動舌片板二、浮舌塔版：浮動舌片板 主要優(yōu)點：主要優(yōu)點： 可令氣體以噴射方式進入液層，又可在可令氣體以噴射方式進入液層，又可在負荷改變時調節(jié)舌閥的開度。負

9、荷改變時調節(jié)舌閥的開度。10.2.1 板式塔的類型結構與特點板式塔的類型結構與特點1、不設降液管，氣液兩相呈逆流流動、不設降液管，氣液兩相呈逆流流動2、泡沫層高度小，壓力小、泡沫層高度小，壓力小3、板效比泡罩板低、板效比泡罩板低主要優(yōu)點：主要優(yōu)點： 節(jié)省了溢流管面積，按整個塔截面設計的通節(jié)省了溢流管面積，按整個塔截面設計的通量大。量大。結構簡單，造價低廉。結構簡單，造價低廉。主要缺點：主要缺點： 操作受氣、液流量的制約大。操作受氣、液流量的制約大。流動速度范圍窄，操作彈性小。流動速度范圍窄，操作彈性小。10.2.1 板式塔的類型結構與特點板式塔的類型結構與特點10.2.2 板式塔的水力學性能板

10、式塔的水力學性能 氣體和液體在塔板和降液館中的流動、接觸。氣體和液體在塔板和降液館中的流動、接觸。 塔板的作用：塔板的作用： 1、根據氣液流量提供合適大小的兩相通道、根據氣液流量提供合適大小的兩相通道 2、實現氣液兩相的充分傳質、實現氣液兩相的充分傳質 3、實現氣液兩相的及時分離、實現氣液兩相的及時分離 塔板上形成三種不同狀態(tài)的區(qū)間：塔板上形成三種不同狀態(tài)的區(qū)間： 靠近塔板液層底部屬鼓泡區(qū)；靠近塔板液層底部屬鼓泡區(qū)； 在液層表面屬泡沫區(qū)；在液層表面屬泡沫區(qū)； 在液層上方空間屬霧沫區(qū)在液層上方空間屬霧沫區(qū) 這三種狀態(tài)都能進行氣液接觸傳質的作用，其中以這三種狀態(tài)都能進行氣液接觸傳質的作用，其中以泡

11、沫區(qū)傳質效果最佳。泡沫區(qū)傳質效果最佳。 當氣速不很大，塔板上以鼓泡區(qū)為主，傳質效果不理當氣速不很大，塔板上以鼓泡區(qū)為主，傳質效果不理想。想。 氣速增大到一定值，泡沫區(qū)增加，傳質效果顯著改善。氣速增大到一定值，泡沫區(qū)增加，傳質效果顯著改善。氣速超過一定范圍，霧沫區(qū)顯著增大，霧沫夾帶過量，氣速超過一定范圍，霧沫區(qū)顯著增大，霧沫夾帶過量，傳質效果下降。傳質效果下降。10.2.2 板式塔的水力學性能板式塔的水力學性能塔徑按流量方程求得，即 因此 氣速u的計算方法很多，現推薦史密斯法。先計算塔板的最大允許氣速u max ： 10.2.2 板式塔的水力學性能板式塔的水力學性能經驗系數C根據圖10-13(課

12、本487頁)查取并校正。 根據圖10-13(課本487頁)查取C20，C再根據下式校正： 實際的氣速u(0.60.8)umax。u計算出即可求得塔徑。 塔徑在1m以內時，其尺寸應圓整為按100mm遞增值計算，塔徑超過1m則按200mm遞增值計算。10.2.2 板式塔的水力學性能板式塔的水力學性能 板上液體流動的安排方式，主要根據塔徑與液氣流量比(或液體流量)來確定。常用的型式有下列幾種。10.2.2 板式塔的水力學性能板式塔的水力學性能168頁頁單溢流型單溢流型 如圖如圖(a) 液體橫過板面從一例流到另液體橫過板面從一例流到另一側，反方向從一側流到另一側。這是最常用一側，反方向從一側流到另一側

13、。這是最常用的型式，道長，有利于達到較高的塔板效率。的型式，道長，有利于達到較高的塔板效率。落下降液管中，到達下層板，在下層板上沿因落下降液管中，到達下層板，在下層板上沿因其結構簡單，制作方便，且橫貫全板的流長，其結構簡單，制作方便，且橫貫全板的流長，有利于達到較高的分離效率。有利于達到較高的分離效率。雙溢流型雙溢流型 如圖如圖(b) 液體在板上被分成兩份，每液體在板上被分成兩份，每一份流過半面塔板，若在一層板上從兩側流到一份流過半面塔板，若在一層板上從兩側流到中央，落到下一層板上便從中央分流到兩側。中央，落到下一層板上便從中央分流到兩側。此種安排可使液體的通過量加大，而且液面落此種安排可使液

14、體的通過量加大，而且液面落差減小，特別適用于液體流量大及塔徑也大差減小，特別適用于液體流量大及塔徑也大(2m以上以上)的場合。設計之初，塔徑尚未決定，的場合。設計之初，塔徑尚未決定，但可預先選定一種液流型式，以后再核驗其是但可預先選定一種液流型式，以后再核驗其是否適當。否適當。10.2.2 板式塔的水力學板式塔的水力學性能性能U型溢流型型溢流型 如圖(c) 降液管和受液盤被安排在塔的一側，一半作為受液盤，另一半作為降液管；并且擋板沿直徑把塔板分割成“U”型，來自上一層塔板的液體落在這一層板受液盤上，約統(tǒng)一圈后才沿降液管落到下一層板，因而所占板面面積小，流道長，液面落差亦大，適用于液、氣比或液體

15、流量鉸低時操作。四溢流型四溢流型 如圖(d) 適用于液體流量特別大及塔徑也特別大的場合。10.2.2 板式塔的水力學板式塔的水力學性能性能1. 塔板的幾個區(qū)域：塔板的幾個區(qū)域： 溢流區(qū)：降液管所占的部分。溢流區(qū)：降液管所占的部分。鼓泡區(qū)：塔板開孔部分。鼓泡區(qū)：塔板開孔部分。無效區(qū)無效區(qū)(包括進口安定區(qū)和破沫包括進口安定區(qū)和破沫區(qū)區(qū))進口安定區(qū)：防止液體在塔板進口安定區(qū)：防止液體在塔板進口處從板上開孔處漏下，寬進口處從板上開孔處漏下，寬度度50100mm。破沫區(qū)：在泡沫液進入降液館破沫區(qū)：在泡沫液進入降液館之前，消除泡沫液的一部分泡之前，消除泡沫液的一部分泡沫。寬度沫。寬度50100mm。10.

16、2.2 板式塔的水力學板式塔的水力學性能性能2. 降液管： (1)降液管的作用和液體在降液館中的停留時間 降液管的作用除使液體下流外，還必須使泡沫中的氣體在降液館中得到分離。因此，要求液體在降液管中有足夠的停留時間使氣體得以分離。 一般要求液體停留時間不少于3秒；對易起泡的液體，停留時間應不少于5秒。 液體停留時間按下式計算： 一般溢流區(qū)所占的總面積不超過塔板總面積的25。 10.2.2 板式塔的水力學板式塔的水力學性能性能 (2) 降液管的形狀降液管的形狀 降液管的形狀較多，有圓形，弓形和矩形三種。弓形因為結降液管的形狀較多，有圓形，弓形和矩形三種。弓形因為結構簡單，采用最多。構簡單，采用最

17、多。10.2.2 板式塔的水力學板式塔的水力學性能性能3. 3. 溢流堰：溢流堰： 堰高堰高hW：堰高高，塔板上液層高度大，氣液接觸時間長，：堰高高，塔板上液層高度大，氣液接觸時間長，對傳質有利；但太高，使流體阻力增大，一般取對傳質有利；但太高，使流體阻力增大，一般取50mm。 堰長堰長lW：為使液流均勻通過塔板，：為使液流均勻通過塔板，對單溢流對單溢流 lW/D0.60.8 溢流堰有兩個溢流堰有兩個作用，一是保持塔作用，一是保持塔板上有一定的液層，板上有一定的液層，使氣液接觸有充分使氣液接觸有充分的時間，因此對堰的時間，因此對堰高有一定的要求。高有一定的要求。二是使液流均勻的二是使液流均勻的

18、流過塔板，因此對流過塔板，因此對堰長也有一定的要堰長也有一定的要求。求。10.2.2 板式塔的水力學板式塔的水力學性能性能4. 堰上液層高度堰上液層高度hOW： 堰上液層高度堰上液層高度hOW與液流量和溢流堰長有關，可用下式計與液流量和溢流堰長有關，可用下式計算：算： 5. 液體通過降液管的阻力液體通過降液管的阻力： 6. 降液管到下層塔板的距離降液管到下層塔板的距離h0： hw h0613mm10.2.2 板式塔的水力學板式塔的水力學性能性能 液體在塔板上流動的過程中，必須流過整個板面以及液體在塔板上流動的過程中，必須流過整個板面以及繞過其上面的部件繞過其上面的部件(如浮閥如浮閥)，為了克服

19、板面的摩擦阻力與，為了克服板面的摩擦阻力與障礙物的形體阻力，需要一定液位差，這就是塔板的液障礙物的形體阻力，需要一定液位差，這就是塔板的液面落差。面落差。 液面落差的危害：若板面上有比較大的液面落差，氣液面落差的危害：若板面上有比較大的液面落差，氣體便趨向于在液層較薄的一側大量通過，而在液層較厚體便趨向于在液層較薄的一側大量通過，而在液層較厚的一側則很少通過或根本不通過的一側則很少通過或根本不通過 。如發(fā)生上述情況，塔。如發(fā)生上述情況，塔的操作便惡化，板效率大為下降。設計時應將液面落差的操作便惡化，板效率大為下降。設計時應將液面落差控制在一定限度之內?？刂圃谝欢ㄏ薅戎畠取?10.2.2 板式塔

20、的水力學板式塔的水力學性能性能 液面落差在泡罩塔板上比較顯著，引起氣流分布液面落差在泡罩塔板上比較顯著，引起氣流分布不勻的可能性較大；浮閥塔板液面落差較小，但在大不勻的可能性較大；浮閥塔板液面落差較小，但在大塔中且液體流量大時，塔板面上液位高的一側，閥片塔中且液體流量大時，塔板面上液位高的一側，閥片較難升起，亦會導致氣流分布不勻。篩板上的液面落較難升起，亦會導致氣流分布不勻。篩板上的液面落差都很小，其影響?？珊雎浴２疃己苄?，其影響?？珊雎?。10.2.2 板式塔的水力學板式塔的水力學性能性能 由流體阻力引起的塔板壓降是塔板操作的一個重要性由流體阻力引起的塔板壓降是塔板操作的一個重要性能。能。 塔

21、板壓降直接影響到塔底的操作壓力，故塔板壓降數塔板壓降直接影響到塔底的操作壓力，故塔板壓降數據為決定塔底送氣壓力據為決定塔底送氣壓力(吸收塔吸收塔)或加熱溫度或加熱溫度(蒸餾塔蒸餾塔)所必需。所必需。壓降過大，對汽液平衡關系的影響有時不容忽視，特別是壓降過大，對汽液平衡關系的影響有時不容忽視，特別是當真空蒸餾塔內的壓力降過大時，釜內壓力升高過多，真當真空蒸餾塔內的壓力降過大時，釜內壓力升高過多，真空操作的特點便喪失。塔的壓力降又對液泛的出現有直接空操作的特點便喪失。塔的壓力降又對液泛的出現有直接影響。影響。 塔板壓降由如下三部分組成：塔板壓降由如下三部分組成： (1) 干板壓降：氣體通過板上鼓泡

22、元件時所要克服的阻力；干板壓降：氣體通過板上鼓泡元件時所要克服的阻力； (2) 通過液層的壓降：氣體通過板上液層時需要克服的靜通過液層的壓降：氣體通過板上液層時需要克服的靜壓力。壓力。 (3) 由表面張力引起的壓降由表面張力引起的壓降 10.2.3 篩板塔上流體力學計算篩板塔上流體力學計算 由表面張力引起的壓降一般可以忽略，故塔板壓降為： (1) 干板壓降的計算： 10.2.3 篩板塔上流體力學計算篩板塔上流體力學計算 (2) (2) 通過液層的壓降的計算：通過液層的壓降的計算： 通過液層的壓降即為有效液層阻力通過液層的壓降即為有效液層阻力he，見圖，見圖10-23，橫坐，橫坐標為清液層高度，

23、縱坐標為有效液層阻力標為清液層高度，縱坐標為有效液層阻力he。 (3) 濕板壓降(總板壓降)： 10.2.3 篩板塔上流體力學計算篩板塔上流體力學計算 為使塔板在穩(wěn)定范圍內操作，必須了解板式塔的幾為使塔板在穩(wěn)定范圍內操作，必須了解板式塔的幾個極限操作狀態(tài)。操作極限有三個：漏液點、霧沫夾帶個極限操作狀態(tài)。操作極限有三個：漏液點、霧沫夾帶和液泛。漏液點是操作下限，而霧沫夾帶和液泛是操作和液泛。漏液點是操作下限，而霧沫夾帶和液泛是操作上限。上限。 1) 漏液點漏液點 2) 霧沫夾帶霧沫夾帶 3) 液泛液泛10.2.3 篩板塔上流體力學計算篩板塔上流體力學計算（1）漏液點）漏液點 可以設想，在一定液量

24、之下，當氣速不夠大，塔板上可以設想，在一定液量之下，當氣速不夠大，塔板上的液體有一部分會從篩孔漏下。這樣會降低塔板的傳質效的液體有一部分會從篩孔漏下。這樣會降低塔板的傳質效率，因此要求塔板在不漏液的情況下操作。所謂率，因此要求塔板在不漏液的情況下操作。所謂“漏液點漏液點”是是指剛使液體不從塔板上泄漏的氣速。指剛使液體不從塔板上泄漏的氣速。 計算漏液點的關聯(lián)式較多，下面介紹常用的。計算漏液點的關聯(lián)式較多，下面介紹常用的。實際氣速與漏液點氣速之比稱為穩(wěn)定系數實際氣速與漏液點氣速之比稱為穩(wěn)定系數K， 穩(wěn)定系數穩(wěn)定系數K宜在宜在1.52.0以上。以上。 10.2.3 篩板塔上流體力學計算篩板塔上流體力

25、學計算2）霧沫夾帶）霧沫夾帶 霧沫夾帶指被氣流夾帶到上一塔板的液體量，霧沫霧沫夾帶指被氣流夾帶到上一塔板的液體量，霧沫夾帶會使塔板傳質效率下降，霧沫夾帶量用夾帶會使塔板傳質效率下降，霧沫夾帶量用(kg液體液體/kg氣體氣體)表示。為使塔板在較高效率下操作，一般將霧沫夾表示。為使塔板在較高效率下操作，一般將霧沫夾帶量限制在帶量限制在0.1kg液體液體/kg氣體氣體以內，作為操作上限。以內，作為操作上限。 篩板的霧沫夾帶量按下式計算：篩板的霧沫夾帶量按下式計算：10.2.3 篩板塔上流體力學計算篩板塔上流體力學計算（3）液泛）液泛降液管中的液柱高Hd為： 式中，式中，h p為板壓降在降液管中引起的

26、一段液柱高，即為板壓降在降液管中引起的一段液柱高，即 h hL L為塔板清液層高度，為塔板清液層高度，h hc c為為液體流過降液管底隙所產生的阻液體流過降液管底隙所產生的阻力，此阻力造成降液管中一段相力，此阻力造成降液管中一段相應的液柱高應的液柱高。 10.2.3 篩板塔上流體力學計算篩板塔上流體力學計算 hc值一般很小，小于值一般很小，小于25mm。hL變動不大。因此，變動不大。因此，Hd的變動取決于的變動取決于hp。氣速增大，。氣速增大，hp也增大。當也增大。當Hd等于等于或大于板間距或大于板間距HT時，降液管會滿出來，這樣，液體無時，降液管會滿出來，這樣，液體無法通過降液管向下流動，因

27、此，液體在塔板上積累起法通過降液管向下流動，因此，液體在塔板上積累起來，并充滿整個塔板，這就是板式塔的液泛。來，并充滿整個塔板，這就是板式塔的液泛。 板式塔的設計要求：降液管中的液柱高板式塔的設計要求：降液管中的液柱高Hd (0.50.6) HT10.2.3 篩板塔上流體力學計算篩板塔上流體力學計算 3.塔板負荷性能圖塔板負荷性能圖將塔板的操作上下限繪在圖上，將塔板的操作上下限繪在圖上，稱為負荷性能圖稱為負荷性能圖。 右圖即為篩板的負荷性能圖，右圖即為篩板的負荷性能圖，各線的意義如下：各線的意義如下：(1) 圖中線圖中線a為最小液體負荷線為最小液體負荷線 液體流量過低，則板面上的液流不液體流量

28、過低，則板面上的液流不易維持均勻穩(wěn)定。根據經驗，流體易維持均勻穩(wěn)定。根據經驗，流體流量應足以使溢流堰頂的液頭高度流量應足以使溢流堰頂的液頭高度達到達到6mm。此時最小液量為一定。此時最小液量為一定值，在圖中是一條垂線。值，在圖中是一條垂線。 10.2.3 篩板塔上流體力學計算篩板塔上流體力學計算(2) 圖中線圖中線b為漏液線為漏液線 此線表示不同液量時的最小氣速。此線表示不同液量時的最小氣速。 (3) 圖中線圖中線c為最大液體負荷線為最大液體負荷線 按按hOW=6mm作出。此時最大液量作出。此時最大液量為一定值，在圖中也是一條垂線。為一定值，在圖中也是一條垂線。 (4) 圖中線圖中線d按液體在

29、降液管中允按液體在降液管中允許停留時間計算，根據許停留時間計算，根據取停留時間大于取停留時間大于35秒。如果停秒。如果停留時間過小，則降液管中的氣體留時間過小，則降液管中的氣體來不及分離，將會被夾帶到下一來不及分離，將會被夾帶到下一層板。層板。 10.2.3 篩板塔上流體力學計算篩板塔上流體力學計算(5) (5) 圖中線圖中線e e為降液管液泛線為降液管液泛線 液體液體與氣體流量道大，降液管即被充滿與氣體流量道大，降液管即被充滿導致液泛。為避免液泛，降液管中導致液泛。為避免液泛，降液管中的液柱高的液柱高H Hd d(0.5(0.50.6)H0.6)HT T (6)圖中線圖中線f為霧沫夾帶線為霧

30、沫夾帶線 按按eV0.1作出。作出。 此負荷性能圖的陰影部分，為塔板的穩(wěn)定操作區(qū)。此負荷性能圖的陰影部分，為塔板的穩(wěn)定操作區(qū)。必須指出，圖中的上下限是可以改變的。例如，漏液線必須指出，圖中的上下限是可以改變的。例如，漏液線b b，霧沫夾帶線霧沫夾帶線f f等。等。 10.2.3 篩板塔上流體力學計算篩板塔上流體力學計算 作出負荷性能圖后，還應根據實際操作的氣、液量在圖作出負荷性能圖后，還應根據實際操作的氣、液量在圖中確定操作點。操作點應該位于塔板的穩(wěn)定操作區(qū)內?？贾写_定操作點。操作點應該位于塔板的穩(wěn)定操作區(qū)內?？紤]到操作中有一定的氣、液量波動，操作點不應太靠近圖慮到操作中有一定的氣、液量波動，

31、操作點不應太靠近圖中的上下限。中的上下限。 作為輔助，常在負荷性能圖上作出通過原點作為輔助，常在負荷性能圖上作出通過原點O與操作點與操作點的一條直線。該直線表示液氣比為某一數值的一條直線。該直線表示液氣比為某一數值(等于此直線的等于此直線的斜率斜率)的氣量與液量關系，此直線與負荷性能圖的邊線交于的氣量與液量關系，此直線與負荷性能圖的邊線交于A、B兩點，兩點，A表示操作的負荷下限，表示操作的負荷下限，B表示操作的負荷上限表示操作的負荷上限。操作彈性：塔板的操作上限與操作下限之比稱為操作彈。操作彈性：塔板的操作上限與操作下限之比稱為操作彈性性(即最大氣量與最小氣量之比或最大液量與最小液量之比即最大

32、氣量與最小氣量之比或最大液量與最小液量之比)。我們希望塔板的操作彈性越大越好。我們希望塔板的操作彈性越大越好。 另外，如果操作液氣比變化，操作彈性也發(fā)生變化。另外，如果操作液氣比變化，操作彈性也發(fā)生變化。10.2.3 篩板塔上流體力學計算篩板塔上流體力學計算 1.泡罩篩板塔泡罩篩板塔 如右圖所示，它是泡罩與篩如右圖所示，它是泡罩與篩板相結合的塔板，發(fā)揮了泡罩與板相結合的塔板，發(fā)揮了泡罩與篩板兩者的優(yōu)點。篩板兩者的優(yōu)點。 在低氣速時，主要是泡罩在在低氣速時，主要是泡罩在操作，高氣速時，篩孔全打開，操作，高氣速時，篩孔全打開，是篩板的操作。因此，它的操作是篩板的操作。因此，它的操作彈性較寬。彈性較

33、寬。 降液管的設計使所有塔板上降液管的設計使所有塔板上液流方向都相同。液流方向都相同。10.2.4 新型塔設備介紹新型塔設備介紹2.多降液管篩板塔多降液管篩板塔(MD篩板塔篩板塔) 在篩板上安裝多根降液管，相鄰塔板的降液管互成在篩板上安裝多根降液管，相鄰塔板的降液管互成90。10.2.4 新型塔設備介紹新型塔設備介紹 這類塔板的特點：這類塔板的特點：(1)降液管周邊長，可處理降液管周邊長，可處理大液量。大液量。(2)降液管懸掛于氣相內，降液管懸掛于氣相內，不占塔板面積，可使塔板不占塔板面積，可使塔板的有效面積增大，塔板利的有效面積增大，塔板利用率高。用率高。3. 網狀篩板塔網狀篩板塔 每塊塔板

34、由網狀板分塊排列組成。相鄰兩塊網狀板每塊塔板由網狀板分塊排列組成。相鄰兩塊網狀板斜孔方向不同，使液體彎曲流動，延長液體流程，延斜孔方向不同，使液體彎曲流動，延長液體流程，延長氣液接觸時間。長氣液接觸時間。 在每塊網狀板上還裝有碎流板，碎在每塊網狀板上還裝有碎流板，碎流板的作用既增加氣液接觸時間，又減少霧沫夾帶。流板的作用既增加氣液接觸時間，又減少霧沫夾帶。4.浮動舌型塔(簡稱浮舌塔) 如上圖所示，舌形板與浮閥板的結合，操作性能好，如上圖所示，舌形板與浮閥板的結合，操作性能好，結構簡單。結構簡單。 10.1 填料塔填料塔10.1.1填料塔與塔填料填料塔與塔填料 填料塔為一直立式圓筒，內有填填料塔

35、為一直立式圓筒，內有填料亂堆或整砌在靠近筒底部的支承板料亂堆或整砌在靠近筒底部的支承板上。氣體從底部被送入，液體在塔頂上。氣體從底部被送入，液體在塔頂經過分布器被淋灑到填料層表面上。經過分布器被淋灑到填料層表面上。液體在填料層中有傾向塔壁流動的趨液體在填料層中有傾向塔壁流動的趨勢，故填料層較高時常將其分成數段勢，故填料層較高時常將其分成數段，兩段之間設液體再分布器。液體在，兩段之間設液體再分布器。液體在填料表面分散成薄膜，經填料間的縫填料表面分散成薄膜，經填料間的縫隙隙 下流，亦可能成液滴落下。填料層下流，亦可能成液滴落下。填料層的潤濕表面就成為氣、液接觸的傳質的潤濕表面就成為氣、液接觸的傳質

36、表面。填料層內氣、液兩相呈逆流接表面。填料層內氣、液兩相呈逆流接觸式的。兩相的組成是沿塔高連續(xù)改觸式的。兩相的組成是沿塔高連續(xù)改變，這一點與板式塔內組成作階躍式變，這一點與板式塔內組成作階躍式變化迥然不同。變化迥然不同。10.1.1填料塔與塔填料填料塔與塔填料二、塔填料類型二、塔填料類型 填料是填充于填料塔的材料，它是填料塔的主要內填料是填充于填料塔的材料，它是填料塔的主要內構件，其作用是增加氣、液兩相接觸面積，并提高液體構件，其作用是增加氣、液兩相接觸面積，并提高液體的湍動程度以利于傳質、傳熱的進行。填料應該能使氣的湍動程度以利于傳質、傳熱的進行。填料應該能使氣、液接觸面積大、傳質系數高，同

37、時通量大、阻力小。、液接觸面積大、傳質系數高，同時通量大、阻力小。 填料的特征參數：填料的特征參數： 比表面積比表面積a 每單位體積填料的表面積，符號為每單位體積填料的表面積，符號為a，單位為單位為m2/m3(或或1/m)。比表面積大則能提供的相接觸面。比表面積大則能提供的相接觸面積大。同一種填料其尺寸愈小則比表面愈大。積大。同一種填料其尺寸愈小則比表面愈大。 空隙率空隙率 每單位體積填料的空隙體積，符號為每單位體積填料的空隙體積，符號為，單位為單位為m3/m3(無因次無因次)?？障堵试酱?，氣體通過時的阻。空隙率越大，氣體通過時的阻力小，因而流量可以增大。力小，因而流量可以增大。10.1.1填

38、料塔與塔填料填料塔與塔填料 單位堆積體積內的填料數目單位堆積體積內的填料數目n 對于同一種填料，單位對于同一種填料，單位堆積體積內所填充的填料個數由填料尺寸決定。減少填料堆積體積內所填充的填料個數由填料尺寸決定。減少填料尺寸，填料數目增加，填料層的比表面積增大而空隙率減尺寸，填料數目增加，填料層的比表面積增大而空隙率減少，氣體流動的阻力也相應增加。少，氣體流動的阻力也相應增加。 堆積密度堆積密度 指單位體積填料的質量。填料的壁面越薄指單位體積填料的質量。填料的壁面越薄，堆積密度越小，可降低填料的生產成本。，堆積密度越小，可降低填料的生產成本。 干填料因子和填料因子干填料因子和填料因子 干填料因

39、子為干填料因子為a/3，當氣體通，當氣體通過干填料層時，其流動特征用干填料因子關聯(lián)。過干填料層時，其流動特征用干填料因子關聯(lián)。 當液體通過填料層時，由于部分空隙被液體占據，故當液體通過填料層時，由于部分空隙被液體占據，故填料空隙率減小，比表面積流體也發(fā)生變化填料空隙率減小，比表面積流體也發(fā)生變化。氣體通過濕氣體通過濕填料表面時，其流動特征用一個相應的濕填料因子填料表面時，其流動特征用一個相應的濕填料因子來關聯(lián)來關聯(lián)。填料因子是表示填料層阻力與液泛條件的重要參數。填料因子是表示填料層阻力與液泛條件的重要參數。 填料的機械強度和化學穩(wěn)定性填料的機械強度和化學穩(wěn)定性 填料要具有足夠的機械填料要具有足

40、夠的機械強度，以防止壓碎；同時，填料對所處理的物料要有化學強度，以防止壓碎；同時，填料對所處理的物料要有化學穩(wěn)定性。此外，穩(wěn)定性。此外， 填料要具有制造容易、造價低廉的要求。填料要具有制造容易、造價低廉的要求。10.1.1填料塔與塔填料填料塔與塔填料（2）填料的分類：）填料的分類： 散裝填料；規(guī)整填料散裝填料；規(guī)整填料 a.拉西環(huán)拉西環(huán)(Raschig ring) 拉西環(huán)為高與直徑相等的圓環(huán)，常拉西環(huán)為高與直徑相等的圓環(huán)，常用的直徑為用的直徑為2575mm。 b. 鮑爾環(huán)鮑爾環(huán)(Pall)10.1.1填料塔與塔填料填料塔與塔填料c.階梯環(huán)階梯環(huán) 階梯環(huán)是一端有喇叭口的開孔環(huán)形階梯環(huán)是一端有喇叭

41、口的開孔環(huán)形填料填料。d.弧鞍形填料弧鞍形填料 弧鞍又稱貝爾弧鞍又稱貝爾(Bel1)鞍，是出鞍，是出現較早的鞍形填料，形如馬鞍，大小自現較早的鞍形填料，形如馬鞍，大小自25mm至至50mm的較常用。的較常用。e.矩鞍形填料矩鞍形填料 矩鞍兩側表面不能疊合，用金矩鞍兩側表面不能疊合，用金屬作的矩鞍填料，于鞍的背部沖出兩條狹帶屬作的矩鞍填料，于鞍的背部沖出兩條狹帶，彎成環(huán)形筋，筋上又沖出四個小爪彎入環(huán)，彎成環(huán)形筋，筋上又沖出四個小爪彎入環(huán)內。它兼有鞍形填料液體分布均勻與開孔環(huán)內。它兼有鞍形填料液體分布均勻與開孔環(huán)形填料通量大，阻力小的優(yōu)點，放又稱鞍環(huán)形填料通量大，阻力小的優(yōu)點，放又稱鞍環(huán)或環(huán)矩鞍。

42、或環(huán)矩鞍。 規(guī)整填料不同于散裝填料處，在于它具規(guī)整填料不同于散裝填料處，在于它具有成塊的規(guī)整結構，可在塔內逐層疊放。最有成塊的規(guī)整結構，可在塔內逐層疊放。最早出現的規(guī)整填料是由木板條排列成的柵板早出現的規(guī)整填料是由木板條排列成的柵板，后來也有用金屬板條或塑料板條做的。，后來也有用金屬板條或塑料板條做的。10.1.1填料塔與塔填料填料塔與塔填料1. 填料用材的選擇填料用材的選擇 (1)塑料填料價格低、性能良好，用于填料塔操作溫度塑料填料價格低、性能良好，用于填料塔操作溫度較低的情況較低的情況(操作溫度小于操作溫度小于100)，并且，除濃硫酸、，并且，除濃硫酸、濃硝酸外，它具有較好的耐腐蝕性，但塑

43、料表面對水濃硝酸外，它具有較好的耐腐蝕性，但塑料表面對水溶液的潤濕性較差。溶液的潤濕性較差。 (2)陶瓷填料用于腐蝕性介質和高溫，并且陶瓷表面對陶瓷填料用于腐蝕性介質和高溫，并且陶瓷表面對水溶液的潤濕性較好。水溶液的潤濕性較好。 (3)金屬填料一般耐高溫，但不耐腐蝕。金屬表面對水金屬填料一般耐高溫，但不耐腐蝕。金屬表面對水溶液的潤濕性一般。溶液的潤濕性一般。 10.1.1填料塔與塔填料填料塔與塔填料2. 填料類型的選擇填料類型的選擇 散堆填料裝卸和清洗較為方便，用于持液量較高的吸散堆填料裝卸和清洗較為方便，用于持液量較高的吸收體系。散堆填料中，綜合性能較好的是金屬鞍環(huán)和收體系。散堆填料中，綜合

44、性能較好的是金屬鞍環(huán)和階梯環(huán)。階梯環(huán)。 規(guī)整填料氣、液分布均勻，放大效應小，技術指標優(yōu)規(guī)整填料氣、液分布均勻，放大效應小，技術指標優(yōu)于亂堆填料。于亂堆填料。3. 填料尺寸的選擇填料尺寸的選擇 一般，填料尺寸大，則比表面積小，但空隙率大，因一般，填料尺寸大，則比表面積小，但空隙率大，因此氣體通量大，壓降低。此氣體通量大，壓降低。10.1.2填料塔的水力學性能與傳質性能填料塔的水力學性能與傳質性能一、一、填料塔內的流體流動填料塔內的流體流動 為表達方便計，塔內氣體的流速以體積流量與塔截為表達方便計，塔內氣體的流速以體積流量與塔截面積之比表示，稱為空塔氣速，單位為面積之比表示，稱為空塔氣速，單位為m

45、3/m2s，或寫，或寫成成m/s。氣體在填料空隙穿行的實際線速度等于。氣體在填料空隙穿行的實際線速度等于u/。液體的流速亦以體積流量與塔截面積之比表示，單位液體的流速亦以體積流量與塔截面積之比表示，單位為為m3/m2s，稱為噴淋密度，稱為噴淋密度Lv。噴淋密度與填料比表面。噴淋密度與填料比表面積之比積之比Lv/a，反映液體沿表面流動的速率，稱為潤濕，反映液體沿表面流動的速率，稱為潤濕速率，單位為速率，單位為m3/ms。10.1.2填料塔的水力學性能與傳質性能填料塔的水力學性能與傳質性能 1、氣體在填料層中的流動。 氣體通過干填料層流動時，壓力降與流速的關系如右圖上的直線A所示，此直線斜率約等于

46、1.82.0，與氣體按湍流方式流過管道時pf與u的關系相仿。 有液體淋灑到填料表面時，因可供氣體流動的自由截面縮小，在同樣氣體空塔速度之下，壓力降將上升。因此，在氣量較小時，氣體和填料表面的液體不發(fā)生交互作用，pf與u的關系曲線僅從線A的位置稍向上移，斜率基本上不變。 當氣量增大，超過當氣量增大，超過A點，則關系曲線將如點，則關系曲線將如AB線段所示，此時線段所示，此時AB線段線段的斜率便增大，其值遠的斜率便增大，其值遠大于大于2。此時上升氣流。此時上升氣流對液流的曳力加大，使對液流的曳力加大，使填料表面所持液體量增填料表面所持液體量增多，占去更多空隙，氣多，占去更多空隙，氣體實際線速度與空塔

47、速體實際線速度與空塔速度的比值顯著提高，故度的比值顯著提高，故壓力降增加得比以前劇壓力降增加得比以前劇烈。此種現象稱為載液烈。此種現象稱為載液。A點稱為載點。點稱為載點。2、氣液兩相流動的交互影響和載點、氣液兩相流動的交互影響和載點 10.1.2填料塔的水力學性能與傳質性能填料塔的水力學性能與傳質性能3、填料塔的液泛、填料塔的液泛 氣體速度再增，達到點氣體速度再增，達到點B，此時上升氣流對液體，此時上升氣流對液體所產生的曳力，已增大至所產生的曳力，已增大至足以阻止液體下流，于是足以阻止液體下流，于是液體充滿填料層空隙，氣液體充滿填料層空隙，氣體只能鼓泡上升，壓力降體只能鼓泡上升，壓力降急劇上升

48、到與氣流速度成急劇上升到與氣流速度成垂直線的關系。此稱為液垂直線的關系。此稱為液泛。泛。B點稱為泛點點稱為泛點。10.1.2填料塔的水力學性能與傳質性能填料塔的水力學性能與傳質性能 液泛一般開始發(fā)生于填料層頂部，氣速稍一增大，液泛一般開始發(fā)生于填料層頂部，氣速稍一增大，隨即擴展到全塔，但若填料支承板處的自由截面不足隨即擴展到全塔，但若填料支承板處的自由截面不足，液泛便在填料層底部開始。，液泛便在填料層底部開始。 填料層的壓力填料層的壓力降、液泛氣速、降、液泛氣速、載液氣速以及其載液氣速以及其他一些水力性能他一些水力性能，為填料塔設計，為填料塔設計與操作都必須考與操作都必須考慮的重要參數。慮的重

49、要參數。10.1.2填料塔的水力學性能與傳質性能填料塔的水力學性能與傳質性能1、壓力降、壓力降 反映填料層阻力的壓力降隨填料的類型與尺寸而不反映填料層阻力的壓力降隨填料的類型與尺寸而不同，專書或手冊中都載有各種類型尺寸填料實測的壓同，專書或手冊中都載有各種類型尺寸填料實測的壓力降曲線。右圖為散堆填料新通用關聯(lián)式。表示壓力力降曲線。右圖為散堆填料新通用關聯(lián)式。表示壓力降與氣速、液速二者的關系曲線。降與氣速、液速二者的關系曲線。 先根據操作條件讀出橫坐先根據操作條件讀出橫坐標和縱坐標，找到壓力降曲線，標和縱坐標，找到壓力降曲線，讀出壓力降。讀出壓力降。橫坐標：橫坐標： 縱坐標：縱坐標： 10.1.

50、2填料塔的水力學性能與傳質性能填料塔的水力學性能與傳質性能(2)液泛液泛 填料塔的液泛氣速亦填料塔的液泛氣速亦可用右圖求解。可用右圖求解。 先定出橫坐標：先定出橫坐標： 根據散堆填料泛點線讀出根據散堆填料泛點線讀出縱坐標?？v坐標。 得到液泛氣速得到液泛氣速u。見。見課本課本476頁例頁例10-110.1.2填料塔的水力學性能與傳質性能填料塔的水力學性能與傳質性能3. 載液載液 液泛點可通過目測而定出，亦可據壓力降與氣速液泛點可通過目測而定出，亦可據壓力降與氣速的關系曲線上急劇轉折那一點而定出的關系曲線上急劇轉折那一點而定出(兩者之間有時可兩者之間有時可能有能有10的誤差，以壓力降線所規(guī)定百分率

51、為準的誤差，以壓力降線所規(guī)定百分率為準)。 載液現象不如液泛明顯，從壓力降與氣速的關系曲載液現象不如液泛明顯，從壓力降與氣速的關系曲線來看，從正常到載液的過渡往往是一段圓滑曲線。線來看，從正常到載液的過渡往往是一段圓滑曲線。塔的操作以落在載液區(qū)內塔的操作以落在載液區(qū)內(或其下限附近或其下限附近)為宜。為宜。10.1.2填料塔的水力學性能與傳質性能填料塔的水力學性能與傳質性能4. 持液量持液量 持液量指每單位體積填料層在其空隙中所持的液體持液量指每單位體積填料層在其空隙中所持的液體量。進行填料支承板強度計算時，填料本身重量與持液量。進行填料支承板強度計算時，填料本身重量與持液量都要考慮。一般認為

52、持液量小的填料比較好，持液量量都要考慮。一般認為持液量小的填料比較好，持液量小則阻力亦小，但要使操作平穩(wěn)，則一定的持液量還是小則阻力亦小，但要使操作平穩(wěn)，則一定的持液量還是必要的。必要的。 持液量分靜持液量與動持液量兩部分。持液量分靜持液量與動持液量兩部分。 靜持液量指填料層停止接受淋灑液體并經過規(guī)定的靜持液量指填料層停止接受淋灑液體并經過規(guī)定的滿液時間之后，仍然滯留在填料層中的液體量，其大小滿液時間之后，仍然滯留在填料層中的液體量，其大小決定于填料本身決定于填料本身(類別，尺寸類別，尺寸)及液體的性質。及液體的性質。 10.1.2填料塔的水力學性能與傳質性能填料塔的水力學性能與傳質性能 動持

53、液量指一定淋灑條件下持于填料層中的液體總動持液量指一定淋灑條件下持于填料層中的液體總量與靜持液量之差，表示可以從填料上滴下的那部分量與靜持液量之差，表示可以從填料上滴下的那部分，亦即操作時流動于填料表面之量。顯然這一部分持，亦即操作時流動于填料表面之量。顯然這一部分持液量不但與前述因素有關，而且還與淋灑密度有關。液量不但與前述因素有關，而且還與淋灑密度有關?？偝忠毫坑商盍项愋汀⒊叽?、液體性質、淋灑密度等總持液量由填料類型、尺寸、液體性質、淋灑密度等所決定，有經驗公式或曲線可用以估計。到了載點附所決定，有經驗公式或曲線可用以估計。到了載點附近以后，持液量還隨氣流速度的增加而增加近以后，持液量還隨

54、氣流速度的增加而增加。5. 潤濕速率潤濕速率 液體噴淋密度低則填料潤濕得不充分，氣、液接觸液體噴淋密度低則填料潤濕得不充分，氣、液接觸面積在總表面積中所占的分率亦小，因此為了使塔能操面積在總表面積中所占的分率亦小，因此為了使塔能操作良好，應使噴淋密度足以維持最小的潤濕速率。作良好，應使噴淋密度足以維持最小的潤濕速率。10.1.2填料塔的水力學性能與傳質性能填料塔的水力學性能與傳質性能 填科的傳質性能以其傳質單元高度填科的傳質性能以其傳質單元高度(HTU)或理論板或理論板當量高度當量高度(HETP)來表征。傳質單元高度可根據傳質系數來表征。傳質單元高度可根據傳質系數推算。推算。 恩田關聯(lián)了大量液

55、相和氣相傳質系數，提出液相和氣恩田關聯(lián)了大量液相和氣相傳質系數，提出液相和氣相傳質系數的關聯(lián)式。相傳質系數的關聯(lián)式。1.填料潤濕表面的計算填料潤濕表面的計算10.1.2填料塔的水力學性能與傳質性能填料塔的水力學性能與傳質性能2.液相傳質系數的計算液相傳質系數的計算3.氣相傳質系數的計算氣相傳質系數的計算 將計算出來的將計算出來的kL、kV乘以乘以aW即得到體積傳質系數即得到體積傳質系數kLa和和kVa，進而計算出傳質單元高度，進而計算出傳質單元高度(HTU)。10.1.2填料塔的水力學性能與傳質性能填料塔的水力學性能與傳質性能1） 填料尺寸填料尺寸 選定填料尺寸時要考慮塔徑。塔徑與填料直徑選定填料尺寸時要考慮塔徑。塔徑與填料直徑(或主或主要線性規(guī)格要線性規(guī)格)之比不能太小，否則填料與塔壁不能靠緊而之比不能太小，否則填料與塔壁不能靠緊而留出的空隙過大，易使大量液體沿塔壁流下，因而使截留出的空隙過大，易使大量液體沿塔壁流下，因而使截面上液體分布嚴重不勻。一般認為上述比值至少要等于面上液體分布嚴重不勻。一般認為上述比值至少要等于8，對拉西環(huán)填料還須大一些。，對拉西環(huán)填料還須大一些。2） 塔徑塔徑 填料塔直徑決定于氣體的體積流量與空塔速度，前填料塔直徑決定于氣體的體積流量與空塔速度，前者由生產條件決定，后者則在設計時規(guī)定。在氣體處理者由生產條件決定，后者則在設計時規(guī)定。在氣體處理量一