第11章 汽液傳質(zhì)設(shè)備

1、1一、分類：分類： 板式塔板式塔：逐級接觸式逐級接觸式，內(nèi)裝塔板，氣液傳質(zhì)在，內(nèi)裝塔板，氣液傳質(zhì)在 板上液層空間內(nèi)板上液層空間內(nèi)進行；進行； 填料塔填料塔：連續(xù)（微分）接觸式連續(xù)（微分）接觸式，內(nèi)裝填料，氣，內(nèi)裝填料，氣 液傳質(zhì)在液傳質(zhì)在填料潤濕表面填料潤濕表面進行。進行。2二、評價塔設(shè)備性能的指標二、評價塔設(shè)備性能的指標1. 生產(chǎn)能力大；生產(chǎn)能力大；2. 分離效率高；分離效率高；3. 阻力小，壓降低；阻力小，壓降低；4. 操作彈性大；操作彈性大；5. 滿足工業(yè)對生產(chǎn)設(shè)備的一般要求：結(jié)構(gòu)滿足工業(yè)對生產(chǎn)設(shè)備的一般要求：結(jié)構(gòu) 簡單、造價低、安裝維修方便等。簡單、造價低、安裝維修方便等。3三、塔設(shè)備

2、研制開發(fā)思路三、塔設(shè)備研制開發(fā)思路1. 總體上保證氣液兩相呈總體上保證氣液兩相呈逆流流動逆流流動提供最大的傳質(zhì)推動力提供最大的傳質(zhì)推動力2. 每塊板上或填料層內(nèi)保證氣液每塊板上或填料層內(nèi)保證氣液兩相充分接觸兩相充分接觸盡可能減小傳質(zhì)阻力盡可能減小傳質(zhì)阻力3. 提供提供足夠大的足夠大的氣液兩相氣液兩相通道通道保證保證大通量、低壓降、合適的彈性大通量、低壓降、合適的彈性4一、塔板的類型一、塔板的類型 塔板塔板 有降液管式塔板有降液管式塔板 無降液管式無降液管式塔板塔板 塔板的分類塔板的分類a. .有降液管式塔板有降液管式塔板b. .無降液管式塔板無降液管式塔板錯流式錯流式逆流式逆流式1. . 塔板

3、分類塔板分類11.1 板式塔板式塔11.1.1 11.1.1 塔板的類型及性能評價塔板的類型及性能評價5(1)(1)泡罩塔板泡罩塔板 泡罩塔板是工業(yè)上應(yīng)用最早的塔板，它由升氣泡罩塔板是工業(yè)上應(yīng)用最早的塔板，它由升氣管及泡罩構(gòu)成。泡罩安裝在升氣管的頂部，分圓形管及泡罩構(gòu)成。泡罩安裝在升氣管的頂部，分圓形和條形兩種，以前者使用較廣。泡罩有和條形兩種，以前者使用較廣。泡罩有 80、 100和和 150mm三種尺寸，可根據(jù)塔徑大小選擇。泡罩三種尺寸，可根據(jù)塔徑大小選擇。泡罩下部周邊開有很多齒縫，齒縫一般為三角形、矩形下部周邊開有很多齒縫，齒縫一般為三角形、矩形或梯形。泡罩在塔板上為正三角形排列?；蛱菪?/p>

4、。泡罩在塔板上為正三角形排列。一、塔板的類型一、塔板的類型 2. . 塔板的主要形式塔板的主要形式 6泡罩塔板泡罩塔板a. .操作示意圖；操作示意圖；b. .塔板平面圖；塔板平面圖；c. .圓形泡罩圓形泡罩7泡罩實物泡罩實物 8泡罩塔板的優(yōu)缺點泡罩塔板的優(yōu)缺點v 操作彈性適中操作彈性適中v 塔板不易堵塞塔板不易堵塞v 生產(chǎn)能力及板效率較低生產(chǎn)能力及板效率較低v 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高一、塔板的類型一、塔板的類型 優(yōu)點優(yōu)點 缺點缺點 9(2)(2)篩孔塔板篩孔塔板 篩孔塔板簡稱篩板，其結(jié)構(gòu)特點是在塔板上篩孔塔板簡稱篩板，其結(jié)構(gòu)特點是在塔板上開有許多均勻小孔，孔徑一般為開有許多均勻小孔，

5、孔徑一般為3 38 8mm。篩孔在篩孔在塔板上為正三角形排列。塔板上設(shè)置溢流堰，使塔板上為正三角形排列。塔板上設(shè)置溢流堰，使板上能保持一定厚度的液層。板上能保持一定厚度的液層。一、塔板的類型一、塔板的類型 10篩孔塔板篩孔塔板a. .操作示意圖；操作示意圖；b. .篩孔布置圖篩孔布置圖11v 板上液面落差小，氣體壓降低板上液面落差小，氣體壓降低v 生產(chǎn)能力大生產(chǎn)能力大v 操作彈性小操作彈性小v 結(jié)構(gòu)簡單、造價低結(jié)構(gòu)簡單、造價低v塔板效率較高塔板效率較高篩孔塔板的優(yōu)缺點篩孔塔板的優(yōu)缺點優(yōu)點優(yōu)點 缺點缺點 v 篩孔易堵塞，不宜處理易結(jié)焦、黏度大的物料篩孔易堵塞，不宜處理易結(jié)焦、黏度大的物料一、塔板

6、的類型一、塔板的類型 12(3)(3)浮閥塔板浮閥塔板 浮閥塔板的結(jié)構(gòu)特點是在塔板上開有若干個浮閥塔板的結(jié)構(gòu)特點是在塔板上開有若干個閥孔，每個閥孔裝有一個可上下浮動的閥片，閥閥孔，每個閥孔裝有一個可上下浮動的閥片，閥片本身連有幾個閥腿，插入閥孔后將閥腿底腳撥片本身連有幾個閥腿，插入閥孔后將閥腿底腳撥轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)9090，以限制閥片升起的最大高度，并防止閥，以限制閥片升起的最大高度，并防止閥片被氣體吹走。閥片周邊沖出幾個略向下彎的定片被氣體吹走。閥片周邊沖出幾個略向下彎的定距片，當氣速很低時，由于定距片的作用，閥片距片，當氣速很低時，由于定距片的作用，閥片與塔板呈點接觸而坐落在閥孔上，可防止閥片與與塔板

7、呈點接觸而坐落在閥孔上，可防止閥片與板面的粘結(jié)。板面的粘結(jié)。 一、塔板的類型一、塔板的類型 13浮閥塔板浮閥塔板a. .F1 型浮閥；型浮閥；b. . V-4 型浮閥；型浮閥；c. . T 型浮閥型浮閥14新型浮閥塔板新型浮閥塔板VV塔板塔板梯形導(dǎo)向浮閥塔板梯形導(dǎo)向浮閥塔板15浮閥實物浮閥實物 16v 操作彈性大操作彈性大v 生產(chǎn)能力大生產(chǎn)能力大v 處理易結(jié)焦、高黏度物料閥片易與塔板粘結(jié)處理易結(jié)焦、高黏度物料閥片易與塔板粘結(jié)v 操作時閥片易脫落或卡死操作時閥片易脫落或卡死v 結(jié)構(gòu)簡單、造價低結(jié)構(gòu)簡單、造價低v 塔板效率較高塔板效率較高一、塔板的類型一、塔板的類型 浮閥塔板的優(yōu)缺點浮閥塔板的優(yōu)缺

8、點優(yōu)點優(yōu)點 缺點缺點 17(4)(4)噴射型塔板噴射型塔板 舌型塔板舌型塔板 舌型塔板的結(jié)構(gòu)特點是，在塔板上沖出許多舌型塔板的結(jié)構(gòu)特點是，在塔板上沖出許多舌孔，方向朝塔板液體流出口一側(cè)張開。舌片與舌孔，方向朝塔板液體流出口一側(cè)張開。舌片與板面成一定的角度，有板面成一定的角度，有18、20、25三種三種（一般為（一般為20），舌片尺寸有），舌片尺寸有5050mm和和2525mm兩種。舌孔按正三角形排列，塔板兩種。舌孔按正三角形排列，塔板的的液體流出口一側(cè)不設(shè)溢流堰，只保留降液管。液體流出口一側(cè)不設(shè)溢流堰，只保留降液管。一、塔板的類型一、塔板的類型 18舌形塔板示意圖舌形塔板示意圖19 浮舌塔板浮

9、舌塔板 浮舌塔板的結(jié)構(gòu)特點是，其舌片可上下浮動。浮舌塔板的結(jié)構(gòu)特點是，其舌片可上下浮動。因此，浮舌塔板兼有浮閥塔板和固定舌型塔板的因此，浮舌塔板兼有浮閥塔板和固定舌型塔板的特點，處理能力大、壓降低、操作彈性大。特點，處理能力大、壓降低、操作彈性大。浮舌塔板示意圖浮舌塔板示意圖一、塔板的類型一、塔板的類型 20塔板的性能評價指標塔板的性能評價指標 v 生產(chǎn)能力大生產(chǎn)能力大v 塔板效率高塔板效率高v 塔板壓降低塔板壓降低v 操作彈性大操作彈性大v 結(jié)構(gòu)簡單，制造維修方便，造價低結(jié)構(gòu)簡單，制造維修方便，造價低二、塔板的性能評價二、塔板的性能評價21 常見塔板的性能比較常見塔板的性能比較 塔板類型塔板

10、類型 相對生相對生 相對塔相對塔 操作操作 壓力降壓力降 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 成本成本 產(chǎn)能力產(chǎn)能力 板效率板效率 彈性彈性 泡罩塔板泡罩塔板 1.0 1.0 中中 高高 復(fù)雜復(fù)雜 1.0 篩孔塔板篩孔塔板 1.2 1.4 1.1 低低 低低 簡單簡單 0.4 0.5 浮閥塔板浮閥塔板 1.2 1.3 1.1 1.2 大大 中中 一般一般 0.4 0.5 舌形塔板舌形塔板 1.3 1.5 1.1 小小 低低 簡單簡單 0.4 0.5 斜孔塔板斜孔塔板 1.5 1.8 1.1 中中 低低 簡單簡單 0.4 0.5 二、塔板的性能評價二、塔板的性能評價22（一）全塔效率（一）全塔效率E0=f（物系、（物系、

11、 板結(jié)構(gòu)板結(jié)構(gòu)、操作條件）操作條件）一、塔板效率一、塔板效率Oconnell關(guān)聯(lián)圖關(guān)聯(lián)圖雙組分體系全雙組分體系全塔效率典型值塔效率典型值0.50.70eNEN 0.2450.49()avEaviix11.1.2 11.1.2 塔高和塔徑的計算塔高和塔徑的計算231nyny*nynx（1）汽相單板效率）汽相單板效率1( )*1nnMG nnnyyEyy平均平均組成組成nx1ny*nynny（2）液相單板效率）液相單板效率*nxny1nxnx平均平均組成組成1nxnynx*nx*11)(nnnnnMLxxxxE（二）單板效率（二）單板效率（莫弗里板效率）（莫弗里板效率）24二、塔高的確定二、塔高的

12、確定 Ne0NE 、TZN1He（ ）三、塔徑的計算三、塔徑的計算4GVDu3_/GVms/GVVkmol sVu汽相的空塔汽速，汽相的空塔汽速，m/s.板式塔有效段高度：板式塔有效段高度：TabZN1HH He（ ）全塔高度：全塔高度：25LGFGuC C汽相負荷因子汽相負荷因子(, ,)LLTGGVCf HV 液體表面張力，液體表面張力，mN/m2020 mN/mC 2 . 02020CC 下的汽相負荷因子下的汽相負荷因子26一、塔板的結(jié)構(gòu)參數(shù)一、塔板的結(jié)構(gòu)參數(shù)塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)示意圖塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)示意圖11.1.3 11.1.3 塔板的結(jié)構(gòu)塔板的結(jié)構(gòu)27二、塔板的溢流裝置二、塔板的溢流裝置1.

13、降液管降液管 降液管是塔板間液體流動的通道，也是使溢流降液管是塔板間液體流動的通道，也是使溢流液中所夾帶氣體得以分離的場所。液中所夾帶氣體得以分離的場所。降液管降液管圓形降液管圓形降液管弓形降液管弓形降液管矩形降液管矩形降液管適用于小直徑塔適用于小直徑塔適用于中等直徑塔適用于中等直徑塔適用于中大直徑塔，采用中間溢適用于中大直徑塔，采用中間溢流流28二、塔板的溢流裝置二、塔板的溢流裝置塔板溢流類型塔板溢流類型29二、塔板的溢流裝置二、塔板的溢流裝置2. 受液盤受液盤 受液盤用于接受上層塔板下降的液體，通過進受液盤用于接受上層塔板下降的液體，通過進口堰形成液封，并使液體在塔板上分布均勻?？谘咝纬梢?/p>

14、封，并使液體在塔板上分布均勻。受液盤受液盤平受液盤平受液盤凹形受液盤凹形受液盤適用于小直徑塔適用于小直徑塔適用于大直徑塔適用于大直徑塔30受液盤示意圖受液盤示意圖a. .平受液盤平受液盤；b. . 凹型受液盤凹型受液盤31 鼓鼓泡泡接接觸觸狀狀態(tài)態(tài)蜂蜂窩窩接接泡泡沫沫接接觸觸狀狀態(tài)態(tài)噴噴霧霧接接觸觸觸觸狀狀態(tài)態(tài)狀狀態(tài)態(tài)（一一）塔塔板板上上氣氣液液兩兩相相接接觸觸狀狀態(tài)態(tài)一、板式塔的流體力學(xué)性能一、板式塔的流體力學(xué)性能優(yōu)良的塔板工作狀態(tài)，氣液兩相在設(shè)備中要有優(yōu)良的塔板工作狀態(tài)，氣液兩相在設(shè)備中要有良好良好的接觸：的接觸：接觸充分，接觸面要大，相界面不斷更新。接觸充分，接觸面要大，相界面不斷更新。

15、從減小液沫夾帶考慮，大多數(shù)塔板控制在從減小液沫夾帶考慮，大多數(shù)塔板控制在混合混合泡沫泡沫接觸狀態(tài)接觸狀態(tài)下操作下操作11.1.4 11.1.4 塔板的流體力學(xué)性能和操作特性塔板的流體力學(xué)性能和操作特性32（二）塔板壓降（二）塔板壓降不良后果不良后果：（1 1）單板壓降大，氣體流動阻力大，對輸送要求較高。）單板壓降大，氣體流動阻力大，對輸送要求較高。（2 2）過高的單板壓降會使塔頂與塔底的壓差較大，從而）過高的單板壓降會使塔頂與塔底的壓差較大，從而影響體系的相平衡關(guān)系以及氣液流動情況，這對真空操作影響體系的相平衡關(guān)系以及氣液流動情況，這對真空操作尤為重要，塔板壓降往往成為真空精餾的主要指標。尤為

16、重要，塔板壓降往往成為真空精餾的主要指標。 上升氣流通過塔板需克服的阻力（塔板壓降產(chǎn)生原因）：上升氣流通過塔板需克服的阻力（塔板壓降產(chǎn)生原因）：干干板板阻阻力力+ +板板上上充充氣氣液液層層的的靜靜壓壓強強+ +液液體體的的表表面面張張力力產(chǎn)產(chǎn)生生的的壓壓降降一般，常壓塔：單板壓降一般，常壓塔：單板壓降404065mmH65mmH2 2O O 減壓塔：單板壓降減壓塔：單板壓降101035mmH35mmH2 2O O 33 液體橫向流過塔板時，為了克服摩擦阻力和板上部件阻液體橫向流過塔板時，為了克服摩擦阻力和板上部件阻力，需要的液位差。力，需要的液位差。不良后果：不良后果：氣、液分布不均，造成漏

17、液，使板效降低。氣、液分布不均，造成漏液，使板效降低。產(chǎn)生的原因：產(chǎn)生的原因：液體流量過大，塔徑過大。液體流量過大，塔徑過大。 大塔可以采用雙溢流、階梯流等溢流形式來降低液面落差。大塔可以采用雙溢流、階梯流等溢流形式來降低液面落差。對浮閥塔和篩板塔在塔徑不大時可忽略液面落差。對浮閥塔和篩板塔在塔徑不大時可忽略液面落差。（三）塔板上的液面落差（三）塔板上的液面落差34不良后果：不良后果：降低板效，嚴重時使板上不能積液，是塔不良降低板效，嚴重時使板上不能積液，是塔不良的操作現(xiàn)象之一。的操作現(xiàn)象之一。產(chǎn)生的原因：產(chǎn)生的原因：氣速過小，或氣體分布嚴重不均、液體分布氣速過小，或氣體分布嚴重不均、液體分布

18、嚴重不均（塔板入口留有不開孔的安定區(qū)）。嚴重不均（塔板入口留有不開孔的安定區(qū)）。正常操作時，漏液量不應(yīng)大于液體流量的正常操作時，漏液量不應(yīng)大于液體流量的10%。（一）塔板篩孔漏液（一）塔板篩孔漏液氣速過小或氣液分布不均勻，大量液體由篩孔漏下氣速過小或氣液分布不均勻，大量液體由篩孔漏下。二、板式塔的操作特性二、板式塔的操作特性35（二）液泛（二）液泛降液管內(nèi)液體不能順利下流，管內(nèi)液體積累，當管內(nèi)液體降液管內(nèi)液體不能順利下流，管內(nèi)液體積累，當管內(nèi)液體增高到越過溢流堰頂部，于是兩板間液體相連，該層塔板產(chǎn)增高到越過溢流堰頂部，于是兩板間液體相連，該層塔板產(chǎn)生積液，并依次上升，這種現(xiàn)象稱為生積液，并依次

19、上升，這種現(xiàn)象稱為液泛或淹塔液泛或淹塔。不良后果：不良后果：塔壓力降急劇增大、板效急劇減小、是不正常操作現(xiàn)象之一。塔壓力降急劇增大、板效急劇減小、是不正常操作現(xiàn)象之一。產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：（1 1）氣體流量過大，產(chǎn)生了過量的液沫夾帶；）氣體流量過大，產(chǎn)生了過量的液沫夾帶；（2 2）液體負荷過大，降液管的截面積不夠；）液體負荷過大，降液管的截面積不夠；（3 3）板間距太?。┌彘g距太小 36影響因素：影響因素：空塔氣速、塔板間距空塔氣速、塔板間距返混：返混：霧沫夾帶的液滴與液體主流作相反方向流動的現(xiàn)象。霧沫夾帶的液滴與液體主流作相反方向流動的現(xiàn)象。使塔板效率嚴重下降，減小返混對傳質(zhì)有利。使塔板效率

20、嚴重下降，減小返混對傳質(zhì)有利。過量的霧沫夾帶的不良后果：過量的霧沫夾帶的不良后果：（1 1）降低板效、）降低板效、（2 2）將不揮發(fā)性物質(zhì)逐板送至塔頂造成產(chǎn)品污染，）將不揮發(fā)性物質(zhì)逐板送至塔頂造成產(chǎn)品污染，（3 3）嚴重時造成液泛。）嚴重時造成液泛。產(chǎn)生的原因：產(chǎn)生的原因：氣體輸送夾帶；板間距過小。氣體輸送夾帶；板間距過小。夾帶量通常夾帶量通常e eG G0.1kg88。682.2.填料層的有效高度填料層的有效高度Z 傳傳質(zhì)質(zhì)單單元元高高度度 傳傳質(zhì)質(zhì)單單元元數(shù)數(shù)1 1）傳質(zhì)單元數(shù)法）傳質(zhì)單元數(shù)法2 2）等板高度法）等板高度法ZTNHETP理理論論板板數(shù)數(shù) 等等板板高高度度= =等板高度等板高度HETPHETP：與一層理論板的傳質(zhì)作用相當?shù)奶盍蠈痈叨龋号c一層理論板的傳質(zhì)作用相當?shù)奶盍蠈痈叨鹊劝甯叨鹊劝甯叨?，傳質(zhì)效率高。，傳質(zhì)效率高。等板高度取決于填料的類