1、氣液傳質設備課件1第第1212章章 氣液傳質設備氣液傳質設備Chapter 12 Mass Transfer Equipments氣液傳質設備課件2第第1212章章 氣液傳質設備氣液傳質設備12.1 12.1 概述概述12.2 12.2 板式塔板式塔12.3 12.3 填料塔填料塔12.4 12.4 塔的總體結構塔的總體結構 氣液傳質設備課件312.1 12.1 概述概述 （IntroductionIntroduction） 一、氣、液傳質設備氣、液傳質設備( (塔設備塔設備) )的作用的作用v 提供氣、液兩相充分提供氣、液兩相充分接觸的場所接觸的場所，使傳熱、，使傳熱、傳質兩種傳遞過程能夠迅

2、速有效地進行；傳質兩種傳遞過程能夠迅速有效地進行； v使接觸后的汽液兩相使接觸后的汽液兩相及時分開，互不夾帶及時分開，互不夾帶氣液傳質設備課件4二、塔設備的分類二、塔設備的分類填料塔填料塔微分接觸微分接觸連續逆流連續逆流板式塔板式塔逐級接觸逐級接觸交叉流交叉流氣液傳質設備課件5三、評價塔設備的基本性能指標三、評價塔設備的基本性能指標1.1.生產能力：單位塔截面單位時間的處理量生產能力：單位塔截面單位時間的處理量2.2.分離效率：分離效率： 板式塔：每層塔板的分離程度板式塔：每層塔板的分離程度 填料塔：單位高度填料層所能達到的分離程度填料塔：單位高度填料層所能達到的分離程度3.3.操作彈性：操作

3、彈性：塔的最大處理量與最小處理量之比塔的最大處理量與最小處理量之比4.4.流動阻力：主要指氣相阻力流動阻力：主要指氣相阻力氣液傳質設備課件6四、本章要解決的主要問題四、本章要解決的主要問題v 塔設備中流體的塔設備中流體的流動狀態對傳質過程的影響流動狀態對傳質過程的影響; ;v 塔的直徑、高度等尺寸塔的直徑、高度等尺寸; ;v 塔板結構尺寸的設計及填料的選擇塔板結構尺寸的設計及填料的選擇氣液傳質設備課件712.2 12.2 板式塔板式塔 Plate (tray) towerPlate (tray) tower 12.2.1 12.2.1 塔板的結構及類型塔板的結構及類型12.2.2 12.2.2

4、 塔板的塔板的工作情況工作情況12.2.3 12.2.3 塔板的初步設計塔板的初步設計12.2.4 12.2.4 塔板的塔板的水力計算水力計算12.2.5 12.2.5 其它塔板簡介及塔板的評價其它塔板簡介及塔板的評價氣液傳質設備課件8 概概 述述一、板式塔內的一、板式塔內的汽、液兩相的流動汽、液兩相的流動方式方式 液相：塔頂液相：塔頂塔底，自身重力塔底，自身重力 氣相：塔底氣相：塔底塔頂，克服液相阻力塔頂，克服液相阻力 壓力：塔底壓力：塔底 塔頂塔頂二、對塔板的要求二、對塔板的要求 氣液兩相接觸充分氣液兩相接觸充分 氣液兩相分離完全氣液兩相分離完全氣液傳質設備課件912.2.1 12.2.1

5、 塔板的結構及類型塔板的結構及類型一、塔板類型一、塔板類型無溢流塔板（穿流型塔板）無溢流塔板（穿流型塔板）: :氣液相有氣液相有共同的通道共同的通道，氣液，氣液兩相逆流兩相逆流，傳質推動力最大，但由于這種塔板不傳質推動力最大，但由于這種塔板不穩定，目前在現場很少使用。穩定，目前在現場很少使用。有溢流塔板（溢流型塔板）：有溢流塔板（溢流型塔板）：氣液相有氣液相有各自的通道各自的通道，相對比較穩定，相對比較穩定，便于操作，技術上也比較成熟，目前便于操作，技術上也比較成熟，目前的塔設備多采用這種方式。的塔設備多采用這種方式。氣液傳質設備課件10二、溢流型塔板的主要型式二、溢流型塔板的主要型式泡罩塔板

6、泡罩塔板（ Bubble-cap Tray）出現于出現于1919世紀初，是最早具有溢流型塔板的板式塔。主要用世紀初，是最早具有溢流型塔板的板式塔。主要用于食品及醫藥生產中，于食品及醫藥生產中，2020世紀世紀2020年代開始用于煉油工業。年代開始用于煉油工業。氣液傳質設備課件11氣相鼓泡元件：氣相鼓泡元件：泡罩（泡帽）泡罩（泡帽）優點：操作彈性大，操作優點：操作彈性大，操作穩定，不易堵塞穩定，不易堵塞缺點：生產能力小、結構缺點：生產能力小、結構復雜，造價高、壓降大、復雜，造價高、壓降大、效率低效率低氣液傳質設備課件12篩孔塔板（篩孔塔板（Sieve Tray）：）： 出現較早（出現較早（183

7、01830年），是結構最簡單的一種板型；年），是結構最簡單的一種板型； 氣相鼓泡元件：氣相鼓泡元件：篩孔篩孔優點：處理能力大，壓降小，結構優點：處理能力大，壓降小，結構簡單，造價低；簡單，造價低；缺點：操作彈性小，穩定性較差。缺點：操作彈性小，穩定性較差。氣液傳質設備課件13浮閥浮閥塔板：塔板：v 二十世紀五十年代問世，為應用最廣的一種塔板。二十世紀五十年代問世，為應用最廣的一種塔板。v 結構：塔板上按一定的排列開若干孔，孔的上方安置結構：塔板上按一定的排列開若干孔，孔的上方安置可可上下浮動的閥片上下浮動的閥片。閥片可隨上升氣量的變化而自動調節開啟。閥片可隨上升氣量的變化而自動調節開啟度。在低

8、氣量時，開度小；氣量大時，閥片自動上升，開度度。在低氣量時，開度小；氣量大時，閥片自動上升，開度增大。因此，氣量變化時，通過閥片周邊流道進入液體層的增大。因此，氣量變化時，通過閥片周邊流道進入液體層的氣速較穩定，氣體水平進入液層也強化了氣液接觸傳質。氣速較穩定，氣體水平進入液層也強化了氣液接觸傳質。 v 氣相鼓泡元件：氣相鼓泡元件：浮閥浮閥v 特點：結構簡單，生產能力和操作彈性大，板效率高。特點：結構簡單，生產能力和操作彈性大，板效率高。綜合性能較優異。綜合性能較優異。氣液傳質設備課件14F1型浮閥：型浮閥：氣液傳質設備課件15十字架型浮閥十字架型浮閥(T(T型盤型浮閥型盤型浮閥) )氣液傳質

9、設備課件氣液傳質設備課件氣液傳質設備課件氣液傳質設備課件19三、三、溢流型塔板的結構溢流型塔板的結構塔板的分區塔板的分區鼓泡區：鼓泡區：氣體通道氣體通道，氣液兩相傳熱、傳質，氣液兩相傳熱、傳質降液區：降液區：液體通道液體通道，小氣泡聚合成大氣泡再返回，小氣泡聚合成大氣泡再返回受液區：接受降液管的液體受液區：接受降液管的液體安定區：緩沖液體，減少降液管氣泡夾帶量安定區：緩沖液體，減少降液管氣泡夾帶量邊緣區：支撐塔板及塔板上液體邊緣區：支撐塔板及塔板上液體氣液傳質設備課件20主要構件主要構件鼓泡元件：形成氣液兩相傳熱傳質的主要構件鼓泡元件：形成氣液兩相傳熱傳質的主要構件氣體通道：氣體通道：液體通道

10、：液體通道：降液管降液管溢流堰溢流堰受液盤受液盤降液管降液管溢流堰溢流堰受液盤受液盤氣液傳質設備課件21v 作用：讓液體在其中停留一段時間，使液體所夾帶的作用：讓液體在其中停留一段時間，使液體所夾帶的氣泡氣泡有充分的時間得以從液體中有充分的時間得以從液體中溢出溢出。v 型式：弓形、圓形、矩形型式：弓形、圓形、矩形圓形圓形弓形弓形矩形矩形降液管：降液管：氣液傳質設備課件22v 作用：接受由降液管下來的液體，作用：接受由降液管下來的液體，緩沖緩沖液體流下時液體流下時的沖擊作用，穩定塔上液體的流動狀態，確保傳質的沖擊作用，穩定塔上液體的流動狀態，確保傳質過程的穩定進行。過程的穩定進行。v 型式：平形

11、、凹形型式：平形、凹形平形平形凹形凹形受液盤：受液盤：氣液傳質設備課件23v 作用：維持塔板上有一定的作用：維持塔板上有一定的液面高度液面高度，以確保傳質過程，以確保傳質過程的順利進行，再者將降液管出口封在液面以下，的順利進行，再者將降液管出口封在液面以下，以免氣以免氣體短路體短路從降液管中上升，影響傳質過程的進行。從降液管中上升，影響傳質過程的進行。v 型式：平形、齒形型式：平形、齒形平形平形齒形齒形溢流堰（出口堰）：溢流堰（出口堰）：氣液傳質設備課件2412.2.2 12.2.2 塔板的工作情況塔板的工作情況一、塔板上氣液兩相的流動狀態一、塔板上氣液兩相的流動狀態 溢流型式：溢流型式：單溢

12、流單溢流（直徑流）（直徑流）D2mU型溢流型溢流（回轉流）（回轉流）液相量非常液相量非常小的塔小的塔 階梯溢流階梯溢流塔徑非常大，液相流塔徑非常大，液相流量非常大的塔量非常大的塔氣液傳質設備課件塔板上氣液兩相的接觸塔板上氣液兩相的接觸：氣液傳質設備課件26液面落差液面落差氣泡夾帶氣泡夾帶霧沫夾帶霧沫夾帶塔板壓降塔板壓降氣體分布不均氣體分布不均漏液漏液氣液傳質設備課件27二、塔板上的二、塔板上的不正常操作狀態不正常操作狀態氣泡夾帶氣泡夾帶： 在一定結構的塔板上，在一定結構的塔板上，液體流量過大液體流量過大，使降液，使降液管內的液體的溢流速度過大，降液管中液體所夾帶管內的液體的溢流速度過大，降液管

13、中液體所夾帶的氣體泡沫來不及從降液管中脫出而被帶到下一層的氣體泡沫來不及從降液管中脫出而被帶到下一層塔板上的現象稱為氣泡夾帶。塔板上的現象稱為氣泡夾帶。氣液傳質設備課件28霧沫夾帶：霧沫夾帶：v 當當氣速增大氣速增大，塔板處于泡沫解除狀態或噴射解，塔板處于泡沫解除狀態或噴射解除狀態時，由于氣泡的破裂或氣體動能大于液體除狀態時，由于氣泡的破裂或氣體動能大于液體的表面能，而把液體吹散成液滴，并拋到一定的的表面能，而把液體吹散成液滴，并拋到一定的高度，某些液滴被氣體帶到上一層塔板，這種現高度，某些液滴被氣體帶到上一層塔板，這種現象稱為霧沫夾帶。象稱為霧沫夾帶。v 危害：以上兩種不正常現象都會使氣相或

14、液相危害：以上兩種不正常現象都會使氣相或液相造成造成返混返混，使原已獲得的分離效果喪失，影響全，使原已獲得的分離效果喪失，影響全塔的分離效果。塔的分離效果。氣液傳質設備課件29v 當當氣體通過塔板的速率較小氣體通過塔板的速率較小時，上升的氣體通過塔板上開時，上升的氣體通過塔板上開孔的阻力和克服液體表面張力所形成的壓降較小，不足以孔的阻力和克服液體表面張力所形成的壓降較小，不足以抵消塔板上液層的重力，大量的液體會從塔板上的開孔處抵消塔板上液層的重力，大量的液體會從塔板上的開孔處往下漏，這種現象叫作漏液。往下漏，這種現象叫作漏液。v 兩種情況：整個截面的漏液，兩種情況：整個截面的漏液，整個截面的漏

15、液基本均勻整個截面的漏液基本均勻； 局部漏液，由于板上氣液相分布不均勻引起。局部漏液，由于板上氣液相分布不均勻引起。v 危害：嚴重的漏液會使塔板上建立不起液層，從而導致塔危害：嚴重的漏液會使塔板上建立不起液層，從而導致塔板效率降低，在設計和操作時應該特別注意防止。板效率降低，在設計和操作時應該特別注意防止。過量漏液過量漏液：氣液傳質設備課件30v 夾帶液泛：塔板上的夾帶液泛：塔板上的液體流量很大，上升的氣體的速度很液體流量很大，上升的氣體的速度很高高，液體被上升的氣體夾帶到上一層塔板上的量猛增，使，液體被上升的氣體夾帶到上一層塔板上的量猛增，使相鄰的兩塊塔板間充滿了汽、液混合物，最終使整個塔內

16、相鄰的兩塊塔板間充滿了汽、液混合物，最終使整個塔內空間全部被液體所占據，這種現象稱為夾帶液泛。空間全部被液體所占據，這種現象稱為夾帶液泛。v 溢流液泛：因溢流液泛：因降液管太小，降液管太小，液體的流動阻力過大，或因其液體的流動阻力過大，或因其他原因使他原因使降液管局部區域堵塞降液管局部區域堵塞而變窄，液體不能正常地通而變窄，液體不能正常地通過降液管向下流動，使得液體在塔板上積累而充滿整個塔過降液管向下流動，使得液體在塔板上積累而充滿整個塔內空間，這種現象稱為溢流液泛。內空間，這種現象稱為溢流液泛。v 危害：危害：使整個塔內液體不能正常流下，液體的大量返混，使整個塔內液體不能正常流下，液體的大量

17、返混，嚴重地影響了塔的正常操作；會使塔內液體滯留量猛增，嚴重地影響了塔的正常操作；會使塔內液體滯留量猛增，致使設備主體致使設備主體產生破壞性損壞產生破壞性損壞，是操作中應該特別注意防，是操作中應該特別注意防止且應止且應堅決杜絕堅決杜絕的。的。液泛液泛（淹塔）：（淹塔）：氣液傳質設備課件3112.2.3 12.2.3 塔板的初步設計塔板的初步設計一、溢流型式的選擇一、溢流型式的選擇v 溢流型式可根據塔徑和液相流量由經驗確定；溢流型式可根據塔徑和液相流量由經驗確定；v 在設計計算時由于塔徑尚未決定，可先設一種溢流形式，在設計計算時由于塔徑尚未決定，可先設一種溢流形式，然后再進行核算看是否合適然后再

18、進行核算看是否合適塔徑塔徑/mm液相流量液相流量/m3h-1U流型流型單流型單流型雙流型雙流型階梯型階梯型100074514009702000119090160300011110110200200300氣液傳質設備課件32雙流型雙流型多流型多流型氣液傳質設備課件33二、板間距及塔高二、板間距及塔高v 板間距對塔的生產能力、操作彈性及板效率都有影響。板間距對塔的生產能力、操作彈性及板效率都有影響。v 板間距與塔徑相互關聯：板間距與塔徑相互關聯： HT 增加，霧沫分離高度增加，增加，霧沫分離高度增加， 可在較小塔徑下采用較大氣速；可在較小塔徑下采用較大氣速； HT 減小，則塔徑要相應增加。減小，則

19、塔徑要相應增加。v HT 由塔徑選取，有標準系列，常用的有由塔徑選取，有標準系列，常用的有300，350，450，500，600，800mm等，對易發泡物系，等，對易發泡物系，HT可選擇大一些，可選擇大一些，在有人孔的地方，在有人孔的地方，HT 600mm。板間距：板間距：氣液傳質設備課件34塔徑塔徑/mm板間距（板間距（HT）/mm6007003003504508001000350450500600120014003504505006008001600300045050060080032004200600800氣液傳質設備課件35塔高的計算：塔高的計算：進進底底頂頂HHHHNHT2由板間距及

20、實際塔板數計算：由板間距及實際塔板數計算：取：取：H頂頂 = 0.91.2m H底底 = 1.53.0m H進進 = 0.751.0m有人孔的地方，有人孔的地方，HT 600mm氣液傳質設備課件36三、塔徑三、塔徑由塔內氣相流量由塔內氣相流量VS 及空塔氣速及空塔氣速u 來計算：來計算：v 式中，式中，VS由工藝計算求得，空塔氣速由工藝計算求得，空塔氣速u由經驗方法求由經驗方法求 得得;v 計算出的塔徑應進行計算出的塔徑應進行圓整圓整，D 1m時，按時，按200mm圓整圓整;v 塔的精餾段、提餾段塔徑可以不同。塔的精餾段、提餾段塔徑可以不同。uVDs4氣液傳質設備課件37四、塔板的板面布置四、

21、塔板的板面布置 塔徑小于塔徑小于800mm時，塔板可整塊制作；時，塔板可整塊制作； 塔徑大于塔徑大于900mm時，一般分塊制造安裝。時，一般分塊制造安裝。弓形板弓形板弓形板弓形板通道板通道板矩形板矩形板降液管降液管受液盤受液盤分塊塔板通常由三種形式分塊塔板通常由三種形式的塔板組成：的塔板組成：弓形板弓形板：兩塊：兩塊矩形板矩形板：一塊或多塊：一塊或多塊通道板通道板：一塊：一塊氣液傳質設備課件38分塊式塔板示意圖分塊式塔板示意圖支撐圈支撐圈懸邊自身梁懸邊自身梁氣液傳質設備課件39五、溢流裝置的設計五、溢流裝置的設計根據塔內液體流量及降液管中流體流速選擇型式及大小。根據塔內液體流量及降液管中流體流

22、速選擇型式及大小。單溢流：單溢流：lW/D = 0.60.8雙溢流：雙溢流：lW/D = 0.50.7 hb，液封不好；，液封不好； hb，阻力大，一般，阻力大，一般 25mm液柱液柱; 平形受液盤：小塔平形受液盤：小塔hb 2025mm 大塔大塔hb 40mm； 凹形受液盤：底隙高度凹形受液盤：底隙高度hb 等于盤深等于盤深降液管：降液管：氣液傳質設備課件40 堰長堰長lw ：弓形降液管的弦長，由液體負荷和流動：弓形降液管的弦長，由液體負荷和流動形式決定形式決定 一般，單溢流一般，單溢流 lw=(0.60.8)D 雙溢流雙溢流 lw=(0.50.7)D 堰高堰高hw ：先求堰上液層高度：先求

23、堰上液層高度how，然后根據經驗，然后根據經驗選取：選取： 0.1-howhw0.05-how溢流堰：溢流堰：氣液傳質設備課件41受液盤：受液盤： 直徑直徑800mm以上的塔有時以上的塔有時可用凹型受液盤，深度一般可用凹型受液盤，深度一般為為50mm。氣液傳質設備課件42六、浮閥的數目與排列六、浮閥的數目與排列浮閥數目：浮閥數目：設計時首先選擇合適的閥孔動能因數設計時首先選擇合適的閥孔動能因數F0 ，然后根據閥孔動，然后根據閥孔動能因數的計算公式求浮閥數目：能因數的計算公式求浮閥數目：vuF00在在912（浮閥全部打開）之間選擇一個（浮閥全部打開）之間選擇一個F0的數值，采用的數值，采用閥孔動

24、能因數來計算閥孔速度閥孔動能因數來計算閥孔速度uo：02002044udVNNudVSS氣液傳質設備課件43 浮閥在塔板上常按三角形排列，可順排或叉排；浮閥在塔板上常按三角形排列，可順排或叉排； 等腰三角形叉排等腰三角形叉排可使相鄰的浮閥容易吹開，鼓泡更均勻；可使相鄰的浮閥容易吹開，鼓泡更均勻； 通常將同一橫排的閥孔中心距定為通常將同一橫排的閥孔中心距定為75mm，而相鄰兩排間的距，而相鄰兩排間的距離可取離可取 65、80、100 mm 等幾種規格。等幾種規格。浮閥的排列：浮閥的排列：氣液傳質設備課件44塔板上閥孔總面積與塔截面積之比：塔板上閥孔總面積與塔截面積之比：閥孔氣速空塔氣速開孔率%D

25、NdDNd10044220220通常，對常壓塔或減壓塔，開孔率為通常，對常壓塔或減壓塔，開孔率為1013，對加壓塔，開孔率小于對加壓塔，開孔率小于10，常用的為，常用的為69。開孔率：開孔率：氣液傳質設備課件45氣液傳質設備課件4612.2.4 12.2.4 塔板的水力學計算塔板的水力學計算一、一、塔板壓降塔板壓降計算公式：計算公式：hhhhlCP其中：其中：hp塔板壓降，塔板壓降，m液柱；液柱； hC 干板壓降，干板壓降，m液柱；液柱； hl 氣體通過板上液層壓降，氣體通過板上液層壓降，m液柱；液柱； h 氣體克服液體表面張力產生壓降，氣體克服液體表面張力產生壓降，m液柱液柱氣液傳質設備課件

26、47v 氣體通過閥孔及閥件的阻力所產生的壓降，隨氣速提高氣體通過閥孔及閥件的阻力所產生的壓降，隨氣速提高而增加。對不同的塔板有不同的經驗公式計算。而增加。對不同的塔板有不同的經驗公式計算。v 對對F1型重閥（型重閥（33g）：）：閥全開前：閥全開前：閥全開后：閥全開后：（m液柱）液柱） （m液柱）液柱）Lcuh175. 009 .19guhLVc234. 520干板壓降干板壓降hC ：氣液傳質設備課件48v 為判斷浮閥是否全開，引入動能因數的概念：為判斷浮閥是否全開，引入動能因數的概念：VuF動能因數動能因數F ：動能因數是動能因數是衡量氣體流動時動壓大小衡量氣體流動時動壓大小的指標。的指標。

27、v 閥孔動能因數閥孔動能因數F0 的計算公式：的計算公式：VuF00對對F1型重閥，型重閥，F0 = 912時閥全開。時閥全開。氣液傳質設備課件49氣體通過板上液層壓降氣體通過板上液層壓降hl：對對F1型重閥：型重閥：32336001035. 24 . 0wswllLhh式中：式中：Ls 液體體積流量，液體體積流量，m3/h； hw 溢流堰高，溢流堰高，m； lw 溢流堰長，溢流堰長，m氣液傳質設備課件50克服液體表面張力產生壓降克服液體表面張力產生壓降h:ghhLol2計算公式：計算公式：式中：式中：l 液體表面張力，液體表面張力，N/m； ho 閥的最大開度，閥的最大開度，m； L 液體密

28、度，液體密度，kg/m3v 塔板壓降的正常范圍：塔板壓降的正常范圍：常壓塔：常壓塔：36mmHg； 減壓塔：減壓塔：13mmHg氣液傳質設備課件51二、堰上清液層高度二、堰上清液層高度how3200284.0whowlLkh式中：式中：k 液流收縮系數，液流收縮系數，P625.Figure12-25， 對通常物系：對通常物系：k =1 Lh液體體積流量，液體體積流量， m3/h平口堰計算公式：平口堰計算公式：一般要求一般要求： how6mm氣液傳質設備課件52 若求出的若求出的how6mm，為保證堰上液體的穩定流動，可采，為保證堰上液體的穩定流動，可采用用齒形堰齒形堰，齒深，齒深ha一般在一般

29、在15mm以下。以下。當當howha時：時：5221035. 4wahowlhLh當當howha時：時：25252650aowowawhhhhhlL試差！試差！氣液傳質設備課件53三、漏液三、漏液 對浮閥塔板和篩板，少量泄漏不可避免；對浮閥塔板和篩板，少量泄漏不可避免； 過量泄漏會導致塔板效率降低；過量泄漏會導致塔板效率降低； 要求：正常操作時，泄漏量要求：正常操作時，泄漏量不大于塔板上液體流量的不大于塔板上液體流量的10%； 判據：閥孔動能因數判據：閥孔動能因數F0 ：對：對F1型重閥，型重閥，F056時泄漏量時泄漏量已接近已接近10，因此，因此要求要求F056。浮閥單元工作情況浮閥單元工作

30、情況閥孔動能因數閥孔動能因數F F0 0發生大量泄漏發生大量泄漏浮閥剛剛全開浮閥剛剛全開正常操作正常操作上限上限 5 56 6 9 91212 8 81717 18 182020氣液傳質設備課件54四、降液管內液面高度四、降液管內液面高度Hd 為防止發生液泛，對降液管內液面為防止發生液泛，對降液管內液面高度有一定的要求；高度有一定的要求； Hd 和塔板壓力降、板上液層高度及和塔板壓力降、板上液層高度及各項阻力有關各項阻力有關由降液管液面與塔板上液流方向上由降液管液面與塔板上液流方向上的截面，忽略液體通過降液管本身的截面，忽略液體通過降液管本身的阻力和動能差，列機械能衡算方的阻力和動能差，列機械

31、能衡算方程，分析可得：程，分析可得：fLowwLdhgphhgpH12)(氣液傳質設備課件55()dwowfLpHhhhg其中：其中：swSsssfhlLwww.hm，流速液體通過降液管下口的液柱21530不設進口堰時：不設進口堰時：設進口堰時：設進口堰時：220sfw.h 氣液傳質設備課件56篩板塔：篩板塔：LFLFBhZLhB.32100010002502150式中：式中：B 平均液流寬度，平均液流寬度，B=0.5(D+lw)，m； hF 塔板上的泡沫層高度，可取塔板上的泡沫層高度，可取hF=2.5(hw+how)； L 液體粘度，液體粘度，mPas； L 液體的體積流率，液體的體積流率，

32、m3/h ； Z 進出口堰間的距離，進出口堰間的距離，m 防止淹塔的限制條件：防止淹塔的限制條件：wTdhH.H6040氣液傳質設備課件57五、液體在降液管中的停留時間五、液體在降液管中的停留時間 為使氣泡分離完全，對液體在降液管內的停留時間有一定為使氣泡分離完全，對液體在降液管內的停留時間有一定的要求；的要求； 計算公式：計算公式：SddLAH 式中：式中：Ad 降液管面積，降液管面積，m2 Hd 板間距，板間距，m LS 液體流量，液體流量，m3/s 要求：要求：35s氣液傳質設備課件58六、霧沫夾帶六、霧沫夾帶%e10100氣氣體體量量夾夾帶帶的的液液體體量量霧沫夾帶量霧沫夾帶量e：浮閥

33、塔板：浮閥塔板：4250295032108027210520.VVL.VBnTL.mmAH.h.Ae篩板：篩板：LTTTh.HHH.e521273220氣液傳質設備課件59泛點率（泛點百分數）泛點率（泛點百分數）F1 ：發生液泛時空塔氣速發生液泛時空塔氣速正常操作時空塔氣速正常操作時空塔氣速1F通常：通常：大塔：大塔：F1 8082； 減壓塔：減壓塔：F1 7577； D0.9m的塔：的塔：F1 6575計算公式：計算公式：FbLSVKCAZLCF1361001TFVAKCCF78. 01001由二式計算后取大的由二式計算后取大的VLVSVVC氣液傳質設備課件60式中：式中：CV 氣相負荷系數

34、，氣相負荷系數，m3/s； VS，LS 氣相及液相負荷，氣相及液相負荷，m3/s； ZL 板上液體流徑長度，板上液體流徑長度，m ； 單溢流塔板：單溢流塔板：ZLD-2Wd； D 塔徑，塔徑， Wd 弓形降液管寬度，弓形降液管寬度，m Ab 板上液流面積，板上液流面積，m2 ； 單溢流塔板：單溢流塔板：AbAT-2Af AT 塔截面積，塔截面積，Af 弓形降液管截面積，弓形降液管截面積，m2 CF 泛點負荷系數，由泛點負荷系數，由V 及及HT 查圖得到；查圖得到； K 物性系數，查表得到。物性系數，查表得到。 氣液傳質設備課件61七、液泛七、液泛泛點氣速泛點氣速最大允許氣速：最大允許氣速：VV

35、LCumax式中：式中：C 負荷系數，由史負荷系數，由史密斯關聯圖查得。密斯關聯圖查得。查得查得C 值按物系表面張力進行校核：值按物系表面張力進行校核：2 . 02002. 0CC氣液傳質設備課件62八、塔板的適宜工作區和負荷性能圖八、塔板的適宜工作區和負荷性能圖 應避免的應避免的不正常的水力現象不正常的水力現象： 過量的霧沫夾帶；過量的霧沫夾帶； 淹塔（液泛）；淹塔（液泛）； 過量的泄漏；過量的泄漏； 降液管中液體的停留時間不夠或線速過高；降液管中液體的停留時間不夠或線速過高； 液體負荷過小，液體分布不均液體負荷過小，液體分布不均 適宜工作區適宜工作區：塔的實際操作中，為確定塔板對氣液負荷變

36、：塔的實際操作中，為確定塔板對氣液負荷變化的適應性，即塔板的操作彈性，而作出的塔板正常工作化的適應性，即塔板的操作彈性，而作出的塔板正常工作的范圍圖的范圍圖適宜工作區圖適宜工作區圖氣液傳質設備課件63負荷性能圖負荷性能圖： 過量霧沫夾帶線過量霧沫夾帶線 （氣相負荷上限線）；（氣相負荷上限線）； 漏液線漏液線 （氣相負荷下限線）；（氣相負荷下限線）； 液相負荷下限線；液相負荷下限線； 降液管超負荷線降液管超負荷線 （液相負荷上限線）；（液相負荷上限線）； 液泛線液泛線氣液傳質設備課件64負荷性能圖的繪制負荷性能圖的繪制 過量霧沫夾帶線過量霧沫夾帶線 （氣相負荷上限線）：（氣相負荷上限線）： 表示

37、霧沫夾帶量表示霧沫夾帶量eV = 0.1kg(液液)/kg(氣氣)時的時的VsLs關系；關系； 繪制過程：繪制過程：FbLSVLVSFbLSVVKCAZLVKCAZLCF%F)kg()(kg.e136100136100821011氣液氣液傳質設備課件65 表示不發生嚴重漏液現象的最低氣相負荷；表示不發生嚴重漏液現象的最低氣相負荷； 繪制過程：對繪制過程：對F1型重閥，閥孔動能因數型重閥，閥孔動能因數F0 =56時，泄漏量接近時，泄漏量接近10：VVVNdVNudVuuFoSoS54455202000 漏液線：漏液線：氣液傳質設備課件66 液相負荷下限線液相負荷下限線: :v 能夠保證塔板上液體

38、均勻分布的最低液體流量能夠保證塔板上液體均勻分布的最低液體流量;v 繪制過程：繪制過程： 采用平型堰時，取堰上液頭高度采用平型堰時，取堰上液頭高度how0.006m為限為限制條件制條件:3236001000842wSowlLE.h氣液傳質設備課件67 降液管超負荷線（液相負荷上限線、降液管超負荷線（液相負荷上限線、 降液管中液體停留時間不足線）：降液管中液體停留時間不足線）：v 保證液體在降液管中有充分的停留時間，使被液保證液體在降液管中有充分的停留時間，使被液體夾帶進入降液管中的氣泡能大部分被釋放出來；體夾帶進入降液管中的氣泡能大部分被釋放出來；v 繪制過程：取降液管內液體停留時間繪制過程：

39、取降液管內液體停留時間=3s（按降（按降液管中清液計算）：液管中清液計算）：33ddSSddHALLHA氣液傳質設備課件68 淹塔（液泛）線：淹塔（液泛）線：v 表示降液管內泡沫液層的高度超過最大允許值時表示降液管內泡沫液層的高度超過最大允許值時的的VSLS關系；關系；v 繪制過程：根據對繪制過程：根據對降液管中液面高的限制條件降液管中液面高的限制條件求求得：得：wTdhHH6 . 04 . 0()dwowfLpHhhhg氣液傳質設備課件69 負荷性能圖的用途負荷性能圖的用途確定塔板的適宜工作區：確定塔板的適宜工作區：五條線包圍的區域為適宜五條線包圍的區域為適宜工作區。工作區。圖中圖中P為為操

40、作點操作點。P與原點與原點的連線的連線OP為為操作線操作線。P位于位于適宜工作區的中間區域時最適宜工作區的中間區域時最為合適，如接近某條邊界線，為合適，如接近某條邊界線，則當氣、液相量波動時容易則當氣、液相量波動時容易發生不正常的操作現象。發生不正常的操作現象。氣液傳質設備課件70確定塔板的操作彈性：確定塔板的操作彈性：操作彈性操作彈性K 為可操作氣相量的上下限之比，即：為可操作氣相量的上下限之比，即： KVSM/VSN通常，浮閥塔：通常，浮閥塔：K =34。氣液傳質設備課件71確定塔板的控制因素：確定塔板的控制因素：v 即塔最容易發生那些不正常的操作狀況。即塔最容易發生那些不正常的操作狀況。

41、與操作線相與操作線相交的兩條邊界線交的兩條邊界線即為塔板的控制因素；即為塔板的控制因素；v 如圖，最容易發生的為過量漏液和液泛。如圖，最容易發生的為過量漏液和液泛。氣液傳質設備課件7212.2.5 12.2.5 其它塔板簡介及塔板的評價其它塔板簡介及塔板的評價一、幾種塔板簡介一、幾種塔板簡介HTV(Half Tube Valve)船型浮閥：船型浮閥：可用于常壓和帶壓可用于常壓和帶壓條件下的各種蒸餾、條件下的各種蒸餾、吸收等塔中吸收等塔中氣液傳質設備課件73舌型舌型塔板：塔板：20ao50R25氣相優點：塔板壓降較小；優點：塔板壓降較小； 較高的生產能力。較高的生產能力。缺點：塔板漏液嚴重；缺點

42、：塔板漏液嚴重； 操作彈性小；操作彈性小； 液體在板上的停留液體在板上的停留時間太短、液層太薄，板時間太短、液層太薄，板效率低。效率低。 氣液傳質設備課件74v 浮舌型塔板是綜合浮閥和固定舌型塔板的長處（舌型塔板浮舌型塔板是綜合浮閥和固定舌型塔板的長處（舌型塔板的并流噴射和浮閥塔板的氣體穿過塔板通道面積可變）而的并流噴射和浮閥塔板的氣體穿過塔板通道面積可變）而提出的又一種噴射型塔板。提出的又一種噴射型塔板。v 特點：生產能力大、壓降小；特點：生產能力大、壓降小； 結構復雜，構件易損壞。結構復雜，構件易損壞。浮舌塔板浮舌塔板：氣液傳質設備課件75JCV浮閥塔板浮閥塔板（雙流噴射浮閥塔板（雙流噴射

43、浮閥塔板 Jet Co-flow Valve Tray）結構：閥籠與塔板固定，閥片在閥籠內上下浮動。結構：閥籠與塔板固定，閥片在閥籠內上下浮動。將單一鼓泡傳質，變為雙流傳質，一部分為鼓泡、另一部分將單一鼓泡傳質，變為雙流傳質，一部分為鼓泡、另一部分為噴射湍動傳質，使塔的分離效率和生產能力都大大提高。為噴射湍動傳質，使塔的分離效率和生產能力都大大提高。特點：閥片開啟靈活、高效、高通量、壽命長、耐堵塞。特點：閥片開啟靈活、高效、高通量、壽命長、耐堵塞。JCV浮閥浮閥 （改進型雙流噴射浮閥）（改進型雙流噴射浮閥）普通型普通型JCV浮閥浮閥與塔板固定方法與塔板固定方法氣液傳質設備課件76低負荷下閥片工

44、作狀態低負荷下閥片工作狀態JCV浮閥塔板效率曲線浮閥塔板效率曲線中負荷下閥片工作狀態中負荷下閥片工作狀態高負荷下閥片工作狀態高負荷下閥片工作狀態JCV浮閥閥片浮閥閥片氣液傳質設備課件77 2400 JCV浮閥塔板浮閥塔板 1800 JCV浮閥塔板浮閥塔板氣液傳質設備課件78JCPT塔板（并流噴射填料塔板）塔板（并流噴射填料塔板） Jet Co-flow Packing Tray塔板上的液體通過提液管與塔板之間的間隙被氣體提升，塔板上的液體通過提液管與塔板之間的間隙被氣體提升，氣液并流通過提液管，在提液管內高速湍動混合、傳質，然氣液并流通過提液管，在提液管內高速湍動混合、傳質，然后氣液并流進入填

45、料中進一步強化傳質，并完成氣液分離。后氣液并流進入填料中進一步強化傳質，并完成氣液分離。填料與塔板的復合體，靠填料傳質，靠塔板實現多級并流。填料與塔板的復合體，靠填料傳質，靠塔板實現多級并流。氣液傳質設備課件79不同結構型式的不同結構型式的JCPTJCPT塔板塔板氣液傳質設備課件80垂直篩板（垂直篩板（Vertical Sieve Tray ） 在塔板上開按一定排列的在塔板上開按一定排列的若干大孔若干大孔( (直徑直徑100200mm) )，孔上設置側壁開有許多篩孔孔上設置側壁開有許多篩孔的泡罩，泡罩底邊留有間隙的泡罩，泡罩底邊留有間隙供液體進入罩內。供液體進入罩內。 與普通篩板相比，垂直篩板

46、為氣液兩相提供了很大的不斷與普通篩板相比，垂直篩板為氣液兩相提供了很大的不斷更新的相際接觸表面，強化了傳質過程；且氣液由水平方向更新的相際接觸表面，強化了傳質過程；且氣液由水平方向噴出，液滴在垂直方向的初速度為零，降低了液沫夾帶量，噴出，液滴在垂直方向的初速度為零，降低了液沫夾帶量，因此可獲得較高的塔板效率和較大的生產能力。因此可獲得較高的塔板效率和較大的生產能力。 氣液傳質設備課件81二、塔板性能評價二、塔板性能評價1.1.處理能力：允許操作氣速的大小，即泛點氣速的大小處理能力：允許操作氣速的大小，即泛點氣速的大小2.2.塔板效率：較寬的氣速范圍內保持高的效率塔板效率：較寬的氣速范圍內保持高

47、的效率3.3.操作彈性：塔的最高和最低允許氣速的比值操作彈性：塔的最高和最低允許氣速的比值 理想的塔板能在較寬的氣速范圍內保持正常操作理想的塔板能在較寬的氣速范圍內保持正常操作4.4.塔板壓力降：主要指氣相阻力塔板壓力降：主要指氣相阻力 對減壓蒸餾和高真空精餾，該指標尤為重要對減壓蒸餾和高真空精餾，該指標尤為重要加工及檢修的難易程度及制造費用加工及檢修的難易程度及制造費用 物料是否有夾帶、結焦的可能和起泡的程度、對塔內構物料是否有夾帶、結焦的可能和起泡的程度、對塔內構件的腐蝕性強弱等件的腐蝕性強弱等氣液傳質設備課件8212.3 12.3 填料塔（填料塔（Packed TowerPacked T

48、ower） 12.3.1 12.3.1 填料塔的結構填料塔的結構12.3.2 12.3.2 填料的種類及特性填料的種類及特性12.3.3 12.3.3 填料塔的設計填料塔的設計12.3.4 12.3.4 填料塔的流體力學特性填料塔的流體力學特性12.3.5 12.3.5 氣液傳質設備的氣液傳質設備的比較和選用比較和選用氣液傳質設備課件8312.3.1 填料塔的結構填料塔的結構筒體筒體液體液體分布器分布器填料填料液體再液體再分布器分布器填料填料支撐板支撐板氣液傳質設備課件8412.3.2 12.3.2 填料的種類及特性填料的種類及特性一、填料的作用和要求一、填料的作用和要求作用作用: :分散液體

49、，增大氣液相接觸面積分散液體，增大氣液相接觸面積比表面積比表面積大，空隙率大，空隙率大，不易破碎，大，不易破碎，耐腐蝕，耐高溫，易潤濕，便宜。耐腐蝕，耐高溫，易潤濕，便宜。要求要求:氣液傳質設備課件85二、二、填料的特性填料的特性單位體積填料層的填料表面積稱為比表面積，單位體積填料層的填料表面積稱為比表面積，m2/m3；值大，有利于增大傳質面積值大，有利于增大傳質面積。1.比表面積比表面積:單位體積填料層的空隙體積稱為空隙率，單位體積填料層的空隙體積稱為空隙率，m3/m3；數值大，氣液通過能力大，流動阻力小，壓強降低數值大，氣液通過能力大，流動阻力小，壓強降低。2.空隙率空隙率 :氣液傳質設備

50、課件86單位：單位：m；表示填料阻力及液泛條件的重要參數之一；表示填料阻力及液泛條件的重要參數之一；分為干填料因子和濕填料因子；分為干填料因子和濕填料因子；數值小，表明流動阻力小，液泛速度較高數值小，表明流動阻力小，液泛速度較高。3.填料因子填料因子 (/3) :單位堆積體積內的填料數目：單位堆積體積內的填料數目：由填料尺寸及堆積方式決定；由填料尺寸及堆積方式決定；尺寸尺寸填料數目填料數目填料的比表面積填料的比表面積，空隙率，空隙率，氣流阻力，氣流阻力；尺寸尺寸靠近塔壁處的空隙率靠近塔壁處的空隙率，氣體易走短路。，氣體易走短路。氣液傳質設備課件87三、三、填料的種類填料的種類常用的填料可分為常

51、用的填料可分為散裝填料散裝填料和和規整填料規整填料兩大類；兩大類；散裝填料在塔內可亂堆，也可以整砌；散裝填料在塔內可亂堆，也可以整砌；通常用金屬、碳鋼、陶瓷、合金鋼、塑料、玻璃、石墨制通常用金屬、碳鋼、陶瓷、合金鋼、塑料、玻璃、石墨制成。成。散裝填料有環形、弧鞍形、環鞍形、花環等散裝填料有環形、弧鞍形、環鞍形、花環等氣液傳質設備課件氣液傳質設備課件氣液傳質設備課件90拉西環（拉西環（Raschig ring）：）： 最早使用的一種填料，高徑比相等最早使用的一種填料，高徑比相等的陶瓷和金屬等制成的空心圓環。的陶瓷和金屬等制成的空心圓環。 優點：易于制造，價格低廉，研究優點：易于制造，價格低廉，研

52、究較為充分，應用廣泛。較為充分，應用廣泛。 缺點：高徑比大，堆積時填料間易缺點：高徑比大，堆積時填料間易形成線接觸，液體常存在嚴重的溝流形成線接觸，液體常存在嚴重的溝流和壁流現象。且填料的內表面潤濕率和壁流現象。且填料的內表面潤濕率較低，傳質速率不高。較低，傳質速率不高。 在拉西環基礎上衍生了在拉西環基礎上衍生了環、十字環等，其基本改進是在環、十字環等，其基本改進是在拉西環內增加一結構，以增大填料的比表面積。拉西環內增加一結構，以增大填料的比表面積。拉西環拉西環1914氣液傳質設備課件氣液傳質設備課件92 在環的側壁上開一層或兩層長方在環的側壁上開一層或兩層長方形小孔，小孔的母材并不脫離側壁形

53、小孔，小孔的母材并不脫離側壁而是形成向內彎的葉片。上下兩層而是形成向內彎的葉片。上下兩層長方形小孔位置交錯。長方形小孔位置交錯。 應用十分廣泛。應用十分廣泛。 特點：與同尺寸的拉西環相比，側特點：與同尺寸的拉西環相比，側壁上的小孔可供氣液流通，使環的內壁上的小孔可供氣液流通，使環的內壁面得以充分利用；不僅具有較大的壁面得以充分利用；不僅具有較大的生產能力和較低的壓降，且分離效率生產能力和較低的壓降，且分離效率較高，溝流現象大大降低。較高，溝流現象大大降低。鮑爾環鮑爾環 1948鮑爾環（鮑爾環（Pall ring）：）：氣液傳質設備課件93階梯環填料（階梯環填料（Stair ring）：）： 特

54、點：填料的性能在鮑爾環的基礎上又特點：填料的性能在鮑爾環的基礎上又有提高，其生產能力可提高約有提高，其生產能力可提高約10%，壓降，壓降則可降低則可降低25%，由于填料間呈多點接觸，由于填料間呈多點接觸，床層均勻，較好地避免了溝流現象。床層均勻，較好地避免了溝流現象。 結構與鮑爾環填料相似，環壁上開有結構與鮑爾環填料相似，環壁上開有長方形小孔，環內有交錯長方形小孔，環內有交錯 45的十字形的十字形葉片，環的高度為直徑的一半，環的一端葉片，環的高度為直徑的一半，環的一端成喇叭口形狀的翻邊。成喇叭口形狀的翻邊。 階梯環一般由塑料和金屬制成，由于其性能優于其它側壁階梯環一般由塑料和金屬制成，由于其性

55、能優于其它側壁上開孔的填料，因此獲得廣泛的應用。上開孔的填料，因此獲得廣泛的應用。氣液傳質設備課件94弧鞍形填料弧鞍形填料(Berl saddle)： 一種表面全部展開的具有馬鞍形一種表面全部展開的具有馬鞍形狀的瓷質型填料狀的瓷質型填料 (馬鞍填料馬鞍填料)。在塔。在塔內呈相互搭接狀態，形成弧形氣體內呈相互搭接狀態，形成弧形氣體通道；通道； 優點：空隙率高，氣體阻力小，優點：空隙率高，氣體阻力小，液體分布性能較好，填料性能優于液體分布性能較好，填料性能優于拉西環。拉西環。 缺點：相鄰填料易相互套疊，使缺點：相鄰填料易相互套疊，使填料有效表面降低，從而影響傳質填料有效表面降低，從而影響傳質速率。

56、速率。氣液傳質設備課件95矩鞍形矩鞍形(Intalox saddle)填料：填料： 矩鞍填料的兩端為矩形，且填矩鞍填料的兩端為矩形，且填料兩面大小不等；料兩面大小不等； 克服了弧鞍填料相互重疊的缺克服了弧鞍填料相互重疊的缺點，填料的均勻性得到改善。液點，填料的均勻性得到改善。液體分布均勻，氣液傳質速率得到體分布均勻，氣液傳質速率得到提高；提高； 瓷矩鞍填料是瓷矩鞍填料是目前采用最多的目前采用最多的一種瓷質填料一種瓷質填料。氣液傳質設備課件96金屬英特洛克斯（金屬英特洛克斯（Intalox）填料：）填料：有環形與鞍形的結構特點，生產能力大、壓降低、液體分有環形與鞍形的結構特點，生產能力大、壓降低

57、、液體分布性能好、傳質速率高及操作彈性大，在布性能好、傳質速率高及操作彈性大，在減壓蒸餾減壓蒸餾中其優中其優勢更為顯著。勢更為顯著。氣液傳質設備課件氣液傳質設備課件98 優點：網絲細密，空隙很高，優點：網絲細密，空隙很高，比表面積大。由于毛細管作用，比表面積大。由于毛細管作用，填料表面潤濕性能很好。故網體填料表面潤濕性能很好。故網體填料氣體阻力小，傳質速率高。填料氣體阻力小，傳質速率高。 缺點：造價很高，故多用于實缺點：造價很高，故多用于實驗室中難分離物系的分離。驗室中難分離物系的分離。 與實體填料對應的另一類填料為網體填料。與實體填料對應的另一類填料為網體填料。 有多種形式，如金屬絲網制成的

58、網環和鞍型網等。有多種形式，如金屬絲網制成的網環和鞍型網等。網體填料（網體填料（Wire gauze packings）氣液傳質設備課件99 優點：空隙大，生產能力大，壓降小；流道規則，只要優點：空隙大，生產能力大，壓降小；流道規則，只要液體初始分布均勻，則在全塔中分布也均勻，幾乎無放大液體初始分布均勻，則在全塔中分布也均勻，幾乎無放大效應，通常具有很高的傳質效率。效應，通常具有很高的傳質效率。 缺點：造價較高，易堵塞難清洗，工業上一般用于較難缺點：造價較高，易堵塞難清洗，工業上一般用于較難分離或分離要求很高的情況。分離或分離要求很高的情況。 規整填料一般由波紋狀的金屬網或多孔板重疊而成。規整

59、填料一般由波紋狀的金屬網或多孔板重疊而成。 使用時根據填料塔的結構尺寸，疊成圓筒形整塊放入塔內使用時根據填料塔的結構尺寸，疊成圓筒形整塊放入塔內或分塊拼成圓筒形在塔內砌裝。或分塊拼成圓筒形在塔內砌裝。規整填料：規整填料：氣液傳質設備課件100木制格柵木制格柵Gempak填料填料柵板填料柵板填料規整填料規整填料 塑料絲網波紋填料塑料絲網波紋填料 氣液傳質設備課件101Corrugated MetalPlates Packings 6400金屬板波紋金屬板波紋規整填料規整填料 300脈沖規整填料脈沖規整填料各種陶瓷規整填料各種陶瓷規整填料氣液傳質設備課件氣液傳質設備課件氣液傳質設備課件氣液傳質設備

60、課件氣液傳質設備課件流動參數流動參數氣液傳質設備課件10712.3.3 12.3.3 填料塔的設計填料塔的設計一、填料的選擇一、填料的選擇 填料種類的選擇考慮以下幾個方面：填料種類的選擇考慮以下幾個方面：（1)1)傳質效率要高。一般而言，規整填料的傳質效率傳質效率要高。一般而言，規整填料的傳質效率高于散裝填料。高于散裝填料。（2)2)通量要大。在保證具有較高傳質效率的前提下，通量要大。在保證具有較高傳質效率的前提下，選擇具有較高泛點氣速或氣相動能因子的填料。選擇具有較高泛點氣速或氣相動能因子的填料。（3 3）填料層的壓降要低。）填料層的壓降要低。（4 4）填料抗污堵性能強，拆裝、檢修方便。）填