1、板式塔板式塔填料塔填料塔第十章 汽液傳質設備基本上分為兩大類: 逐級接觸式 微分接觸式主要評價標準:(1) 通過能力-生產能力(2) 傳質效率-板效率,等板高度HETP(3) 壓降-板壓降,每米填料壓降(4) 操作彈性-汽液通量上,下限(5) 結構簡單成本低1 板式塔板式塔學習中應注重以下幾方面：（1）設計目標設計目標（2）設計原則設計原則（3）工程因素工程因素（4）對策和手段對策和手段設計目標設計目標l通量表征處理能力，單位塔截面的氣液l 負荷；l 效率塔板效率；l 適應能力操作彈性設計原則設計原則：追求大的傳質速率速率=傳質系數傳質面積推動力所以設計原則：(1) 在塔板上造成良好的汽液接觸

2、，以提供最大的傳質系數和面積。(2) 在塔內應最大限度地使氣液兩相呈逆流流動，以提供最大的實際傳質推動力板式塔:總體上逆流，塔板上錯流(錄像)工程因素工程因素：*影響塔板上的氣液接觸*影響總體上的逆流流動篩板塔板的構造篩板塔板的構造 篩孔：篩孔： 氣體通道。氣體通道。 溢流堰：保證塔板上有一定量液體。溢流堰：保證塔板上有一定量液體。 降液管：液體通道，其下端必須保證液封。降液管：液體通道，其下端必須保證液封。錄像錄像(1)影響塔板上氣液接觸的工程因素影響塔板上氣液接觸的工程因素a篩板上的汽液接觸狀態 氣液界面分散相 鼓泡狀態氣泡表面氣相 泡沫狀態液膜表面氣相 噴射狀態液滴表面液相 工業上應用的

3、狀態：泡沫、噴射轉相點:由泡沫狀態變為噴射狀態的臨界點錄像錄像b接觸狀態選擇:獲得大的汽液界面液膜-要穩定液滴-要不穩定,有利于破碎 對正系統對正系統 ，對負系統，對負系統 0Bdxd 0Bdxd pd6a 當輕組分從液氣時,正系統選泡沫接觸狀態有利，負系統應選噴射接觸狀態。*上升氣速塔板的開孔率、孔徑 設備結構條件*物系性質C 影響氣液接觸狀態的工程因素(2)影響總體上逆流流動的工程因素影響總體上逆流流動的工程因素板式塔:總體上逆流，塔板上錯流p塔內的兩類非理想流動空間上的反向流動(錄像)液相液沫夾帶（氣帶液）機理：大液滴彈濺 小液滴裹挾表示方法ev（kg液體/kg干氣）氣相氣泡夾帶（液帶氣

4、）機理：氣泡在降液管內來不及解脫。空間上的不均勻流動(錄像)不均勻的氣流分布對傳質是不利的不均勻的液體分布對傳質同樣不利氣相：由于水力梯度等原因造成的氣體沿塔板的不均勻分布液相：由于器壁和構件等引起的液體沿塔板的不均勻流動氣相：由于水力梯度等原因造成的氣體沿塔板的不均勻分布在塔板在塔板中央中央，液體行程短，液體行程短，阻力小，流速大。阻力小，流速大。在塔板在塔板邊緣邊緣，液體行程長，液體行程長，阻力大，流速小。阻力大，流速小。結果：對傳質不利。結果：對傳質不利。措施：采用齒形堰或折流型塔板措施：采用齒形堰或折流型塔板液相：由于器壁和構件等引起的液體沿塔板的不均勻流動p板式塔不正常操作現象板式塔

5、不正常操作現象( (錄像錄像) )(1)(1)夾帶液泛：夾帶液泛：若維持凈液體流量若維持凈液體流量L L一定，一定，增大氣速，夾帶量增大氣速，夾帶量ee增大，液層增厚，增大，液層增厚，相當于板間距減小，夾帶量相當于板間距減小，夾帶量ee將進一步將進一步增加，惡性循環，直至液體充滿全塔的增加，惡性循環，直至液體充滿全塔的現象。現象。 液泛氣速：液泛氣速：塔板上開始出現惡性循環塔板上開始出現惡性循環的氣速。液泛氣速與液體流量有關。的氣速。液泛氣速與液體流量有關。嚴重的非理想流動 *夾帶液泛 *溢流液泛 *嚴重漏液(2)(2)溢流液泛：溢流液泛：因降液管通過能力限制而引起因降液管通過能力限制而引起

6、的液泛。的液泛。 塔板入口處的液層高度由三部分組成：塔板入口處的液層高度由三部分組成： 1 1堰高堰高hwhw； 2 2堰上液高堰上液高howhow； 3 3液面落差液面落差。降液管內的清液高度降液管內的清液高度 為：為：dHffw0wdhhhhH 降液管內泡沫層高度降液管內泡沫層高度 ：若維持氣速不變，增加若維持氣速不變，增加L L，則，則都將增大，降液管內的液面高度都將增大，降液管內的液面高度H Hd d與液體流量與液體流量L L有有一一對應關系，塔板有自動平衡的能力。一一對應關系，塔板有自動平衡的能力。當泡沫層高度達到上層塔板的溢流堰上緣時，塔當泡沫層高度達到上層塔板的溢流堰上緣時，塔板

7、便有可能失去自衡能力而產生溢流液泛。板便有可能失去自衡能力而產生溢流液泛。同樣氣體流量過大同樣氣體流量過大, ,也可引起溢流液泛。也可引起溢流液泛。fdH dfLdfdHHH ffowwh,h,h,h(3)(3)漏液：漏液：當氣速較小時，部分液體直接從篩孔落當氣速較小時，部分液體直接從篩孔落 下的現象。下的現象。 單孔試驗表明：單孔試驗表明：同一個篩孔不可能有氣體和液同一個篩孔不可能有氣體和液 體同時通過體同時通過 。 因此，要避免漏液必須使氣體分布均勻，使每因此，要避免漏液必須使氣體分布均勻，使每 個篩孔都有氣流通過。個篩孔都有氣流通過。 氣體通過一塊氣體通過一塊塔塔板的壓降板的壓降 包括干

8、板壓降包括干板壓降 和穿過液層的壓降和穿過液層的壓降 兩部分。兩部分。 ldfhhh fhdhlh當塔板上局部清液高度當塔板上局部清液高度 大于大于 該處會漏液。該處會漏液。 塔板上因水力梯度塔板上因水力梯度 造成傾向性漏液。造成傾向性漏液。解決措施：解決措施：在塔板入口處留一條狹窄區域不開孔在塔板入口處留一條狹窄區域不開孔（入口安定區）。（入口安定區）。 塔板上因液層波動造成的漏液稱隨機性漏液。塔板上因液層波動造成的漏液稱隨機性漏液。解決措施：解決措施：增大氣速。增大氣速。chldhh (1)(1)點效率點效率反映氣液兩相接觸狀況。反映氣液兩相接觸狀況。1*1 nnnOGyyyyE(3) 工

9、程因素影響的表達不同的板效率的表達方式,反映了所包含的工程因素的不同.(2)(2)默弗里板效率默弗里板效率 包括點效率和板上非理包括點效率和板上非理想流動的影響。想流動的影響。1*1 nnnnmvyyyyE 精餾段操作線: 即表觀操作線(3)濕板效率濕板效率 Ea-包括默弗里板效率和板包括默弗里板效率和板 間的非理想流動的影響間的非理想流動的影響 DnV1nV1nDxxVeLVxeVy Dn1nnV1nxVDxVLxxey ( () )DnnnVnnxVDxVLxxeyY+ += =+ += =+ + + +111測定方法:全回流 Yn+1=xn, Yn=xn-1 nnnx)1(1x*y 1*

10、1 nnnaYyYYE(4)(4)全塔效率全塔效率 考慮了板效率與不同組成考慮了板效率與不同組成 的影響的影響全塔效率是板式塔分離性能的綜合度量。全塔效率是板式塔分離性能的綜合度量。Oconnell關聯圖ET= f (,)注意：注意：全塔效率以所需理論板數為基準；板全塔效率以所需理論板數為基準；板效率是單板理論增濃度為基準，兩者基準不效率是單板理論增濃度為基準，兩者基準不同。因此，即使塔內各板效率相等，全塔效同。因此，即使塔內各板效率相等，全塔效率在數值上也不等于板效率。率在數值上也不等于板效率。 NNETT 對策與手段對策與手段板式塔-傳質過程的工程目的手段: 板結構 調動有利的工程因素 抑

11、制不利的工程因素 (1)(1)結構參數結構參數 主要包括塔徑、板間距、堰高、堰長以及降主要包括塔徑、板間距、堰高、堰長以及降 液管尺寸。此外，還有開孔率和孔徑以及氣液管尺寸。此外，還有開孔率和孔徑以及氣 體進入液層的進氣裝置等。體進入液層的進氣裝置等。 合理選擇塔板的開孔率和孔徑造成合理選擇塔板的開孔率和孔徑造成 適應于物系性質的氣液接觸狀態適應于物系性質的氣液接觸狀態 設置傾斜的進氣裝置，使全部或部設置傾斜的進氣裝置，使全部或部 分氣流斜向進入液層分氣流斜向進入液層斜向進氣時，氣體將給液體以部分動量。斜向進氣時，氣體將給液體以部分動量。 消除液面落差，促成氣流的均布。消除液面落差，促成氣流的

12、均布。 在塔板邊緣處適當增加斜向進氣裝置的數在塔板邊緣處適當增加斜向進氣裝置的數 量，可使液體沿圓形塔板表面流動均勻。量，可使液體沿圓形塔板表面流動均勻。斜向進氣時造成的液滴具有傾斜的初速度，斜向進氣時造成的液滴具有傾斜的初速度， 其垂直分量較小，因而液沫夾帶量將有所其垂直分量較小，因而液沫夾帶量將有所 降。降。(2) (2) 操作參數和塔板的負荷性能圖操作參數和塔板的負荷性能圖 對一定物系和一定的塔結構，必相應有一個適對一定物系和一定的塔結構，必相應有一個適宜的氣液流量范圍。宜的氣液流量范圍。 氣體流量過小，將產生嚴重的漏液而使板效率氣體流量過小，將產生嚴重的漏液而使板效率急劇下降。急劇下降

13、。 氣體流量過大，或因嚴重的液沫夾帶而使板效氣體流量過大，或因嚴重的液沫夾帶而使板效率明顯降低，或因液泛而無法正常工作。率明顯降低，或因液泛而無法正常工作。 液量過小，板上液流嚴重不均而板效率急劇下液量過小，板上液流嚴重不均而板效率急劇下降。降。 液體流量過大，則板效率將因液面落差過大而液體流量過大，則板效率將因液面落差過大而下降，甚至出現液泛而無法操作。下降，甚至出現液泛而無法操作。 塔板的負荷性能圖塔板的負荷性能圖板式塔正常操作范圍與操作彈性的直觀表征 1 1線線過量液膜夾帶線過量液膜夾帶線 2 2線線漏夜線漏夜線 3 3線線溢流液泛線溢流液泛線 4 4線線液量下限線液量下限線 5 5線線

14、液量上限線液量上限線負荷性能圖與物性,流體力學條件,塔板結構等有關 操作彈性操作彈性=Vmax/Vmin *浮閥塔板浮閥塔板:20世紀50年代問世保留了泡罩塔板的優點,同時克服了其缺點,降低了板壓降,生產能力提高 *泡罩塔板泡罩塔板:19世紀初問世同時克服了其缺點,降低了板壓降,生產能力提高*篩孔塔板篩孔塔板:19世紀發明,20世紀初得以廣泛應用主要優點:結構簡單,成本低關鍵:克服漏液不漏液,有很大的操作彈性,但結構復雜,壓降大,生產能力小塔板型式塔板型式泡罩塔板泡罩塔板 -氣體通路是由升氣管和氣體通路是由升氣管和 泡罩構成泡罩構成優點：優點：氣體負荷很低時也不會發生嚴重漏液氣體負荷很低時也不

15、會發生嚴重漏液,操作操作 彈性大。彈性大。缺點：缺點：結構復雜，制造成本高，干板壓降大、液結構復雜，制造成本高，干板壓降大、液 泛氣速低、生產能力小。泛氣速低、生產能力小。浮閥塔板浮閥塔板 -設有浮動的蓋板設有浮動的蓋板(浮閥浮閥)優點：優點：浮閥可根據氣體的流量自行調節開度。浮閥可根據氣體的流量自行調節開度。 在低氣量時，避免了過多的漏液。在高在低氣量時，避免了過多的漏液。在高 氣量時，避免了過高的壓降。氣量時，避免了過高的壓降。缺點：缺點：結構仍嫌復雜，易于脫落結構仍嫌復雜，易于脫落篩孔塔板篩孔塔板 優點：優點：結構簡單，造價低廉。設計優良的篩板結構簡單，造價低廉。設計優良的篩板 壓降、效

16、率和生產能力等大體與浮閥塔壓降、效率和生產能力等大體與浮閥塔 板相當。板相當。缺點：缺點：設計要求高，否則操作彈性小，難以操設計要求高，否則操作彈性小，難以操 作。作。 舌形塔板舌形塔板優點：優點：高生產能力，液沫夾帶小。板上液層厚高生產能力，液沫夾帶小。板上液層厚 度和板壓降低。度和板壓降低。 缺點：缺點：當氣速較大時，板上液層太薄，會使效當氣速較大時，板上液層太薄，會使效 率顯著降低。當氣速很低時，易漏液。率顯著降低。當氣速很低時，易漏液。 10.2 填料塔填料塔 (1)(1)填料塔的主要結構填料塔的主要結構 塔體塔體 填料填料(2)(2)填料塔的附屬結構填料塔的附屬結構支承板支承板支承塔

17、內填料，又能讓氣液兩相順支承塔內填料，又能讓氣液兩相順 利通過的結構。利通過的結構。液體分布器液體分布器使液體初始分布均勻。使液體初始分布均勻。液體再分布器液體再分布器使向壁偏流的液體重新分布使向壁偏流的液體重新分布 均勻。均勻。除沫器除沫器用來捕獲由填料層頂部逸出氣體中用來捕獲由填料層頂部逸出氣體中 夾帶的液滴。夾帶的液滴。(2)(2)填料塔的附屬結構填料塔的附屬結構支承板支承板(2)(2)填料塔的附屬結構填料塔的附屬結構液體分布器液體分布器(3)(3)填料塔特性的評價填料塔特性的評價 比表面積比表面積a a 空隙率空隙率 填料的幾何形狀填料的幾何形狀 (4)(4)幾種常用的填料幾種常用的填

18、料 拉西環拉西環 鮑爾環鮑爾環 矩鞍形填料矩鞍形填料 階梯環填料階梯環填料 網體填料網體填料 規整填料規整填料10.2.2 10.2.2 氣液兩相在填料層內的流動氣液兩相在填料層內的流動(1)(1)液體成膜條件液體成膜條件(2)(2)填料塔內液膜表面的更新填料塔內液膜表面的更新 不規則填料表面有助于液膜的湍動不規則填料表面有助于液膜的湍動, , 有利有利 于物質傳遞。于物質傳遞。 同時可能存在某些液流所不及的死角。同時可能存在某些液流所不及的死角。 GSGLLS (3) (3)填料塔內液體分布填料塔內液體分布 一方面，亂堆填料具有一定分散一方面，亂堆填料具有一定分散 液體的能力。另一方面，液體

19、會液體的能力。另一方面，液體會 部分地在填料表面匯集成溝流。部分地在填料表面匯集成溝流。 液體經過一段填料高度后，會形液體經過一段填料高度后，會形 成一定液體的分布稱之為填料的成一定液體的分布稱之為填料的 特征分布。特征分布。(4)(4)填料塔中的持液量填料塔中的持液量 持液量：單位填充體積所具有的液體量持液量：單位填充體積所具有的液體量 ( )( )。 持液量與填料表面的液膜厚度有關。持液量與填料表面的液膜厚度有關。(5)(5)氣體在填料層內的流動氣體在填料層內的流動 氣體在干填料氣體在干填料(L=0)(L=0)層內的流動。層內的流動。 氣體在濕填料氣體在濕填料( )( )層內的流動。層內的

20、流動。 u u一定時一定時, ,增大，填料空隙減小，壓降增大。增大，填料空隙減小，壓降增大。 一定時一定時, u, u增大，填料空隙減小，壓降增大。增大，填料空隙減小，壓降增大。33/mm0 L(6)(6)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 載點：載點：氣液兩相流動的交互影響開始變氣液兩相流動的交互影響開始變 得比較顯著的點。得比較顯著的點。(7)(7)填料塔的液泛填料塔的液泛 泛點泛點: :開始出現液泛現象的點。開始出現液泛現象的點。自載點以后，氣液兩相交互作用強烈。氣量自載點以后，氣液兩相交互作用強烈。氣量增加，液膜將增厚，實際氣速將進一步增加；增加，液膜將增厚，實際

21、氣速將進一步增加；在泛點之前，每一個氣量對應一個膜厚，此在泛點之前，每一個氣量對應一個膜厚，此時，液膜可能很厚，但氣體仍保持為連續相。時，液膜可能很厚，但氣體仍保持為連續相。 當氣速增大至泛點時，出現了惡性的循環，當氣速增大至泛點時，出現了惡性的循環，塔內滯液量將迅速增加，最后，液相轉為連塔內滯液量將迅速增加，最后，液相轉為連續相，而氣體轉而成為分散相，傳質效果極續相，而氣體轉而成為分散相，傳質效果極差差 。 (8)(8)填料塔的操作范圍填料塔的操作范圍 A A區：區：u u較小，擴散傳質，較小，擴散傳質，HETPHETP大大 B B區：區：u u較小，液膜湍動促進傳質，較小，液膜湍動促進傳質，HETPHETP小小 C C區：區：u u很高，超過泛點，夾帶、返混很高，超過泛點，夾帶、返混 嚴重，嚴重，HETPHETP大大 最小噴淋密度：最小噴淋密度：