1、012345正常操作范圍Ls (m3/h)Vs (m3/h)1. 漏液線(氣相負荷下限線)2. 過量液沫夾帶線(氣相負荷上限線) 3. 液相負荷下限線 4. 液相負荷上限線 (降液管中液體停留時間不足線 )5. 液泛(淹塔)線 可以作出塔板正常工作的范圍圖適宜工作區圖 漏液線（氣相負荷下限線）漏液線（氣相負荷下限線）操作時防止塔板發生嚴重漏液現象所允許的最小氣體負荷。塔板漏液與閥孔氣速直接相關，故可用其大小作為判據。VVFu500VsNduNdV45420020式中， d0、N、V 均為已知數，故由此式求出的氣體負荷Vs 的下限在負荷性能圖（Vs-Ls圖）中為一水平線。0Ls (m3/h)Vs

2、 (m3/h)對 F1 型重閥取閥孔動能因子 F0=5 時的氣體負荷為操作的下限值：1若氣液負荷位于線1下方，表明漏液已使塔板效率大幅度下降過量液沫夾帶線（氣相負荷上限線）過量液沫夾帶線（氣相負荷上限線）控制液沫夾帶量 ev 不大于最大允許值的氣體負荷上限。一般根據ev=0.1（kg液體/kg氣體），代入計算液沫夾帶量的公式或圖表，求出不同液體負荷Ls下相應的蒸氣負荷Vs，將所得的 Vs-Ls 關系式作圖而得。此線與橫軸并不完全平行，可見發生液沫夾帶現象與液相負荷 Ls 也有一定關系，但主要取決于氣體負荷。 0Ls (m3/h)Vs (m3/h)12氣液負荷位于該線上方，表示液沫夾帶過量，已不

3、宜采用 液相負荷下限線液相負荷下限線此線為保證塔板上液體流動時能均勻分布所需的最小液量。對平頂直堰，一般要求堰上液面高度 h1 2 mm ,帶入相應的公式計算出相應的最小液體負荷。此線為一垂直線。0Ls (m3/h)Vs (m3/h)3液量小于該下限，板上液體流動嚴重不均勻而導致板效率急劇下降 323110842/.wlLkh若液量超過此上限，液體在降液管內停留時間過短，液流中的氣泡夾帶現象大量發生，以致出現溢流液泛 ddsAHL 也稱氣泡夾帶線，由液體在降液管中所需的最小停留時間決定液相負荷上限線不易起泡的物系：3s易起泡物系：5s為一垂直線0Ls (m3/h)Vs (m3/h)4由上述 5

4、 條線所包圍的區域即一定物系在一定結構尺寸的塔板上的正常操作區。在此區域內，氣、液兩相流率的變化對塔板效率的影響不大。01234Ls (m3/h)Vs (m3/h)液泛線液泛線根據對降液管中液面高度的限制條件（下式），計算在不同液體負荷下Ls相應的蒸氣負荷Vs)(.(wTfwLdhHhhhgpH60401對于一定氣液比的操作過程，Vs/Ls 為一定值，故塔板的操作線在圖上為以 Vs/Ls 為斜率過原點 o 的直線。在適宜工作區圖上做出反映主要工藝操作條件的操作線,這種圖稱為塔板的負荷性能圖 5OP012345Ls (m3/h)Vs (m3/h)操作彈性操作彈性塔板的操作彈性：上、下操作極限點的

5、氣體流量之比。對一定結構尺寸的塔板，采用不同氣液比時控制塔的操作彈性與生產能力的因素均可能不同。塔板的設計點應落在負荷性能圖的適中位置，使塔具有相當的抗負荷波動的能力，保證塔的良好穩定操作。OP 線（高氣液比）：上限 a（過量液沫夾帶）下限 a（液相負荷下限）OPOPOPaabbccOP 線（較高氣液比）：上限 b（液泛）下限 b（漏液）OP 線（低氣液比）：上限 c（液相負荷上限）下限 c（漏液）第二節填料塔一、填料塔的結構及其操作原理塔體：一般取為圓筒形，可由金屬、塑料或陶瓷制成，金屬筒體內壁常襯以防腐材料。 填料：大致可分為散裝填料和規整填料兩大類，是傳熱和傳質的場所。塔內件：包括填料支

6、承與壓緊裝置、液體與氣體分布器、液體再分布器以及氣體除沫器等。操作原理：液體經塔頂噴淋裝置均勻分布于填料上，依靠重力作用沿填料表面自上而下流動，并與在壓強差推動下穿過填料空隙的氣體相互接觸，發生傳熱和傳質。 液體入口塔體液體分布器填料液體再分布器填料支承板氣體出口氣體入口液體出口二、填料種類及其特性填料是填料塔的核心，填料表面是氣液兩相接觸進行質、熱傳遞的場所。1、填料種類 對填料的基本要求：（1）單位體積的表面積要大；（2）堆積密度小，材質強度高，不易破碎；（3）液體易于均勻分布；（4）填料層的空隙度大，氣體流動的壓力降小；（5）填料表面易被液體潤濕；（6）填料的幾何形狀不易使填料堆積中相互

7、重疊，而使一部分填料表面積失去作用；（7）價格便宜，制造簡便。填料分為兩大類：個體（散裝）填料與規整填料。常見個體填料的形狀可分為三種類型短管形填料：拉西環優點：易于制造，價格低廉，且對它的研究較為充分，所以在過去較長的時間內得到了廣泛的應用。缺點：高徑比大，堆積時填料間易形成線接觸，故液體常存在嚴重的溝流和壁流現象。且拉西環填料的內表面潤濕率較低，因而傳質效率也不高。是最早使用的一種填料，為高徑比相等的陶瓷或金屬等材料制成的空心圓環。在拉西環基礎上衍生了環、十字環及螺旋環等，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。(1)拉西環填料(2)(2)鮑爾環填料鮑爾環填料在環的側壁上開

8、一層或兩層長方形小孔，小孔的母材并不脫離側壁而是形成向內彎的葉片。上下兩層長方形小孔位置交錯。鮑爾環填料的優良性能使它一直為工業所重視，應用十分廣泛。同尺寸的鮑爾環與拉西環雖有相同的比表面積和空隙率，但鮑爾環在其側壁上的小孔可供氣液流通，使環的內壁面得以充分利用。比之拉西環，鮑爾環不僅具有較大的生產能力和較低的壓降，且分離效率較高，溝流現象也大大降低。鮑爾環這樣的結構使得階梯環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10%，壓降則可降低25%，且由于填料間呈多點接觸，床層均勻，較好地避免了溝流現象。(3)(3)階梯環填料階梯環填料階梯環填料的結構與鮑爾環填料相似，環壁上開有長方形

9、小孔，環內有向內彎的葉片，環的高度為直徑的一半，環的一端成喇叭口形狀的翻邊。階梯環一般由塑料和金屬制成，由于其性能優于其它側壁上開孔的填料，因此獲得廣泛的應用。階梯環鞍形填料： 一種表面全部展開的具有馬鞍形狀的瓷質型填料 (馬鞍填料)。弧鞍填料在塔內呈相互搭接狀態，形成弧形氣體通道，優點：空隙率高，氣體阻力小，液體分布性能較好，填料性能優于拉西環。矩鞍填料的兩端為矩形，且填料兩面大小不等。克服了弧鞍填料相互重疊的缺點，填料的均勻性得到改善。液體分布均勻，氣液傳質速率得到提高。瓷矩鞍填料是目前采用最多的一種瓷質填料。缺點：相鄰填料易相互套疊，使填料有效表面降低，從而影響傳質速率。弧鞍形和矩鞍形填

10、料弧鞍形和矩鞍形填料短管形與鞍形填料的結合型填料： 有環形與鞍形的結構特點，生產能力大、壓降低、液體分布性能好、傳質速率高及操作彈性大，在減壓蒸餾中其優勢更為顯著。金屬環矩鞍規整填料規整填料規整填料一般由波紋狀的金屬網絲或多孔板重疊而成。使用時根據填料塔的結構尺寸，疊成圓筒形整塊放入塔內或分塊拼成圓筒形在塔內砌裝。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，因此規整填料幾乎無放大效應，通常具有很高的傳質效率。缺點：造價較高，易堵塞難清洗，因此工業上一般用于較難分離或分離要求很高的情況。 6400金屬板波紋規整填料 300脈沖規整填料各種陶瓷規整填料填

11、料的流體力學和傳質性能與填料的材質、大小和幾何形狀緊密相關，材質一定時，表征填料特性的參數主要有：比表面積 a：單位體積填料層所具有的表面積(m2/m3)。被液體潤濕的填料表面就是氣液兩相的接觸面。大的 a 和良好的潤濕性能有利于傳質速率的提高。對同種填料，填料尺寸越小，a 越大，但氣體流動的阻力也要增加。空隙率 ：單位體積填料層所具有的空隙體積(m3/m3)。代表的是氣液兩相流動的通道， 大，氣、液通過的能力大，氣體流動的阻力小。 = 0.450.95。當氣體以一定流量通過填料層時，按塔橫截面積計的氣速u稱為“空塔氣速”(簡稱空速)，而氣體在填料層孔隙內流動的真正氣速為u1。二者關系為：u1

12、=u/ 。填料特性參數填料因子：填料比表面積與空隙率三次方的比值(1/m)，a/3，表示填料的流體力學性能，值越小，流動阻力越小。有干填料因子與濕填料因子之分。堆積密度 p ：單位體積填料的質量(kg/m3)。對同一種填料，堆積密度由填料尺寸及堆積方式決定。在機械強度允許的條件下，填料壁要盡量薄，以減小填料的堆積密度，從而既可降低成本又可增加空隙率。機械強度大，化學穩定性好以及價格低廉等也是優良填料應盡量兼有的性質。注意：一些難以定量表達的因素(幾何形狀)對填料的流體力學和傳質性能也有重要的影響。新型填料的開發一般是改進填料幾何形狀使之更為合理，從而獲得高的填料效率。 三、填料塔的水力特性在逆

13、流操作的填料塔中，液體依靠重力在填料表面成膜狀向下流動，上升氣體與下降液膜的摩擦阻力形成了填料層的壓降。填料層壓降與液體噴淋量及氣速有關，將不同噴淋量下單位填料層的壓降p與空塔氣速u的關系標繪在對數坐標紙上，可得到如圖所示的曲線簇。載液區高液量低液量CCBBAAL=0L1L2lg ulg p載點氣速液泛氣速L=0：氣體通過干填料層的壓降 p 與空塔氣速 u 的關系在雙對數坐標上為直線，斜率 1.92.0載液區高液量低液量CCBBAAL=0L1L2lg ulg p載點氣速液泛氣速有一定持液量時，pu 將不再為簡單的直線關系(噴淋密度為L1、L2曲線)，且存在兩個較明顯的轉折點。原因：噴淋液體在填

14、料上形成液膜，占據部分空隙，減小了氣體的流通截面，對相同空塔氣速壓降升高。氣速較低時，氣液相間相互影響小，在一定的液體噴淋密度下，填料持液量與氣速無關，氣體壓降與氣速的關系為直線且基本與 L=0 的直線平行。載點(B)后，持液量，氣液相互作用，相界面積，湍動增強，傳質過程，填料效率 (HETP )；在此階段，液流雖遇到阻礙，但液體仍可沿填料表面流下，未發生液體停滯或積液現象。 載液區高液量低液量CCBBAAL=0L1L2lg ulg p載點氣速液泛氣速在C點，液膜增厚幾乎封閉周圍的氣體通道，塔內的部分區域發生“轉相”，即液相變為連續相，氣相成為分散相。若氣速再稍增大，氣體對液體的曳力迅速增加，

15、這時，因塔頂不斷進液，塔內液體又不能暢流而下，塔內積液，液位不斷上升，最終使塔的正常操作受到破壞。這種狀況即為“液泛” 。一般把對應于液泛開始狀況的空塔氣速叫做液泛氣速，簡稱“泛速”，圖中C點對應的空速即為泛速。一般認為正常操作的空速應在載點氣速之上，在泛點氣速的0.8倍之下。 四、填料塔的設計指標1、填料尺寸：要求D/d8uVD4體積流量V一般由精餾或吸收過程的工藝計算數據定出，通常沿塔高是變化的，設計時，一般取最大值。氣速u一般取泛點氣速的0.5至0.8倍速。一般填料塔的操作氣速大致在0.21.0m/s。2、塔徑的決定：按公式按上式算出的塔徑，應按壓力容器公稱直徑進行圓整，如圓整為600、

16、800、1000、1200 mm 等。取決于所需的填料層高度及塔內附屬構件所需的高度。附屬構件(如氣液分布裝置，除沫器及液體再分布器等)的高度要由所選的類型和計算的尺寸來確定。填料層的高度通常采用傳質單元法 (第9章吸收計算) 或等板高度法進行計算。等板高度(HETP)：與一層理論塔板的分離效果相當的填料層高度。等板高度的大小，表明填料效率的高低。等板高度一般由實驗測定，或取生產設備的經驗數據。若完成分離任務所需的理論板數為 N，則填料層高度 Z 為HETPNZ3、塔高常用公式VLGp210)(式中，p填料層的壓力降，mm水柱/m填料；G氣體的質量速度，kg/m2s； L液體的質量速度，kg/

17、m2s； V氣體的密度，kg/m3； ，常數，對不同填料有不同的取值。4、填料層的壓降五、填料塔的附屬結構主要包括：填料支承裝置、液體分布及再分布裝置、氣體進口分布裝置及出口除沫裝置等。1、填料支承板用以支承填料的部件。它應具有：(1) 足夠的機械強度以承受設計載荷量，支承板的設計載荷主要包括填料的重量和液泛狀態下持液的重量。(2) 足夠的自由面積以確保氣、液兩相順利通過。總開孔面積應盡可能不小于填料層的自由截面積。開孔率過小可導致液泛提前發生。一般開孔率在 70% 以上。常用的支承板有柵板、升氣管式和氣體噴射式等類型。柵板：優點是結構簡單，造價低；缺點是柵板間的開孔容易被散裝填料擋住，使有效

18、開孔面積減小。升氣管式：具有氣、液兩相分流而行和開孔面積大的特點。氣體由升氣管側面的狹縫進入填料層。 氣體噴射式 ：具有氣、液兩相分流而行和開孔面積大的特點。氣體由波形的側面開孔噴射入填料層。 床層限位圈和填料壓板：床層限位圈和填料壓板：填料壓緊和限位裝置安裝在填料層頂部，用于阻止填料的流化和松動，前者為直接壓在填料之上的填料壓圈或壓板，后者為固定于塔壁的填料限位圈。規整填料一般不會發生流化，但在大塔中，分塊組裝的填料會移動，因此也必需安裝由平行扁鋼構造的填料限制圈。2、液體分布器 作用：將液體均勻分布于填料層頂部。液體初始分布質量將直接影響到液體在整個填料層的分布，從而影響填料塔的分離效率和

19、操作彈性，因此液體分布器是填料塔的一個極為重要的內部構件。蓮蓬頭分布器：噴頭的下部為半球形多孔板，噴頭直徑為塔徑的1/31/5，一般用于直徑在0.6m以下的塔中。它的主要缺點是噴灑孔易堵塞，且氣量較大時液沫夾帶量大。 壓力型多孔管式分布器：有環形和梯形兩種。優點：結構簡單、造價低、易于支承。缺點：也存在小孔易堵塞的問題，故被噴淋的液體不能有固體顆粒或懸浮物。 優點：抗堵、抗腐蝕能力強，操作可靠，可處理含固體的物料，操作彈性和處理量較大。缺點：分布質量極易受液面的波動和分布器水平度的影響，故通常必須裝有水平調節裝置。 槽式溢流分布器：液體從通常為V字形的溢流口中溢出。一般適用于直徑大于 1.0 m 的填料塔中。3、液體再分布器、液體再分布器隨液體流經的填料層厚度的增加，偏流程度增加，液體的大尺度不良分布就越嚴重。解決方法：每隔一定高度設置一液體再分布器。偏流效應越嚴重，設置液體再分布器的填料間隔應越小，如拉西環每段填料高度一般約為塔徑的 3 倍，而鮑爾環和鞍形填料可分為塔徑的 510 倍。再分布器的形式：有盤式、槽式及截錐式等。盤式液體再分布器截錐式再分布器4、氣體分布器、氣體分布器對于直徑小于3000塔，可采用單管底部雙排孔分布器。不僅氣體分布均勻、阻力小，而且結構簡單、造價低。超