化工原理-第10章-气液传质设备 知识要点 用于蒸馏和吸收塔的塔器分别称为蒸馏塔和吸收(解吸)塔。通称气液传质设备。本章应重点掌握板式塔和填料塔的基本结构、流体力学与传质特性（包括板式塔的负荷性能图)。 1. 概述 高径比很大的设备叫塔器。 蒸馏与吸收作为分离过程，基于不同的物理化学原理，但其均属于气液两相间的传质过程，有共同的特点可在同样的设备中进行操作。 (1) 塔设备设计的基本原则 ① 使气液两相充分接触，以提供尽可能大的传质面积和传质系数，接触后两相又能及时完善分离。 ② 在塔气液两相最大限度地接近逆流，以提供最大的传质推动力。 (2) 气液传质设备的分类 ① 按结构分为板式塔和填料塔 ② 按气液接触情况分为逐级式与微分式 通常板式塔为逐级接触式塔器，填料塔为微分接触式塔器。 2. 板式塔 (1) 板式塔的设计意图：总体上使两相呈逆流流动，每一块塔板上呈均匀的错流接触。 (2) 筛孔塔板的构造 ① 筛孔——塔板上的气体通道，筛孔直径通常为3~8mm 。 ② 溢流堰——为保证塔板上有液体。 ③ 降液管——液体自上层塔板流至下层塔板的通道。 (3) 筛板上的气液接触状态 筛板上的气液接触状态有鼓泡接触、泡沫接触、喷射接触，比较见表10-1。 表10-1 气液接触状态比较 项 目 鼓泡接触状态 泡沫接触状态 喷射接触状态 孔速 很低 较高 高 两相接触面 气泡表面 液膜 液滴外表面 两相接触量 少 多 多 传质阻力 较大 小 小 传质效率 低 高 高 连续相 液体 液体 气体 分散相 气体 气体 液体 适用物系 重 轻σσ< (正系统) 重 轻σσ> (负系统) 工业上经常采用的两种接触状态是泡沫接触与喷射接触。由泡沫状态转为喷射状态的临界点称为转相点。 (4) 气体通过塔板的压降 包括塔板本身的干板阻力(即板上各部件所造成的局部阻力)、气体克服板上充气液层的静压力所产生的压力降、气体克服液体表面力所产生的压力降(一般较小，可忽略
第一节板式塔 一、板式塔的主要类型与结构 1、概述 板式塔是一种应用极为广泛的气液传质设备，它由一个通常呈圆柱形的壳体及其中按一定间距水平设置的若干塔板所组成。如图11-1所示，板式塔正常工作时，液体在重力作用下自上而下通过各层塔板后由塔底排出；气体在压差推动下，经均布在塔板上的开孔由下而上穿过各层塔板后由塔顶排出，在每块塔板上皆贮有一定的液体，气体穿过板上液层时，两相接触进行传质。 为有效地实现气液两相之间的传质，板式塔应具有以下两方面的功能： ①在每块塔板上气液两相必须保持密切而充分的接触，为传质过程提供足够大而且不断更新的相际接触表面，减小传质阻力； ②在塔内应尽量使气液两相呈逆流流动，以提供最大的传质推动力。 由吸收章可知，当气液两相进、出塔设备的浓度一定时，两相逆流接触时的平均传质推动力最大。在板式塔内，各块塔板正是按两相逆流的原则组合起来的。但是，在每块塔板上，由于气液两相的剧烈搅动，是不可能达到充分的逆流流动的。为获得尽可能大的传质推动力，目前在塔板设计中只能采用错流流动的方式，即液体横向流过塔板，而气体垂直穿过液层。 由此可见，除保证气液两相在塔板上有充分的接触之外，板式塔的设计意图是，在塔内造成一个对传质过程最有利的理想流动条件，即在总体上使两相呈逆流流动，而在每一块塔板上两相呈均匀的错流接触。 2、板式塔的类型 按照塔内气液流动的方式，可将塔板分为错流塔板与逆流塔板两类。 ①错流塔板 塔内气液两相成错流流动，即流体横向流过塔板，而气体垂直穿过液层，但对整个塔来说，两相基本上成逆流流动。错流塔板降液管的设置方式及堰高可以控制板上液体流径与液层厚度，以期获得较高的效率。但是降液管占去一部分塔板面积，影响塔的生产能力；而且，流体横过塔板时要克服各种阻力，因而使板上液层出现位差，此位差称之为液面落差。液面落差大时，能引起板上气体分布
化工原理-第10章-气液传质设备 知识要点 用于蒸馏和吸收塔的塔器分别称为蒸馏塔和吸收(解吸)塔。通称气液传质设备。本章应重点掌握板式塔和填料塔的基本结构、流体力学与传质特性（包括板式塔的负荷性能图)。 1. 概述 高径比很大的设备叫塔器。 蒸馏与吸收作为分离过程，基于不同的物理化学原理，但其均属于气液两相间的传质过程，有共同的特点可在同样的设备中进行操作。 (1) 塔设备设计的基本原则 ① 使气液两相充分接触，以提供尽可能大的传质面积和传质系数，接触后两相又能及时完善分离。 ② 在塔气液两相最大限度地接近逆流，以提供最大的传质推动力。 (2) 气液传质设备的分类 ① 按结构分为板式塔和填料塔 ② 按气液接触情况分为逐级式与微分式 通常板式塔为逐级接触式塔器，填料塔为微分接触式塔器。 2. 板式塔 (1) 板式塔的设计意图：总体上使两相呈逆流流动，每一块塔板上呈均匀的错流接触。 (2) 筛孔塔板的构造 ① 筛孔——塔板上的气体通道，筛孔直径通常为3~8mm 。 ② 溢流堰——为保证塔板上有液体。 ③ 降液管——液体自上层塔板流至下层塔板的通道。 (3) 筛板上的气液接触状态 筛板上的气液接触状态有鼓泡接触、泡沫接触、喷射接触，比较见表10-1。 表10-1 气液接触状态比较 项 目 鼓泡接触状态 泡沫接触状态 喷射接触状态 孔速 很低 较高 高 两相接触面 气泡表面 液膜 液滴外表面 两相接触量 少 多 多 传质阻力 较大 小 小 传质效率 低 高 高 连续相 液体 液体 气体 分散相 气体 气体 液体 适用物系 重 轻σσ< (正系统) 重 轻σσ> (负系统) 工业上经常采用的两种接触状态是泡沫接触与喷射接触。由泡沫状态转为喷射状态的临界点称为转相点。 (4) 气体通过塔板的压降 包括塔板本身的干板阻力(即板上各部件所造成的局部阻力)、气体克服板上充气液层的静压力所产生的压力降、气体克服液体表面力所产生的压力降(一般较小，可忽略
第九章汽液传质设备 本章学习要求 1．熟练掌握的内容 板式塔内气液流动方式；板式塔塔板上气液两相非理想流动；板式塔的不正常操作，全塔效率和单板效率；板式塔塔高和塔径的计算；填料塔内流体力学特性；气体通过填料层的压降；泛点气速的计算；填料塔塔径的计算。 2．理解的内容 板式塔的主要类型与结构特点，板式塔塔板上气液两相接触状况；筛板塔溢流装置的设计及踏板板面布置；筛板塔塔板校核；筛板塔负荷性能图的绘制及其作用；填料塔的结构；填料及其特性。 3．了解的内容 气液传质设备类型与基本要求；填料塔的附件；板式塔与填料塔的比较。 * * * * * * * * * * * * §9.1 气液传质设备类型与基本要求 塔设备是化工、石油等工业中广泛使用的重要生产设备。塔设备的基本功能在于提供气、液两相以充分接触的机会，使质、热两种传递过程能够迅速有效地进行；还要能使接触之后的气、液两相及时分开，互不夹带。因此，蒸馏和吸收操作可在同样的设备中进行。 根据塔内气液接触部件的结构型式，塔设备可分为板式塔与填料塔两大类。 板式塔内沿塔高装有若干层塔板(或称塔盘)，液体靠重力作用由顶部逐板流向塔底，并在各块板面上形成流动的液层；气体则靠压强差推动，由塔底向上依次穿过各塔板上的液层而流向塔顶。气、液两相在塔内进行逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。 填料塔内装有各种形式的固体填充物，即填料。液相由塔顶喷淋装置分布于填料层上，靠重力作用沿填料表面流下；气相则在压强差推动下穿过填料的间隙，由塔的一端流向另一端。气、液在填料的润湿表面上进行接触，其组成沿塔高连续地变化。 目前在工业生产中，当处理量大时多采用板式塔，而当处理量较小时多采用填料塔。蒸馏操作的规模往往较大，所需塔径常达一米以上，故采用板式塔较多；吸收操作的规模一般较小，故采用填料塔较多。 气液传质设备的性能通常由以下几个要素表示： 1．塔设备的生产能力或通过能力：指单位时间单位塔截面积上的处理量或气液流量。
单项选择题(每题2分,共30题) 成绩查询 第十章气液传质设备 1. 填料吸收塔空塔的速度应_______液泛速度。 A：大于 B：小于 C：等于 D：- 2. 对吸收操作影响较大的填料特性是_______。 A：比表面积和空隙率 B：机械强度 C：对气体阻力要小 D：几何尺寸 3. 选择吸收设备时，综合考虑吸收率大，阻力小，稳定性好，结构简单，造价小，一般应选_______。 A：填料吸收塔 B：板式吸收塔 C：喷淋吸收塔 D：其他传质设备 4. 气液两相在塔板上有四种接触状态，从减小雾沫夹带考虑，大多数塔操作控制在_______下操作。 A：鼓泡接触状态 B：蜂窝接触状态 C：泡沫接触状态 D：喷射接触状态 5. 筛板塔、泡罩塔、浮阀塔相比较，操作弹性最大的是_______。 A：筛板塔 B：浮阀塔 C：泡罩塔 D：基本相当 6. 筛板塔、泡罩塔、浮阀塔相比较，造价最便宜的是_______。 A：筛板塔 B：浮阀塔 C：泡罩塔 D：基本相当 7. 筛板塔、泡罩塔、浮阀塔相比较，单板压力降最小的是_______。 A：筛板塔 B：浮阀塔 C：泡罩塔 D：基本相当 8. 板式塔塔板的漏液与_______无关。 A：空塔气速 B：液体流量 C：板间距 D：板上液面落差塔 9. _______对板式塔塔板的液沫夹带量影响不大。 A：板上液面落差塔 B：空塔气速
C：液体流量 D：板间距 10. 板式塔塔板的液泛与下列因素有关：①空塔气速；②液体流量；③溢流堰的堰高；④板间距 A：①、②对 B：②、③对 C：①、②、③对 D：①、②、③、④对 11. 下述说法中错误的是_______。 A：板式塔内气液逐级接触，填料塔内气液连续接触； B：精馏用板式塔，吸收用填料塔； C：精馏既可以用板式塔，也可以用填料塔； D：吸收既可以用板式塔，也可以用填料塔。 12. 指出下列_______参数不属于筛板精馏塔的塔板参数。 A：HT（板间距） B：Af（降液管面积） C：u0（孔速） D：hw（堰高） 13. 下列判断不正确的是_______。 A：HT减小，雾沫夹带线下移； B：HT减小，雾沫夹带线上移； C：Af下降，液相上限线左移； D：Af下降，液泛线左下移； 14. 下列哪些判断错误的是_______。 A：上升气速过大引起漏液 B：上升气速过大造成过量雾沫夹带 C：上升气速过大引起液泛 D：上升气速过大使板效率降低 15. 当气体量一定时，判断错误的是_______。
第十章气液传质设备 1. 填料吸收塔空塔的速度应_______液泛速度。 A：大于B：小于C：等于D：- 2. 对吸收操作影响较大的填料特性是_______。 A：比表面积和空隙率B：机械强度C：对气体阻力要小D：几何尺寸 3. 选择吸收设备时，综合考虑吸收率大，阻力小，稳定性好，结构简单，造价小，一般应选_______。 A：填料吸收塔B：板式吸收塔C：喷淋吸收塔D：其他传质设备 4. 气液两相在塔板上有四种接触状态，从减小雾沫夹带考虑，大多数塔操作控制在_______下操作。 A：鼓泡接触状态B：蜂窝接触状态C：泡沫接触状态D：喷射接触状态 5. 筛板塔、泡罩塔、浮阀塔相比较，操作弹性最大的是_______。 A：筛板塔B：浮阀塔C：泡罩塔D：基本相当 6. 筛板塔、泡罩塔、浮阀塔相比较，造价最便宜的是_______。 A：筛板塔B：浮阀塔C：泡罩塔D：基本相当 7. 筛板塔、泡罩塔、浮阀塔相比较，单板压力降最小的是_______。 A：筛板塔B：浮阀塔C：泡罩塔D：基本相当 8. 板式塔塔板的漏液与_______无关。 A：空塔气速B：液体流量C：板间距D：板上液面落差塔 9. _______对板式塔塔板的液沫夹带量影响不大。 A：板上液面落差塔B：空塔气速C：液体流量D：板间距 10. 板式塔塔板的液泛与下列因素有关：①空塔气速；②液体流量；③溢流堰的堰高； ④板间距 A：①、②对B：②、③对C：①、②、③对D：①、②、③、④对 11. 下述说法中错误的是_______。 A：板式塔内气液逐级接触，填料塔内气液连续接触B：精馏用板式塔，吸收用填料塔；C：精馏既可以用板式塔，也可以用填料塔；D：吸收既可以用板式塔，也可以用填料塔。 12. 指出下列_______参数不属于筛板精馏塔的塔板参数。 A：HT（板间距）B：Af（降液管面积）C：u0（孔速）D：hw（堰高） 13. 下列判断不正确的是_______。 A：HT减小，雾沫夹带线下移；B：HT减小，雾沫夹带线上移； C：Af下降，液相上限线左移；D：Af下降，液泛线左下移； 14. 下列哪些判断错误的是_______。 A：上升气速过大引起漏液B：上升气速过大造成过量雾沫夹带 C：上升气速过大引起液泛D：上升气速过大使板效率降低 15. 当气体量一定时，判断错误的是_______。 A：液体量过大引起漏液；B：液体量过大引起气泡夹带； C：液体量过大引起雾沫夹带；D：液体量过大引起液泛； 16. 下列塔板类型属于喷射型塔板的为_______。 A：浮阀塔板B：筛板塔板C：泡罩塔板D：垂直筛板塔板 17. 下列操作状况属于非正常操作的是_______。 A：非均匀流动B：雾沫夹带C：液泛D：气泡夹带 18. 反映全塔平均传质效果的是_______。
第十章 气液传质设备一、思考题 1. 筛板上的气液接触状态有哪些？2. 总阻力损失包括哪几部分？在高、低不同气速下，各部分所占比例如何？3. 筛板塔内气液两相的非理想流动有哪些？4. 板式塔的不正常操作有哪些？5. 什么是点效率，什么是默佛里板效率？两者的主要区别是什么？6. 为什么默佛里板效率有可能大于100%？7. 什么是湿板效率？它与默佛里板效率有何不同？8. 湿板效率和默佛里板效率反映了相同的实际意义，对吗？9.若板式塔内各板的板效率相等，全塔效率在数值上也不等于板效率，对吗？ 10.塔板负荷性能图由哪几条线组成？ 11.整砌填料和乱堆填料何者有均布液体的能力？何者存在偏流现象？何者需分层安装？何者要求有严格 的液体预分布器？ 12.塔板的操作弹性是如何定义的？ 13.填料塔在液泛点处，气体的液沫夹带和液体返混现象严重，传质效果差，无法维持操作，对吗？ 14.什么是填料塔的液泛点和载点？ 15.填料塔内气液两相有效接触面积是指被液体润湿的填料的表面积，对吗? 二、计算题 1、在填料（乱堆）25m m ×25m m ×2m m 瓷质拉西环的填料塔中，欲用清水吸收空气与丙酮混合气中的丙酮，混合气的体积流量为800m 3/h ，丙酮含量为5％（体积百分比）。如果吸收在1at m 、30℃下操作，液体质量流量与气体质量流量的比为2.34，设计气速可取为泛点气速的60％，问完成任务所需要的填料塔塔径为多少？在实际气速下每米填料层的压降又是多少？ 2、在一年产9000t 94%（质量分率，下同）乙醇的常压精馏塔，进料为35%的酒精溶液，泡点进料与回流，此塔选用筛板塔，塔釜x w <1%，冷却器进口水温为20﹑，冷凝器出口水温为50﹑试设计和计算以下项目： （1）塔板数与塔高； （2）塔径和板间距； （3）堰和降液管； （4）塔板布置； （5）板压降； （6）负荷性能图校核。 计算所需要的数据如下查《化工原理》教材后附表。 3、在连续操作的板式精馏塔中分离苯\甲苯混合液，在全回流条件下测得相邻板上液体组成分别为0.28，0.41和0.57。试求三层板中下面两层的单板效率。 在操作条件下苯----甲苯的平衡数据如下： x 0.260.380.51y 0.450.600.72 页码，1/1第十章2012/10/9ht t p://j pkc.nw https://www.doczj.com/doc/a912059420.html,/hgyl /C our s e/C ont ent /N 71/200507200045.ht m
填料精馏塔 一、填料塔工艺设计内容 1. 塔填料的选择； 2. 塔径的计算； 3. 填料层高度计算； 4. 液体分布器和再分布器的设计； 5. 气体分布装置的设计； 6. 填料支撑装置的设计； 7. 塔底空间与塔顶空间的设计； 8. 填料塔的流体力学参数核算。 二、工艺设计详细介绍 1. 塔填料选择 须知： 相对处理能力：拉西环<矩鞍<鲍尔环<阶梯环<环鞍(填料尺寸相同，压降相同) 对于规整填料，分离能力：丝网类填料>板波纹类填料，板波纹填料较丝网类有较大的处理量和较小的压降。250Y ——250指的是填料的比表面积，Y 指的是波纹倾角为45o ,X Y 指的是波纹倾角为30o 填料选择的三步骤：选材质→选类型→选尺寸（径比应保持不低于某一下限值，以防止产生较大的壁效应，造成塔的分离效率下降。） 选尺寸说明：填料尺寸大，成本低，处理量大，但效率低。一般大塔常使用50mm 的填料。 塔径/mm 填料尺寸/mm D<300 20~25 300
20.20.250.125f 3 u log[] 1.75()() G G L L L V L W A g W ρραμερρ=- ---规整填料 a. Bain-Hougen 泛点关联式 20.20.250.125f 3u log[] 1.75()() G G L L L V L W A g W ρραμερρ=- 250Y 金属板波纹填料:A=0.297，CY 型丝网填料:A=0.30 b. 泛点压降法 Kister and Gill 等压降曲线（匡国柱.化工单元过程与设备课程设计.北京：化学工业出版社.2002,264-265） 泛点压降与填料因子间的关系：0.7/40.9p Z Fp ?= Pa/m; Fp —填料因子 等压降曲线: 0.50.50.50.05 p u ( )() Y=() F ()0.277G G L V L L G W X W ρρμρρρρ =- (2) 气相负荷因子法——用于规整填料塔的计算 0.5max [/()]f G L G C u ρρρ=- (0.75~0.8) f u u = 校核： ---散装填料： a. 径比D/dp 避免壁效应对传质的影响 b. 泛点率u/uf ∈(0.5~0.8) 保证塔在操作中不发生液泛 c ．喷淋密度>最小喷淋密度 保证填料充分润湿 d. 每米填料层压降 为使填料塔性能良好的工况下操作，每米填料层的压降不能太大，一般正常压降/147~490 Pa p Z ?=,真空操作下/78.45 Pa p Z ?≤ ---规整填料 注意：计算出塔径后一定要按压力容器标准圆整塔径。 3.填料层高度计算 ---传质单元数法 填料层高度=传质单元数×传质单元高度 传质单元高度计算方法 a. 恩田关联式 b. Bolles and Fair 传质单元高度关联式 该关联式所得计算结果有时不太满意，要 慎重。 c. 注意：由于恩田关联式有±20%的误差，Z 实取（1.2~1.5）Z 计 ---理论板当量高度(HETP)法 理论板当量高度的值与填料塔内的物系性质、气液流动状态、填料的特性等多种因素有关，一般源于实测数据或由经验关联式进行估算。在实际设计缺乏可靠数据时，也可取文献（匡国柱.化工单元过程与设备课程设计.北京：化学工业出版社.2002,264-265）