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第十章气液传质设备10.1教学基本要求：(4学时)气液传质过程对塔设备的要求。
板式塔板上的气液接触状态；塔内非理想流动及其改善；漏液、液泛及有效操作范围(负荷性能图)。
填料塔常用填料及其特性；气液两相在填料塔内的流动、压降、最小喷淋密度和液泛现象；填料的等板高度。
10.2基本概念：板式塔的设计意图①气液两相在塔板上充分接触，②总体上气液逆流，提供最大推动力。
对传质过程最有利的理想流动条件总体两相逆流，每块板上均匀错流。
三种气液接触状态鼓泡状态：气量低，气泡数量少，液层清晰。
泡沫状态：气量较大，液体大部分以液膜形式存在于气泡之间，但仍为连续相。
喷射状态：气量很大，液体以液滴形式存在，气相为连续相。
转相点由泡沫状态转为喷射状态的临界点。
板式塔内主要的非理想流动液沫夹带、气泡夹带、气体的不均匀流动、液体的不均匀流动。
板式塔的不正常操作现象夹带液泛、溢流液泛、漏液。
筛板塔负荷性能图将筛板塔的可操作范围在汽、液流量图上表示出来。
湿板效率考虑了液沫夹带影响的塔板效率。
全塔效率全塔的理论板数与实际板数之比。
操作弹性上、下操作极限的气体流量之比。
常用塔板类型筛孔塔板、泡罩塔板、浮阀塔板、舌形塔板、网孔塔板等。
填料的主要特性参数①比表面积ａ，②空隙率ε，③填料的几何形状。
常用填料类型拉西环，鲍尔环，弧鞍形填料，矩鞍形填料，阶梯形填料，网体填料等。
载点填料塔内随着气速逐渐由小到大，气液两相流动的交互影响开始变得比较显著时的操作状态为载点。
泛点气速增大至出现每米填料压降陡增的转折点即为泛点。
最小喷淋密度保证填料表面润湿、保持一定的传质效果所需的液体速度。
等板高度HETP分离效果相当于一块理论板的填料层高度。
填料塔与板式塔的比较填料塔操作范围小，宜处理不易聚合的清洁物料，不易中间换热，处理量较小，造价便宜，较宜处理易起泡、腐蚀性、热敏性物料，能适应真空操作。
板式塔适合于要求操作范围大，易聚合或含固体悬浮物，处理量较大，设计要求比较准确的场合。
气液传质设备第十章气液传质设备气液传质设备的型式由多种，本章主要介绍塔式设备的构造与操作性能特点，以便解决塔设备合理选用与设计问题10．1 填料塔一、填料塔的结构填料塔是一种应用广泛的气液两相接触并进行传热、传质的塔设备，可用于吸收〔解吸〕、精馏和萃取等别离过程。
图10－1 填料塔的典型结构填料塔的结构如图10－1所示，塔体为圆筒形，两端有封头，并装有气、液相进、出口接管。
塔底有气体的进口及分配空间，其上为调料的支撑——支撑栅板，板上充填一定高度的填料，填料可以乱堆，亦可以整砌。
栅板可允许气、液体通过。
塔顶有液体进口和液体分布器，使入塔液体尽可能均匀地喷淋在填料层地顶部，液体沿填料外表向下流动。
由于填料层中地液体往往有向塔壁流动地倾向〔壁流效应〕，故填料层较高时，常将其分为假设干段，每两段之间设有液体再分布装置，可将向塔壁流动地液体重新导向填料层中。
填料塔在操作时，气体从塔底通入，自下而上通过填料层地空隙，与自上而下沿填料外表流下地液体呈逆流接触，进行传质，传热，两相地组成沿塔高呈连续变化，故填料塔为微分接触式设备。
填料塔地塔体可根据被处理物料地性质，用金属、陶瓷、塑料或金属外壳内衬以耐腐蚀材料制成。
为保证液体在整个塔截面上地均匀分布，塔体应具有良好地垂直高度。
填料塔不仅结构简单，而且具有阻力小和便于用耐腐蚀材料制造等优点，尤其适用于塔直径较小地情形及处理有腐蚀性的物料或要求压强较小的真空蒸馏系统，此外，对于某些液气比拟大的蒸馏或吸收操作，也宜采用填料塔。
近年来，国内外对填料的研究与开发进展迅速。
由于性能优良的新型填料不断涌现以及填料塔在节能方面的突出优势，使得目前填料塔最大直径可达20m。
在国内，具有新型塔内件的高效填料塔技术也已作为国家重点推广工程，在全国1600余座塔器中得到应用，获得了巨大的经济效益和社会效益。
填料塔的应用日趋广泛。
二、二、填料填料式填充于填料塔中的材料，它是填料塔的主要内构件，其作用是增加气、液两相的接触面积，并提高液体的湍动程度以利于传质、传热的进行。
10 气液传质设备10.1 板式塔10.1.1 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10-1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。
10.1.2 筛板上的气液接触状态塔板上气液两相的接触状态是决定板上两相流流体力学及传质和传热规律的重要因素。
如图片3-8所示，当液体流量一定时，随着气速的增加，可以出现四种不同的接触状态。
（1）鼓泡接触状态当气速较低时，气体以鼓泡形式通过液层。
由于气泡的数量不多，形成的气液混合物基本上以液体为主，气液两相接触的表面积不大，传质效率很低。
（2）蜂窝状接触状态随着气速的增加，气泡的数量不断增加。
当气泡的形成速度大于气泡的浮升速度时，气泡在液层中累积。
气泡之间相互碰撞，形成各种多面体的大气泡，板上为以气体为主的气液混合物。
气液传质设备概述什么是气液传质设备气液传质设备是一种用于实现气体和液体之间质量传递的装置或系统。
在化学工程和相关领域中，气液传质设备被广泛应用于各种传质过程，包括吸收、吸附、脱气等。
气液传质设备的主要类型1. 吸收塔吸收塔是最常见的气液传质设备之一。
它通过将气体通入塔底，与上升的液体相接触，并在接触过程中发生质量传递。
吸收塔广泛应用于气体净化、脱酸、脱硫等工艺中。
吸收塔的结构可以分为湿式塔和干式塔两种。
湿式塔是指液体以喷淋或液膜形式进入塔内与气体接触。
而干式塔则是通过填料层来增加气液接触面积，提高质量传递效率。
2. 吸附塔吸附塔是另一种常见的气液传质设备。
它利用固体吸附剂将气体中的特定成分吸附到固体表面上，从而实现质量传递。
吸附塔主要用于气体分离和纯化、脱水、催化剂再生等过程中。
根据固体吸附剂的不同，吸附塔可以分为活性炭吸附塔、分子筛吸附塔等。
3. 脱气设备脱气设备用于去除气体中的杂质，使气体达到特定的纯度要求。
脱气设备常用于高纯度气体的生产和应用领域。
常见的脱气设备包括吸附式脱气器、膜式脱气器、冷凝器等。
吸附式脱气器通过吸附剂吸附气体中的杂质，以实现脱气效果。
膜式脱气器则利用特殊的膜材料，通过选择性渗透，将气体中的杂质分离出去。
气液传质设备的工作原理气液传质设备的工作原理可以归纳为两个基本过程：质量传递与传质势差。
质量传递是指气体与液体之间的质量传递过程，通常是通过物质的扩散或对流来完成。
在气液传质设备中，一般需要提高气液接触面积，以增强质量传递的效果。
常见的方法是采用填料、喷淋等方式。
传质势差是指气体和液体之间的浓度差、压力差或温度差等差异，从而驱动质量传递的发生。
传质势差是实现气液传质的主要推动力。
气液传质设备的设计与应用气液传质设备的设计与应用需要考虑多种因素，包括传质效率、设备尺寸、能耗等。
在设计气液传质设备时，需要根据传质过程的特点选择合适的设备类型和参数。
例如，在吸收过程中，需要考虑液体喷淋方式、填料类型、填料高度等因素；在吸附过程中，需要选择合适的吸附剂和吸附塔结构。
化工原理气液传质设备气液传质设备在化工领域中具有重要的作用。
它们能够实现气体和液体之间的传质过程，从而满足不同化工过程中的需要。
本文将介绍气液传质设备的基本原理以及它们在化工领域的应用。
一、气液传质设备的基本原理气液传质设备是利用不同相之间的质传扩散来实现物质传递的过程。
其中，气液传质设备主要包括吸收塔、吸附塔、萃取塔和蒸馏塔等。
这些设备通过充分接触气体和液体，利用相对浓度差异和溶解度差异来实现物质传递。
在气液传质设备中，气体和液体以不同的形式相互接触。
其中，气体一般以气泡、气液分散剂或气体流动的形式存在，而液体则以滴状、薄膜、湍流或静态的形式存在。
通过增加界面积和减少传质阻力，气液传质设备能够提高传质效率。
二、气液传质设备的应用1. 吸收塔吸收塔是一种常用的气液传质设备，主要用于气体中有害成分的去除。
在吸收塔中，废气与吸收剂通过充分接触，有害成分会被吸收剂吸收，从而净化废气。
2. 吸附塔吸附塔是利用吸附剂对气体中的有害物质进行去除的设备。
吸附剂通常具有很大的比表面积，通过与气体接触，吸附剂上的孔隙能够吸附气体中的有害成分，从而实现气体的净化。
3. 萃取塔萃取塔主要用于分离液体混合物中的组分。
在萃取塔中，液体混合物与萃取剂接触，通过溶质在两相之间的传输来实现组分的分离。
4. 蒸馏塔蒸馏塔是一种常见的气液传质设备，用于将液体混合物分离成为较纯的组分。
蒸馏塔通过液体的汽化和冷凝过程，将液体混合物中的组分按照其沸点的差异进行分离。
三、气液传质设备的优化与发展随着化工行业的发展，气液传质设备也在不断优化和发展。
目前，一些新型的气液传质设备如微滴反应器、微通道装置等开始得到应用。
这些新型设备能够提高传质效率、降低能耗，并满足高效、精细化生产的需求。
此外，化工原理气液传质设备的设计和运行也越来越注重安全性和环保性。
在设计上，需要考虑到设备的稳定性、材料的选择以及操作的方便性。
在运行过程中，需要确保气体和液体的流动平稳，避免泄漏和废液的排放。
10. 气液传质设备气液传质设备种类繁多，但基本上可分为两大类：逐级接触式和微分接触式。
本章以板式塔作为逐级接触式的代表，以填料塔作为微分接触式的代表，分别予以介绍。
10.1 板式塔10.1.1 概述板式塔结构如图所示，主要由塔体、塔板、裙座、接口等部分组成。
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，在每块塔板上皆储有一定的液体，气体穿过时两相接触进行传质。
为有效地实现气液两相之间的传质，板式塔应具有两方面的功能：每块板上气液两相保持密切充分的接触，为传质过程提供足够大且不断更新的相界面，减小传质阻力；使气液两相尽量保持逆流流动状态，以提供最大的传质推动力。
总之，设计意图是塔内逆流、板上错流。
下面以筛板塔为例进行讨论（板上气液两相的传质过程）筛孔塔板的构造如图所示。
主要构造包括：筛孔，供气体上升用的圆形小孔，孔径通常是3-8mm或12-25mm；溢流堰，在塔板的出口端设有溢流堰，堰的高度以h w表示，长度以l w表示；降液管，一般为弓形，也有圆形，下端必须保证液封（如下图所示），降液管下缘的缝隙h0（又称为降液管底隙高度）必须小于堰高h w。
10.1.2 筛板上的气液接触状态筛板上的气液接触状态大致分为鼓泡状态、泡沫状态、喷射状态。
气液接触呈鼓泡状态时，液相为连续相，气相为分散相，筛孔气速较低，气流穿过液层时断裂为气泡上升至液面。
两相接触面积为气泡表面，由于表面积小，湍动程度小，所以传质阻力较大。
在泡沫接触状态，液体仍为连续相，气体仍为分散相。
此时，筛孔气速较大，气泡量多，气泡表面不断相互连接发生合并与破裂。
板上液体以液膜形式存在于气泡之间。
两相接触面为面积很大的液膜，湍动程度也大，所以传质阻力小。
在喷射接触状态，液体为分散相而气体为连续相。
筛孔气速很大，以喷射状态穿过液层。
板上的液体被破碎成液滴后被抛于塔板上方空间，落下后再次被抛出。
气相与液相进行质量传递的场所，广泛应用于精馏与吸收过程。
气液传质设备的分类(两大类):填料塔板式塔塔设备构件：塔体：是塔设备的外壳，由圆筒和上下封头组成；塔体支座：塔体支座是塔体安放到基础上的连接部分；除沫装置：用于捕集夹带在气液中的液滴；接管：用于连接工艺管路；人孔和手孔：为了安装、检修和检查的需要设置；吊耳：为了起吊方便，在塔设备上焊以吊耳；吊柱：为了在安装和检修时，方便塔内件的运送，而在塔顶设置的构件。
一、板式塔1.结构：●圆柱形壳体；塔板；溢流堰；受液盘；降液管。
2.板式塔的特点：●空塔气速高，处理（生产）能力大；造价低；塔板效率稳定；结构简单，检修清理方便。
3.工作原理：液体受重力作用，由上层塔板的降液管流到下层塔板的受液盘，然后横向流过塔板，从另一侧的降液管流至下一层塔板，最后由塔底排出；气体由塔底进入，在压力差的推动下，自下而上穿过各层塔板的气体通道，分散成小股气流，鼓泡通过各层塔板的液层，由塔顶排出；塔板是气、液两相进行质量和热量传递的主要部件；气液两相在塔板上的逐级接触，为传质过程提供了足够大且不断更新的相间接触表面，导致两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。
4.板式塔类型：1.按塔内气—液流动方式分类:错流塔板：整体上是逆流，塔板上是错流。
逆流塔板(穿流板)：全塔中均为逆流。
注：由于逆流塔板需要较高的操作气速才能维持板上液层，操作弹性有限、分离效率低，故工业中应用较少。
2.错流塔板的分类:泡罩塔板筛孔塔板浮阀塔板喷射塔板1)泡罩型泡罩型板式塔的工作原理：●液体横向流过塔板，靠溢流堰保持板上的液层厚度；●上升气体先经过升气管进入泡罩内．再流经泡罩与升气管的隙；●从泡罩下齿缝进入液层，被分散成许多细小的气泡或流股，在板上形成鼓泡层；●为气液两相的传热和传质提供良好的接触机会。
泡罩型板式塔的特点：●泡罩塔操作稳定，塔板不易堵塞；●操作弹性(能正常操作的最大负荷与最小负荷比)大；●结构复杂，造价高；●气相流道复杂，压力降大，生产能力和板效率较低。
降膜吸收器工作原理
降膜吸收器是一种常见的气液传质设备，主要用于气体与液体之间的传质操作。
其工作原理可以分为以下几个步骤：
1. 气体进入吸收器：气体（通常是待吸收组分）通过进气口进入吸收器内部。
2. 液体介质送入吸收器：液体介质以液膜的形式从吸收塔的顶部均匀地送入吸收器内部。
液体介质可以是溶剂、吸收剂或反应物。
3. 气液接触：气体在液体介质存在下通过吸收塔向下流动，形成气液接触界面。
气体围绕在液滴表面时，会发生气体相对于液体的质量传递。
4. 组分传质：在气液接触界面上，待吸收组分会从气体相传递到液体相中，而可能有反应的组分也会从液体相传递到气体相中。
5. 液膜再生：在传质过程中，液体介质因为吸收了组分而发生化学反应或发生物理吸附等，使其性质发生变化。
因此，液体介质需要通过再生工艺来恢复在吸收塔顶部的液膜。
6. 产物收集：吸收过程中生成的产物通过废气管或其他方式从吸收塔中排出。
总之，降膜吸收器利用气液接触界面的形成和气体在液体介质
中的传质过程，实现了气体组分的吸收或反应的进行。
这种设备在化工、环保等领域有很广泛的应用。
