西北大学化工原理 第十章第一节 气液传质设备-板式塔

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。

化⼯原理-第10章-⽓液传质设备化⼯原理-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在塔内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、⽓体克服液体表⾯张⼒所产⽣的压⼒降(⼀般较⼩，可忽略不计)。

(5) 筛板塔内⽓液两相的⾮理想流动①空间上的反向流动(与主体流动⽅向相反的液体或⽓体的流动)：液沫夹带与⽓泡夹带。

第10章气液传质设备一、选择题1．以下参数中，属于板式塔结构参数的是（）；属于操作参数的是（）。

A．板间距B．孔数C．孔速D．板上清液层高度【答案】AB；CD2．设计筛板塔时，若改变某一结构参数，会引起负荷性能图的变化。

下面叙述中正确的一组是（）。

A．板间距降低，使雾沫夹带线上移B．板间距降低，使液泛线下移C．塔径增大，使液泛线下移D．降液管面积增加，使雾沫夹带线下移【答案】D3．塔板上设置入口安定区的目的是（），设置出口安定区的目的是（）。

A．防止气体进入降液管B．避免严重的液沫夹带C．防止越堰液体的气体夹带量过大D．避免板上液流不均匀【答案】A；C4．填料的静持液量与（）有关，动持液量与（）有关。

A．填料特性B．液体特性C．气相负荷D．液相负荷【答案】AB；ABCD5．用填料吸收塔分离某气体混合物，以下说法正确的是（）。

A．气液两相流动参数相同，填料因子增大，液泛气速减小B．气液两相流动参数相同，填料因子减小，液泛气速减小C．填料因子相同，气液两相流动参数增大，液泛气速减小D．填料因子相同，气液两相流动参数减小，液泛气速减小【答案】AC6．以下说法正确的是（）。

A．等板高度是指分离效果相当于1m填料的塔板数B．填料塔操作时出现液泛对传质无影响C．填料层内气体的流动一般处于层流状态D．液泛条件下单位高度填料层的压降只取决于填料种类和物系性质二、填空题1．在传质设备中，塔板上的气液两相之间可能的接触状态有：______、______和______。

板式塔操作的转相点是指______。

【答案】鼓泡；泡沫；喷射；由泡沫状态转为喷射状态的临界点2．在设计或研制新型气液传质设备时，要求设备具有______ 、______、______。

【答案】传质效率高；生产能力大；操作弹性宽；塔板压降小；结构简单（以上答案中任选三个）3．对逆流操作的填料塔，液体自塔______部进入，在填料表面呈______状流下。

10. 气液传质设备精馏和吸收都属气液传质过程，过程进行的主要设备是塔设备。

它广泛用于各种化工生产中。

本章主要讨论其设计和应用、操作情况。

塔设备可按气液接触部件的结构形式分为：板式塔和填料塔。

无论哪一种塔设备，其基本功能都在于提供气、液两相充分接触的机会，使热质两种传递过程能够有效的进行，还要使接触后两相及时分开，互不夹带。

评价塔设备的基本指标主要包括：1、生产能力：即单位塔截面上单位时间的物料处理量；2、分离效率：对板式塔是指每层塔板可达到的分离程度；对填料塔是指单位高度填料层所能达到的分离程度；3、适应能力及操作弹性：指对各种物料性质的适应性以及在负荷波动时维持稳定操作而且保持较高分离效率的能力；4、流动阻力：即气相通过每层塔板或单位高度填料层的压强降；5 造价和安装、维修的难易。

在实际生产中，一个塔的性能不仅与其结构因素有关，还与设计是否合理、使用是否得当、操作范围是否在适宜范围之内等因素有关。

10.1 板式塔10.1.1 概述板式塔的设计意图 板式塔的结构简图见图10-1。

塔体是圆柱形，塔内每隔一定间距装一块塔板。

液体由上部进入流过每层塔板，气体由下部进入穿过每层塔板，板上有一定液层，以保持气液接触。

在总体上汽液呈逆流，在每块塔板上汽液成错流。

筛孔塔板的构造 塔板是板式塔的主要部件。

塔板的形式有许多种，此处以筛孔塔板为例进行介绍。

塔板的主要构件或结构包括：1、塔板上的气体通道，主要是使气体通过并与板上液体接触。

对筛板塔、筛孔就是按一定排列方式钻出的小孔，孔径一般3～8mm，也有大孔径12～25mm。

2、溢流堰为使塔板上保留一定液层，板出口处装置溢流堰，大液量采用平直堰，小液量采用齿形堰，高用hw，长度用lw表示。

3、降液层每层塔板下流的液体经降液管流入下层塔板。

对小塔采用管式降液管，对稍大一点的塔都采用弓形降液管。

降液层下部必须液封，以防止气体短路，从降液管进入上层塔板。

液封的方法有两种：一是在降液管前安装进口堰，但进口堰高度必须小于出口堰高，另一种是采用凹形受液盘，即如图所示。

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 在塔内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、气体克服液体表面张力所产生的压力降(一般较小，可忽略不计)。