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化工原理气液传质设备

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化工原理各章问答题-新

化工原理各章问答题-新

第9章吸收1.吸收分离的依据是什么？如何分类？吸收操作在生产中有哪些应用？依据：组分在溶剂中的溶解度差异。

分类：a.按过程有无化学反应：分为物理吸收、化学吸收b.按被吸收组分数：分为单组分吸收、多组分吸收c.按过程有无温度变化：分为等温吸收、非等温吸收d.按溶质组成高低：分为低组成吸收、高组成吸收应用：分离混合气体以回收所需组分，如用洗油处理焦炉气以回收其中的芳炷等。

净化或精制气体，如用水或碱液脱除合成氨原料气中的二氧化碳等。

制备液相产品，如用水吸收氯化氢以制备盐酸等。

工业废气的治理，如工业生产中排放废气中含有NO SO等有毒气体，则需用吸收法除去，以保护大气环境2.如何表达吸收中的气液平衡关系？相平衡关系是与体系的温度、压力以及本身物性相关的，较准确描述平衡关系是较复杂的，但对采用稀溶液吸收混合气中低浓度溶质组分时，其溶解度曲线通过原点，并为一直线。

这样相平衡关系除用溶解度曲线表示外，多用亨利定律描述。

3.何谓分子扩散？何谓Fick定律？借助分子微观运动，使组分从浓度高处向浓度低处传递。

分子扩散发生在静止流或作层流流动的流体中。

扩散通量（单位时间通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散物质流量）与浓度梯度成正比o J=—D （dc/dz）扩散通量方向与浓度梯度方向相反，J：扩散通量；D：扩散系数；（dc/dz）：浓度梯度4.吸收传质中的双膜理论的基本点是什么？a.气液相间有稳定的相界面b.相界面两侧各有一停滞膜，膜内的传质以分子扩散方式进行（虚拟膜或者有效膜）c.传质阻力全部集中在虚拟膜内，膜外的主体中高度湍流传质阻力为05.吸收推动力是什么?有哪些表示方法？吸收推动力就是组分在气相主体的分压与组分在液相的分压之差。

表示方法有：分压差浓度差，还有气相和液相比摩尔分率差，气相和液相摩尔分率差，6.物理吸收与化学吸收的主要区别在哪里？气相侧的传递过程与物理吸收完全相同，液相侧-溶质在液相中以部分物理溶解态和部分化学态存在；化学态的存在增大溶解度，增加容量，降低了气相的平衡分压，增加气相传质推动力。

化工原理课件 第十一章 气液传质设备

化工原理课件 第十一章 气液传质设备

比表面积 填料特性 空隙率
填料因子
类型： 个体填料
规整填料
在选择填料时，一般要求：
比表面积及空隙率要大，
填料的润湿性要好，
气体通过能力大，阻力小，
液体滞留量小，
单位体积填料的重量轻， 造价低，并有足够的机械强度。
《化工原理》电子教案/第十一章
六、塔板负荷性能图
设计出的塔板结构是否合理，是否能满足上述各项流 体力学性能良好的要求，需要检验。
检验的方法就是绘制塔板负荷性能图（理论上，每块 塔板都有一个负荷图）。
《化工原理》电子教案/第十一章
29/58
VG
操作弹性＝气量上限 气量下限
液相下限线
六、塔板负荷性能图
过量液沫夹带线
液泛线
操作点1
了不少于80种的各 种类型塔板。
缺点：结构复杂，制造成本高，压降大，液泛气速
筛 孔 型
低，故生产能力较小。
浮 阀 型
喷 射 型 ：
其 它 型 ：
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《化工原理》电子教案/第十一章
二、板式塔类型
泡 罩 型
筛 孔 型
特点：结构简单、造价低、压降小、生产能
浮 阀 型 喷 射 型 ：
1、漏液
2、液沫夹带
3、液泛
4、气泡夹带
5、塔板上的液面落差
6、塔板上液体的返混
7、气体通过塔板的压降
8、液体停留时间
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《化工原理》电子教案/第十一章
四、塔板的流体力学性能
1、漏液 ----- 一定存在，不可避免。
严重漏液----不允许，是塔的不良操作现象之一。
不良后果：降低板效，严重时使板上不能积液。 产生的原因：气速过小，或液体分布严重不均。

陈敏恒《化工原理》(第3版)笔记和课后习题(含考研真题)详解(气液传质设备 课后习题详解)

陈敏恒《化工原理》(第3版)笔记和课后习题(含考研真题)详解(气液传质设备 课后习题详解)

10.2 课后习题详解（一）习题板式塔10-1 某筛板塔在常压下以苯-甲苯为试验物系，在全回流下操作以测定板效率。

今测得由第9、第10两块板（自上向下数）下降的液相组成分别为0.652与0.489（均为苯的摩尔分数）。

试求第10块板的默弗里湿板效率。

解：已知：常压苯-甲苯系统，，求：第十块板的默弗里板效率E MV全回流下，y n＋1＝x n∴y11＝x10＝0.489 y10＝x9＝0.653苯-甲苯系统α＝2.4810-2 甲醇-水精馏塔在设计时规定原料组成X F＝0.40，塔顶产品组成为0.90，塔釜残液组成为0.05（均为甲醇的摩尔分数），常压操作。

试用0’connell关联图估计精馏塔的总塔效率。

解：已知：常压，甲醇-水系统，x f＝0.4，x D＝0.9，x w＝0.05，求：用O´connell关联图估计E T由教材附录相平衡数据查得再查t＝80℃时，汽液共存查O，connell关联图得10-3 一板式吸收塔用NaOH水溶液吸收氯气。

氯气的摩尔分数为2％，要求出塔摩尔分数低于0.002％。

各块塔板的默弗里板效率均为50％，不计液沫夹带，求此塔应有多少块实际板。

NaOH溶液与氯气发生不可逆化学反应，可设相平衡常数m＝0。

解：已知：求：∵m＝0每板逐推得实际板数为10。

10-4 某厂常压操作下的甲苯-邻二甲苯精馏塔拟采用筛板塔。

经工艺计算知某塔板的气相流量为2900m3/h，液相流量为9.2m3/h。

试用弗尔的泛点关联图以估计塔径。

有关物性数据：气相密度为3.85kg/m3，液相密度为770kg/m3．液体的表面张力为17.5mN/m。

根据经验选取板间距为450mm、泛点百分率为80％，单流型塔板，溢流堰长度为75％塔径。

解：已知：P＝101.3kPa，甲苯-邻二甲苯系统，，求：用弗尔泛点关联图估计塔径查弗尔泛点关联图，得由教材图10-40查得圆整取D＝1.2m此时泛点半分率填料塔10-5 某填料精馏塔用以分离氯仿-1，1-二氯乙烷，在全回流下测得回流液组成x D＝8.05×10-3，残液组成x w＝8.65×10-4（均为1，1-二氯乙烷的摩尔分数）。

化工原理第五章(填料塔)

化工原理第五章(填料塔)

2013-7-14
（3）填料因子 【定义】比表面积a与空隙率所组成的复合量a/3。 ①干填料因子 填料未被液体润湿时的a/3称为干填 料因子，它反映了填料的几何特性； ②湿填料因子 填料被液体润湿后，填料表面覆盖了 一层液膜，空隙率变小，此时的a/ 3称为湿填料因 子，用φ表示。其单位为1/m。 湿填料因子反映了填料的流体力学性能，空隙率
2013-7-14
二、填料层内气液两相的流体力学特性
填料塔的流体力学性能主要包括填料层的持液量、 填料层的压降、液泛等。 1、填料层的持液量 在一定操作条件下，由于液膜与填料表面的摩擦
以及液膜与上升气体的摩擦，有部分液体停留在填
料表面及其缝隙中。
【定义】单位体积填料层内所积存的液体体积，以
（m3液体）/（m3填料）表示。
2013-7-14
6、填料的性能评价 【评价依据】填料性能的优劣通常根据效率、通量 及压降三要素衡量。 （1）效率要高。在相同的操作条件下，填料的比表 面积越大，气液分布越均匀，表面的润湿性能越好 ，则传质效率越高； （2）通量（处理量）要大，压降要小。填料的空隙 率越大，结构越开敞，则通量越大，压降亦越低。
（3）极大的增大了气液两相的传质速率。
【波纹填料的材料】碳钢、不锈钢、铝、陶瓷、玻
璃钢及纸浸树脂等。
2013-7-14
【波纹填料的优点】波纹填料与板式塔、散堆填料 相比，具有以下优异的性能： （1）流通量大。新塔设计可缩小直径，老塔改造可 大幅度增加处理量； （2）分离效率高，较散堆填料有大得多的比表面积；
）更加连续，可使气体向上流动时主要沿弧形通道
流动。
【性能特点】空隙率大，压降和传质单元高度低，
泛点高、汽液接触充分、比重小、传质效率高、通

化工原理答案第三版思考题

化工原理答案第三版思考题

4.什么是传质?简要说明传质有哪些方式?传质是体系中由于物质浓度不均匀而发生的质量转移过程。

3.在传质理论中有代表性的三个模型分别为双膜理论、溶质渗透理论、表面更新理论。

5. 根据双膜理论两相间的传质阻力主要集中在相界面两侧的液膜和气膜中，增加气液两相主体的湍流程度，传质速率将增大。

8、操作中精馏塔，保持F,q,xF,D不变，（1）若采用回流比R小于最小回流比Rmin，则x D减小，xW增大（2）若R增大，则xD增大, xW减小,L/V增大。

9、连续精馏塔操作时，增大塔釜蒸汽用量，而回流量及进料状态F,xF,q不变，则L/V变小，xD变小，xW变小。

10、精馏塔设计时采用的参数F,q,xF,D,xD,R均为定值，若降低塔顶回流液的温度，则塔内实际下降液体量增大，塔内实际上升蒸汽量增大，精馏段液汽比增大，所需理论板数减小。

11、某精馏塔的设计任务：原料为F,xF，要求塔顶为xD，塔底为xW，设计时若已定的塔釜上升蒸汽量V’不变，加料热状况由原来的饱和蒸汽改为饱和液体加料，则所需理论板数NT 增加，精馏段上升蒸汽量V 减少，精馏段下降液体量L 减少，提馏段下降液体量L’不变。

（增加、不变、减少）12、操作中的精馏塔，保持F,q，xD,xW,V’,不变，增大xF,，则：D变大,R变小,L/V变小（变大、变小、不变、不确定）1.何种情况下一般选择萃取分离而不选用蒸馏分离?萃取原理: 原理利用某溶质在互不相溶的溶剂中的溶解度利用某溶质在互不相溶的溶剂中的溶解度互不相溶的溶剂中的不同，用一种溶剂(溶解度大的）不同，用一种溶剂(溶解度大的）把溶质从另一种溶剂（溶解度小的）中提取出来，从另一种溶剂（溶解度小的）中提取出来，再用分液将它们分离开来。

分液将它们分离开来再用分液将它们分离开来。

萃取适用于微溶的物质跟溶剂分离,蒸馏原理：利用互溶的液体混合物中各组分的沸点不同，利用互溶的液体混合物中各组分的沸点不同，给液体混合物加热，使其中的某一组分变成蒸气再给液体混合物加热，冷凝成液体，从而达到分离提纯的目的。

化工原理填料吸收塔实验计算示例

化工原理填料吸收塔实验计算示例

化工原理填料吸收塔实验计算示例填料吸收塔是一种用于气体吸收液体传质的设备，常见用于工业废气治理和化工生产过程中的废气处理。

本实验将介绍填料吸收塔实验的计算方法，并通过一个示例来进行演示。

实验目的：通过填料吸收塔实验，了解气体吸收液体传质过程，并通过实验数据进行计算和分析。

实验装置：填料吸收塔、气体流量计、液体流量计、pH计、温度计等。

实验步骤：1.将填料吸收塔装置好，并连接气体流量计和液体流量计等仪器。

2.将需要处理的废气通过气体流量计引入填料吸收塔，调节气体流量至设定值。

3.在填料吸收塔内加入吸收液，调节液体流量至设定值。

4.在塔中的适当位置设置取样口，用于采样分析吸收液的成分和性质。

5.连续记录吸收液进口和出口的流量、pH值、温度等数据。

实验计算：1.计算气体的透析系数：透析系数（D）表示气体在液体中的传质速率，一般使用亨利定律来进行计算。

透析系数（D）=φ现值/(y气体-y平衡)其中，φ现值表示气体流量计读数，y气体为吸收塔出口气体中溶解气体的摩尔分数，y平衡为溶解气体平衡时的摩尔分数。

2.计算吸收效率：吸收效率（η）表示填料吸收塔对废气中污染物的去除效率，可以通过水相污染物浓度的变化来计算。

吸收效率（η）=(C入-C出)/C入*100%其中，C入为进口废气中的污染物浓度，C出为出口废气中的污染物浓度。

3.计算传质速率：传质速率（N）表示单位时间内气体传入塔中所溶解的物质的摩尔数。

传质速率（N）=(C入-C出)*V/t其中，C入为进口废气中的污染物浓度，C出为出口废气中的污染物浓度，V为填料吸收塔的体积，t为实验时间。

示例：假设填料吸收塔的气体流量为100 m3/h，液体流量为50 L/h。

进口废气中污染物浓度为1000 mg/m3，出口废气中污染物浓度为50 mg/m3、填料吸收塔的体积为10 m3，实验时间为3小时。

首先，计算透析系数：透析系数（D）=φ现值/(y气体-y平衡)=100/(y气体-y平衡)然后，计算吸收效率：吸收效率（η）=(C入-C出)/C入*100%=(1000-50)/1000*100%=95%最后，计算传质速率：传质速率（N）= (C入 - C出) * V / t = (1000 - 50) * 10 / 3 = 3150 mol/h通过实验计算，我们可以获得填料吸收塔的透析系数、吸收效率和传质速率等重要参数，进一步分析并改善填料吸收塔的工艺条件，提高废气的处理效果。

陈敏恒《化工原理》(第3版)(下册)章节题库-气液传质设备(圣才出品)

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。

福州大学化工原理教案气液传质设备

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。

化工原理-第10章 气液传质设备 (1)


Ea 考虑了液沫夹带的影响即 eV 。一般据修正平衡线的概念，实验经常考（设各板 EmV 均相等为 0.6，
全回流求实际塔板数）。 （4）全塔效率（设计时最常用）
ET
=
NT N
式中 NT ——理论板数；
N ——实际板数。
P164 精馏与吸收 ET 关联图，已出现许多关联式
10.1.6 提高板效率的措施
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。由于气泡不易破裂， 表面得不到更新，所以此种状态不利于传热和传质。 （3）泡沫接触状态 当气速继续增加，气泡数量急剧增加，气泡不断发生碰撞和破裂，此时板上液体大部分以液膜的形式 存在于气泡之间，形成一些直径较小，扰动十分剧烈的动态泡沫，在板上只能看到较薄的一层液体。由于 泡沫接触状态的表面积大，并不断更新，为两相传热与传质提供了良好的条件，是一种较好的接触状态。 （4）喷射接触状态 当气速继续增加，由于气体动能很大，把板上的液体向上喷成大小不等的液滴，直径较大的液滴受重 力作用又落回到板上，直径较小的液滴被气体带走，形成液沫夹带。此时塔板上的气体为连续相，液体为 分散相，两相传质的面积是液滴的外表面。由于液滴回到塔板上又被分散，这种液滴的反复形成和聚集， 使传质面积大大增加，而且表面不断更新，有利于传质与传热进行，也是一种较好的接触状态。 如上所述，泡沫接触状态和喷射状态均是优良的塔板接触状态。因喷射接触状态的气速高于泡沫接触 状态，故喷射接触状态有较大的生产能力，但喷射状态液沫夹带较多，若控制不好，会破坏传质过程，所 以多数塔均控制在泡沫接触状态下工作。

陈敏恒《化工原理》(第3版)笔记和课后习题(含考研真题)详解(气液传质设备 复习笔记)

10.1 复习笔记一、板式塔1．概述（1）板式塔的功能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。

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）筛孔塔板的构造①塔板上的气体通道——筛孔为保证气液两相在塔板上能够充分接触并在总体上实现两相逆流。

塔板上均匀地开有一定数量的供气体自下而上流动的通道。

图10-1 板式塔结构简图筛孔塔板的气体通道最为简单，它是在塔板上均匀地冲出或钻出许多圆形小孔供气体上升之用。

这些圆形小孔称为筛孔。

上升的气体经筛孔分散后穿过板上液层，造成两相间的密切接触与传质。

筛孔的直径通常是3～8mm，但直径为12～25mm的大孔径筛板也应用得相当普遍。

②溢流堰为保证气液两相在塔板上有足够的接触表面，塔板上必须贮有一定量的液体。

为此，在塔板的出口端设有溢流堰。

③降液管作为液体自上层塔板流至下层塔板的通道，每块塔板通常附有一个降液管。

图10-2 筛板塔的构造在塔板上的流动更为均匀，当采用圆形溢流管时，仍需设置平直溢流堰。

同理，在圆形降液管的出口附近也应设置堰板，称为入口堰。

2．筛板上的气液接触状态实验观察发现，气体通过筛孔的速度不同，两相在塔板上的接触状态亦不同。

如图10-3所示，气液两相在塔板上的接触情况可大致分为三种状态。

图10-3 塔板上的气液接触状态（1）鼓泡接触状态当孔速很低时，通过筛孔的气流断裂成气泡在板上液层中浮升，塔板上两相呈鼓泡接触状态。

（2）泡沫接触状态随着孔速的增加，气泡数量急剧增加，气泡表面连成一片并且不断发生合并与破裂。

此时，板上液体大部分是以液膜的形式存在于气泡之间，仅在靠近塔板表面处才能看到少许清液。

这种接触状况称为泡沫接触状态。

在泡沫接触状态，液体仍为连续相，而气体仍为分散相。

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④常用浮阀
☻ F1型简单，易于制造，应用普遍，定型产品。
分轻阀和重阀。轻阀塔板漏液稍严重，除真空 操作时选用外，一般均采用重阀。
☻ V-4 型 阀 孔 呈 文 丘 里 型 ， 腿 加 长 。 气 体 压 降
小。适用于减压系统。
☻ T型拱形阀片的调节范围有固定于塔板上的支
架（阀笼）限制。结构复杂适于颗粒或易聚合 的物料，
二、板式塔的流体力学特性
两种返混：：雾沫夹带、气泡夹带。塔内流体力 学状况→塔正常、高效操作。 1.塔板压降（Pressure drop) 塔板阻力=干板阻力+液层阻力+液体表面张力
☻压降↑→釜压
吸收：高压输送 精馏：釜压升高
减压操作
☻压降↑→ET↑（液层厚，接触时间增加 ☻综合分析：保证板效，力争降低。
2.液泛（Flooding)：俗称淹塔 气相流量大：液体由高压→低压，正常降液 管静压>板间压差+流动阻力。 液相流量大：降液管面积不足。
☻ 传质：气速高→湍动泡沫层→ET↑。 ☻ 影响因素：气、液流量；流体物性；板结
构；板间距。
☻ 气相流速的上限之一。
3.雾沫夹带（Entrainment)： 雾沫虽利于传质，但过量会造成返混，ET↓。
四、浮阀塔设计
各类板式塔的设计原则、步骤类似： ① 工 艺 尺 寸 计 算 ： Z 、D 、 溢 流 装 置 的设 计、塔板布置、升气道（泡罩、筛板、 浮阀等）的设计与排列； ② 流体力学验算； ③ 绘制塔板负荷性能图； ④ 对②、③进行分析，改进设计。
1.工艺尺寸计算的主要内容
NT ⑴ 塔的有效高度Z： Z = T − 1 HT + Z1 + Z2 E
☻ 生产能力大；操作弹性大；塔板压降小，液面
落差小等。
☻ 有漏液， 吹干”现象，影响传质效果，板效率
降低；塔板结构复杂。
③ 浮舌塔板： 综合浮阀和固定舌形塔板的特点。将固定舌片 改成浮动舌片。
☻ 操作弹性大；压降小；结构简单；效率较高。
塔性能指标：生产能力；塔板效率；操作弹 性；塔板压降。与塔板及塔内流动状态密切相关。 依不同需要选择板型：难分、高纯；量大、易 分；减压（真空）；成本低、易维护。
化工原理
The principles of Chemical Engineering
主讲、制作：佟永纯
河西学院化学系
蒸馏和吸收设备
§1 板式塔 §2 填料塔
蒸馏和吸收基于不同的原理，但均需气液传质 设备(塔)：气液两相充分接触， 有效进行传质、传热，传质后两 相能及时有效分离。 塔设备可分为连续 （ 微 分）接触式（填料塔）和逐级 接触式（板式塔）。
实际板两相传质的完善程度与理论值之比。 1.不同表示方法 ①全塔（总板）效率(overall efficiency) E：
E= NT × 100% Np
②单板效率(Murphree efficiency) ：EmV , EmL
第n块板： 气相单板效率： EmV = 液相单板效率： EmL = ③点效率：EOV , EOL
经济权衡→调整→数据圆整。 浮阀塔板间距参考数值
⑵ 塔径D： 漏液点< u 夹带点（或液泛点）。求出 最大允许气速，即带出（空塔）气速：
C —— 气体负荷系数，m/s。 。
C = f (d ,ξ ) = f (Vs , Ls , ρL , ρV , HT − hL ,σ ……)
说明：
☻校正：
C = C20 (
yn − yn+1 yn*− yn+1
xn−1 − xn xn−1 − xn*
EOV =
y − yn+1 y*− yn+1
xn−1 − x EOL = xn−1 − x *
2.板效率的估算 板效率的估算 物系性质： 物系性质：µ、ρ、σ、D、α等； 塔板结构： 堰高、开孔率等； 塔板结构：D、HT、堰高、开孔率等； 操作条件： 操作条件：T、P、气速、气液流量比。 、气速、气液流量比。 复杂→实验数据、生产数据 经验式 复杂 实验数据、生产数据→经验式 实验数据 ① 较全面考虑传质与流体力学因素 ， 由 EOV→EmV：A.I.Ch.E法。 法 ②经验式：只考虑主要因素，如O’connell法： 经验式：只考虑主要因素， 法 精馏塔： 精馏塔： ET = 0.49(αµ
4.喷射塔板（ Jet Tray） ） 前述三种塔板均为气体分散，气体分散于液层 中完成鼓泡或泡沫接触传质。受雾沫夹带限制，生 产能力不高。喷射塔板气体与液体同向，利用气体 的动能促进两相传质，不再通过较深的液层鼓泡， 压降、夹带均降低，生产能力大，传质效果好。 ① 舌形塔板： 在塔板上冲出若干舌形孔，舌片向上张角α 以20°左右为宜。不设溢流堰，保留降液管。
1.泡罩塔板（Bubble-cap Tray） ） 泡罩塔，应用最早 1883），研究较充分。
① 结构：升气管和泡罩。泡罩底缘开有齿缝浸 入液层，升气管高于齿缝上沿，防漏。
齿缝有矩形、三角形和梯形。泡罩正三角排列。 ② 优点：齿缝浸入液层形成液封，气体折流经齿 缝分散充分 ， 形成两相混合的鼓泡区和泡沫 层，传质面积大，升气管使低气速也不致严重 漏液，操作稳定弹性大，效率稳定，不易堵， 应用广。 ③ 缺点：结构复杂，金属耗量大，造价高；液层 厚，气相路径曲折，阻力大→压降大，雾沫夹 带严重，限制气速，生产能力和板效率较低。 逐渐被筛板和浮阀塔板替代。
逆流塔板（穿流式塔板）：塔板间没有降液 管，气、液两相同时由塔板上的孔道或缝隙逆向 穿流而过，板上液层高度靠气体速度维持。 优点：塔板结构简单，板上无液面差，板面 充分利用，生产能力较大； 缺点：板效率及操作弹性不及溢流塔板。 与溢流式塔板相比，逆流式塔板应用范围小 得多。常见的板型有筛孔式、栅板式、波纹板式 等。
☻操作点( Vs, Ls)，操作线（R一定，Vs/Ls一定）； ， ☻操作上、下限： ☻操作点尽量居中。 ☻操 作 情 况 不 同 ， 控 制
上、下限因素不同。
Vs,max Vs,min
=操作弹性 操作弹性
☻调节塔板的结构参数：
HT 、D、降液管面积、 开孔率。
☻以最不利塔板为准。
三、塔板效率
☻原因：气速>液滴沉降速度；弹溅。 ☻限制：雾沫夹带量 V<0.1 kg(液)/kg(气)。 气。 ☻影响因素：空塔气速；板间距。 ☻气相流速上限之二。 ☻气泡夹带：液体流速过大。
4.漏液（Weeping)： 接触效率↓。严重时形成干板。
☻原因：气速过小。 ☻限制：漏液量<板上液体流量的 。 ☻影响因素：气速；液面落差→气流分布不均
⑶ 溢流装置：溢流堰、降液管、受液盘 圆形：S小→气泡夹带；周边利用率低。 小 降液管 弓形： 较大，板面利用充分。 溢流型式→液体流径。长：接触充分但落差大。
液体负荷与溢流类型的关系
☻弓形降液管的溢流装置设计：
① 出口堰（溢流堰）： hW、hOW、lW、hL、hn
单溢流：(0.6～0.8)D ～ lW：据Lh及溢流型式定： 双溢流：(0.5～0.6)D ～
5/2 lW 2/5 Lh = 0.735( hn )[hOW − (hOW − hn ) ] (超齿顶)
☻ h 由齿根算起
OW
常压塔： hL = 0.05 ~ 0.1 m 则：
0.1 − hOW ≥ hW ≥ 0.05 − hOW
☻ hW≈0.03～0.05 m，减压塔较低。
② 弓形降液管的宽度和截面积：Wd、Af 查图。（ D、HT一定，确定了lW→降液管尺寸）
3.浮阀塔板（ Valve Tray） ） 兼有前两者的优点，应用最广（石油、化工）。 ① 结构：开大孔(φ39mm)，装有上下浮动的阀片 (三条腿，限高8.5mm)，周边冲出向下弯曲的定 距片（保持2.5mm开度，点接触）。可据气量大 小调节间隙，小气量时由定距缝隙通过。 ② 优点：生产能力大；弹性大；板效率高（水平 吹，接触时间长，夹带少）；压降及落差小； 造价较低。 ③ 缺点：不易处理结焦或粘度过大的体系。
2.筛孔塔板（Sieve Tray） 筛孔塔板（ 筛孔塔板 ） 1830年，结构最简单。早期对性能认识不 年 结构最简单。 漏液、操作弹性小、难以稳定操作。 足，漏液、操作弹性小、难以稳定操作。 开有φ3～ 的筛孔。 ☻ 开有 ～8mm的筛孔。正三角形排列。溢流 的筛孔 正三角形排列。 堰形成液层，通过上升气流阻止液体漏下。 堰形成液层，通过上升气流阻止液体漏下。 简单，价廉，压降小，液面落差小， ☻ 简单，价廉，压降小，液面落差小，生产能 力及板效率高于泡罩塔。 力及板效率高于泡罩塔。 操作弹性小，易堵。可采用大孔径筛板（ ☻ 操作弹性小，易堵。可采用大孔径筛板（直 ），避免堵塞 径10～25mm），避免堵塞，提高生产能力。 ～ ），避免堵塞，提高生产能力。
价廉，易维护。应用广泛。
一、塔板类型
塔板决定塔的性能。
溢流塔板 (错流式塔板)：整体仍为逆流。通 过降液管和溢流堰控制流径和液层高度，板效率 高。但降液管占板有效面积，影响塔生产能力；液 液体横过塔板要克服阻力，形 成位差（液面落差）→气体分 布不均，影响效率。 应用广，具体结构有：泡 罩塔板 、 筛孔塔板 、 浮阀塔 板、网孔塔板、舌形塔板等。
☻结构、原理、流体力学特性
及设计计算。
§1 板式塔——逐级接触
塔 板 ( 气 孔 ) ； 降 液 管 ( 溢流 堰）。液体靠重力自上而下在板 形成流动液层；气体靠压差，自 下而上穿过板上液层。气、液在 塔内逐板接触形成气泡和液沫 （面积↑）进行质、热交换，两 相的组成沿塔高呈阶跃式变化。
☻ 气速、生产能力大，效率高，
匀（入口安定区：不开孔）。
☻气相流速下限。
5.液面落差（Fluid head)： 克服板面及塔板上部件的流动阻力。∆↑→ 气流不均→漏液→ET↓。