氣液傳質(zhì)設(shè)備培訓(xùn)教材

1、化化 工工 原原 理理一、分類：分類： 板式塔板式塔： 填料塔填料塔：逐級接觸式逐級接觸式，內(nèi)裝塔板，內(nèi)裝塔板，氣液傳質(zhì)在氣液傳質(zhì)在板上液層空間內(nèi)板上液層空間內(nèi)進(jìn)行；進(jìn)行；連續(xù)（微分）接觸式連續(xù)（微分）接觸式，內(nèi)裝填料，內(nèi)裝填料，氣液傳質(zhì)在氣液傳質(zhì)在填料潤濕表面填料潤濕表面進(jìn)行。進(jìn)行。1化化 工工 原原 理理二、評價(jià)塔設(shè)備性能的指標(biāo)二、評價(jià)塔設(shè)備性能的指標(biāo)1. 生產(chǎn)能力大；生產(chǎn)能力大；2. 分離效率高；分離效率高；3. 阻力小，壓降低；阻力小，壓降低；4. 操作彈性大；操作彈性大；5. 滿足工業(yè)對生產(chǎn)設(shè)備的一般要求：結(jié)構(gòu)滿足工業(yè)對生產(chǎn)設(shè)備的一般要求：結(jié)構(gòu) 簡單、造價(jià)低、安裝維修方便等。簡單、造

2、價(jià)低、安裝維修方便等。2化化 工工 原原 理理三、塔設(shè)備研制開發(fā)思路三、塔設(shè)備研制開發(fā)思路1. 總體上保證氣液兩相呈總體上保證氣液兩相呈逆流流動逆流流動提供最大的傳質(zhì)推動力提供最大的傳質(zhì)推動力2. 每塊板上或填料層內(nèi)保證氣液每塊板上或填料層內(nèi)保證氣液兩相充分接觸兩相充分接觸保證傳質(zhì)充分，盡可能減小傳質(zhì)阻力保證傳質(zhì)充分，盡可能減小傳質(zhì)阻力3. 提供提供足夠大的足夠大的氣液兩相氣液兩相通道通道保證保證大通量、低壓降、合適的彈性大通量、低壓降、合適的彈性3化化 工工 原原 理理11.1 板式塔板式塔一、一、板式塔板式塔類型、結(jié)構(gòu)、作用及特點(diǎn)：類型、結(jié)構(gòu)、作用及特點(diǎn)：降液管降液管平頂型平頂型溢流堰溢流

3、堰受液區(qū)受液區(qū)開孔區(qū)開孔區(qū) 有溢流塔板有溢流塔板4化化 工工 原原 理理塔板的作用：塔板的作用：氣液兩相傳質(zhì)，傳熱的場所。氣液兩相傳質(zhì)，傳熱的場所?？傮w上氣液呈逆流流動總體上氣液呈逆流流動； 每塊塔板上呈均勻錯流每塊塔板上呈均勻錯流。11.1 板式塔板式塔5化化 工工 原原 理理（一）（一）泡罩塔泡罩塔在工業(yè)上最早（在工業(yè)上最早（1813年）應(yīng)用的一種塔板，年）應(yīng)用的一種塔板，其主要元件由其主要元件由升氣管升氣管和和泡罩泡罩構(gòu)成構(gòu)成操作示意圖操作示意圖11.1 板式塔板式塔6化化 工工 原原 理理篩板塔的主要結(jié)構(gòu)：篩板塔的主要結(jié)構(gòu)：1. 篩孔篩孔 提供提供氣體氣體上升的上升的通道通道；2. 溢

4、流堰溢流堰 維持塔板上一定高度的液層維持塔板上一定高度的液層，以保證在，以保證在 塔板上氣液兩相有足夠的接觸面積；塔板上氣液兩相有足夠的接觸面積；3. 降液管降液管 作為作為液體液體從上層塔板流至下層塔板的從上層塔板流至下層塔板的通道通道。（二）（二）篩板塔篩板塔11.1 板式塔板式塔7化化 工工 原原 理理（三）（三）浮閥塔浮閥塔工作原理工作原理11.1 板式塔板式塔8化化 工工 原原 理理閥型：閥型：F1型、型、V型、型、T型、型、A型型 各種浮閥：各種浮閥：11.1 板式塔板式塔9化化 工工 原原 理理三種塔板的比較三種塔板的比較: :1. 生產(chǎn)能力：生產(chǎn)能力： 2. 壓降：壓降： 3.

5、 操作彈性：操作彈性： 4. 造價(jià)：造價(jià)： 5. 板效率：板效率：篩板篩板 浮閥浮閥 泡罩；泡罩；泡罩泡罩 浮閥浮閥 篩板；篩板；浮閥浮閥 泡罩泡罩 篩板；篩板；泡罩泡罩 浮閥浮閥 篩板；篩板；浮閥、篩板相當(dāng)浮閥、篩板相當(dāng) 泡罩。泡罩。 （四）（四）噴射型噴射型塔板塔板如：如：舌形塔板舌形塔板與與浮舌塔板浮舌塔板 （五）（五）穿流穿流塔板塔板11.1 板式塔板式塔10化化 工工 原原 理理二、二、板式塔板式塔的水力學(xué)性能的水力學(xué)性能（一）塔板上氣液兩相的接觸狀態(tài)（一）塔板上氣液兩相的接觸狀態(tài)11.1 板式塔板式塔鼓泡狀態(tài)鼓泡狀態(tài)、蜂窩狀態(tài)、蜂窩狀態(tài)、泡沫狀態(tài)泡沫狀態(tài)、噴射狀態(tài)噴射狀態(tài)11化化

6、工工 原原 理理1. 鼓泡接觸狀態(tài)鼓泡接觸狀態(tài) 液體液體連續(xù)相連續(xù)相 氣體氣體分散相分散相 兩相接觸面積：兩相接觸面積： 氣泡表面氣泡表面11.1 板式塔板式塔12化化 工工 原原 理理2. 泡沫接觸狀態(tài)泡沫接觸狀態(tài) 液體液體連續(xù)相連續(xù)相 氣體氣體分散相分散相 兩相接觸面積：兩相接觸面積：不斷更新的液膜表面不斷更新的液膜表面11.1 板式塔板式塔13化化 工工 原原 理理氣體氣體連續(xù)相連續(xù)相 液體液體分散相分散相兩相接觸面積：兩相接觸面積：不斷更新的液滴表面不斷更新的液滴表面3. 噴射接觸狀態(tài)噴射接觸狀態(tài)11.1 板式塔板式塔泡沫狀泡沫狀和和噴射噴射狀狀均為均為優(yōu)良的優(yōu)良的塔板工塔板工作狀態(tài)作

7、狀態(tài)為減小液為減小液沫夾帶，沫夾帶，大多數(shù)塔大多數(shù)塔都控制在都控制在泡沫接觸泡沫接觸狀態(tài)狀態(tài)下操下操作作14化化 工工 原原 理理（二）（二） 氣體通過塔板的壓力降氣體通過塔板的壓力降氣量氣量 Ht液量液量 Ht板結(jié)構(gòu)：開孔率板結(jié)構(gòu)：開孔率u0 Ht 總壓力降：總壓力降：Ht=h0+he干板壓降干板壓降 h0液層阻力液層阻力 he壓降由兩部分構(gòu)成壓降由兩部分構(gòu)成影響因素影響因素一般，常壓塔：單板壓降一般，常壓塔：單板壓降4065mmH2O 減壓塔：單板壓降減壓塔：單板壓降1035mmH2O11.1 板式塔板式塔液層靜壓力液層靜壓力液體表面張力液體表面張力15化化 工工 原原 理理（三）塔板上的

8、液面落差（三）塔板上的液面落差液面落差：液面落差： 塔板進(jìn)、出口側(cè)的清液高度差塔板進(jìn)、出口側(cè)的清液高度差液面落差液面落差氣流的不均勻分布?xì)饬鞯牟痪鶆蚍植紘?yán)重嚴(yán)重漏液漏液板效率下降板效率下降與塔板結(jié)構(gòu)、塔徑、流量有關(guān)。與塔板結(jié)構(gòu)、塔徑、流量有關(guān)。 有溢流塔板 產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因： 液體在塔板上橫向流動時要克服液體在塔板上橫向流動時要克服 流動阻力流動阻力11.1 板式塔板式塔（板面上的摩擦阻力、障礙物上的形體阻板面上的摩擦阻力、障礙物上的形體阻力和氣流造成的阻力力和氣流造成的阻力）直徑較大的塔，可采用直徑較大的塔，可采用雙溢流和階梯溢流雙溢流和階梯溢流減小液面落差減小液面落差16化化 工工 原原

9、 理理11.1 板式塔板式塔17化化 工工 原原 理理三、板式塔的操作特性三、板式塔的操作特性（一）塔板上的異常操作現(xiàn)象（一）塔板上的異常操作現(xiàn)象1. 漏液漏液當(dāng)當(dāng)氣速過小或氣液分布不均勻氣速過小或氣液分布不均勻時，有的篩孔無氣體通時，有的篩孔無氣體通過，造成液體短路，大量液體由篩孔漏下。過，造成液體短路，大量液體由篩孔漏下。氣量過小氣量過小 ；塔板開孔率大。塔板開孔率大。產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因漏液漏液兩相在塔板上的接觸時間兩相在塔板上的接觸時間板效率板效率11.1 板式塔板式塔18化化 工工 原原 理理控制：漏液量不大于液體流量的控制：漏液量不大于液體流量的10%。漏液氣速漏液氣速：漏液量達(dá)到漏液

10、量達(dá)到10%的氣體速度。的氣體速度。板式塔操作的氣速下限板式塔操作的氣速下限2. 液沫夾帶液沫夾帶影響因素影響因素空塔氣速空塔氣速：空塔氣速減小，液沫夾帶量減?。嚎账馑贉p小，液沫夾帶量減小塔板間距塔板間距：板間距增大，液沫夾帶量減小：板間距增大，液沫夾帶量減小現(xiàn)象：現(xiàn)象：液滴隨氣體進(jìn)入上層塔板。液滴隨氣體進(jìn)入上層塔板。后果：后果：過量液沫夾帶，造成液相在板間的返混，過量液沫夾帶，造成液相在板間的返混，板效率下降板效率下降11.1 板式塔板式塔19化化 工工 原原 理理3. 液泛液泛 定義定義：液體進(jìn)塔量大于出塔量，塔內(nèi)不斷積液，液體進(jìn)塔量大于出塔量，塔內(nèi)不斷積液， 直至直至塔內(nèi)充滿液體塔內(nèi)充

11、滿液體，破壞塔內(nèi)正常操作，破壞塔內(nèi)正常操作液泛液泛夾帶液泛夾帶液泛降液管液泛降液管液泛由液沫夾帶引起由液沫夾帶引起 氣速過大氣速過大。由降液管通過液體能力不夠由降液管通過液體能力不夠而引起而引起 液量過大液量過大。11.1 板式塔板式塔20化化 工工 原原 理理 與板間距與板間距HT有關(guān)：有關(guān)： HT uF， 與液量有關(guān)：與液量有關(guān)：VL L uF 與物系性質(zhì)有關(guān)：與物系性質(zhì)有關(guān)：易發(fā)泡，易發(fā)泡，uF影響液泛氣速影響液泛氣速 uF 的因素：的因素：適宜氣速：適宜氣速：u=(0.7-0.8)=(0.7-0.8)uF u/ /uF液泛分率液泛分率 不易液泛不易液泛 綜上所述，造成液泛的原因主要是綜

12、上所述，造成液泛的原因主要是液量過大液量過大、板壓降過大（即氣量過大）板壓降過大（即氣量過大）或或降液管堵塞降液管堵塞。11.1 板式塔板式塔21化化 工工 原原 理理4. 氣泡夾帶氣泡夾帶： 液體在降液管中停留時間太短，液體在降液管中停留時間太短， 大量氣泡被液體卷進(jìn)下層塔板。大量氣泡被液體卷進(jìn)下層塔板。液沫夾帶是液體的返混，氣泡夾帶是氣體的返混。液沫夾帶是液體的返混，氣泡夾帶是氣體的返混。液沫夾帶和氣泡夾帶夾帶量需嚴(yán)格地制在最大允許值液沫夾帶和氣泡夾帶夾帶量需嚴(yán)格地制在最大允許值范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。 （二）塔板的負(fù)荷性能圖（二）塔板的負(fù)荷性能圖11.1 板式塔板式塔22化化 工工 原原 理理液

13、相下限線液相上限線過量液沫夾帶線液泛線正正常常操操作作區(qū)區(qū)操作彈性操作彈性=氣量上限氣量上限/氣量下限氣量下限操操作作彈彈性性要要求求大大于于 23操作點(diǎn)操作點(diǎn)11.1 板式塔板式塔23化化 工工 原原 理理1. 液體流量下限線液體流量下限線由由how = 6mm 確定。確定。 2. 液體流量上限線液體流量上限線由液體在降液管內(nèi)的停留時間由液體在降液管內(nèi)的停留時間=3=3 5s5s計(jì)算。計(jì)算。 3. 漏液線漏液線 由發(fā)生漏液時的干板壓降計(jì)算。由發(fā)生漏液時的干板壓降計(jì)算。4. 過量液沫夾帶線過量液沫夾帶線由液沫由液沫夾帶量夾帶量e eG G = 0.1kg= 0.1kg液沫液沫/kg/kg干氣確

14、定。干氣確定。5. 液泛線液泛線由由Hd = ( (H HT T + + h hw w) )確定。確定。11.1 板式塔板式塔各條線的確定見各條線的確定見P14124化化 工工 原原 理理物系一定時，負(fù)荷性能圖中各線的相對位置隨塔板尺寸物系一定時，負(fù)荷性能圖中各線的相對位置隨塔板尺寸而變而變例：例：加大板間距或增大塔徑可使液泛線加大板間距或增大塔徑可使液泛線 增加降液管截面積可使液相上限線增加降液管截面積可使液相上限線 減少塔板開孔率可使漏液線減少塔板開孔率可使漏液線 空塔氣速增加，液沫夾帶線空塔氣速增加，液沫夾帶線 板間距增大，液沫夾帶線板間距增大，液沫夾帶線上移，上移，右移，右移，下移，下

15、移，下移，下移，上移。上移。11.1 板式塔板式塔25化化 工工 原原 理理11.2 填料塔填料塔 一、填料塔與塔填料一、填料塔與塔填料26化化 工工 原原 理理 （一）一）填料塔的結(jié)構(gòu)填料塔的結(jié)構(gòu)與作與作用用11.2 填料塔填料塔27化化 工工 原原 理理*填料層填料層：提供氣液傳質(zhì)面：提供氣液傳質(zhì)面填料表面形成的液膜面填料表面形成的液膜面。*液體分布器液體分布器：均勻分布液體，以避免發(fā)生：均勻分布液體，以避免發(fā)生溝流現(xiàn)象溝流現(xiàn)象。*液體再分布器液體再分布器：避免：避免壁流現(xiàn)象壁流現(xiàn)象發(fā)生。發(fā)生。*支撐板支撐板：支撐填料層，使氣體均勻分布。：支撐填料層，使氣體均勻分布。*除沫器除沫器：防止塔

16、頂氣體出口處夾帶液體。：防止塔頂氣體出口處夾帶液體。 （二）填料類型二）填料類型環(huán)形環(huán)形 鞍形鞍形波紋形波紋形形狀形狀（拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、階梯環(huán)）拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、階梯環(huán)）（矩鞍形、弧鞍形）（矩鞍形、弧鞍形）（板波紋、網(wǎng)狀波紋）（板波紋、網(wǎng)狀波紋）11.2 填料塔填料塔28化化 工工 原原 理理材料：陶瓷材料：陶瓷、金屬、塑料金屬、塑料堆放方式堆放方式 亂堆填料亂堆填料： 整砌填料整砌填料： 拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、鞍形、拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、鞍形、網(wǎng)環(huán)網(wǎng)環(huán) 波紋板、波紋網(wǎng)波紋板、波紋網(wǎng) 1）拉西環(huán)拉西環(huán)（Rasching ring） 11.2 填料塔填料塔29化化 工工 原原 理理鮑爾環(huán)鮑爾環(huán)Pall rin

17、g階梯環(huán)階梯環(huán)Cascade ring11.2 填料塔填料塔30化化 工工 原原 理理陶瓷弧鞍陶瓷弧鞍Berl saddle 矩鞍矩鞍Intalox saddle ring11.2 填料塔填料塔31化化 工工 原原 理理環(huán)環(huán)絲網(wǎng)波紋絲網(wǎng)波紋板波紋板波紋11.2 填料塔填料塔32化化 工工 原原 理理（三）填料作用及特性（三）填料作用及特性1、填料作用、填料作用（1）提供氣液接觸面；提供氣液接觸面；（2）強(qiáng)化氣體湍動，降低氣相傳質(zhì)阻力；強(qiáng)化氣體湍動，降低氣相傳質(zhì)阻力；（3）更新液膜表面，降低液相傳質(zhì)阻力。更新液膜表面，降低液相傳質(zhì)阻力。2、填料特性、填料特性（1）比表面積比表面積 a 定義：單位

18、堆積體積所具有的表面積，定義：單位堆積體積所具有的表面積， m2/m3、1/m。傳質(zhì)面積a填料尺寸小11.2 填料塔填料塔33化化 工工 原原 理理（2）空隙率空隙率 定義：單位體積填料中所具有的空隙體積定義：單位體積填料中所具有的空隙體積 ， m3/m3。生產(chǎn)能力阻力大，水力學(xué)性能好。阻力小，達(dá)到液泛時值小Fu（3）干填料因子干填料因子 a / 3與（濕）填料因子與（濕）填料因子（濕）填料因子 液泛條件下測得的 a/ 3 。（4）堆積密度堆積密度 P 單位體積填料所具有的質(zhì)量，單位體積填料所具有的質(zhì)量， kg/m3。p11.2 填料塔填料塔34化化 工工 原原 理理二、填料塔的水力學(xué)特性二、

19、填料塔的水力學(xué)特性（一）氣體通過填料層的壓降（一）氣體通過填料層的壓降 L=0 干填料干填料L，空隙率空隙率，氣體氣體流通通道減小，同一流通通道減小，同一氣速下，噴淋密度大，氣速下，噴淋密度大，壓降大。壓降大。 p，kPa L3 L2 L1 干塔 3 2 L3 L2 L1 1 0 u, m/s 填填料料層層的的 pu 關(guān)關(guān)系系（雙雙對對數(shù)數(shù)坐坐標(biāo)標(biāo)系系） L-噴淋量大大（空塔氣速）（空塔氣速）恒持液量區(qū)載液區(qū)液泛區(qū)11.2 填料塔填料塔35化化 工工 原原 理理1、恒持液量區(qū)恒持液量區(qū) L點(diǎn)以上，點(diǎn)以上，u大，阻礙液體順暢下流，持液量增大，阻礙液體順暢下流，持液量增加，此為攔液現(xiàn)象，加，此為攔

20、液現(xiàn)象，出現(xiàn)攔液現(xiàn)象時的氣速為載點(diǎn)氣速出現(xiàn)攔液現(xiàn)象時的氣速為載點(diǎn)氣速，超過載點(diǎn)氣速后，超過載點(diǎn)氣速后，Pu2.0 。載點(diǎn)以下，載點(diǎn)以下， u小，小，Pu1.8 2.0，基本上與干填料平行基本上與干填料平行。2、載液區(qū)載液區(qū)11.2 填料塔填料塔載液區(qū)載液區(qū)為塔的正常操作區(qū)為塔的正常操作區(qū)36化化 工工 原原 理理Fuu)8 . 06 . 0( u液體在塔內(nèi)積累而液體在塔內(nèi)積累而發(fā)生液泛，此時發(fā)生液泛，此時的氣速稱泛點(diǎn)氣速的氣速稱泛點(diǎn)氣速。Pu 斜率急劇增加斜率急劇增加, ,填料塔不能正常操作。填料塔不能正常操作。3、液泛區(qū)液泛區(qū)11.2 填料塔填料塔影響泛點(diǎn)氣速的因素：影響泛點(diǎn)氣速的因素：填料特性、填料特性、流體物性、流體物性、液氣比液氣比37化化 工工 原原 理理二、泛點(diǎn)氣速的計(jì)算二、泛點(diǎn)氣速的計(jì)算埃?？丝颂靥兀‥ckert）通通用用關(guān)關(guān)聯(lián)聯(lián)圖圖11.2 填料塔填料塔38化化 工工 原原 理理應(yīng)用：應(yīng)用：求泛點(diǎn)氣速求泛點(diǎn)氣速根據(jù)允許壓降值計(jì)算空塔氣速或根據(jù)空塔氣速根據(jù)允許壓降值計(jì)算空塔氣速或根據(jù)空塔氣速計(jì)算壓降。計(jì)算壓降。常壓塔：常壓塔：P = 1550 mmH2O/ m填料；填料；真空塔：真空塔：P 8 mmH2O/ m填料填料 此圖顯示出壓降與泛點(diǎn)、填料因子、液汽此圖顯示出壓降與泛點(diǎn)、填