氣液傳質(zhì)設(shè)備

氣液傳質(zhì)設(shè)備第一頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/19氣液傳質(zhì)設(shè)備逐級(jí)接觸式連續(xù)接觸式板式塔填料塔第二頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/19一、板式塔的構(gòu)造進(jìn)料回流液塔頂氣相塔底液相板式塔內(nèi)流體的流動(dòng)第三頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/191、板式塔的結(jié)構(gòu)第四頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/191）塔板的構(gòu)造篩孔降液管溢流堰（剖面圖）第五頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/19降液管受液區(qū)溢流堰安定區(qū)開(kāi)孔區(qū)俯視圖第六頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/19第七頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/19第八頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/192）塔板類型a）泡罩塔板第九頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/19優(yōu)點(diǎn)：塔板操作彈性大，塔效率比較高，不易堵。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，塔板阻力大,生產(chǎn)能力小。第十頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/19b）篩孔塔板第十一頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/19優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、塔板阻力小缺點(diǎn)：操作彈性小。第十二頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/19c）浮閥塔板第十三頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/19第十四頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/19第十五頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/19第十六頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/19優(yōu)點(diǎn)：浮閥可以根據(jù)氣體流量，自動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，提高了塔板的操作彈性、降低塔板的壓降，并具有較高塔板效率，在生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)：浮閥易脫落或損壞。浮閥的工作原理第十七頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/19d）舌型塔板

第十八頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/19右圖是一種噴射型塔板。其結(jié)構(gòu)是在塔板上沖出若干按一定排列的舌形孔，舌片向上張角以20°左右為宜。20=ao50R25氣相優(yōu)點(diǎn)：氣流由舌片噴出并帶動(dòng)液體沿同方向流動(dòng)。氣液并流避免了返混和液面落差，塔板上液層較低，塔板壓降較小。氣流方向近于水平。相同的液氣比下，舌形塔板的液沫夾帶量較小，故可達(dá)較高的生產(chǎn)能力。缺點(diǎn)：張角固定，在氣量較小時(shí)，經(jīng)舌孔噴射的氣速低，塔板漏液嚴(yán)重，操作彈性小。液體在同一方向上加速，有可能使液體在板上的停留時(shí)間太短、液層太薄，板效率降低。第十九頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/19斜孔塔板是在舌形塔板上發(fā)展的，斜孔的開(kāi)口方向與液流垂直且相鄰兩排開(kāi)孔方向相反，既保留了氣體水平噴出、氣液高度湍動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，又避免了液體連續(xù)加速，可維持板上均勻的低液面，從而既能獲得大的生產(chǎn)能力，又能達(dá)到好的傳質(zhì)效果。e)斜孔塔板浮舌塔板為使舌形塔板適應(yīng)低負(fù)荷生產(chǎn)，提高操作彈性，研制出了可變氣道截面（類似于浮閥塔板）的浮舌塔板。19R20R1683731o20降液管a斜孔結(jié)構(gòu)b塔板布置受液區(qū)導(dǎo)向孔第二十頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/193）塔板的比較

塔板性能比較

塔板類型

相對(duì)生產(chǎn)能力

相

對(duì)板效率

操作彈性

壓降

結(jié)構(gòu)相對(duì)成本

泡罩板

1.0

1.0

4～5

高

復(fù)雜

1.0

篩板

1.2～1.4

1.1

2～3

低

最簡(jiǎn)單

0.4～0.5

浮閥板

1.2～1.3

1.1～1.2

3～4中

一般

0.7～0.8

舌型塔板

1.3～1.5

1.1

2～3

低

簡(jiǎn)單

0.5~0.6

斜孔板

1.5～1.8

1.1

2～3低

簡(jiǎn)單

0.5

第二十一頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/19各種塔板的優(yōu)點(diǎn)及適用范圍

優(yōu)點(diǎn)

缺點(diǎn)

適用范圍

塔板類型

泡罩板

較成熟，操作范圍寬

結(jié)構(gòu)復(fù)雜，阻力大，生產(chǎn)能力低

某些要求操作彈性好的特殊塔

浮閥板

效率高，操作范圍寬

采用不銹鋼，浮閥易脫落

分離要求高，負(fù)荷變化大篩板

效率較高，成本低

安裝要求水平,易堵,操作范圍窄

分離要求高,塔板較多舌型板

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,生產(chǎn)能力大

操作范圍窄，效率較低

分離要求較低的閃蒸塔

斜孔板

生產(chǎn)能力大,效率高

操作范圍比浮閥塔和泡罩塔窄

分離要求高，生產(chǎn)能力大

第二十二頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/19二、塔板效率1、塔板效率的表示法

1）總板效率E(

全塔效率）達(dá)到指定分離效果所需理論板數(shù)與實(shí)際板數(shù)的比值。

簡(jiǎn)單地反映了整個(gè)塔內(nèi)的平均傳質(zhì)效果。2）單板效率EM(默弗里效率)

直接反映該層塔板的傳質(zhì)效果

第二十三頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/19單板效率的數(shù)值有可能大于100%嗎？

3）點(diǎn)效率EO

第二十四頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/19點(diǎn)效率與單板效率的區(qū)別：點(diǎn)效率中的y、y*為塔板上某點(diǎn)的氣相組成和平衡組成；單板效率中的yn為離開(kāi)塔板的氣相平均組成、yn*為與xn成相平衡的氣相平均組成。單板效率與全塔效率的區(qū)別：?jiǎn)伟逍史从车氖窃搶铀宓膫髻|(zhì)效果，全塔效率反映的是整個(gè)塔板的平均傳質(zhì)效果。第二十五頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/192、塔板效率的估算

1）塔板效率的影響因素

a）物系性質(zhì)：粘度、密度、表面張力及相對(duì)揮發(fā)度等。b）塔板結(jié)構(gòu)：塔徑、板間距、堰高及開(kāi)孔率等。

c）操作條件：溫度、壓強(qiáng)、氣體上升速度及氣液流量比

2）板效率的估算

奧康內(nèi)爾（O’connell）關(guān)聯(lián)方法①精餾塔：采用相對(duì)揮發(fā)度與液相粘度L

的乘積為參數(shù)來(lái)表示全塔效率ET：第二十六頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/19與L取塔頂與塔底平均溫度下的值。對(duì)多組分物系，取關(guān)鍵組分的。液相的平均粘度L可按下式計(jì)算②吸收塔：采用HP/L

作為參數(shù)來(lái)表示全塔效率ET：H—塔頂塔底平均溫度下溶質(zhì)的溶解度系數(shù)，kmol/(m3kPa)P—操作壓強(qiáng)，kPa；L—塔頂塔底平均組成及平均溫度下的液相粘度，mPas

。第二十七頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/19第七章

氣液傳質(zhì)設(shè)備一、填料塔的結(jié)構(gòu)與填料特性

二、填料塔的附件第二節(jié)

填料塔第二十八頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/19一、填料塔的結(jié)構(gòu)與填料特性

1、填料塔的結(jié)構(gòu)

第二十九頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/192、填料特性

1）比表面積

單位體積填料層的填料表面積，以σ表示

；單位：m2/m3。

同一種填料，尺寸愈小，比表面積愈大。

2）空隙率

單位體積填料層的空隙體積，以ε表示；單位為m3/m3。

填料的空隙率大，氣液通過(guò)能力大，氣體流動(dòng)阻力小。

3）填料因子

表示填料的流體力學(xué)性能，以干填料因子

濕填料因子

第三十頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/193、填料類型

堆放方式

亂堆填料

規(guī)整填料

拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、鞍形、θ網(wǎng)環(huán)

波紋板、波紋網(wǎng)

基材

實(shí)體填料

網(wǎng)體填料

環(huán)形填料（拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、階梯環(huán)）、鞍形填料（弧鞍、矩鞍）、柵板

θ網(wǎng)、波紋網(wǎng)

第三十一頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/191）拉西環(huán)（Raschingring）

最早使用的一種填料，為高徑比相等的陶瓷和金屬等制成的空心圓環(huán)。1、亂堆填料第三十二頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/19優(yōu)點(diǎn)：易于制造，價(jià)格低廉，對(duì)它的研究較為充分，所以在過(guò)去得到了廣泛的應(yīng)用。缺點(diǎn)：形狀規(guī)則，堆積時(shí)填料間易形成線接觸，故液體常存在嚴(yán)重的溝流和壁流現(xiàn)象。且拉西環(huán)填料的內(nèi)表面潤(rùn)濕率較低，因而傳質(zhì)速率也不高。為此，在拉西環(huán)基礎(chǔ)上衍生了θ環(huán)、十字環(huán)及螺旋環(huán)等，其基本改進(jìn)是在拉西環(huán)內(nèi)增加一些結(jié)構(gòu)，以增大填料的比表面積。第三十三頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/19θ環(huán)十字環(huán)第三十四頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/192）鮑爾環(huán)(Pallring)

在環(huán)的側(cè)壁上開(kāi)一層或兩層長(zhǎng)方形小孔，小孔的母材并不脫離側(cè)壁而是形成向內(nèi)彎的葉片。上下兩層長(zhǎng)方形小孔位置交錯(cuò)。第三十五頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/19鮑爾環(huán)因?yàn)榫哂袃?yōu)良性能，因而應(yīng)用十分廣泛。可由金屬或塑料制成。與拉西環(huán)相比，同尺寸的鮑爾環(huán)雖有相同的比表面積和空隙率，但鮑爾環(huán)在其側(cè)壁上的小孔可供氣液流通，使環(huán)的內(nèi)壁面得以充分利用。因此，鮑爾環(huán)不僅具有較大的生產(chǎn)能力和較低的壓降，且分離效率較高，溝流現(xiàn)象也大大降低。第三十六頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/193）弧鞍與矩鞍（berlsaddleandintoloxsaddle）

弧鞍一種表面全部展開(kāi)的具有馬鞍形狀的瓷質(zhì)填料(馬鞍填料)。弧鞍填料在塔內(nèi)呈相互搭接狀態(tài)，形成弧形氣體通道。第三十七頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/19優(yōu)點(diǎn)：空隙率高，氣體阻力小，液體分布性能較好，填料性能優(yōu)于拉西環(huán)。缺點(diǎn)：相鄰填料易相互套疊，使填料有效表面降低，從而影響傳質(zhì)速率。并且強(qiáng)度較差，容易破碎。第三十八頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/19矩鞍填料的兩端為矩形，且填料兩面大小不等?？朔嘶“疤盍舷嗷ブ丿B的缺點(diǎn)，填料的均勻性得到改善。液體分布均勻，氣液傳質(zhì)速率得到提高。瓷矩鞍填料是目前采用最多的一種瓷質(zhì)填料。矩鞍第三十九頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/194）階梯環(huán)(cascademinirings)

階梯環(huán)的結(jié)構(gòu)與鮑爾環(huán)相似，環(huán)壁上開(kāi)有長(zhǎng)方形小孔，環(huán)內(nèi)有兩層交錯(cuò)45°的十字形葉片，環(huán)的高度為直徑的一半，環(huán)的一端成喇叭口形狀的翻邊。第四十頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/19這樣的結(jié)構(gòu)使得階梯環(huán)填料的性能在鮑爾環(huán)的基礎(chǔ)上又有提高，其生產(chǎn)能力可提高約10%，壓降則可降低25%，且由于填料間呈多點(diǎn)接觸，床層均勻，較好地避免了溝流現(xiàn)象。階梯環(huán)一般由塑料和金屬制成，由于其性能優(yōu)于其它側(cè)壁上開(kāi)孔的填料，因此獲得廣泛的應(yīng)用。第四十一頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/195）金屬鞍環(huán)

有環(huán)形與鞍形的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，生產(chǎn)能力大、壓降低、液體分布性能好、傳質(zhì)速率高、操作彈性大，在減壓蒸餾中其優(yōu)勢(shì)更為顯著。第四十二頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/19波紋板2、規(guī)整填料規(guī)整填料一般由波紋狀的金屬網(wǎng)絲或多孔板重疊而成。使用時(shí)根據(jù)填料塔的結(jié)構(gòu)尺寸，疊成圓筒形整塊放入塔內(nèi)或分塊拼成圓筒形在塔內(nèi)裝砌。波紋網(wǎng)第四十三頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/19優(yōu)點(diǎn)：空隙大，生產(chǎn)能力大，壓降小。流道規(guī)則，只要液體初始分布均勻，則在全塔中分布也均勻，因此規(guī)整填料幾乎無(wú)放大效應(yīng)，通常具有很高的傳質(zhì)效率。缺點(diǎn)：造價(jià)較高，易堵塞、難清洗，因此工業(yè)上一般用于較難分離或分離要求很高的情況。第四十四頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/19二、填料塔的附件

1、填料支承裝置

第四十五頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/19第四十六頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/192、液體分布裝置a)管式噴淋器

第四十七頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/19b)彈濺式噴淋器第四十八頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/19b)齒槽式噴淋器第四十九頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/193、液體再分布裝置

升氣管式液體再布器第五十頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/19齒槽式液體再布器第五十一頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/194、液體收集裝置

斜板式液體收集器第五十二頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/195、除沫裝置

第五十三頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/19絲網(wǎng)除沫器第五十四頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/19lg(Δp/z)lgu三、填料塔的流體力學(xué)性能

1、氣體通過(guò)填料層的壓強(qiáng)降

載點(diǎn)泛點(diǎn)恒持液量區(qū)載液區(qū)液泛區(qū)第五十五頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/19第五十六頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/192、壓降的計(jì)算

——埃克特通用關(guān)聯(lián)圖100.011.00.10.060.040.020.20.40.6234680.0010.010.10.080.060.020.040.80.0061.00.0020.0080.0040.60.40.24050200015020030040050010001001500整砌拉西環(huán)泛點(diǎn)線散堆填料泛點(diǎn)線Δp/z第五十七頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/193、潤(rùn)濕性能

液體的噴淋密度：?jiǎn)挝粫r(shí)間在單位塔截面上噴淋的液體體積。

潤(rùn)濕速率：在塔的截面上，單位長(zhǎng)度的填料周邊上液體的體積流量。

泛點(diǎn)率：塔內(nèi)操作氣速與泛點(diǎn)氣速的比值，一般要求在0.5~0.8。第五十八頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/194、填料塔的持液量在一定的操作條件下，單位體積填料層內(nèi)的液體體積。靜持液量：填料表面被充分潤(rùn)濕后，在靜止?fàn)顟B(tài)下能附著在填料表面的液體體積?？偝忠毫浚涸谝欢ú僮鳁l件下，單位體積填料層中液體總體積。動(dòng)持液量：總持液量與靜持液量間的差值。5、氣體動(dòng)能因子定義式：氣體動(dòng)能因子是填料塔重要的操作參數(shù)。第五十九頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/191、塔徑

填料塔的直徑可根據(jù)圓形管道內(nèi)的流量公式計(jì)算式中：Vs

——操作條件下氣體體積流量，m3/s；

u——操作條件下的空塔氣速，m/s。一般取u=(0.5~0.8)uF。對(duì)一定氣體負(fù)荷，計(jì)算塔徑關(guān)鍵在于空塔泛點(diǎn)氣速的求取。當(dāng)缺乏實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，泛點(diǎn)氣速uF可用?？颂?Eckert)壓降關(guān)聯(lián)圖估算。一般填料塔的操作氣速大致在

0.2~1.0m/s。按上式算出的塔徑，應(yīng)按壓力容器公稱直徑進(jìn)行圓整，如圓整為600、800、1000、1200mm等。四、填料塔塔徑與塔高的計(jì)算第六十頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/19驗(yàn)算液體噴淋密度，以確保填料能得到充分的潤(rùn)濕。填料塔的液體最小噴淋密度與填料的比表面積σ

有關(guān)，其關(guān)系為：式中：Umin——最小噴淋密度，m3/(m2s)；

(Lw)min——最小潤(rùn)濕速率，m3/(ms)。最小潤(rùn)濕速率：在塔橫截面上，單位長(zhǎng)度的填料周邊上潤(rùn)濕填料所需最少液體的體積流量。直徑<45mm的拉西環(huán)及其它填料，(Lw)min=0.08m3/(mh)；直徑>45mm的環(huán)形填料，(Lw)min=0.12m3/(mh)。實(shí)際噴淋密度應(yīng)大于最小噴淋密度。若不能滿足此條件，可采用增大回流比或液體再循環(huán)等方法加大塔內(nèi)液體流量，或適當(dāng)提高氣速，減小塔徑等。第六十一頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期一2023/6/19取決于所需的填料層高度及塔內(nèi)附屬構(gòu)件所需的高度。附屬構(gòu)件(如氣液分布裝置，除沫器及液體再分布器等)的高度要由所選的類型和計(jì)算的尺寸來(lái)確定。填料層的高度通常采用傳質(zhì)單元法