-PPT气液传质设备 11-1

鼓泡接触状态
（2）蜂窝状接触状态
随着气速增加，气 泡数量不断增加。当气 泡形成速度大于气泡浮 升速度时气泡在液层中 累积。气泡间相互碰撞， 形成各种多面体的大气 泡。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。
蜂窝状接触状态
（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，扰动十分剧烈动态 泡沫，由于泡沫接触状 态表面积大，并不断更 新，是一种较好的接触 状态。
降液管内 气体通过塔 堰高 堰液头 液面 的液面高 板的压降 落差
液体流过降液 管时的压头损 失,主要是从降 液管下端流出 时的出口损失
计算结果以m清液柱计
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若泡沫液在降液管内停留时间过短,则泡沫尚来不 及破碎就把板上的液层中的气泡夹带到了下一层板.
降液管内的液体体积 （ 以清液计） 停留时间 液体体积流率 H d Ad VL
图11-4 舌形塔盘及舌孔形状
舌形塔板示意图
（五）舌片板塔和浮舌板塔
1.舌片板塔 特点：
优点: (1)处理量大，压降小，传质效率高； (2)结构简单，安装维修方便； 缺点: 操作弹性小； 塔板效率低；
2.浮舌板塔
结构及原理：浮舌塔板的结构特点是，其舌片可上下浮动。
因此，浮舌塔板兼有浮阀塔板和固定舌型塔板的特点，处理
图11-3 浮阀
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浮阀塔板 a.F1 型浮阀；b. V-4 型浮阀；c. T 型浮阀
浮阀塔板的优缺点 优点
结构简单、造价低
操作弹性大
生产能力大 塔板效率较高
思考与讨论
浮阀塔在实际使用中存在的问题及 解决的办法?
缺点
处理易结焦、高黏度物料阀片易与塔板粘结 操作时阀片易脱落或卡死
气体通过一层筛板的总压降(均以清液层高度表示)为:
总压降
Ht h0 he
气体通过泡 沫层的压降
气体通过筛孔的压降, 或称干板压降
忽略了形成气泡时为克服表面张力形成的阻力。
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1、气体通过筛孔的压降（干板压降）h0
气体通过筛 孔的压降
1 u0 G h0 ( ) 2 g C0 L
过量液沫夹带----不允许，是塔的不良操作现象之一。
1）降低板效； 不良后果： 2）将不挥发性物质逐板送至塔顶 造成产品污染； 3）严重时造成液泛。 产生的原因：气体输送夹带、飞溅夹带
要求夹带量eG<0.1kg液体/kg干气体
有溢流塔板
（六）漏液 （Weeping） 当气体孔速过小或气体分布不均匀时，使有的筛 孔无气体通过，从而造成液体短路，大量液体由 筛孔漏下。 产生原因： 气量过小或塔板开孔率大
溶剂 溶剂
气体
气体
板式塔
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
填料塔
本章主要内容
1 2
板式塔 填料塔
4
学习的目的和要求
1 2 3 4 5
掌握板式塔的结构、塔板类型； 理解板式塔的水力学性能与操作特性； 掌握填料塔的结构、填料类型； 理解填料塔的水力学性能；
了解板式塔和填料塔的设计原则。
本章重难点
板式塔和填料塔的结构和类型，水力 学性能和操作特性。
泡沫接触状态
（4）喷射接触状态 当气速继续增加，把 板上液体向上喷成大小不 等的液滴，直径较大的液 滴受重力作用落回到塔板 上，直径较小的液滴被气 体带走，形成液沫夹带。 液滴回到塔板上又被分散， 这种液滴反复形成和聚集， 使传质面积增加，表面不 断更新，是一种较好的接 触状态。
喷射接触状态
(二) 气体通过塔板的压降（课本（四）） 气体通过塔板需克服一定的阻力塔板压降。
3.特点：
优点:(1)结构简单，制造维修方便， 造价低；(2)截面利用率高，生产能 力大；(3)塔盘开孔率大，压降小， 运行费用低。 缺点:塔板效率低，操作弹性小。
穿流式栅板
补充：塔板的性能评价
塔板的性能评价指标
生产能力大 塔板效率高 塔板压降低 操作弹性大 结构简单，制造维修方便，造价低
液面 落差
泡罩塔板上的液面落差示意图
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分析 △
～
气液分布 均匀程度
～
泡罩塔板 浮阀塔板 筛孔塔板 塔径 流量
塔板效率 △大 △中 △小
与塔板的 结构有关 △ 与塔径、液 体流量有关
～△ ～△
塔板上的异常操作现象 (四)液泛（Dumping of liquid） （课本（二）） 塔板正常操作时，在塔板上应维持一定厚度的液 层，以和气体进行接触传质。如果由于某种原因导 致液体充满塔板之间的空间，使塔的正常操作受到 破坏，这种现象称为液泛。
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浮阀塔板：
1953 年 开 发出来，其 中 以 美 国 Glitstch 公 司 推 出 的 F1 型 浮阀应用最 为广泛
各种浮阀：
F1型、V型、T型、A型
（五）舌片板塔和浮舌板塔（喷射形塔）
1.舌片板塔
在塔板上冲出许多舌孔，方向朝塔板液体流出口一侧张开。 舌片与板面成一定的角度，有 18 °、 20 °、 25 °（一般为 20°）。舌片尺寸 50× 50mm和 25× 25mm 两种。舌孔按正三 角形排列，塔板的液体流出口一侧不设溢流堰，只保留降液管。
泄漏发生，塔板 效率严重下降， 正常操作时，泄 漏应不大于液体 流量的10%。
后果：严重的漏液使塔板上不能形成液层，气液无法 进行传热、传质，塔板将失去其基本功能。 46
（七）降液管内液面高与液体停留时间
降液管内的液面不能高过出口堰顶,否则就会发生 液泛.此高度可根据压力平衡定,对于筛板塔:
H d Ht hw how hd
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泡罩实物
（二）泡罩塔板（Bubble-cap Tray）
泡罩安装在升气管顶部，泡罩底缘开有若干齿缝浸入在 板上液层中，升气管顶部应高于泡罩齿缝的上沿，以防 止液体从中漏下。
图12
操作示意图
12
优点：操作稳定，升气管 使泡罩塔板低气速下也不
致产生严重的漏液现象，
故弹性较大。
缺点：结构复杂，造价高，
相对生 产能力
相对塔 板效率
操作 弹性
压力降
结构
成本
——————————————————————
二
板式塔的水力学性能
清液,含泡 沫不多
溅射产生 泡沫，需 要分离
(一)塔板上的气液流动
清液,含泡 沫不多
停止鼓泡
泡沫高度常 为清液层高 度的数倍 图11-6 塔板上的气液流动情况
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(一)
塔板上的气液流动
塔板压降大，生产强度低。
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（三）筛板塔（ Sieve Tray ）
筛板简称筛孔塔板，其结构特点是在塔板上开有许
多均匀小孔，孔径一般为3～8mm。筛孔在塔板上为
正三角形排列。
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筛孔 ——提供气体上升的通道
溢流堰 ——维持塔板上一定高 度的液层，以保证在塔板上气 液两相有足够的接触面积
操作示意图
塔板上气液两相的接触状态
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。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：

鼓泡接触状态
蜂窝接触状态 泡沫接触状态 喷射接触状态
（1）鼓泡接触状态
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。
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1、溢流液泛（降液管液泛） ★
原因：由降液管通过液体能力不够而引起 ——液量过大。
2、夹带液泛
原因：由液沫夹带引起— 气速过大。 造成液泛的原因主要是液量过大、板压降过大 （即气量过大）或降液管堵塞。
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（五）液沫夹带
— 一定存在，不可避免。
板上液体与液体主体流动方向相反 ,表现为气体 鼓泡通过板上液层时，将部分液体分散成液滴，而 部分液滴被上升气流带入上层塔板。
能力大、压降低、操作弹性大。
特点： 优点:处理量大，压降小， 雾沫夹带少，操作弹性大， 塔板效率高。 缺点:浮舌易磨损。
图11-5浮动舌片结构
（六）穿流板塔 1.结构：属筛板塔一种，不设降液
管，塔盘结构有筛孔板和栅板两种。
2.原理：气液两相同时由板上孔道
逆流通过，在塔盘上形成泡沫，进 行传热和传质。
浮阀塔板的结构特点是在塔板上开有若干个阀孔，每个 阀孔装有一个可上下浮动的阀片，阀片本身连有几个阀腿， 插入阀孔后将阀腿底脚拨转90°，以限制阀片升起的最大高 度，并防止阀片被气体吹走。阀片周边冲出几个略向下弯的 定距片，当气速很低时，由于定距片的作用，阀片与塔板呈 点接触而坐落在阀孔上，可防止阀片与板面的粘结。
图11-14筛板的复合性能图
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（八）塔板负荷性能图
(1)漏液线
漏液线气相负荷下限线
漏液量 ≤ 10％液流量
漏液气速 umin
(2)雾沫夹带线
雾沫夹带线气相负荷上限线 雾沫夹带量 ≤ 0.1kg液/kg气 夹带气速 umax
（八）塔板负荷性能图
(3) 液相负荷下限线 液流量过低，板上液层不均匀，气体停留时间 短，传质效率低。 堰上液层高度≥ 0.006 m 最小液流量 Lmin (4) 液相负荷上限线 液流量过高，液体通过降液管内的停留时间较 短，气泡来不及与液体分离 气泡夹带。 液体在降液管停留时间 ≥ 5 s 最大液流量 Lmax
补充：塔板的性能评价
常见塔板的性能比较 ———————————————————————
塔板类型
——————————————————————
泡罩塔板 筛孔塔板 浮阀塔板 舌形塔板 斜孔塔板 1.0 1.0 1.2～ 1.4 1.1 1.2～ 1.3 1.1～ 1.2 1.3～ 1.5 1.1 1.5～ 1.8 1.1 中 低 大 小 中 高 低 中 低 低 复杂 简单 一般 简单 简单 1.0 0.4～ 0.5 0.4～ 0.5 0.4～ 0.5 0.4～ 0.5
重点
难点
板式塔的水力学性能及操作特性。
第一节 板式塔
本节主要内容
一 二
主要类型板式塔的结构和特点 板式塔的水力学性能 板式塔设计要领 板效率
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三
四
一
主要类型板式塔的结构和特点
(一)概述
以筛板塔为例：
塔内装有多层相隔一定间隔的
开孔塔板作为基本构件，气体 自塔体向上以鼓泡的形式穿过 板上液层，液体则从塔顶进入， 顺塔而下，逐层交错流过塔板。 上升气流和下降液体在塔板上 充分接触而传质传热。
降液管——作为液体从上层塔 板流至下层塔板的通道。
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筛孔塔板的优缺点
优点
结构简单、造价低 生产能力大
板上液面落差小，气体压降低 塔板效率较高
思考与讨论
筛板塔容易产生的问题有哪些 或者是它的缺点有哪些呢？ 缺点
操作弹性小
筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、
黏度大的物料
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（四）浮阀塔（ Valve Tray）
第十一章 气液传质设备
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第十一章 气液传质设备
概 述：
吸收与蒸馏皆是处理 均相混合物分离过程的 单元操作，二者都涉及 到气液两相之间的质量
传递和热量传递，工业
上实现这一过程的主要
设备称为气液传质设备。
分 类：
板式塔：逐级接触式，内装塔板，气液传质在板上液 层空间内进行。 填料塔：连续接触式，内装填料，气液传质在填料润 湿表面进行。
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板式塔的种类很多，根据塔板上气液接触元件不同可分 为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔塔、舌形塔、浮动舌 形塔和浮动喷射塔等多种。
（二）泡罩塔板（Bubble-cap Tray） 泡罩塔板是工业上应用最早的塔板，它由升气管及 泡罩构成。泡罩安装在升气管的顶部，分圆形和条 形两种，以前者使用较广。泡罩有 8 0 、 100 和 150mm三种尺寸，可根据塔径大小选择。泡罩下部 周边开有很多齿缝，齿缝一般为三角形、矩形或梯 形。泡罩在塔板上为正三角形排列。
对于一般液体，停留时间就不少于3s, 对于 易起泡的液体，停留时间应不少于5s.
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（八）适宜的气、液流量范围——塔板负荷性能图
为一定任务设计的塔板，在一定气、液相负荷范围内才能实 现良好的气、液流动与接触状态，有高的板效率。 当气、液相负荷超出此范围，不仅塔板的分离效率大大降低 ，甚至塔的稳定操作也将难以维持。 有必要对已设计的塔进行检验，确定出其气液相操作范围。
重力加速度
气体通过筛孔的速度 气体与液 体的密度
孔流系数
2、气体通过泡沫的压降he
he (hw how )
堰高
超出堰顶上的液头 高度（堰压头）
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分析
塔板压降 塔板压降
～ ～
气液接 触时间
塔釜温度 气体阻力
～
塔板效率
～ 能量消耗
对热敏性物系的分离，应采用较低的塔板压降。
（三）液面落差与气流分布（课本（五）） 当液体横向流过塔板时，为克服板上的摩擦阻 力和板上部件（如泡罩、浮阀等）的局部阻力，需 要一定的液位差，则在板上形成由液体进入板面到 离开板面的液面落差。