化工原理第11章四川大学

JCPT塔板（并流喷射填料塔板 Jet Co-flow Packing Tray） JCPT塔板
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不同结构型式的JCPT塔板
舌形塔板 1960年代提出的一种斜喷射 型塔板。其结构简单，只需 在塔板上冲出若干按一定排 列的舌形孔即可，舌片向上 张角 以20°左右为宜。 舌形塔板
第十一章 气液传质设备 Chapter 11 Mass Transfer Equipments
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Chapter 11 Mass Transfer Equipments
第十一章 气液传质设备
概述（Introduction） 概述（Introduction）
气液传质设备的基本功能： 形成气液两相充分接触的 相界面，使质、热的传递 快速有效地进行，接触混 合与传质后的气、液两相 四 能及时分开，互不夹带等。 化 川 工 大 原 学 理 化 教 气液传质设备的分类：气液传质设备的种类很多，按接触 工 研 学 方式可分为连续（微分）接触式（填料塔）和逐级接触 室 院 式（板式塔）两大类，在吸收和蒸馏操作中应用极广 。
塔板类型
泡罩塔板（ Bubble-cap Tray ） 泡罩塔板（ Bubble-cap Tray ） 泡罩塔板是最早（1813年）在 工业上应用的一种塔板，其主要 元件由升气管和泡罩构成，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。 四 化 川 操作时，液体横向通过塔板经溢流堰流入降液管。气体则沿升气 工 大 管上升折流经泡罩齿缝分散进入液层，形成两相混合的鼓泡区。 原 学 由于有升气管，泡罩塔板即使在低气速下操作，也不致产生严重 理 化 的漏液现象。 教 工 泡罩塔板操作稳定，弹性大，在工业生产中曾是一种广为应用的 研 学 板型。其缺点是结构复杂，造价高，塔板压降大，生产强度低， 室 院 近几十年逐渐被筛孔塔板、浮阀塔板等所取代。
溶剂
气体
填料塔
板式塔 板式塔 在圆柱形壳体内按一定间距水平 设臵若干层塔板，液体靠重力作 溶剂 用自上而下流经各层板后从塔底 排出，各层塔板上保持有一定厚 度的流动液层；气体则在压强差 的推动下，自塔底向上依次穿过 各塔板上的液层上升至塔顶排出。 气、液在塔内逐板接触进行质、 四 化 热交换，故两相的组成沿塔高呈 川 工 阶跃式变化。 大 气体 原 学 理 化 教 工 研 DJ 塔盘 新型塔板、 板式塔 学 室 填料 院
JCPT塔板的特点
(1) 通量大，较浮阀塔板通量大50%~100%以上。JCPT塔板上气液混合物并流通过提液 JCPT塔板的特点 管，从上部填料层流出，气液分离性能好，充分利用了塔板间空间，即使空塔气速大，其 雾沫夹带量也较小；其次，塔板开孔较大(圆形孔约为Ø100mm；方形孔约为 70mmX80mm)，开孔率较高，一般为8~20%，即使空塔气速大，其板压降也较低；塔板 上液体基本为清液，降液管不易液泛。 (2) 效率高。实验结果表明，JCPT塔板分离效率较浮阀塔板提高了10%以上；与新型垂 直筛板塔相比，其效率比新型垂直筛板(New VST)高5%以上。其原因是提液管内液气比大， 气液碰撞混合作用激烈，填料提供了大的气液接触面积以及液流的再循环。 (3) 板压降低。与鼓泡型塔板相比，这种新型塔板具有较大的开孔与开孔率，气体处理 量相同时，其干板压降小；同时，气体不穿过液层，只是把液体向上吹成液滴并通过填料 层，所以湿板压降也不高。对比实验表明JCPT塔板的板压降较新型垂直筛板低8%，较浮 四 阀塔板低30%。 化 川 操作弹性大，约为4。该塔板的操作范围主要受气速影响，受塔板液层高度的影响较 (4) 工 小。在较高气速下操作时，其雾沫夹带量小、板压降也不高，而且漏液时的气速较低，所 大 原 以在较大的气速范围内能维持稳定的高效率。 学 耐堵塞。由于这种新型塔板具有较大的开孔与开孔率，气液在提液管内高速并流， (5)理 化 因此具有很高的抗堵塞性。对于结焦、聚合、含固体颗粒的物系，塔板传质单元顶部的填 教 料将采用大波纹填料、折板、大筛孔等结构取代，使塔板具有更好的耐堵塞性。 工 (6)研 学 经济性。由于JCPT塔板具有高效和高通量的特点，将其用于新设计可大幅度缩小塔 径，节省设备投资；用于老塔改造原降液管、塔圈可保持不变，只需更换塔板，可节约投 室 院 资，缩短改造施工周期，节省施工费用。
筛孔塔板（ Sieve Tray ） 筛孔塔板（ Sieve Tray ） 筛孔塔板即筛板出现也较早（1830年），是结构最简 单的一种板型。但由于早期对其性能认识不足，为易 漏液、操作弹性小、难以稳定操作等问题所困，使用 受到极大限制。 1950 年后开始对筛孔塔板进行较系统全面的研究， 四从理论和实践上较好地解决了有关筛板效率，流体力 化 川学性能以及塔板漏液等问题，获得了成熟的使用经验 工 大和设计方法，使之逐渐成为应用最广的塔板类型之一。 原 学 理 化 教 工 研 学 室 院
填料塔 填料塔 在圆柱形壳体内装填一定高度的 填料，液体经塔顶喷淋装臵均匀 分布于填料层顶部上，依靠重力 作用沿填料表面自上而下流经填 料层后自塔底排出；气体则在压 强差推动下穿过填料层的空隙， 由塔的一端流向另一端。气液在 填料表面接触进行质、热交换， 四 两相的组成沿塔高连续变化。 化 川 工 大 原 学 理 化 教 工 研 散装填料 学 规整填料 塑料丝网波纹填料 室 塑料鲍尔环填料 院
板式塔 Plate (tray) tower 板式塔 Plate (tray) tower 塔板类型 塔板是板式塔的基本构件，对塔的基本性能有着决定性作用。 溢流塔板（错流式塔板）：塔板间 有专供液体溢流的降液管（也称溢 流管），横向流过塔板的流体与由 液 降液管 下而上穿过塔板的气体呈错流或并 相 流流动。板上液体的流径与液层的 四 化 高度可通过适当安排降液管的位臵 川 工 及堰的高度给予控制，从而可获得 堰 大 原 较高的板效率，但降液管将占去塔 学 理 板的传质有效面积，影响塔的生产 化 气相 教 能力。 工 研 学 室 有降液管的溢流式塔板应用很广，按塔板的具体结构形式可分为： 院 泡罩塔板、筛孔塔板、浮阀塔板、网孔塔板、舌形塔板等等。
JCV浮阀塔板（双流喷射浮阀塔板 Jet Valve Tray） JCV浮阀塔板（双流喷射浮阀塔板 Jet Co-flow Co-flow Valve Tray） JCV浮阀塔板阀笼与塔板固定，阀片在阀笼内上下浮动。它 从根本上改变了传统浮阀塔板的传质机理，将单一鼓泡传质， 变为双流传质，一部分为鼓泡、另一部分为喷射湍动传质， 使塔的分离效率和生产能力都大大提高。 该塔板可作为化工过程中的气液传质、换热设备。 JCV浮阀塔板具有结构简单、阀片开启灵活、高效、高通量、 寿命长、耐堵塞的特点。
浮阀塔板（ Valve Tray） 浮阀塔板（ Valve Tray） 浮阀塔板自1950 年代问世后，很快在石油、化工行业得到推 广并逐步取代了泡罩塔以及一些传统旧式塔板，至今仍为应用 最广的一种塔板。 浮阀塔板是在泡罩塔板和筛孔塔板基础上开发的一种板型。有 多种浮阀形式，但其结构的基本特点相似，即在塔板上按一定 的排列开若干孔，孔的上方安臵可以在孔轴线方向上下浮动的 四 阀片。阀片可随上升气量的变化而自动调节开启度。在低气量 化 川 时，开度小；气量大时，阀片自动上升，开度增大。因此，气 工 大 量变化时，通过阀片周边流道进入液体层的气速较稳定。同时， 原 学 气体水平进入液层也强化了气液接触传质。 理 化 浮阀塔具有结构简单，生产能力和操作弹性大，板效率高的优 教 工 点，是一种综合性能较优异的板型。 研 学 室 院
JCPT塔板（并流喷射填料塔板 Jet Co-flow Packing Tray） JCPT塔板的传质机理与普通塔板有着本质的区别，它是填料 JCPT塔板 与塔板的复合体，靠填料实现传质，靠塔板实现多级并流。
四 化 川 在板式塔的塔板上按一定的分布形式开设升气孔，在升气孔的 工 大 上方安放传质单元体，气体从塔板下方以一定的气速通过升气 原 学 孔，塔板上的液体通过提液管与塔板之间的间隙被气体提升， 理 化 气液并流通过提液管，在提液管内高速湍动混合、传质，然后 教 工 气液并流进入填料中进一步强化传质，并完成气液分离。气体 研 学 靠压差继续上升，进入上一层塔板；液体基本以清液的形式回 室 院 落到塔板上，沿流道进入降液管，下降到下一层塔板。
塔型选择 塔型选择 过去，塔径在0.6~0.7米以上的塔，一般优先选用板式塔。 近年来，随着低压降高效率轻材质填料的不断开发，许多大塔 也开始采用各种新型填料作为传质构件，显示了明显的优越性。 选择塔型或进行塔设备评价，主要需考虑以下几个方面的 基本性能指标：
（1）生产能力 即为单位时间单位塔截面上的处理量； 四 （2）分离效率 对板式塔指每层塔板的分离程度；对填料塔指单位 化 川 高度填料层所达到的分离程度； 工 大 （3）操作弹性 指在负荷波动时维持操作稳定且保持较高分离效率 原 学 的能力，通常以最大气速负荷与最小气速负荷之比表示； 理 化 （4）压强降 指气相通过每层塔板或单位高度填料的压强降； 教 工 （5）结构繁简及制造成本。 研 学 实际应用中，上述各项指标的重要性和优选顺序因其具体情况的差 室 院 异而会有所不同。
浮阀塔板（ Valve Tray） 浮阀塔板（ Valve Tray）
四 化 川 工 大 原 F1型浮阀目前应用最普遍，其结构简单，易于制造，已为定型产 学 理 品。该浮阀的阀片带有三条腿，插入阀孔后将各腿底脚外翻 化 教 90°，用以限制操作时阀片在板上升起的最大高度；阀片周边 工 研 有三块略向下弯的定距片，以保证阀片的最小开启高度。 学 室 F1型浮阀分轻阀和重阀。轻阀塔板漏液稍严重，除真空操作时选 院 用外，一般均采用重阀。
填料塔和板式塔的主要对比 填料塔和板式塔的主要对比 填料塔和板式塔都可用于吸收或蒸馏操作，不同的使用场合需 根据各自的特点或优缺点进行综合比较与选择。