【教学课件】第11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
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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。
气液传质设备 11-2
2.验算液体喷淋密度 填料塔的液体最小喷淋密度与填料的比表面积 a 有 关，其关系为：
Lmin Lw min a
式中：Lmin —最小喷淋密度，m3/(m2s)； (Lw)min —最小润湿速率，m3/(ms)。 最小润湿速率：在塔横截面上，单位长度的填料周边上润湿填 料所需最少液体的体积流量。 直径<75mm 的拉西环及其它填料， (Lw)min= 0.08 m3/(mh)； 直径>75mm 的环形填料，(Lw)min= 0.12 m3/(mh)。 实际喷淋密度应大于最小喷淋密度。若不能满足此条件， 可采用增大回流比或液体再循环等方法加大塔内液体流量，或 适当提高气速，减小塔径等。
气 体
1
一、填料塔与塔填料 (一)结构与操作
塔体：一般取为圆筒形 ，可由金属、塑料或陶 瓷制成，金属筒体内壁 常衬以防腐材料。
填料:是传热和传质的 场所。 塔内件：包括填料支承 与压紧装置、液体与气 体分布器、液体再分布 器以及气体除沫器等。
填料塔特点
生产能力大
分离效率高 压力降小，持液量小 造价高 易堵塞
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（2）工业塔的理论板当量高度
P153表11-6
(四)填料塔工艺设计简介
设计内容：塔填料的选择、塔径的计算、填料层高度的 计算、液体分布器和液体再分布器的设计、气体分布装 置的设计、填料支撑装置的设计等。 设计步骤： （1）针对物系及分离要求，选择 适宜填料； （2）确定塔径（考虑喷淋密度）； （3）计算塔高（考虑分段高度）； （4）塔内件设计。
(2)多孔管式分布器 优点：结构简单、造价低、易于支承。自由面积较大 (一 般在70%以上)，气体阻力小，适用于液体流量很大 的场合。其操作弹性在 2:1～2.5:1 之间。 缺点：也存在小孔易堵塞的问题，故被喷淋的液体不能有 固体颗粒或悬浮物。
第十一节气液传质设备
第一节板式塔一、板式塔的主要类型与结构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11-1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。
2、板式塔的类型按照塔内气液流动的方式，可将塔板分为错流塔板与逆流塔板两类。
①错流塔板塔内气液两相成错流流动，即流体横向流过塔板，而气体垂直穿过液层，但对整个塔来说，两相基本上成逆流流动。
错流塔板降液管的设置方式及堰高可以控制板上液体流径与液层厚度，以期获得较高的效率。
但是降液管占去一部分塔板面积，影响塔的生产能力；而且，流体横过塔板时要克服各种阻力，因而使板上液层出现位差，此位差称之为液面落差。
液面落差大时，能引起板上气体分布不均，降低分离效率。
错流塔板广泛用于蒸馏、吸收等传质操作中。
②逆流塔板亦称穿流板，板间不设降液管，气液两相同时由板上孔道逆向穿流而过。
化工原理(第四版)谭天恩 第十一章 气液传质设备
《化工原理》电子教案/第十一章
长期以来，人 们围绕高效率、大 通量、宽弹性、低 压降的宗旨，开发 了不少于80种的各 种类型塔板。
二、板式塔类型
泡 罩 型 筛 孔 型 浮 阀 型 喷 射 型 ： 其 它 型 ：
特点：结构简单、造价低、压降小、生产能 力大、操作弹性可达2~3。
动阻力（摩擦阻力、形体阻力）。
6、 板上液体的返混 ----减少返混对传质是有利的
有溢流塔板
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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
6、 气体通过塔板的压降 -----单板压降
单板压降不要过大或过小。 一般，常压塔：单板压降40~65mmH2O 减压塔：单板压降10~35mmH2O 产生的原因：
进入90年代以来，人们又开始寻求板式塔的新突破 。欧美各国，尤其是美国的各大塔器生产商，研制、开 发出大批新型塔板。这些新型塔板既克服了以前的一些 缺点，同时又保留了以往普通塔板的优点，以更好适应 现在对于大直径蒸馏设备大通量、高效率的要求。
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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 浮 阀 型 斜孔塔板 舌形塔板 喷 射 型 ： 喷射型塔板有一个共同的特点是在喷射条件下，液体 被气体撕裂，气体为连续相、液体为分散相。这种型式的 塔板气相负荷高，塔板上液层薄而压降低。 其 它 型 ： 在生产上应用较为广泛的有舌形塔板、浮动舌形塔板、
其 它 型 ： 气、液错流流动塔板
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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 浙江工业大学 在八十年代末开发。 它属于MD塔板的 筛 改进型。它使在塔 孔型 板下的降液管两侧 覆合一薄层规整填 料，减小塔板的雾 阀型 浮 沫夹带。 喷 射 型 ： 其 它 型 ： 气、液错流流动塔板
《气液传质设备》课件
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目 录
• 气液传质设备概述 • 常见气液传质设备介绍 • 气液传质设备操作与维护 • 气液传质设备的应用与发展趋势
PART 01
气液传质设备概述
定义与分类
定义
气液传质设备是指用于实现气体和液 体之间传质过程的设备，主要应用于 化工、制药、环保等领域。
智能化与自动化
借助物联网、大数据等技术手段 ，实现设备的智能化和自动化控 制，提高生产效率。
多功能化与集成化
通过将多种传质技术集成于一体 ，实现设备多功能化，满足不同 领域的需求。
2023-2026
END
THANKS
感谢观看
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REPORTING
故障2
设备运行过程中出现异常噪音
排除方法
检查设备紧固件是否松动，检查设备内部是否有异 物。
设备出口流量不足
故障3
排除方法
检查进料和出料管路是否畅通，检查设备内部是否堵塞 。
设备的维护与保养
01
02
03
日常保养
定期清理设备表面灰尘， 检查紧固件是否松动。
中修
根据设备运行时间和磨损 情况，进行中修保养，包 括更换易损件、清洗内部 等。
传质设备的选型与设计
选型
根据实际需求和处理量，选择适合的气液传质设备类型。需要考虑的因素包括工艺流程、操作条件、物料特性和 环保要求等。
设计
根据选定的设备类型和工艺要求，进行详细的结构设计和参数计算。需要考虑到设备的材料、结构、尺寸、操作 参数等因素，以确保设备的性能和可靠性。
气液传质设备
10. 气液传质设备气液传质设备种类繁多，但基本上可分为两大类：逐级接触式和微分接触式。
本章以板式塔作为逐级接触式的代表，以填料塔作为微分接触式的代表，分别予以介绍。
10.1 板式塔10.1.1 概述板式塔结构如图所示，主要由塔体、塔板、裙座、接口等部分组成。
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，在每块塔板上皆储有一定的液体，气体穿过时两相接触进行传质。
为有效地实现气液两相之间的传质，板式塔应具有两方面的功能：每块板上气液两相保持密切充分的接触，为传质过程提供足够大且不断更新的相界面，减小传质阻力；使气液两相尽量保持逆流流动状态，以提供最大的传质推动力。
总之，设计意图是塔内逆流、板上错流。
下面以筛板塔为例进行讨论（板上气液两相的传质过程）筛孔塔板的构造如图所示。
主要构造包括：筛孔，供气体上升用的圆形小孔，孔径通常是3-8mm或12-25mm；溢流堰，在塔板的出口端设有溢流堰，堰的高度以h w表示，长度以l w表示；降液管，一般为弓形，也有圆形，下端必须保证液封（如下图所示），降液管下缘的缝隙h0（又称为降液管底隙高度）必须小于堰高h w。
10.1.2 筛板上的气液接触状态筛板上的气液接触状态大致分为鼓泡状态、泡沫状态、喷射状态。
气液接触呈鼓泡状态时，液相为连续相，气相为分散相，筛孔气速较低，气流穿过液层时断裂为气泡上升至液面。
两相接触面积为气泡表面，由于表面积小，湍动程度小，所以传质阻力较大。
在泡沫接触状态，液体仍为连续相，气体仍为分散相。
此时，筛孔气速较大，气泡量多，气泡表面不断相互连接发生合并与破裂。
板上液体以液膜形式存在于气泡之间。
两相接触面为面积很大的液膜，湍动程度也大，所以传质阻力小。
在喷射接触状态，液体为分散相而气体为连续相。
筛孔气速很大，以喷射状态穿过液层。
板上的液体被破碎成液滴后被抛于塔板上方空间，落下后再次被抛出。
精品化工原理课件_传质设备
2.常用填料：
①环形填料:通量较大而液体分布较差
(a)拉西环： (动画)性能较差，应用少； (b)鲍尔环：(动画1 、2、3)性能优于拉西环，应用广； (c)阶梯环：(动画1、2、3)性能优良。
一.概述：
1.设计意图：
(1)在塔板上两相密切充分接触；
(2)在塔内两相呈逆流流动。
2.典型结构：
每块塔板上错流流动；总体上逆流流动。 板式塔的正常操作（动画）
3.塔板构造：
(1)塔板上的气体通道：
如筛孔；
(2)溢流堰：
保证塔板上有一定高度液层。
(3)降液管：
它是相邻塔板间的液体通道。
三.塔板上两相非理想流动：
(1)相际接触面积：经验式见P202式(10-44)。 (2)传质系数：液相见P202式(10-45)，气相见式(10-46)
六.附属结构：
(1)支撑板 (2)液体分布器； (3)液体再分布器；(4)除沫器。
1.返混现象：使板效率下降
(1)液相返混—液沫夹带：
小液滴被气流裹挟、大液滴的弹溅作用(主要)。
(2)气相返混—气泡夹带：降液管内气泡来不及解脱。
2.气液的不均匀流动：不利于传质
(1)气体分布的不均匀性：
液体横过塔板要克服各种阻力，造成液面落差。 (2)液体分布不均匀：液体沿圆形塔板的速度分布不均
3.漏液：气速过小和液面落差引起气流分布不均
(2)泛点关联图：P199图10-54
3.塔的操作范围：
(1)气速u：载液区时气液湍动加剧，效果好u载<u<u泛 (2)液量L：L>Lmin(最小喷淋密度)。
化工原理 第十一章 气液传质设备.doc
第十一章气液传质设备蒸馏和吸收操作是基于不同原理的分离过程，但是，从气液传质的角度来看，蒸馏和吸收又有着共同的特点，例如，均要求气液两相应充分接触，且接触后的两相又能及时分离，以迅速有效地实现两相间的传质过程。
为此，蒸馏和吸收操作可在同样的设备中进行。
塔设备是能够实现蒸馏和吸收两种分离操作的气液传质设备，广泛地应用于化工、石油化工，石油等工业中。
其结构形式基本上可以分为板式塔和填料塔两大类。
虽然这两类塔既适用于蒸馏操作也适用于吸收操作，但是，在工业生产中，当处理量大时多采用板式塔，而当处理量小时多采用填料塔。
当然也有例外。
对于一个具体的工艺过程，选用何种塔型为宜，尚需根据两类塔型各自的特点和工艺本身的要求而定。
本章重点介绍板式塔的塔板类型，操作特点和设计方法，同时也介绍各种类型填料及填料塔的流体力学特性和计算。
第一节板式塔板式塔为逐级接触式的气液传质设备。
以筛板塔为例，其结构简图如图11-1所示。
图11-1 板式塔结构在一个圆筒形的壳体内装有若干层按一定间距放置的水平塔板，塔板上开有很多筛孔，每层塔板靠塔壁处设有降液管（参见图11-2塔板结构）。
操作时，液体靠重力作用由上层塔板经降液管流至下层塔板，并横向流过塔板至另一降液管，如是逐板下流，最后由塔底流出，降液管的上端高出塔板一定高度，构成能使板面上维持一定厚度的流动液层的溢流堰，称为出口堰。
气体从塔底送到最下层板的下面，靠压强差推动，逐板由下向上穿过筛孔及板上液层而流向塔顶，气体通过每层板上液层时，形成气泡与液沫，泡沫层为两相接触提供足够大的相际接触面，有利于相间传质。
气液两相在板式塔内进行遂板接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。
上述操作方式中，气、液两相在每层板上成错流流动，但对整个塔来说，则基本上成逆流流动。
板式塔的空塔速度较高，因而生产能力较大，塔板效率稳定，造价低，检修、清理方便，为工业上所广泛采用。
图11-2 塔板结构11-1塔板类型板式塔类型的不同，在于其中的塔板结构不同，现将几种重要类型的板式塔分述如下。
-PPT气液传质设备 11-1
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。
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
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。
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。
化工原理第11章气液传质设备.ppt
溶剂
气体 填料塔
板式塔
在 圆 柱 形 壳 体 内 按 一 定 间 距 水 平板式塔
设置若干层塔板，液体靠重力作 用自上而下流经各层板后从塔底
溶剂
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。
四 川 大 学 化 工 学 院气热阶D化 工 原 理 教 研 室跃、交J式液换塔变，在盘化故塔。内两逐相
层阀小以因料径资四 川 大 学 化 工 学 院(((将，。在此，，塔564)))采所在较具节缩板化 工 原 理 教 研 室操耐经用以 较 大 有 省 短低作堵济大湿高的很设改3弹塞性0板气气高备造波%性。。。纹压速速的投施大由 由填降下范抗资工于于，也操围堵；周料约这J、不作内塞用期C为种P折高时能性于，T新4塔。，维。老节板。型板、对其持对塔省该塔具大比雾稳于改施塔板有实沫定结造工筛板具高孔验夹的焦原费的有效等表带高、降用操较和明量效聚液。结作大高构小率合管J范C的通取、。、、围P开量T板含塔代主塔孔的，压固圈要板与特使降体可受的开点也颗保塔气板孔，板不粒持速压率将具高的不影降，其，物变有响较气用更而系，，新液于好且，只受型在新漏塔需的塔垂提设耐液板更板直液计堵时传换液筛管可的质塔塞层板内大性气单板高低高幅。速元，度8速度%较顶可的并，缩低部节影流较小，的约响，浮塔所填投较
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。 操管由的泡板近四 川 大 学 化 工 学 院漏几上作于罩型化 工 原 理 教 研 室液十升时有塔。现年折升板，其象逐流气操液缺渐经。管作体点被泡稳横，是筛罩定向泡结孔齿通罩，构塔缝过塔复弹板分塔板杂性散、板即大，进浮经使，造入阀溢在在价液塔流低工高层板堰气业，等，流速生塔所形入下产板取成降操中压代两液作曾降相。管是， 大混一。也，合种不气生的广致体产鼓为则产强泡沿应生度区升用严低。气的重，
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21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
Байду номын сангаас
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚