化工原理下 第十章 气液传质设备

一、板式塔的操作原理 气体和液体在塔板和降液馆中的流动、接触。 塔板的作用： 1、根据气液流量提供合适大小的两相通道 2、实现气液两相的充分传质 3、实现气液两相的及时分离
塔板上形成三种不同状态的区间： ① 靠近塔板液层底部属鼓泡区； ② 在液层表面属泡沫区； ③ 在液层上方空间属雾沫区
10.2.2 板式塔的水力学性能
10.2.2 板式塔的水力学性能
2. 降液管： (1)降液管的作用和液体在降液馆中的停留时间 降液管的作用除使液体下流外，还必须使泡沫中的 气体在降液馆中得到分离。因此，要求液体在降液管中 有足够的停留时间使气体得以分离。 一般要求液体停 留时间不少于3秒；对易起泡的液体，停留时间应不少 于5秒。 液体停留时间按下式计算：
主要优点：气、液负荷变化较大时，板效率可维 持一定，操作弹性大，适用于液量小的场合，抗堵能 力强。主要缺点：构造复杂，造价高，阻力(气体经 过每板的压力降)大，气、液通过量和板效率低。
10.2.1 板式塔的类型结构与特点
三、筛板塔 筛板塔的出现，仅迟 于泡罩塔二十年左右，但 它长期被认为操作不易稳 定，在本世纪五十年代以 前，它的使用远不如泡罩 塔普遍。其后因急于寻找 一种简单而价廉的塔型， 对其性能的研究不断深入， 已能作出比较有把握的设 计，于是筛板塔已成为应 用最广的一种类型。
10.2.3 筛板塔上流体力学计算
（3）液泛
降液管中的液柱高Hd为：
式中，hΔ p为板压降在降液管中引起的一段液柱高，即
hL为塔板清液层高度，hc为 液体流过降液管底隙所产生的阻 力，此阻力造成降液管中一段相 应的液柱高。
10.2.3 筛板塔上流体力学计算
hc值一般很小，小于25mm。hL变动不大。因此， Hd的变动取决于hΔp。气速增大，hΔp也增大。当Hd等于 或大于板间距HT时，降液管会满出来，这样，液体无 法通过降液管向下流动，因此，液体在塔板上积累起 来，并充满整个塔板，这就是板式塔的液泛。 板式塔的设计要求：降液管中的液柱高Hd ≤ (0.5～ 0.6) HT
6. 降液管到下层塔板的距离h0： hw－ h0＝6～13mm
10.2.2 板式塔的水力学性能
五、液面落差与气流分布
液体在塔板上流动的过程中，必须流过整个板面以及 绕过其上面的部件(如浮阀)，为了克服板面的摩擦阻力与 障碍物的形体阻力，需要一定液位差，这就是塔板的液 面落差。 液面落差的危害：若板面上有比较大的液面落差，气 体便趋向于在液层较薄的一侧大量通过，而在液层较厚 的一侧则很少通过或根本不通过 。如发生上述情况，塔 的操作便恶化，板效率大为下降。设计时应将液面落差 控制在一定限度之内。
10.2.2 板式塔的水力学性能
U型溢流型 如图(c) 降液管和受液盘 被安排在塔的一侧，一半作为受液盘， 另一半作为降液管；并且挡板沿直径 把塔板分割成“U”型，来自上一层 塔板的液体落在这一层板受液盘上， 约统一圈后才沿降液管落到下一层板， 因而所占板面面积小，流道长，液面 落差亦大，适用于液、气比或液体流 量铰低时操作。 四溢流型 如图(d) 适用于液体流量特 别大及塔径也特别大的场合。
10.2.3 筛板塔上流体力学计算
二、筛板的几个操作极限 为使塔板在稳定范围内操作，必须了解板式塔的几 个极限操作状态。操作极限有三个：漏液点、雾沫夹带 和液泛。漏液点是操作下限，而雾沫夹带和液泛是操作 上限。
1) 漏液点 2) 雾沫夹带 3) 液泛
10.2.3 筛板塔上流体力学计算
（1）漏液点 可以设想，在一定液量之下，当气速不够大，塔板上 的液体有一部分会从筛孔漏下。这样会降低塔板的传质效 率，因此要求塔板在不漏液的情况下操作。所谓“漏液点”是 指刚使液体不从塔板上泄漏的气速。
10.2.1 板式塔的类型结构与特点
主要优点： 舌片板塔的气、液通量比泡罩塔与筛板塔的都大。 板上液层薄，塔板的阻力减小，液沫夹带也少。 主要缺点 ： 气液接触时间比较短，效率并不很高。 操作弹性比较小，只能在一定的负荷范围内才能取得较 好的分离效果。
二、浮舌塔版：浮动舌片板
主要优点： 可令气体以喷射方式进入液层，又可在 负荷改变时调节舌阀的开度。
这三种状态都能进行气液接触传质的作用，其中以 泡沫区传质效果最佳。 ⑴当气速不很大，塔板上以鼓泡区为主，传质效果不理 想。 ⑵气速增大到一定值，泡沫区增加，传质效果显著改善。 ⑶气速超过一定范围，雾沫区显著增大，雾沫夹带过量， 传质效果下降。
10.2.2 板式塔的水力学性能
二、 塔径的估算 塔径按流量方程求得，即 因此
四、浮阀塔
主要优点：1、操作弹性大，2、生产能力大(比泡罩塔提 高约20％) 3、板效率高，4、压力降比泡罩塔小； 5、比 泡罩塔结构简单。 主要缺点：1、阀片活动，有可能松脱或被卡住； 2、结 构比筛板塔复杂。
10.2.1 板式塔的类型结构与特点
五、舌片塔板与浮舌塔板
一、舌片塔板 气体在舌与孔之间几乎成水 平喷射，冲散液滴强化两相接触。 气体喷射通过液相：气相连 续，液相分散。 传质元件为舌片，平板冲压 而成。 液体淹没舌片，从舌片根部 向尖端流动。 气体喷出的方向与液流方向 大体上一致，对液相起推动作用， 使液体流量加大而液面落差不增。
10.2.2 板式塔的水力学性能
液面落差在泡罩塔板上比较显著，引起气流分布 不匀的可能性较大；浮阀塔板液面落差较小，但在大 塔中且液体流量大时，塔板面上液位高的一侧，阀片 较难升起，亦会导致气流分布不匀。筛板上的液面落 差都很小，其影响常可忽略。
10.2.3 筛板塔上流体力学计算
一、塔板压降 由流体阻力引起的塔板压降是塔板操作的一个重要性 能。 塔板压降直接影响到塔底的操作压力，故塔板压降数 据为决定塔底送气压力(吸收塔)或加热温度(蒸馏塔)所必需。 压降过大，对汽液平衡关系的影响有时不容忽视，特别是 当真空蒸馏塔内的压力降过大时，釜内压力升高过多，真 空操作的特点便丧失。塔的压力降又对液泛的出现有直接 影响。 塔板压降由如下三部分组成： (1) 干板压降：气体通过板上鼓泡元件时所要克服的阻力； (2) 通过液层的压降：气体通过板上液层时需要克服的静 压力。 (3) 由表面张力引起的压降
气速u的计算方法很多，现推荐史密斯法。先计算塔 板的最大允许气速u max ：
10.2.2 板式塔的水力学性能
经验系数Cσ根据图10-13(课本487页)查取并校正。 根据 图10-13(课本487页)查取C20，Cσ再根据下式校正：
实际的气速u＝(0.6～0.8)umax。u计算出即可求得塔 径。 塔径在1m以内时，其尺寸应圆整为按100mm递增值 计算，塔径超过1m则按200mm递增值计算。
五、理想流动条件： 总体上逆流，塔板上均匀错流
10.2.1 板式塔的类型结构与特点
二、泡罩塔
1813问世。 泡罩是一个钟形 的罩，支在塔板上，其下沿有长 条形或长圆形小孔，或作成齿缝 状，均与板面保持一定距离。罩 内覆盖着一段很短的升气管升气 管的上口高于罩下沿的小孔或齿 缝。塔板下方的气体经升气管进 入罩内之后，折向下到达罩与管 之间的环形空隙，然后从罩下沿 的小孔或齿缝分散成气泡而进入 板上的液层。
10.2 板式塔
10.2.1 板式塔的类型结构与特 点 一、概述 一、 板式塔的基本部件 1、壳体 2、进出管口 3、塔内件 4、辅助部件
10.2.1 板式塔的类型结构与特点
二、几种塔板构造示意图 三、板式塔内的气液接触方式 1、流动方式为总体逆流， 板上错流 2、气液传质形态 1）鼓泡态 2）泡沫态 3）喷射态 四、板式塔应具备的功能： 1、足够大、不断更新的相际 接触面积 2、尽可能使两相逆流接触
10.2.2 板式塔的水力学性能
三、塔板流动型式
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板上液体流动的安排方式，主要根据塔径与液 气流量比(或液体流量)来确定。常用的型式有下列 几种。
10.2.2 板式塔的水力学性能
单溢流型 如图(a) 液体横过板面从一例流到另 一侧，反方向从一侧流到另一侧。这是最常用 的型式，道长，有利于达到较高的塔板效率。 落下降液管中，到达下层板，在下层板上沿因 其结构简单，制作方便，且横贯全板的流长， 有利于达到较高的分离效率。 双溢流型 如图(b) 液体在板上被分成两份，每 一份流过半面塔板，若在一层板上从两侧流到 中央，落到下一层板上便从中央分流到两侧。 此种安排可使液体的通过量加大，而且液面落 差减小，特别适用于液体流量大及塔径也大 (2m以上)的场合。设计之初，塔径尚未决定， 但可预先选定一种液流型式，以后再核验其是 否适当。
化工原理 下册
第10章 气液传质设备
10.0 概述
10.1 填料塔
10.2 板式塔 10.3 塔设备的比较和选型 10.4 复合塔板
10.0 概述
基本功能 a、 提供两相充分接触的机会 b、充分接触后，两相及时分离、互不夹带
分类 a、 板式塔 组成变化沿塔高阶梯变化 b、填料塔 组成变化沿塔高连续变化 c、复合塔 单元复合、分段复合 基本性能指标 a、 生产能力：吨/年、公斤/小时 b、 分离效率：塔板效率、等板高度 c、 适应能力和操作弹性 d、 流动阻力：塔压降、板压降
计算漏液点的关联式较多，下面介绍常用的。
实际气速与漏液点气速之比称为稳定系数K， 稳定系数K宜在1.5～2.0以上。
10.2.3 筛板塔上流体力学计算
2）雾沫夹带 雾沫夹带指被气流夹带到上一塔板的液体量，雾沫 夹带会使塔板传质效率下降，雾沫夹带量用(kg液体/kg 气体)表示。为使塔板在较高效率下操作，一般将雾沫夹 带量限制在0.1[kg液体/kg气体]以内，作为操作上限。 筛板的雾沫夹带量按下式计算：
10.2.3 筛板塔上流体力学计算
由表面张力引起的压降一般可以忽略，故塔板压降为：
(1) 干ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ压降的计算：
10.2.3 筛板塔上流体力学计算
(2) 通过液层的压降的计算： 通过液层的压降即为有效液层阻力he，见图10-23，横坐 标为清液层高度，纵坐标为有效液层阻力he。 (3) 湿板压降(总板压降)：