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
29/58
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。
第十章气液传质设备
第十章气液传质设备10.1教学基本要求：(4学时)气液传质过程对塔设备的要求。
板式塔板上的气液接触状态；塔内非理想流动及其改善；漏液、液泛及有效操作范围(负荷性能图)。
填料塔常用填料及其特性；气液两相在填料塔内的流动、压降、最小喷淋密度和液泛现象；填料的等板高度。
10.2基本概念：板式塔的设计意图①气液两相在塔板上充分接触，②总体上气液逆流，提供最大推动力。
对传质过程最有利的理想流动条件总体两相逆流，每块板上均匀错流。
三种气液接触状态鼓泡状态：气量低，气泡数量少，液层清晰。
泡沫状态：气量较大，液体大部分以液膜形式存在于气泡之间，但仍为连续相。
喷射状态：气量很大，液体以液滴形式存在，气相为连续相。
转相点由泡沫状态转为喷射状态的临界点。
板式塔内主要的非理想流动液沫夹带、气泡夹带、气体的不均匀流动、液体的不均匀流动。
板式塔的不正常操作现象夹带液泛、溢流液泛、漏液。
筛板塔负荷性能图将筛板塔的可操作范围在汽、液流量图上表示出来。
湿板效率考虑了液沫夹带影响的塔板效率。
全塔效率全塔的理论板数与实际板数之比。
操作弹性上、下操作极限的气体流量之比。
常用塔板类型筛孔塔板、泡罩塔板、浮阀塔板、舌形塔板、网孔塔板等。
填料的主要特性参数①比表面积ａ，②空隙率ε，③填料的几何形状。
常用填料类型拉西环，鲍尔环，弧鞍形填料，矩鞍形填料，阶梯形填料，网体填料等。
载点填料塔内随着气速逐渐由小到大，气液两相流动的交互影响开始变得比较显著时的操作状态为载点。
泛点气速增大至出现每米填料压降陡增的转折点即为泛点。
最小喷淋密度保证填料表面润湿、保持一定的传质效果所需的液体速度。
等板高度HETP分离效果相当于一块理论板的填料层高度。
填料塔与板式塔的比较填料塔操作范围小，宜处理不易聚合的清洁物料，不易中间换热，处理量较小，造价便宜，较宜处理易起泡、腐蚀性、热敏性物料，能适应真空操作。
板式塔适合于要求操作范围大，易聚合或含固体悬浮物，处理量较大，设计要求比较准确的场合。
第12章 气液传质设备
47
12.3.4 填料塔与板式塔的比较
1.操作弹性：板式塔>填料塔，且板式塔便于侧线出料； 2.适宜处理物系：
填料塔：易起泡物系，热敏性物系（停留时间短）； 板式塔：含有少量固体颗粒物系（方便清理）； 3.供（取）热：填料塔装取热装置不易，板式塔可在塔板上 安设冷却管。 4.生产规模：板式塔适于大规模生产，填料塔适于小规模生 产，但过小的液量不适用于填料塔，因为填料塔要求一定的 喷淋密度。
适宜操作应在载点气速和泛点气速之间
u (0.6 ~ 0.8)uF
p，kP a
L3 L2 —液L泛1 区干塔
泛点
—载液区
载点
—恒持液量区
32
L3> L2> L1
10
u, m/s（空塔气速）
填料层的p~u 关系 （双对数坐标系）
L---喷淋量
42
2. 液泛
埃克特（Eckert）通用关联图： 坐标：
43
12.2.4.4 塔盘鼓泡区设计
（1）浮阀的选择 （2）浮阀的排列方式 （3）开孔率的确定 （4）塔板排布
1
（1）浮阀的选择
圆阀 F-1型浮阀：轻阀（厚1.5mm，重25克，减压塔）； 重阀（厚2mm，重33克 ）。
条阀 SV系列
2
（2）浮阀的排列
顺排、叉排（建议用叉排） 塔径超过800，采用分块式塔板。
三、填料塔 填料塔的基本结构 常见的填料种类及特性参数 板式塔与填料塔的比较
END
泛点率的经验计算公式
F1
100CV 0.78KCF
AT
F1
100CV 136LS Ab KCF
ZL
二式计算后取大值。
大塔 减压塔 D<0.9m的塔
气液传质设备
而实现传质过程。
填料塔主要由塔体、填料和液体分布器组成，填料装在塔体内，液体通 过液体分布器均匀地喷洒在填料上，气体通过填料间的空隙上升与液体 接触，实现传质过程。
鼓泡塔
鼓泡塔是一种特殊类型的塔设备，适用 于处理含有大量固体颗粒的气液传质过
定期检查
按照规定的时间间隔对设备进 行检查，记录检查结果，及时
发现并处理潜在问题。
06
气液传质设备的发展趋势与展望
新技术应用与改进
新型传质元件
采用新型材料和结构设计， 提高传质效率，降低能耗 和设备体积。
智能化控制
引入人工智能和大数据技 术，实现设备的智能控制 和优化运行，提高生产效 率和产品质量。
程。
鼓泡塔的主体是一个垂直的圆筒形塔， 底部装有分布器，使液体均匀地向上流 动。气体通过分布器进入液体中，形成 气泡并上升，与液体充分接触，实现传
质过程。
鼓泡塔具有较高的处理能力和较低的能 耗，特别适合处理高浓度的固体颗粒。
填料塔
填料塔是一种常用的气液传质设备，适用于各种规模的气液传质 过程。
填料塔的主体是一个垂直的圆筒形塔，内部装有各种类型的填料， 如拉西环、鲍尔环等。液体通过填料层自上而下流动，气体通过 填料间的空隙上升与液体接触，实现传质过程。
混合器具有结构简单、操作方便、处理能力大等优点，但能耗较高，且对气液比有一定的限 制。
03
气液传质设备的性能评价
传质效率
传质效率
指设备在单位时间内完成的质量传递量，是衡量设备性能的重要 指标。
提高传质效率的方法
通过优化设备结构、改进操作条件、选择适宜的填料或膜材料等方 式，提高传质效率。
气液传质设备
气液传质设备第十章气液传质设备气液传质设备的型式由多种，本章主要介绍塔式设备的构造与操作性能特点，以便解决塔设备合理选用与设计问题10．1 填料塔一、填料塔的结构填料塔是一种应用广泛的气液两相接触并进行传热、传质的塔设备，可用于吸收〔解吸〕、精馏和萃取等别离过程。
图10－1 填料塔的典型结构填料塔的结构如图10－1所示，塔体为圆筒形，两端有封头，并装有气、液相进、出口接管。
塔底有气体的进口及分配空间，其上为调料的支撑——支撑栅板，板上充填一定高度的填料，填料可以乱堆，亦可以整砌。
栅板可允许气、液体通过。
塔顶有液体进口和液体分布器，使入塔液体尽可能均匀地喷淋在填料层地顶部，液体沿填料外表向下流动。
由于填料层中地液体往往有向塔壁流动地倾向〔壁流效应〕，故填料层较高时，常将其分为假设干段，每两段之间设有液体再分布装置，可将向塔壁流动地液体重新导向填料层中。
填料塔在操作时，气体从塔底通入，自下而上通过填料层地空隙，与自上而下沿填料外表流下地液体呈逆流接触，进行传质，传热，两相地组成沿塔高呈连续变化，故填料塔为微分接触式设备。
填料塔地塔体可根据被处理物料地性质，用金属、陶瓷、塑料或金属外壳内衬以耐腐蚀材料制成。
为保证液体在整个塔截面上地均匀分布，塔体应具有良好地垂直高度。
填料塔不仅结构简单，而且具有阻力小和便于用耐腐蚀材料制造等优点，尤其适用于塔直径较小地情形及处理有腐蚀性的物料或要求压强较小的真空蒸馏系统，此外，对于某些液气比拟大的蒸馏或吸收操作，也宜采用填料塔。
近年来，国内外对填料的研究与开发进展迅速。
由于性能优良的新型填料不断涌现以及填料塔在节能方面的突出优势，使得目前填料塔最大直径可达20m。
在国内，具有新型塔内件的高效填料塔技术也已作为国家重点推广工程，在全国1600余座塔器中得到应用，获得了巨大的经济效益和社会效益。
填料塔的应用日趋广泛。
二、二、填料填料式填充于填料塔中的材料，它是填料塔的主要内构件，其作用是增加气、液两相的接触面积，并提高液体的湍动程度以利于传质、传热的进行。
穿孔曝气器氧转移率-概述说明以及解释
穿孔曝气器氧转移率-概述说明以及解释1.引言1.1 概述穿孔曝气器是一种常见的废水处理设备，它通过气体（通常是空气或氧气）的注入来增加水中的氧含量，并提高废水中有机物的降解效率。
穿孔曝气器的原理基于气体通过在曝气器底部的小孔或微孔上注入水中，从而形成大量的气泡，气泡通过上浮的过程中将气体溶解进废水中。
穿孔曝气器在废水处理中具有广泛的应用，特点在于其操作简便、效果稳定可靠、成本相对较低等。
它能够有效地提供氧气给废水中的微生物，促进微生物的代谢活性，从而加速废水中有机物的降解速度。
此外，穿孔曝气器还能够增加废水中的氧气传递效率，提高溶解氧的浓度，进而改善微生物的生长环境。
然而，穿孔曝气器的氧转移率受到多种因素的影响。
首先是气泡的尺寸和数量，较小的气泡更容易与水中的氧气接触和溶解，从而提高氧转移率。
其次是曝气器的操作条件，如曝气器底部的压力和温度等因素，均会对氧转移率产生影响。
此外，水质的特性，如溶解氧浓度、温度和离子浓度等也会对氧转移率产生影响。
为了提高穿孔曝气器的氧转移率，有一些优化方法可以采用。
首先，可以通过调节气泡尺寸和数量的方式来改善氧气的传递效率。
其次，优化曝气器的操作条件，如调整底部压力和温度，以获得最佳的氧转移率。
此外，对废水的前处理也是提高氧转移率的重要手段，通过去除废水中的悬浮物和溶解氧的竞争物质，可以提高氧气在废水中的传递效率。
综上所述，穿孔曝气器作为一种废水处理设备，其氧转移率的提高对于促进废水处理的效果至关重要。
通过优化穿孔曝气器的操作条件和提高废水前处理的效果，可以有效地提高氧转移率，进而提高废水处理的效率。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以按照以下方式来编写：文章结构：本文共分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，我们将概述穿孔曝气器氧转移率的相关背景和重要性，并介绍本文的目的。
在正文部分，我们将首先阐述穿孔曝气器的定义和原理，包括其基本构成和工作原理。
然后，我们将讨论穿孔曝气器在不同领域中的应用和其特点，分析其优点和局限性。
吸收塔的工作原理
吸收塔的工作原理吸收塔是一种用于气体净化和气体液体传质的设备，其工作原理是通过将气体与液体接触，利用溶解、吸附或化学反应等方式，将气体中的有害物质吸收到液体中，从而达到净化气体的目的。
吸收塔在化工、环保、石化等领域有着广泛的应用，下面将详细介绍吸收塔的工作原理。
首先，吸收塔的工作原理涉及气体和液体的接触。
当气体通过吸收塔时，与塔内的液体接触，气体中的有害物质会被液体吸收。
液体通常是一种溶剂或吸收剂，其选择取决于需要去除的有害物质的性质和浓度。
在接触的过程中，气体中的有害物质会向液体传质，从而净化气体。
其次，吸收塔的工作原理还涉及气液传质的过程。
气体与液体接触后，有害物质会通过溶解、吸附或化学反应等方式，从气体中转移到液体中。
这个过程受到多种因素的影响，包括气体和液体的性质、温度、压力、接触时间等。
通过控制这些因素，可以提高气液传质效率，从而提高吸收塔的净化效果。
另外，吸收塔的工作原理还包括对液体的处理和再生。
在吸收过程中，液体会吸收大量的有害物质，因此需要对液体进行处理和再生，以达到循环使用的目的。
液体处理通常包括脱除吸收物质、再生溶剂或吸收剂等步骤，通过这些处理，可以使液体重新达到净化气体的要求。
最后，吸收塔的工作原理还涉及设备的设计和操作。
为了实现高效的气体净化，吸收塔需要合理的设计和操作。
包括塔的结构、填料或板式塔板的选择、气液分布、液体再循环等方面的设计，以及操作参数的控制，都对吸收效果有着重要影响。
通过科学的设计和合理的操作，可以实现吸收塔的高效运行。
总之，吸收塔的工作原理是通过气体与液体的接触和传质过程，将气体中的有害物质吸收到液体中，从而实现气体的净化。
通过合理的设计和操作，可以实现吸收塔的高效运行，达到净化气体的目的。
吸收塔在化工、环保、石化等领域有着广泛的应用前景，对于改善环境质量和保护人们健康具有重要意义。
化工原理：气液传质设备
塔内逐板接触进行质、热交换，故两相
的组成沿塔高呈阶跃式变化。
气体
DJ 塔盘
新型塔板
板式塔
板式塔
第一节 概 述（Introduction）
三、评价塔设备的基本性能指标
1.生产能力：单位塔截面单位时间的处理量
2.分离效率： 板式塔：每层塔板的分离程度 填料塔：单位高度填料层所能达到的分离程度
3.操作弹性：塔的最大处理量与最小处理量之比,通常 以最大气速负荷与最小气速负荷之比表示； 4.压强降：指气相通过每层塔板或单位高度填料 的压强降；
为保证塔的正常操作，漏液量应不大于液体流量的10%。 漏液量达到10%的气体速度称为漏液速度，它是板式塔操作 气速的下限。
当板上结构均匀、各处干板阻力相等时，板上液层阻力即液 层厚度的均匀程度将直接影响气体的分布。
板上液层厚度不均匀：液层波动和液面落差。
液层波动：波峰处液层厚，阀孔气量小、易漏液。由此引起 的漏液是随机的。可在设计时适当增大干板阻力。
冲击或气泡破裂时获得了足够的向上初速度而被弹溅到 上层塔板。夹带量与板间距有关。
后果：过量的液沫夹带常造成液相在塔板间的返混，进而导 致板效率严重下降。为维持正常操作，需将液沫夹带限制在 一定范围。
3.气泡夹带 液体在降液管中停留时间太短，大量气泡被液体卷进下层
塔板。
后果：液沫夹带是液体的返混，气泡夹带是气体的返混，均对 传质不利。严重时可诱发液泛，完全破坏塔的正常操作。 液沫夹带和气泡夹带是不可避免的，但夹带量必需严格地控制 在最大允许值范围内。
⒉使接触后的汽液两相及时分开，互不夹带。
第一节 概 述（Introduction） 二、塔设备的分类
板式塔
填料塔
填料塔
气液传质设备概述
气液传质设备概述什么是气液传质设备气液传质设备是一种用于实现气体和液体之间质量传递的装置或系统。
在化学工程和相关领域中，气液传质设备被广泛应用于各种传质过程，包括吸收、吸附、脱气等。
气液传质设备的主要类型1. 吸收塔吸收塔是最常见的气液传质设备之一。
它通过将气体通入塔底，与上升的液体相接触，并在接触过程中发生质量传递。
吸收塔广泛应用于气体净化、脱酸、脱硫等工艺中。
吸收塔的结构可以分为湿式塔和干式塔两种。
湿式塔是指液体以喷淋或液膜形式进入塔内与气体接触。
而干式塔则是通过填料层来增加气液接触面积，提高质量传递效率。
2. 吸附塔吸附塔是另一种常见的气液传质设备。
它利用固体吸附剂将气体中的特定成分吸附到固体表面上，从而实现质量传递。
吸附塔主要用于气体分离和纯化、脱水、催化剂再生等过程中。
根据固体吸附剂的不同，吸附塔可以分为活性炭吸附塔、分子筛吸附塔等。
3. 脱气设备脱气设备用于去除气体中的杂质，使气体达到特定的纯度要求。
脱气设备常用于高纯度气体的生产和应用领域。
常见的脱气设备包括吸附式脱气器、膜式脱气器、冷凝器等。
吸附式脱气器通过吸附剂吸附气体中的杂质，以实现脱气效果。
膜式脱气器则利用特殊的膜材料，通过选择性渗透，将气体中的杂质分离出去。
气液传质设备的工作原理气液传质设备的工作原理可以归纳为两个基本过程：质量传递与传质势差。
质量传递是指气体与液体之间的质量传递过程，通常是通过物质的扩散或对流来完成。
在气液传质设备中，一般需要提高气液接触面积，以增强质量传递的效果。
常见的方法是采用填料、喷淋等方式。
传质势差是指气体和液体之间的浓度差、压力差或温度差等差异，从而驱动质量传递的发生。
传质势差是实现气液传质的主要推动力。
气液传质设备的设计与应用气液传质设备的设计与应用需要考虑多种因素，包括传质效率、设备尺寸、能耗等。
在设计气液传质设备时，需要根据传质过程的特点选择合适的设备类型和参数。
例如，在吸收过程中，需要考虑液体喷淋方式、填料类型、填料高度等因素；在吸附过程中，需要选择合适的吸附剂和吸附塔结构。
(完整)板式塔
板式塔一、板式塔的概念、用途、示意图板式塔是一类用于气液或液液系统的分级接触传质设备，由圆筒形塔体和按一定间距水平装置在塔内的若干塔板组成。
用途：广泛应用于精馏和吸收，有些类型（如筛板塔）也用于萃取，还可作为反应器用于气液相反应过程.操作时（以气液系统为例），液体在重力作用下,自上而下依次流过各层塔板,至塔底排出；气体在压力差推动下，自下而上依次穿过各层塔板，至塔顶排出。
每块塔板上保持着一定深度的液层，气体通过塔板分散到液层中去，进行相际接触传质。
板式塔结构示意图如右图：塔板又称塔盘，是板式塔中气液两相接触传质的部位,塔板决定了塔的操作性能，一般由以下三个部分组成：1 气体通道为保证气液两相充分接触2 溢流堰为保证气液两相在塔板上形成足够的相际传质表面3 降液管使液体有足够的停留时间二、各类型塔板的结构及其特点：按照塔内气、液流动方式，可将塔板分为错流塔板与逆流塔板两类。
错流塔板为塔内气、液两相成错流流动,即液体横向流过塔板，而气体垂直穿过液层，错流塔板广泛用于蒸馏、吸收等传质操作中。
逆流塔板亦称穿流板,板上不设降液管，气、液两相同时由板上孔道逆向穿流而过。
这种塔板结构虽简单，板面利用率也高，但需要较高的气速才能维持板上液层,操作范围较小,分离效率也低，工业上应用较少.常见塔板泡罩塔板 Bubble-cap tray泡罩塔塔板上的主要部件是泡罩。
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 缝分散气泡而进入板上的液层。
优点：弹性大、操作稳定可靠。
缺点:结构复杂,成本高，压降大.对于大直径塔，塔板液面落差大,导致塔板操作不均匀。
现状：近二、三十年来已趋于淘汰三、板式塔的工艺设计筛板塔化工设计计算 （1）塔的有效高度 Z已知：实际塔板数 N P ； 塔板间距 H T ；有效塔高：塔体高度=有效高+顶部+底部+其他塔板间距和塔径的经验关系：（2）塔径确定原则: 防止过量液沫夹带液泛 步骤： 先确定液泛气速 uf (m/s ）； 然后选设计气速 u ； 最后计算塔径 D.① 液泛气速pT N H Z ⋅=VVLf C u ρρρ-=2.02020⎪⎭⎫⎝⎛=σC CC ：气体负荷因子,与 HT 、 液体表面张力和两相接触状况有关. 两相流动参数 FLV ：② 选取设计气速 u 选取泛点率： u / u f一般液体， 0.6 ～0。
化工原理气液传质设备
化工原理气液传质设备气液传质设备在化工领域中具有重要的作用。
它们能够实现气体和液体之间的传质过程，从而满足不同化工过程中的需要。
本文将介绍气液传质设备的基本原理以及它们在化工领域的应用。
一、气液传质设备的基本原理气液传质设备是利用不同相之间的质传扩散来实现物质传递的过程。
其中，气液传质设备主要包括吸收塔、吸附塔、萃取塔和蒸馏塔等。
这些设备通过充分接触气体和液体，利用相对浓度差异和溶解度差异来实现物质传递。
在气液传质设备中，气体和液体以不同的形式相互接触。
其中，气体一般以气泡、气液分散剂或气体流动的形式存在，而液体则以滴状、薄膜、湍流或静态的形式存在。
通过增加界面积和减少传质阻力，气液传质设备能够提高传质效率。
二、气液传质设备的应用1. 吸收塔吸收塔是一种常用的气液传质设备，主要用于气体中有害成分的去除。
在吸收塔中，废气与吸收剂通过充分接触，有害成分会被吸收剂吸收，从而净化废气。
2. 吸附塔吸附塔是利用吸附剂对气体中的有害物质进行去除的设备。
吸附剂通常具有很大的比表面积，通过与气体接触，吸附剂上的孔隙能够吸附气体中的有害成分，从而实现气体的净化。
3. 萃取塔萃取塔主要用于分离液体混合物中的组分。
在萃取塔中，液体混合物与萃取剂接触，通过溶质在两相之间的传输来实现组分的分离。
4. 蒸馏塔蒸馏塔是一种常见的气液传质设备，用于将液体混合物分离成为较纯的组分。
蒸馏塔通过液体的汽化和冷凝过程，将液体混合物中的组分按照其沸点的差异进行分离。
三、气液传质设备的优化与发展随着化工行业的发展，气液传质设备也在不断优化和发展。
目前，一些新型的气液传质设备如微滴反应器、微通道装置等开始得到应用。
这些新型设备能够提高传质效率、降低能耗，并满足高效、精细化生产的需求。
此外，化工原理气液传质设备的设计和运行也越来越注重安全性和环保性。
在设计上，需要考虑到设备的稳定性、材料的选择以及操作的方便性。
在运行过程中，需要确保气体和液体的流动平稳，避免泄漏和废液的排放。
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。
吸收塔工作原理
吸收塔工作原理吸收塔是一种常见的化工设备，用于气体和液体之间的质量传递。
它的工作原理是通过气体在液体中溶解，从而使气体组分从气相转移到液相。
下面将详细介绍吸收塔的工作原理。
1. 气液接触吸收塔的核心是实现气液接触。
气体从塔底进入塔内，向上流动，液体从塔顶向下流动。
气体和液体在塔内通过填料或板式结构进行接触，增加它们之间的接触面积，促进质量传递。
2. 质量传递在接触过程中，气体中的组分会因为溶解或化学反应而转移到液相中。
这种转移是根据浓度差异进行的，即气相中组分浓度高的向液相中浓度低的转移。
这个过程遵循亨利定律，即气体溶解度与气体分压成正比。
3. 塔内传质在吸收塔内，气体和液体之间通过传质过程实现质量传递。
传质过程包括对流传质和分子扩散传质两种方式。
对流传质是指由于气体和液体的流动带来的质量传递，而分子扩散传质是指气体分子自由扩散到液体中的质量传递。
4. 塔内传质速率吸收塔内传质速率受到多种因素的影响，如气体和液体的流速、浓度差、温度等。
传质速率可以通过传质系数和传质面积来描述。
传质系数是指单位时间内单位面积的传质量，传质面积则取决于填料或板式结构的选择和设计。
5. 塔内液体分布吸收塔内液体分布对传质效果有重要影响。
一般情况下，液体从塔顶进入，通过填料或板式结构向下流动，最终从塔底排出。
为了保证液体在塔内均匀分布，可以采用分配装置或设计合理的填料结构。
6. 塔内气体分布吸收塔内气体分布也对传质效果有重要影响。
为了确保气体在塔内均匀分布，通常会在塔底设置进气装置，通过布置合理的填料或板式结构，使气体均匀向上流动。
7. 塔的高度和直径吸收塔的高度和直径对其工作性能有一定影响。
较高的塔可以提供更大的气液接触面积，有利于质量传递。
而较大直径的塔可以减小液体流速，提高传质效果。
因此，在设计吸收塔时需要综合考虑工艺要求和经济因素。
吸收塔作为一种常见的化工设备，广泛应用于许多工业过程中，如气体净化、废气处理、液体提纯等。
3气液传质设备
气相与液相进行质量传递的场所，广泛应用于精馏与吸收过程。
气液传质设备的分类(两大类):填料塔板式塔塔设备构件：塔体：是塔设备的外壳，由圆筒和上下封头组成；塔体支座：塔体支座是塔体安放到基础上的连接部分；除沫装置：用于捕集夹带在气液中的液滴；接管：用于连接工艺管路；人孔和手孔：为了安装、检修和检查的需要设置；吊耳：为了起吊方便，在塔设备上焊以吊耳；吊柱：为了在安装和检修时，方便塔内件的运送，而在塔顶设置的构件。
一、板式塔1.结构：●圆柱形壳体；塔板；溢流堰；受液盘；降液管。
2.板式塔的特点：●空塔气速高，处理（生产）能力大；造价低；塔板效率稳定；结构简单，检修清理方便。
3.工作原理：液体受重力作用，由上层塔板的降液管流到下层塔板的受液盘，然后横向流过塔板，从另一侧的降液管流至下一层塔板，最后由塔底排出；气体由塔底进入，在压力差的推动下，自下而上穿过各层塔板的气体通道，分散成小股气流，鼓泡通过各层塔板的液层，由塔顶排出；塔板是气、液两相进行质量和热量传递的主要部件；气液两相在塔板上的逐级接触，为传质过程提供了足够大且不断更新的相间接触表面，导致两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。
4.板式塔类型：1.按塔内气—液流动方式分类:错流塔板：整体上是逆流，塔板上是错流。
逆流塔板(穿流板)：全塔中均为逆流。
注：由于逆流塔板需要较高的操作气速才能维持板上液层，操作弹性有限、分离效率低，故工业中应用较少。
2.错流塔板的分类:泡罩塔板筛孔塔板浮阀塔板喷射塔板1)泡罩型泡罩型板式塔的工作原理：●液体横向流过塔板，靠溢流堰保持板上的液层厚度；●上升气体先经过升气管进入泡罩内．再流经泡罩与升气管的隙；●从泡罩下齿缝进入液层，被分散成许多细小的气泡或流股，在板上形成鼓泡层；●为气液两相的传热和传质提供良好的接触机会。
泡罩型板式塔的特点：●泡罩塔操作稳定，塔板不易堵塞；●操作弹性(能正常操作的最大负荷与最小负荷比)大；●结构复杂，造价高；●气相流道复杂，压力降大，生产能力和板效率较低。
设备选型—板式塔
设备选型—板式塔物质在相间的转移过程称为传质(分离)过程。
常见的有蒸馏、吸收、萃取和⼲燥等单元操作。
蒸馏是分离液体混合物的典型单元操作。
它是通过加热造成⽓液两相物系，利⽤物系中各组分的挥发度不同的特性以实现分离的⽬的。
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，按结构形式可以分为板式塔和填料塔两⼤类。
在⼯业⽣产上，⼀般当处理量⼤时多采⽤板式塔，处理量⼩时采⽤填料塔。
选⽤原则（典型的）1、腐蚀性介质，易起泡物系，热敏性物料，⾼粘性物料通常选⽤填料塔。
2、对于中、⼩规模的塔器，和塔径⼩于600mm时，宜选⽤填料塔，可节省费⽤并⽅便施⼯。
3、对于处理易聚合或含颗粒的物料，宜采⽤板式塔。
不易堵塞也便于清洗。
4、对于在分离过程中有明显吸热或放热效应的介质，宜采⽤板式塔。
5、对于有多个进料及侧线出料的塔器，且各侧线之间板数较少，宜采⽤板式塔。
采⽤填料塔时内件结构较复杂。
6、对于处理量或负荷波动较⼤的场合，宜采⽤板式塔。
因液体量过⼩会造成填料层中液体分布不均匀，填料表⾯未充分润湿，影响塔的效率；当液体量过⼤时易产⽣液流影响传质，采⽤条阀等板式塔具有较⼤的操作弹性。
7、对于塔顶、塔底产品均有质量要求的塔系，宜采⽤板式塔。
8、根据各种⼯艺流程和特点，在同⼀塔内，可以采⽤板式及填料共存的塔型，即混合塔型。
适⽤于沿塔⾼⽓、液负荷变化较⼤的塔系。
板式塔为逐板接触式⽓液传质设备。
●评价塔设备性能的主要指标：⽣产能⼒、塔板效率、操作弹性、塔板压强降●浮阀塔的⼯艺计算：包括塔径、塔⾼及塔板上主要部件⼯艺尺⼨的计算。
⼀、⼯艺模拟计算后能够确定的参数（模拟计算可求得理论板层数、回流⽐、馏出液量、釜残液量、塔径、每层塔板的⽓液相负荷、冷凝器和再沸器负荷）1、估算塔径最常⽤的标准塔径（mm）为600，700，800，1000，1200，1400， (4200)原料通常从与原料组成相近处（加料板）进⼊塔内。
加料板以上的塔段称为精馏段，以下（包括加料板）成为提馏段。
第十二章 气液传质设备2
气液负荷位于该线上方，表示液沫夹带
过量，已不宜采用
0
1 Ls (m3/h)
液相负荷下限线
此线为保证塔板上液体流动时能均匀分 布所需的最小液量。
对平顶直堰，一般要求堰上液面高度 h1≥ 2 mm ,带入相应的公式计算出相应 的最小液体负荷。
h1 2.84103 k
此线为一垂直线。
L lw
2/3
L=0：气体通过干填料层的压降 p 与空塔气速 u 的关系在双对 数坐标上为直线，斜率 1.9~2.0
lg p
L2
液泛气速 C’
载点气速 B’
L1 L=0
C
B 载液区
A’ A lg u
有一定持液量时，p~u 将不再为简单的直线关系(喷淋密度为L1、L2曲线)，且 存在两个较明显的转折点。
原因：喷淋液体在填料上形成液膜，占据部分空隙，减小了气体的流通截面，对 相同空塔气速压降升高。
对塔板效率的影响不大。
0
4 1 Ls (m3/h)
对于一定气液比的操作过程，Vs/Ls 为一定值，故塔板的操作线在图上为以 Vs/Ls 为斜率过原点 o 的直线。
在适宜工作区图上做出反映主要工艺操作条件的操作线,这种图称为塔板的负荷 性能图
操作弹性
塔板的操作弹性：上、下操作极限点的气体流量之比。
对一定结构尺寸的塔板，采用不同气液比时控制塔的操作弹性与生产能力的因素 均可能不同。
液泛线
根据对降液管中液面高度的限制条件（下式），计算在不同液体负荷下Ls相应的 蒸气负荷Vs
Hd
p Lg
hw
h1 hf
(0.4 ~ 0.6)(HT hw )
2 5
3
Vs (m3/h)
由上述 5 条线所包围的区域即一定物系
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气液传质设备
(Mass Transfer Equipments)
第十二章
主要内容
第一节 概
气液传质设备
述
第二节
第三节
板式塔
填料塔
第四节
填料塔与板式塔的比较
第一节 概 述（Introduction） 一、气、液传质设备(塔设备)的作用 基本作用有两个： ⒈提供气、液两相充分接触的场所，使传热、 传质两种传递过程能够迅速有效地进行； ⒉使接触后的汽液两相及时分开，互不夹带。
条形浮阀
条形浮阀的特点为:条形浮阀不会旋转,因而不 易磨损,阀片不会卡死、脱落;由于条形浮阀的 气体从两侧喷出,不像圆形浮阀从四周喷出,所以 塔板上的液体返混小于圆形类浮阀塔板,效率相 对较高;可以排出较圆孔形更大的开孔率,从而 提高处理能力。
条形浮阀存在的不足
①与传统圆形浮阀类似,阀盖上方无鼓泡区,造成 塔板传质效率降低; ②液面落差较大 ③长条形阀孔的四个锐角会形成严重的应力集 中,易引起塔板的机械损坏。
沉积。试验操作表明,该塔板操作灵活,浮阀活
动自如,同时阀翼开缝对阀体有优良的自清洗作
用,但雾沫夹带略大。
第二节 板式塔 Plate (tray) tower
二、塔板的结构 1.塔板的分区
鼓泡区：气液两相传热、传质 降液区：液体通道，小气泡聚合成大气泡再返回
受液区：接受降液管ຫໍສະໝຸດ 液体安定区：减少降液管气泡夹带量 边缘区：支撑塔板及塔板上液体
式中：Ls ──液体体积流量 m3/h
3
hw ──溢流堰高
lw──溢流堰长
m
m
第二节 板式塔 Plate (tray) tower
(3)克服液体表面张力产生压降hσ: 计算公式：
2 l h = ho L g
N/m m kg/m3
式中：σl ──液体表面张力 ho ──阀的最大开度 ρL ──液体密度
BVT 浮阀塔板作为HTV 浮阀塔板的一种发展 改型, 经过几个工业塔的成功应用表明: 该塔
板在实际应用中安装方便, 操作灵活, 在保持
产品质量合格的基础上, 增大了处理量, 油品
分割效果和轻油收率得到提高, 具有广泛的应
用前景。
Super V形
该浮阀采用Ｕ形带翼结构,阀体侧翼开孔和开缝, 提高塔板气液接触均匀性,防止浮阀结焦和结垢
ＡＤＶ微分浮阀
ＡＤＶ微分浮阀如图所示。该浮阀 在阀盖上开小阀孔,充分利用浮阀 上部的传质空间,使气体分散更细 密均匀,气液接触更充分，提高了 气液分布的均匀度;阀脚采用新的
结构设计,使浮阀安装快捷方便,操
作时浮阀不易旋转,不会脱落。与 Ｆ1型浮阀相比,微分浮阀的塔板效 率提高了10%～20%,塔板处理能力 提高约40%。
第二节 板式塔 Plate (tray) tower
2.主要构件
气体通道 鼓泡元件：形成气液两相传热传质的主要构件， 型式有筛板型、泡罩型、浮阀型、喷射型等等 溢流堰
降液管
受液盘
第二节 板式塔 Plate (tray) tower
液体通道 (1)降液管 作用：液体通道，让液体在其中停留一段时间，
梯形导向浮阀
梯形导向浮阀如图所示。阀盖呈梯形,推动液体 在塔板上流动,另外又在阀盖上开设导向孔,增大 阀体的整体导向作用。另外还有箭形浮阀,如图 所示,这种浮阀在具有导向作用的箭形阀盖上冲 出导气孔或设臵浮阀,提高了传质效率。
齿边浮阀
齿边浮阀
浮阀阀面侧边的形状为向下折的齿形边,使气体流出浮阀 侧孔时被分割成许多股小气流,从而增大气液接触面积,提 高塔板传质效率;齿形边向下弯曲后,通过浮阀时一部分气 体碰到齿形边后以斜向下的方向喷入浮阀间液层,而另一 部分气体则通过齿间的空隙以斜向上的方向喷入浮阀上部 液层,使得浮阀间及浮阀上部液层的局部气含率趋于一致, 提高操作稳定性;浮阀阀面中心具有向下凹的楔形槽,可以 降低气体通过浮阀的阻力;在背液阀腿上设臵有导向孔,可 以减小塔板上的液面梯度,并消除塔板上的液体滞流区。 这是一种综合性能良好的浮阀。
提高而增加。对不同的塔板有不同的经验公式计算。 对F1型重阀（33g）： 阀全开前：
hc = 19.9
0 u 0 .175
L
（m液柱）
阀全开后：
2 V u 0 hc = 5.34 2 L g
（m液柱）
第二节 板式塔 Plate (tray) tower
为判断浮阀是否全开，引入动能因数的概念。 动能因数F计算公式：
三、板式塔的流体力学特性 1.塔板压降
计算公式：
hP = hC hl h
m液柱 m液柱 m液柱 m液柱
其中：hp－塔板压降
hC－干板压降
hl－气体通过板上液层压降
hσ－气体克服液体表面张力产生压降
第二节 板式塔 Plate (tray) tower
(1)干板压降hC：
气体通过阀孔及阀件的阻力所产生的压降，随气速
使液体所夹带的汽泡有充分的时间得以从液体中溢出。
型式：弓形、圆形、矩形；
圆形
弓形
矩形
第二节 板式塔 Plate (tray) tower
(2)受液盘
作用：接受由降液管下来的液体，缓冲液体流下时的 冲击作用，稳定塔板上液体的流动状态，以确保传 质过程的稳定进行。 型式：平形、凹形
平形
凹形
第二节 板式塔 Plate (tray) tower
4.流动阻力：主要指气相阻力
第二节 板式塔 Plate (tray) tower
一、塔板类型
（一）无溢流塔板（穿流型塔板）
特点：气液相有共同的通道，汽液两 相逆流，传质推动力最大，但由于这种塔 板不稳定，现在在现场很少使用。 （二）有溢流塔板（溢流型塔板） 特点：气液相有各自的通道，相对比 较稳定，便于操作，技术上也比较成熟， 所以目前的塔设备多采用这种方式。
因此近年来国内不仅对条形浮阀的性能进行大 量研究,还针对条形浮阀的不足,开发出多种形式 的条形浮阀。
JF复合浮阀塔板
如图所示,ＪＦ复合浮阀塔板在条形浮阀的阀盖 上开孔，开孔方向朝着降液管 ，使阀盖上的气、 液两相并流,气相推动液相流动,液面梯度及塔板 压降减小,通量增大。解决了传统浮阀上端存在 传质死区的不足,板效率大大提高。
第二节 板式塔 Plate (tray) tower
1.泡罩塔板（ Bubble-cap Tray）
第二节 板式塔 Plate (tray) tower
气相鼓泡元件：泡罩（泡帽）
第二节 板式塔 Plate (tray) tower
优点：操作弹性 大，操作稳定，不易 堵塞。 缺点：生产能力
小、结构复杂，造价
BVT浮阀
在ＨＴＶ船形浮阀塔板的基础上,石油大学又开 发出一种对液体有导向作用、低压降的ＢＶＴ 塔板,如图所示。ＢＶＴ(Ｂｕｔｔｅｒｆｌｙ ＶａｌｖｅＴｒａｙ)浮阀将ＨTＶ浮阀等半径 的半圆管形改为前端小、后端大的半锥形结构, 并在大端开有舌形导向孔。舌孔和阀孔中吹出 的气体对液体具有双重的向前推动力,在相当程 度上减小了液面梯度,减少板面上的积液,不同 程度上消除了液体滞留区,从而提高了传质效率, 塔板压降也相应减小。
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，从理论和实践上 较好地解决了有关筛板效率，流体力 学性能以及塔板漏液等问题，获得了 成熟的使用经验和设计方法，使之逐 渐成为应用最广的塔板类型之一。
第二节 板式塔 Plate (tray) tower
2.堰上清液层高度hl 平口堰计算公式：
2
Lh hl = 0.00284 k lw
3
式中：k ──收缩系数，对通常物系，k=1
Lh──液体体积流量 m3/h
第二节 板式塔 Plate (tray) tower
3.漏液
F = u V
动能因数是衡量气体流动时动压大小的指标。 阀孔动能因数F0的计算公式：
F0 = u0 V
对F1型重阀，F0＝8～11时阀全开。
第二节 板式塔 Plate (tray) tower
(2)气体通过板上液层压降hl： 对F1型重阀：
2
L 3 3600 s hl = 0.4hw 2.35 10 l w
(3)溢流堰（出口堰） 作用：维持塔板上有一定的液面高度，以确保传质 过程的顺利进行，再者将降液管出口封在液面 以下，以免汽体短路从降液管中上升，影响传 质过程的进行。 形式：平形、齿形
平形
齿形
第二节 板式塔 Plate (tray) tower
(4) 溢流型式
单溢流
双溢流
U型溢流
第二节 板式塔 Plate (tray) tower
第二节 板式塔 Plate (tray) tower
4.舌型塔板
50
a = 20 o
气相
第二节 板式塔 Plate (tray) tower
舌型塔板特点：
优点：气液并流避免了返混和液面落差，塔板上液层较 低，塔板压降较小。
气流方向近于水平。相同的液气比下，舌形塔板的液沫 夹带量较小，故可达较高的生产能力。 缺点：张角固定，在气量较小时，经舌孔喷射的气速低， 塔板漏液严重，操作弹性小。 液体在同一方向上加速，有可能使液体在板上的停留时 间太短、液层太薄，板效率降低。
高、压降大、 效率低。
泡罩塔
第二节 板式塔 Plate (tray) tower
2.浮阀塔板
自二十世纪五十年代问世后，很快在石油、化工行业得
到推广，至今仍为应用最广的一种塔板。
特点：结构简单，生产能力和操作弹性大，板效率高。
综合性能较优异。
第二节 板式塔 Plate (tray) tower