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。
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。
化工设备之填料塔
化工设备之填料塔引言填料塔是化工生产中常用的一种设备，用于进行气体或液体的传质与传热操作。
填料塔通过将流体引导经过填料层，增大接触面积，从而提高传质传热效率。
本文将从填料塔的定义、结构、工作原理、应用领域等方面进行详细介绍。
一、填料塔的定义填料塔（Packed tower）是一种用于气体液体传质、传热的设备。
其结构包括塔体、填料层、进出口管道、槽外冷凝器等部分。
填料塔的塔体一般由塔筒、进出料口、塔底及塔顶等组成。
二、填料塔的结构填料塔的结构主要包括以下几个部分：1. 塔筒塔筒是填料塔的主体部分，一般由圆柱形或方形的金属材料制成。
塔筒的内部通常经过抛丸除锈、防腐处理等工艺，以提高其耐腐蚀性能。
2. 填料层填料层是填料塔的核心部分，其作用是增大流体接触面积。
常见的填料材料包括金属、陶瓷、塑料等，其形状有条形、环形、片状等多种。
3. 进出口管道填料塔的进出口管道用于引导流体进入和流出塔体。
进口管道通常设置在塔底，而出口管道则设置在塔顶。
4. 槽外冷凝器槽外冷凝器是填料塔中常用的辅助设备，用于将气体冷凝成液体。
冷凝后的液体可以回流到塔底，进一步提高传质效率。
三、填料塔的工作原理填料塔的工作原理是通过在塔内设置填料层，使流体在填料层上形成薄膜状，增加液体和气体之间的接触面积，从而促进传质和传热的发生。
具体的工作原理如下：1.液体从塔顶通过喷淋器均匀地引入填料层，流经填料层后形成薄膜状。
2.气体从塔底通过进口管道引入塔内，顺着填料层向上流动。
3.在填料层的作用下，液体和气体之间进行传质传热，液体中的溶质逐渐均匀地分布到气体中。
4.溶质逐渐从气体中传到液体中，达到传质的目的。
5.冷凝的气体在填料层中与液体接触，被冷凝器冷凝成液体后回流到塔底。
6.反复循环以上步骤，直到达到预定的传质、传热效果。
四、填料塔的应用领域填料塔广泛应用于化工、石油、冶金、环保等行业，其主要应用领域包括：1.吸附分离：填料塔在吸附分离过程中起到重要作用，可用于气体分离、液体分离等。
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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鼓泡状态
泡沫状态 塔板上的汽液接触状态
喷射状态
鼓泡接触状态 气液接触方式 泡沫接触状态 喷雾接触状态
气液两相在设备中要有良好的接触： 接触充分，接触面要大，相界面不断更新
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塔板的流体力学性能
（1） （2） （3） （4） （5） （6） （7）
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内螺旋环
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环形 其构造大大提高了 环内空间与环内表面的 利用率，而且使气液流 通顺畅，有利于气液进 入环内。 因此，鲍尔环比拉 西环传质效率高、气体 通过能力大。
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鲍尔环 Pall ring
45
环形
阶梯环 Cascade ring
高度仅为直径的一半； 环的一端制成喇叭口，这种喇叭结构，使填料个体之间多呈点接触； 与鲍尔环相比，其气体通量高，阻力小，传质效率大。
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17
各种浮阀： 阀型：F1型、V型、T型、A型
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Ⅰ板式塔
泡罩型 筛孔型 浮阀型 其它型：
旋流塔板
压延孔板
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斜孔塔板
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Ⅰ板式塔
气液接触元件及塔板型式
筛板塔
结构 制造 造价 安装检修 操作弹性 板上开孔 最简单 低 极方便 较小
Ⅰ板式塔
四、塔板负荷性能图 1、过量液沫夹带线 规定液沫夹带量的最大值ev=0.1kg液 /kg 干气，以此为原则，便可作出过量 液沫夹带线。 2、漏液线 3、溢流液泛线
负荷性能图
V
1 A 4 2 B 3 5
4、液量下限线 当溢流堰顶上的液层厚度how等于6mm 时，对应液体流量的下限
hf=干板压降
p1 HT Hd How Hw
（2） 漏液
不良后果：降低板效，严重时使板上不能积液，是塔 不良的操作现象之一。 产生的原因：气速过小，或气体分布严重不均、液体 分布严重不均。
（3） 过量液沫夹带
不良后果： （1）降低板效率 （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
六、塔板设计要点
设计内容：实际塔板数 板型：筛板、浮阀等 板上液流型式：单流、双流等 板间距 HT 塔径 D 板上结构：开孔情况、溢流装置结构 设计方法： 根据经验选定一些结构参数设计其他参数校核各项流体力学性能画负荷性能图 若流体力学性能不好，则调整相应结构参数
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Ⅱ填料塔（Packed columns）
有溢流塔板
受液区 降液管
降液管 溢流装置 平顶堰 溢流堰 齿形堰
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开孔区
6
Ⅰ板式塔
有溢流和无溢流塔板
– 有溢流
无溢流
受 液 区
鼓泡区
降 液 区
Ⅰ板式塔
受液盘
单流型 多流型 液流形式 U型流 阶梯型流
受液盘
单流型
双流型
受液盘
U 流型
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Ⅰ板式塔
一、性能要求
分离效率高 气、液负荷大 有一定的操作弹性 塔板压降小 结构简单，制造维修方便，造价低
Ⅰ板式塔
二、板式塔类型、结构及特点
降液管
how hw ho
lw
受 液 区
降液区 Af
HT HT/ Φ 液相
塔板 溢流堰
Af
有效传质区
Aa
气相
筛板塔结构
Ⅰ板式塔
平顶型 溢流堰
板间距参考数值 塔径 D(m) 板 间 距 HT( m m )
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0.3 ～0.6 200～350
0.6 ～1.0 250～400
1.0 ～2.0 250～600
2.0 ～4.0 300～600
4.0 ～6.0 400～800
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Ⅰ板式塔
气液接触元件及塔板型式
Ⅰ板式塔
气液接触元件及塔板型式
优点：弹性大、操作稳定可靠。
Ⅰ板式塔
泡罩型 筛孔型 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、 浮阀型 其它型：
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Ⅰ板式塔
泡罩型 筛孔型 特点：结构上较泡罩简单，比筛板复杂，操作弹性大、 浮阀型 生产能力大。 其它型：
第十章 气液传质设备
气液传质设备用于处理气液传质过程，包括吸收 和精馏过程，要求设备提供充分的气液接触。 气液传质设备
板式塔
逐级接触式 填料塔
微分接触式
Ⅰ板式塔
一、性能要求 二、板式塔类型、结构及特点 三、塔板的流体力学状况 四、塔板负荷性能图 五、塔主要尺寸确定 六、塔板设计要点
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泡罩塔
升气管和 泡罩组成 复杂 高 不方便 很大
浮阀塔
板孔上安 装阀片 较简单 较高 方便 最大
压降
小
最大 小
较小 较大
生产能力 大
三、塔板流体力学状况 气液接触状态 鼓泡状态：孔速较低，液体为连续相，气体为分散相，两 相接触传质表面—— 泡沫状态：孔速增加，液体为高度活动的泡沫形式存在于 气泡中，连续相——？分散相——？ 喷雾状态：气流直接穿过液层，呈喷雾状态，连续相——？ 分散相——？ 转相点 实际操作状态
1 T d ow w
(5)塔板上的液面落差
产生原因：液体在塔板上横向流动时要克服流动阻力 （摩擦阻力、形体阻力） 。 不良后果：液面落差会导致气流分布不均 进出口液层高度之差 Δ﹤hd/2
(6)板上液体的返混 减少返混对传质是有利的 (7)液体在降液管内的停留时间 3~5s
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拉西环 矩鞍填料 鲍尔环 阶梯环 45o 45o
波纹填料
弧鞍填料 规整填料 共轭环
填料
环形 高度和外径相等； 可用陶瓷和金属制造， 存在严重的壁偏流和沟流现象， 液体滞留量大， 传质效率不高， 气体通过能力低， 阻力大。 拉西环 Rasching ring
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环形
内十字环
气体通过塔板的压降 漏液 过量液沫夹带 液泛 塔板上的液面落差 塔板上液体的返混 液体停留时间
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（1）气体通过单个塔板的压降
p2
加和模型
+液层压降 =hd+hl 其中 hd=ξu02/（2g）ρv/ρl hl=β(hw+how) 压降太大的不良后果： A.单板压降大，气体流动阻力大， 对输送要求较高。 B.过高的单板压降会使塔顶与塔底 的压差较大，从而影响体系的相平 衡关系以及气液流动情况，这对真 空操作尤为重要。 一般，常压塔：40~65mmH2O 减压塔：10~35mmH2O
1
填料的种类
常见填料的形状可分为四种类型 。 ① 环形填料：最早采用的拉西环是高度与外径之比为1的短 管。该填料易于制造，强度好，取材面广，但流体力学及 传质性能都不够理想。 1948年出现的鲍尔环是对拉西环作出重大改进的一种填料。 该填料是在拉西环的基础上，在填料壁面开两层矩形孔。 开矩形孔的部份只切开三条边，留下一边仍与填料壁相连， 并把切开的部份推到填料圈内侧。于是，不论填料在塔内 置于什么方位，流体均可通过填料，从而使填料内、外壁 面均成为有效传质区域。 短管形填料一般是乱堆填料，只有2英寸以上的大填料才可 能是整砌填料。
鞍形 属敞开型填料，敞开型 填料的特点是： 表面全部敞开，不分内 外，因而表面利用率高， 不易积液，气体流动阻力 小，制造也方便。 弧鞍形填料是两面对称 结构，在塔内堆积时容易 造成填料相互重叠，从而 产生沟流，目前已较少使 用。
L how 2.84 103 E s lw
2 3
Hfd=Hd/Φ= HT+hw
5、液量上限线
操作弹性：
由液体在降液管中的停留时间决定 τ= AfHd/Ls≧3~5s VA/ VB
L
Ⅰ板式塔
五、塔主要尺寸确定
板间距
由塔径、气液负荷及制造维修等因素决定 取值范围：0.3~0.8米
一、填料塔简介 二、填料塔结构 三、 填料的种类与特性 四、填料层内气液逆流的流体力学特性 五、填料塔附件
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Ⅱ填料塔
一、填料塔简介 填料塔最初出现在十九世纪中叶，在1881年用于精馏 操作。 填料塔的塔体横截面有圆形，矩形及多边形等，但绝 大部分是圆形。塔壳材料可以是碳钢，不锈钢，聚氯 乙烯，玻璃钢和砖等。 塔内放置填料（packings）。填料种类很多。用于制 造填料的材料有碳钢、不锈钢、陶瓷、聚丙烯、增强 聚丙烯等。由于填料与塔体取材面广，故易于解决物 料腐蚀问题。
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环形
DC环 DC ring
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环形
扁 环
OX环
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② 鞍形填料
鞍形填料不同于短管形填料，其特点是不分内、外表 面，整个填料表面由各种曲面组成，填料在塔内任意 方位均可使流体舒畅流过。1931年出现的这类填料称 弧鞍形填料，是因形如马鞍而得名。这种填料与拉西 环相比，填料表面利用率高，阻力小，但因形状设计 尚有缺陷，相邻填料有重叠倾向，填料层均匀性较差， 且填料易碎，故使用不广。另一种改进型填料是1950 年出现的矩鞍形填料，矩鞍形填料亦是当前应用较多 的一种填料。这种形状的填料也有网体的。鞍形填料 都是乱堆填料。