《化工原理》第10章 气夜传质设备
化工原理第十章 气液传质设备
对于生产能力（塔径）大，或分离要求较高，压降有限制的塔， 选用孔板波纹填料较宜，如苯乙烯—乙苯精馏塔、润滑油减压塔等。
对于一些要求持液量较高的吸收体系中，一般用乱堆填料。乱堆填料 中，综合技术性能较优越是金属鞍环、阶梯环、其次是鲍尔环，再次 是矩鞍填料。
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2、 液体分布器 （1）管式喷淋器
2024/3/27
BA
BA
A－ A
(a)
(c)
B－ B
(d)
(b)
图10－6 管式喷淋器
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（2）莲蓬式喷淋器 （3）盘式喷淋器
4． 堆积密度
5． 干填料因子及填料因子
6． 机械强度及化学稳定性
此外，性能优良的填料还必须满足制造容易、造价低廉等多方面的 要求。
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常用的填料可分为两大类：个体填料与规整填料。个体填料由实心
的固体块、中空的环形填料、表面开口的鞍形填料等，其常用的构造 材料包括陶瓷、金属、塑料（聚丙烯、聚氯乙烯等）、玻璃、石墨。 陶瓷填料耐腐蚀，但易碎，空隙率小；金属填料比表面积及空隙率大， 通量大，效率高，但不锈钢价贵，普通钢易腐蚀；塑料填料比表面积 大，空隙率较高，但不耐高温。工业上常用的一些个体填料如下。
2024/3/27
2
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。因此填料应能使气、液接触面积大、传质系数高，同时 通量大而阻力小。表征填料特性的主要参数有：
西北大学化工原理 第十章第一节 气液传质设备-板式塔
工作录像
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五、板式塔的不正常操作现象
1. 夹带液泛
液沫夹带使塔板上液层厚度增加，相当于板间距的减小， 因此夹带量将进一步增加，这样可能会产生恶性循环破坏塔的 正常操作。 夹带液泛经常因气速过高引起，塔板上开始出现恶性循环 工作录像 的气速成为液泛气速。
2. 溢流液泛
因降液管通过液体能力限制而引起的液泛称为溢流液泛。 通常是由于液量过大引起。 工作录像
① 结构：
动画演示
② 特点与应用：
工作录像1 工作录像2
弹性大、操作稳定可靠；但结构复杂，成本高，压降大。
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2. 浮阀塔
① 结构：
动画演示 工作录像
② 特点与应用： 结构上较泡罩简单，操作 弹性大，可有效防止漏液，生 产能力大。
动画演示
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3. 筛板塔
① 结构： 由筛孔、溢流堰和降 液管等主要部分组成。 制作：wang 单位：西北大学 盗版投诉邮箱： iquygnaw@
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八、塔板类型
评价塔设备性能的指标
① 生产能力大 即：单位塔截面能处理的气液负荷高； ② 塔板效率高 ③ 板压降低，两相流动阻力小 ④ 操作弹性大 即：上、下操作极限通过的气量之比大； ⑤ 满足工业对生产设备的一般要求 结构简单、造价低、安装维修方便等。
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1. 泡罩塔板
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2. 塔板负荷性能图
由五条线组成，分别为： １——过量液沫夹带线 ２——(溢流)液泛线 ３——液相上限线 ４——漏液线 ５——液相下限线 操作液气比下两相流量的关系
A B C
OLeabharlann 塔板负荷性能图① OA线(低L/V)：塔的生产能力由1线控制； ② OB线(中L/V)：塔的生产能力由2线控制； ③ OC线(高L/V)：塔的生产能力由3线控制；
化工原理汽液传质设备考试题目
单项选择题 (每题2分,共30题) 成绩查询第十章气液传质设备1. 填料吸收塔空塔的速度应_______液泛速度。
A：大于B：小于C：等于D：-2. 对吸收操作影响较大的填料特性是_______。
A：比表面积和空隙率B：机械强度C：对气体阻力要小D：几何尺寸3. 选择吸收设备时，综合考虑吸收率大，阻力小，稳定性好，结构简单，造价小，一般应选_______。
A：填料吸收塔B：板式吸收塔C：喷淋吸收塔D：其他传质设备4. 气液两相在塔板上有四种接触状态，从减小雾沫夹带考虑，大多数塔操作控制在_______下操作。
A：鼓泡接触状态B：蜂窝接触状态C：泡沫接触状态D：喷射接触状态5. 筛板塔、泡罩塔、浮阀塔相比较，操作弹性最大的是_______。
A：筛板塔B：浮阀塔C：泡罩塔D：基本相当6. 筛板塔、泡罩塔、浮阀塔相比较，造价最便宜的是_______。
A：筛板塔B：浮阀塔C：泡罩塔D：基本相当7. 筛板塔、泡罩塔、浮阀塔相比较，单板压力降最小的是_______。
A：筛板塔B：浮阀塔C：泡罩塔D：基本相当8. 板式塔塔板的漏液与_______无关。
A：空塔气速B：液体流量C：板间距D：板上液面落差塔9. _______对板式塔塔板的液沫夹带量影响不大。
A：板上液面落差塔B：空塔气速C：液体流量D：板间距10. 板式塔塔板的液泛与下列因素有关：①空塔气速；②液体流量；③溢流堰的堰高；④板间距A：①、②对B：②、③对C：①、②、③对D：①、②、③、④对11. 下述说法中错误的是_______。
A：板式塔内气液逐级接触，填料塔内气液连续接触；B：精馏用板式塔，吸收用填料塔；C：精馏既可以用板式塔，也可以用填料塔；D：吸收既可以用板式塔，也可以用填料塔。
12. 指出下列_______参数不属于筛板精馏塔的塔板参数。
A：HT（板间距）B：Af（降液管面积）C：u0（孔速）D：hw（堰高）13. 下列判断不正确的是_______。
化工原理-气体传质设备
液体/kg 干气体 夹带量通常 eG<0.1kg 液体
有溢流塔板
浙江大学本科生课程 化工原理
第十章 气液传质设备
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§10.1 板式塔 3. 液泛（淹塔）
不良后果：塔压力降急剧增大、板效急剧减小、 不良后果 ：塔压力降急剧增大、板效急剧减小、 是不正常操作现象之一 产生原因： 产生原因： (1)气体流量过大，产生了过量的液沫夹带， 气体流量过大， 气体流量过大 产生了过量的液沫夹带， (2)液体负荷过大，降液管的截面积不够， 液体负荷过大， 液体负荷过大 降液管的截面积不够，
板式塔 塔设备 填料塔
用率高、 无溢流塔板：结构简单 、压降小、塔板面积利 用率高、 无溢流塔板： 压降小、 弹性小、 弹性小、效率低 有溢流塔板： 气液两相在设备中要有良好的接触： 有溢流塔板： 气液两相在设备中要有良好的接触： 无溢流塔板 接触充分，接触面大， 接触充分，接触面大，相界面不断更新
Z = N e ⋅ HT
′ 全塔效率估算用 O′connell 关联图
H T 与塔径之间的关系如表 1 所示 ： 所示：
表1 塔径 D(m) 板间距 HT(mm)
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板间距参考数值 0.6～ 1.0 ～ 250～ 400 ～ 1.0～ 2.0 ～ 250～ 600 ～ 2.0～ 4.0 ～ 300～ 600 ～ 4.0～ 6.0 ～ 400～ 800 ～
有溢流塔板
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第十章 气液传质设备
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§10.1 板式塔 4、塔板上的液面落差
产生原因： 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） （摩擦阻力、形体阻力） 。 不良后果： 不良后果：液面落差会导致气流分布不均
福州大学化工原理教案气液传质设备
10 气液传质设备10.1 板式塔10.1.1 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10-1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。
10.1.2 筛板上的气液接触状态塔板上气液两相的接触状态是决定板上两相流流体力学及传质和传热规律的重要因素。
如图片3-8所示，当液体流量一定时，随着气速的增加，可以出现四种不同的接触状态。
（1）鼓泡接触状态当气速较低时，气体以鼓泡形式通过液层。
由于气泡的数量不多，形成的气液混合物基本上以液体为主，气液两相接触的表面积不大，传质效率很低。
（2）蜂窝状接触状态随着气速的增加，气泡的数量不断增加。
当气泡的形成速度大于气泡的浮升速度时，气泡在液层中累积。
气泡之间相互碰撞，形成各种多面体的大气泡，板上为以气体为主的气液混合物。
陈敏恒《化工原理》(第3版)(下册)章节题库-气液传质设备(圣才出品)
第10章气液传质设备一、选择题1．以下参数中，属于板式塔结构参数的是（）；属于操作参数的是（）。
A．板间距B．孔数C．孔速D．板上清液层高度【答案】AB；CD2．设计筛板塔时，若改变某一结构参数，会引起负荷性能图的变化。
下面叙述中正确的一组是（）。
A．板间距降低，使雾沫夹带线上移B．板间距降低，使液泛线下移C．塔径增大，使液泛线下移D．降液管面积增加，使雾沫夹带线下移【答案】D3．塔板上设置入口安定区的目的是（），设置出口安定区的目的是（）。
A．防止气体进入降液管B．避免严重的液沫夹带C．防止越堰液体的气体夹带量过大D．避免板上液流不均匀【答案】A；C4．填料的静持液量与（）有关，动持液量与（）有关。
A．填料特性B．液体特性C．气相负荷D．液相负荷【答案】AB；ABCD5．用填料吸收塔分离某气体混合物，以下说法正确的是（）。
A．气液两相流动参数相同，填料因子增大，液泛气速减小B．气液两相流动参数相同，填料因子减小，液泛气速减小C．填料因子相同，气液两相流动参数增大，液泛气速减小D．填料因子相同，气液两相流动参数减小，液泛气速减小【答案】AC6．以下说法正确的是（）。
A．等板高度是指分离效果相当于1m填料的塔板数B．填料塔操作时出现液泛对传质无影响C．填料层内气体的流动一般处于层流状态D．液泛条件下单位高度填料层的压降只取决于填料种类和物系性质二、填空题1．在传质设备中，塔板上的气液两相之间可能的接触状态有：______、______和______。
板式塔操作的转相点是指______。
【答案】鼓泡；泡沫；喷射；由泡沫状态转为喷射状态的临界点2．在设计或研制新型气液传质设备时，要求设备具有______ 、______、______。
【答案】传质效率高；生产能力大；操作弹性宽；塔板压降小；结构简单（以上答案中任选三个）3．对逆流操作的填料塔，液体自塔______部进入，在填料表面呈______状流下。
气液传质设备
10.1 板式塔
三、液层阻力 气体通过液层的阻力损失hf由以下三个原因产 生： 1.克服板上泡沫层的静压； 2.形成气液界面的能量消耗； 3.通过液层的摩擦阻力损失。 注：低气速时，液层阻力为主；高气速时，干 板阻力所占比例相对增大。
2018/12/8 李 梅
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10.1 板式塔
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10.1.4筛板塔内气液两相的非理想流动 板式塔的设计意图：1.气液两相充分接触，减 少传质阻力；2.保持逆流，获得较大的推动力。 但：实际与理想总有差距。所用这些偏离都违 背了逆流原则，导致平均传质推动力下降，对 传质不利。 归纳起来，板式塔内各种不利于传质的流动现 象有两类：1.空间上的反向流动；2.空间上的 不均匀流动。
2018/12/8 李 梅
10.1 板式塔
一、空间上的反相流动： 是指与主体流动方向相反的液体或气体的流动。空间 的方向流动主要有两种：液沫夹带、气泡夹带。 1.液沫夹带 气体穿过板上液层时，无论是喷射还是鼓泡型操作都 会产生大量的尺寸不同的液滴。在喷射型操作中，液 体是被气流直接分散成液滴的；而在鼓泡型操作中， 液滴是因泡沫层表面的气泡破裂而产生的。这些液滴 的一部分会被上升的气流裹挟至上层塔板，这种现象 称为液沫夹带。
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2018/12/8
李 梅
10.1 板式塔
1.塔板上的气体通道——筛 孔：为保证气液两相在塔板 上能够充分接触并在总体上 实现两相逆流，塔板上均匀 地开有一定数量的供气体自 下而上流动的通道。 2.溢流堰：为保证气液两相 在塔板上有足够的接触表面， 塔板上必须贮有一定量的液 体。 3.降液管：作为液体自上层 塔板流至下层的通道，每块 塔板通常附有一个降液管。
福州大学化工原理教案气液传质设备
10 气液传质设备10.1 板式塔10.1.1 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10-1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。
10.1.2 筛板上的气液接触状态塔板上气液两相的接触状态是决定板上两相流流体力学及传质和传热规律的重要因素。
如图片3-8所示，当液体流量一定时，随着气速的增加，可以出现四种不同的接触状态。
（1）鼓泡接触状态当气速较低时，气体以鼓泡形式通过液层。
由于气泡的数量不多，形成的气液混合物基本上以液体为主，气液两相接触的表面积不大，传质效率很低。
（2）蜂窝状接触状态随着气速的增加，气泡的数量不断增加。
当气泡的形成速度大于气泡的浮升速度时，气泡在液层中累积。
气泡之间相互碰撞，形成各种多面体的大气泡，板上为以气体为主的气液混合物。
化工原理-第10章 气液传质设备 (1)
Ea 考虑了液沫夹带的影响即 eV 。一般据修正平衡线的概念，实验经常考（设各板 EmV 均相等为 0.6，
全回流求实际塔板数）。 （4）全塔效率（设计时最常用）
ET
=
NT N
式中 NT ——理论板数；
N ——实际板数。
P164 精馏与吸收 ET 关联图，已出现许多关联式
10.1.6 提高板效率的措施
10.1.2 筛板上的气液接触状态
塔板上气液两相的接触状态是决定板上两相流流体力学及传质和传热规律的重要因素。如图片 3-8 所示，当液体流量一定时，随着气速的增加，可以出现四种不同的接触状态。
（1）鼓泡接触状态 当气速较低时，气体以鼓泡形式通过液层。由于气泡的数量不多，形成的气液混合物基本上以液体为 主，气液两相接触的表面积不大，传质效率很低。 （2）蜂窝状接触状态 随着气速的增加，气泡的数量不断增加。当气泡的形成速度大于气泡的浮升速度时，气泡在液层中累 积。气泡之间相互碰撞，形成各种多面体的大气泡，板上为以气体为主的气液混合物。由于气泡不易破裂， 表面得不到更新，所以此种状态不利于传热和传质。 （3）泡沫接触状态 当气速继续增加，气泡数量急剧增加，气泡不断发生碰撞和破裂，此时板上液体大部分以液膜的形式 存在于气泡之间，形成一些直径较小，扰动十分剧烈的动态泡沫，在板上只能看到较薄的一层液体。由于 泡沫接触状态的表面积大，并不断更新，为两相传热与传质提供了良好的条件，是一种较好的接触状态。 （4）喷射接触状态 当气速继续增加，由于气体动能很大，把板上的液体向上喷成大小不等的液滴，直径较大的液滴受重 力作用又落回到板上，直径较小的液滴被气体带走，形成液沫夹带。此时塔板上的气体为连续相，液体为 分散相，两相传质的面积是液滴的外表面。由于液滴回到塔板上又被分散，这种液滴的反复形成和聚集， 使传质面积大大增加，而且表面不断更新，有利于传质与传热进行，也是一种较好的接触状态。 如上所述，泡沫接触状态和喷射状态均是优良的塔板接触状态。因喷射接触状态的气速高于泡沫接触 状态，故喷射接触状态有较大的生产能力，但喷射状态液沫夹带较多，若控制不好，会破坏传质过程，所 以多数塔均控制在泡沫接触状态下工作。
化工原理第十章气液传质设备资料重点
⑴板面结构：如图所示 受液区—接受上一块板的液体 泪孔—停产排液 进口缓冲区—防止气体短路 工作区—气液传质交换区 出口缓冲区—防止气体夹带 溢流堰—维持塔板液体层高度
⑵ 塔板上气液两相接触状态
Prince实验（80塔） u0
三种流型：
鼓泡状态— 液体连续
气体分散
泡沫状态 — 液体连续
双程流型 四程流型
阶梯流型
U型降液板
单程降液板
塔径
液 体 流 量 m3/h
m U形流程 单流程 双流程 阶梯流程
1.0
<7
<45
1.4
<9
<70
2.0
<11
<90
90-160
3.0
<11
<110 110-200
200-300
4.0
<11
<110 110-230
230-350
5.0
<11
<110 110-250
气体分散
喷射状态 — 气体连续
o
液体分散
C
B
不 发 泡 液 体
喷射状态 泡沫状态
蜂窝状态
A
鼓泡状态
气体滞留分率
2. 气体通过塔板压降
P Pd Pl
或 Ht=h0＋hl ⑴ 干板压降 h0
气体通过板孔的阻力损失(筛孔)
how hw
u0 c0
P 2
G
2
h0
p
G g
G L
1 2g
uo co
G L
现状：目前使用最广泛的一种板型。
导向筛板 Flow-guide Sieve plate
陈敏恒《化工原理》(第3版)(下册)名校考研真题-气液传质设备(圣才出品)
第10章气液传质设备一、选择题1．浮阀塔、泡罩塔及筛板塔三种板式塔的板效率比较（）。
[华南理工大学2012年研]A．浮阀塔＞泡罩塔＞筛板塔B．浮阀塔＝泡罩塔＝筛板塔C．浮阀塔＞泡罩塔＝筛板塔D．浮阀塔＞筛板塔＞泡罩塔【答案】D【解析】泡罩塔应用最早，效率是最低的，浮阀塔应用最广泛，兼有泡罩塔和筛板塔的优点，效率是最高的。
2．浮阀塔与泡罩塔比较，其最主要的改进是（）。
[中南大学2012年研]A．简化塔板结构B．形成可变气道，扩宽高效操作区域C．提高塔板效率D．增大气液负荷【答案】B【解析】浮阀塔具有较大的操作弹性,由于阀片可以自由升降以适应气量的变化,故维持正常操作所允许的负荷波动范围比泡罩塔宽。
二、填空题1．当填料塔操作气速达到泛点气速时，______充满全塔空隙，并在塔顶形成液体层，因而______急剧升高。
[北京化工大学2012年研]【答案】液相；压降【解析】当气速过大时，使降液管内的液体不能顺利下流，管内液体必然积累。
气体穿过板上液层时造成的两板间的压降增大。
2．通常填料塔的泛速是依据______经验关联图算出的，其中体现不同尺寸的各种填料操作特性的参量是______。
[南京理工大学2010年研]【答案】埃克特泛点；填料因子φ【解析】埃克特通用关联图适用各种散装填料，如拉西环，鲍尔环等，但需确知填料的φ值。
填料因子φ代表实际操作时填料的流体力学性能，填料的流体力学性能也集中体现在填料因子上。
3．试写出浮阀塔的三种不正常操作情况：（1）______；（2）______；（3）______。
[四川大学2009年研]【答案】严重漏液；严重气泡夹带；降液管液泛；严重雾沫夹带；液相不足（任选三）【解析】浮阀塔属于板式塔，板式塔的异常操作现象包括：漏液、雾沫夹带、液泛等。
《气液传质设备》课件
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REPORTING
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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
KEEP VIEW
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。
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。
化工原理第十章气液传质设备
•10.2.6筛板塔得结构设计 • 1． 筛板的开孔
•为了使筛板的利用率高，筛孔多取三 角形排列（见图１０－２１）。当孔 间距和孔径确定后，开孔面积与塔板 开孔区面积之比（ ），由下式计算 ：
•开孔区面积对于单溢流塔板可用下式计算：
•对于双溢流塔板
•塔板上的筛孔总数n可用下式计算：
• 2． 溢流堰
•（2）雾沫夹带
•（３）液泛
•板式塔的设计中要求降液管中的液柱高 不超过板间距
的
倍，即
•
• ３．板塔的负荷性能图 •将塔板的操作上下限绘在图上， •称为负荷性能图。 •(1)图中线a为最小液体负荷线。 •(2)线b为漏液线。 •(3)线c为最大液体负荷线。 •(4)线d按液体在降液管中允许停 •留时间计算。 •(5)线e为降液管液泛线。 • (6)线 f为雾沫夹带线。
•溢流堰设计按10.2.5节考虑，筛板塔的堰高可按以下要求设计：
•对一般的塔，应使塔上清夜层高度（堰高＋堰上液流高度）在 50～100mm之间，即
•对于真空度较高或要求压强很小的情况下，可使
时
。当液流量很大时，可以不设堰。
，此
•３．其他结构
• 降液管、内堰、受液盘及安定区、边缘区等要求按10.2.5节 设计。
•10.2.8浮阀塔的设计 •1.浮阀塔型式
•2.阀的排列
•图10－26 F－1型浮阀
• 浮阀一般按正三角形排列，也
• 有采用等腰三角形排列的。
•浮阀中心距可取75、100 、
•125、150mm等几种。
•3.阀数确定
•4．溢流管及降液管 • 按10.2.5节及10.2.6节有关部分设计计算。 •5．塔板压降（液体阻力）
（对常压及加
化工原理 第10章
3
3
（6）气液两相流动的交互影响和载点
载点：气液两相流动的交互影响开始变
得比较显著的点。
（7）填料塔的液泛
泛点:开始出现液泛现象的点。 自载点以后，气液两相交互作用强烈。 气量增加，液膜将增厚，实际气速将进一步 增加；在泛点之前，每一个气量对应一个膜 厚，此时，液膜可能很厚，但气体仍保持为 连续相。 当气速增大至泛点时，出现了恶性的循 环，塔内滞液量将迅速增加，最后，液相转 为连续相，而气体转而成为分散相，传质效 果极差 。
EOG
y y n 1 * y n y n 1
(2)默弗里板效率 ——包括点效率和板上非理 想流动的影响。
E mv
y n y n 1 * y n y n 1
(3)湿板效率——包括默弗里板效率和板 间的非理想流动的影响。
Yn Yn1 Ea * y Yn1
筛孔塔板 优点：结构简单，造价低廉。设计优良的筛板 压降、效率和生产能力等大体与浮阀塔 板相当。 缺点：设计要求高，否则操作弹性小，难以操 作。
舌形塔板 优点：高生产能力，液沫夹带小。板上液层厚 度和板压降低。 缺点：当气速较大时，板上液层太薄，会使效 率显著降低。当气速很低时，易漏液。
10.2 填料塔
（7）填料塔对易起泡物系，填料塔更适合， 因填料对泡沫有限制和破碎的作用。 （8）对于腐蚀性物系，填料塔更适合，因可 采用瓷质填料。 （9）填料塔适合真空操作。 （10）对热敏性物系宜采用填料塔，因为填料 塔内的滞液量比板式塔少，物料在塔内的停留 时间短。 （11）填料塔的压降比板式塔小，因而对真空 操作更为适宜。
筛孔塔板的构造 －演示
返回
气液接触状态－演示
返回
空间上的反向流动 －演示
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①液体在填料表面上的膜状流动
低气速下，u气对δL影响不大 高气速下，u气对δL有明显影响 选填料的必要条件：对液体浸润
②填料塔中的持液量
定义：m3液体 / m3塔容积
比板式塔的小； u气↑, 持液量↑
③气体在填料层内的流动
不同于颗粒层，
填料尺寸大，气速高，一般为湍流状态，
干填料层内
p
u1.8~2 g
第十章 汽液传质设备
基本上分为两大类： 逐级接触式(如板式塔) 微分接触式(如填料塔)
主要评价标准： ⑴通过能力—生产能力 ⑵传质效率—板效率，等板高度HETP ⑶压降—板压降，每m填料压降 ⑷操作弹性—汽液通量上、下限 ⑸结构简单成本低
1 板式塔 1.1 概述 ①设计意图 ⑴使汽液两相在塔板上充分接触，减少传质阻力 ⑵在总体上使两相保持逆流流动，在塔板上使两
1.5 效率的各种表示方法
①点效率
EOG
y yn1 y * yn1
与两相接触状态有关
②默弗里板效率
EmV
yn yn1 y *n yn1
与点效率、板上流动情况有关
③湿板效率
考虑板间eV 正常操作漏液可忽略
例精馏段：
Vyn1 eVVxn1 ( L eVV ) xn DxD
表观气相浓度
⑵用关联式(10-45),(10-46)
求kLa、kGa, 算
HOG
G K ya
⑶自己组织实验测定
2.5 填料塔与板式塔的比较 ①操作范围
填料塔范围小，尤其是液量范围小 ②物料适应性
填料塔不宜处理含固体的物料，适宜于易起 泡、腐蚀性、热敏性物料 ③中间换热或出料
板式塔方便 ④压降
填料塔压降小，易真空操作
6
dp
正系统：当轻组分从液→气时
选泡沫接触状态有利 1.3 气液两相的非理想流动 ①液沫夹带—气体带液滴
②气泡夹带—液体在降液管中来不及脱气 τ>3~5秒
③液体沿塔板的不均匀流动
1.4不正常操作现象 ①夹带液泛 同样气速下,
e’↑, 使L+e’↑, 液层厚度↑ e’ ↑ ↑, 形成恶性循环 ②溢流液泛 降液管通过能力的限制 ③漏液 严重漏液会使板上不能积液
1.7 筛板塔的设计
主要尺寸, 直径D, 高度H 的估计
NT由过程计算求得
ET按经验关联
N实
NT ET
D~HT由表10-1作初选 HT对液沫夹带，溢流液泛，液量上限有影响 D由处理量与液泛气速所决定
由处理量求两相流动参数
FLV
LS VS
l V
动量之比
l ul2 V uV2
,
开方
ul uV
l V
Yn1 yn1
表观操作线
eV
( xn
xn1 )
L V
xn
DxD V
湿板效率
Ea
Yn Yn1 y *n Yn1
测定方法：全回流 Yn1 xn ，Yn xn1
④全塔效率
ET
NT N实
塔效率≠板效率
ET f ( , ,等因素)
1.6 塔板的负荷性能图 ⑴过量液沫夹带线 eV=0.1kg液/kg干气 ⑵漏液线 ⑶溢流液泛线 ⑷液量下限线 ⑸液量上限线
⑶最小喷淋密度 水溶液： 7.3 m3/m2h
2.4 填料塔设计 主要尺寸：塔径D, 填料层高度H ①塔径的确定
设计气速 u计=50%~80%uf 由气液处理量求FLV, 查埃克特图，得
u
2
g
φ填料因子，
水 l
V l
0.2 l
按 D
4V
u计
算得塔径
②高度确定
H=HOGNOG 或 H=NTHETP 由过程计算确定NOG或NT HOG或HETP的确定 ⑴由填料商的产品目录查得
相呈均匀的错流接触，以获得最大传质推动力 ②筛板塔的构造 ⑴筛孔—气体通道，Φ3~8mm ⑵溢流堰—保证板上有液体 ⑶降液管及入口堰—液体下降通道
1.2 筛板上的汽液接触状态
①鼓泡接触状态
②泡沫接触状态—气体为分散相
③喷射接触状态—液体为分散相
转相点
接触状态选择: 获得大的气液界面 液膜要稳定，液滴要不稳定，有利于破碎，a
有液体向壁偏流现象，要有再分布器 ②整砌填料：无液体均布能力，
无偏流现象，要有严格的预分布器
2.2 填料特性： ①比表面 a, m2/m3
②空隙率 ε
③填料的几何形状
填料尺寸≤
( 1 ~ 1)D 10 8
优良填料还要满足：
制造容易，造价低廉，耐腐蚀，机械强度
2.3 气液两相在填料层内的流动和传质
④载点和泛点 L一定, lgΔp~lgV气关系
载点----气液两相流动的交互影响开始变得显著 泛点----气量微小增加而造成持液量大大增加，
Δp直线上升
⑤泛点和压降的经验关联
埃克特提出将
u2
g
V l
0.2 l
与 Gl
GV
V 关联 l
⑥传质 ⑴填料层的等板高度HETP
—分离效果相当于一块理论板的填料层高度 ⑵传质效果与操作气速关系
FLV
气体负荷因子Cf 20
液泛速度
uf
C
f
20
(
)0.2
20
l V V
设计气速 u (80 ~ 8u
求塔直径D
详细设计尚有很多因素要考虑
2 填料塔
填料材质：陶瓷，金属，塑料，合成材料 要求：液体润湿表面 死区—对传质无贡献
填料层堆放方式： ①乱堆填料：有液体均布能力，
本次讲课习题： 第十章 1，5