10.1板式塔

➢ 生产能力大：通过设备单位截面上的流体流量大； ➢ 分离效率高：相同操作条件和分离要求下，设备体积小，投资少； ➢ 适当的操作弹性：生产负荷在一定范围内变化，塔仍能正常操作，
且保持较高的分离效率； ➢ 阻力小：流体流动过程阻力损失小； ➢ 结构简单：易于加工制造和维修，降低成本。
传质设备分类 ➢ 从相互传质的两相流体的相态分：气液传质设备和液液 传质设备；多为塔设备 ➢ 从传质元件的结构特征上分：板式塔和填料塔
第10章 传质设备
10.1 传质设备概述 10.2 气-液传质塔设备
10.2.1 板式塔 10.2.2 填料塔 10.3 液-液传质设备 10.3.1 混合-澄清槽 10.3.2 塔式萃取设备 10.3.3 离心萃取器 10.3.4 萃取设备的选择
10.1 传质设备概述
典型的相际传质单元操作：精馏、气体吸收和解吸、萃取 传质设备应具有的特点：
细小的气泡夹带至液相中
状
滴表面为传质面
态
工业精馏塔主要 气液接触状态： 泡沫状态、喷射 状态 。
③塔板上的理想流动情况：
液体横向均匀流过塔板，气体从气体通道上升，均匀穿过 液层。气液两相接触传质，达相平衡，分离后，继续流动。
④传质的非理想流动情况： 反向流动
返混现象: 液沫夹带、气泡夹带 . 后果：已分离的两相又混合，板效率降，能耗增。 不均匀流动 液面落差（水力坡度）：引起塔板上气速不均； 塔壁作用（阻力）:引起板上液速不均，中间 > 近壁
➢气相运动是喷射状，将 液体分散并可携带一部分 液沫流动。
说明：开始发生液泛时的 气速称之为液泛气速 。
液泛二：降液管液泛
塔内气、液两相流量较大→降液管 内阻力及塔板阻力增大→引起降液 管液层升高，当降液管内液层高度 难以维持塔板上液相畅通时，降液 管内液层迅速上升，以致达到上一 层塔板，逐渐充满塔板空间，即发 生液泛。
从严重漏液到液泛整个范围内存 在有五种接触状态：
鼓泡状态、蜂窝状泡沫态 泡沫状态、喷射状态 乳化状态
清晰表面。气泡表面为 两相传质表面。液相为 连续相,气相为分散相
气泡间的液膜是两 相的传质界面
传质面：气泡间的液 膜。两相间界面不稳 定，传质效率较高
塔
板
上
的
气
液
接 触
气相为连续相,液相 为分散相。分散的液
网孔塔板：
A
A
降液管
进口堰
压延金属板 A-A 剖视图
网孔塔板
垂直筛板：
泡罩 气相
塔板
液相
垂直筛板
5）多降液管（MD）塔板 优点：提高允许液体流量
（6）林德筛板（导向筛板）
应用：用于减压塔的低阻力、高效率塔板。
斜台：抵消液面落差的影响。 导向孔：使气、液流向一致，减小液面落差。
液流
(a)斜台装置 林德筛板
说明：两种液泛互相影响和关联，其最终现象相同。
异常流动现象二：液泛严重漏液
漏液量增大，导致塔板上难以维持正常操作所需的液面，无法 操作。此漏液为严重漏液，称相应的孔流气速为漏液点气速 。
⑥塔板负荷性能
设计和操作：保证塔内良好的流体力学状态，塔正常操作， 塔板内两相能够顺畅流动，塔板具有较高的传质传热效率。
讨论内容：气液传质塔设备、液液传质塔设备
10.2 气液传质塔设备
气液传质塔设备：涉及的流体是气、液两相 精馏塔和吸收塔 气液传质塔设备的结构特征：应能使气液两
相在塔内充分接触，并能很好的实现气液相 分离。 工程中主要使用：板式塔和填料塔。 本节重点：讨论板式塔和填料塔的结构及其 流体力学特性。简单介绍两者的工艺设计。
无溢流板式塔（穿流塔板）
结构特征：塔板上无降 液管，气液两相均通过分 布在塔板上的通道穿过塔 板，两相呈逆流流动。
塔板
结构简单，造价低，塔 板面积利用率高 塔板效率较低，操作弹 性较小，应用较少，一 般仅用于一些特殊场合。
（2）板式塔内的流体力学条件 ①板上的气、液接触方式
全塔：逆流接触 塔板上：错流接触 ②塔板上的气液相接触状态
工程上：做塔板负荷性能图。
塔板负荷性能图
（3）常用塔板的类型
1）泡罩塔
结构组成：升气管和泡罩
优点：塔板操作弹性大，塔效率也较高，不易堵。 缺点：结构复杂，制造成本高，塔板阻力大但生产能力不大。
泡罩塔
圆形泡罩 条形泡罩
2）筛板塔板
塔板上开圆孔，孔径：3 ~ 8 mm，大孔径筛板：12 ~ 25 mm。
(b)导向孔
7）无溢流塔板 有溢流塔板：有降液管的塔板； 无溢流塔板：无降液管的塔板； 形式：无溢流栅板和无溢流筛板； 特点：生产能力大，结构简单，塔板阻力小；
但操作弹性小，塔板效率低。
冲制栅板
由金属条组成 的栅板
无溢流筛板
板结构定：流体力学性能主要由物系、温度和压力、板上气 液负荷决定。
物系和操作条件确定：塔内的气液负荷必须控制。包括： ➢ 避免发生过量液沫夹带，夹带量不大于0.1kg(液)/kg(气)； ➢ 避免发生液泛现象：操作气速＜泛点气速，降液管内的液 面高度要低于塔板间距，且有裕度； ➢ 避免发生过量气泡夹带：降液管内液体停留时间＞3～5s。 ➢ 避免液相负荷过低，堰上液头高度不低于6mm； ➢ 避免发生严重漏液现象：操作气速＞漏液点气速；
溢流堰 降液管 受液盘
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液相：重力作用，从上到下 流动。上层板降液管下层 板受液盘横向流过板的传质 区降液管下层相邻板。 溢流堰的作用：使板上形成 一定厚度的液层，并使液体在 板上均匀流动。 气相：压差作用，从下到上 流动。下层塔板上升穿过板 上气相通道上层塔板。 传质：在塔板上 分离：在液层上方 评价：塔板效率高，操作弹 性大，应用最为广泛。
缺点：气泡夹带现象比较严重。
舌形塔板：
Ⅰ 50
Ⅱ α=
Ⅲ
Ⅰ三面切口舌片; Ⅱ拱形舌片; Ⅲ50×50mm定向舌片的尺寸和倾角
斜孔塔板：
10
15
4.7
3
5.7
8 11 15 20
(a) 斜孔结构之一
20
液
受
液 区
体
分 30 布 区
液流方向
塔 板 连 接 区
导向孔
安定区
降 液 管
溢流堰
(b)塔板布置
斜孔塔板
后果：塔板上气液接触不充分，板效率降低。
⑤ 塔内气、液两相异常流动
异常流动现象一：液泛
如果由于某种原因，使得
气、液两相流动不畅，使板上
液层迅速积累，以致充满整个
空间，破坏塔的正常操作，称
此现象为液泛。
设计或操 作不当
液泛一：过量雾沫夹带液泛
原因：
➢气相在液层中鼓泡，气 泡破裂，将雾沫弹溅至上 一层塔板；
10.2.1 板 式 塔
塔的主要优点： 生产能力大、操作稳定、操作弹性大、造价低、制造
维修方便。
（1）板式塔结构 圆筒形塔体＋塔内装有的多层水平塔板 按照塔板上气液两相流动通道设置的不同，塔板主
要有两种形式：溢流塔板、无溢流塔板 属于逐级接触式传质设备，两相流体的组成沿塔高
成阶梯式变化。
溢流型板式塔
优点：结构简单、造价低、 塔板阻力小， 目前广泛应用。
方形浮阀
F1型浮阀
优点：浮阀根据气体流量，自动调节开度，提高了塔板的操作 弹性、降低塔板的压降，同时具有较高塔板效率，在生产中得到 广泛的应用。
缺点：浮阀易脱落或损坏。
4）喷射型塔板 气流方向：垂直 → 小角度倾斜， 改善液沫夹带、液面落差 。 形式：舌形塔板、浮舌塔板、斜孔塔板、垂直筛板等。 气液接触状态：喷射状态 连续相：气相；分散相：液相 促进两相传质。