第十章气液传质设备

1.4.2
空间上的不均匀流动
a.气体沿塔板的不均匀流动 由液面落差造成；对传质不利 b.液体沿塔板的不均匀流动 当L较低时，该现象尤为严重；对传质不利。
1.5 板式塔的不正常操作现象
a.夹带液泛:过量的液沫夹带所致 b. 溢流液泛:降液管通过能力太小所致 c. 漏液:气体通过量太小或不均匀分布所致
B
，液沫、液膜都是 稳定的。 ，液沫、液膜都是 不稳定的 Nhomakorabea对负系统
⎛ dσ ⎞ ⎜ ⎜ dx < 0 ⎟ ⎟ ⎝ ⎠
B
⎛ dσ ⎞ 结论：正系统 ⎜ ⎜ dx > 0 ⎟ ⎟ ，宜采用泡沫接触状态 ⎝ ⎠
B
⎛ dσ ⎞ 负系统 ⎜ ⎜ dx > 0 ⎟ ⎟ ，宜采用喷射接触状态 ⎝ ⎠
B
②设置倾斜的进气装置，使全部或部分气流斜向 进入液层 a. 斜向进气时，气体将给液体以部分动量。 消除液面落差，促成气流的均布。 b. 在塔板边缘处适当增加斜向进气装置的数 量，可使液体沿圆形塔板表面流动均匀。 c. 斜向进气时造成的液滴具有倾斜的初速度， 其垂直分量较小，因而液沫夹带量将有所 降。
1.３ 气体通过筛板的阻力损失 气体通过筛孔及板上液层时，必有阻力，由 此造成塔板上、下空间对应位置上的压强差 称为板压降 ΔP 。 板压降由干板压降 hd 和液层压降(液层阻力)hl 组成
注意:低气速时，hl 占主导地位 高气压时，hd 占主导地位
板压降 h f = hd + hl
1.４ 筛板塔内气液两相的非理想流动 1.4.1 空间上的反向流动 a.液沫夹带 与液体主流方向相反，属返混现象，对传质不利。 两种机理：小液滴是由于气流的裹挟； 大液滴起因于弹溅作用。 液沫夹带与 H T 有关，H T ↓，夹带量 ↑。 b.气泡夹带 与气体主流方向相反，对传质不利；降低了降液管 内泡沫层平均密度，使降液管的通过能力减小，严重 时会破坏塔的正常操作。 避免气泡夹带的措施: a. 靠近溢流堰一狭长区域上不开孔 b. 液体在降液管内应有足够的停留时间。
筛孔塔板的构造
筛孔 溢流堰 h o < h W 降液管
1.2 筛板塔上的气液接触状态 a. 鼓泡接触状态：传质表面为气泡表面（湍 动程度很低）；传质阻力较大 b. 泡沫接触状态：传质表面为不断更新的液 膜表面；传质阻力较小 c. 喷射接触状态：传质表面为不断更新的液 滴的外表面；传质阻力较小 实际应用中，两相接触一般为（b），（c）
问题： 1、板间距降低
2、降液管面积减少
3、开孔率下降
1.8 塔板型式 (1)工业生产对塔板的评价标准 ① 通量 — 表征塔板的处理能力 ② 效率 — 表征板式塔传质性能的优劣 ③ 板压降 — 表征阻力大小 ④ 操作弹性 — 表征塔适应能力 ⑤ 结构型式 — 制造成本

泡罩塔板——气体通路是由升气管和泡罩构成。 优点：气体负荷很低时也不会发生严重漏液， 操作弹性大。 缺点：结构复杂，制造成本高，干板压降大、液 泛气速低、生产能力小。
全塔效率的数据关联 (1) Drickamer 和 Bradford关联
ET ~ μ L
(2) O’connell 关联
ET ~ αμ L
μL = ∑ xi μ i
i =1
n
板式塔的正常操作范围（负荷性能图）
1.过量液沫夹带线 2.漏液线 3.溢流液泛线 4.液量下限线 5.液量上限线 6.操作线
第十章 气液传质设备
气液传质设备
板式塔 （ 逐级接触式）
填料塔 （微分接触式）
1、板式塔
1.1 概述 设计意图－在塔内造成一个对传质过程最有利 的理想流动条件,总体上使两相呈 逆流流动,每一块塔板上两相呈均 匀的错流接触 传质速率＝传质系数×传质面积×传质推动力
1、板式塔
1.1 概述
重点解决三方面问题： 从传质系数来说：通常分散相（泡或滴）内的传质系 数很小，所以希望传质界面不断更新和较强湍动。 从传质面积来说：希望气液两相适当分散。 从传质推动力来说：提供尽可能大的传质推动力。对 板式塔，目前难以实现真正逆 流，只能做到总体逆 流，板上错流。
1.6 板效率的各种表示方法及应用
a.点效率
EOG = y − yn+1 y − yn+1
*
EOL =
x n−1 − x x n−1 − x *
假设：塔板上，设液体流动方向上液体浓度不同， 而轴向上液体浓度处处相等。 EOG ≤ 1 b.默弗里板效率
E MV = y n − y n+ `1
* yn
− y n+1
E ML =
x n−1 − x n
* x n−1 − x n
假设：塔板上液体平均浓度为 x n ，进出塔板的气 相平均浓度为 yn+1 ， yn 由于塔板上 yn 可能大于 y ∗ n ，故 Emv 可能大于1
1.6 板效率的各种表示方法及应用
c.湿板效率 Ea =
yn − yn + 1
液体分布器
2.1.1 填料特性的评价 a．比表面积: 间接反映了传质面积的大小 b．空隙率：反映流体阻力的大小 c．几何形状：对填料的流体力学和传质性能影响很 大
2.1.2 几种常用的填料 乱堆填料：拉西环，鲍尔环， 阶梯环，Intalox saddle
2.1.2 几种常用的填料 规整填料：Sulzer packing,Stedman packing
(2)操作参数和塔板的负荷性能图
◆对一定物系和一定的塔结构，必相应有一个适宜 的气液流量范围。 ◆气体流量过小，将产生严重的漏液而使板效率急 剧下降。 ◆气体流量过大，或因严重的液沫夹带而使板效率 明显降低，或因液泛而无法正常工作。 ◆液量过小，板上液流严重不均而板效率急剧下降。 ◆液体流量过大，则板效率将因液面落差过大而下 降，甚至出现液泛而无法操作。
2.2 气液两相在填料层内的流动 1.液体成膜条件 σ LS + σ GL < σ GS 2.填料塔内液膜表面的更新 3.填料塔内的液体分布 4.填料塔中的持液量：操作时单位填充体积所 具有的液体量 m 3 / m 3
持液量与填料表面的液膜厚度有关。
5.气体在填料层内的流动 特点：近似于流体在颗粒层内的流动 不同的是：气体在填料层内的流动 一般处于湍流状态。
主要包括 塔径 板间距 堰高 堰长 降液管尺寸 还有 开孔率 孔径 进气装置(气体进 入液层)
① 合理选择塔板的开孔率和孔径造成 适应于物系性质的气液接触状态
泡沫接触状态希望液膜是稳定的，有利于传质。 喷射接触状态希望液滴是不稳定的，有利于传质。
对正系统
⎛ dσ ⎞ ⎜ ⎜ dx > 0 ⎟ ⎟ ⎝ ⎠

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。
2、填料塔
2.1 填料塔的结构 及填料特征 填料塔的结构 填料塔的附属结构 支承板—支承塔内填料，又能让 气液两相顺利通过的结构 液体分布器—使液体初始分布均匀 液体再分布器—使向壁偏流的液体重新分布均匀 除沫器—用来捕获由填料层顶部逸出气体中 夹带的液滴
重 点 总 结
1、气液传质过程对塔设备的要求 2、板式塔 板上的气液接触状态；塔内非理想流
动、不正常操作现象（液沫夹带、漏液、溢流液泛） 及其改善；板效率及其表示方法、漏液、液泛及负 荷性能图；常用塔板型式及其主要特性；筛板塔的 计算方法及结构参数的调整；板式塔的效率。
3、填料塔 常用填料及其特性(比表面、空隙率、
y n∗ − y n + 1
形式上与 Emv 没有区别，但包含了液沫夹带的 影响。 d.全塔效率
NT ET = N
具有工程计算实用价值
EOG ：反映了气液接触的状态
EMV ：包括 E 和板上非理想流动的理想 OG
Ea ：包括 EMV 和板间非理想流动的理想
ET ：包括 Ea 及不同定义的影响
1.7 提高塔板效率的措施 （1）结构参数
（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。
HETP is generally in the range of 0.3~0.6m
填料塔与板式塔的比较 （1）填料塔操作范围小。 （2）填料塔不宜处理含固体悬浮物的物系 （3）当需要换热时，用板式塔方便。 （4）板式塔直径一般>600mm。 （5）板式塔的设计资料较可靠。 （6）当塔径不很大时，填料塔因结构简单而 造价便宜。
6.气液两相流动的交互影响 A点：载点，气液两相的流动将出现交互影响 B点：泛点，交互影响进入恶性循环而产生液泛。
u = (0.6 ~ 0.8)u f
最小喷淋密度： 保证填料充分润湿 时液体最小流量。
7.填料塔的操作范围 等板高度HETP — 完成一块理论板的分离效果 所需的填料高度 显然，HETP小，填料分离性能好。 Ａ区：两相湍动程度差，传质速率小，HETP大 Ｂ区：两相交互作用，湍动剧烈，强化传质， HETP下降 Ｃ区：进入泛点， 传质恶化， HETP上升
填料因子等)；气液两相在塔内的流动（载点、泛 点） 、压降、最小喷淋密度和液泛现象、塔径计 算方法、填料塔内的传质(传质系数和HETP)。
本次讲课习题： 第十章 1，3，5
Packing Development HETP Pressure drop m mmHg/theoretical plate 0.8~1.0 4 0.8 2.2 0.6~0.7 2 0.65 1.6 0.5~0.6 1.2