《化工原理》(下)第三章塔设备第一次课PPT课件
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❖ ④液相的上限线 Lmax 当液体在降液管中停留时间过小，所含气体释放不净，导致返 混，影响塔板效率。
❖ ⑤液泛线当降液管内泡沫层高度达到上层塔板，使液流不畅时 即开始发生液泛，L,V
⑥操作线
P，过op作操作线交③ Vmin，⑤Vmax。为该塔 板操作负荷的上、下限。
V max
两者之比为塔的操作弹性：V min
特点：
分离效率高； 板上有液位差，引起气体分布 不均匀； 目前常用
穿流式塔板
板上无降液管； 气液相同时通过板上孔道逆向穿流而过（逆流塔板）。
特点：
结构简单； 操作范围小； 分离效率低。
应用较少
3.1.1 气液相流程
❖ 从全塔来看，气相在塔内逐级上升，液相由塔顶 逐级下降。在下降中与上升气相进行接触传质。
❖ 从而必然使降液管内液体不 断增高→最终使整个板间充 满液体→塔操作被严重破坏。 这种现象即为液泛（淹塔）。
❖ 气速↑→有利于形成湍动的 泡沫层→传质速率↑。但不 能超过液泛时的气速
❖ 液泛时的气速应为塔操作的 极限速度。
❖ 板间距↑→可提高液泛时气 速
雾沫夹带
当气速↑，使塔板处于泡沫状态或 喷射状态时→液体被吹散成液滴而 被抛到一定的高度→其中某些液滴 被带到上一层塔板，该现象称为雾 沫夹带。 塔板效率↓
液体横向流过塔板，经溢流堰溢流进入降液管，液 体在降液管内释放夹带的气体，从降液管底隙流至 下一层塔板。
塔板下方的气体穿过塔板上气相通道，如筛孔、浮阀 等，进入塔板上的液层鼓泡，气、液接触进行传质。 气相离开液层而奔向上一层塔板，进行多级的接触传 质。
气液相接触状态
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
F－1型
V－4型 A型
十字架型 方形浮阀型
优点：浮阀可随气速的变化上、下自由浮动， 生产能力大(与筛板塔的相近)比泡罩的大 20%～40% 。操作弹性大；△p小；造价低。
缺点：不宜处理易结焦或μ大的物系。发腿会 卡住或磨损。
(3) 筛板塔
❖ 有溢流管的筛板塔∵孔口无遮拦∴ 较易出现“漏液”现象。该问题 曾困扰着筛板塔的使用。
气相通道： 形式多，如筛孔、泡罩等 －对塔板的性能影响较大。
液相通道：
降液管、底隙、溢流堰。
hW
2、溢流装置
降液管、溢流堰、底隙等 降液管是塔板间的液体通
道及液相夹带气泡的分离 场所 ❖ 有弓形、圆形或矩形几种 型式。
3、溢流堰
降液管顶部设有溢流堰hw，以维持塔板上一定液层
高度。降液管底部留有底隙hb，为液体进入下层塔 板的通道 溢流堰型式
应限制雾沫夹带。 eV<0.1kg(液)/kg(气)
影响雾沫夹带量的因素：
空塔气速↑
塔板间距↓
雾沫夹带量↑
严重漏液
气体通过塔板的速度↓ → 上升气体通过孔道的 动压不足以克服板上液体的重力→液体从塔板 上的开孔处往下漏，称漏液。
漏液造成的影响：
漏液严重时→塔板上建立不起液层→气液不能 充分接触→塔板效率↓
❖ 塔板操作弹性并非恒定不 V 变，而与操作条件有关
①
⑤
a
❖a工况受液相下限及液沫夹
带线控制。b工况则受漏液
②
b
c
④
线及降液管液泛线控制。c ③
工况则受漏液线及液相上限
控制。
L
3.1.4 塔板型式
按气相通过塔盘传质元件的不同，可分为不同型式 的塔板
评价塔板性能的标准：
•生产能力：单位时间单位面积的处理量； •分离效率：分离能力，产品质量； •适应能力：对不同性质的物料的适应性； •操作弹性：维持正常操作气速允许变动的范围； •流动阻力：＝干板阻力＋液层阻力； •塔的结构、成本、安装及运转的可靠性。
（1）泡罩塔
优点：∵升气管高出板面∴ 不易发生漏液，操作弹性较 好；塔板不易堵塞。宜处理 μ较大的焦油或渣子较多的 醪液。
缺点：板结构复杂，金属耗 量大，造价高；气流流径曲 折，△p大；有返混；雾沫夹 带严重，限制了气速提高
（2）浮阀塔板
浮阀是20世纪二战后开始研究，50年代开始启用的一种新型 塔板，后来又逐渐出现各种型式的浮阀，其型式有圆形、方形、 条形及伞形等。国内常用的有F1型和V4型。
应限制漏液量。要求不大于液体流量的10%。 漏液速度，它是塔操作的气相下限速度。
2、塔板负荷性能图
❖ 适宜操作范围的图形称之为塔的负荷性能图。
❖ ①过量液沫夹带线，或气相上限线 Vmax 过量液沫夹带量ev<10%
❖ ② 液相下限线 Lmin 堰最小溢流强度，即液相流量的下限。
❖ ③ 气相下限线 Vmin 当气相流量降到一定程度时，塔将产生严重漏液
多，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，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。此时气泡不易破裂， 表面得不到更新，不利于传热和传质。
3）泡沫接触Hale Waihona Puke Baidu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。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。
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。此时塔板上的气体为连续相，液体为分散相。 液滴的不断分散和反复形成，使传质面积大大增加，表面不断更 新，有利于传质与传热进行。
泡沫状态和喷射状态均是优良的塔板接触状态。
3.1.2 塔板的结构
1、概述
塔体为一圆式筒体，塔体 内装有多层塔板。
平直堰型式
齿形堰
3.1.3 板式塔的流体力学性能
1、 塔内气、液两相异常流动 液泛
❖ 正常操作时，降液管中有一足够的液体 高度，以克服两板间由气体压差造成的 压降使液体能够自上而下流动
❖ 若气相的流量↑→塔板压降↑→降液管内 液体流动不畅→管内液体积累；
❖ 若液相的流量↑→降液管内截面不能满 足该液体顺利流过→管内液体积累；
第三章 塔设备
概述
气、液传质设备功能: 为混合物的气、液两相提供 多级的充分、有效的接触与及时、完全分离的条件。
一是板式塔: 气液两相逐级接触，浓度发生阶跃式变 化。
二是填料塔: 气、液两相是微分接触，组成则发生连 续变化。
塔板类型
3.1 板式塔
溢流式塔板
板上有降液管； 液体横向流过塔板，经降液管 流向下一层塔板； 气体垂直穿过塔板及液层（错 流塔板）；
❖ ⑤液泛线当降液管内泡沫层高度达到上层塔板，使液流不畅时 即开始发生液泛，L,V
⑥操作线
P，过op作操作线交③ Vmin，⑤Vmax。为该塔 板操作负荷的上、下限。
V max
两者之比为塔的操作弹性：V min
特点：
分离效率高； 板上有液位差，引起气体分布 不均匀； 目前常用
穿流式塔板
板上无降液管； 气液相同时通过板上孔道逆向穿流而过（逆流塔板）。
特点：
结构简单； 操作范围小； 分离效率低。
应用较少
3.1.1 气液相流程
❖ 从全塔来看，气相在塔内逐级上升，液相由塔顶 逐级下降。在下降中与上升气相进行接触传质。
❖ 从而必然使降液管内液体不 断增高→最终使整个板间充 满液体→塔操作被严重破坏。 这种现象即为液泛（淹塔）。
❖ 气速↑→有利于形成湍动的 泡沫层→传质速率↑。但不 能超过液泛时的气速
❖ 液泛时的气速应为塔操作的 极限速度。
❖ 板间距↑→可提高液泛时气 速
雾沫夹带
当气速↑，使塔板处于泡沫状态或 喷射状态时→液体被吹散成液滴而 被抛到一定的高度→其中某些液滴 被带到上一层塔板，该现象称为雾 沫夹带。 塔板效率↓
液体横向流过塔板，经溢流堰溢流进入降液管，液 体在降液管内释放夹带的气体，从降液管底隙流至 下一层塔板。
塔板下方的气体穿过塔板上气相通道，如筛孔、浮阀 等，进入塔板上的液层鼓泡，气、液接触进行传质。 气相离开液层而奔向上一层塔板，进行多级的接触传 质。
气液相接触状态
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
F－1型
V－4型 A型
十字架型 方形浮阀型
优点：浮阀可随气速的变化上、下自由浮动， 生产能力大(与筛板塔的相近)比泡罩的大 20%～40% 。操作弹性大；△p小；造价低。
缺点：不宜处理易结焦或μ大的物系。发腿会 卡住或磨损。
(3) 筛板塔
❖ 有溢流管的筛板塔∵孔口无遮拦∴ 较易出现“漏液”现象。该问题 曾困扰着筛板塔的使用。
气相通道： 形式多，如筛孔、泡罩等 －对塔板的性能影响较大。
液相通道：
降液管、底隙、溢流堰。
hW
2、溢流装置
降液管、溢流堰、底隙等 降液管是塔板间的液体通
道及液相夹带气泡的分离 场所 ❖ 有弓形、圆形或矩形几种 型式。
3、溢流堰
降液管顶部设有溢流堰hw，以维持塔板上一定液层
高度。降液管底部留有底隙hb，为液体进入下层塔 板的通道 溢流堰型式
应限制雾沫夹带。 eV<0.1kg(液)/kg(气)
影响雾沫夹带量的因素：
空塔气速↑
塔板间距↓
雾沫夹带量↑
严重漏液
气体通过塔板的速度↓ → 上升气体通过孔道的 动压不足以克服板上液体的重力→液体从塔板 上的开孔处往下漏，称漏液。
漏液造成的影响：
漏液严重时→塔板上建立不起液层→气液不能 充分接触→塔板效率↓
❖ 塔板操作弹性并非恒定不 V 变，而与操作条件有关
①
⑤
a
❖a工况受液相下限及液沫夹
带线控制。b工况则受漏液
②
b
c
④
线及降液管液泛线控制。c ③
工况则受漏液线及液相上限
控制。
L
3.1.4 塔板型式
按气相通过塔盘传质元件的不同，可分为不同型式 的塔板
评价塔板性能的标准：
•生产能力：单位时间单位面积的处理量； •分离效率：分离能力，产品质量； •适应能力：对不同性质的物料的适应性； •操作弹性：维持正常操作气速允许变动的范围； •流动阻力：＝干板阻力＋液层阻力； •塔的结构、成本、安装及运转的可靠性。
（1）泡罩塔
优点：∵升气管高出板面∴ 不易发生漏液，操作弹性较 好；塔板不易堵塞。宜处理 μ较大的焦油或渣子较多的 醪液。
缺点：板结构复杂，金属耗 量大，造价高；气流流径曲 折，△p大；有返混；雾沫夹 带严重，限制了气速提高
（2）浮阀塔板
浮阀是20世纪二战后开始研究，50年代开始启用的一种新型 塔板，后来又逐渐出现各种型式的浮阀，其型式有圆形、方形、 条形及伞形等。国内常用的有F1型和V4型。
应限制漏液量。要求不大于液体流量的10%。 漏液速度，它是塔操作的气相下限速度。
2、塔板负荷性能图
❖ 适宜操作范围的图形称之为塔的负荷性能图。
❖ ①过量液沫夹带线，或气相上限线 Vmax 过量液沫夹带量ev<10%
❖ ② 液相下限线 Lmin 堰最小溢流强度，即液相流量的下限。
❖ ③ 气相下限线 Vmin 当气相流量降到一定程度时，塔将产生严重漏液
多，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，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。此时气泡不易破裂， 表面得不到更新，不利于传热和传质。
3）泡沫接触Hale Waihona Puke Baidu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。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。
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。此时塔板上的气体为连续相，液体为分散相。 液滴的不断分散和反复形成，使传质面积大大增加，表面不断更 新，有利于传质与传热进行。
泡沫状态和喷射状态均是优良的塔板接触状态。
3.1.2 塔板的结构
1、概述
塔体为一圆式筒体，塔体 内装有多层塔板。
平直堰型式
齿形堰
3.1.3 板式塔的流体力学性能
1、 塔内气、液两相异常流动 液泛
❖ 正常操作时，降液管中有一足够的液体 高度，以克服两板间由气体压差造成的 压降使液体能够自上而下流动
❖ 若气相的流量↑→塔板压降↑→降液管内 液体流动不畅→管内液体积累；
❖ 若液相的流量↑→降液管内截面不能满 足该液体顺利流过→管内液体积累；
第三章 塔设备
概述
气、液传质设备功能: 为混合物的气、液两相提供 多级的充分、有效的接触与及时、完全分离的条件。
一是板式塔: 气液两相逐级接触，浓度发生阶跃式变 化。
二是填料塔: 气、液两相是微分接触，组成则发生连 续变化。
塔板类型
3.1 板式塔
溢流式塔板
板上有降液管； 液体横向流过塔板，经降液管 流向下一层塔板； 气体垂直穿过塔板及液层（错 流塔板）；