西北大学化工原理课件 G0- 第十章 气液传质设备 第一节板式塔 一、板式塔的设计意图 板式精馏塔 换热器 ● 回流 品 由塔体、塔板、再沸器、冷凝器组成， 饱和液体自上而下、气体自下而上，在板 进料 上鼓泡、接触传质。 再沸器 产品
西北大学化工原理课件 第一节 板式塔 第十章 气液传质设备 一、板式塔的设计意图
西北大学化工原理课件 1.板式塔的设计意图 为有效实现g-1传质，板式塔 应具有以下功能： 液体 ①接触状况 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，以减小传质阻力。 ②流动状态 ↑↑ 在塔内应尽量使气液两相呈逆流流动，以提供较大 气体 的气液相传质推动力。 图10-1 板式塔结构 板式塔：总体上气液呈逆流流动： 动画演示 简图 每块塔板上呈均匀错流。 工作录像
西北大学化工原理课件 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，以减小传质阻力。 板式塔：总体上气液呈逆流流动； 每块塔板上呈均匀错流。 ① 接触状况 在塔内应尽量使气液两相呈逆流流动，以提供较大 的气液相传质推动力。 ② 流动状态 动画演示 工作录像 为有效实现g-l传质，板式塔 应具有以下功能： 1. 板式塔的设计意图
西北大学化工原理课件 2.筛板塔的结构 常用筛板塔的主要部件有： 液相 ①筛孔（气体通道）： 溢流堰 提供气体上升的通道； 降液管 ② 溢流堰 维持塔板上一定高度的液层，以 气相 保证塔板上气液两相有足够的接触面积。 其堰高为hw,堰长为lw 动画演示 ③降液管 液体从上层塔板流至下层塔板的 通道， 般为弓形
西北大学化工原理课件 2. 筛板塔的结构 常用筛板塔的主要部件有： ③ 降液管 ——液体从上层塔板流至下层塔板的 通道，一般为弓形。 ① 筛孔(气体通道)： ——提供气体上升的通道； ② 溢流堰 ——维持塔板上一定高度的液层，以 保证塔板上气液两相有足够的接触面积。 其堰高为hW，堰长为lW； 动画演示
西北大学化工原理课件 二、气液两相接触状态 1.鼓泡接触状态 液体一连续相 气体— 分散相工作录像 两相接触面积：气泡表面（工业不采用） 2.泡沫接触状态 工作录像 液体—连续相 气体一分散 两相接触面积：不断更新的液膜表面 3.喷射接触状态 气体 连续相液体 分散相工作录像 两相接触面积：不断更新的液滴表面 戴泡状态 泡浓状态 喷射状态 塔板上的气液接触状态
西北大学化工原理课件 气体——连续相 液体——分散相 两相接触面积：不断更新的液滴表面 液体——连续相 气体——分散相 两相接触面积：不断更新的液膜表面 液体——连续相 气体——分散相 两相接触面积：气泡表面(工业不采用) 二、气液两相接触状态 2. 泡沫接触状态 3. 喷射接触状态 1. 鼓泡接触状态 工作录像 工作录像 工作录像
西北大学化工原理课件 三、气体通过筛板的阻力损失 1.板压降 压降由两部分构成 干板压降ha 总板压降：hh+h 液层阻力h 般将g-流动的压降（阻力损失）用塔内液柱高度表示： Ap=Pgh 2.干板压降 对于筛板塔，其干板压降h是因通过筛孔气相的突然缩小与 突然扩大引起的，故有： hd =5' 近PG 气体在筛孔处的气速，m/s 2g PL 3.液层阻力 主要由三个原因产生： 克服板上泡沫层的静压（占主要部分）： 2 形成g-1界面的能耗； ③通过液层的摩擦阻力损失
西北大学化工原理课件 一般将g-l流动的压降(阻力损失)用塔内液柱高度表示： 三、气体通过筛板的阻力损失 2. 干板压降 1. 板压降 3. 液层阻力———主要由三个原因产生： 压降由两部分构成 总板压降：hf=hd+hl 干板压降 hd 液层阻力 hl 对于筛板塔，其干板压降 hd是因通过筛孔气相的突然缩小与 突然扩大引起的，故有： u0——气体在筛孔处的气速，m/s L G 2 0 d 2g u h ρ ρ = ς ⋅ ⋅ L f Δ = p ρ gh ① 克服板上泡沫层的静压（占主要部分）； ② 形成g-l界面的能耗； ③通过液层的摩擦阻力损失
西北大学化工原理课件 三、筛板塔内气液两相的非理想流动 1.反向流动 液沫夹带 反向流动 气泡夹带 ① 液沫夹带 也称雾沫夹带，指气体穿过板上液层时，部分液滴会被气流 夹带到上层塔板的现象。 动画演示 工作录像 气量↑→夹带量↑ 主要影响因素 板间距环↓→夹带量↑ 要求液沫夹带量ec<0.1kg液沫/kg干气 气泡夹带 液体在降液管中停留时间过短，气泡来不及解脱而被液体卷 入下层塔板，这一现象称为气泡夹带。 工作录像
西北大学化工原理课件 也称雾沫夹带，指气体穿过板上液层时，部分液滴会被气流 夹带到上层塔板的现象。 三、筛板塔内气液两相的非理想流动 1. 反向流动 液沫夹带 气泡夹带 反向流动 ① 液沫夹带 气量↑ →夹带量↑ 板间距HT↓ →夹带量↑ ∴ 要求液沫夹带量 eG<0.1kg液沫/kg干气 主要影响因素 动画演示 工作录像 ② 气泡夹带 液体在降液管中停留时间过短，气泡来不及解脱而被液体卷 入下层塔板，这一现象称为气泡夹带。 工作录像
西北大学化工原理课件 2.不均匀流动 ①气体沿塔板的不均匀流动 因液面有落差△以及液层波动，将会 o039 引起气体沿塔板分布的不均匀流动。 液体的流量越大，行程越长，液面落 差△越大，气体流动不均匀性越强。 ② 液体沿塔板的不均匀流动 图10-5气体沿塔板的分布 塔界面一般为圆形，液体流动受塔壁的影响，有多种途径。 在塔壁边缘部分，行程长而弯曲，阻力大流速小；而在塔中央， 行程短阻力小，故流速较大。因此，液体沿塔板的速度分布是相 当不均匀的，在一些塔板上会产生停留时间分布曲线。 工作录像
西北大学化工原理课件 2. 不均匀流动 ① 气体沿塔板的不均匀流动 ② 液体沿塔板的不均匀流动 图10-5 气体沿塔板的分布 Δ 因液面有落差Δ以及液层波动，将会 引起气体沿塔板分布的不均匀流动。 液体的流量越大，行程越长，液面落 差Δ越大，气体流动不均匀性越强。 塔界面一般为圆形，液体流动受塔壁的影响，有多种途径。 在塔壁边缘部分，行程长而弯曲，阻力大流速小；而在塔中央， 行程短阻力小，故流速较大。因此，液体沿塔板的速度分布是相 当不均匀的，在一些塔板上会产生停留时间分布曲线。 工作录像
西北大学化工原理课件 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 的气速成为液泛气速。 工作录像 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 3.漏液 当气体孔速u过小或气体分布不均匀时，使一些筛孔无气体 通过，从而造成液体短路，大量液体由筛孔漏下的操作现象。 工作录像
西北大学化工原理课件 五、板式塔的不正常操作现象 2. 溢流液泛 1. 夹带液泛 3. 漏液 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 的气速成为液泛气速。 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 工作录像 当气体孔速u0过小或气体分布不均匀时，使一些筛孔无气体 通过，从而造成液体短路，大量液体由筛孔漏下的操作现象。 工作录像
西北大学化工原理课件 六、板效率的表示与应用 1.点效率 = y-yn+t Xn-1一X y*-yn+l 七n-1-x* 反映气相或液相经塔板某点的实际提浓程度与经该点的最 大提浓程度之间的比值，包括气、液相的点效率Eoc与EoL。 2.单板效率 F= yn-yutL= 实际板的气相增浓值 n*-at 理论板的气相增浓值 实际板的液相浓度降低值 理论板的液相浓度降低值 XnXn-1 指气相或液相经过某板前后的实际组成 变化与经该板的理论组成变化之间的比值， 包括气、 液相的莫弗里板效率Emv与EmL
西北大学化工原理课件 xn* xn xn-1 yn* yn yn+1 1 1 * n n MV n n y y E y y + + − = = − 实际板的气相增浓值 理论板的气相增浓值 1 1 * n n ML n n x x E x x − − − = = − 实际板的液相浓度降低值 理论板的液相浓度降低值 指气相或液相经过某板前后的实际组成 变化与经该板的理论组成变化之间的比值， 包括气、液相的莫弗里板效率Emv与EmL。 六、板效率的表示与应用 2. 单板效率 1. 点效率 1 1 * n OG n y y E y y + + − = − 反映气相或液相经塔板某点的实际提浓程度与经该点的最 大提浓程度之间的比值，包括气、液相的点效率EOG与EOL。 1 1 * n OL n x x E x x − − − = −
西北大学化工原理课件 3.全塔效率E 也称总板效率，指为完成某一分离任务理论板数与实际板数 100 的比值。其定义式为： 0E N工= 理论板数 Np 实际板数 60 %/3 N 为完成某分离任务所需 的理论板数，不包括塔釜。 20 10 E可利用O'Connelli关联图10-20 0.1 1.0 10 或下面的公式得出： P,afmN·s/m 图10-20精馏塔全塔效率关联图 ET=0.49(a4)0.245
西北大学化工原理课件 实际板数 理论板数 = = p T T N N E NT———为完成某分离任务所需 的理论板数，不包括塔釜。 也称总板效率，指为完成某一分离任务理论板数与实际板数 的比值。其定义式为： 0.245 ET 0.49( L)− = αμ ET可利用O’Connell关联图10-20 或下面的公式得出： 3. 全塔效率ET 图10-20 精馏塔全塔效率关联图