第十章气液传质设备 10.1教学基本要求：(4学时) 气液传质过程对塔设备的要求。 板式塔板上的气液接触状态：塔内非理想流动及其改善：漏液、液泛及有效操作范围 (负荷性能图) 填料塔常用填料及其特性：气液两相在填料塔内的流动、压降、最小喷淋密度和液泛 现象：填料的等板高度。 10.2基本概念： 板式塔的设计意图①气液两相在塔板上充分接触，②总体上气液逆流，提供最大推动 力 对传质过程最有利的理想流动条件总体两相逆流，每块板上均匀错流。 三种气液接触状态鼓泡状态：气量低，气泡数量少，液层清晰。泡沫状态：气量较大， 液体大部分以液膜形式存在于气泡之间，但仍为连续相。喷射状态：气量很大，液体以液滴 形式存在，气相为连续相。 转相点由泡沫状态转为喷射状态的临界点。 板式塔内主要的非理想流动液沫夹带、气泡夹带、气体的不均匀流动、液体的不均匀 流动 板式塔的不正常操作现象夹带液泛、溢流液泛、漏液。 筛板塔负荷性能图将筛板塔的可操作范围在汽、液流量图上表示出来。 湿板效率考虑 了液沫夹带影响的塔板效率。 全塔效率 全塔的理论板数与实际板数之比。 操作弹性上、下操作极限的气体流量之比。 常用塔板类型筛孔塔板、泡罩塔板、浮阀塔板、舌形塔板、网孔塔板等。 填料的主要特性参数①比表面积a,②空隙率E,③填料的几何形状。 常用填料类型拉西环，鲍尔环，弧鞍形填料，矩鞍形填料，阶梯形填料，网体填料等。 载点填料塔内随着气速逐渐由小到大，气液两相流动的交互影响开始变得比较显著 的操作状态为载点 泛点气速增大至出现每米填料压降陡增的转折点即为泛点。 最小喷淋密度保证填料表面润湿、保持一定的传质效果所需的液体速度。 等板高度BP分离效果相当于一块理论板的填料层高度。 填料塔与板式塔的比较填料塔操作范围小，宜处理不易聚合的清洁物料，不易中间换 处理量较小，造价便宜 较直处理易起泡、腐蚀性、热敏性物料，能适应真空操作。板 式塔适合于要求操作范围大，易聚合或含固体悬浮物，处理量较大，设计要求比较准确的场 合。 10.3基本内容： 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（填料塔）。 主要评价标准： (1)通过能力一生产能力： (2)传质效率一板效率，等板高度E7 06
106 第十章 气液传质设备 10.1 教学基本要求：(4 学时) 气液传质过程对塔设备的要求。 板式塔 板上的气液接触状态；塔内非理想流动及其改善；漏液、液泛及有效操作范围 (负荷性能图)。 填料塔 常用填料及其特性；气液两相在填料塔内的流动、压降、最小喷淋密度和液泛 现象；填料的等板高度。 10.2 基本概念： 板式塔的设计意图 ①气液两相在塔板上充分接触，②总体上气液逆流，提供最大推动 力。 对传质过程最有利的理想流动条件 总体两相逆流，每块板上均匀错流。 三种气液接触状态 鼓泡状态：气量低，气泡数量少，液层清晰。泡沫状态：气量较大， 液体大部分以液膜形式存在于气泡之间，但仍为连续相。喷射状态：气量很大，液体以液滴 形式存在，气相为连续相。 转相点 由泡沫状态转为喷射状态的临界点。 板式塔内主要的非理想流动 液沫夹带、气泡夹带、气体的不均匀流动、液体的不均匀 流动。 板式塔的不正常操作现象 夹带液泛、溢流液泛、漏液。 筛板塔负荷性能图 将筛板塔的可操作范围在汽、液流量图上表示出来。 湿板效率 考虑了液沫夹带影响的塔板效率。 全塔效率 全塔的理论板数与实际板数之比。 操作弹性 上、下操作极限的气体流量之比。 常用塔板类型 筛孔塔板、泡罩塔板、浮阀塔板、舌形塔板、网孔塔板等。 填料的主要特性参数 ①比表面积ａ，②空隙率ε，③填料的几何形状。 常用填料类型 拉西环，鲍尔环，弧鞍形填料，矩鞍形填料，阶梯形填料，网体填料等。 载点 填料塔内随着气速逐渐由小到大，气液两相流动的交互影响开始变得比较显著时 的操作状态为载点。 泛点 气速增大至出现每米填料压降陡增的转折点即为泛点。 最小喷淋密度 保证填料表面润湿、保持一定的传质效果所需的液体速度。 等板高度 HETP 分离效果相当于一块理论板的填料层高度。 填料塔与板式塔的比较 填料塔操作范围小，宜处理不易聚合的清洁物料，不易中间换 热，处理量较小，造价便宜，较宜处理易起泡、腐蚀性、热敏性物料，能适应真空操作。板 式塔适合于要求操作范围大，易聚合或含固体悬浮物，处理量较大，设计要求比较准确的场 合。 10.3 基本内容： 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(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；
(3)压降一板压降，每m填料压降： ④操作弹性一汽液通量上、下限： (5)结构简单成本低 板式塔 1.设计意图 ()使汽液两相在塔板上充分接触，减少传质阻力： (②)在总体上使两相保持逆流流动，在塔板上使两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 (1)筛孔 气体通道 (2)溢流堰一保证板上有液体： (3)降液管及入口堰一液体下降通道。 3.筛板上的汽液接触状态 ②泡沫接触状态一气体为分散相 ③喷射接触状态一液体为分散相 转相点：由泡沫接触状态向喷射接触状态转变的状态 接检保态选新要有利于我有大的气浅果面，正系锐安0，流碳隐定，波清君定：负系 统<0，液膜不稳定，液滴不稳定：所以正系统选泡沫接触状态有利，负系统选喷射接 dx 触状态有利。 4.气液两相的非理想流动 ①液法夹带一气体带液滴 ②气泡夹带一液体在 ③液体沿塔板的不均匀流动，how≥6mm。 5.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t,e'↑↑，形成恶性循环。 ②溢流液泛 因降液管通过能力的限制而引起的液泛。 ③漏液 严重漏液会使板上不能积液。 6.效率的各种表示方法 ①占效率：与两相接触状态有关 ②默弗里板效率：与点效率、板上流动情况有关 ③湿板效率：考虑板间的e,和漏液。正常操作漏液一般可忽略，而，不可忽略。 ④全塔效率 E,=少，不含釜 10-1 N实际 即使板效率都相等，全塔效率≠板效率 7.塔板的负荷性能图 107
107 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。 一、板式塔 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； 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。 3．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：由泡沫接触状态向喷射接触状态转变的状态 接触状态选择:要有利于获得大的气液界面。正系统 > 0 dx dσ ，液膜稳定，液滴稳定；负系 统 3 ~ 5 秒。 ③液体沿塔板的不均匀流动，how≥6mm。 5．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 因降液管通过能力的限制而引起的液泛。 ③漏液 严重漏液会使板上不能积液。 6．效率的各种表示方法 ①点效率：与两相接触状态有关； ②默弗里板效率：与点效率、板上流动情况有关； ③湿板效率：考虑板间的 Ve 和漏液。正常操作漏液一般可忽略，而 Ve 不可忽略。 ④全塔效率 实际 不含釜 N N E T T ( ) = 10-1 即使板效率都相等，全塔效率≠板效率。 7．塔板的负荷性能图
(1过量液沫夹带线，e=0.1kg液/kg干气： (2)漏液线 (3)溢流液泛线 (4)液量下限线，how≥6im。 (⑤)液量上限线，x>3~5秒。 塔板的负荷性能图如图10.1所示。 V n'ls L n'ls 图10.1塔板负荷性能图 二、填料塔 1.填料塔结构 ↓气体出口 除沫器 液体入口 液体分布器 填料 支承板 液体再分布器 填料 支承板 气体入口 液体出口 图10.2填料塔结构示意图 2.常用填料：拉西环，鲍尔环，矩鞍形填料，阶梯环，金属英特洛克斯填料，日网环，鞍 形网，规整填料等。 填料材质：陶瓷。金属，塑料，合成材料。要求：液体润湿表面。 填料层堆放方式：①乱堆填料：有液体均布能力，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. 3.填料特性：①比表面a/m②空隙率￡：③填料的几何形状。 108
108 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，how≥6mm。 ⑸液量上限线，τ > 3 ~ 5 秒。 塔板的负荷性能图如图 10.1 所示。 图 10.1 塔板负荷性能图 二、填料塔 1．填料塔结构 图 10.2 填料塔结构示意图 2．常用填料：拉西环，鲍尔环，矩鞍形填料，阶梯环，金属英特洛克斯填料，θ网环，鞍 形网，规整填料等。 填料材质：陶瓷，金属，塑料，合成材料。要求：液体润湿表面。 填料层堆放方式：①乱堆填料：有液体均布能力，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. 3．填料特性：①比表面 a m2 /m3 ；②空隙率ε ；③填料的几何形状
要求填料尺寸小于塔径的八分之一。 4.气液两相在填料层内的流动 液体在填料表面上的膜状流动，在低气速下，4对液膜厚度δ，关系不大：在高气速下， 4气对液膜厚度6有明显影响。填料塔中的持液量定义为：m液体/m塔容积，填料塔 中的持液量比板式塔的小。随着气速上升，持液量有所上升。 5.载点和泛点 当液体流量L一定时，gp~g'气关系图如下 lg△p 泛点 载点 L=0 L3>L2>L1 lgV 图10.3填料塔压降 载点一气液两相流动的交互影响开始变得显著。 泛点-—一气量微小增加，而造成持液量大大增加，△p直线上升 正常操作范围：V我<V气< 6.传质 (①)填料层的等板高度 ETP一分离效果相当于一块理论板的填料层高度。 塔高计算H=N,·HETP 10-2 (2最小喷淋密度 水溶液：7.3m3/m2h 10.4教材习题答案： 1Emv=0.758 2E1-41% 3N=0 4D=1.2m 5 HETP=0.356m 6D=0.6m,△P/H=245Pa/m 109
109 要求填料尺寸小于塔径的八分之一。 4．气液两相在填料层内的流动 液体在填料表面上的膜状流动，在低气速下，u气 对液膜厚度δ L 关系不大；在高气速下， u气 对液膜厚度δ L 有明显影响。填料塔中的持液量定义为： m3 液体/ m3 塔容积 ，填料塔 中的持液量比板式塔的小。随着气速上升，持液量有所上升。 5．载点和泛点 当液体流量 L 一定时, lg∆p ~ lgV气 关系图如下 图 10.3 填料塔压降 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， ∆p 直线上升。 正常操作范围：V载 <V气 <V泛 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。 塔高计算 H = NT ⋅ HETP 10-2 ⑵最小喷淋密度 水溶液： m m h 3 2 7.3 / 10.4 教材习题答案： 1 EmV=0.758 2 ET=41% 3 N 实=10 4 D=1.2m 5 HETP=0.356m 6 D=0.6m; △P/H=245Pa/m
10.5教材思考题解： 1.①气液两相在塔板上充分接触，②总体上气液逆流，提供最大推动力。 总体两相逆流，每块板上均匀错流。 2.鼓泡状态：气量低，气泡数量少，液层清晰。泡沫状态：气量较大，液体大部分以液膜 形式存在于气泡之间，但仍为连续相。喷射状态：气量很大，液体以液滴形式存在，气相为 4.液沫夹带、气泡夹带、气体的不均匀流动、液体的不均匀流动。 5.是由过量液沫夹带引起还是由溢流管降液困难造成的。 6,夹带液泛、溢流液泛、漏液。 7.因为实际塔板上液体并不是完全混和（返混）的，而理论板以板上液体完全混和（返混） 为假定。 8.湿板效率与默弗里板效率的差别在于前者考虑了液沫夹带对板效的影响，可用表观操作 线进行问题的图解求算，而后者没有。 9.因两者定义基准不同。 10.①过量液沫夹带：②漏液：③溢流液泛：④液量下限(how≥6m):⑤液量上限（仙Af几m *35s) 上、下操作极限的气体流量之比。 11.①通过能力：②板效率：③板压降：④操作弹性：⑤结构简单成本低。 12.用x表示重组分摩尔分率，且重组分从气相传至液相时，喷射状态对负系统(do/x0)有利 3 ①比表面积a,②空隙率,③填料的几何形状 拉西环，鲍尔环，弧鞍形填料，矩鞍形填料，阶梯形填料，网体填料等。 14.填料塔内随着气速逐渐由小到大，气液两相流动的交互影响开始变得比较显著时的操作 状态为载点：气速进一步增大至出现压降陡增的转折点即为泛点。 15.分离效果相当于一块理论板的填料层高度。 16.填料塔操作 围小，宜处理不易聚合的清洁物料，不易中间换热，处理量较小，造价便 宜，较宜处理易起泡、腐蚀性、热敏性物料，能适应真空操作。板式塔适合于要求操作范围 大，易聚合或含固体悬浮物，处理量较大，设计要求比较准确的场合。 包
110 10.5 教材思考题解： 1．①气液两相在塔板上充分接触，②总体上气液逆流，提供最大推动力。 总体两相逆流，每块板上均匀错流。 2．鼓泡状态：气量低，气泡数量少，液层清晰。泡沫状态：气量较大，液体大部分以液膜 形式存在于气泡之间，但仍为连续相。喷射状态：气量很大，液体以液滴形式存在，气相为 连续相。 3．由泡沫状态转为喷射状态的临界点。 4．液沫夹带、气泡夹带、气体的不均匀流动、液体的不均匀流动。 5．是由过量液沫夹带引起还是由溢流管降液困难造成的。 6．夹带液泛、溢流液泛、漏液。 7．因为实际塔板上液体并不是完全混和（返混）的，而理论板以板上液体完全混和（返混） 为假定。 8．湿板效率与默弗里板效率的差别在于前者考虑了液沫夹带对板效的影响，可用表观操作 线进行问题的图解求算，而后者没有。 9．因两者定义基准不同。 10．①过量液沫夹带；②漏液；③溢流液泛；④液量下限(how≥6mm)；⑤液量上限(HT Af /Lmax ≮3～5 s )。 上、下操作极限的气体流量之比。 11．①通过能力；②板效率；③板压降；④操作弹性；⑤结构简单成本低。 12．用 x 表示重组分摩尔分率，且重组分从气相传至液相时，喷射状态对负系统(dσ/dx0)有利。 13．①比表面积ａ，②空隙率ε，③填料的几何形状。 拉西环，鲍尔环，弧鞍形填料，矩鞍形填料，阶梯形填料，网体填料等。 14．填料塔内随着气速逐渐由小到大，气液两相流动的交互影响开始变得比较显著时的操作 状态为载点；气速进一步增大至出现压降陡增的转折点即为泛点。 15．分离效果相当于一块理论板的填料层高度。 16．填料塔操作范围小，宜处理不易聚合的清洁物料，不易中间换热，处理量较小，造价便 宜，较宜处理易起泡、腐蚀性、热敏性物料，能适应真空操作。板式塔适合于要求操作范围 大，易聚合或含固体悬浮物，处理量较大，设计要求比较准确的场合