福州大学化工原理电子教案 气液传质设备 10气液传质设备 10.1板式塔 10.11概述 板式塔是一种应用极为广泛的气液传质设备,它由一个通常呈圆柱形的壳体及其中按一定间距水平设 置的若干塔板所组成。如图10-1所示,板式塔正常工作时,液体在重力作用下自上而下通过各层塔板后由 塔底排岀:气体在压差推动下,经均布在塔板上的开孔由下而上穿过各层塔板后由塔顶排岀,在每块塔板 上皆贮有一定的液体,气体穿过板上液层时,两相接触进行传质。 为有效地实现气液两相之间的传质,板式塔应具有以下两方面的功能: ①在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,减小传质阻力 ②在塔内应尽量使气液两相呈逆流流动,以提供最大的传质推动力。 由吸收章可知,当气液两相进、出塔设备的浓度一定时,两相逆流接触时的平均传质推动力最大。在 板式塔内,各块塔板正是按两相逆流的原则组合起来的。 但是,在每块塔板上,由于气液两相的剧烈搅动,是不可能达到充分的逆流流动的。为获得尽可能大 的传质推动力,目前在塔板设计中只能采用错流流动的方式,即液体横向流过塔板,而气体垂直穿过液层 由此可见,除保证气液两相在塔板上有充分的接触之外,板式塔的设计意图是,在塔内造成一个对传 质过程最有利的理想流动条件,即在总体上使两相呈逆流流动,而在每一块塔板上两相呈均匀的错流接触。 10.12筛板上的气液接触状态 塔板上气液两相的接触状态是决定板上两相流流体力学及传质和传热规律的重要因素。如图片3-8 所示,当液体流量一定时,随着气速的增加,可以出现四种不同的接触状态 (1)鼓泡接触状态 当气速较低时,气体以鼓泡形式通过液层。由于气泡的数量不多,形成的气液混合物基本上以液体为 主,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。当气泡的形成速度大于气泡的浮升速度时,气泡在液层中累 积。气泡之间相互碰撞,形成各种多面体的大气泡,板上为以气体为主的气液混合物。由于气泡不易破裂, 表面得不到更新,所以此种状态不利于传热和传质。 (3)泡沫接触状态 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,形成一些直径较小,扰动十分剧烈的动态泡沫,在板上只能看到较薄的一层液体。由于 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,是一种较好的接触状态。 (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,直径较大的液滴受重 力作用又落回到板上,直径较小的液滴被气体带走,形成液沫夹带。此时塔板上的气体为连续相,液体为 分散相,两相传质的面积是液滴的外表面。由于液滴回到塔板上又被分散,这种液滴的反复形成和聚集, 使传质面积大大增加,而且表面不断更新,有利于传质与传热进行,也是一种较好的接触状态。 如上所述,泡沫接触状态和喷射状态均是优良的塔板接触状态。因喷射接触状态的气速高于泡沫接触 状态,故喷射接触状态有较大的生产能力,但喷射状态液沬夹带较多,若控制不好,会破坏传质过程,所 以多数塔均控制在泡沫接触状态下工作 10.13气体通过筛板的阻力损失福州大学化工原理电子教案 气液传质设备 - 1 - 10 气液传质设备 10.1 板式塔 10.1.1 概述 板式塔是一种应用极为广泛的气液传质设备，它由一个通常呈圆柱形的壳体及其中按一定间距水平设 置的若干塔板所组成。如图 10-1 所示，板式塔正常工作时，液体在重力作用下自上而下通过各层塔板后由 塔底排出；气体在压差推动下，经均布在塔板上的开孔由下而上穿过各层塔板后由塔顶排出，在每块塔板 上皆贮有一定的液体，气体穿过板上液层时，两相接触进行传质。 为有效地实现气液两相之间的传质，板式塔应具有以下两方面的功能： ①在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，减小传质阻力； ②在塔内应尽量使气液两相呈逆流流动，以提供最大的传质推动力。 由吸收章可知，当气液两相进、出塔设备的浓度一定时，两相逆流接触时的平均传质推动力最大。在 板式塔内，各块塔板正是按两相逆流的原则组合起来的。 但是，在每块塔板上，由于气液两相的剧烈搅动，是不可能达到充分的逆流流动的。为获得尽可能大 的传质推动力，目前在塔板设计中只能采用错流流动的方式，即液体横向流过塔板，而气体垂直穿过液层。 由此可见，除保证气液两相在塔板上有充分的接触之外，板式塔的设计意图是，在塔内造成一个对传 质过程最有利的理想流动条件，即在总体上使两相呈逆流流动，而在每一块塔板上两相呈均匀的错流接触。 10.1.2 筛板上的气液接触状态 塔板上气液两相的接触状态是决定板上两相流流体力学及传质和传热规律的重要因素。如图片 3-8 所示，当液体流量一定时，随着气速的增加，可以出现四种不同的接触状态。 （1）鼓泡接触状态 当气速较低时，气体以鼓泡形式通过液层。由于气泡的数量不多，形成的气液混合物基本上以液体为 主，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。当气泡的形成速度大于气泡的浮升速度时，气泡在液层中累 积。气泡之间相互碰撞，形成各种多面体的大气泡，板上为以气体为主的气液混合物。由于气泡不易破裂， 表面得不到更新，所以此种状态不利于传热和传质。 （3）泡沫接触状态 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，形成一些直径较小，扰动十分剧烈的动态泡沫，在板上只能看到较薄的一层液体。由于 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，是一种较好的接触状态。 （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，直径较大的液滴受重 力作用又落回到板上，直径较小的液滴被气体带走，形成液沫夹带。此时塔板上的气体为连续相，液体为 分散相，两相传质的面积是液滴的外表面。由于液滴回到塔板上又被分散，这种液滴的反复形成和聚集， 使传质面积大大增加，而且表面不断更新，有利于传质与传热进行，也是一种较好的接触状态。 如上所述，泡沫接触状态和喷射状态均是优良的塔板接触状态。因喷射接触状态的气速高于泡沫接触 状态，故喷射接触状态有较大的生产能力，但喷射状态液沫夹带较多，若控制不好，会破坏传质过程，所 以多数塔均控制在泡沫接触状态下工作。 10.1.3 气体通过筛板的阻力损失