07 第七章 气液传质设备.pptx

第1页：第七章气液传质设备

• 气液传质设备
• 板式塔
• 填料塔

第2页：一、分类

一、分类:

板式塔:逐级接触式,内装塔板,气液传质在

板上液层空间内进行;

填料塔:连续接触式,内装填料,气液传

质在填料润湿表面进行。

7.1板式塔

第3页：二、评价塔设备性能的指标

• 评价塔设备性能的指标
• 生产能力大;
• 分离效率高;
• 阻力小,压降低;
• 操作弹性大;
• 满足工业对生产设备的一般要求:结构
• 简单、造价低、安装维修方便等。

第4页：三、塔设备研制开发思路

• 塔设备研制开发思路
• 总体上保证气液两相呈逆流流动
• 提供最大的传质推动力
• 每块板上或填料层内保证气液两相充分接触
• 尽可能减小传质阻力
• 提供足够大的气液两相通道
• 保证大通量、低压降、合适的弹性

第5页：7.1板式塔

• 板式塔
• 概述
• 板式塔的类型
• 气体通过塔板的压力降
• 筛板塔内气液两相的非理想流动
• 不正常操作现象
• 塔板负荷性能图

第6页：7.1.1概述

7.1.1概述

第7页：一、板式塔的设计意图

一、板式塔的设计意图

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,以减小传质阻力;

2、在塔内应尽量使气液两相呈逆流流动,以提

供较大的传质推动力。

板式塔:总体上气液呈逆流流动;每块塔板上呈均匀错流。

第8页：二、气液两相接触状态

二、气液两相接触状态

鼓泡接触状态

稳定的气泡表面

泡沫接触状态

更新的液膜表面

喷射接触状态

更新的液滴表面

第9页：1、鼓泡接触状态

1、鼓泡接触状态

液体

液体——连续相气体——分散相

两相接触面积:气泡表面

第10页：2、泡沫接触状态

2、泡沫接触状态

液体

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

第11页：气体——连续相液体——分散相

气体

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

3、喷射接触状态

第12页：

第13页：7.1.2板式塔的类型

7.1.2板式塔的类型

一、泡罩塔

第14页：二、筛板塔

二、筛板塔

筛板塔的主要结构:1.筛孔

——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,以保证在

塔板上气液两相有足够的接触面积;

3.降液管

——作为液体从上层塔板流至下层塔板的通道。

第15页：

第16页：三、浮阀塔

三、浮阀塔

第17页：三种塔板的比较

• 三种塔板的比较:1.生产能力:筛板>浮阀>泡罩;
• 压降:泡罩>浮阀>筛板;
• 操作弹性:浮阀>泡罩>筛板;
• 造价:泡罩>浮阀>筛板;
• 板效率:浮阀、筛板相当>泡罩。

第18页：四、其它类型塔板

四、其它类型塔板

1.舌形塔板与浮动舌形塔板

第19页：7.1.3气体通过塔板的压力降

7.1.3气体通过塔板的压力降

气量↑→ΔHt↑

液量↑→ΔHt↑

板结构:开孔率↑→u0↓→ΔHt↓

总压力降:ΔHt=h0+he

干板压降h0

液层阻力he压降由两部分构成

影响因素

第20页：液沫夹带

液沫夹带

气泡夹带

气体

液体

反向流动

不均匀流动

7.1.4筛板塔内气液两相的非理想流动

一、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

第21页：二、气泡夹带

• 气泡夹带
• 原因: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。
• 气体沿塔板的不均匀流动
• 液面有落差和液层波动,引起气体分布不均匀。
• 液层厚,阻力大,汽速小;
• 液层薄,阻力小,汽速大。

第22页：定义:液体进塔量大于出

定义:液体进塔量大于出塔量,结果使塔内不

断积液,直至塔内充满液体,破坏塔内

正常操作,称为液泛。

一、液泛

液泛包括:夹带液泛、溢流液泛。

1、夹带液泛

原因:由液沫夹带引起—汽速过大。

第23页：与板间距HT有关:HT↑→uF↑

与板间距HT有关:HT↑→uF↑

与液量有关:VL↑→uF↓

与物系性质有关:易发泡,uF↓

影响液泛气速uF的因素:

适宜气速:u=(0.7-0.8)uF

u/uF——液泛分率

2、溢流液泛(降液管液泛)

原因:由降液管通过液体能力不够而引起

——液量过大。

第24页：综上所述,造成液泛的原因主要是液量过大

综上所述,造成液泛的原因主要是液量过大、板压降过大(即气量过大)或降液管堵塞。

气量过小;

塔板开孔率大。

二、严重漏液

当气体孔速过小或气体分布不均匀时,使有的筛孔无气体通过,从而造成液体短路,大量液体由筛孔漏下。

产生原因

第25页：7.1.6塔板负荷性能图

7.1.6塔板负荷性能图

第26页：一、漏液线

• 漏液线
• 由发生漏液时的干板压降计算。
• 液体流量下限线
• 由how=6mm确定。
• 液体流量上限线
• 由液体在降液管内的停留时间τ=3~5s计算。
• (溢流)液泛线
• 由Hd=φ(HT+hw)确定。
• 过量液沫夹带线
• 由液沫夹带量eG=0.1kg液沫/kg干气确定。

第27页：7.2填料塔

• 填料塔
• 填料塔的结构及填料特性
• 填料塔的水力学特性
• 板式塔与填料塔比较

第28页：7.2.1填料塔的结构及填料特性

• 填料塔的结构及填料特性
• 填料塔结构及作用
• 填料层
• ——提供气液接触的场所。

第29页：2、液体分布器

• 液体分布器
• ——均匀分布液体,以避免发生沟流现象。
• 液体再分布器
• ——避免壁流现象发生。
• 支撑板
• ——支撑填料层,使气体均匀分布。
• 除沫器
• ——防止塔顶气体出口处夹带液体。

第30页：二、填料作用及特性

• 填料作用及特性
• 填料作用
• 提供气液接触面;
• 强化气体湍动,降低气相传质阻力;
• 更新液膜表面,降低液相传质阻力。
• 填料特性
• 比表面积a
• 定义:单位堆积体积所具有的表面积,
• [m2/m3]、[1/m]。

第31页：空隙率ε

(2)空隙率ε

定义:单位体积填料中所具有的空隙体积,

[m3/m3]。

(3)干填料因子a/ε3与(湿)填料因子

(湿)填料因子

(湿)填料因子——液泛条件下测得的a/ε3。

第32页：堆积密度ρP

(4)堆积密度ρP

单位体积填料所具有的质量,[kg/m3]。

气体短路

壁流现象严重

第33页：三、常用填料参看

三、常用填料(参看:P207图5-24)

材料:陶瓷、金属、塑料

堆放:整砌、乱堆

环形(拉西环、鲍尔环、阶梯环)

鞍形(矩鞍形、弧鞍形)

波纹形(板波纹、网状波纹)

形状

第34页：7.2.2填料塔的水力学特性

7.2.2填料塔的水力学特性

一、气体通过填料层的压降

L=0干填料

L↑,空隙率ε↓,气体流通通道减小,同一气速下,喷淋密度大,压降大。

L——载点F——泛点

第35页：1、恒持液量区

1、恒持液量区

L点以上,u大,阻碍液体顺畅下流,持液量增加,此为拦液现象,出现拦液现象时的气速为载点气速,超过载点气速后,ΔP∝u>2.0。

L点以下,u小,气液流动几乎与气速无关。ΔP∝u1.8~2.0,且基本与干填料平行。

2、载液区

第36页：u↑↑,液体在塔内积累而发生液泛

u↑↑,液体在塔内积累而发生液泛,此时的气速称泛点气速。ΔP∝u斜率急剧增加,使填料塔不能正常操作。

3、液泛区

液泛、淹塔

第37页：二、泛点气速的计算参见P208图5-26

二、泛点气速的计算(参见P208图5-26)

第38页：应用:求泛点气速根据允许压降值计算空塔

应用:求泛点气速根据允许压降值计算空塔气速或根据空塔气速计算压降。

常压塔:ΔP=15~50mmH2O/m填料;o真空塔:ΔP<8mmH2O/m填料

此图显示出压降与泛点、填料因子、液汽比等参数的关系。

第39页：三、持液量定义

三、持液量定义:操作时单位体积填料层内持有的液体体积。

总持液量(静持液量与动持液量之和)静持液量:指填料层静止接受喷淋液体并经过规定的滴液时间后,仍然停留在填料层中的液体量。

动持液量:指一定喷淋条件下持于填料层中的液体总量与静持液量之差。

第40页：7.2.3板式塔与填料塔比较

• 板式塔与填料塔比较
• 板式塔
• 适用于塔径较大;
• 所需传质单元数或理论板数较多;
• 热量需从塔内移除;
• 适于较小液量;
• 适于处理有悬浮物的液体;
• 板式塔便于侧线采出。

第41页：二、填料塔

• 填料塔
• 适用于处理有腐蚀性的物料;
• 填料塔压力降较小,适用于真空蒸馏;
• 适用于间歇蒸馏或热敏性物料的蒸馏;
• 适用于处理易发泡的液体。