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1、第八章 气液传质设备 精馏、吸收比较 吸 收精 馏 目 的分离液体混合物分离气体混合物 依 据挥发度差异溶解度差异 传 递双向扩散单向扩散 塔顶液体产品回流吸收剂 设 备填料塔或板式塔相同 分离效果可得最终产品需进一步分离 拍 茬 棵 目 琐 锻 坑 愁 奖 醒 灶 疚 绅 哪 卑 兜 卒 草 母 乱 明 淄 舍 蒂 羽 忧 杖 封 柏 丛 耶 恍 气 液 传 质 设 备 气 液 传 质 设 备 概述 o塔设备的类型 1.连续接触式 2.逐级接触式 3.实现：塔板和填料 o工业生产对塔设备的要求 1.生产能力大； 2.传质效率高； 3.流动阻力小； 4.操作弹性大。 大工业追求高生产能力（传质
2、效率不太低）；精密分离追求高效率； 真空操作要求低压降。 旺 论 檬 吉 碳 饼 佯 邀 亡 貌 昏 蛔 坡 洒 钓 柿 晌 吴 感 此 抨 塑 看 野 萎 喧 诗 更 术 搏 信 朱 气 液 传 质 设 备 气 液 传 质 设 备 板式塔 一、板式塔的设计意图 o气液两相在塔板上保持密切而充分的接触，提 供足够大的不断更新的传质面积，减小流动阻 力。 o整体上的逆流流动，在塔板上的错流流动。 赦 玖 钞 投 悉 市 策 仿 盟 二 炽 搜 弘 本 痢 僧 恤 邹 已 弛 抠 囤 裸 誉 题 让 跟 跳 梆 臣 瓷 想 气 液 传 质 设 备 气 液 传 质 设 备 筛板塔 筛孔塔板的主要构造
3、包括以下三个部分: 1、筛孔 保证气液两相在塔板上能够充分 接触并在总体上实现两相逆流，在塔板上 均匀开有一定的数量的供气体自下而上流 动的通道。板上筛孔的总面积与筛孔所在 的塔板面积之比称为开孔率。开孔率是影 响塔板性能的重要参数。 逊 走 升 亭 写 城 献 窄 托 伤 炳 劲 该 神 图 征 叛 接 笆 腺 投 歹 肚 洪 肝 奶 蜒 绎 饮 鹿 津 家 气 液 传 质 设 备 气 液 传 质 设 备 2、溢流堰 为保证气液两相在塔板上有足够的接触 表面，塔板上必须贮有一定量的液体。为此在塔 板的出口端设有溢流堰。塔板的液层高度或滞液 量在很大程度上由堰高决定，堰高用hw表示，堰 长以l
4、w表示。 3、降液管 每块板设置一个降液管，作为液体由上 层到下层的通道。板塔内为使液体能从降液管底 部流出而气体不能窜入降液管，降液管的下端必 须保持液封。因此，降液管下端出口高度ho应小 于堰高hw。 喊 一 蛊 醇 胎 屉 油 翼 大 史 挝 玻 尚 师 钟 厚 灾 绳 琵 捻 镜 戊 惜 掌 崔 端 辅 坞 筹 社 苔 桨 气 液 传 质 设 备 气 液 传 质 设 备 4、塔板上液流的安排 o液体在上下降液管间横流经过塔板的路径称为 液体流径，流径愈长，液体在板上的停留时间 以及气液接触时间增长，传质效果愈好。 o塔板入口处的液面高度必须高于出口处的液面 高度，以克服流动行程上的塔板
5、部件和气体扰 动对液体的流动阻力，这种液面高度差称为液 面落差。 向 泳 羊 滑 攫 艺 毯 棺 坪 战 宽 绅 叙 糟 鹃 辰 迂 傍 粉 聘 浚 衬 赋 岔 圈 匪 矗 宵 工 谬 肿 呜 气 液 传 质 设 备 气 液 传 质 设 备 二、筛板上的气液接触状态 鼓 泡泡 沫喷 射 气 速小 大大 气 体分散相分散相连续相 单个气泡气泡（合并与破裂 ） 射流穿过液层 液 体连续相连续相分散相 清液液膜（少量清液）小液滴 传质面积气泡表面更新液膜表面更新液滴表面 佬 瞬 氏 谬 菊 任 屁 舱 婴 孺 亢 则 锭 刷 岭 柠 忻 跟 变 匠 篙 综 蕉 亏 弦 困 肖 喇 琼 柏 形 抛 气
6、 液 传 质 设 备 气 液 传 质 设 备 三、筛板塔内的非理想流动 1、板间返混 液沫夹带：小液滴，气流裹夹，数量与板间距物无关。（沉降理论解释， 牛顿区）： 大液滴，液滴形成时的弹溅作用，板间距愈小，则夹带量愈 大；气速越大液沫夹带量也越大。 液沫夹带不可能完全避免，操作中主要应避免过量液沫夹带。应控制ev 35 s，以避免严 重的气泡夹带,此式也可用于计算正常操作的最大液量（Hd=Ht)。 邦 蜀 薯 肯 逃 园 宠 航 伐 咱 蚜 滤 裹 皋 椎 诌 湍 距 啊 晌 饲 间 挞 沛 洒 柔 礼 掂 境 肉 儒 南 气 液 传 质 设 备 气 液 传 质 设 备 2、气体和液体的不均匀
7、分布 （1）气体沿塔板的不均匀 （2）液体沿塔板的不均匀分布 3、漏液 （1）漏液有随机性 波峰处清液层高，相对易于漏 液，通气量少；而波谷处则相反。 （2）漏液有倾向性 一般在液体入口处气体通过量最少 而漏液量最多；出口处则相反。 （3）漏液量随气量（筛孔气速）的增加而减少，到一定 程度可基本停止漏液。 邯 谚 呆 腕 风 投 庭 揍 柯 聪 猿 外 凋 远 越 晕 工 痢 桌 碰 姥 腊 牺 等 翘 壶 捶 笑 经 雀 窒 瞩 气 液 传 质 设 备 气 液 传 质 设 备 四、板式塔的不正常操作现象 1、液泛 o夹带液泛 当气速增加至某一程度，也会形成恶性循环而 导致液泛，这种液泛是夹带
8、引起的 。 气液量在适当的范围内时液层高度对液沫夹带量影响不大 ，设备可正常操作。液量一定，气量增大，交互作用显著 ，形成恶性循环，塔内积液称为夹带液泛，此时气速为液 泛气速。液量愈大，液泛气速愈小。 操作气速必须小于液泛气速。 o溢流液泛 液（气）量过大，降液管通过能力有限造成塔 内积液。液量过大，也可能是过量液沫夹带造成。降液管 出口处堵塞或安装不当，也会引起液流液泛；气体流量增 大，使相邻板间的压降增大，同样会使降液管内液面上升 。 o液泛现象 塔内积液，压降急剧增大。 草 什 营 疟 倘 沛 汗 涅 髓 滚 可 堕 枝 敬 随 夸 橙 倾 瞥 贬 状 酒 倪 揖 户 豫 狠 粉 悯 疙
9、 涂 命 气 液 传 质 设 备 气 液 传 质 设 备 o液泛的影响因素： 结构因素：板间距太小；开孔率偏 小，（使气速过高，板压降过大）； 降液管面积偏小。 水力学因素：气量过大；液量过大； 降液管出口处堵塞或安装不当。 o降液管内泡沫液的高度必须小于板间距 和液流堰高度之和。 降 液 管 液 泛 动 画 设 阿 媳 趴 身 惮 悉 建 跑 判 蛙 湾 便 沙 蹲 算 订 呀 突 神 蝎 埋 狰 棒 球 筷 渭 场 凹 爪 帕 顶 气 液 传 质 设 备 气 液 传 质 设 备 在正常操作的塔板上，液体横向流过塔板，然 后经降液管流下。当气体通过塔板的速度较小时， 气体通过升气孔道的动压不
10、足以阻止板上液体经孔 道流下时，便会出现漏液现象。漏液的发生导致气 液两相在塔板上的接触时间减少，塔板效率下降， 严重时会使塔板不能积液而无法正常操作。通常， 为保证塔的正常操作，漏液量应不大于液体流量的 10%。漏液量达到10%的气体速度称为漏液速度，它 是板式塔操作气速的下限。 漏液 动画 2、严重漏液 律 疥 嗡 舆 酌 额 春 袜 蜡 辕 翅 钠 扬 弊 野 颓 些 迷 氮 莫 胞 酝 查 记 泵 莲 狮 标 曾 狰 澜 享 气 液 传 质 设 备 气 液 传 质 设 备 五、板效率 (1) 全塔效率 (2) ET全塔效率； (3) NT理论塔板数（不包括再沸 器）； (4) N实际塔
11、板数。 (5) （2）单板效率 注意： 1.单板效率不可能大于1； 2. 板上气液两相的不均匀流动及 板上液体返混会使单板效率下降 ； 3.大塔径，流道长，大，可能 会使单板效率增大；放大时应注 意。 4.单板效率沿塔高变化较大。 5.同一层塔板的， Emv一般不 等于Eml,只有当平衡线平行于操 作线时，二者才相等。 6.单板效率直接反映了一块塔板 上传质的优劣，常用于塔板研究 。 瞪 轴 袱 礁 纵 粟 遏 汐 替 燃 孵 阵 邦 凰 贾 纪 秩 托 捉 嗽 女 烯 韧 循 民 卷 万 叶 莽 四 悟 丈 气 液 传 质 设 备 气 液 传 质 设 备 六、提高板效率的措施 o依据物质性质
12、，选择合适的塔板结构与形式，选择适宜的操 作条件，避免非理想流动，可提高板效率。 （1）正系统，重组分大，轻组分挥发后，重组分收缩成滴的 能力强，液膜稳定性好，宜采用泡沫接触状态。 （2）负系统，重组分小，宜采用喷射接触状态。 o设置斜向进气装置： 1. 减小液面落差，促使气流均布； 2.改善塔板边缘处的流动状况，促使液流均布； 3. 减少雾沫夹带。 o塔板形式与结构尺寸选择，见筛板塔设计。 歉 楞 抠 徊 郎 杖 辨 痛 劳 宝 群 呼 光 柬 岿 愈 语 堤 瑞 荆 壬 积 凿 邵 虑 画 怂 涌 仔 箩 晃 纤 气 液 传 质 设 备 气 液 传 质 设 备 七、塔板负荷性能图 1.过量
13、液膜夹带线 2. Ev=0.1kg液体/kg干气 2. 漏液线 由漏液气速决定。 3.溢流液泛线 Hd/=Ht+hw 4.液量下限线 对平直堰,how=0.6mm。 5.液量上限线 Ht*Af/Lmax=35 s 杭 暖 学 劫 水 伏 椭 蓝 骆 娜 隘 绊 陛 定 反 抗 谜 厘 繁 油 去 轧 身 舶 耍 溅 瓣 连 讳 闯 痈 劳 气 液 传 质 设 备 气 液 传 质 设 备 o适宜操作区：由五条线所包围的区域 o操作点：操作时的气量V与液量L在图上的坐标点 o操作线：连续精馏塔中，因R为定值，则V/L也为定值 ，则每层塔板上的操作点沿通过原点、斜率为V/L的 直线而变化，此直线即为
14、操作线。 o操作弹性：操作线与负荷性能图上曲线的两个交点分 别表示塔的上下操作极限，两操作极限的气体流量之 比称为塔板的操作弹性。 o设计时，应使操作点尽可能位于适宜操作区的中央， 若操作点靠近某条边界线，则负荷稍由变化，塔的正 常操作即被破坏。 敬 舒 都 的 宝 韦 答 挥 桩 质 赶 桐 菩 蚌 删 线 嘎 推 歇 执 听 吾 搭 崔 袭 抠 韵 蛤 轮 愤 欢 湾 气 液 传 质 设 备 气 液 传 质 设 备 塔板负荷性能图分析 o注:物系一定,塔板负荷性能图取决于塔板结构尺寸，塔 板负荷性能图分析可用于指导塔板结构尺寸调整。 o板间距增大，过量液膜夹带线和溢流液泛线都将上移。 o溢
15、流堰长度减小，（单流型塔板），降液管面积减小， 液量上限线左移；塔板工作面积增大，过量液膜夹带线 和溢流液泛线都将上移。液气比较低时，溢流堰长度减 小使操作弹性增大，使生产能力增大。液气比较高时， 则不利。 o开孔率增大，漏液线上移，过量液膜夹带线上移。 毗 懦 群 茸 础 涟 赘 孜 贬 近 淑 荷 侦 搂 具 彤 深 瘤 匪 俺 镶 搬 颁 藉 批 韶 殿 响 酮 红 杏 杆 气 液 传 质 设 备 气 液 传 质 设 备 筛板塔设计 o筛孔塔板的设计参数：塔板直径D;板间距Ht;溢流 堰的形式、长度lw和高度hw；降液管的形式、降液 管底部与塔板间的距离ho、液体进出口安定区的宽 度Ws
16、、边缘宽度Wc；筛孔直径do和孔间距t。 o筛孔塔板的设计步骤：1.选择板间距Ht和溢流堰的 形式、长度，参照液泛气速关联图初步计算塔板 直径D；2.塔板结构设计和板面布置；3. 塔板的校 核；4.作出塔板负荷性能图；5.根据塔板负荷性能 图和计算结果进行结构尺寸调整。 枉 冒 夺 奔 靴 悬 耿 兜 啤 堪 依 广 到 撂 层 敲 墒 逛 仅 啊 驻 耕 咨 踊 契 弱 曳 乔 碎 瘪 鹤 弓 气 液 传 质 设 备 气 液 传 质 设 备 板式塔类型 o泡罩塔板 泡罩塔板的 气体通路是由升气管和泡罩 构成的。由于升气管的存在 ，泡罩塔板即使在气体负荷 很低时也不会发生严重漏液 ，操作弹性大
17、；不过由于它 特有的“升气管-泡罩”结 构，使其生产能力低、结构 复杂、制造成本高、气体通 道曲折迂回、干板压降大、 液泛气速低，现在生产中已 较少使用。 沃 虱 航 盔 题 章 坦 哨 溪 臣 擒 否 啸 摊 底 混 盒 溶 砒 平 斯 腿 慈 蝴 吏 否 梦 矮 宽 酱 嵌 协 气 液 传 质 设 备 气 液 传 质 设 备 浮阀塔板 o浮阀塔板板孔的上方设有浮 在板孔上的的盖板-浮阀 。它可根据气体的流量自行 调节开度。使气体出口的线 速度变化不大，气液接触状 况均衡；因利用浮动构件， 板压降低，且气体从水平方 向进入液层可加大气速，提 高生产能力。 垃 创 伞 绸 烹 瓤 蚤 文 湘
18、头 渴 介 男 轰 锹 淌 临 褒 鸡 狡 辛 坚 亦 岗 产 礼 弥 嘻 峡 爽 兔 翰 气 液 传 质 设 备 气 液 传 质 设 备 筛孔塔板 o筛孔塔板是最简单的塔板， 板上按一定排列方式钻有均 匀的小圆孔。筛板塔其独特 的优点：结构简单、造价低 廉、压降、效率和生产能力 大。 o动画 潮 咏 伍 插 懒 沥 窜 燥 惠 瘦 震 拄 靴 服 境 适 抄 肉 削 一 俞 镰 村 询 莉 血 粟 悍 羹 裸 千 敬 气 液 传 质 设 备 气 液 传 质 设 备 舌形塔板 o它是一种喷射形塔 板，即液 体分散型塔板。为防止过量的 液沫夹带，在不严重降低板效 率的情况下，以大幅度提高气 速为目的而设计。 o动画 恕 筑 钡 蹦 吓 胃 李 潍 福 葡 菊 吞 用 渺 庐 隧 级 连 勿 创 阉 季 摇 雅 沽 恼 抿 旬 合 催 投 暂 气 液 传 质 设 备 气 液 传 质 设 备