1、第十章第十章 氣液傳質設備氣液傳質設備 蒸餾和吸收塔設備蒸餾和吸收塔設備一、作用一、作用提供氣、液兩相充分接觸的場所，使傳質、傳熱過程能迅提供氣、液兩相充分接觸的場所，使傳質、傳熱過程能迅 速、有效的進行；速、有效的進行；2. 2. 使接觸后的氣、液兩相及時分開，互不夾帶使接觸后的氣、液兩相及時分開，互不夾帶( (即沒有返即沒有返 混混) )。二、塔設備的類型二、塔設備的類型l按塔內氣、液接觸構件的結構形式，可分為：板按塔內氣、液接觸構件的結構形式，可分為：板式塔和填料塔；式塔和填料塔；l按塔內氣液接觸方式，有逐級接觸式和微分（連按塔內氣液接觸方式，有逐級接觸式和微分（連續）接觸式之分。續）接

2、觸式之分。第一節第一節 板式塔板式塔一、板式塔主要類型的結構和特點一、板式塔主要類型的結構和特點 按氣液兩物流的流動方式分：按氣液兩物流的流動方式分： 錯流塔板錯流塔板 穿流（逆流）塔板穿流（逆流）塔板按鼓泡元件分：泡罩塔板、篩板、浮閥塔板、噴射型塔板等按鼓泡元件分：泡罩塔板、篩板、浮閥塔板、噴射型塔板等分散型塔板分散型塔板氣體在氣體在壓差壓差下由下由下下而上而上，液體在，液體在重力重力下由下由上而下；上而下；錯流塔板：總體上錯流塔板：總體上逆流流動，板上錯逆流流動，板上錯流流動流流動1 1、工業上常用的板式塔有：、工業上常用的板式塔有： 泡罩塔泡罩塔 浮閥塔浮閥塔 篩板塔篩板塔 穿流柵孔板塔

3、穿流柵孔板塔AD浮閥浮閥泡罩泡罩泡泡罩罩ADV浮閥浮閥篩板篩板篩板塔塔身篩板塔塔身篩板降降液液管管受受液液區區篩板的結構如圖所示。塔板上篩板的結構如圖所示。塔板上開有許多均布的篩孔，孔徑一開有許多均布的篩孔，孔徑一般為般為38mm，篩孔在塔板上，篩孔在塔板上作正三角形排列。作正三角形排列。 操作時，液體橫向流過塔板，靠溢流堰，使板上能維持一定厚度的液層，上升氣流通過篩孔分散成細小的流股，在板上液層中鼓泡而出，氣液間密切接觸而進行傳質。在正常操作氣速下，通過篩孔上升的氣流，應能阻止液體經篩孔向下泄漏 篩板的優點優點是結構簡單，造價低；板上液面落差小，氣體壓降低，生產能力較大；氣體分散均勻，傳質效

4、率較高。其缺點缺點是篩孔易堵塞，不宜處理易結焦、粘度大的物料。浮舌板浮舌板穿流板等徑均布穿流板等徑均布舌形塔板舌形塔板斜孔塔板斜孔塔板噴射形塔板噴射形塔板噴射形塔板噴射形塔板浮閥塔具有的優點：浮閥塔具有的優點： 生產能力大生產能力大 塔板效率高塔板效率高 操作彈性大操作彈性大 結構簡單，安裝方便。結構簡單，安裝方便。 要求：要求： 1.生產能力大，即汽液負荷高；生產能力大，即汽液負荷高； 2.板效率高；板效率高； 3.塔板壓降低；塔板壓降低； 4.操作彈性大；操作彈性大； 5.結構簡單，制造成本低。結構簡單，制造成本低。2、板式塔結構及塔內的流動、板式塔結構及塔內的流動l通量：單位塔板的生產能

5、力，表征塔設備的處理能力和允許通量：單位塔板的生產能力，表征塔設備的處理能力和允許空塔氣速空塔氣速l分離效率：單位壓降塔的分離效果，對板式塔以板效率表示分離效率：單位壓降塔的分離效果，對板式塔以板效率表示l適應能力：即操作彈性，表現為對物料的適應性及對負荷波適應能力：即操作彈性，表現為對物料的適應性及對負荷波動的適應性動的適應性l流體阻力流體阻力l造價造價 l結構復雜程度結構復雜程度l安裝、檢修的難易安裝、檢修的難易 3、評價塔板性能指標評價塔板性能指標4、塔板流體力學性能、塔板流體力學性能l塔板壓強降塔板壓強降l霧沫夾帶霧沫夾帶l液泛液泛l漏液漏液l液相負荷上限液相負荷上限l液相負荷下限液相

6、負荷下限 二、塔板結構二、塔板結構 1板式塔的設計意圖板式塔的設計意圖 （1）要求塔板能提供足夠大、且不斷更新的相間接觸界面；）要求塔板能提供足夠大、且不斷更新的相間接觸界面； （2）塔內應盡量使氣液兩相呈逆流流動，以提供最大的傳質推動力。）塔內應盡量使氣液兩相呈逆流流動，以提供最大的傳質推動力。 2篩板塔板的構造篩板塔板的構造 （1）篩孔）篩孔塔板上的氣體通道，篩孔直徑塔板上的氣體通道，篩孔直徑 3-8mm； （2）溢流堰溢流堰保持塔板上有一定量的液體；保持塔板上有一定量的液體； 弓形平直堰弓形平直堰hw lw 堰高決定了塔板上液層的高度和持液量。堰高決定了塔板上液層的高度和持液量。 （3）

7、降液管）降液管液體自上而下的通道，一般為弓形；液體自上而下的通道，一般為弓形； 降液管下端必須保持液封，以防氣體短路；降液管下端必須保持液封，以防氣體短路； h0 hw 單流型塔板與多流型塔板單流型塔板與多流型塔板 三、塔板上流體力學狀況三、塔板上流體力學狀況： 1篩板上氣液接觸狀態篩板上氣液接觸狀態 隨氣流通過篩孔的速度不同，接觸狀態大致分三種：隨氣流通過篩孔的速度不同，接觸狀態大致分三種：接觸狀態接觸狀態接觸界面接觸界面傳質性能傳質性能連續相連續相分散相分散相 鼓泡接觸鼓泡接觸氣泡表面氣泡表面湍動程度低，傳質阻力湍動程度低，傳質阻力大大液液氣氣泡沫接觸泡沫接觸氣泡間液氣泡間液膜膜高度湍動，

8、傳質面積大高度湍動，傳質面積大液液氣氣噴射接觸噴射接觸液滴外表液滴外表面面傳質良好傳質良好氣氣液液2氣相通過塔板的阻力損失氣相通過塔板的阻力損失ldfhhh（干板壓降（干板壓降+液層壓降）液層壓降） lh靜液層壓降靜液層壓降+ +克服氣、液界面張克服氣、液界面張力的能耗力的能耗+ +通過液層的摩擦阻力通過液層的摩擦阻力 hd:氣體通過干板的阻力損失即干板壓降氣體通過干板的阻力損失即干板壓降3篩板塔內氣液兩相的非理想流動篩板塔內氣液兩相的非理想流動 實際塔板上流動與理想流動的偏差實際塔板上流動與理想流動的偏差 （1）空間上的反向流動）空間上的反向流動 1）液膜夾帶（霧沫夾帶）液膜夾帶（霧沫夾帶）

9、,產生原因產生原因氣速過大氣速過大， 板間距過小板間距過小 2）氣泡夾帶）氣泡夾帶,將降低降液管中泡沫層的平均密度，將降低降液管中泡沫層的平均密度， 降低降液管的通過能力降低降液管的通過能力 （2）空間上的不均勻流動）空間上的不均勻流動 1）氣體通過塔板的不均勻性）氣體通過塔板的不均勻性 2）液體沿塔板流動的不均勻性）液體沿塔板流動的不均勻性 3）氣體的攪動，產生大小不同尺寸的環流）氣體的攪動，產生大小不同尺寸的環流 4板式塔的不正常操作現象板式塔的不正常操作現象 （1）液泛現象）液泛現象 當氣速過大，液沫夾帶嚴重，造成板間液相當氣速過大，液沫夾帶嚴重，造成板間液相嚴重返混嚴重返混;同時，使板

10、壓降增大，降液管中液位同時，使板壓降增大，降液管中液位升高，流體流過的阻力增大，上層塔板下流的升高，流體流過的阻力增大，上層塔板下流的液體不能暢通地流過降液管，導致液體阻塞。液體不能暢通地流過降液管，導致液體阻塞。 液泛時，造成淹塔，使塔無法正常地工作。液泛時，造成淹塔，使塔無法正常地工作。 液泛氣速也與液體流量有關，液流量越大，液泛氣速也與液體流量有關，液流量越大，液泛汽速越低。液泛汽速越低。 液泛氣速是操作的上限。液泛氣速是操作的上限。 （2）漏液）漏液液泛液泛漏液漏液四、塔板效率四、塔板效率 由于塔板上非理想流動的存在，使實際板與理論板存在由于塔板上非理想流動的存在，使實際板與理論板存在

11、著差距，以塔板效率來衡量。著差距，以塔板效率來衡量。1. 單板效率（單板效率（Murphree efficiency） xn-1yn+1xn 1*1nnnnmVyyyyE理論塔板的汽相增濃值實際塔板的汽相增濃值*11nnnnmLxxxxE理論塔板的液相增濃值實際塔板的液相增濃值全塔效率全塔效率常用的度量板式塔分離性能的綜合指標常用的度量板式塔分離性能的綜合指標 %1000PTNNE實際板數理論板數對雙組分溶液：對雙組分溶液： 7.05.00EconnellO關聯圖關聯圖 10000.11.010E0L245. 00)(49. 0LE 塔頂與塔底平均溫度下的相對揮發度；塔頂與塔底平均溫度下的相對

12、揮發度； L塔頂與塔底平均溫度下料液的粘度塔頂與塔底平均溫度下料液的粘度五、塔高的計算五、塔高的計算 Z=NP HT HT板間距，板間距，m；按經驗值選取。按經驗值選取。 六、塔徑的計算六、塔徑的計算 uVDsT4 Vs塔內汽相流量，塔內汽相流量，m3/s； u 汽相的空塔速度，汽相的空塔速度，m/s1Vs 計算計算設氣相為理想氣體設氣相為理想氣體 VsMVV3600m3/s或或 PTTPVVs004 .223600m3/s 式中：式中：V汽相質量流量，汽相質量流量，kmol/h 2. 利用利用Smith關聯圖求空塔氣速關聯圖求空塔氣速 （1）先選定一板間距）先選定一板間距HT，計算計算HT-hL； （2）由）由Smith圖查得氣相負荷因子圖查得氣相負荷因子C20，m/s； （3）C20校正：校正： 2 . 020)20(CC 液相表面張力，液相表面張力，mN/m； （4）最大允許空塔速度）最大允許空塔速度um