化工原理-气液传质设备

气液传质设备逐级接触式微分接触式板式塔填料塔一、板式塔的构造1、板式塔的结构1）塔板的构造•筛孔•降液管•溢流堰（剖面图）降液管受液区溢流堰安定区开孔区俯视图2）塔板类型a）泡罩塔板b）筛孔塔板c）浮阀塔板d）舌型塔板e）斜孔塔板3）塔板的比较塔板性能比较塔板类型相对生产能力相对板效率操作范围压强降结构成本泡罩板1.01.010～100高复杂1.0筛板1.2～1.41.135～100低简单0.4～0.5浮阀板1.2～1.31.1～1.210～100中一般0.7～0.8舌型塔板1.3～1.501.150～100低最简单0.5~0.6斜孔板1.5～1.81.130～100低简单0.5各种塔板的优点及适用范围优点缺点适用范围塔板类型泡罩板较成熟，操作范围宽结构复杂，阻力大，生产能力低某些要求弹性好的特殊塔浮阀板效率高，操作范围宽采用不锈钢，浮阀易脱落分离要求高,负荷变化大;原油常压分馏塔筛板效率较高，成本低安装要求水平,易堵,操作范围窄分离要求高,塔板较多;化工中丙烯塔舌型板结构简单,生产能力大操作范围窄，效率较低分离要求较低的闪蒸塔斜孔板生产能力大,效率高操作范围比浮阀塔和泡罩塔窄分离要求高，生产能力大二、板式塔的流体力学性质1、塔板上气液两相的接触状态两相接触面积为气泡表面1）鼓泡接触状态2）泡沫接触状态传质表面面积很大的液膜3）喷射接触状态两相传质面积是液滴的外表面2、气体通过塔板的压降塔板压降干板压降液层阻力压降增大接触时间↑板效率↑板数↓设备费↓塔釜温度↑能耗↑操作费↑保证较高效率的前提下，力求减小塔板压降，以降低能耗和改善塔的操作。克服板上泡沫层的静压形成气液界面的能量消耗通过液层的摩擦阻力损失3、塔板上的液面落差液面落差△：塔板进、出口侧的清液高度差液面落差气流的不均匀分布严重漏液板效率下降与塔板结构、塔径、流量有关。三、板式塔的操作特性1、塔板上的异常操作现象1）漏液漏液两相在塔板上的接触时间↓板效率↓控制：漏液量不大于液体流量的10%。漏液气速：漏液量达到10%的气体速度。——板式塔操作的气速下限原因：气速太小、板面上液面落差引起的气流分布不均匀安定区2）液沫夹带影响因素•空塔气速：空塔气速减小，液沫夹带量减小•塔板间距：板间距增大，液沫夹带量减小现象：液滴随气体进入上层塔板。后果：过量液沫夹带，造成液相在板间的返混，板效率下降控制：液沫夹带量eV＜0.1kg(液)/kg(气)。3）液泛液泛夹带液泛降液管液泛原因：气液两相流速过大影响因素：流量、塔板结构板间距大液泛速度高2、塔板的负荷性能图V•雾沫夹带线（气体流量上限线）线1•液泛线（线2）•液相负荷上限线（线3）•漏液线（气体流量下限线，线4）•液相负荷下限线（线5）1）负荷性能图中各线的意义1，2，3，4，5五条线所包围的区域，既是一定物系在一定的结构尺寸塔板上正常操作区。2）负荷性能图的分析VC操作点操作极限•操作弹性:两极限的气体流量之比•操作点位于操作区内的适中位置,可获得稳定良好的操作效果•同一层塔板，操作情况不同，控制负荷上下限的因素也不同•物系一定时，负荷性能图中各线的相对位置随塔板尺寸而变例：加大板间距或增大塔径可使液泛线上移，增加降液管截面积可使液相上限线右移，减少塔板开孔率可使漏液线下移。四、塔板效率1、塔板效率的表示法1）总板效率ET(全塔效率）达到指定分离效果所需理论板层数与实际板层数的比值。pTTNNE简单地反映了整个塔内的平均传质效果。2）单板效率EM(默弗里效率)直接反映该层塔板的传质效果1*1nnnnMVyyyyE*11nnnnMLxxxxE分析：单板效率的数值有可能大于100%吗？3）点效率EO1*1nnOVyyyyE试比较点效率与单板效率、全塔效率2、塔板效率的估算1）影响塔板效率的因素a）物系性质：粘度、密度、表面张力及相对挥发度等。•b）塔板结构：塔径、板间距、堰高及开孔率等。c）操作条件：温度、压强、气体上升速度及气液流量比。2）板效率的估算——注意公式适用条件第七章气液传质设备一、填料塔的结构与填料特性二、填料塔的流体力学性能三、填料塔的附件四、板式塔与填料塔的比较第一节填料塔一、填料塔的结构与填料特性1、填料塔的结构2、填料特性1）比表面积单位体积填料层的填料表面积，以σ表示；单位：m2/m3。同一种填料，尺寸愈小，比表面积愈大。2）空隙率单位体积填料层的空隙体积，以ε表示；单位为m3/m3。填料的空隙率大，气液通过能力大且气体流动阻力小。3）填料因子3/表示填料的流体力学性能。干填料因子湿填料因子3、填料类型堆放方式乱堆填料整砌填料拉西环、鲍尔环、鞍形、θ网环波纹板、波纹网基材实体填料网体填料环形填料（拉西环、鲍尔环、阶梯环）、鞍形填料（弧鞍、矩鞍）、栅板鞍形环、θ网、波纹网1）拉西环（Raschingring）2）鲍尔环(Pallring)3）阶梯环(cascademinirings)4）弧鞍与矩鞍（berlsaddleandintoloxsaddle）5）金属鞍环6）波纹板及波纹网7）规整填料二、填料塔的流体力学性能1、气体通过填料层的压强降载点泛点恒持液量区载液区液泛区2、泛点的关联式——埃克特通用关联图3、润湿性能液体的喷淋密度：单位时间内单位塔截面上喷淋的液体体积。润湿速率：在塔的截面上，单位长度的填料周边上液体的体积流量。最小喷淋密度与最小润湿速率的关系：minmin)(WLU三、填料塔的附件1、填料支承装置2、液体分布装置•管式喷淋器•莲蓬头式喷淋器•盘式分布器•多孔管式分布器•槽式分布器各种分布器的结构及优缺点3、液体再分布装置4、除沫装置四、板式塔与填料塔的比较试从以下几方面对两种塔做出比较：•塔径大小•塔高•压降•持液量•物料沉积与清除•塔内设置换热构件与气液的加入与引出•制作材料•操作弹性•对起泡物料