化工原理-10章小結(jié)

1、化工原理principles of chemical engineering第十章第十章 氣液傳質(zhì)設(shè)備小結(jié)氣液傳質(zhì)設(shè)備小結(jié)延安大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院延安大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院第十章第十章 氣液傳質(zhì)設(shè)備氣液傳質(zhì)設(shè)備10.1 板式塔板式塔級式接觸級式接觸10.2 填料塔填料塔微分接觸微分接觸逐級接觸式逐級接觸式微分接觸式微分接觸式氣液傳質(zhì)設(shè)備氣液傳質(zhì)設(shè)備10.1 板式塔板式塔級式接觸級式接觸10.1.1 概述概述板式塔溶劑氣體板式塔板式塔 氣、液兩相在塔板上接觸進(jìn)行氣、液兩相在塔板上接觸進(jìn)行質(zhì)、質(zhì)、熱交換熱交換。氣、氣、液兩相接觸方式液兩相接觸方式 全塔：逆流接觸全塔：逆流接觸塔板上：錯流接觸塔板上：錯流

2、接觸兩相流動的推動力兩相流動的推動力 液體：重力液體：重力氣體：壓力差氣體：壓力差 篩孔：篩孔：塔板上的氣體通道。塔板上的氣體通道。篩孔塔板的構(gòu)造篩孔塔板的構(gòu)造溢流堰溢流堰（安裝在每層塔板的出口）：（安裝在每層塔板的出口）：使使塔板上維持塔板上維持一定高度一定高度 的液的液層，保證層，保證兩相充分接觸。兩相充分接觸。 堰長：堰長：lw 堰高：堰高：hw 降液管降液管：液體自上層塔板流到下層塔板的通道：液體自上層塔板流到下層塔板的通道，多為弓形。，多為弓形。液體：連續(xù)相液體：連續(xù)相 氣體：分散相氣體：分散相傳質(zhì)面：氣泡表面?zhèn)髻|(zhì)面：氣泡表面1. 鼓泡接觸狀態(tài)鼓泡接觸狀態(tài)10.1.2 篩板上的氣液接

3、觸狀態(tài)篩板上的氣液接觸狀態(tài)氣體通過氣體通過篩孔的速度不同篩孔的速度不同，導(dǎo)致兩相在塔板上的接觸狀態(tài)不同。，導(dǎo)致兩相在塔板上的接觸狀態(tài)不同?？姿俸艿?，氣泡數(shù)量不多，板上液層表面十分清晰?？姿俸艿?，氣泡數(shù)量不多，板上液層表面十分清晰。 液體：連續(xù)相液體：連續(xù)相氣體：分散相氣體：分散相傳質(zhì)面：不斷更新的液膜表面?zhèn)髻|(zhì)面：不斷更新的液膜表面2. 泡沫接觸狀態(tài)泡沫接觸狀態(tài)3. 噴射接觸狀態(tài)噴射接觸狀態(tài)液體：分散相液體：分散相氣體氣體：連續(xù)相：連續(xù)相傳質(zhì)傳質(zhì)面：不斷面：不斷更新的更新的液滴表面液滴表面工業(yè)工業(yè)上常用的是：噴射和泡沫上常用的是：噴射和泡沫接觸狀態(tài)。接觸狀態(tài)。10.1.3 氣體通過篩板的阻力損失

4、氣體通過篩板的阻力損失 上升氣流通過塔板時需要克服一定阻力，形成塔板壓降上升氣流通過塔板時需要克服一定阻力，形成塔板壓降塔板壓降塔板壓降塔板本身塔板本身干板干板的阻力的阻力損失損失hd氣流通過板上氣流通過板上液層液層的阻力損失的阻力損失h1克服板上泡沫層的靜壓克服板上泡沫層的靜壓形成氣液界面的能量消耗形成氣液界面的能量消耗通過液層的摩擦阻力損失通過液層的摩擦阻力損失10.1.4 篩板塔內(nèi)氣液兩相的非理想流動篩板塔內(nèi)氣液兩相的非理想流動10.1.4.1 空間上的反向流動空間上的反向流動一、液沫夾帶一、液沫夾帶氣量氣量 夾帶量夾帶量板間距板間距H HT T 夾帶量夾帶量主要影響因素主要影響因素液滴

5、液滴的一部分會被上升的氣流的一部分會被上升的氣流裹挾裹挾至至上層塔板上層塔板的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。二、氣泡夾帶二、氣泡夾帶塔板上氣液兩相充分接觸后，大量塔板上氣液兩相充分接觸后，大量氣泡氣泡隨液體隨液體流入降液管流入降液管，液體在降液管中，液體在降液管中停留時間過短停留時間過短，氣泡氣泡來不及解脫來不及解脫，而被液體，而被液體卷入下層塔板卷入下層塔板的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。10.1.4.2 空間上的不均勻流動空間上的不均勻流動一、氣體沿塔板的不均勻流動一、氣體沿塔板的不均勻流動液面有落差和液層波動，液面有落差和液層波動，引起氣體分布不均勻引起氣體分布不均勻二、液體沿塔板的不均勻流動二、液體沿塔板的不均勻流動

6、一、液泛一、液泛10.1.5 板式塔的不正常操作現(xiàn)象板式塔的不正常操作現(xiàn)象 板式塔設(shè)計不良或操作不當(dāng)，塔內(nèi)將會產(chǎn)生一些使板式塔設(shè)計不良或操作不當(dāng)，塔內(nèi)將會產(chǎn)生一些使塔根本無法工作的不正常操作。塔根本無法工作的不正常操作。1、夾帶液泛、夾帶液泛2、溢流液泛（降液管液泛）、溢流液泛（降液管液泛）液泛氣速：液泛氣速：塔板上開始出現(xiàn)惡性循環(huán)的氣速塔板上開始出現(xiàn)惡性循環(huán)的氣速 二、漏液二、漏液氣量過小氣量過小 ；塔板開孔率大。塔板開孔率大。 當(dāng)當(dāng)氣速過小氣速過小時，使液體由篩孔直接落下的現(xiàn)象。時，使液體由篩孔直接落下的現(xiàn)象。產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因 10.1.6 板效率的表示板效率的表示1.點效率點效率 ：EO

7、G - 以氣相表示的點效率；以氣相表示的點效率；yn+1 - 進(jìn)入第進(jìn)入第n 塊塔板的氣相的摩爾分率；塊塔板的氣相的摩爾分率；y - 離開塔板上某點的氣相的摩爾分率；離開塔板上某點的氣相的摩爾分率；y* - 與被考察點液相組成與被考察點液相組成x 成平衡的氣相摩爾分率；成平衡的氣相摩爾分率；2. 默弗里板效率默弗里板效率 ：分別為離開第分別為離開第n塊和離開第塊和離開第n+1塊板的氣相平均組成。塊板的氣相平均組成。：與離開第與離開第n塊塔板的液體平均組成塊塔板的液體平均組成 成平衡的氣相組成。成平衡的氣相組成。3. 濕板效率：濕板效率： 默弗里板效率不僅考慮了兩相之間的接觸狀況，同時默弗里板效

8、率不僅考慮了兩相之間的接觸狀況，同時也計入了也計入了塔板上塔板上氣液兩相的非理想流動。但是，氣液兩相的非理想流動。但是，默弗里板效默弗里板效率尚未考慮率尚未考慮塔板間的塔板間的非理想流動，即液沫夾帶和漏液非理想流動，即液沫夾帶和漏液。 濕板效率在形式上和默弗里板效率沒有區(qū)別，濕板效率在形式上和默弗里板效率沒有區(qū)別，但它但它包含了液沫夾帶的影響包含了液沫夾帶的影響。4.全塔效率全塔效率 ： 對于一個特定的物系和特定的塔板結(jié)構(gòu)，在對于一個特定的物系和特定的塔板結(jié)構(gòu)，在塔的塔的上部和下部塔板效率并不相同上部和下部塔板效率并不相同。必須指出：必須指出：即使塔內(nèi)各板效率相等，全塔效率在數(shù)值即使塔內(nèi)各板效

9、率相等，全塔效率在數(shù)值 上也不等于板效率。上也不等于板效率。（基準(zhǔn)不同）（基準(zhǔn)不同） 為提高塔板效率，設(shè)計者應(yīng)當(dāng)根據(jù)物系的性質(zhì)為提高塔板效率，設(shè)計者應(yīng)當(dāng)根據(jù)物系的性質(zhì)選擇合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)，選擇合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)，力圖增強(qiáng)相際傳力圖增強(qiáng)相際傳質(zhì)，減少非理想流動質(zhì)，減少非理想流動。一、合理選擇一、合理選擇塔板的塔板的開孔率和孔徑開孔率和孔徑造成適應(yīng)于物系性質(zhì)的造成適應(yīng)于物系性質(zhì)的氣液氣液 接觸狀態(tài)接觸狀態(tài)10.1.7 提高塔板效率的措施提高塔板效率的措施二、二、設(shè)置設(shè)置傾斜的進(jìn)氣裝置傾斜的進(jìn)氣裝置，使全部或部分氣流斜向進(jìn)入液層，使全部或部分氣流斜向進(jìn)入液層塔板負(fù)荷性能圖塔板負(fù)荷性能圖

10、1.漏液線漏液線2.過量液沫夾帶線過量液沫夾帶線3.液量下限線液量下限線4.液量上限線液量上限線5.溢流液泛線溢流液泛線操作極限：操作極限：操作線與負(fù)荷性能圖的交點，分別表示操作線與負(fù)荷性能圖的交點，分別表示 塔的上、下操作極限。塔的上、下操作極限。操作彈性：操作彈性：上下操作極限的氣體流量之比。上下操作極限的氣體流量之比。10.1.7 板式塔的類型和結(jié)構(gòu)板式塔的類型和結(jié)構(gòu)一、泡罩塔一、泡罩塔組成：組成：升氣管、泡罩升氣管、泡罩構(gòu)造：構(gòu)造：泡罩邊緣開有泡罩邊緣開有縱向齒縫縱向齒縫，泡罩安裝在升氣管頂部，升，泡罩安裝在升氣管頂部，升 氣管直接與塔板連接固定。氣管直接與塔板連接固定。 泡罩塔板泡罩

11、塔板的優(yōu)點：的優(yōu)點： 不易不易發(fā)生漏液現(xiàn)象；操作彈性較大，塔板不易堵發(fā)生漏液現(xiàn)象；操作彈性較大，塔板不易堵塞；對各種物料的適應(yīng)性塞；對各種物料的適應(yīng)性強(qiáng)。強(qiáng)。泡罩塔板的缺點：泡罩塔板的缺點： 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，材料耗量大，板上液層厚，復(fù)雜，材料耗量大，板上液層厚，塔板壓降塔板壓降 大大，生產(chǎn)能力及板效率，生產(chǎn)能力及板效率較低。較低。泡罩塔板泡罩塔板已逐漸被篩板、浮閥塔板所取代已逐漸被篩板、浮閥塔板所取代，在新建塔，在新建塔 設(shè)備中已很少采用。設(shè)備中已很少采用。篩板篩板（a）篩板操作示意圖；（）篩板操作示意圖；（b）篩孔布置圖）篩孔布置圖二、篩板塔二、篩板塔 優(yōu)點：優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，造價低結(jié)構(gòu)簡單，造

12、價低 塔板阻力小，生產(chǎn)能力較大塔板阻力小，生產(chǎn)能力較大 氣體分散均勻，傳質(zhì)效率高氣體分散均勻，傳質(zhì)效率高缺點：缺點：篩孔易堵塞，不易處理易結(jié)焦、粘度大的物料篩孔易堵塞，不易處理易結(jié)焦、粘度大的物料 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：塔板上塔板上開孔開孔，圓形，圓形閥片閥片上裝有限位的上裝有限位的三條腿三條腿，閥片可，閥片可隨隨 氣速氣速的變化上、下的變化上、下自由浮動自由浮動。閥片閥片浮閥塔板浮閥塔板三、浮閥塔三、浮閥塔優(yōu)點：優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，造價低結(jié)構(gòu)簡單，造價低 塔板開孔率大，生產(chǎn)能力大塔板開孔率大，生產(chǎn)能力大 操作彈性大操作彈性大（閥片可隨氣量變化自由升降）（閥片可隨氣量變化自由升降） 板效率高板效率高（上升氣

13、流水平吹過液層，氣液接觸時間較長）（上升氣流水平吹過液層，氣液接觸時間較長）缺點：缺點：處理易結(jié)焦，高粘度的物料時，閥片易與塔板黏結(jié)。處理易結(jié)焦，高粘度的物料時，閥片易與塔板黏結(jié)。 使用時會發(fā)生閥片脫落或卡死的現(xiàn)象，影響板效率和使用時會發(fā)生閥片脫落或卡死的現(xiàn)象，影響板效率和 操作彈性。操作彈性。三種塔板的比較三種塔板的比較: :1. 生產(chǎn)能力：生產(chǎn)能力： 篩板篩板 浮閥浮閥 泡罩；泡罩；2. 壓降：壓降： 泡罩泡罩 浮閥浮閥 篩板；篩板；3. 操作彈性：操作彈性： 浮閥浮閥 泡罩泡罩 篩板；篩板；4. 造價：造價： 泡罩泡罩 浮閥浮閥 篩板；篩板；5. 板效率：板效率： 浮閥、篩板相當(dāng)浮閥、篩

14、板相當(dāng) 泡罩泡罩。 四、其它類型塔板四、其它類型塔板1.舌形塔板與浮動舌形塔板舌形塔板與浮動舌形塔板2. 導(dǎo)向篩板導(dǎo)向篩板3. ADV浮閥塔板浮閥塔板7.2.1 填料塔的結(jié)構(gòu)及填料特性填料塔的結(jié)構(gòu)及填料特性7.2.2 填料塔的水力學(xué)特性填料塔的水力學(xué)特性7.2.3 板式塔與填料塔比較板式塔與填料塔比較7.2 填料塔填料塔7.2.1 填料塔的結(jié)構(gòu)及填料特性填料塔的結(jié)構(gòu)及填料特性一、填料塔結(jié)構(gòu)及作用一、填料塔結(jié)構(gòu)及作用1、填料層、填料層 提供氣液接觸的場所。提供氣液接觸的場所。2、液體分布器、液體分布器 均勻分布液體，以避免發(fā)生溝流現(xiàn)象。均勻分布液體，以避免發(fā)生溝流現(xiàn)象。3、液體再分布器、液體再分

15、布器 避免壁流現(xiàn)象發(fā)生。避免壁流現(xiàn)象發(fā)生。4、支撐板、支撐板 支承塔內(nèi)的填料及填料上的持液量，支承塔內(nèi)的填料及填料上的持液量， 同時又能保證氣液兩相順利通過。同時又能保證氣液兩相順利通過。5、除沫器、除沫器 防止塔頂氣體出口處夾帶液體。防止塔頂氣體出口處夾帶液體。二、填料作用及特性二、填料作用及特性1、填料作用、填料作用（1）提供氣液接觸面；）提供氣液接觸面；（2）促使氣液兩相分散，并使液膜不斷更新。）促使氣液兩相分散，并使液膜不斷更新。2、填料特性、填料特性（1）比表面積）比表面積 a 定義：單位堆積體積所具有的表面積，定義：單位堆積體積所具有的表面積，m2/m3。（2）空隙率）空隙率 定義

16、：單位體積填料中所具有的空隙體積定義：單位體積填料中所具有的空隙體積 ，m3/m3。（3）填料的幾何形狀）填料的幾何形狀 比表面積、孔隙率大致接近而形狀不同的兩種填料在流體比表面積、孔隙率大致接近而形狀不同的兩種填料在流體 力學(xué)與性質(zhì)上可有顯著區(qū)別。力學(xué)與性質(zhì)上可有顯著區(qū)別。（4）其它）其它 填料的造價、強(qiáng)度、耐高溫性、耐腐蝕性等。填料的造價、強(qiáng)度、耐高溫性、耐腐蝕性等。三、常用填料三、常用填料 （參看：（參看： P136 圖圖10-51）材料：材料：陶瓷陶瓷、金屬、塑料金屬、塑料堆放：堆放：整砌、亂堆整砌、亂堆環(huán)形環(huán)形 （拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、階梯環(huán)）（拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、階梯環(huán)）鞍形鞍形 （矩鞍形、

17、弧鞍形）（矩鞍形、弧鞍形）波紋形（板波紋、網(wǎng)狀波紋）波紋形（板波紋、網(wǎng)狀波紋）形狀形狀 環(huán)環(huán)拉西環(huán)拉西環(huán)鮑爾環(huán)鮑爾環(huán)階梯環(huán)階梯環(huán)鞍形環(huán)鞍形環(huán)板波紋板波紋金屬英特洛克斯填料金屬英特洛克斯填料10.2.2 氣液兩相在填料層內(nèi)的流動氣液兩相在填料層內(nèi)的流動一、液體成膜的條件一、液體成膜的條件 液體能否在填料表面鋪展成膜與填料的液體能否在填料表面鋪展成膜與填料的潤潤濕性濕性有關(guān)。有關(guān)。 適當(dāng)選擇填料的材質(zhì)和表面性質(zhì)，液體將適當(dāng)選擇填料的材質(zhì)和表面性質(zhì)，液體將具有較大的鋪展能力，可使用較少的液體獲得具有較大的鋪展能力，可使用較少的液體獲得較大的潤濕表面。較大的潤濕表面。二、填料塔內(nèi)液膜表面的更新二、填料

18、塔內(nèi)液膜表面的更新不規(guī)則的填料表面有助于液膜的湍動。不規(guī)則的填料表面有助于液膜的湍動。三、填料塔內(nèi)的液體分布三、填料塔內(nèi)的液體分布1.液體在亂堆填料層內(nèi)流動所經(jīng)歷的液體在亂堆填料層內(nèi)流動所經(jīng)歷的 路徑路徑是是隨機(jī)隨機(jī)的。的。2在填料表面流動的液體會部分地匯在填料表面流動的液體會部分地匯集成小溝，集成小溝，形成溝流形成溝流，使部分填料，使部分填料表面未能潤濕。表面未能潤濕。10.2.4 填料塔的附屬結(jié)構(gòu)填料塔的附屬結(jié)構(gòu)一、支撐板一、支撐板用途：用途：支撐塔內(nèi)填料，同時又能保證氣液兩相順利支撐塔內(nèi)填料，同時又能保證氣液兩相順利 通過。通過。二、液體分布器二、液體分布器作用：作用：液體分布裝置設(shè)于填料層頂部，用于將塔頂液體均勻液體分布裝置設(shè)于填料層頂部，用于將塔頂液體均勻 分布在填料表面上分布在填料表面上 。多孔管式多孔管式孔板式孔板式槽式槽式三、液體再分布器三、液體再分布器作用：作用：改善向壁偏流改善向壁偏流 效應(yīng)造成的液效應(yīng)造成的液 體分布不均。體分布不均。四、除沫器四、除沫器作用：作用：除去填料層頂部逸出的氣體中的液滴，安裝在液體分除去填料層頂部逸出的氣體中的液滴，安裝