化工原理塔設(shè)備解讀

1、第七章塔設(shè)備第一節(jié)概述填料塔與板式塔是塔設(shè)備 (即塔器)的兩大類型。 用于吸收及精餾的塔器亦稱氣 液傳質(zhì)設(shè)備。本章只從氣液傳質(zhì)設(shè)備角度介紹塔器。7 11 生產(chǎn)上對塔器的要求生產(chǎn)上對塔器在工藝上及結(jié)構(gòu)上提出的要求有下列幾方面：1 分離效率高 達到一定分離程度所需塔的高度低。2 生產(chǎn)能力大 單位塔截面積處理量大。3 操作彈性( flexibility )大 對一定的塔器，操作時氣液流量(亦稱氣液負荷) 的變化會影響分離效率。 若分離效率最高時的氣液負荷作為最佳負荷 點，可把分離效率比最高效率下降 15%的最大負荷與最小負荷之比稱為操作彈 性。工程上常用的，是液，氣負荷比 L/V 為某一定值時，氣相

2、與液相的操作彈性。 操作彈性大的塔必然適應(yīng)性強，易于穩(wěn)定操作。4氣體阻力小 氣體阻力小可使氣體輸送的功率消耗小。 對真空精餾來說， 降低塔器對氣流的阻力可減小塔頂， 底間的壓差， 降低塔的操作壓強， 從而可降 低塔底溶液泡點，降低對塔釜加熱劑的要求，還可防止塔底物料的分解。5 結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備取材面廣 便于加工制造與維修， 價格低廉，使用面廣。第二節(jié)填料塔7 21 填料塔簡介填料塔最初出現(xiàn)在十九世紀中葉，在 1881 年用于精餾操作。填料塔的塔體橫截面有圓形， 矩形及多邊形等， 但絕大部分是圓形。 塔殼材料可 以是碳鋼，不銹鋼，聚氯乙烯，玻璃鋼和磚等。塔內(nèi)放置著填料( packings )。填料

3、種類很多。用于制造填料的材料有碳鋼、不 銹鋼、陶瓷、聚丙烯、增強聚丙烯等。由于填料與塔體取材面廣，故易于解決物 料腐蝕問題。填料在填料塔操作中起著重要作用。液體潤濕填料表面便增大了氣液接觸面積， 填料層的多孔性不僅促使氣流均勻分布，而且促進了氣相的湍動。以氣液兩相的流動情況作對比，氣相湍動較好，而液相呈膜狀流下，湍動甚差。 可幸液體在流過一個填料的表面后， 經(jīng)填料與填料間的接觸點流至下一個填料的 表面。在接觸點處液體經(jīng)歷了混合與再鋪展， 使液相傳質(zhì)顯著增強。 其機理解釋 如下：見圖 7-1, 當液相通過在填料間的接觸點處混合均勻后 , 濃度為 c0，在剛流 至下一個填料的表面時，只有在氣液界面

4、處因氣液平衡，液相濃度躍增為ci 以填料塔的發(fā)展史中 最主要的是填料的外，其余液相濃度仍保持為 c0，如圖中 0時濃度分布曲線所示。隨著液體沿該 填料表面向下流動，設(shè)氣液界面處液相濃度 ci 不變，由于組分擴散，液相濃度 逐漸變化，如 1、2、3 等時刻的濃度分布曲線所示。因傳質(zhì)速率隨液相濃度 差( ci c)的減小而減小，所以，傳質(zhì)速率是隨著液體沿該填料向下流動而逐 漸降低的。 當液體流至該填料與下一個填料的接觸點進行混合時， 液體似受到一 次強制性的擾動，氣液界面處的組分迅速傳遞到液相內(nèi)部 , 便又一次實現(xiàn)液相濃 度的均勻一致。 第二次液相的均勻濃度明顯地要高于前次的液相均勻濃度。 這就

5、說明填料對液相傳質(zhì)的重要促進作用。發(fā)展史。早期以碎石 為填料，碎石比表面 積小，空隙率低，堆 積密度大，造成塔體 很重，逐漸暴露出其 缺點。自二十世紀初 至廿世紀中葉， 曾興 起了對填料開發(fā)、 研 制的熱潮。圖 7-1 填料表面液層與濃度隨時間及與界面距離的變化 在這時期，先后出現(xiàn)了拉西環(huán)、 Stedman金屬紗網(wǎng)規(guī)則填料、弧鞍形填料、鮑爾 環(huán)及矩鞍形填料等。這些新型填料的出現(xiàn)，使填料塔的操作性能得到顯著改進。填料塔操作時存在著氣、 液相在塔橫截面上分布不均勻的問題， 即氣、液產(chǎn)生偏 流，其結(jié)果必減少氣、液接觸機會，影響傳質(zhì)效果。液體的偏流稱為“溝流” ( channeling )。產(chǎn)生溝流的

6、原因可從兩方面考慮， 一方面因操作時液體并不能 全部潤濕填料表面，于是，液體只沿潤濕表面流下，形成溝流。另一方面是因為 每個填料與相鄰填料都有若干個接觸點， 該填料自某些接觸點得到液體， 又從某 些接觸點流走液體。 液體來去之間總優(yōu)先走近路。 可見，即使填料表面全部潤濕， 仍存在液流不均勻問題。 另一影響液流分布均勻性的現(xiàn)象是液體有朝塔壁匯集的 趨向，即存在“塔壁效應(yīng)”。液體自一個填料流至下一個填料的過程中，有向四 周流開的可能。雖對一個填料來看，液體流向有傾向性，但對填料層整體來說， 若不受其它因素影響，液流方向可認為是隨機的。但在緊靠塔壁處情況則不同。 液體通過填料與塔壁的接觸點流至塔壁后

7、， 即順塔壁流下， 基本上不再返回填料 層中。于是，近塔壁填料處液體往塔壁流動，便導致填料層中液體向塔壁流動。 液體流過一段填料層后，填料層中心部位液流量明顯減小，甚至出現(xiàn)干填料區(qū)。 而氣體流過填料層時， 本來就有優(yōu)先流過空隙大、 阻力小的區(qū)域的趨勢， 液流分 布不勻則更加劇這種趨勢。實踐說明， 隨著填料塔塔徑的增大， 塔內(nèi)氣液分布不勻現(xiàn)象更趨嚴重。 這稱為填 料塔的“放大效應(yīng)”，或稱“放大問題”。長久以來，填料塔“放大問題”一直 是限制填料塔向大型化方向發(fā)展的障礙。解決填料塔“放大效應(yīng)”的常見措施有：改進塔頂液體原始噴淋的均勻性，多設(shè) 噴淋點，在填料層中設(shè)置液體再分布器及控制塔徑與填料尺寸的

8、比值等。此外， 人們對于填料形狀對減小溝流的作用已給予了足夠的重視。 新型高效填料的采用 使氣液分布情況得到改善。 由于采用多種有效措施， 目前填料塔的放大問題已得 到一定程度的解決。塔徑超過 10m的填料塔當前已并不鮮見。7 22 填料的種類與特性1) 填料的種類常見填料的形狀可分為四種類型 。短管形填料：最早采用的拉西環(huán)是高度與外徑之比為 1 的短管。該填料易于 制造，強度好，取材面廣，但流體力學及傳質(zhì)性能都不夠理想。當拉西環(huán)在塔內(nèi)是直立狀時， 填料內(nèi)，外表面都是氣、液傳 質(zhì)表面，且氣流阻力小，但當 其橫臥或呈傾斜狀時填料部分 內(nèi)表面不僅不能成為有效的氣 液傳質(zhì)區(qū)，而且使氣流阻力增 大。填

9、料間的線接觸會阻礙氣、 液流過。為改進其性能，可采 用“截短”型拉西環(huán)，即高徑 比為 0.5 的短管。這種填料保 留了原來拉西環(huán)的優(yōu)點，性能 稍優(yōu)于拉西環(huán)，但應(yīng)用并不普 遍。 1948年出現(xiàn)的鮑爾環(huán)是對 拉西環(huán)作出重大改進的一種填 料。該填料是在拉西環(huán)的基礎(chǔ) 上，在填料壁面開兩層矩形孔。 開矩形孔的部份只切開三條 邊，留下一邊仍與填料壁相連， 并把切開的部份推到填料圈內(nèi) 側(cè)。于是，不論填料在塔內(nèi)置 于什么方位，流體均可通過填 料，從而使填料內(nèi)、外壁面均 成為有效傳質(zhì)區(qū)域。圖 7-2 填料鮑爾環(huán)自問世以來， 至今一直被廣泛采用。 在鮑爾環(huán)基礎(chǔ)上，又發(fā)展了一種叫“階 梯環(huán)”的填料，其結(jié)構(gòu)與鮑爾環(huán)相

10、近，但是截短型，在環(huán)的一側(cè)底端做成喇叭口 形狀，以增加填料間點接觸的機會。 階梯環(huán)的性能略優(yōu)于鮑爾環(huán)， 與鮑爾環(huán)相比， 生產(chǎn)能力可提高 10%，氣體阻力可降低 5%左右，是短管形填料中較好的一種。在短管形填料中，亦有仍采用拉西環(huán)形狀但引人某些改進的。如 1949 年出現(xiàn)的 壓延孔環(huán)，在金屬薄板上先沖出一些孔（孔的密集度為 160孔/cm2）, 將薄板卷 成半圓筒形。沖孔時保留尖刺，并使尖刺均在外側(cè)，以改善液體潤濕情況。又如 1949年出現(xiàn)的 網(wǎng)環(huán)（ dixon ），用金屬絲網(wǎng)代替實體材料。由于絲網(wǎng)對液體 有毛細管作用， 能把液體鋪展開， 所以網(wǎng)體填料傳質(zhì)性能甚佳。 但網(wǎng)體填料的強 度差。短管形

11、填料一般是亂堆填料，只有 2 英寸以上的大填料才可能是整砌填料。鞍形填料：鞍形填料不同于短管形填料，其特點是不分內(nèi)、外表面，整個填 料表面由各種曲面組成，填料在塔內(nèi)任意方位均可使流體舒暢流過。 1931 年出現(xiàn)的這類填料稱弧鞍形填料， 是因形如馬鞍而得名。 這種填料與拉西環(huán)相比， 填 料表面利用率高，阻力小，但因形狀設(shè)計尚有缺陷，相鄰填料有重疊傾向，填料 層均勻性較差，且填料易碎，故使用不廣。另一種改進型填料是 1950 年出現(xiàn)的 矩鞍形填料，其形狀仍像馬鞍，但做得較厚實，形狀比弧鞍形填料簡單，且注意 到兩個鞍形填料不論以何種方式接觸都不會疊合。 矩鞍形填料亦是當前應(yīng)用較多 的一種填料。這種形

12、狀的填料也有網(wǎng)體的。鞍形填料都是亂堆填料。短管形與鞍形填料的結(jié)合型填料：現(xiàn)在已開發(fā)的這類填料有環(huán)矩鞍與共軛環(huán) 等，其中共軛環(huán)是 1992 年我國自行開發(fā)、試驗成功的。開發(fā)這類填料的出發(fā)點 是想使之具有短管形與鞍形兩大類填料的優(yōu)點。 試驗表明，共軛環(huán)的阻力比階梯 環(huán)低（ 4050） %，比鮑爾環(huán)低（ 5055） %，其傳質(zhì)單元高度比階梯環(huán)的約低 15%，比鮑爾環(huán)的約低 30%，可見，新的結(jié)合型填料的優(yōu)點是明顯的。波紋整砌填料： 這是我國開發(fā)成功并于 1971 年發(fā)表的填料類型。 該填料的基 本件是沖壓出 45 度斜波紋槽的薄板。薄板高度通常為 4060mm。若干板片平行 組合，但相鄰薄板的波紋反

13、向。 當塔截面為圓形， 則波形板片的組合體為圓柱形。 上下相鄰的填料組合體，其薄板方向互呈 90 度交錯。波紋填料的材料有碳鋼、不銹鋼、鋁、陶瓷、玻璃鋼及紙浸樹脂等。薄板厚度： 金屬板一般為 0.5 1mm，陶瓷板為 1 1.5mm，紙浸樹脂及玻璃鋼板則為 0.1 0.2mm。這種填料為氣、 液相提供了一段段帶分支的直通道， 氣流阻力小， 允許操作氣速 較大（如空速可達 2m/s），故處理能力大。由于相鄰兩薄板間波峰接觸點多， 接觸點給液體提供了混合、 再鋪展的條件， 故可促進液體的表面更新， 也促進氣 體湍流程度的增加。此外，這種填料具有較高的比表面積 （a值為 300900m 空隙率 塔內(nèi)

14、單位體積填料層具有的空隙體積， m2/m3. 為一分數(shù)/m值大則氣體通過填料層的阻力小，故 值以高為宜。）.近年來不少工廠采用不銹鋼絲網(wǎng)制作的波紋填料，既保留波紋整砌填料的優(yōu)點， 又改善布液的均勻性。這種填料屬高效填料。2）填料的特性 填料特性有下列幾方面： （ 1） 比表面積 a塔內(nèi)單位體積填料層具有的填料表面積， m2/m3。填料比表 面積的大小是氣液傳質(zhì)比表面積大小的基礎(chǔ)條件。 須說明兩點： 第一，操作中有 部分填料表面不被潤濕， 以致比表面積中只有某個分率的面積才是潤濕面積。 據(jù) 資料介紹，填料真正潤濕的表面積只占全部填料表面積的（ 2050） %。第二， 有的部位填料表面雖然潤濕，

15、但液流不暢， 液體有某種程度的停滯現(xiàn)象。 這種停 滯的液體與氣體接觸時間長，氣液趨于平衡態(tài)，在塔內(nèi)幾乎不構(gòu)成有效傳質(zhì)區(qū)。 為此，須把比表面積與有效的傳質(zhì)比表面積加以區(qū)分。 但比表面積 a 仍不失為重 要的參量。對于亂堆填料，當塔徑D與填料尺寸 d之比大于 8時，因每個填料在塔內(nèi)的方位 是隨機的， 填料層的均勻性較好， 這時填料層可視為各向同性， 填料層的空隙率 就是填料層內(nèi)任一橫截面的空隙截面分率。當氣體以一定流量過填料層時，按塔橫截面積計的氣速 u 稱為“空塔氣速” （簡 稱空速），而氣體在填料層孔隙內(nèi)流動的真正氣速為 u1 。二者關(guān)系為： u1=u/ 。（ 3）塔內(nèi)單位體積具有的填料個數(shù)

16、n根據(jù)計算出的塔徑與填料層高度，再 根據(jù)所選填料的 n 值，即可確定塔內(nèi)需要的填料數(shù)量。一般要求塔徑與填料尺寸之比 D/d8（此比值在 815 之間為宜），以便氣、液 分布均勻。若 D/dL2L1，故與其相應(yīng)的曲線中 L3 曲線的位置最高， L2 的次之， L1 的最低。A點稱之“載點”( loading point )，B 點稱為“泛點”。一般認為正常操作的 空速應(yīng)在載點氣速之上， 在泛點氣速的 0.8 倍之下。 因載點從理論上講是在 “l(fā)g plgu ”圖中當 L 為定值時隨氣速增大由直線轉(zhuǎn)為曲線的轉(zhuǎn)折點， 但載點氣速時的征狀不明顯， 而泛點氣速時的特征明顯， 易于辨認， 故通常由實驗數(shù)據(jù)

17、整理 成計算泛速的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)圖。 根據(jù)經(jīng)驗，一般推薦的操作氣體空速 u 的數(shù)值范圍是：式中 uf 為空塔氣體泛速， m/s uf空塔液泛氣速， m/s； g重力加速度， 9.81m/s 2；埃克特圖 7-4 填料塔泛點及壓降普遍化關(guān)聯(lián)圖2） 泛點與壓降的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)圖橫軸為, 縱軸為（ Eckert ）在 Sherwood 和 Leva 工作的 基礎(chǔ)上提出 的經(jīng)驗泛點 關(guān)聯(lián)圖 7-4 所示。圖中最上面 的三條曲線 為亂堆填料、 整砌填料及 弦柵填料的 泛點關(guān)聯(lián)圖 線。該圖采用 雙對數(shù)坐標。各符號意義如下：填料因子( packing factor ) ,m2/m3；V，L氣、液相密度，kg/ m3,

18、水是水的密度， kg/ m ；GL, G V液相與氣相的質(zhì)量通率， kg/(s m2)； L液相粘度， cP.最初提出的泛點關(guān)聯(lián)圖縱軸數(shù)群中出現(xiàn)“干填料因子”a/ 3，但數(shù)據(jù)歸納規(guī)律性不夠理想，考慮到操作時填料表面有液膜，使用干填料參量a、欠妥，后改用“填料因子” 替代，效果較好。實驗中發(fā)現(xiàn)， 亂堆填料液泛時單位填料層高度的氣體壓降基本上為一恒值， 亦即 Eckert 圖中亂堆填料的泛點線為一等壓降線。由此推測，當操作氣速低于泛速 時，其它等壓降曲線會有與泛點關(guān)聯(lián)圖線相像的曲線形狀。 實驗結(jié)果證實了這一 推測。圖 7-4 中在亂堆填料泛點線以下的系列曲線均為亂堆填料的等壓降線。 使 用這些等壓

19、降線時，縱坐標中的 f 須改為操作氣速 u?，F(xiàn)以亂堆填料為例，說明泛點與壓降關(guān)聯(lián)圖的使用方法。步驟如下：已知空塔操作氣速后，可按下式計算塔徑 D：式中 V氣相體積流量， m3/s操作空塔氣速， m/s3) 填料塔逆流操作時的持液量 填料塔在逆流操作時， 在填料間的空隙中以及在填料表面所積存的液量稱為持液 量( liquid holdup ) m3液/m3塔容積。持液量由兩部分組成： 動持液量： 在填料塔正常操作時突然停止噴淋液體和輸入氣體， 由填料層流出 的液體體積與填料層體積之比。 動持液量的液體能連續(xù)流過填料層， 可不斷地被 上面流下來的液體置換。 靜持液量：當停止噴淋液體和輸入氣體后經(jīng)過

20、一段時間仍然滯留在填料層內(nèi) 的液體體積與填料層體積之比。 靜持液量的液體多數(shù)是不流動的， 只能緩慢地被 新鮮液體置換。填料層中靜持液量的液體因與氣相接觸時間長而趨近平衡，幾乎失去傳質(zhì)效能， 而動持液量液體對傳質(zhì)有效。 持液量大則塔體重量增加， 氣流通道變狹阻力增大， 而且會延長所需由開工至穩(wěn)定操作的時間， 故一般認為持液量以小為宜。 持液量 至今沒有成熟的計算式，只能查到少數(shù)特定填料及物系的持液量經(jīng)驗曲線。724 填料層內(nèi)的氣液傳質(zhì) 1) 氣液傳質(zhì)面積 干填料比表面積為 a，實際操作中潤濕的填料比表面積為 aw，由于只有在潤濕的填料表面才可能發(fā)生氣、液傳質(zhì)，故 aw值具有實際意義。下面介紹計算

21、的恩田( Onda)公式，該公式為：式中 液體表面張力， N/m； C填料上液體鋪展開的最大表面張力， N/m。要求 C。C的值見表 7-3 。表 7-3 不同填料材質(zhì)的 C 值材質(zhì)C103N/m材質(zhì)C103N/m碳56聚乙烯33陶瓷61鋼75玻璃73涂石蠟的表面20聚氯乙烯40GL液體空塔質(zhì)量通率， kg/(s m2) ；L，L液體的粘度， Ns/m2和密度， kg/m3。氣液傳質(zhì)分系數(shù)的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式迄今已有不少氣、 液傳質(zhì)分系數(shù)的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式發(fā)表。 各關(guān)聯(lián)式都是在特定的汽液 體系和填料條件下， 在一定的汽液質(zhì)量通率范圍內(nèi)由實測數(shù)據(jù)整理得到的。 但這 些經(jīng)驗式的使用范圍有相當局限性。氣液傳質(zhì)過程

22、有關(guān)物理量同樣可采用準數(shù)式來關(guān)聯(lián)。有關(guān)的準數(shù)是Sh，Re，Sc及表示流體流動通道幾何特點的準數(shù)(如 adp)等。以準數(shù)形式表達的計算傳質(zhì) 分系數(shù)的圖線、公式具有普遍性。下面介紹計算氣、液傳質(zhì)分系數(shù)的恩田準數(shù)關(guān)聯(lián)式。1) 計算 kL 的關(guān)聯(lián)式 式中 kL液相傳質(zhì)分系數(shù)， kmol/s m2( kmol/m3) ； dp填料的名義尺寸， m。如 1 英寸填料， dp=0.025m； GL液相質(zhì)量流速， kg/(s m2) 。2)計算 kG 的關(guān)聯(lián)式 式中kG氣相傳質(zhì)分系數(shù)， kmol/(sC系數(shù)，對大于 15mm的填料，GV氣相質(zhì)量通率， kg/(s m2)7-4)2 mkPa) ；C=5.23；

23、小于 15mm的填料， C=2.0；天津大學于 1978 年發(fā)表了計算 kL的修正的恩田公式，把原式中的( adp)改為由 實驗測得的 ，并改變公式的常系數(shù)， 使修正后的恩田公式對當前常用的各種填 料的實驗數(shù)據(jù)吻合得更好。修正的恩田公式為7-5)各種填料的 值如表 7-4 所示表 7-4 各種填料的 值（無因次）填料種類拉西環(huán)弧鞍鮑爾環(huán)（米字筋）階梯環(huán)鮑爾環(huán)（井字筋）11.191.361.471.53又， （注意： k 需乘以 aw，而不是 a。）現(xiàn)在有許多實 驗整理得的經(jīng)驗式中把“ kLa”或“ kGa”作為一個整體的物理量處理，這樣做， 既準確，計算也簡便。溫度對吸收操作的影響：若 P不變

24、， t 減小，則 m減小。從平衡關(guān)系來看， t 減 小使吸收推動力增大， 對吸收有利。 溫度改變對傳質(zhì)分系數(shù)的影響同樣可根據(jù)恩 田公式作判斷。當對比的是 t 1與 t 2兩個溫度，壓強不變，則可按該壓強查取在 這兩個溫度下的全部有關(guān)物性數(shù)據(jù)， 算出相應(yīng)的 k 值進行對比。 一般說，溫度降 低液相粘度增大，液相分子擴散系數(shù)減小，則液體傳質(zhì)分系數(shù)減小?？梢?，溫度 降低可增大吸收推動力但減小傳質(zhì)系數(shù)， 故適宜操作溫度應(yīng)權(quán)衡這兩方面利弊確 3）液體精餾的 HETP經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式以填料塔作為精餾操作的設(shè)備亦屬常見。所需的填料層高度 H 為（7-6）式中 HETP相當于一塊理論板的填料層高度，即等板高度， m

25、； NT理論板數(shù)。下面介紹計算 HETP的一個經(jīng)驗公式默奇（ Murch）式（7-7） 式中 G氣相質(zhì)量通率 kg/（h m2） ；D塔徑， m；Z0每段填料（相鄰兩個液相再分布器之間）的高度， m；被分離組分的相對揮發(fā)度；L，L液相的粘度， cP及密度， kg/m3；A，B，C系數(shù)，如下表：表 7-5 Murch 公式的系數(shù)填料種類填料尺寸（ mm）ABC6.41.24102.10-0.371.24拉西環(huán)138.53-0.241.24250.57-0.101.24500.4201.24135.62-0.451.11弧鞍形填料250.76-0.141.116.40.017+0.501.00弧鞍

26、形網(wǎng)100.20+0.251.00130.33+0.201.0040.39+0.250.3060.076+0.500.30壓延孔環(huán)120.45+0.300.30253.06+0.120.30（7-8） 式的適用范圍是：常壓操作。操作氣速為（ 0.25 0.85 ）泛速。塔 徑為 500 800mm，填料層高度為 13m。塔徑與填料尺寸之比大于 8。高回流 比或全回流操作，汽、液摩爾流量近似相等。體系的相對揮發(fā)度 在 34 以 內(nèi)。物系的擴散系數(shù)相差不大。把 Murch 公式用于低回流比時誤差較大 4）軸向混合對傳質(zhì)過程的影響圖 7-5 軸向混合對塔內(nèi)氣液濃度分布曲線的影響在氣體吸收中對氣、液

27、相流過填料層的情況分析 是基于假想的狀態(tài)， 即液相 沿各填料的壁面均勻膜狀 流下，在填料層內(nèi)任一塔截 面上，各處液膜流速相同。 同時，氣相沿填料間的孔隙 均勻向上流動， 在填料層內(nèi) 任一塔截面上各處氣體流 速也相同。 然而，實際操作 中，液相存在溝流現(xiàn)象， 氣 相在同一塔截面上分布亦 不均勻。氣液相流動的不均勻，再加上渦流因素，導致氣液相中部分反主流方向流動即“返混” (back mixing )或“軸向混合”( axial mixing )現(xiàn)象發(fā)生。當上升氣流夾帶部分液體 向上流動時產(chǎn)生液相返混，下降液體夾帶部分氣體向下流動則產(chǎn)生氣相返混。由于返混， 塔內(nèi)氣液濃度隨塔高的變化曲線與假想情況發(fā)

28、生差異。 以逆流吸收為 例，液體在塔頂加入后， 旋即由于填料層內(nèi)液向返混而濃度增大， 氣體進入填料 層后因氣相返混而濃度很快降低。 圖 7-5 中實線是假想的無返混的氣液濃度隨填 料層高度變化的曲線，虛線則是實際有返混的氣液濃度隨填料層高度變化的曲 線?？梢?，返混使傳質(zhì)推動力減小，故應(yīng)設(shè)法減小返混程度。725 填料塔的附屬設(shè)備填料塔的附屬設(shè)備主要有液體噴淋裝置、 除沫裝置、 液體再分布器及填料支承裝 置等。液體噴淋裝置與除沫裝置(1)液體噴淋裝置：填料塔操作要求液體沿同一塔截面均勻分布。為使液流分 布均勻，液體在塔頂?shù)某跏挤植柬毦鶆?。?jīng)驗表明，對塔徑為 0.75m 以上的塔， 每平方米塔橫截面

29、上應(yīng)有 4050 個噴淋點；對塔徑在 0.75m以下的塔，噴淋點 密度集至少應(yīng)為 160 個/m2塔截面。常見的液體噴淋裝置有多孔管式、 槽式及擋板式等， 如圖 7-6 所示。管式布液器 是令液體從總管流進， 分流至各支管， 再從支管底部及側(cè)面的小孔噴出。 這種裝 置要求液體潔凈，以免發(fā)生小孔堵塞， 影響布液的均勻性。槽式分布器不易堵塞， 布液較均勻，但因液體是由分槽的 V 形缺口流出，故對安裝的水平度有一定要求。 擋板式是將管內(nèi)流出的液體經(jīng)檔板反濺灑開的液體噴淋裝置， 其結(jié)構(gòu)簡單， 不會 堵塞，但布液不夠均勻。（2）除沫裝置：氣體從塔頂流出時，總會帶少量液滴出塔。為使氣體夾帶的液 滴能重新返

30、回塔內(nèi)， 一般在塔內(nèi)液體噴淋裝置上方裝置除沫器。 常用的除沫器有 折流板式與填料層式。圖 7-6 液體噴淋裝置圖 7-7 中左圖所示為折流板式除沫器。 氣體流過曲折通道時， 氣流中夾帶的液滴 因慣性附于折流板壁，然后流回塔內(nèi)。圖 7-7 除沫器圖 7-7 中右圖所示的是填料層式除沫器。 當氣流通過填料層時， 氣流中夾帶的液 滴附于填料表面流回塔內(nèi)。過去曾用拉西環(huán)除沫，但其阻力大，效果不理想，現(xiàn) 在一般采用金屬絲網(wǎng)或尼龍絲網(wǎng)填料層，填料層高（ 0.1 0.15）m，壓降小于 25mm2HO，可除去大于 5的液滴，效率達 （98 99）%。2）液體再分布器與填料支承裝置（1）液體再分布器：為使流向

31、塔壁的液體能重 新流回塔中心部位， 一般在液體流過一定高度的 填料層后裝置一個液體再分布器。 液體再分布器 形狀如漏斗，如圖7-8 所示。在液體再分布器側(cè) 壁裝有若干短管，使近塔壁的上升氣流通過短管 與中心氣流匯合，以利氣流沿塔截面均勻分布。通常將整個填料層分為若干段， 段與段間設(shè)置液體再分布器。 如令每段填料層的 高度為 Z，塔徑為 D，對亂堆拉西環(huán)，取。隨著填料性能的改進， 之值可增大，該值一般在 3至 10之間。（ 2）填料支承裝置：填料支承裝置如圖 7-9 所示。結(jié)構(gòu)最簡單的是柵板，由豎 立的扁鋼焊在鋼圈上制成。 為防止在柵板處積液導致液泛， 柵板的自由截面率應(yīng) 大于 50%。此外，效

32、果較好的是具有圓形或條形升氣管的篩板式支承板，液體從 板上篩孔流下， 氣體通過升氣管由管壁的小孔流出， 氣液分布較均勻， 又因在支 承裝置處逆流的氣液相各有通道，可避免因支承裝置而引起的積液現(xiàn)象。圖 7-9 填料支承裝置第三節(jié) 板式塔綜述 7.3.1 板式塔的氣液流動類型對于一塊塔板，氣液間的相對流向有兩種類型： 錯流式 液體沿水平方向橫過塔板，氣體則沿與塔板垂直方向由下而上穿 過板上的孔通過塔板， 氣液呈錯流。 篩板塔、 浮閥塔及泡罩塔等的操作均屬此類 型。這種類型塔的結(jié)構(gòu)特點是具有降液管。 降液管提供了液體從一塊塔板流至其 下一塊塔板的通道。 逆流式 氣液皆沿與水平塔板相垂直的方向穿過板上

33、的孔通過塔板。氣體 由下而上，液體由上而下，氣液呈逆流。淋降篩板塔即屬此類型。此類型塔板沒 有降液管。這兩種類型的塔，就全塔而 言，氣液皆呈逆流。兩種類 型的塔在操作時板上都有積 液，氣體穿過板上小孔后在 液層內(nèi)生成氣泡。板上泡沫 層便是氣液接觸傳質(zhì)的區(qū) 域。圖 7-10 板式塔的類型 732 幾種主要板式塔型簡介根據(jù)塔板型式的重要性與代表性， 以下只擬介紹泡罩塔、 篩板塔、 浮閥塔及淋降 篩板塔四種塔型。1) 泡罩塔泡罩塔是 Cellier 于 1813 年提出的最早工業(yè)規(guī)模應(yīng)用的板式塔型式。泡罩塔的結(jié)構(gòu)及操作情況如圖 7-11 所示。液體通過降液管從一塊塔板流至下一 塊塔板。為使液體在塔板

34、上有一定的積液厚度， 塔板上液體流出口處設(shè)置有溢流 堰。在塔板上鉆有若干規(guī)則排列的圓孔， 每個孔均裝有升氣管， 升氣管上又固定 有泡罩。泡罩下緣開有齒縫。 操作時， 氣體向上流過升氣管后遇到泡罩便轉(zhuǎn)而向 下流動，經(jīng)升氣管外側(cè)與泡罩內(nèi)側(cè)構(gòu)成的通道后在泡罩齒縫處分散成許多小氣泡進入塔板上液層。 氣體以氣泡形式在液相中浮升并與液體進行相際傳質(zhì)。 當氣體躍離液面時液膜破裂，氣體便流至上一層塔板。泡罩塔最大的優(yōu)點是易于操作， 操作彈性大。 當液體流量變化時， 由于塔板上液 層厚度主要由溢流堰高度控制，使塔板上液層厚度變化很小。若氣體流量變化， 泡罩齒縫開啟度會隨氣體流量改變自動調(diào)節(jié)，故氣體通過齒縫的流速

35、變化亦較 小。于是，塔板操作平穩(wěn)， 氣液接觸狀況不因氣液負荷變化而顯著改變， 換言之， 維持較高傳質(zhì)效率的氣液負荷變化范圍很大。泡罩塔的弱點是結(jié)構(gòu)復雜， 造價高， 氣體通過每層塔板的壓降大等。 由于泡罩塔 的這些弱點， 使之在與當今多種優(yōu)良塔板型式的比較中處于劣勢， 所以現(xiàn)在泡罩 塔的應(yīng)用已較少了。2） 篩板塔篩板塔約于 1832 年開始用于工業(yè)生產(chǎn)。篩板塔與泡罩塔的相同點是， 都有降液管， 塔板上都鉆有若干小圓孔， 但篩板塔 沒有升氣管及泡罩。篩板塔操作時液體橫過塔板，氣體則自板上小孔（篩孔）鼓 泡進入板上液層。 當氣速過低時篩孔會漏液； 若氣速過高， 氣體會通過篩孔后排 開板上液體徑自向上

36、方?jīng)_出， 造成過量液沫夾帶即嚴重軸向混合。 所以，篩板塔 長期以來被認為操作困難、 操作彈性小而受到冷遇。 然而， 篩板塔具有結(jié)構(gòu)簡單 的明顯優(yōu)點。針對篩板塔操作中存在的問題， 美國 Celanese 公司于 1949 年對篩板塔進行了大 量研究。其中 Mayfield 等人的研究結(jié)論表明，過去由于對篩板塔操作性能掌握 得不充分，設(shè)計不佳，致使篩板塔不易穩(wěn)定操作，只要篩板塔設(shè)計合理，操作得 當，篩板塔不僅可穩(wěn)定操作，而且操作彈性可達 23，能滿足生產(chǎn)要求。在對 篩板塔作出改進后， 自廿世紀五十年代至今， 篩板塔一直是世界各國廣泛應(yīng)用的 塔型。生產(chǎn)實踐說明，篩板塔比起泡罩塔，生產(chǎn)能力可增大 10

37、%15%，板效率 約提高 15%，單板壓降可降低 30%左右，造價可降低 20%50%。3）浮閥塔圖 7-12 浮閥（ F1 型）浮閥塔是廿世紀五十年代初開發(fā)的一種新塔 型。其特點是在篩板塔基礎(chǔ)上，在每個篩孔處 安置一個可上下移動的閥片。 當篩孔氣速高時， 閥片被頂起、上升，孔速低時，閥片因自重而 下降。閥片升降位置隨氣流量大小作自動調(diào)節(jié)， 從而使進入液層的氣速基本穩(wěn)定。又因氣體在 閥片下測水平方向進入液層，既減少液沫夾帶 量，又延長氣液接觸時間，故收到很好的傳質(zhì) 效果。浮閥的形狀如圖 7-12 所示。浮閥有三條帶鉤的腿。將浮閥放進篩孔后，將其腿上的鉤扳轉(zhuǎn) ，可防止操作時氣速過大將 浮閥吹脫。

38、此外，浮閥邊沿沖壓出三塊向下微彎的“腳”。當篩孔氣速降低浮閥 降至塔板時，靠這三只“腳”使閥片與塔板間保持 2.5mm左右的間隙；在浮閥再 次升起時，浮閥不會被粘住，可平穩(wěn)上升。浮閥塔的生產(chǎn)能力比泡罩塔約大 20%40%，操作彈性可達 7 9，板效率比泡罩 塔約高 15%，制造費用為泡罩塔的 60%80%，為篩板塔的 120%130%。圖 7-13 浮閥（ a）V-4 型，（ b）T型浮閥一般都用不銹鋼制成。國內(nèi)常用的浮閥有三種， 即圖 7-12 所示的 F1型及圖 7-13 所示的 V-4 型與 T型。 V-4 型的特點是閥孔被沖壓成向下彎的噴咀形， 氣體通過閥孔時因流道形狀漸變 可減小阻力

39、。 T 型閥則借助固定于塔板的支架限制閥片移動范圍。三類浮閥中， F1型浮閥最簡單，該類型浮閥已被廣泛使用。 我國已有部頒標準 （JB111868）。 F1型閥又分重閥與輕閥兩種，重閥用厚度 2mm的鋼板沖成，閥質(zhì)量約 33 克，輕 閥用厚度 1.5mm的鋼板沖成，質(zhì)量約 25 克。閥重則閥的慣性大， 操作穩(wěn)定性好， 但氣體阻力大。 一般采用重罰。 只有要求壓降很小的場合， 如真空精餾時才使用 輕閥。表 7-6 是這三種浮閥主要尺寸一覽表。表 7-6 三種常用浮閥的主要尺寸型主要尺寸閥F1型（重閥）V-4 型T型篩孔直徑， mm393939閥片直徑， mm484850閥片厚度， mm21.52

40、最大開度， mm8.58.58靜止開度， mm2.52.51.0 2.0閥片質(zhì)量， g3234252630324）淋降篩板塔淋降篩板塔即沒有降液管的篩板塔， 又稱無溢流型篩板塔。 該塔內(nèi)任一塊塔板上氣液均為逆流，氣液都穿過篩孔，故又稱為穿流式篩板塔。這種塔型約在 1912年出現(xiàn)在煉油工業(yè)中。 其基本設(shè)想是采用比篩板塔更簡單的結(jié)構(gòu)， 造價更低。 因其節(jié)省降液管占據(jù)的塔截面積（約占塔板面積的 15% 30%），從而使生產(chǎn)能力提高。據(jù)生產(chǎn)資料表明，淋降篩板塔的生產(chǎn)能力比泡罩塔大 20 100%，壓降比泡罩塔小 4080%，特別適用于真空操作。這種塔在操作時， 液體時而從某些篩孔漏下， 時而又從另一些

41、篩孔漏下； 氣體情 況亦類似。塔板上液層厚度對氣液流量變化甚敏感。當氣體流量小時漏液嚴重， 板上液層?。粴怏w流量大時則板上液層厚，液沫夾帶嚴重，故操作彈性較小。淋降篩板塔的板材一般為金屬， 亦可用塑料、 石墨或陶瓷等。 塔板上可開圓的篩 孔或條形孔， 亦可采用柵板作為塔板。 塔板為柵板時稱為淋降柵板。 為便于傳熱， 柵板亦可由平行的換熱管構(gòu)成。淋降篩板塔因其操作彈性小現(xiàn)已很少使用。通常使用的是其改進型的波紋板塔 除以上介紹的四種塔型外， 還有許多其它塔型， 在此不一一介紹。 在各種塔型中， 當前應(yīng)用最廣的是篩板塔與浮閥塔。表 7-7 所示的是 1969 年對某些國家使用塔 型情況的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。表

42、 7-7 幾種塔型的使用比例 %塔型歐美國家日本篩板塔6025浮閥塔203050泡罩塔及其它102025第四節(jié) 7 4 1 篩板塔的結(jié)構(gòu)篩板塔1）篩板塔的主要部件（ 1）篩板：開有篩孔的板叫篩板。篩孔起均勻分散氣體的作用。若孔徑小，要 求單位面積的孔數(shù)多，則加工麻煩且小孔易堵，但孔小不易漏液，操作彈性大； 孔徑大則反之。一般孔徑為 38mm。現(xiàn)在也有采用孔徑為 1225mm大篩孔的篩板，但操作彈性小， 操作要求高。篩孔的排列是有規(guī)則的，以便氣泡分布均 勻，塔板強度好。通常篩孔是按正三角形方 式排列的。如圖 7-14 所示。在開孔區(qū)，篩孔總面積與開孔區(qū)面積之比稱為開孔率 。 值可按一個小單元計算

43、得。 參看圖 7-14 ， 令孔徑為 d0，孔心距為 t ，則7-8)若 值過小，開孔過密，塔板強度下降，且氣泡容易經(jīng)碰撞生成大氣泡，傳質(zhì) 面積減小，對傳質(zhì)不利。若 值過大，板上產(chǎn)生氣泡的點分布太疏，塔板利用 率過低，亦不適宜。一般采用=2.5 5，常用值是 34。（2）溢流堰：在液體橫向流過塔板的末端，設(shè)有溢流堰。溢流堰是一塊直條形 板。溢流堰高 hw 對板上積液的高度起控制作用。 hw 值大，則板上液層厚，氣液 接觸時間長，對傳質(zhì)有利，但氣體通過塔板的壓降亦大。 常壓操作時，一般 hw= 20 50mm。真空操作時為 1020mm，加壓操作時為 40 80mm。（3）降液管：降液管是液體自

44、上一層塔板流至其下一層塔板的通道。降液管橫 截面有弓形與圓形兩種。因塔體多數(shù)是圓筒體， 弓形降液管可充分利用塔內(nèi)空間， 使降液管在可能條件下截面積最大，通液能力最強，故被普遍采用。降液管下邊緣在操作時必須浸沒在液層內(nèi)， 以保證液封， 即不允許氣體通過降液 管“短路” 流至上一層塔板的液層上方空間。 降液管下緣與下一塊塔板的距離稱 為降液管底隙高度 h0，h0為 2025mm。若 h0 值過小則液體流過降液管底隙阻力 太大。為保證液封，要求（ hw- h 0）大于 6mm。篩板塔的結(jié)構(gòu)如圖 7-15 所示。2）篩板的板面布置參看圖 7-15 ，篩板的板面可劃分為若干區(qū)域。各區(qū)的名稱、作用及面積算

45、法如 下。（ 1）有效傳質(zhì)區(qū)：塔板上布置有篩孔的區(qū)域，稱有效傳質(zhì)區(qū)，面積為Aa，即圖7-15 右圖中虛線以內(nèi)的部份。有效傳質(zhì)區(qū)面積的計算式為（ 7-9 ）式中角度 以弳為單位（2）降液區(qū)：每根降液管所占用的塔板區(qū)域，稱降液區(qū)，面積為Af 。降液區(qū)內(nèi)不開孔。弓形降液管的降液區(qū)面積 Af可通過幾何計算求得。 若溢流堰長為 l w，塔內(nèi)徑為 D，塔的橫截面積為 AT，則由。計算結(jié)果示于圖 7-16 中。應(yīng)用時只需查圖線即可。圖7-16 還繪有由 值查取弓形降液管最大寬度 Wd與塔徑 D之比的 曲線供查用。若降液區(qū)增大，即 值增大，則有效傳質(zhì)區(qū)占全塔截面的比值減小。一個合理的設(shè)計方案，應(yīng)兼顧有效傳質(zhì)區(qū)

46、與降液區(qū)兩方面的需要。一般=0.6 0.8 。圖 7-16 弓形降液管的幾何關(guān)系（3）入口 安定 區(qū)：塔板上液流的 上游部位有狹長的不開孔區(qū)，叫 入口安定區(qū)，其寬度為 Ws。此區(qū) 域不開孔是為了防止因這部位液 層較厚而造成傾向性漏液，同時 也防止氣泡竄入降液管。一般 Ws=50 100mm。（4）出口安定區(qū)：在塔板上液流 的下游靠近溢流堰部位也有狹長 的不開孔區(qū)，叫出口安定區(qū)，其 寬度與入口安定區(qū)相同， 亦為 Ws。 這部分不開孔是為了減小因流進 降液管的液體中含氣泡太多而增 加液相在降液管內(nèi)排氣的困難。（5）邊緣固定區(qū)：在塔板邊緣有 寬度為 Wc 的區(qū)域不開孔，這部分 用于塔板固定。一般 W

47、c=25 50mm。3）塔板上的液流型式 以上介紹的塔板上液體流動的型式稱為“單流型”，也是最常見的流型。若液體流量及塔徑都比較大，采用“單流型”塔扳會在塔板上形成較大的液面落差（水力坡度） 。塔板上液面高度的差異導致板上氣體分布不均勻， 對傳質(zhì)產(chǎn)生不良 影響。為了減小塔板的液面落差，可采用“雙流型“塔板?！半p流型”塔板是采 取中間安裝降液管與兩側(cè)安裝雙降液管的兩種塔板相間裝置方式， 令液體在塔板 上只流過半程距離，而且每側(cè)液體流量只占總流量之半，從 而使液面落差大為減小。若液體流 量很小，采用“單流型”塔板，越 過單位長度溢流堰的液體流量不 足，易發(fā)生液體偏流，導致塔板上 液流分布不勻，可采

48、用“ U 形流型 “塔板。該型塔板的降液管置于一 邊，液相呈 U 字形流過塔板，溢流 堰長度減小。三種液流型的液流方 式示于圖 7-17 。推薦的液體負荷、 塔徑與液流型式的選擇關(guān)系示于 表 7-8 。表 7-8 液相負荷、塔徑與液流型式的關(guān)系塔徑 D， mm液體流量 Lh，m3/hU形流單溢流雙溢流10007 以下45以下14009 以下70以下200011 以下90以下90160300011 以下110 以下110200400011 以下110 以下110230500011 以下110 以下1102504） 板間距相鄰兩層塔板間的距離叫板間距 HT。板間距的大小關(guān)系到正常操作氣液流量的高

49、限值，也和塔高度相關(guān)。若板間距取得大，允許的氣液流量也大，但對一定塔板 數(shù)而言， 需要的塔體亦高。 氣液流量大意味著生產(chǎn)能力大， 而塔的高度大意味著 設(shè)備投資大，設(shè)計時應(yīng)從這兩方面權(quán)衡比較后確定板間距。 一般可按表 7-9 所示 的經(jīng)驗值選取板間距的初值。表 7-9 板間距參考值（單流型）塔徑 D，m0.6 1.01.2 1.61.8 2.4板間距 HT，mm300600350800450800注：當 HT500mm，HT按 50mm幅度變化； HT 500mm，按 100mm幅度變化。 本章只介紹“單流型”塔的計算方法。其它流型塔的計算可參看有關(guān)書籍。 7 4 2 篩板塔正常操作的氣液流量范

50、圍 以下計算式中氣體流速 u 因不同核算面積有 a、o、n 三種不同下標， 應(yīng)注意區(qū)分1）液相流量下限 液體流過塔板存在著液流分布不均勻的問題。 由于塔壁是圓柱面， 更增加液流的 不均勻性。經(jīng)驗表明，在液流量小時， 平溢流堰安裝的微小偏差便會引起越過溢 流堰頂液體的偏流， 堰頂液體偏流必導致塔板上液體的偏流。 在液流嚴重不均勻 時，靠壁處液體甚至會倒流而產(chǎn)生漩渦， 其余區(qū)域的液流則加速。 對于流得快的 液體，氣液接觸時間短，傳質(zhì)不充分；對于流得慢甚至產(chǎn)生漩渦的液體，因氣液 接觸時間長，液體濃度趨近于氣液平衡，傳質(zhì)速率低，故液流量小對操作不利。 但當液流量增大到一定程度后， 液體越過溢流堰頂偏流

51、現(xiàn)象減弱， 液體在塔頂上 的漩渦消除，液流不均勻性明顯改善， 故正常操作的液流量有下限值。 一般要求， 平溢流堰頂上的液層厚度 how須大于 6mm。計算 how的半經(jīng)驗公式為（7-10 ） 式中 Lh液相體積流量， m3/h ；E考慮到圓筒塔壁的液流收縮系數(shù)，其值可由圖 7-18 查得 頂部呈鋸齒形的溢流堰，適用小液流量操作。其 how計算法可參看氣液傳質(zhì)設(shè) 備。2）液相流量上限液體離開塔板進入降液管時總夾帶有氣泡。 這些本應(yīng)進入該塔上方空間的氣體被 液體夾帶到該板下方空間， 形成氣相返混，削弱傳質(zhì)效果。 為減輕氣相夾帶程度， 要求液體在降液管內(nèi)流動時能排除氣體， 為此，液體在降液管內(nèi)應(yīng)有充

52、分的停留 時間。一般規(guī)定，液體在降液管內(nèi)的停留時間 須滿足下述關(guān)系式：7-11)式中 L s液相體積流量， m3/s 。值應(yīng)根據(jù)不同液體的性質(zhì)在 3 至 5 秒內(nèi)定值。3）漏液限 正常操作時， 液體應(yīng)橫貫塔板， 在與氣體進行充分接觸傳質(zhì)后流入降液管。 但有 少量液體會由篩孔漏下。這少量漏下的液體如同“短路”，傳質(zhì)不充分，故操作 中應(yīng)盡可能減少漏液。 當液體流量一定， 氣體流量降到一定程度時漏液量會明顯 增多。一般將漏液量明顯增多時的空塔氣速稱為在該液體流量下的漏液點空速 ua，w，由于人們對漏液點判別的定量指標不同，所以不同研究者提出的計算漏液 點的經(jīng)驗式亦不同。漏液現(xiàn)象分為兩種類型， 一種叫

53、傾向性漏液， 一種叫隨機性漏液。 傾向性漏液指 液體剛流進塔板時因液層最厚， 該部位的篩孔在操作中產(chǎn)生的漏液現(xiàn)象。 塔板上 安排不開孔的入口安定區(qū)或把塔板沖壓成局部突起的形狀， 以減小液體剛進入塔 板時的液層厚度， 都是為了避免傾向性漏液。 隨機性漏液指操作中時而某些篩孔 漏液，時而另一些篩孔漏液， 即漏液區(qū)域帶有不定性的漏液現(xiàn)象。 產(chǎn)生隨機性漏 液的原因是對于某一液體流量， 氣體空速偏低； 其表現(xiàn)特點是漏液位置與液面波 動密切相關(guān)。在液面波峰處，液層厚，液體位能大，波峰下面的篩孔漏液；在液 面波谷處，液層薄，氣體集中由波谷下面的篩孔通過。由于液面起伏的隨機性， 導致漏液的隨機性。 因傾向性漏

54、液的消除或減弱涉及塔板結(jié)構(gòu)， 在塔板結(jié)構(gòu)改進 后可不考慮此因素，故一般對漏液問題的討論只集中在隨機性漏液問題上。隨機性漏液同氣體通過篩板的阻力 （干板阻力） 與通過塔板上液層的阻力之比值 有關(guān)。氣體通過各篩孔及液層屬并聯(lián)流動。 若干板阻力在總阻力 （干板阻力與液 層阻力之和） 中所占比例增加， 液面波動因素對氣體分布不勻的影響就減小， 漏 液可減輕。這說明，研究漏液問題應(yīng)同干板阻力及液層阻力相聯(lián)系。戴維斯（Davies ）等對漏液點問題進行研究并提出了漏液點操作狀況下干板阻力 與液層阻力的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)圖線，如圖 7-19 所示。圖中 hd與 hc的計算式如下：7-12)式中 hd 干板阻力， mH

55、2O；u0， w漏液點時的篩孔氣速， m/s； C0干板孔流系數(shù)，無因次。 C0 值可由圖 7-20 查得。圖中 為 塔板厚， d0為篩孔孔徑， 單位都是 mm。開孔率可按（7-8 ）式計算， 或按塔板上所有篩孔的總面積除以有效傳質(zhì)區(qū)面積（ AT 2Af）算 得。hc是漏液點時塔板上泡沫層厚度按等壓降原則折算的清液層厚度，其經(jīng)驗計算式為7-13)式中 Fa氣相動能因子，ua，w是以面積（ AT2Af ）計的漏液點空塔氣速， m/s； Ls液相體積流量， m3/s 。4）溢流液泛限 當降液管排液能力不足， 液體仍不斷加入， 降液管內(nèi)液位上升至上層塔板溢流堰 頂，影響上層塔板的排液，導致塔板上積液

56、增加直至淹塔，這現(xiàn)象稱為液泛。發(fā) 生液泛時氣體通過塔板的壓降急劇上升， 出塔氣體大量帶液， 正常操作受到破壞。 可見正常操作的塔設(shè)備不允許發(fā)生液泛。液泛產(chǎn)生的原因有：氣流量或液流量過大。氣體中夾帶過量的液體， 增 加降液管的排液負荷。某塊塔板的降液管下端堵 塞，造成該塔板以上塔段液泛。由堵塞引起的液泛可通過塔的 清洗及進塔液體予以解決。由 過量液沫夾帶引起的液泛可通 過下面將介紹的把液沫夾帶量 控制在允許范圍內(nèi)的方法予以 避免。以下只討論由于氣液流量過大導致的液泛即溢流液泛問題 參看圖 7-21 。降液管內(nèi)清液（不含氣泡）高度 Hd可按下式算得：（ 7-14 ）式中 Hf 氣體通過一層塔板的壓

57、降折算成的清液高度（即通過一塊 塔板的阻力）， m；Hf 液體流過降液管進入塔板的阻力， m。其中，7-15)7-16)氣體通過一塊塔板的阻力 Hf 是干板阻力 hd、塔板上液層阻力 h1與在液相中生成 氣泡所需克服液體表面張力的阻力 h三項之和。因 h比其它兩相阻力小得多， 可略去不計，故式中 u0篩孔氣速， m/s；C0塔板的干板孔流系數(shù)，可由圖 7-20 查得h1是塔板上泡沫層高度按等壓降原 則折算得的清液層高度， 塔板上泡沫 層高度可按 hW+h0W計，二者關(guān)系為（7-17）式中 液層充氣系數(shù)， 無因此， 可由圖 7-22 查得。液相流過降液管進入塔板的阻力7-18)Hf 主要取決于液

58、相在降液官底隙的 流動阻力，其經(jīng)驗計算式為值一般為 0.07 0.25m/s 篩板塔因塔板上沒有阻礙液流的阻礙物，液面落差 值很小，故 可略去不計。 若液流量較大且塔徑甚大，塔板上有明顯的水力坡度時，一般采用“雙流型”塔 板， 值也可不計。對于具體的篩板塔和一定的氣液物系， 相應(yīng)于一組氣、液流量 （L s，Vs） i ，由（7-14 ） 式可算得相應(yīng)的降液管內(nèi)清液高 Hd 值。降液管內(nèi)液相中含有氣泡，令泡沫密度 與清液密度之比為相對泡沫密度 ，則降液管內(nèi)含氣泡的液位高度 H 為（7-19 ）對于一般物系， 值可取 0.5 ，對于不易起泡物系， 值約為 0.6 0.7 ，對于易 起泡物系， 可取

59、值 0.3 0.4 。當降液管內(nèi)液位高度 H 小于板間距與溢流堰高之和 （HT+hw）時，降液管內(nèi)液位的 上下移動使塔對氣液負荷變化具有自動調(diào)節(jié)功能。 當 H=HT+hw+how時，降液管內(nèi)液 面與上一層塔板下游液面齊平， 這時，似乎降液管的排液能力恰好滿足排液的需 要，但若氣相或液相流量再有微小的增量， 必引起降液管內(nèi)液位上升， 導致上一 塊塔板液層再增厚，其結(jié)果又使氣相通過塔板的阻力 Hf 增大，使降液管內(nèi)液位 再上升。如此相互影響，形成惡性循環(huán)，最后必導致液泛。所以， H=HT+hw+how 是從溢流液泛角度計算氣、液流量上限的關(guān)聯(lián)式。因 how值遠小于（ HT+hw），一般 規(guī)定溢流液

60、泛限的關(guān)聯(lián)式為7-20)5）過量液沫夾帶限 氣泡通過板上液層到達液面時， 氣泡破裂， 氣體向上沖出。 氣體沖出時總會把部 分拉成薄膜的液體向上拋起。 被拋起的液體呈大小不一液滴狀。 液滴在上升過程 中經(jīng)相互碰撞， 滴徑還會增大。 其中較大的液滴上升到一定高度， 在尚未到達上 一層塔板前會沉降下來。 較小的液滴則隨向上流動的氣體被帶至上一塊塔板。 上 升氣流把液滴夾帶到上一塊塔板的現(xiàn)象叫液沫夾帶。液沫夾帶有三點不利影響：形成液體 返混，削弱傳 質(zhì)效果。增大降液 管負荷，增加 塔板上液層厚 度，從而使氣 相通過塔板的 阻力增大。液 沫夾帶嚴重時 會造成過量液 沫夾帶液泛。出塔氣體 帶液，可能對 下