《化工原理》第10章 气夜传质设备
化工原理第十章 气液传质设备
对于生产能力（塔径）大，或分离要求较高，压降有限制的塔， 选用孔板波纹填料较宜，如苯乙烯—乙苯精馏塔、润滑油减压塔等。
对于一些要求持液量较高的吸收体系中，一般用乱堆填料。乱堆填料 中，综合技术性能较优越是金属鞍环、阶梯环、其次是鲍尔环，再次 是矩鞍填料。
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2、 液体分布器 （1）管式喷淋器
2024/3/27
BA
BA
A－ A
(a)
(c)
B－ B
(d)
(b)
图10－6 管式喷淋器
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（2）莲蓬式喷淋器 （3）盘式喷淋器
4． 堆积密度
5． 干填料因子及填料因子
6． 机械强度及化学稳定性
此外，性能优良的填料还必须满足制造容易、造价低廉等多方面的 要求。
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常用的填料可分为两大类：个体填料与规整填料。个体填料由实心
的固体块、中空的环形填料、表面开口的鞍形填料等，其常用的构造 材料包括陶瓷、金属、塑料（聚丙烯、聚氯乙烯等）、玻璃、石墨。 陶瓷填料耐腐蚀，但易碎，空隙率小；金属填料比表面积及空隙率大， 通量大，效率高，但不锈钢价贵，普通钢易腐蚀；塑料填料比表面积 大，空隙率较高，但不耐高温。工业上常用的一些个体填料如下。
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2
二、填料
填料式填充于填料塔中的材料，它是填料塔的主要内构件，其作用 是增加气、液两相的接触面积，并提高液体的湍动程度以利于传质、 传热的进行。因此填料应能使气、液接触面积大、传质系数高，同时 通量大而阻力小。表征填料特性的主要参数有：
西北大学化工原理 第十章第一节 气液传质设备-板式塔
工作录像
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五、板式塔的不正常操作现象
1. 夹带液泛
液沫夹带使塔板上液层厚度增加，相当于板间距的减小， 因此夹带量将进一步增加，这样可能会产生恶性循环破坏塔的 正常操作。 夹带液泛经常因气速过高引起，塔板上开始出现恶性循环 工作录像 的气速成为液泛气速。
2. 溢流液泛
因降液管通过液体能力限制而引起的液泛称为溢流液泛。 通常是由于液量过大引起。 工作录像
① 结构：
动画演示
② 特点与应用：
工作录像1 工作录像2
弹性大、操作稳定可靠；但结构复杂，成本高，压降大。
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2. 浮阀塔
① 结构：
动画演示 工作录像
② 特点与应用： 结构上较泡罩简单，操作 弹性大，可有效防止漏液，生 产能力大。
动画演示
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3. 筛板塔
① 结构： 由筛孔、溢流堰和降 液管等主要部分组成。 制作：wang 单位：西北大学 盗版投诉邮箱： iquygnaw@
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八、塔板类型
评价塔设备性能的指标
① 生产能力大 即：单位塔截面能处理的气液负荷高； ② 塔板效率高 ③ 板压降低，两相流动阻力小 ④ 操作弹性大 即：上、下操作极限通过的气量之比大； ⑤ 满足工业对生产设备的一般要求 结构简单、造价低、安装维修方便等。
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1. 泡罩塔板
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2. 塔板负荷性能图
由五条线组成，分别为： １——过量液沫夹带线 ２——(溢流)液泛线 ３——液相上限线 ４——漏液线 ５——液相下限线 操作液气比下两相流量的关系
A B C
OLeabharlann 塔板负荷性能图① OA线(低L/V)：塔的生产能力由1线控制； ② OB线(中L/V)：塔的生产能力由2线控制； ③ OC线(高L/V)：塔的生产能力由3线控制；
化工原理汽液传质设备考试题目
单项选择题 (每题2分,共30题) 成绩查询第十章气液传质设备1. 填料吸收塔空塔的速度应_______液泛速度。
A：大于B：小于C：等于D：-2. 对吸收操作影响较大的填料特性是_______。
A：比表面积和空隙率B：机械强度C：对气体阻力要小D：几何尺寸3. 选择吸收设备时，综合考虑吸收率大，阻力小，稳定性好，结构简单，造价小，一般应选_______。
A：填料吸收塔B：板式吸收塔C：喷淋吸收塔D：其他传质设备4. 气液两相在塔板上有四种接触状态，从减小雾沫夹带考虑，大多数塔操作控制在_______下操作。
A：鼓泡接触状态B：蜂窝接触状态C：泡沫接触状态D：喷射接触状态5. 筛板塔、泡罩塔、浮阀塔相比较，操作弹性最大的是_______。
A：筛板塔B：浮阀塔C：泡罩塔D：基本相当6. 筛板塔、泡罩塔、浮阀塔相比较，造价最便宜的是_______。
A：筛板塔B：浮阀塔C：泡罩塔D：基本相当7. 筛板塔、泡罩塔、浮阀塔相比较，单板压力降最小的是_______。
A：筛板塔B：浮阀塔C：泡罩塔D：基本相当8. 板式塔塔板的漏液与_______无关。
A：空塔气速B：液体流量C：板间距D：板上液面落差塔9. _______对板式塔塔板的液沫夹带量影响不大。
A：板上液面落差塔B：空塔气速C：液体流量D：板间距10. 板式塔塔板的液泛与下列因素有关：①空塔气速；②液体流量；③溢流堰的堰高；④板间距A：①、②对B：②、③对C：①、②、③对D：①、②、③、④对11. 下述说法中错误的是_______。
A：板式塔内气液逐级接触，填料塔内气液连续接触；B：精馏用板式塔，吸收用填料塔；C：精馏既可以用板式塔，也可以用填料塔；D：吸收既可以用板式塔，也可以用填料塔。
12. 指出下列_______参数不属于筛板精馏塔的塔板参数。
A：HT（板间距）B：Af（降液管面积）C：u0（孔速）D：hw（堰高）13. 下列判断不正确的是_______。
化工原理-气体传质设备
液体/kg 干气体 夹带量通常 eG<0.1kg 液体
有溢流塔板
浙江大学本科生课程 化工原理
第十章 气液传质设备
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§10.1 板式塔 3. 液泛（淹塔）
不良后果：塔压力降急剧增大、板效急剧减小、 不良后果 ：塔压力降急剧增大、板效急剧减小、 是不正常操作现象之一 产生原因： 产生原因： (1)气体流量过大，产生了过量的液沫夹带， 气体流量过大， 气体流量过大 产生了过量的液沫夹带， (2)液体负荷过大，降液管的截面积不够， 液体负荷过大， 液体负荷过大 降液管的截面积不够，
板式塔 塔设备 填料塔
用率高、 无溢流塔板：结构简单 、压降小、塔板面积利 用率高、 无溢流塔板： 压降小、 弹性小、 弹性小、效率低 有溢流塔板： 气液两相在设备中要有良好的接触： 有溢流塔板： 气液两相在设备中要有良好的接触： 无溢流塔板 接触充分，接触面大， 接触充分，接触面大，相界面不断更新
Z = N e ⋅ HT
′ 全塔效率估算用 O′connell 关联图
H T 与塔径之间的关系如表 1 所示 ： 所示：
表1 塔径 D(m) 板间距 HT(mm)
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板间距参考数值 0.6～ 1.0 ～ 250～ 400 ～ 1.0～ 2.0 ～ 250～ 600 ～ 2.0～ 4.0 ～ 300～ 600 ～ 4.0～ 6.0 ～ 400～ 800 ～
有溢流塔板
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第十章 气液传质设备
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§10.1 板式塔 4、塔板上的液面落差
产生原因： 产生原因：液体在塔板上横向流动时要克服流动阻力 摩擦阻力、形体阻力） （摩擦阻力、形体阻力） 。 不良后果： 不良后果：液面落差会导致气流分布不均
福州大学化工原理教案气液传质设备
10 气液传质设备10.1 板式塔10.1.1 概述板式塔是一种应用极为广泛的气液传质设备，它由一个通常呈圆柱形的壳体及其中按一定间距水平设置的若干塔板所组成。
如图10-1所示，板式塔正常工作时，液体在重力作用下自上而下通过各层塔板后由塔底排出；气体在压差推动下，经均布在塔板上的开孔由下而上穿过各层塔板后由塔顶排出，在每块塔板上皆贮有一定的液体，气体穿过板上液层时，两相接触进行传质。
为有效地实现气液两相之间的传质，板式塔应具有以下两方面的功能：①在每块塔板上气液两相必须保持密切而充分的接触，为传质过程提供足够大而且不断更新的相际接触表面，减小传质阻力；②在塔内应尽量使气液两相呈逆流流动，以提供最大的传质推动力。
由吸收章可知，当气液两相进、出塔设备的浓度一定时，两相逆流接触时的平均传质推动力最大。
在板式塔内，各块塔板正是按两相逆流的原则组合起来的。
但是，在每块塔板上，由于气液两相的剧烈搅动，是不可能达到充分的逆流流动的。
为获得尽可能大的传质推动力，目前在塔板设计中只能采用错流流动的方式，即液体横向流过塔板，而气体垂直穿过液层。
由此可见，除保证气液两相在塔板上有充分的接触之外，板式塔的设计意图是，在塔内造成一个对传质过程最有利的理想流动条件，即在总体上使两相呈逆流流动，而在每一块塔板上两相呈均匀的错流接触。
10.1.2 筛板上的气液接触状态塔板上气液两相的接触状态是决定板上两相流流体力学及传质和传热规律的重要因素。
如图片3-8所示，当液体流量一定时，随着气速的增加，可以出现四种不同的接触状态。
（1）鼓泡接触状态当气速较低时，气体以鼓泡形式通过液层。
由于气泡的数量不多，形成的气液混合物基本上以液体为主，气液两相接触的表面积不大，传质效率很低。
（2）蜂窝状接触状态随着气速的增加，气泡的数量不断增加。
当气泡的形成速度大于气泡的浮升速度时，气泡在液层中累积。
气泡之间相互碰撞，形成各种多面体的大气泡，板上为以气体为主的气液混合物。
陈敏恒《化工原理》(第3版)(下册)章节题库-气液传质设备(圣才出品)
第10章气液传质设备一、选择题1．以下参数中，属于板式塔结构参数的是（）；属于操作参数的是（）。
A．板间距B．孔数C．孔速D．板上清液层高度【答案】AB；CD2．设计筛板塔时，若改变某一结构参数，会引起负荷性能图的变化。
下面叙述中正确的一组是（）。
A．板间距降低，使雾沫夹带线上移B．板间距降低，使液泛线下移C．塔径增大，使液泛线下移D．降液管面积增加，使雾沫夹带线下移【答案】D3．塔板上设置入口安定区的目的是（），设置出口安定区的目的是（）。
A．防止气体进入降液管B．避免严重的液沫夹带C．防止越堰液体的气体夹带量过大D．避免板上液流不均匀【答案】A；C4．填料的静持液量与（）有关，动持液量与（）有关。
A．填料特性B．液体特性C．气相负荷D．液相负荷【答案】AB；ABCD5．用填料吸收塔分离某气体混合物，以下说法正确的是（）。
A．气液两相流动参数相同，填料因子增大，液泛气速减小B．气液两相流动参数相同，填料因子减小，液泛气速减小C．填料因子相同，气液两相流动参数增大，液泛气速减小D．填料因子相同，气液两相流动参数减小，液泛气速减小【答案】AC6．以下说法正确的是（）。
A．等板高度是指分离效果相当于1m填料的塔板数B．填料塔操作时出现液泛对传质无影响C．填料层内气体的流动一般处于层流状态D．液泛条件下单位高度填料层的压降只取决于填料种类和物系性质二、填空题1．在传质设备中，塔板上的气液两相之间可能的接触状态有：______、______和______。
板式塔操作的转相点是指______。
【答案】鼓泡；泡沫；喷射；由泡沫状态转为喷射状态的临界点2．在设计或研制新型气液传质设备时，要求设备具有______ 、______、______。
【答案】传质效率高；生产能力大；操作弹性宽；塔板压降小；结构简单（以上答案中任选三个）3．对逆流操作的填料塔，液体自塔______部进入，在填料表面呈______状流下。
气液传质设备
10.1 板式塔
三、液层阻力 气体通过液层的阻力损失hf由以下三个原因产 生： 1.克服板上泡沫层的静压； 2.形成气液界面的能量消耗； 3.通过液层的摩擦阻力损失。 注：低气速时，液层阻力为主；高气速时，干 板阻力所占比例相对增大。
2018/12/8 李 梅
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10.1 板式塔
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10.1.4筛板塔内气液两相的非理想流动 板式塔的设计意图：1.气液两相充分接触，减 少传质阻力；2.保持逆流，获得较大的推动力。 但：实际与理想总有差距。所用这些偏离都违 背了逆流原则，导致平均传质推动力下降，对 传质不利。 归纳起来，板式塔内各种不利于传质的流动现 象有两类：1.空间上的反向流动；2.空间上的 不均匀流动。
2018/12/8 李 梅
10.1 板式塔
一、空间上的反相流动： 是指与主体流动方向相反的液体或气体的流动。空间 的方向流动主要有两种：液沫夹带、气泡夹带。 1.液沫夹带 气体穿过板上液层时，无论是喷射还是鼓泡型操作都 会产生大量的尺寸不同的液滴。在喷射型操作中，液 体是被气流直接分散成液滴的；而在鼓泡型操作中， 液滴是因泡沫层表面的气泡破裂而产生的。这些液滴 的一部分会被上升的气流裹挟至上层塔板，这种现象 称为液沫夹带。
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2018/12/8
李 梅
10.1 板式塔
1.塔板上的气体通道——筛 孔：为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，塔板上均匀 地开有一定数量的供气体自 下而上流动的通道。 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。 3.降液管：作为液体自上层 塔板流至下层的通道，每块 塔板通常附有一个降液管。
福州大学化工原理教案气液传质设备
10 气液传质设备10.1 板式塔10.1.1 概述板式塔是一种应用极为广泛的气液传质设备，它由一个通常呈圆柱形的壳体及其中按一定间距水平设置的若干塔板所组成。
如图10-1所示，板式塔正常工作时，液体在重力作用下自上而下通过各层塔板后由塔底排出；气体在压差推动下，经均布在塔板上的开孔由下而上穿过各层塔板后由塔顶排出，在每块塔板上皆贮有一定的液体，气体穿过板上液层时，两相接触进行传质。
为有效地实现气液两相之间的传质，板式塔应具有以下两方面的功能：①在每块塔板上气液两相必须保持密切而充分的接触，为传质过程提供足够大而且不断更新的相际接触表面，减小传质阻力；②在塔内应尽量使气液两相呈逆流流动，以提供最大的传质推动力。
由吸收章可知，当气液两相进、出塔设备的浓度一定时，两相逆流接触时的平均传质推动力最大。
在板式塔内，各块塔板正是按两相逆流的原则组合起来的。
但是，在每块塔板上，由于气液两相的剧烈搅动，是不可能达到充分的逆流流动的。
为获得尽可能大的传质推动力，目前在塔板设计中只能采用错流流动的方式，即液体横向流过塔板，而气体垂直穿过液层。
由此可见，除保证气液两相在塔板上有充分的接触之外，板式塔的设计意图是，在塔内造成一个对传质过程最有利的理想流动条件，即在总体上使两相呈逆流流动，而在每一块塔板上两相呈均匀的错流接触。
10.1.2 筛板上的气液接触状态塔板上气液两相的接触状态是决定板上两相流流体力学及传质和传热规律的重要因素。
如图片3-8所示，当液体流量一定时，随着气速的增加，可以出现四种不同的接触状态。
（1）鼓泡接触状态当气速较低时，气体以鼓泡形式通过液层。
由于气泡的数量不多，形成的气液混合物基本上以液体为主，气液两相接触的表面积不大，传质效率很低。
（2）蜂窝状接触状态随着气速的增加，气泡的数量不断增加。
当气泡的形成速度大于气泡的浮升速度时，气泡在液层中累积。
气泡之间相互碰撞，形成各种多面体的大气泡，板上为以气体为主的气液混合物。
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①液体在填料表面上的膜状流动
低气速下，u气对δL影响不大 高气速下，u气对δL有明显影响 选填料的必要条件：对液体浸润
②填料塔中的持液量
定义：m3液体 / m3塔容积
比板式塔的小； u气↑, 持液量↑
③气体在填料层内的流动
不同于颗粒层，
填料尺寸大，气速高，一般为湍流状态，
干填料层内
p
u1.8~2 g
第十章 汽液传质设备
基本上分为两大类： 逐级接触式(如板式塔) 微分接触式(如填料塔)
主要评价标准： ⑴通过能力—生产能力 ⑵传质效率—板效率，等板高度HETP ⑶压降—板压降，每m填料压降 ⑷操作弹性—汽液通量上、下限 ⑸结构简单成本低
1 板式塔 1.1 概述 ①设计意图 ⑴使汽液两相在塔板上充分接触，减少传质阻力 ⑵在总体上使两相保持逆流流动，在塔板上使两
1.5 效率的各种表示方法
①点效率
EOG
y yn1 y * yn1
与两相接触状态有关
②默弗里板效率
EmV
yn yn1 y *n yn1
与点效率、板上流动情况有关
③湿板效率
考虑板间eV 正常操作漏液可忽略
例精馏段：
Vyn1 eVVxn1 ( L eVV ) xn DxD
表观气相浓度
⑵用关联式(10-45),(10-46)
求kLa、kGa, 算
HOG
G K ya
⑶自己组织实验测定
2.5 填料塔与板式塔的比较 ①操作范围
填料塔范围小，尤其是液量范围小 ②物料适应性
填料塔不宜处理含固体的物料，适宜于易起 泡、腐蚀性、热敏性物料 ③中间换热或出料
板式塔方便 ④压降
填料塔压降小，易真空操作
6
dp
正系统：当轻组分从液→气时
选泡沫接触状态有利 1.3 气液两相的非理想流动 ①液沫夹带—气体带液滴
②气泡夹带—液体在降液管中来不及脱气 τ>3~5秒
③液体沿塔板的不均匀流动
1.4不正常操作现象 ①夹带液泛 同样气速下,
e’↑, 使L+e’↑, 液层厚度↑ e’ ↑ ↑, 形成恶性循环 ②溢流液泛 降液管通过能力的限制 ③漏液 严重漏液会使板上不能积液
1.7 筛板塔的设计
主要尺寸, 直径D, 高度H 的估计
NT由过程计算求得
ET按经验关联
N实
NT ET
D~HT由表10-1作初选 HT对液沫夹带，溢流液泛，液量上限有影响 D由处理量与液泛气速所决定
由处理量求两相流动参数
FLV
LS VS
l V
动量之比
l ul2 V uV2
,
开方
ul uV
l V
Yn1 yn1
表观操作线
eV
( xn
xn1 )
L V
xn
DxD V
湿板效率
Ea
Yn Yn1 y *n Yn1
测定方法：全回流 Yn1 xn ，Yn xn1
④全塔效率
ET
NT N实
塔效率≠板效率
ET f ( , ,等因素)
1.6 塔板的负荷性能图 ⑴过量液沫夹带线 eV=0.1kg液/kg干气 ⑵漏液线 ⑶溢流液泛线 ⑷液量下限线 ⑸液量上限线
⑶最小喷淋密度 水溶液： 7.3 m3/m2h
2.4 填料塔设计 主要尺寸：塔径D, 填料层高度H ①塔径的确定
设计气速 u计=50%~80%uf 由气液处理量求FLV, 查埃克特图，得
u
2
g
φ填料因子，
水 l
V l
0.2 l
按 D
4V
u计
算得塔径
②高度确定
H=HOGNOG 或 H=NTHETP 由过程计算确定NOG或NT HOG或HETP的确定 ⑴由填料商的产品目录查得
相呈均匀的错流接触，以获得最大传质推动力 ②筛板塔的构造 ⑴筛孔—气体通道，Φ3~8mm ⑵溢流堰—保证板上有液体 ⑶降液管及入口堰—液体下降通道
1.2 筛板上的汽液接触状态
①鼓泡接触状态
②泡沫接触状态—气体为分散相
③喷射接触状态—液体为分散相
转相点
接触状态选择: 获得大的气液界面 液膜要稳定，液滴要不稳定，有利于破碎，a
有液体向壁偏流现象，要有再分布器 ②整砌填料：无液体均布能力，
无偏流现象，要有严格的预分布器
2.2 填料特性： ①比表面 a, m2/m3
②空隙率 ε
③填料的几何形状
填料尺寸≤
( 1 ~ 1)D 10 8
优良填料还要满足：
制造容易，造价低廉，耐腐蚀，机械强度
2.3 气液两相在填料层内的流动和传质
④载点和泛点 L一定, lgΔp~lgV气关系
载点----气液两相流动的交互影响开始变得显著 泛点----气量微小增加而造成持液量大大增加，
Δp直线上升
⑤泛点和压降的经验关联
埃克特提出将
u2
g
V l
0.2 l
与 Gl
GV
V 关联 l
⑥传质 ⑴填料层的等板高度HETP
—分离效果相当于一块理论板的填料层高度 ⑵传质效果与操作气速关系
FLV
气体负荷因子Cf 20
液泛速度
uf
C
f
20
(
)0.2
20
l V V
设计气速 u (80 ~ 8u
求塔直径D
详细设计尚有很多因素要考虑
2 填料塔
填料材质：陶瓷，金属，塑料，合成材料 要求：液体润湿表面 死区—对传质无贡献
填料层堆放方式： ①乱堆填料：有液体均布能力，
本次讲课习题： 第十章 1，5