第十章气液传质设备
马后炮培训微课堂气液传质设备
•齿边浮阀
浮阀阀面侧边的形状为向下折的齿形边,使气体流出浮阀 侧孔时被分割成许多股小气流,从而增大气液接触面积,提 高塔板传质效率;齿形边向下弯曲后,通过浮阀时一部分气 体碰到齿形边后以斜向下的方向喷入浮阀间液层,而另一部 分气体则通过齿间的空隙以斜向上的方向喷入浮阀上部液 层,使得浮阀间及浮阀上部液层的局部气含率趋于一致,提 高操作稳定性;浮阀阀面中心具有向下凹的楔形槽,可以降 低气体通过浮阀的阻力;在背液阀腿上设置有导向孔,可以 减小塔板上的液面梯度,并消除塔板上的液体滞流区。这是 一种综合性能良好的浮阀。
ＡＤＶ微分浮阀
ＡＤＶ微分浮阀如图所示。该浮 阀在阀盖上开小阀孔,充分利用浮 阀上部的传质空间,使气体分散更 细密均匀,气液接触更充分，提高 了气液分布的均匀度;阀脚采用新 的结构设计,使浮阀安装快捷方便, 操作时浮阀不易旋转,不会脱落。 与Ｆ1型浮阀相比,微分浮阀的塔板 效 率 提 高 了 10% ～ 20%, 塔 板 处 理 能力提高约40%。
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BVT 浮阀塔板作为HTV 浮阀塔板的一种发展 改型, 经过几个工业塔的成功应用表明: 该塔板在实际应用中安装方便, 操作灵活, 在保持产品质量合格的基础上, 增大了处理量, 油品分割效果和 轻油收率得到提高, 具有广泛的应用前景。
该浮阀采用Ｕ形带翼结构,阀体侧翼开孔和开缝,提高塔板气液接触均匀 性,防止浮阀结焦和结垢沉积。试验操作表明,该塔板操作灵活,浮阀活动自 如,同时阀翼开缝对阀体有优良的自清洗作用,但雾沫夹带略大。
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BVT浮阀
在ＨＴＶ船形浮阀塔板的基础上,石油大学又开发 出一种对液体有导向作用、低压降的ＢＶＴ塔板,如 图所示。ＢＶＴ(ＢｕｔｔｅｒｆｌｙＶａｌｖｅＴ ｒａｙ)浮阀将ＨTＶ浮阀等半径的半圆管形改为前端 小、后端大的半锥形结构,并在大端开有舌形导向孔。 舌孔和阀孔中吹出的气体对液体具有双重的向前推 动力,在相当程度上减小了液面梯度,减少板面上的积 液,不同程度上消除了液体滞留区,从而提高了传质效 率,塔板压降也相应减小。
化工原理课件第10章(下)：塔设备
1. 散装填料
（3）球形填料与花环填料
多面球形填料
TRI 球形填料
化工原理——气液传质设备
海 尔 环 填 料
花环填料
共 轭 环 填 料
化工原理——气液传质设备
10.3 填料塔
10.3.4 填料塔的流体力学性能 持液量、压力降、液泛、填料表面的润湿等。 1. 填料层的持液量是指在一定操作条件下，在单位体积填 料层内所积存的液体体积，以 (m3液体) / (m3填料)表示。 静持液量 Hs 持液量 动持液量 Ho 总持液量 Ht
化工原理——气液传质设备
10.3.4 填料塔内的流体力学性能 4. 液体喷淋密度和填料表面的润湿
（1）液体喷淋密度
单位塔截面积上单位时间内喷淋的液体体积。 （2）最小液体喷淋密度
U min ( LW ) min a
最小润湿速率LW 是指在塔的截面上，单位长度的填 料周边的最小液体体积流量。
化工原理——气液传质设备
10.3.5 填料塔内件 3. 液体分布器
Ht＝Ho＋ Hs
化工原理——气液传质设备
10.3.4 填料塔内的流体力学性能 2. 压力降
液泛区
泛点
液膜与填料 表面的摩擦
载液区
液膜与上升 气体的ห้องสมุดไป่ตู้擦
恒持液 量区
载点
化工原理——气液传质设备
10.3.4 填料塔内的流体力学性能 3. 液泛
化工原理——气液传质设备
填料塔的操作范围
化工原理——气液传质设备
管 式 液 体 分 布 器
喷头式液体分布器
化工原理——气液传质设备
槽 式 液 体 分 布 器
盘式液体分布器
化工原理——气液传质设备
气液传质设备
GLL
填料塔和板式塔的对比
板式塔 压降 塔效率 较大 空塔气速 较大 填料塔 小尺寸填料较大；大尺寸填料及规整填料较小 小尺寸填料较小；大尺寸填料及规整填料较大
较稳定，效率较高 传统填料低；新型乱堆及规整填料高
持液量
液气比
较大
适应范围较大
较小
对液量有一定要求 较难
安装检修 较易
材质
造价
常金属材料均可
新型填料投资较大
GLL
塔型选择
主要基本性能指标：
生产能力 单位时间单位塔截面上的处理量；
分离效率 对板式塔指每层塔板的分离程度；对填料塔指单 位高度填料层所达到的分离程度； 操作弹性 指在负荷波动时维持操作稳定且保持较高分离效 率的能力，通常以最大气速负荷与最小气速负荷之比表示； 压强降 指气相通过每层塔板或单位高度填料的压强降；
气体
溶剂
规整填料 塑料丝网波纹填料
散装填料 塑料鲍尔环填料
GLL
板式塔
在圆柱形壳体内按一定间距水平设置若 干层塔板，液体靠重力作用自上而下流 经各层板后从塔底排出，各层塔板上保 持有一定厚度的流动液层；气体则在压 差的推动下，自塔底向上依次穿过各塔 板上的液层上升至塔顶排出。气、液在 塔内逐板接触进行质、热交换，故两相 的组成沿塔高呈阶跃式变化。
制造成本
GLL
气液传质设备
气液传质设备的基本功能： 在一定塔体空间内，最大限度的提供相际接触界面， 提高气液两相接触机会； 尽可能地降低流动阻力，高效地进行热、质的传递。 气液传质设备的类型： 连续（微分）接触式（填料塔） 逐级接触式（板式塔）
GLL
填料塔
在圆柱形壳体内装填一定高度的填料， 液体经塔顶喷淋装置均匀分布于填料层 顶部上，依靠重力作用沿填料表面自上 而下流经填料层后自塔底排出；气体则 在压强差推动下穿过填料层的空隙，由 塔的一端流向另一端。气液在填料表面 接触进行质、热交换，两相的组成沿塔 高连续变化。
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。
气液传质设备-板式塔1
塔器大型化
我国节能降耗、提高分离过程水平的战略 决策 年产1000万吨以上的炼油装臵 年产100万吨的乙烯装臵
常压塔直径>9m 减压塔直径>13m
塔器大型化存在的技术关键
（1）液体分布问题
填料塔的大型化 塔径与填料直径比增大 填料层的径向分散系数减小 将初始不良分布转化为自然 流分布更困难
塔板入口处：液层阻力？气速？气量？ 塔板出口处：液层阻力？气速？气量?
影响因素：
• 结构： • 泡罩Δ较大，筛板Δ较小 • D和L愈大，Δ也较大
• 措施： • 对D大的塔，采用双溢流或阶梯溢流的形式 来减小Δ
Δ值可忽略不计的情况：
• 筛板塔 • 因塔板上没有阻碍液流的阻碍物 • 液面落差Δ值很小
降液管面积或溢流堰长度的确定
• 保证液体在降液管中有足够的停留时间
Af H d L
2、 空间上的不均匀流动
• 气、液流速的不均匀性 • 造成传质推动力下降
（1）气体通过塔板的不均匀性
• 塔板上的液面落差： • 塔板进、出口侧的清液高度差 • 表示：Δ
• 为克服板上摩擦阻力和板上部件（如泡 罩、浮阀）的局部阻力 • 需要一定的液位差
2 、板式塔的特点：
（1）空塔气速较高，则生产能力大 （2）塔板效率稳定，操作弹性大 （3）造价低、检修、清洗方便
3、塔板的构造：
以筛孔塔板为例 （1）筛孔Sieve 作用：提供气体上升的通道 各类塔板的主要区别在于气体通道的差别
（2）溢流堰weir： 作用：使塔板上保持一定厚度的流动 液层 高：hw，长：lw
气液传质设备概述
气液传质设备概述什么是气液传质设备气液传质设备是一种用于实现气体和液体之间质量传递的装置或系统。
在化学工程和相关领域中，气液传质设备被广泛应用于各种传质过程，包括吸收、吸附、脱气等。
气液传质设备的主要类型1. 吸收塔吸收塔是最常见的气液传质设备之一。
它通过将气体通入塔底，与上升的液体相接触，并在接触过程中发生质量传递。
吸收塔广泛应用于气体净化、脱酸、脱硫等工艺中。
吸收塔的结构可以分为湿式塔和干式塔两种。
湿式塔是指液体以喷淋或液膜形式进入塔内与气体接触。
而干式塔则是通过填料层来增加气液接触面积，提高质量传递效率。
2. 吸附塔吸附塔是另一种常见的气液传质设备。
它利用固体吸附剂将气体中的特定成分吸附到固体表面上，从而实现质量传递。
吸附塔主要用于气体分离和纯化、脱水、催化剂再生等过程中。
根据固体吸附剂的不同，吸附塔可以分为活性炭吸附塔、分子筛吸附塔等。
3. 脱气设备脱气设备用于去除气体中的杂质，使气体达到特定的纯度要求。
脱气设备常用于高纯度气体的生产和应用领域。
常见的脱气设备包括吸附式脱气器、膜式脱气器、冷凝器等。
吸附式脱气器通过吸附剂吸附气体中的杂质，以实现脱气效果。
膜式脱气器则利用特殊的膜材料，通过选择性渗透，将气体中的杂质分离出去。
气液传质设备的工作原理气液传质设备的工作原理可以归纳为两个基本过程：质量传递与传质势差。
质量传递是指气体与液体之间的质量传递过程，通常是通过物质的扩散或对流来完成。
在气液传质设备中，一般需要提高气液接触面积，以增强质量传递的效果。
常见的方法是采用填料、喷淋等方式。
传质势差是指气体和液体之间的浓度差、压力差或温度差等差异，从而驱动质量传递的发生。
传质势差是实现气液传质的主要推动力。
气液传质设备的设计与应用气液传质设备的设计与应用需要考虑多种因素，包括传质效率、设备尺寸、能耗等。
在设计气液传质设备时，需要根据传质过程的特点选择合适的设备类型和参数。
例如，在吸收过程中，需要考虑液体喷淋方式、填料类型、填料高度等因素；在吸附过程中，需要选择合适的吸附剂和吸附塔结构。
化工原理气液传质设备
化工原理气液传质设备气液传质设备在化工领域中具有重要的作用。
它们能够实现气体和液体之间的传质过程，从而满足不同化工过程中的需要。
本文将介绍气液传质设备的基本原理以及它们在化工领域的应用。
一、气液传质设备的基本原理气液传质设备是利用不同相之间的质传扩散来实现物质传递的过程。
其中，气液传质设备主要包括吸收塔、吸附塔、萃取塔和蒸馏塔等。
这些设备通过充分接触气体和液体，利用相对浓度差异和溶解度差异来实现物质传递。
在气液传质设备中，气体和液体以不同的形式相互接触。
其中，气体一般以气泡、气液分散剂或气体流动的形式存在，而液体则以滴状、薄膜、湍流或静态的形式存在。
通过增加界面积和减少传质阻力，气液传质设备能够提高传质效率。
二、气液传质设备的应用1. 吸收塔吸收塔是一种常用的气液传质设备，主要用于气体中有害成分的去除。
在吸收塔中，废气与吸收剂通过充分接触，有害成分会被吸收剂吸收，从而净化废气。
2. 吸附塔吸附塔是利用吸附剂对气体中的有害物质进行去除的设备。
吸附剂通常具有很大的比表面积，通过与气体接触，吸附剂上的孔隙能够吸附气体中的有害成分，从而实现气体的净化。
3. 萃取塔萃取塔主要用于分离液体混合物中的组分。
在萃取塔中，液体混合物与萃取剂接触，通过溶质在两相之间的传输来实现组分的分离。
4. 蒸馏塔蒸馏塔是一种常见的气液传质设备，用于将液体混合物分离成为较纯的组分。
蒸馏塔通过液体的汽化和冷凝过程，将液体混合物中的组分按照其沸点的差异进行分离。
三、气液传质设备的优化与发展随着化工行业的发展，气液传质设备也在不断优化和发展。
目前，一些新型的气液传质设备如微滴反应器、微通道装置等开始得到应用。
这些新型设备能够提高传质效率、降低能耗，并满足高效、精细化生产的需求。
此外，化工原理气液传质设备的设计和运行也越来越注重安全性和环保性。
在设计上，需要考虑到设备的稳定性、材料的选择以及操作的方便性。
在运行过程中，需要确保气体和液体的流动平稳，避免泄漏和废液的排放。
实现气液或液液传质单元的设备名称
实现气液或液液传质单元的设备名称一、什么是传质单元。
传质单元简单来说，就是让两种不同的物质（比如气体和液体，或者两种液体）相互接触，然后让其中一些成分从一种物质转移到另一种物质里的一个过程。
就好比你把盐放到水里，盐会慢慢溶解到水里，这个溶解的过程有点像传质的过程。
二、实现气液传质的设备。
（一）填料塔。
设备样子：填料塔就像是一个高高的大圆筒，里面装了好多各种各样的填料。
这些填料有的像小珠子，有的像小块块，乱七八糟地堆在一起。
工作原理：气体从塔的下面往上走，液体从塔的上面往下流。
当气体和液体在这些填料的表面相遇的时候，它们就开始“交流”。
比如说，气体里有一些成分想跑到液体里去，就会通过填料表面这个“桥梁”，进入到液体中。
就好像你要从一个房间到另一个房间，需要通过一扇门一样，填料表面就是这个“门”。
举例：在一些化工厂里，要把废气中的有害气体吸收掉，就会用到填料塔。
让废气从下面进入填料塔，吸收液从上面流下来，有害气体就会被吸收液吸收掉，这样排出去的气体就干净多。
（二）板式塔。
设备样子：板式塔也是一个大圆筒，不过它里面不是填料，而是一层一层的塔板。
这些塔板就像楼梯一样，一层一层地隔开。
工作原理：气体从塔板的下面往上冒，会穿过塔板上的一些小孔。
液体从上面的塔板流到下面的塔板，在塔板上形成一层薄薄的液层。
气体穿过液层的时候，就会和液体发生传质。
就像你吹泡泡，泡泡穿过水面的时候，会和水有一些接触一样。
举例：在炼油厂里面，要把原油中的一些成分分离出来，就会用到板式塔。
原油在塔板上流动，蒸汽从下面往上走，不同的成分就会在不同的塔板上分离出来。
三、实现液液传质的设备。
（一）萃取塔。
设备样子：萃取塔一般也是一个圆筒形状的设备。
工作原理：比如说有两种液体，一种是水，一种是油。
水和油不相溶，但是水里有一些我们想要提取出来的东西。
这时候，我们就可以把油加到萃取塔里，让油和水充分接触。
水里的那些东西就会跑到油里去，然后把油和水分开，就把我们想要的东西提取出来。
气液传质设备教案
气液传质设备教案教案标题：气液传质设备教案教案目标：1. 了解气液传质设备的基本概念和原理；2. 掌握气液传质设备的常见类型和应用领域；3. 培养学生的实验操作能力和问题解决能力。
教案步骤：引入活动：1. 引导学生思考并讨论气液传质设备的概念和重要性。
2. 展示一些常见的气液传质设备，引导学生观察和描述其特点。
知识讲解：3. 讲解气液传质设备的基本原理，包括物质传质、气液接触、传质过程等内容。
4. 介绍常见的气液传质设备，如填料塔、喷雾塔、吸收塔等，以及它们在化工、环保等领域的应用。
实验操作：5. 分发实验指导书，介绍一个简单的气液传质设备实验。
6. 演示实验操作步骤，包括装置搭建、实验参数设定等。
7. 引导学生进行实验操作，关注实验过程中的关键步骤和注意事项。
实验数据处理：8. 收集学生实验数据，并引导学生进行数据处理和分析。
9. 帮助学生理解实验结果，讨论实验中可能存在的误差和改进方法。
问题解决：10. 提供一些常见的问题和挑战，让学生通过思考和讨论解决。
11. 指导学生总结实验中遇到的问题和解决方法，培养他们的问题解决能力。
教学评估：12. 设计一份评估题目，考察学生对气液传质设备的理解和应用能力。
13. 收集学生的评估答卷，分析学生的学习情况，并提供个性化的指导和反馈。
教学延伸：14. 鼓励学生进行更深入的学习，推荐相关的学习资源和文献。
15. 组织学生进行小组讨论或研究项目，拓宽他们的视野和应用能力。
教学资源：- 实验设备和材料，如气液传质设备模型、实验仪器等；- 实验指导书和数据处理模板；- 相关的教科书、参考书和学习资料；- 评估题目和答卷。
教案提示：教学过程中，教师应根据学生的实际情况和学习能力合理调整教学步骤和引导方式。
鼓励学生积极参与实验和讨论，发挥他们的创造力和团队合作精神。
及时给予学生反馈和鼓励，激发他们的学习兴趣和动力。
10.1板式塔
Vyn1 eVVxn1
2020/5/6
Dx D
L eVV xn
L eVV
第10章 气液传质设备
eVV L
V
25
（4）全塔效率
ET
NT NP
NT Np------分别为完成同样分离任务所需的理论板数及实际板数。
影响 ET 的因素：
（1）塔板结构；
（2）气液流动状况； （3）物系的难易分离程度 P118 图10-19、图10-20、图10-21
1）克服板上泡沫层的静压；
hl hL
2）形成气液界面的能量消耗； 3）通过液层的摩擦阻力损失。
hL为板上清液层厚度， 实际含泡沫的液层厚
度大于此值。
2020/5/6
第10章 气液传质设备
12
10.1.4 塔板上气液两相的非理想流动 10.1.4.1 空间上的反向流动 1、液沫夹带(entrainment)
y
n
可能大于平衡组成
y
* n
即默费里板效率可以大于 1 。
G
xn yn
L
L y'n
x'n
也就是说实际塔板原则上可以优于
理论塔板。
但是，通常点效率值远小于 1 ，实
G
际塔板的默费里板效率值一般是小
于 1 的。
可见，返混对传质不利，返混程度越大，默费里板效率越低。
2020/5/6
第10章 气液传质设备
23
第10章 液体精馏 （4学时）
10.1 板式精馏塔(tray tower)
10.1.1板式塔的构造
首先观看录像片
板式塔的设计意图：
（1）在每块塔板上汽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 更新的相际接触面积，减小传质阻力；
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116
解题思路：
1. 已知：常压苯—甲苯系统，R=∞，x9=0.652，x10=0.489
求：第十块板默弗里湿板效率EMV
解题思路：11*1011101*1yyyyyyyyEnnnnMV−−=−−=++
全回流下，表观操作线方程yn+1=xn
∴ y11=x10=0.489 y10=x9=0.653
10
10
*
10
)1(1xxy−+
=
α
α
苯—甲苯系统α=2.48
2. 已知：常压，甲醇—水系统，xf=0.4, xD=0.9, xw=0.05,
求：用O’connell关联图估计ET
解题思路：由教材附录相平衡数据查得：
t底=93℃ t顶=67.8℃
tm=(t底+t顶)/2=(93+67.8)/2=80.4℃
再查 t=80℃时，汽液共存
y=0.650 x=0.241
xxyy−⋅−=α∴11
t=80.4℃时，μ水=0.356mPa・s，μ甲=0.275 mPa・s
L
n
iiiLsmPaxαµ⋅=×+×=µ=µ∑=算1
324.0356.06.0275.04.0
查O’connell关联图得ET
3. 已知：y进=0.02,，y出=2×10-5，Emv=0.5，m=0
求：N实
解题思路：∵m=0 ∴yn*=0
11*11+++−=−−=n
nnnnn
mv
y
yyyyy
E每板
N
mv
EyyN)1−=（块板逐推得
进出
)1lnln(mvEyyN−=∴（
）
进
出
实
5. 已知：R=∞，xD=8.05×10-3，xw=8.65×10-4，H=8m，α=1.10
求：HETP
解题思路：由芬斯克方程得
117
包括釜）(log]11log[minα−⋅−=wwDDxxxxN
不包括釜NT=Nmin-1
T
N
H
HETP=∴理论当量高度