第10章 气液传质设备(定稿)

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1、第10章气液传质设备知识要点用于蒸馏和吸收塔的塔器分别称为蒸馏塔和吸收(解吸)塔。通称气液传质设备。本章应重点掌握板式塔和填料塔的基本结构、流体力学与传质特性（包括板式塔的负荷性能图)。1.概述高径比很大的设备叫塔器。蒸馏与吸收作为分离过程，基于不同的物理化学原理，但其均属于气液两相间的传质过程，有共同的特点可在同样的设备中进行操作。(1)塔设备设计的基本原则①使气液两相充分接触，以提供尽可能大的传质面积和传质系数，接触后两相又能及时完善分离。②在塔内气液两相最大限度地接近逆流，以提供最大的传质推动力。(2)气液传质设备的分类①按结构分为板式塔和填料塔②按气液接触情况分为逐级式与微分式通常

2、板式塔为逐级接触式塔器，填料塔为微分接触式塔器。2.板式塔(1)板式塔的设计意图：总体上使两相呈逆流流动，每一块塔板上呈均匀的错流接触。(2)筛孔塔板的构造①筛孔——塔板上的气体通道，筛孔直径通常为3~8mm。②溢流堰——为保证塔板上有液体。③降液管——液体自上层塔板流至下层塔板的通道。(3)筛板上的气液接触状态筛板上的气液接触状态有鼓泡接触、泡沫接触、喷射接触，比较见表10-1。表10-1气液接触状态比较项目鼓泡接触状态泡沫接触状态喷射接触状态孔速很低较高高两相接触面气泡表面液膜液滴外表面两相接触量少多多传质阻力较大小小传质效率低高高连续相液体液体气体分散相气体气体液体适用物系(正系统)

3、(负系统)工业上经常采用的两种接触状态是泡沫接触与喷射接触。由泡沫状态转为喷射状态的临界点称为转相点。(4)气体通过塔板的压降包括塔板本身的干板阻力(即板上各部件所造成的局部阻力)、气体克服板上充气液层的静压力所产生的压力降、气体克服液体表面张力所产生的压力降(一般较小，可忽略不计)。(5)筛板塔内气液两相的非理想流动①空间上的反向流动(与主体流动方向相反的液体或气体的流动)：液沫夹带与气泡夹带。②空间上的不均匀流动：气体沿塔板的不均匀流动与液体沿塔板的不均匀流动。(6)板式塔的不正常操作现象：液泛(夹带液泛与溢流液泛)、严重漏液、严重液沫夹带和气泡夹带。(7)塔板的负荷性能图塔板的负荷性

4、能图用来检验塔的工艺设计是否合理，考核该塔正常操作的气液流量范围，了解塔的操作弹性，判断塔有无增产能力，减负荷能否正常操作等。图10-2塔板的负荷性能图图10-2所示的负荷性能图由以下几条线组成。①液相负荷下限线该线为一垂直线，对于平顶直堰，其位置可根据how=6mm确定。若操作的液相负荷低于此下限时，表明液体流量过低，板上液体流动不能均匀分布，气液接触不良，易产生干吹、偏流等现象，导致塔板效率急剧下降。②液相负荷上限线液量超过此上限，液体在降液管内停留时间过短，进入降液管内的气泡来不及与液相分离而被带入下层塔板，造成气相返混，使塔板效率下降，以致出现溢流液泛。此线可根据液体在降液管内的实

5、际平均停留时间不小于3~5s来确定。漏液线(气相负荷下限线)③漏液线由不同流量下的漏液点组成，其位置漏液点气速确定。实际气相负荷应高于此线，否则将发生严重的漏液现象。④过量液沫夹带线(气相负荷上限线)该线通常以eV=0.1kg液/kg气为依据确定。若气液负荷点位于此线上方，表明液沫夹带现象严重，已不宜采用。⑤溢流液泛线若操作的气液负荷超过此线时，塔内将发生液泛现象，使塔不能正常操作。对负荷性能图须了解以下概念。①适宜操作区：由五条线所包围的区域②操作点：操作时气相负荷V与液相负荷L在负荷性能图上的坐标点。③操作线：通过原点，斜率为V/L的直线。④塔的上下操作极限：操作线与负荷性能图上两条边

6、界线的交点。⑤操作弹性：两极限的气相流量之比，即Vmax/Vmin。设计时应使操作点位于操作区的中央。若操作点紧靠某一条边界线，则负荷稍有波动时，塔的正常操作即被破坏，此时应调整塔的结构参数或改变气液负荷，使操作点居中。对图10-2所示的3个操作点，以B为最佳。(8)全塔效率ET=NT/N(10-8)式中：NT——完成一定分离任务所需的理论板数；N——完成一定分离任务所需的实际板数。精馏塔的全塔效率可用O'Conell关联式估算，即(10-9)式中：——塔顶与塔底平均温度下的相对挥发度；——塔顶与塔底平均温度下的液相粘度，mPa∙s。(9)塔板类型有泡罩塔板、浮阀塔板、筛孔塔板、舌形塔板、

7、网孔塔板、垂直筛板、多降液管塔板等。(10)塔板的性能评价塔板的性能评价指标有以下几方面：①生产能力大即单位塔截布气体和液体的通量大②塔板效率高即完成一定分离任务所需的板数少③压降低即气体通过的压降低，能耗低。对于精馏系统则可降低釜温，这对于热敏性物系的分离尤其重要。④操作弹性大当操作的气液负荷波动时仍能维持板效率的稳定⑤结构简单，制造维修方便，造价低廉3.填料塔(1)填料塔的特点：①生产能力大；②分离效率高；③压力降小