化工原理-第10章-气液传质设备概要1.doc

化工原理-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) (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OConell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、网孔塔板、垂直筛板、多降液管塔