福州大学化工原理教案气液传质设备.docx

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1、精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -优质资料欢迎下载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肯定间距水平 设置的如干塔板所组成。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肯定的液体，气体穿过板上液层时，两相接触进行传质。 为有效的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：在每块塔板上气液两相必需保持亲密而充分的

2、接触，为传质过程供应足够大而且不断更新的相际接触表面，减小传质阻力。在塔内应尽量使气液两相呈逆流流淌，以供应最大的传质推动力。由吸取章可知，当气液两相进、出塔设备的浓度肯定时，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就组合起来的。但是，在每块塔板上，由于气液两相的猛烈搅动，是不行能达到充分的逆流流淌的。为获得尽可能大的传质推动力，目前在塔板设计中只能采纳错流流淌的方式，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抱负流淌条件，即在总体上使两相呈逆流流淌，而在每一

3、块塔板上两相呈匀称的错流接 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打算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，当液体流量肯定时，随着气速的增加，可以显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。由于气泡不易破裂，表面得不到更新，所以此

4、种状态不利于传热和传质。（ 3）泡沫接触状态当气速连续增加，气泡数量急剧增加，气泡不断发生碰撞和破裂，此时板上液体大部分以液膜的形式存在于气泡之间，形成一些直径较小，扰动特别猛烈的动态泡沫，在板上只能看到较薄的一层液体。由于泡沫接触状态的表面积大，并不断更新，为两相传热与传质供应了良好的条件，是一种较好的接触状态。（ 4）喷射接触状态当气速连续增加，由于气体动能很大，把板上的液体向上喷成大小不等的液滴，直径较大的液滴受重力作用又落回到板上，直径较小的液滴被气体带走，形成液沫夹带。此时塔板上的气体为连续相，液体为分散相，两相传质的面积是液滴的外表面。由于液滴回到塔板上又被分散，这种液滴的反复形成

5、和集合，使传质面积大大增加，而且表面不断更新，有利于传质与传热进行，也是一种较好的接触状态。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 1 页，共 12 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -优质资料欢迎下载如上所述，泡沫接触状态和喷射状态均是优良的塔板接触状态。因喷射接触状态的气速高于泡沫接触状态，故喷射接触状态有较大的生产才能，但喷射状态液沫夹带较多，如掌握不好，会破坏传质过 程，所以多数塔均掌握在泡

6、沫接触状态下工作。10.1.3 气体通过筛板的阻力缺失气体通过塔板的压降（塔板的总压降）包括：塔板的干板阻力（即板上各部件所造成的局部阻力），板上充气液层的静压力及液体的表面张力。塔板压降是影响板式塔操作特性的重要因素。塔板压降增大，一方面塔板上气液两相的接触时间随之延长，板效率上升，完成同样的分别任务所需实际塔板数削减，设备费降低。另一方面，塔釜温度随之上升，能耗增加，操作费增大，如分别热敏性物系时易造成物料的分解或结焦。因此，进行塔板设计时，应综合考虑，在保证较高效率的前提下，力求减小塔板压降，以降低能耗和改善塔的操作。10.1.4 板式塔的不正常操作现象筛板塔内气体两相的非抱负流淌包括漏

7、液、液泛和液沫夹带等，是使塔板效率降低甚至使操作无法进行的重要因素，因此，应尽量防止这些反常操作现象的显现。（ 1）漏液在正常操作的塔板上，液体横向流过塔板，然后经降液管流下。当气体通过塔板的速度较小时，气体通过升气孔道的动压不足以阻挡板上液体经孔道流下时，便会显现漏液现象。漏液的发生导致气液两相在塔板上的接触时间削减，塔板效率下降，严峻时会使塔板不能积液而无法正常操作。通常，为保证塔的正常操作，漏液量应不大于液体流量的10%。漏液量达到10%的气体速度称为漏液速度，它是板式塔操作气速的下限。造成漏液的主要缘由是气速太小和板面上液面落差所引起的气流分布不匀称。在塔板液体入口处，液层较厚，往往显

8、现漏液，为此常在塔板液体入口处留出一条不开孔的区域，称为安定区。（ 2）液沫夹带上升气流穿过塔板上液层时，必定将部分液体分散成微小液滴，气体夹带着这些液滴在板间的空间上升，如液滴来不及沉降分别，就将随气体进入上层塔板，这种现象称为液沫夹带。液滴的生成虽然可增大气液两相的接触面积，有利于传质和传热，但过量的液沫夹带常造成液相在塔板间的返混，进而导致板效率严峻下降。为维护正常操作，需将液沫夹带限制在肯定范畴，一般答应可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结的液沫夹带量为ev 0.1kg （液） / kg （气）。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结影响液沫夹带量的因素很多，最主

9、要的是空塔气速和塔板间距。空塔气速减小及塔板间距增大，可使液沫夹带量减小。（ 3）液泛塔板正常操作时，在板上维护肯定厚度的液层，以和气体进行接触传质。假如由于某种缘由，导致液体布满塔板之间的空间，使塔的正常操作受到破坏，这种现象称为液泛。当塔板上液体流量很大，上升气体的速度很高时，液体被气体夹带到上一层塔板上的量剧增，使塔板间布满气液混合物，最终使整个塔内都布满液体，这种由于液沫夹带量过大引起的液泛称为夹带液 泛。当降液管内液体不能顺当向下流淌时，管内液体必定积存，致使管内液位增高而越过溢流堰顶部，两板间液体相连，塔板产生积液，并依次上升，最终导致塔内布满液体，这种由于降液管内布满液体而引起的

10、液泛称为降液管液泛。液泛的形成与气液两相的流量相关。对肯定的液体流量，气速过大会形成液泛。反之，对肯定的气体流量，液量过大也可能发生液泛。液泛时的气速称为泛点气速，正常操作气速应掌握在泛点气速之 下。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 2 页，共 12 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -优质资料欢迎下载影响液泛的因素除气液流量外，仍与塔板的结构，特殊是塔板间距等参数有关，设计中采纳较大的板间距

11、，可提高泛点气速。10.1.5 板效率的各种表示方法及其应用可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结（ 1）点效率EOGyyn 1y *y可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结n 1式中y 离开塔板上某点的气相组成。yn 1 进入第n 块板的气相组成。y * 与被考察点液相组成x 成平稳的气相组成。为运算实际板数，必需知道离开同一块实际塔板的两相平均组成的关系。点效率不能满意此要求。（ 2）默弗里板效率可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结EmV, nynyn 1*ynyn 1，EmL, nxn 1xn*xn 1xn可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结不

12、仅考虑了塔板上两相之间的接触状况，同时也计入了塔板上气液两相的非抱负流淌，但未考虑塔可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结板间的非抱负流淌，即液沫夹带和漏夜。E m V 、E mL 均小于 1。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结（ 3）理论板数YnEay*Yn 1Yn 1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结Ea 考虑了液沫夹带的影响即eV 。一般据修正平稳线的概念，试验常常考（设各板E mV 均相等为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结0.6，全回流求

13、实际塔板数）。（ 4）全塔效率（设计时最常用）EN TTN式中N T 理论板数。N 实际板数。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结P164 精馏与吸取ET 关联图，已显现很多关联式可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结10.1.6 提高板效率的措施10.1.6.1 结构参数影响塔板效率的结构参数很多，塔径、板间距、堰高、堰长以及降液管尺寸等对板效率皆有影响，必需按某些体会规章恰当的挑选。此外，有以下两点得特殊指出。（ 1）合理挑选塔板的开孔率和孔径造成适应于物系性质的气液接触状态可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - -

14、 - - -第 3 页，共 12 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -优质资料欢迎下载塔板上存在着两种气液接触状态泡沫状态和喷射状态。不同的孔速下将显现不同的气液接触状态，不同的物系相宜于不同的接触状态。已知，轻组分表面张力小于重组分的物系宜采纳泡沫接触状态，轻组分表面张力大于重组分的物系宜采纳喷射接触状态。这一点可说明如下：在泡沫接触状态，气泡密集，板上液体呈液膜状态而介于气泡之间。在传质过程中，液膜是否稳固 左右着实际相界面的大小。假如液膜不稳固，就易被撕裂而发愤

15、怒泡的合并，相界面将削减。设有液膜 如下列图 ，其表面张力为。如液膜的某一局部发生质量传递，该处膜厚减薄，轻组分浓度减小，重组分浓度增加，表面张力发生变化。明显，对于重组分表面张力较小的物系，局部传质处的表面张力 将小于，液体被拉向四周，导致液膜破裂气泡合并。反之，对于重组分表面张力较大的物系，局部蒸发处的表面张力 将大于，可吸引四周的液体，使液膜得以复原，液膜比较稳固。因此，重组分表面张力较大的物系，宜采纳泡沫接触状态。如以x 表示重组分的摩尔分数，这种物 d系的0 ，故可称为正系统。dx在喷射状态中，液相被分散成液滴而形成界面。与泡沫接触状态中的液膜相反，此时，液滴的稳固性越差，液滴越简洁

16、分裂，相界面越大。如下列图，由于局部质量传递，液滴表面的某个局部将显现缺口，此处重组分摩尔分数增加，表面张力发生变化。对于正系统，缺口处的表面张力 大于，缺口得以弥合，液滴稳固不易分裂。对于重组分表面张力较小的物系，缺口处的表面张力 小于，缺口将自动扩展加深，导致液滴分裂。因此，重组分表面可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结张力较小的物系，宜采纳喷射接触状态。同样，如以x 表示重组分的摩尔分数，这种物系的ddx可称为负系统。总之，正系统的液滴或液膜的稳固性皆好，宜采纳泡沫接触状态而不宜采纳喷射接触状态。负系统的液滴或液膜稳固性差，宜采纳喷射接触状态而不宜采纳泡沫接触状态。（ 2）设

17、置倾斜的进气装置，使全部或部分气流斜向流入液层在塔板上适当的设置倾斜进气装置，使全部或部分气体沿倾斜于液体流淌的方向进入液层，具有以下优点。0 ，故可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结 斜向进气时，气体将给液体以部分动量。这样，液体将在该部分动量推动下沿塔板流淌，而不必依靠液面落差。适当的安排斜向进入的气量。即可维护肯定的液层厚度，仍可以排除液面落差，促使气流的均布。 适当的支配斜向进气装置，即在塔板边缘处适当增加斜向进气装置的数量，可使液体沿圆形塔板表面流淌匀称。 斜向进气时造成的液滴具有倾斜的初速度，其垂直重量较小，因而液膜夹带量有所下降。总之，适量采纳斜向进气装置，可削减气液

18、两相在塔板上的非抱负流淌，提高塔板效率。实现斜向进气的塔结构有多种形式。例如，舌形塔板、斜孔塔板、网孔塔板等使全部气体倾向进入液层。而林德筛板就使部分气体斜向进入液层。10.1.6.2 操作参数和塔板的负荷性能图（ 1）负荷性能图可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结 1 为过量液沫夹带线，通常以eV0.1 Kg 液/Kg 干空气为依据确定，气液负荷位于该线上方，表可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 4 页，共 12 页 - - - - - - - - - -可编

19、辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -优质资料欢迎下载可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结示液沫夹带过量，已不宜采纳。 线 2 为漏液线，可依据漏液点气速uow确定，如气液负荷位于线2 下方，说明漏液已使塔板效率可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结大幅度下降。 线 3 为溢流液泛线，可依据溢流液泛的产生条件确定，如气液负荷位于3 上方，塔内将显现溢流液泛。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结线 4 为液流量下限线，对平直堰，其位置可依据kow6mm 确定，对齿形堰有其他方法确定，

20、液可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结量小于该下限，板上液体流淌严峻不匀称而导致板效率急剧下降。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结线 5 为液流量上限线，可依据H T AfLm ax不小于 35 确定，如液量超过此上限，液体在降液管内停留可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结时间过短，液流中的气泡夹带现象大量发生，以致显现溢流液泛。上述各线所包围的区域为塔板正常操作范畴。在此范畴内，气液两相流量的变化对板效率影响不大。塔板的设计点和操作点都必需位于上述范畴内，方能获得合理的板效率。（ 2）操作弹性上、下限操作极限的气体流量之比称为塔板的操作弹性，操作弹性越大

21、的塔越好。（ 3）留意 板型不同，负荷性能图中所包括的极限线也有所不同。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结 同一板型但设计不同，线的相对位置也会不同。例如板间距H T 减小，就气速较小时也会产生液可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结泛及液沫夹带，线1 和线 3 将下移，而线5 将左移，塔的正常操作范畴减小。如降液管面积Af 减小，线可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1 和线 3 将上移，线5 左移可能与线1 相交，而将液泛线3 划到正常操作范畴之外，这说明该塔在发生液泛之前，液体流量已经受到降液管的最大液相

22、负荷所限制。1.1.7 塔板型式塔板可分为有降液管式塔板（也称溢流式塔板或错流式塔板）及无降液管式塔板（也称穿流式塔板或逆流式塔板）两类，在工业生产中，以有降液管式塔板应用最为广泛，在此只争论有降液管式塔板。1. 泡罩塔板泡罩塔板是工业上应用最早的塔板，其结构如下列图，它主要由升气管及泡罩构成。泡罩安装在升气管的顶部，分圆形和条形两种，以前者使用较广。泡罩有f80、f100 、f150mm 三种尺寸，可依据塔径的大小挑选。泡罩的下部周边开有很多齿缝，齿缝一般为三角形、矩形或梯形。泡罩在塔板上为正三角形排列。操作时，液体横向流过塔板，靠溢流堰保持板上有肯定厚度的液层，齿缝浸没于液层之中而形成液封

23、。升气管的顶部应高于泡罩齿缝的上沿，以防止液体从中漏下。上升气体通过齿缝进入液层时，被分散成很多细小的气泡或流股，在板上形成鼓泡层，为气液两相的传热和传质供应大量的界面。泡罩塔板的优点是操作弹性较大，塔板不易堵塞。缺点是结构复杂、造价高，板上液层厚，塔板压降大，生产才能及板效率较低。泡罩塔板已逐步被筛板、浮阀塔板所取代，在新建塔设备中已很少采 用。2. 筛孔塔板筛孔塔板简称筛板，其结构如下列图。塔板上开有很多匀称的小孔，孔径一般为3 8mm 。筛孔在塔板上为正三角形排列。塔板上设置溢流堰，使板上能保持肯定厚度的液层。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - -

24、 - - - - - - -第 5 页，共 12 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -优质资料欢迎下载操作时，气体经筛孔分散成小股气流，鼓泡通过液层，气液间亲密接触而进行传热和传质。在正常的操作条件下，通过筛孔上升的气流，应能阻挡液体经筛孔向下泄漏。筛板的优点是结构简洁、造价低，板上液面落差小，气体压降低，生产才能大，传质效率高。其缺点是筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、粘度大的物料。应予指出，筛板塔的设计和操作精度要求较高，过去工业上应用较为谨慎。近年来，由于设计和掌握水

25、平的不断提高，可使筛板塔的操作特别精确，故应用日趋广泛。3. 浮阀塔板浮阀塔板具有泡罩塔板和筛孔塔板的优点，应用广泛。浮阀的类型很多，国内常用的有如图片3-4所示的 F1 型、 V-4 型及 T 型等。浮阀塔板的结构特点是在塔板上开有如干个阀孔，每个阀孔装有一个可上下浮动的阀片，阀片本身连有几个阀腿，插入阀孔后将阀腿底脚拨转90，以限制阀片升起的最大高度，并防止阀片被气体吹走。阀片周边冲出几个略向下弯的定距片，当气速很低时，由于定距片的作用，阀片与塔板呈点接触而坐落在阀孔上，在肯定程度上可防止阀片与板面的粘结。操作时，由阀孔上升的气流经阀片与塔板间隙沿水平方向进入液层，增加了气液接触时间，浮阀

26、开度随气体负荷而变，在低气量时，开度较小，气体仍能以足够的气速通过缝隙，防止过多的漏液。在高气量时，阀片自动浮起，开度增大，使气速不致过大。浮阀塔板的优点是结构简洁、造价低，生产才能大，操作弹性大，塔板效率较高。其缺点是处理易结焦、高粘度的物料时，阀片易与塔板粘结。在操作过程中有时会发生阀片脱落或卡死等现象，使塔板效率和操作弹性下降。4. 喷射型塔板上述几种塔板，气体是以鼓泡或泡沫状态和液体接触，当气体垂直向上穿过液层时，使分散形成的液滴或泡沫具有肯定向上的初速度。如气速过高，会造成较为严峻的液沫夹带，使塔板效率下降，因而生产才能受到肯定的限制。为克服这一缺点，近年来开发出喷射型塔板，大致有以

27、下几种类型。（ 1）舌型塔板舌型塔板的结构如下列图，在塔板上冲出很多舌孔，方向朝塔板液体流出口一侧张开。舌片与板面成肯定的角度，有18、20、 25三种（一般为20），舌片尺寸有5050mm 和 2525mm 两种。舌孔按正三角形排列，塔板的液体流出口一侧不设溢流堰，只保留降液管，降液管截面积要比一般塔板设计得大些。操作时，上升的气流沿舌片喷出，其喷出速度可达20 30m/s。当液体流过每排舌孔时，即被喷出的气流猛烈扰动而形成液沫，被斜向喷射到液层上方，喷射的液流冲至降液管上方的塔壁后流入降液管中，流到下一层塔板。舌型塔板的优点是：生产才能大，塔板压降低，传质效率较高。缺点是：操作弹性较小，气

28、体喷射作用易使降液管中的液体夹带气泡流到下层塔板，从而降低塔板效率。（ 2）浮舌塔板如下列图，与舌型塔板相比，浮舌塔板的结构特点是其舌片可上下浮动。因此，浮舌塔板兼有浮阀塔板和固定舌型塔板的特点，具有处理才能大、压降低、操作弹性大等优点，特殊相宜于热敏性物系的减压分别过程。（ 3）斜孔塔板斜孔塔板的结构如下列图。在板上开有斜孔，孔口向上与板面成肯定角度。斜孔的开口方向与液流方向垂直，同一排孔的孔口方向一样，相邻两排开孔方向相反，使相邻两排孔的气体向相反的方向喷 出。这样，气流不会对喷，既可得到水平方向较大的气速，又阻挡了液沫夹带，使板面上液层低而均 匀，气体和液体不断分散和集合，其表面不断更新

29、，气液接触良好，传质效率提高。斜孔塔板克服了筛孔塔板、浮阀塔板和舌型塔板的某些缺点。斜孔塔板的生产才能比浮阀塔板大30%左右，效率与之相当，且结构简洁，加工制造便利，是一种性能优良的塔板。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 6 页，共 12 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -优质资料欢迎下载10.1.8 筛板塔的设计本节内容由化工原理课程设计时特的介绍，这里不作具体讲解。10.2 填料塔10.

30、2.1 填料塔的结构及其结构特性1. 填料塔的结构如下列图为填料塔的结构示意图，填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。填料塔的塔身是始终立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流 下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆留恋续通过填料层的间隙，在填料表面上，气液两相亲密接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设 备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。当液体沿填料层向下流淌时，有逐

31、步向塔壁集中的趋势，使得塔壁邻近的液流量逐步增大，这种现象称为壁流。壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均，从而使传质效率下降。因此，当填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布装置。液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分，上层填料流下的液体经液体收集器收集后，送到液体再分布器，经重新分布后喷淋到下层填料上。填料塔具有生产才能大，分别效率高，压降小，持液量小，操作弹性大等优点。填料塔也有一些不足之处，如填料造价高。当液体负荷较小时不能有效的润湿填料表面，使传质效率降低。不能直接用于有悬浮物或简洁聚合的物料。对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。2. 填料特性的评判（ 1）比表面积a可

32、编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 7 页，共 12 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -优质资料欢迎下载塔内单位体积填料层具有的填料表面积，m2/m3。填料比表面积的大小是气液传质比表面积大小的基 础条件。须说明两点：第一，操作中有部分填料表面不被润湿，以致比表面积中只有某个分率的面积才是润湿面积。据资料介绍，填料真正润湿的表面积只占全部填料表面积的（20 50） %。其次，有的部位填料表面虽然

33、润湿，但液流不畅，液体有某种程度的停滞现象。这种停滞的液体与气体接触时间长，气液趋于平稳态，在塔内几乎不构成有效传质区。为此，须把比表面积与有效的传质比表面积加以区分。但比表面积a 仍不失为重要的参量。（ 2）间隙率塔内单位体积填料层具有的间隙体积，m2/m3 。为一分数。值大就气体通过填料层的阻力小，故值以高为宜。对于乱堆填料，当塔径D 与填料尺寸d 之比大于8 时，因每个填料在塔内的方位是随机的，填料层的匀称性较好，这时填料层可视为各向同性，填料层的间隙率就是填料层内任一横截面的间隙截面分率。当气体以肯定流量过填料层时，按塔横截面积计的气速u 称为“空塔气速”（简称空速），而气体可编辑资料

34、 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结在填料层孔隙内流淌的真正气速为u1 。二者关系为：u1u /。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结（ 3）塔内单位体积具有的填料个数n依据运算出的塔径与填料层高度，再依据所选填料的n 值，即可确定塔内需要的填料数量。一般要可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结求塔径与填料尺寸之比D / d8 （此比值在8 15 之间为宜），以便气、液分布匀称。如D / d8 ，在可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结近塔壁处填料层间隙率比填料层中心部位的间隙率明显偏高，会影响气液的匀称分布。如即填料尺寸偏小，气流阻力增大。10.2.2 气液

35、两相在填料层内的流淌D / d 值过大，可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结填料塔的流体力学性能主要包括填料层的持液量、填料层的压降、液泛、填料表面的润湿及返混等。1. 填料层的持液量填料层的持液量是指在肯定操作条件下，在单位体积填料层内所积存的液体体积，以m3 液体 /m 3填料 表示。持液量可分为静持液量Hs、动持液量H o 和总持液量Ht。静持液量是指当填料被充分润湿 后，停止气液两相进料，并经排液至无滴液流出时存留于填料层中的液体量，其取决于填料和流体的特性，与气液负荷无关。动持液量是指填料塔停止气液两相进料时流出的液体量，它与填料、液体特性及气液负荷有关。总持液量是指在肯

36、定操作条件下存留于填料层中的液体总量。明显，总持液量为静持液量和动持液量之和，即H tH 0H s填料层的持液量可由试验测出，也可由体会公式运算。一般来说，适当的持液量对填料塔操作的稳固性和传质是有益的，但持液量过大，将削减填料层的间隙和气相流通截面，使压降增大，处理才能下降。2. 填料层的压降在逆流操作的填料塔中，从塔顶喷淋下来的液体，依靠重力在填料表面成膜状向下流淌，上升气体与下降液膜的摩擦阻力形成了填料层的压降。填料层压降与液体喷淋量及气速有关，在肯定的气速下， 液体喷淋量越大，压降越大。在肯定的液体喷淋量下，气速越大，压降也越大。将不同液体喷淋量下的单位填料层的压降DP/Z 与空塔气速

37、u 的关系标绘在对数坐标纸上，可得到如图3-13 所示的曲线簇。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 8 页，共 12 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -优质资料欢迎下载在图片 10-53 中，直线0 表示无液体喷淋（L=0 ）时，干填料的P/Z u 关系，称为干填料压降线。曲线 1、2、 3 表示不同液体喷淋量下，填料层的P/Z u 关系，称为填料操作压降线。从图中可看出，在肯定的喷淋量下，压

38、降随空塔气速的变化曲线大致可分为三段：当气速低于A 点时，气体流淌对液膜的曳力很小，液体流淌不受气流的影响，填料表面上掩盖的液膜厚度基本不变，因而填料层的持液量不变，该区域称为恒持液量区。此时P/Z u 为始终线，位于干填料压降线的左侧，且基本上与干填料压降线平行。当气速超过A 点时，气体对液膜的曳力较大，对液膜流淌产生阻滞作用，使液膜增厚，填料层的持液量随气速的增加而增大，此现象称为拦液。开头发生拦液现象时的空塔气速称为载点气速，曲线上的转折点A ，称为载点。如气速连续增大，到达图中B 点时，由于液体不能顺当向下流淌，使填料层的持液量不断增大，填料层内几乎布满液体。气速增加很小便会引起压降的

39、剧增，此现象称为液泛，开头发生液泛现象时的气速称为泛点气速，以uF 表示，曲线上的点B ，称为泛点。从载点到泛点的区域称为载液区，泛点以上的区域称为液泛区。应予指出，在同样的气液负荷下，不同填料的P/Z u 关系曲线有所差异，但其基本外形相近。对于某些填料，载点与泛点并不明显，故上述三个区域间无截然的界限。3 液泛在泛点气速下，持液量的增多使液相由分散相变为连续相，而气相就由连续相变为分散相，此时气体呈气泡形式通过液层，气流显现脉动，液体被大量带出塔顶，塔的操作极不稳固，甚至会被破坏，此种情形称为淹塔或液泛。影响液泛的因素很多，如填料的特性、流体的物性及操作的液气比等。填料特性的影响集中表达在

40、填料因子上。填料因子F 值越小，越不易发生液泛现象。流体物性的影响表达在气体密度rV 、液体的密度rL 和粘度 mL 上。气体密度越小，液体的密度越大、粘度越小，就泛点气速越大。操作的液气比愈大，就在肯定气速下液体喷淋量愈大，填料层的持液量增加而间隙率减小，故泛点气速愈小。4 液体喷淋密度和填料表面的润湿填料塔中气液两相间的传质主要是在填料表面流淌的液膜上进行的。要形成液膜，填料表面必需被液体充分润湿，而填料表面的润湿状况取决于塔内的液体喷淋密度及填料材质的表面润湿性能。液体喷淋密度是指单位塔截面积上，单位时间内喷淋的液体体积，以U 表示，单位为m 3/（ m2h）。为保证填料层的充分润湿，必

41、需保证液体喷淋密度大于某一极限值，该极限值称为最小喷淋密度，以 U min 表示。最小喷淋密度通常采纳下式运算，即可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结U min式中Umin 最小喷淋密度，m3/（ m2h）。 LWmin 最小润湿速率，m3/（ mh）。 a 填料的比表面积，m2/m3。L w min a可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 9 页，共 12 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精

42、心总结归纳 - - - - - - - - - - - -优质资料欢迎下载最小润湿速率是指在塔的截面上，单位长度的填料周边的最小液体体积流量。其值可由体会公式计 算，也可采纳体会值。对于直径不超过75mm 的散装填料，可取最小润湿速率LW min 为 0.08 m3/（ mh）。对于直径大于75mm 的散装填料，取 LW min =0.12 m 3/（ mh）。填料表面润湿性能与填料的材质有关，就常用的陶瓷、金属、塑料三种材质而言，以陶瓷填料的润湿性能最好，塑料填料的润湿性能最差。实际操作时采纳的液体喷淋密度应大于最小喷淋密度。如喷淋密度过小，可采纳增大回流比或采纳液体再循环的方法加大液体流量，以保证填料表面的充分润湿。也可采纳减小塔径予以补偿。对于金 属、塑料材质的填料，可采纳表面处理方法，改善其表面的润湿性能。5返混在填料塔内，气液两相的逆流并不呈抱负的活塞流状态，而是存在着不同程度的返混。造成返混现象的缘由很多，如：填料层内的气液分布不均。气体和液体在填料层内的沟流。液体喷淋密度过大时所造成的气体局部向下运动。塔内气液的湍流脉动使气液微团停留时间不一样等。填料塔内流体的返混使得传质平均推动力变小，传质效率降低。因此，按抱负的活塞流设计的填料层高度，因返混的影响需适当加高，以保证预期的分别成效。10.2.3 填料塔的传质可编辑资料 - - -