第八章 汽液传质设备
本 章 学 习 要 求
1．熟练掌握的内容
板式塔内气液流动方式；板式塔塔板上气液两相非理想流动；板式塔的不正常操作，全塔效率和单板效率；板式塔塔高和塔径的计算；填料塔内流体力学特性；气体通过填料层的压降；泛点气速的计算；填料塔塔径的计算。 2．理解的内容
板式塔的主要类型与结构特点，板式塔塔板上气液两相接触状况；筛板塔溢流装置的设计及踏板板面布置；筛板塔塔板校核；筛板塔负荷性能图的绘制及其作用；填料塔的结构；填料及其特性。 3．了解的内容
气液传质设备类型与基本要求；填料塔的附件；板式塔与填料塔的比较。
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§8.1 气液传质设备类型与基本要求
塔设备是化工、石油等工业中广泛使用的重要生产设备。塔设备的基本功能在于提供气、液两相以充分接触的机会，使质、热两种传递过程能够迅速有效地进行；还要能使接触之后的气、液两相及时分开，互不夹带。因此，蒸馏和吸收操作可在同样的设备中进行。
根据塔内气液接触部件的结构型式，塔设备可分为板式塔与填料塔两大类。 板式塔内沿塔高装有若干层塔板(或称塔盘)，液体靠重力作用由顶部逐板流向塔底，并在各块板面上形成流动的液层；气体则靠压强差推动，由塔底向上依次穿过各塔板上的液层而流向塔顶。气、液两相在塔内进行逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。
填料塔内装有各种形式的固体填充物，即填料。液相由塔顶喷淋装置分布于填料层上，靠重力作用沿填料表面流下；气相则在压强差推动下穿过填料的间隙，由塔的一端流向另一端。气、液在填料的润湿表面上进行接触，其组成沿塔高连续地变化。
目前在工业生产中，当处理量大时多采用板式塔，而当处理量较小时多采用
填料塔。蒸馏操作的规模往往较大，所需塔径常达一米以上，故采用板式塔较多；吸收操作的规模一般较小，故采用填料塔较多。
气液传质设备的性能通常由以下几个要素表示：
1．塔设备的生产能力或通过能力：指单位时间单位塔截面积上的处理量或气液流量。
2．传质效率：对板式塔而言，传质效率通常用塔板效率来衡量，即实际塔板与理论塔板分离能力之比；对填料塔而言，传质效率通常用传质单元高度，即完成一个传质单元所需要的填料层高度来表示。
3．流体阻力：指气体通过每层塔板或每米填料层高度的压降。
4．塔设备的操作弹性：指最大气速负荷与最小气速负荷之比，其值的大小表明塔对负荷变化的适应能力。
5．塔的设备投资与操作成本、安装及维修方便等因素。
本章重点介绍板式塔的塔板类型，分析操作特点并讨论浮阀塔的设计，同时还介绍各种类型填料塔的流体流体力学特性和计算。
§8.2 板 式 塔
8.2.1 板式塔主要类型的结构和特点 工业上常用的板式塔有：
泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流栅孔板塔 浮阀塔具有的优点：
生产能力大，塔板效率高，操作弹性大，结构简单，安装方便。 8.2.2 板式塔的流体力学特性 1、塔内气、液两相的流动
A 使气液两相在塔板上进行充分接触以增强传质效果
B 使气液两相在塔内保持逆流，并在塔板上使气液量相保持均匀的错流接触，以获得较大的传质推动力。
2、气泡夹带：
液体在下降过程中，有一部分该层板上面的气体被带到下层板上去，这种现象称为气泡夹带。
3、液（雾）沫夹带：
气体离开液层时带上一些小液滴，其中一部分可能随气流进入上一层塔板，这种现象称为液（雾）沫夹带。
4、液面落差
液体从降液管流出的横跨塔板流动时，必须克服阻力，故进口一侧的液面将比出口这一侧的高。此高度差称为液面落差。
液面落差过大，可使气体向上流动不均，板效率下降。 5、气体通过塔板的压力降 压力降的影响：
A 气体通过塔板的压力降直接影响到塔低的操作压力，故此压力降数据是决定蒸馏塔塔底温度的主要依据。
B 压力降过大，会使塔的操作压力改变很大。 C 压力降过大，对塔内气液两相的正常流动有影响。 压力降：ΔPP=ΔPC+ΔPL+ΔPδ 塔板本身的干板阻力ΔPC 板上充气液层的静压力ΔPL 液体的表面张力ΔPδ
折合成塔内液体的液柱高度M，则
ΔPP/?L g=ΔPC/?L g +ΔPL /?L g +ΔPδ/?L g 即hp=hc+hL+hδ
浮阀塔的压力降一般比泡罩塔板的小，比筛板塔的大。在正常操作情况，塔板的压力降以290—490 N/m2 .在减压塔中为了减少塔的真空度损失，一般约为98—245Pa 通常应在保证较高塔板效率的前提下，力求减少塔板压力降，以降低能耗及改善塔的操作性能。
6、液泛（淹塔）
汽液量相中之一的流量增大到某一数值，上、下两层板间的压力降便会增大到使降液管内的液体不能畅顺地下流。当降液管内的液体满到上一层塔板溢流堰顶之后，便漫但上层塔板上去，这种现象，称为液泛（淹塔）
如气速过大，便有大量液滴从泡沫层中喷出，被气体带到上一层塔板，或有大量泡沫生成。
如当液体流量过大时，降液管的截面便不足以使液体及时通过，于是管内液面即行升高。
上述两种情况导致液泛的情况中，比较常遇到的气体流量过大，故设计时均先以不发生过量液沫夹带为原则，定出气速的上限，在此限度内再选定一个合理的操作气速。
当气速增大到液滴所受阻力恰等于其净重时，液滴便在上升气流中处于稳定的悬浮状态。
因为d、ζ不易准确求得， 所以用C代替，即：
（1）史密斯关联图
横坐标：纵坐标：C20 参数：HT－hL （2）板间距HT
液气动能参数
一般D<1.5m HT=0.2～0.4m D>1.5m HT=0.4～0.6m （3）板上液层高度hL
常压 hL=0.05～0.1m 通常取0.05～0.08m 减压 hL≤0.025m
（4）
C20：由图6—53查得的负荷稀疏值。 C：操作物系的负荷系数。 δ：操作物系的表面张力，N/m。 （5）适宜的空塔气速u，即： u=(0.6～0.8)umax
