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1、化工原理第十章 气液传质设备ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 西 安 交 大 化 工 原 理 电 子 课 件 1 第十章 气液传质设备 10.1 填料塔 10.2 板式塔 10.3 塔设备的比较和选型 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 电 子 课 件 2 10.1 填料塔 10.1.1 填料塔和填料 一、填料塔的结构 填料塔是一种应用广泛的气液两相接触并进行 传热、传质的塔设备，可用于吸收（解吸）、 精馏和萃取等分离过程。填料塔不仅结构简单 ，而且具有阻力小和便于用耐腐蚀材料制造等 优点，尤其适用于塔直径较小地情形及处理有 腐蚀性的物料或
2、要求压强较小的真空蒸馏系统 ，此外，对于某些液气比较大的蒸馏或吸收操 作，也宜采用填料塔。 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 电 子 课 件 3 二、填料 填料式填充于填料塔中的材料，它是填料塔的主要内构件，其作用 是增加气、液两相的接触面积，并提高液体的湍动程度以利于传质、 传热的进行。因此填料应能使气、液接触面积大、传质系数高，同时 通量大而阻力小。表征填料特性的主要参数有： 1 比表面积 2 空隙度 3 单位堆体积内的填料数目n 4 堆积密度 5 干填料因子及填料因子 6 机械强度及化学稳定性 此外，性能优良的填料还必须满足制造容易、造价低廉等多方面的 要求。 返回 西 安 交 大
3、化 工 原 理 电 子 课 件 4 常用的填料可分为两大类：个体填料与规整填料。个体填料由实心 的固体块、中空的环形填料、表面开口的鞍形填料等，其常用的构造 材料包括陶瓷、金属、塑料（聚丙烯、聚氯乙烯等）、玻璃、石墨。 陶瓷填料耐腐蚀，但易碎，空隙率小；金属填料比表面积及空隙率大， 通量大，效率高，但不锈钢价贵，普通钢易腐蚀；塑料填料比表面积 大，空隙率较高，但不耐高温。工业上常用的一些个体填料如下。 图102 填料的形状 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 电 子 课 件 5 三、填料得选择 1、填料用材的选择 （1）当设备操作温度较低时，塑料能长期操作而不出现变形，在此 种情况下如果体系
4、对塑料无溶胀时可考虑使用塑料，因其价格低、 性能良好。塑料填料的操作温度一般不超过1000C，玻璃纤维增强的 聚丙烯填料可达1200C左右。塑料除浓硫酸、浓硝酸等强酸外，有较 好的耐腐蚀性，但塑料表面对水溶液的润湿性差。 （2）陶瓷填料一般用于腐蚀性介质，尤其是高温时，但对HF和高 温下的H3PO4与碱不能使用。 （3）金属材料一般耐高温，但不耐腐蚀。不锈钢可耐一般的酸碱腐 蚀（含C1的酸除外），但价格较昂贵。 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 电 子 课 件 6 2、 填料类型的选择 首先取决于工艺要求，如所需理论级数，生产能力（气量），容 许压降，物料特性（液体黏度、气相和液相中是否有
5、悬浮物或生产过 程中的聚合等）等，然后结合填料特性来选择，要求所选填料能满足 工艺要求，技术经济指标先进，易安装和维修。 由于规则填料气、液分布较均匀，放大效应小，技术指标由于乱 堆填料，故近年来规则填料的应用日趋广泛，尤其是大型塔和要求压 降低的塔，但装卸清洗较为困难。 对于生产能力（塔径）大，或分离要求较高，压降有限制的塔， 选用孔板波纹填料较宜，如苯乙烯乙苯精馏塔、润滑油减压塔等。 对于一些要求持液量较高的吸收体系中，一般用乱堆填料。乱堆填料 中，综合技术性能较优越是金属鞍环、阶梯环、其次是鲍尔环，再次 是矩鞍填料。 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 电 子 课 件 7 3、 填料尺
6、寸的选择 一般，填料尺寸（直径、波峰高）大，则比表面小，通量（容许 气速）大，压降低，但效率（每米填料的理论半数）也低，故多用于 生产能力（处理气量）大的塔。 大型工业用规整填料塔常用波峰高12mm左右的板波填料（比表面约 为250m2/m3）。 对于理论板数很多或塔高受厂房限制的场合，一般用小尺寸、高 比表面填料。 对于易结垢或易沉淀的物料通常用大尺寸的栅板（格栅）填料， 并在较高气速下操作。 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 电 子 课 件 8 10.1.2填料塔的留题力学性能于传质性能 一、填料塔内的流体流动 1、填料层中的流动 气体在填料层内的流动相当与气体在颗粒层内的流动。 2、
7、 气液两相流动的交互影响和载点 载干填料层内，气体流量的增大，将使压降按1.82.0次方增长。 3、 填料塔的液泛 当气液量达到某一定值时，两相交互作用恶性发展的结果会导致 液泛现象的出现。此时上升气流对液流的曳力加大到足以阻止液体 下流，于是液体充满填料层空隙，气体只能鼓泡上升。 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 电 子 课 件 9 二、填料塔的水力学性能 1、压力降 反映填料层阻力的压降随填料的类型与尺寸不同而变化。 2、 液泛 气速通常取泛点气速的5080。填料塔的直径D： 3、载液 从正常到载液的过渡往往是一段圆滑曲线。 4、持液量 持液量指单位体积填料层载其空隙中所持有地液体量。
8、 5、润湿速率 润湿速率 喷淋密度 液体体积流量/填料层截面积 填料比表面 填料层表面积/填料层体积 D= 4Vs u 液体体积流量 液体体积流量 填料层表面积/填料层高度 填料层得周边长 返回 三、填料的传质性能 西 安 1.填料润湿表面的计算 交 a G G = 1 ? exp?1.45( ) ( ) ( ) g a a 大 化 2.液相传质系数计算 工 G k ( ) = 0.0051( ) ( ) (ad ) a g D 原 理 3.气相传质系数 k RT G 电 = C( ) ( ) ( ad ) aD a D 子 课 件 2 W c 0.75 L 0.1 L L 2 L L 1 3
9、 L 23 L ?1 2 L p L W L L L V V 0.7 V 13 ?2 P V V V V 0.05 ( L GL 2 )0.2 0.4 10 返回 四、一些设计指标 西 安 1填料尺寸 交 一般认为上述比值至少要等于8，对拉西环填料还须大一些。 大 2操作气速 化 操作气速可按下列两种方法之一决定： 工 （1）取操作气速等于液泛气速得0.50.8倍； 原 （2）根据生产条件，规定出可容许得压力降，由此压力将反算出可 理 采用得气速。 电 3填料层高度 子 填料层高度由传质单元数或理论板数来推算。 课 件 11 返回 西 填料塔得附属结构包括填料支撑板，液体分布器，液体再分布器，
10、 安 气、液体进口及出口装置等。 交 1、 支承板 大 化 工 原 理 （c）条形升气管 电 子 (b)升 气 管 式 (a)栅 板 课 图105 填料的支撑 件 12 10.1.3填料塔得附属结构 (c) 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 电 子 课 件 13 2、 液体分布器 （1）管式喷淋器 B A B A (a) A A (c) B B (d) (b) 图106 管式喷淋器 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 电 子 课 件 14 （2）莲蓬式喷淋器 （3）盘式喷淋器 （4）齿槽式分布器 图109 槽式喷淋器 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 电 子 课 件 15 4、 其他
11、 为避免操作中因气速波动而使填料被冲动及损坏，常需在填 料层顶部设置填料压板或挡网，否则有可能使填料层结构及塔的 性能急剧恶化，破碎的填料也可能被代入气、液出口管路而造成 阻塞。 填料塔气体进口的构形应考虑液体倒灌，更重要的是要有利 于气体均匀地进入填料层，对于小塔常见地方式是使进气管伸至 塔截面的中心位置，管端作向下倾斜的切口或向下弯的喇叭口。 对于大塔，应采取其他更为有效的措施。 气体出口有时需设置除雾沫装置，常用的除沫装置有折流板 除雾器、丝网除雾器等。 液体的出口应保证形成塔的液封，并能放置气体的挟带。 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 电 子 课 件 16 10.2 板式塔 返回
12、 液 体 液 体 液 体 浮阀 西 10.2.1板式塔的塔型简介 安 交 大 右图中： 化 （a）为泡罩塔； 工 （b）为筛板塔； 原 （c）为浮阀塔； (d ) 为固定舌型塔； 理 电 （e）为浮动喷射塔。 子 课 件 17 升气管 气流 （ a） 气流 （ b） 气流 (c) 液 体 液 体 浮板 气流 (d) 图 10 11 常用板式塔的简图 气流 (e) 返回 西 10.2.2板式塔的操作原理 安 通常在塔板以上形成三种 交 不同状态的区间： 大 靠近塔板的液层底部属鼓 泡区，如图中（1）； 化 工 在液层表面属泡沫区，如 图中（2）； 原 在液层上方空间属雾沫区， 理 如图中（3）。
13、 电 子 课 件 18 返回 西 安 塔径可按流量方程求得，即 V = Du 4 交 4Vs D= 大 因此 u 化 L ? G 工 气速 的计算 u umax = C G 原 理 C 值应按下式进行校正： 电 C 20 子 =( ) C 课 件 2 s 10.2.3板式塔塔径的估算 20 0.2 19 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 电 子 课 件 20 10.2.4塔板流动形式 有降液管得板式塔常用得塔板液流型式有以下几种： 1单溢流型 如图1014（a）。 2双溢流型 如图1014（b）。 3U形溢流型 如图1014（c）。 4四溢流型 如图1014（d）。 (a) (b) 图 1
14、0 14 塔 板 流 动 型 式 (c) (d) 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 电 子 课 件 21 10.2.5塔板的共同结构 wc 无效区 1塔板的几个区域 各种塔板版面大致可分 为三个区域：降液管所占 的部分称为溢流区；塔板 开空部分称为鼓泡区；图 1015中阴影部分称为无 效区。 溢 流 区 Af 鼓 泡 区 Aa 溢 流 区 lw ws 图 10 15 塔 板 共 同 结 构 示 意 图 ws 返回 西 2降液管 安 （1）降液管的作用和液体在降液管的停留时间 交 一般要求停留时间大于35s,即按下式计算： Af H T 降液管容积m3 大 = = 液体体积流量m3 / s Ls 化 工（2）降液管的形状 原 理 电 A 子 A 课 (a)圆 形 （ b)弓 形 图 10 16 降 液 管 示 意 图 件
