1、,講授 姜華,化 工 基 礎(chǔ),傳質(zhì)設(shè)備,傳質(zhì)設(shè)備：塔設(shè)備主要分為填料塔和板式塔。,塔設(shè)備的基本功能：提供氣、液兩相充分接觸的機(jī)會(huì)，使傳質(zhì)、傳熱兩種傳遞過程能夠迅速有效地進(jìn)行，同時(shí)還要能使接觸之間的氣、液兩相及時(shí)分開，互不夾帶。,塔設(shè)備的基本要求：,1、有大的生產(chǎn)能力，即單位塔截面能允許處理的物料量要大；,2、有高的傳質(zhì)效率，使達(dá)到規(guī)定分離要求的塔高較低。,3、操作易于穩(wěn)定，并要求當(dāng)物流量在相當(dāng)范圍內(nèi)變化時(shí)不致引 起傳質(zhì)效率顯著的變動(dòng)。,4、對(duì)物流(常指氣相)的阻力要小，一適合減壓操作或節(jié)約動(dòng)力。,5、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工制造，維修方便，節(jié)省材料，并能耐腐 蝕和不易堵塞等。,5.1 填料塔,填料塔

2、的結(jié)構(gòu),塔體為圓筒形，里面裝有相當(dāng)高度的填料層，填料的下方有支承板，上方為填料壓網(wǎng)及液體分布裝置。操作時(shí)，液體經(jīng)塔頂?shù)囊后w分布器噴灑后沿填料表面呈薄膜向下流動(dòng)；氣體從塔底進(jìn)入，在壓強(qiáng)差的推動(dòng)下，通過填料間的空隙與液體逆流接觸，在填料表面進(jìn)行傳質(zhì)。,氣、液兩相的組成沿塔高連續(xù)地變化。,填 料,填料的選擇與傳質(zhì)效率密切相關(guān)，要考慮到以下條件：,填料的作用：,為氣液傳質(zhì)提供較大的接觸面積和充分的接觸時(shí)間。,1、單位體積有較大的表面積，并要求填料表面易被吸收劑 潤濕，使之能在吸收時(shí)形成充分的有效接觸面。,2、有較大的空隙率，使氣體流動(dòng)時(shí)有較小的阻力，即塔中 的壓降小。,3、重量輕而機(jī)械強(qiáng)度大，很多場(chǎng)合

3、下要求耐腐蝕。,4、價(jià)廉易得。,填 料, 工業(yè)上常用的填料有實(shí)體填料和網(wǎng)體填料,階梯環(huán),金屬鞍環(huán),網(wǎng)環(huán),波紋板填料,拉西環(huán),鮑爾環(huán),弧鞍,矩鞍,共軛環(huán),填料的制作材料有陶瓷、塑料或金屬等。,填 料,拉西環(huán)的主要缺點(diǎn)是液體分布性能不好，偏集流壁效應(yīng)較嚴(yán)重。, 偏集流壁效應(yīng)：填料在塔的中心區(qū)堆放的密度比塔壁附近 大，使中心區(qū)的阻力較大，液體流過一段填料后，會(huì)向挺 壁偏流，使中心區(qū)的填料不能被潤濕，導(dǎo)致氣液接觸不良， 傳質(zhì)效率降低，這種現(xiàn)象稱為偏集流壁效應(yīng)或塔壁效應(yīng)。,填料的尺寸要根據(jù)塔徑來選擇：拉西環(huán)的直徑對(duì)塔徑之比要小于1/8；矩鞍1/8；鮑爾環(huán)1/10；弧鞍1/15；小于以上值液體的偏集流壁效

4、應(yīng)會(huì)減輕。,填料的堆放要注意均勻，以避免溝流。溝流時(shí)氣流或液流經(jīng)填料層阻力較小處短路流過，減少氣液間的有效接觸。,填料的性能,16mm填料的傳質(zhì)性能 （CO2溶液用空氣解吸）,幾種常用填料的相對(duì)效率,噴 淋 器,彎管式,蓮蓬式,篩孔盤式,液體再分布器,作用：將液體引入塔中心，避免偏集流壁效應(yīng),在塔較高時(shí)，每隔塔徑23倍的高度處安裝液體再分布裝置。,填料塔內(nèi)的流體力學(xué)特征,氣體通過干床層時(shí)，氣流的阻力與氣速的1.82.0次方成比例.,填料塔內(nèi)的流體力學(xué)特征,液泛速度：,實(shí)際氣體流速常選液泛速度的60%80%。,塔徑的計(jì)算,板式塔,液體,氣體,尾氣,吸收液,泡罩塔板的優(yōu)點(diǎn)是操作彈性較大，塔板不易堵

5、塞；缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高，板上液層厚，塔板壓降大，生產(chǎn)能力及板效率較低。泡罩塔板已逐漸被篩板、浮閥塔板所取代，在新建塔設(shè)備中已很少采用。,泡罩塔板,篩孔式塔板,篩板的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低，板上液面落差小，氣體壓降低，生產(chǎn)能力大，傳質(zhì)效率高。其缺點(diǎn)是篩孔易堵塞，不宜處理易結(jié)焦、粘度大的物料。,浮閥塔板具有泡罩塔板和篩孔塔板的優(yōu)點(diǎn)。,浮閥塔板的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低，生產(chǎn)能力大，操作彈性大，塔板效率較高。其缺點(diǎn)是處理易結(jié)焦、高粘度的物料時(shí)，閥片易與塔板粘結(jié)；在操作過程中有時(shí)會(huì)發(fā)生閥片脫落或卡死等現(xiàn)象，使塔板效率和操作彈性下降。,F1型,V-4型,T型,浮閥塔板,舌型塔板的優(yōu)點(diǎn)是：生產(chǎn)能力大，塔

6、板壓降低，傳質(zhì)效率較高；缺點(diǎn)是：操作彈性較小，氣體噴射作用易使降液管中的液體夾帶氣泡流到下層塔板，從而降低塔板效率。,舌型塔板,浮舌塔板與舌型塔板相比，浮舌塔板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是其舌片可上下浮動(dòng)。因此，浮舌塔板兼有浮閥塔板和固定舌型塔板的特點(diǎn)，具有處理能力大、壓降低、操作彈性大等優(yōu)點(diǎn)，特別適宜于熱敏性物系的減壓分離過程。,浮舌塔板,噴射型塔板,板式塔的流體力學(xué)性能,鼓泡狀態(tài),蜂窩狀態(tài),泡沫狀態(tài),噴射狀態(tài),泡沫接觸狀態(tài)和噴射狀態(tài)均是優(yōu)良的塔板接觸狀態(tài)。因噴射接觸狀態(tài)的氣速高于泡沫接觸狀態(tài)，故噴射接觸狀態(tài)有較大的生產(chǎn)能力，但噴射狀態(tài)液沫夾帶較多，若控制不好，會(huì)破壞傳質(zhì)過程，所以多數(shù)塔均控制在泡沫接觸狀態(tài)

7、下工作。,塔板上的異常操作現(xiàn)象,漏液,液泛,霧沫夾帶,塔板的負(fù)荷性能圖,1 為漏液線,2 為液沫夾帶線,3 為液相負(fù)荷下限線,4 為液相負(fù)荷上限線,5為液泛線,由五條線所包圍的區(qū)域稱為塔板的適宜操作區(qū)。操作時(shí)的氣相負(fù)荷V與液相負(fù)荷L在負(fù)荷性能圖上的坐標(biāo)點(diǎn)稱為操作點(diǎn)。,點(diǎn)效率：,實(shí)際塔板的效率,NOTE：EOG的大小取決于塔板上的氣液傳質(zhì)速率。,冒夫里板效率：,理論上，EMG是EOG的統(tǒng)計(jì)平均值。,全塔板效率：,影響板式塔效率的因素,影響EOG的因素：氣泡的比表面積F/V，氣泡在液層中的停留時(shí)間和氣-液總傳質(zhì)系數(shù)Ky。F/V、和Ky越大，EOG越接近于1，即點(diǎn)效率越高。,影響EMG的因素：除了上

8、述外，還與板上液體的流動(dòng)情況有關(guān)。當(dāng)塔板上液體極充分混合時(shí)，EMG=EOG。,影響E0的因素：首先是決定于單板的效率EMG，但也與板間的霧沫夾帶有關(guān)。霧沫夾帶會(huì)降低一塊實(shí)際塔板的效率。,塔高的計(jì)算,板式塔塔高H是由實(shí)際塔板數(shù)n和板間距h來確定的，即：,板間距的確定,板間距，即相鄰兩塊實(shí)際塔板之間的距離，取決于兩個(gè)因素：一個(gè)是上升蒸氣“霧沫夾帶”的程度，另一個(gè)是溢流管中液面的高度。,要求：,1、進(jìn)入上一塊塔板的蒸氣中被夾帶液量小于10%。,2、溢流管中液面的高度hd與上升蒸氣經(jīng)過塔板的壓力降（p1-p2）有關(guān)，板間距h一般取hd的二倍。若板間距過小，則上一塊塔板的液體就不能及時(shí)流走而積存在塔板上

9、，出現(xiàn)“淹塔”。要保證在規(guī)定的操作條件下不發(fā)生淹塔現(xiàn)象。,（一）、板式塔適用于： 1、塔徑較大； 2、所需傳質(zhì)單元數(shù)或理論板數(shù)較多； 3、熱量需從塔內(nèi)移除； 4、適于較小液量； 5、適于處理有懸浮物的液體； 6、板式塔便于側(cè)線采出。 （二）、填料塔適用于： 1、處理有腐蝕性的物料； 2、填料塔壓力降較小，適用于真空蒸餾； 3、適用于間歇蒸餾或熱敏性物料的蒸餾； 4、適用于處理易發(fā)泡的液體。,板式塔與填料塔比較,物理吸收的平衡取決于當(dāng)時(shí)條件下吸收質(zhì)在吸收劑中的_，化學(xué)吸收的平衡主要取決于當(dāng)時(shí)條件下吸收反應(yīng)的_。 8、氣體通過干填料層流動(dòng)時(shí)，在不高的氣速下，氣流的阻力與氣速的_次方成正比。,亨利系

10、數(shù)隨溫度的升高而升高；亨利系數(shù)越大，表明氣體在液體中的溶解度越大。 ( ) 11、當(dāng)氣體在溶劑中的溶解度很小時(shí)，吸收過程為液膜控制。 ( ) 12、操作線與平衡線間的距離越大，傳質(zhì)的推動(dòng)力越大。,操作線方程推導(dǎo)的根據(jù)是什么？說明操作線的物理意義。 4、什么是傳質(zhì)單元？ 表示氣液間平衡關(guān)系的亨利定律的表達(dá)式為_，亨利定律只適用于_溶液，壓強(qiáng)較高時(shí)，亨利定律中的分壓應(yīng)以_來代替。亨利系數(shù)隨溫度的升高而_，亨利系數(shù)越大，表明氣體組分在液體中的溶解度越_。 6、操作線方程的依據(jù)是吸收塔中的_，操作線上的任一點(diǎn)，表示相應(yīng)于_的關(guān)系。,吸收的推動(dòng)力是什么？有哪些表示方法？,提高吸收速率可采用哪些方法？,拉

11、西環(huán)主要的缺點(diǎn)是液體分布性能不好，液體有_效應(yīng)，安裝_裝置可消除該效應(yīng)。 傳質(zhì)過程常用的設(shè)備是_，主要分為_和_。 操作線方程推導(dǎo)的依據(jù)是_。 增加體系的壓力，對(duì)吸收_，提高體系的溫度，對(duì)吸收_。（填有利或不利）,用純?nèi)軇┪栈旌蠚庵械谋?已知混合氣的流量為8mol.S-1,混合氣中苯的初始濃度為4%(體積),離開吸收塔的液相濃度為0.02% mol苯/mol溶劑,苯的吸收率為80%,平衡線方程為Y=0.126X,求塔頂和塔底的吸收推動(dòng)力(Y1-Y1*)和(Y2-Y2*),以及吸收劑的用量.,用清水在常壓下吸收混合氣中的甲醇（其它組分均為惰性組分），處理氣量為1m3s-1（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），氣體含甲

12、醇2.5gm3，要求甲醇的吸收率為90%。實(shí)際液氣比為最小液氣比的130%，氣液平衡關(guān)系為：Y=1.15X。求所得吸收液的比摩爾分率和吸收所需的氣相傳質(zhì)單元數(shù)。,精餾塔中，每層塔板上都發(fā)生_和_，向上蒸氣越來越富集_組分，向下溶液越來越富集_組分。 10、精餾塔進(jìn)料口以上的區(qū)域稱為_段，進(jìn)料口以下的區(qū)域稱為_段，只有_段的精餾塔只能將進(jìn)料分割成粗的餾出液和純的難揮發(fā)組分。,一般來說，壓強(qiáng)降低，體系的相對(duì)揮發(fā)度降低。 ( ) 14、簡(jiǎn)單蒸餾，餾出液的平均組成與原始溶液和餾殘液間存在直接的相平衡關(guān)系。 為什么精餾時(shí)必須有回流？說明回流比對(duì)精餾的影響。 描述理想溶液的拉烏爾定律為_。對(duì)拉烏爾定律有正偏差的真實(shí)溶液，在特殊條件下出現(xiàn)_；有負(fù)偏差的體系，在特殊條件下有_。,苯甲苯混合液中含苯50%（mol），在常壓下進(jìn)行連續(xù)精餾，體系的相對(duì)揮發(fā)度為2.45，要求餾出液中含苯不小于95（mol）%，餾殘液中含苯不大于5（mol）%，選用的回流比為4，泡點(diǎn)進(jìn)料，進(jìn)料量為200molh-1，若實(shí)際塔板效率為理論板的80%。（1）用逐板法