【正文】 液層中所含氣體造成的靜壓 ， 則可由清液層高度代表 hl。 A B I II III uoc 氣速 u 干板壓降 ?p d 液層阻力 hl 氣體通過液層的阻力損失 hl 由以下三個(gè)方面構(gòu)成： (1) 克服板上充氣液層的靜壓； (2) 氣體在液相分散形成氣液界面的能量消耗； (3) 通過液層的摩擦阻力損失 。 區(qū)域 Ⅲ ： 氣體通過浮閥的流通面積固定不變 ， 閥孔氣速隨氣體流量增加而增加 ， 且壓降以閥孔氣速的平方快速增加 。 區(qū)域 Ⅱ ： 氣速增至 A點(diǎn) ， 閥片開始升起 。 區(qū)域 Ⅰ ： 全部浮閥處于靜止?fàn)顟B(tài) ， 氣體由閥片與塔板之間由定距片隔開的縫隙通過 。 hf 是以液柱高度表示的塔板的壓強(qiáng)降或阻力損失，因此 式中 ， ?L 為塔內(nèi)液體的密度 ， kg/m3。塔板上氣液主體流向?yàn)殄e(cuò)流流動(dòng)。 由于閥片具有斜邊，氣體沿斜邊流動(dòng)具有向下的慣性，因此只有進(jìn)入液層一定距離待慣性消失后氣體才會(huì)折轉(zhuǎn)上升。 浮閥塔板的流體力學(xué)性能 浮閥塔板上的氣 、 液流程 浮閥塔板的板面結(jié)構(gòu)： ? 鼓泡區(qū)（有效區(qū)、開孔區(qū)） ? 降液管區(qū) ? 受液盤區(qū) ? 液體安定區(qū) ? 邊緣區(qū) ? 溢流堰 塔身 溢流堰板 降液管 塔板 受液盤 安定區(qū) 降液管區(qū) 受液盤區(qū) 鼓 泡 區(qū) 液體從上一塔板的降液管流入板面上的受液盤區(qū) ， 經(jīng)進(jìn)口安定區(qū)進(jìn)入鼓泡區(qū)與浮閥吹出的氣體進(jìn)行質(zhì) 、 熱交換后 ， 再由溢流堰溢出進(jìn)入降液管流入下一塔板 。 液體從塔板入口流至降液管將多次經(jīng)歷上述過程 。 擋沫板 塔板 A A 降 液 管 AA剖視圖 受 液 盤 垂直篩板（ Vertical Sieve Tray ） 在塔板上開按一定排列的若干大孔 (直徑 100~200mm)，孔上設(shè)臵側(cè)壁開有許多篩孔的泡罩 ， 泡罩底邊留有間隙供液體進(jìn)入罩內(nèi) 。 這種塔板上裝有傾斜的擋沫板 ， 其作用是避免液體被直接吹過塔板 ， 并提供氣液分離和氣液接觸的表面 。 斜孔塔板 浮舌塔板 為使舌形塔板適應(yīng)低負(fù)荷生產(chǎn) ， 提高操作彈性 ， 研制出了可變氣道截面（ 類似于浮閥塔板 ） 的浮舌塔板 。 液體在同一方向上加速 ， 有可能使液體在板上的停留時(shí)間太短 、 液層太薄 ， 板效率降低 。 相同的液氣比下 ， 舌形塔板的液沫夾帶量較小 ， 故可達(dá)較高的生產(chǎn)能力 。 氣液并流避免了返混和液面落差 ， 塔板上液層較低 ， 塔板壓降較小 。 左右為宜 。 JCPT塔板（并流噴射填料塔板 Jet Coflow Packing Tray） 不同結(jié)構(gòu)型式的 JCPT塔板 舌形塔板 一種斜噴射型塔板 。氣體靠壓差繼續(xù)上升，進(jìn)入上一層塔板；液體基本以清液的形式回落到塔板上，沿流道進(jìn)入降液管，下降到下一層塔板。 特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡單、閥片開啟靈活、高效、高通量、壽命長、耐堵塞。 將單一鼓泡傳質(zhì)，變?yōu)殡p流傳質(zhì)，一部分為鼓泡、另一部分為噴射湍動(dòng)傳質(zhì)，使塔的分離效率和生產(chǎn)能力都大大提高。 輕閥塔板漏液稍嚴(yán)重 ， 除真空操作時(shí)選用外 ， 一般均采用重閥 。 ， 用以限制操作時(shí)閥片在板上升起的最大高度；閥片周邊有三塊略向下彎的定距片 ， 以保證閥片的最小開啟高度 。 浮閥塔板（ Valve Tray） F1型浮閥結(jié)構(gòu)簡單 ， 易于制造 ， 應(yīng)用最普遍 ， 為定型產(chǎn)品 。 優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)能力和操作彈性大，板效率高。因此，氣量變化時(shí)，通過閥片周邊流道進(jìn)入液體層的氣速較穩(wěn)定。閥片可隨上升氣量的變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)開啟度。 結(jié)構(gòu)： 以泡罩塔板和篩孔塔板為基礎(chǔ)基礎(chǔ)。 1950 年后開始對篩孔塔板進(jìn)行較系統(tǒng)全面的研究 ， 從理論和實(shí)踐上較好地解決了有關(guān)篩板效率 ， 流體力學(xué)性能以及塔板漏液等問題 ， 獲得了成熟的使用經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)方法 ， 使之逐漸成為應(yīng)用最廣的塔板類型之一 。 篩孔塔板（ Sieve Tray ） 篩孔塔板即篩板出現(xiàn)也較早 （ 1830年 ） ， 是結(jié)構(gòu)最簡單的一種板型 。 優(yōu)點(diǎn)： 操作穩(wěn)定 ， 升氣管使泡罩塔板低氣速下也不致產(chǎn)生嚴(yán)重的漏液現(xiàn)象 ， 故彈性大 。 液相 氣相 泡罩塔板（ Bubblecap Tray ） 在工業(yè)上最早 （ 1813年 ） 應(yīng)用的一種塔板 ， 其主要元件由升氣管和泡罩構(gòu)成 ， 泡罩安裝在升氣管頂部 ， 泡罩底緣開有若干齒縫浸入在板上液層中 ， 升氣管頂部應(yīng)高于泡罩齒縫的上沿 ， 以防止液體從中漏下 。 優(yōu)點(diǎn)： 塔板結(jié)構(gòu)簡單 ， 板上無液面差 ，板面充分利用 ， 生產(chǎn)能力較大； 缺點(diǎn)： 板效率及操作彈性不及溢流塔板 。 溢流式塔板應(yīng)用很廣 ， 按塔板的具體結(jié)構(gòu)形式可分為： 泡罩塔板 、 篩孔塔板 、 浮閥塔板 、 網(wǎng)孔塔板 、 舌形塔板等 。 液 相 降液管 堰 氣相 溢流塔板 (錯(cuò)流式塔板 )： 塔板間有專供液體溢流的降液管 (溢流管 )，橫向流過塔板的流體與由下而上穿過塔板的氣體呈錯(cuò)流或并流流動(dòng) 。 塔型選擇主要需考慮以下幾個(gè)方面的基本性能指標(biāo)： (1) 生產(chǎn)能力 即為單位時(shí)間單位塔截面上的處理量； (2) 分離效率 對板式塔指每層塔板的分離程度；對填料塔指單位高度填料層所達(dá)到的分離程度； (3) 操作彈性 指在負(fù)荷波動(dòng)時(shí)維持操作穩(wěn)定且保持較高分離效率的能力 ， 通常以最大氣速負(fù)荷與最小氣速負(fù)荷之比表示； (4) 壓強(qiáng)降 指氣相通過每層塔板或單位高度填料的壓強(qiáng)降； (5) 結(jié)構(gòu)繁簡及制造成本 。 塔型選擇 塔徑在 ~ ， 過去一般優(yōu)先選用板式塔 。 板式塔 溶劑 氣體 DJ 塔盤 新型塔板、填料 填料塔和板式塔的主要對比 板式塔 填料塔 壓降 較大 小尺寸填料較大；大尺寸填料及規(guī)整填料較小 空塔氣速 較大 小尺寸填料較??；大尺寸填料及規(guī)整填料較大 塔效率 較穩(wěn)定 ， 效率較高 傳統(tǒng)填料低；新型亂堆及規(guī)整填料高 持液量 較大 較小 液氣比 適應(yīng)范圍較大 對液量有一定要求 安裝檢修 較易 較難 材質(zhì) 常用金屬材料 金屬及非金屬材料均可 造價(jià) 大直徑時(shí)較低 新型填料投資較大 填料塔和板式塔都可用于吸收或蒸餾操作 。 溶劑 填料塔 氣體 散裝填料 塑料鮑爾環(huán)填料 規(guī)整填料 塑料絲網(wǎng)波紋填料 板式塔 在圓柱形殼體內(nèi)按一定間距水平設(shè)臵若干層塔板 ， 液體靠重力作用自上而下流經(jīng)各層板后從塔底排出 ， 各層塔板上保持有一定厚度的流動(dòng)液層；氣體則在壓強(qiáng)差的推動(dòng)下 ， 自塔底向上依次穿過各塔板上的液層上升至塔頂排出 。 填料塔 在圓柱形殼體內(nèi)裝填一定高度的填料 ，液體經(jīng)塔頂噴淋裝臵均勻分布于填料層頂部上 ， 依靠重力作用沿填料表面自上而下流經(jīng)填料層后自塔底排出；氣體則在壓強(qiáng)差推動(dòng)下穿過填料層的空隙 ， 由塔的一端流向另一端 ?！痘ぴ怼? 任課教師：張洪流 Principles of Chemical Engineering 第八章 氣液傳質(zhì)設(shè)備 Chapter 8 Mass Transfer Equipments 概述 （ Introduction） 氣液傳質(zhì)設(shè)備的基本功能： 形成氣液兩相充分接觸的相界面 ， 使質(zhì) 、 熱的傳遞快速有效地進(jìn)行 ，接觸混合與傳質(zhì)后的氣 、 液兩相能及時(shí)分開 ， 互不夾帶等 。 氣液傳質(zhì)設(shè)備的分類： 氣液傳質(zhì)設(shè)備的種類很多 ， 按接觸方式可分為連續(xù) （ 微分 ） 接觸式 （ 填料塔 ） 和逐級(jí)接觸式 （ 板式塔 ） 兩大類 ， 在吸收和蒸餾操作中應(yīng)用極廣 。 氣液在填料表面接觸進(jìn)行質(zhì) 、 熱交換 ， 兩相的組成沿塔高連續(xù)變化 。 氣 、 液在塔內(nèi)逐板接觸進(jìn)行質(zhì) 、 熱交換 ， 故兩相的組成沿塔高呈階躍式變化 。 新型填料及規(guī)整填料塔競爭力較強(qiáng) 。 隨著低壓降高效率輕材質(zhì)填料的開發(fā) ， 大塔也開始采用各種新型填料作為傳質(zhì)構(gòu)件 ， 顯示了明顯的優(yōu)越性 。 板式塔 Plate (tray) tower 塔板類型 塔板是板式塔的基本構(gòu)件 ， 決定塔的性能 。板上液體的流徑與液層的高度可通過適當(dāng)安排降液管的位臵及堰的高度給予控制 ， 從而可獲得較高的板效率 ， 但降液管將占去塔板的傳質(zhì)有效面積 ， 影響塔的生產(chǎn)能力 。 塔板類型 逆流塔板 （ 穿流式塔板 ） ： 塔板間沒有降液管 ， 氣 、 液兩相同時(shí)由塔板上的孔道或縫隙逆向穿流而過 ， 板上液層高度靠氣體速度維持 。 與溢流式塔板相比 ， 逆流式塔板應(yīng)用范圍小得多 ， 常見的板型有篩孔式 、 柵板式 、 波紋板式等 。 液體橫向通過塔板經(jīng)溢流堰流入降液管 ， 氣體沿升氣管上升折流經(jīng)泡罩齒縫分散進(jìn)入液層 ， 形成兩相混合的鼓泡區(qū) 。 缺點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ， 造價(jià)高 ， 塔板壓降大 ， 生產(chǎn)強(qiáng)度低 。 但由于早期對其性能認(rèn)識(shí)不足 ， 為易漏液 、 操作彈性小 、 難以穩(wěn)定操作等問題所困 ， 使用受到極大限制 。 浮閥塔板（ Valve Tray） 自 1950 年代問世后，很快在石油、化工行業(yè)得到推廣，至今仍為應(yīng)用最廣的一種塔板。有多種浮閥形式，但基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)相似，即在塔板上按一定的排列開若干孔，孔的上方安臵可以在孔軸線方向上下浮動(dòng)的閥片。在低氣量時(shí)，開度??；氣量大時(shí)，閥片自動(dòng)上升，開度增大。同時(shí)，氣體水平進(jìn)入液層也強(qiáng)化了氣液接觸傳質(zhì)。綜合性能較優(yōu)異。閥片帶有三條腿 ， 插入閥孔后將各腿底腳外翻 90176。 F1型浮閥分輕閥和重閥 。 JCV浮閥塔板（雙流噴射浮閥塔板 Jet Coflow Valve Tray） 結(jié)構(gòu)： 閥籠與塔板固定，閥片在閥籠內(nèi)上下浮動(dòng)。 該塔板可作為化工過程中的氣液傳質(zhì)、換熱設(shè)備。 JCV浮閥 （改進(jìn)型雙流噴射浮閥） 普通型 JCV浮閥 與塔板固定方法 JCV浮閥塔板（雙流噴射浮閥塔板 Jet Coflow Valve Tray） 低負(fù)荷下閥片工作狀態(tài) JCV浮閥塔板效率曲線 中負(fù)荷下閥片工作狀態(tài) 高負(fù)荷下閥片工作狀態(tài) JCV浮閥閥片 JCV浮閥塔板（雙流噴射浮閥塔板 Jet Coflow Valve Tray） ?2400 JCV浮閥塔板 ?1800 JCV浮閥塔板 JCPT塔板（并流噴射填料塔板 Jet Coflow Packing Tray） 塔板上的液體通過提液管與塔板之間的間隙被氣體提升，氣液并流通過提液管，在提液管內(nèi)高速湍動(dòng)混合、傳質(zhì)，然后氣液并流進(jìn)入填料中進(jìn)一步強(qiáng)化傳質(zhì)，并完成氣液分離。 與普通塔板在傳質(zhì)機(jī)理上的區(qū)別：它是填料與塔板的復(fù)合體，靠填料實(shí)現(xiàn)傳質(zhì)，靠塔板實(shí)現(xiàn)多級(jí)并流。 結(jié)構(gòu)簡單 ， 在塔板上沖出若干按一定排列的舌形孔 ， 舌片向上張角 ? 以 20176。 20 = ? o 50 氣相 優(yōu)點(diǎn)： 氣流由舌片噴出并帶動(dòng)液體沿同方向流動(dòng) 。 氣流方向近于水平 。 缺點(diǎn)： 張角固定 ， 在氣量較小時(shí) ， 經(jīng)舌孔噴射的氣速低 ， 塔板漏液嚴(yán)重 ， 操作彈性小 。 在舌形塔板上發(fā)展的斜孔塔板 ， 斜孔的開口方向與液流垂直且相鄰兩排開孔方向相反 ， 既保留了氣體水平噴出 、氣液高度湍動(dòng)的優(yōu)點(diǎn) ， 又避免了液體連續(xù)加速 ， 可維持板上均勻的低液面 ， 從而既能獲得大的生產(chǎn)能力 ， 又能達(dá)到好的傳質(zhì)效果 。 1 9 8 37 3 1 o 20 降 液 管 a 斜孔結(jié)構(gòu) b 塔板布臵 受 液 區(qū) 導(dǎo) 向 孔 網(wǎng)孔塔板 網(wǎng)孔塔板由沖有傾斜開孔的薄板制成 ， 具有舌形塔板的特點(diǎn) 。 網(wǎng)孔塔板具有生產(chǎn)能力大 ， 壓降低 ，加工制造容易的特點(diǎn) 。 氣流將由泡罩底隙進(jìn)入罩內(nèi)的液體拉成液膜形成兩相上升流動(dòng) ， 經(jīng)泡罩側(cè)壁篩孔噴出后兩相分離 ， 即氣體上升液體落回塔板 。 與普通篩板相比 ， 垂直篩板為氣液兩相提供了很大的不斷更新的相際接觸表面 ， 強(qiáng)化了傳質(zhì)過程；且氣液由水平方向噴出 ， 液滴在垂直方向的初速度為零 ， 降低了液沫夾帶量 ， 因此垂直篩板可獲得較高的塔板效率和較大的生產(chǎn)能力 。 浮閥塔板上的氣、液流程 來自下一塔板的氣體經(jīng)鼓泡區(qū)的閥孔分散成小股氣流，并由各閥片邊緣與塔板間形成的通道以水平方向進(jìn)入液層。 氣體在板面上與液體相互混合接觸進(jìn)行傳熱傳質(zhì)，而后逸出液面上升到上一層塔板。 氣體通過浮閥塔板的壓降 氣體進(jìn)、出一塊塔板（包括液層）的壓強(qiáng)降即為氣體通過該塔板的阻力損失（左側(cè)壓差計(jì)所測的 hf 值）。 板壓降 hf 可視為由氣體通過干板的阻力損失 hd 和氣體穿過板上液層的阻力損失 hl 兩部分組成 ， 即 fLp ghp ?=?ldf hhh ?=有效長度 泡沫 hl hf how H T h 0 干板阻力損失 hd 浮閥塔板的干板阻力損失壓降隨空塔氣速 u 的提高而增大 。 縫隙處的氣速與壓降隨氣體