传质设备PPT

第二节填料塔填料塔为气液连续接触式传质设备。基本特点是结构简单、压降低、填料宜用耐腐蚀的材料制造。结构:在圆筒形的塔体内设置支承板;在支承板上装上一定高度的填料；液体从塔上方的液体分布器喷淋至填料上，在填料表面形成液膜；气体由下往上流动，气液间传质在填料表面进行。填料塔传质性能的好坏主要取决于填料的性能。填料材料：一般采用化学性能稳定的材料制成，如陶瓷、塑料、金属等填料性能要求：填料要求比表面大？、润湿性能好（传质面积大）、空隙率大？填料的重要特性：•填料塔的核心，是气液两相接触进行质、热传递的场所。•（1）比表面积a：•单位体积填料层所具有的表面积(m2/m3)。被液体润湿的填料表面就是气液两相的接触面。大的a和良好的润湿性能有利于传质速率的提高。对同种填料，填料尺寸越小，a越大，但气体流动的阻力也要增加。•（2）空隙率：•单位体积填料所具有的空隙体积(m3/m3)。代表的是气液两相流动的通道，大，气、液通过的能力大，气体流动的阻力小。•（3）填料的几何特性•形状理想的填料为气液两相提供了合适的通道，气体流动的压降低、通量大，且液流易铺展形成液膜，液膜的表面更新率快。几种常用填料拉西环：形状为外径等于高的圆筒形，这种填料简单、成本低、但液相分布差鲍儿环：在拉西环的基础上，壁上切片往里拉，使液体可往里面走，液体分布均匀，阻力小，性能比拉西环好，但价格高。矩鞍形：这种填料的优点为敞开式结构、不分内外，气液分布好。金属(英特洛克)鞍环：类似于弧鞍形，但在中间拉出一条，使形成圆形。金属鞍环吸收环形填料通量大？，鞍形填料液相分布好的特点，它的性能优于鲍儿环和矩鞍填料。θ网环：把金属网做成θ的环状网丝细密，空隙很高，比表面积很大。网体填料气体阻力小，传质速率高。规整填料：空隙大，生产能力大，压降小。流道规则，只要液体初始分布均匀，则在全塔中分布也均匀，因此规整填料几乎无放大效应，通/常具有很高的传质效率。气液两相在填料内的流动①液体的成膜条件润湿：界面张力σ液固+σ气液σ气固（物化知识）上式中两端差值越大，填料表面越容易被该液体所湿润。②液膜的表面更新：填料塔内液膜表面应不断更新，以保证传质能够顺利进行。③填料塔内的液体分布：液体分布均匀为好。如形成沟流、壁流，则部分填料不能润湿，传质效果不好。④填料塔的持液量：单位体积填料所具有的的液体量。单位，m3/m3。持液量小，液体停留时间短，对热敏物质的分离有利。⑤气体在填料层内的流动气体通过干填料层的压降与空塔气体流速的关系如图所示图中直线斜率为1.8～2.0。当液体流量为一定数值时，气速增加到一定数值时，压降曲线开始变陡，如图中A点以上，A点称为载点，此时直线斜率大于2。当气速继续增加压降曲线趋向于垂直，如图中B点以上，B点称为泛点，此时直线斜率大于2，填料塔出现液泛现象。泛点和压降的经验关联如图横坐标为两相流动参数式中：GV、GL-气体和液体的质量流速，kg∙m-2∙s-1；ρV、ρL-气液两相密度，kg/m3。5.0LVVLGG纵坐标为式中u空塔气速，m∙s-1；ψ水密度与液体密度之比；φ填料因子，m-1；g重力加速度，9.81m∙s-2；ρV、ρL-气液两相密度，kg/m3。μL-液体粘度，mPa∙s。2.02LLVgu在图上，由横坐标值与泛点线可得纵坐标值，由纵坐标值可求得泛点气速。按实际气速取泛点气速的一定比例，计算出实际气速；再由实际气速及所给的气体体积流量计算塔径。2.3填料塔的传质•相际接触面积－－：润湿表面的一部分以及液滴与气泡面积。润湿面积按下式计算aw-单位体积填料层的润湿面积，m2/m3；a-填料的比表面，m2/m3；σ-表面张力，N/m；σc-填料材质的临界表面张力，查表10－5；2.0205.0221.075.045.1exp1aGgaGaGaaLLLLLLcWGL-液体通过空塔截面的质量流速，kg∙m-2∙s-1；μL-液体粘度，Pa∙s。ρL-液体密度，kg/m3g重力加速度，9.81m∙s-2。传质系数液相传质系数kL式10-47kL-液相传质系数，kmol/[m2∙s(kmol/m3)]；DL－溶质在液相中的扩散系数，m2/s;dp填料的尺寸，m4.02132310051.0pLLLLWLLLLadDaGgk•气相传质系数kG式子10-56R－气体常数，8.314kJ∙kmol-1∙K-1；T－气体温度，KDG－溶质在气体中的扩散系数，m2/s;C－系数，查值。求出kL与KG后就可以算出aw进而求出体积传质系数kLa和KGa，最后可以算出传质单元高度或填料塔高度。2317.0GpGGGVGGadDaGCaDRTk填料塔的附属结构主要包括：支承板、液体分布器、液体再分布器、(除沫器)。附属结构的选型、设计、安装是否正确合理，对填料塔的操作和传质分离效果都会有直接影响，应给予足够的重视。填料支承板：支承塔内填料，保证气液两相顺利通过。常用的支承板有栅板、升气管式和气体喷射式等类型。液体分布器：将液体均匀分布于填料层顶部，好的液体分布器能实现满意的分离效果。液体再分布器：随液体流经的填料层厚度的增加，偏流程度增加，液体的大尺度不良分布就越严重。解决方法是每隔一定高度设置一液体再分布器。除沫器：当塔内气速较高，液沫夹带较严重时，在塔顶气体出口处需设置除沫装置。2.5填料塔与板式板的比较①填料塔的操作范围小；②填料塔不宜处理含有悬浮物的流体；③板式塔设计可靠、操作稳定；④填料塔的压降较小；⑤填料塔适合于处理易起泡的、热敏性的、腐蚀性的料液；思考？•问题来了•问：单板效率与全塔效率有何关系？•答：单板效率反映每层塔板的传质效果，它是基于塔板理论增浓程度的概念，而全塔效率反映全塔的传质效果，它是基于所需理论板数的概念。单板效率越高，全塔效率亦越高，但即使塔内各层塔板的单板效率相等，全塔效率在数值上也不等于单板效率。问：为什么即使塔内各板效率相等，全塔效率在数值上也不等于板效率？答：因为两者定义基准不同，全塔效率以所需理论板数为基准定义的，而板效率是以单板理论增浓度为基准定义的。