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西北农林科技大学 植物保护学院 《化工原理》课程教案
第六节 板式塔
一、塔板的结构型式
板式塔的壳体通常为圆筒形，里面沿塔高装有若干块水平的塔板。 传质机理：塔内液体依靠重力作用，由上层塔板的降液管流
到下层塔板的受液盘，然后横向流过塔板，从另一侧的降液管流至下一层塔板。溢流堰的作用是使塔板上保持一定厚度的液层。气体则在压力差的推动下，自下而上穿过各层塔板的气体通道（泡罩、筛孔或浮阀等），分散成小股气流，鼓泡通过各层塔板的液层。在塔板上，气液两相密切接触，进行热量和质量的交换。在板式塔中，气液两相逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化，在正常操作下，液相为连续相，气相为分散相。
板式塔的结构 １－塔壳体；２－塔板；３－溢流堰；４－受液盘；５－降液管 4 5 1 2 3 为有效地实现气液两相之间的传质，板式塔应具有以下两方面的功能：
①在每块塔板上气液两相必须保持密切而充分的接触，
为传质过程提供足够大而且不断更新的相际接触表面，减小传质阻力；
②在塔内应尽量使气液两相呈逆流流动，以提供最大的传质推动力。
由吸收章可知，当气液两相进、出塔设备的浓度一定时，两相逆流接触时的平均传质推动力最大。在板式塔内，各块塔板正是按两相逆流的原则组合起来的。
但是，在每块塔板上，由于气液两相的剧烈搅动，是不可能达到充分的逆流流动的。为获得尽可能大的传质推动力，目前在塔板设计中只能采用错流流动的方式，即液体横向流过塔板，而气体垂直穿过液层。
由此可见，除保证气液两相在塔板上有充分的接触之外，板式塔的设计意图是，在塔内造成一个对传质过程最有利的理想流动条件，即在总体上使两相呈逆流流动，而在每一块塔板上两相呈均匀的错流接触。
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塔板是板式塔的核心构件，其功能是使气、液两相保持充分的接触，使之能在良好的条件下进行传质和传热传递过程。塔板上的气液两相流动方式有错、逆流两种，如图5—4所示。
错流塔板在板间设有专供液体流通的降液管（又称溢流管）。从降液管出来的液体横过塔板，然后再溢流进入另一降液管而到达下一层塔板；气体则经过板上的孔道上升，在每一层塔板上气、液两相呈错流方式接触。
逆流塔板在板间无降液管，气、液同时由板上孔道逆向穿流而过。这种塔板结构简单、板面利用充分、气体分布均匀，但需要较高的气速才能维持板上液层，操作弹性小，它的应用不及错流塔板广泛。
二、塔板结构
塔板上主要分为汽液鼓泡区（传质）与降液管区 （一） 汽液鼓泡区 主要的传质区域
（二）溢流堰（overflow weir）
保持塔板上一定的液层厚度，长度一般为塔径的0.6～0.8倍 （三）降液管（downcomer）
液体的通道，另外使得液汽达到分离，技术要求：停留时间
降液管截面积?降液管中液体高度停留时间＝
液体体积流量降液管中清液层高度一般约为塔板间距的一般。
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（四）塔板上液体流动的安排 单流型与双流型
（1） 单流型：一个降液管，简单，适用于D<2m的塔
（2） 双流行，多流型：使液体分布厚度均匀，结构复杂，适用于大直径的塔。
二、塔板上汽液两相的流动现象
研究目的：强化传质
在塔内应尽量使气液两相呈逆流流动，以提供较大的传质推动力。 板式塔：总体上气液呈逆流流动；每块塔板上呈均匀错流
气液两相接触状态
1、鼓泡接触状态 液体——连续相 气体——分散相 两相接触面积：气泡表面 传质阻力较大
2、泡沫接触状态：液体——连续相 气体——分散相 两相接触面积：不断更新的液膜表面，表面积大，表面不断更新，有利于传质
3、喷射接触状态 气体——连续相 液体——分散相 两相接触面积：不断更新的液滴表面，传质面接大，利于传质。
合理选择塔板的开孔率和孔径造成适应于物系性质的气液接触状态
一般情况下，塔板上存在着两种气液接触状态——泡沫状态和喷射状态。不同的孔速下将出现不同的气液接触状态，不同的物系适宜于不同的接触状态。
已知，轻组分表面张力小于重组分的物系宜采用泡沫接触状态，轻组分表面张力大于重组分的物系宜采用喷射接触状态？
这一点可解释如下：
在泡沫接触状态，气泡密集，板上液体呈液膜状态而介于气泡之间。在传质过程中，液膜是否稳定左右着实际相界面的大小。如果液膜不稳定，则易被撕裂而发生气泡的合并，相界面将减少。设有液膜如图所示，其表面张力为?。若液膜的某一局部发生质量传递，该处膜厚减薄，轻组分浓度减小，重组分浓度增加，表面张力发生变化。
（?易?难）
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显然，对于重组分表面张力较小的物系，局部传质处的表面张力?'将小于?，
液体被拉向四周，导致液膜破裂气泡合并。反之，对于重组分表面张力较大的物系，局部蒸发处的表面张力 ?'将大于?，可吸引周围的液体，使液膜得以恢复，液膜比较稳定。
因此，重组分表面张力较大的物系，宜采用泡沫接触状态。若以x表示重组分的摩尔分数，这种物系的
d??0，故可称为正系统。 dx在喷射状态中，液相被分散成液滴而形成界面。与泡沫接触状态中的液膜相反，此时，液滴的稳定性越差，液滴越容易分裂，相界面越大。如图所示，由于局部质量传递，液滴表面的某个局部将出现缺口，此处重组分摩尔分数增加，表面张力发生变化。
对于正系统，缺口处的表面张力?'大于?，缺口得以弥合，液滴稳定不易分裂。对于重组分表面张力较小的物系，缺口处的表面张力?'小于?，缺口将自动扩展加深，导致液滴分裂。因此，重组分表面张力较小的物系，宜采用喷射接触状态。同样，若以
x表示重组分的摩尔分数，这种物系的
d??0，故可称为负系统。 dx总之，正系统的液滴或液膜的稳定性皆好，宜采用泡沫接触状态而不宜采用喷射接触状态；负系统的液滴或液膜稳定性差，宜采用喷射接触状态而不宜采用泡沫接触状态
如上所述，泡沫接触状态和喷射状态均是优良的塔板接触状态。因喷射接触状态的气速高于泡沫接触状态，故喷射接触状态有较大的生产能力，但喷射状态液沫夹带较多，若控制不好，会破坏传质过程，所以多数塔均控制在泡沫接触状态下工作。
塔板的结构型式：
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