西北大学化工原理电子教案 低，是非常不利于传质的因素。国内也对此进行了长期研究，工作主要集中在：描述有这些 非理想流动情况下的传质效率计算：改进塔板结构，尽量消除这些不利因素。 10.1.5板式塔的不正常现象 板式塔内的非理想流动对传质非常不利，但塔还可以操作，只是在一定的严重程度下， 塔的分离效果大大降低。但在非理想流动相当严重的情况下，塔的整个操作状态被破坏，使 塔不能正常操作。不能正常操作的现象出现点即是塔的操作上下限。 液泛是塔的上部全部充满液体，并且液体会随气体从塔顶溢出的一种不正常操作现象。 液泛有两种： 夹带液泛当液体夹带量过大时，上层塔板的液层厚度明显增加，板间距减小，液滴的有效 分离空间降低，则上层塔板的液沫夹带量更大，因而造成恶性循环，最终液体将充满全塔， 并随气体从塔顶溢出，这种现象称夹带液泛。塔板上开始出现恶性循环的气速称为液泛气速， 并且液体流量越大，液泛气速越低。 一般工业设计时规定液沫夹带量不得超过5~10%，并以此作为一种上限。在此上限之 内可以保持分离效率，超出此范围，则分离效果骤降。 溢流液泛因降液管通过能力而引起的液泛称为溢流液泛，或降液管液泛。在规定液沫夹带 不得超过10%时，降液管液泛就是操作上限。 降液管是两个塔板之间的液体通道，其两端的压差即为板压降。由于板压降的原因，液 体实际上是从低压空间流向高压空间。在正常操作时，降液管的液面必高于塔板入口处的液 面，并且其差值为板压降h,与液体流经过降液管的阻力损失h,之和。这一点可由柏努力 方程导出，如下。在1-1,2-2列柏式 +,+且=+g++4,4=0白--B+∑h, 2 P=P2+Pg(A+hm+方w)） 则：--BB+∑4与+A+力+九， 则：降液管的液位高度与板上入口处的液面差为： 二1-22-△-hw-h。=h,+h∑h
西北大学化工原理电子教案 低，是非常不利于传质的因素。国内也对此进行了长期研究，工作主要集中在：描述有这些 非理想流动情况下的传质效率计算；改进塔板结构，尽量消除这些不利因素。 10.1.5 板式塔的不正常现象 板式塔内的非理想流动对传质非常不利，但塔还可以操作，只是在一定的严重程度下， 塔的分离效果大大降低。但在非理想流动相当严重的情况下，塔的整个操作状态被破坏，使 塔不能正常操作。不能正常操作的现象出现点即是塔的操作上下限。 液泛是塔的上部全部充满液体，并且液体会随气体从塔顶溢出的一种不正常操作现象。 液泛有两种： 夹带液泛 当液体夹带量过大时，上层塔板的液层厚度明显增加，板间距减小，液滴的有效 分离空间降低，则上层塔板的液沫夹带量更大，因而造成恶性循环，最终液体将充满全塔， 并随气体从塔顶溢出，这种现象称夹带液泛。塔板上开始出现恶性循环的气速称为液泛气速， 并且液体流量越大，液泛气速越低。 一般工业设计时规定液沫夹带量不得超过 5～10%，并以此作为一种上限。在此上限之 内可以保持分离效率，超出此范围，则分离效果骤降。 溢流液泛 因降液管通过能力而引起的液泛称为溢流液泛，或降液管液泛。在规定液沫夹带 不得超过 10%时，降液管液泛就是操作上限。 降液管是两个塔板之间的液体通道，其两端的压差即为板压降。由于板压降的原因，液 体实际上是从低压空间流向高压空间。在正常操作时，降液管的液面必高于塔板入口处的液 面，并且其差值为板压降 h 与液体流经过降液管的阻力损失 Σh 之和。这一点可由柏努力 方程导出，如下。在 1-1，2-2 列柏式 f f +++=++ ∑ f h P gz uP gz u ρ ρ ' 2 2 2 21 1 2 1 2 2 +∑ − =− f h g PP zz ρ ' 1 ' 2 21 0 Q )( Q ≅ uu 21 = ( ) 2 ' 2 ρgPP ++Δ+= hh wow hf wow g PP zz ++Δ++ hh − =− ∑ ρ 22 则： 21 则：降液管的液位高度与板上入口处的液面差为： fwow +=−−Δ−− ∑ f zz hhhhh 21 6
西北大学化工原理电子教案 若取基准Z2=0,则降液管清液高度Z,=H。为： H。=方+△+方n+∑h,+方 (10-10) 若气速不变，L增大，则△，方，hy,hy都增大，Ha上升。在气速不变时，Ha与L 有对应关系，塔板有自平衡能力。 当H,增大到上层塔板的溢流堰上沿时，L增大，h,等均上升，H。将超过板上液面， 板上积液，引起溢流液泛。因而H,上升到等于板间距，降液管内的液体流量为其极限通过 能力。 实际上降液管内有大量泡沫，泡沫层高度与清液高度关系为： Hu=eiHzH (10-11) Pi 中 pP,Pz为相对泡沫密度，当hrd达到板间距高度时，就会产生溢流液泛。 工业设计一般规定降液管泡沫层高度小于板间距的23，若达到23即为液泛。对易发 泡的系统此值还要取小，降液管面积要增大。 引起溢流液泛的主要因素是高气速引起高的板压降。以及降液管堵塞。 出现液泛的宏观可侧特性是，气速不变，压降持续上升。 漏液当气速较低时，板上液体从气体通道直接漏入下一块塔板，而不经过降液管。此即称 漏液，相应气速为漏液气速，为塔板操作下限。 漏液有多种情况，常见的有随机漏液和倾向性漏液，还有渗漏和砸漏。随机性漏液是由 液面波动引起的。液面波动引起气液不均匀分布，液层厚的地方气速低，有漏液，液层薄的 地方气速高，不漏液。倾向性漏液是由液面落差引起的，在板上液体入口处，液层厚，气体 流量小，所以倾向性漏液主要发生在液体入口处。 为避免倾向性漏液，设计时，液面落差不超过干板压降的一半，即： △< (10-12) 并在塔板入口吃设置安定区。 当塔径大和液流量大时，采用多流型等。 砸漏，即是板上液体全部漏入下一板，板上不积液。此时不能正常操作
西北大学化工原理电子教案 若取基准 Z 2 =0，则降液管清液高度 Z1=H d 为： owd w ff H hh ∑h +++Δ+= h （10-10） 若气速不变，L 增大，则△， ，Σh ，h 都增大，H 上升。在气速不变时，H 与 L 有对应关系，塔板有自平衡能力。 h ow f f d d 当 H 增大到上层塔板的溢流堰上沿时，L 增大，h 等均上升，H d 将超过板上液面， 板上积液，引起溢流液泛。因而 H 上升到等于板间距，降液管内的液体流量为其极限通过 能力。 d f d 实际上降液管内有大量泡沫，泡沫层高度与清液高度关系为： φρ ρ d f dL fd HH H == （10-11） ρ ρ Lf φ= 为相对泡沫密度，当 h f d 达到板间距高度时，就会产生溢流液泛。 工业设计一般规定降液管泡沫层高度小于板间距的 2/3，若达到 2/3 即为液泛。对易发 泡的系统此值还要取小，降液管面积要增大。 引起溢流液泛的主要因素是高气速引起高的板压降。以及降液管堵塞。 出现液泛的宏观可侧特性是，气速不变，压降持续上升。 漏液 当气速较低时，板上液体从气体通道直接漏入下一块塔板，而不经过降液管。此即称 漏液，相应气速为漏液气速，为塔板操作下限。 漏液有多种情况，常见的有随机漏液和倾向性漏液，还有渗漏和砸漏。随机性漏液是由 液面波动引起的。液面波动引起气液不均匀分布，液层厚的地方气速低，有漏液，液层薄的 地方气速高，不漏液。倾向性漏液是由液面落差引起的，在板上液体入口处，液层厚，气体 流量小，所以倾向性漏液主要发生在液体入口处。 为避免倾向性漏液，设计时，液面落差不超过干板压降的一半，即： 2 d h <Δ （10-12） 并在塔板入口吃设置安定区。 当塔径大和液流量大时，采用多流型等。 砸漏，即是板上液体全部漏入下一板，板上不积液。此时不能正常操作。 7
西北大学化工原理电子教案 渗漏，对于筛板塔，即使在正常操作时，也有少量液体从小孔渗出，漏入下一板。 总的来说，气速升高，漏液降低。研究和设计规定，当漏液量达到板上液流量的5~10% 时，即属塔的操作下限，此气速称漏液气速。一般设计气速要在漏液点以上。 10.1.6板效率的各种表示方法及其应用 板效率的定义有四种。 点效率气相和液相的点效率定义为： Eoo =y-Yau (10-13) y-yn+l BoL =Xn-1-x (10-15) Xn-1-x 分子为塔板的实际提浓程度，分母为最大提浓度，因而点效率小于等于1。 离开板上的气相组成y是进入板上的气体y1与组成为x的液体层传质。因而点效率 与板上各点的两相传质速率有关。若板上泡沫层高度为H,气体的摩尔流率为G,气相体 积传质系数为Kya,则塔板上某点的传质速率为： Gdy =K(y'-y)dH 积分得： H=-n广y=N G xa y-y y-yn+ KyH1 EoG =1-e G (10-14) 即G一定，EG主要取决与两相的接触状况，湍动程度越高，点效率越高， 默弗里板效率点效率只代表板上一点处的传质效率，但在工业设计中，起码要求板效率， 因而定义默弗里板效率如下： 气相和液相默弗里板效率分别定义为： En-h。-y (10-16) yn-yn+l E=-1-x (10-17) Xn-1-Xn
西北大学化工原理电子教案 渗漏，对于筛板塔，即使在正常操作时，也有少量液体从小孔渗出，漏入下一板。 总的来说，气速升高，漏液降低。研究和设计规定，当漏液量达到板上液流量的 5～10% 时，即属塔的操作下限，此气速称漏液气速。一般设计气速要在漏液点以上。 10.1.6 板效率的各种表示方法及其应用 板效率的定义有四种。 点效率 气相和液相的点效率定义为： 1 * 1 + + − − = n n OG yy yy E （10-13） * 1 1 xx xx E n n OL − − = − − （10-15） 分子为塔板的实际提浓程度，分母为最大提浓度，因而点效率小于等于 1。 离开板上的气相组成 у 是进入板上的气体 与组成为 n+1 y x 的液体层传质。因而点效率 与板上各点的两相传质速率有关。若板上泡沫层高度为 H ，气体的摩尔流率为 G，气相体 积传质系数为 Kya，则塔板上某点的传质速率为： f ya f )( dHyyKGdy * −= OG n y y fya N yy yy yy dy G HK N = − − −= − = + ∫ + 1 * * * ln 1 积分得： G HK OG fya eE − 1−= （10-14） 即 G 一定， 主要取决与两相的接触状况，湍动程度越高，点效率越高， EOG 默弗里板效率 点效率只代表板上一点处的传质效率，但在工业设计中，起码要求板效率， 因而定义默弗里板效率如下： 气相和液相默弗里板效率分别定义为： 1 * 1 + + − − = n n nn mv yy yy E （10-16） * 1 1 n n n ml xx nxx E − − = − − （10-17） 8
西北大学化工原理电子教案 式中y和x为进入或离开塔板的平均气相或液相组成。此定义表示了离开同一塔板两相的平 均组成之间的关系。默弗里板效率的值一般小于或等于1。 塔板上气液两相的流动情况对板效率有很大影响。对板效率的研究主要是研究板效率与 点效率的关系，而连系此两者关系的桥梁是板上的流动参数。 湿板效率默弗里板效率只考虑了板上流体的流动情况，并未考虑液沫夹带的影响，因而默 弗里板效率也可称为“干板”效率，若考虑液沫夹带的影响，则可定义湿板效率。 在塔实际操作时，都有液沫夹带，则上升气流中带液P,V,下流液体为L+PV,则对 精馏段列操作线方程为： Vym+prVx-(L+pyV)x DxD 或： yn-Py(Xn-xn+)= x+ (10-18) 因而液沫夹带影响操作线位置。 定义： Y=yn-py(Xn-xm) (10-19) 为表观气相组成，得出表观操作线方程： y1=x,+0 (10-20) 以表观组成定义湿板效率为 E。=y-yl (10-21) y -yn+ 此即包括液沫夹带的湿板效率。 湿板效率的测定采用全回流法比较方便。 根据湿板效率的测定值或实验值求实际塔板数。 全塔效率对于特定的物系的特定的塔板结构。因为塔的上下部分气液相组成、湿度、压强、 及物性不同，因而，塔的上下部分（即精馏部分与提馏段）板效率不同。 为了计算上的方便与简单，定义全塔效率为：日，= (10-22) N 若能求出全塔效率，则可由理论板数除以E即可得出实际板数N。 全塔效率是板式塔整体分离性能的度量，它不仅与影响点效率、板效率的因素有关， 9
西北大学化工原理电子教案 式中 y 和 x 为进入或离开塔板的平均气相或液相组成。此定义表示了离开同一塔板两相的平 均组成之间的关系。默弗里板效率的值一般小于或等于 1。 塔板上气液两相的流动情况对板效率有很大影响。对板效率的研究主要是研究板效率与 点效率的关系，而连系此两者关系的桥梁是板上的流动参数。 湿板效率 默弗里板效率只考虑了板上流体的流动情况，并未考虑液沫夹带的影响，因而默 弗里板效率也可称为“干板”效率，若考虑液沫夹带的影响，则可定义湿板效率。 在塔实际操作时，都有液沫夹带，则上升气流中带液 ρ vV ，下流液体为 L+ ρ vV ，则对 精馏段列操作线方程为： Vyn+ nV + −+ + nV = DxxVLVx D )( 1 ρ 1 ρ nnVn n Dx V D x V L 或： +1 ρ xxy +1 )( +=−− （10-18） 因而液沫夹带影响操作线位置。 )( n+1 n+1 −= − nnV +1 定义： ρ xxyY （10-19） 为表观气相组成，得出表观操作线方程： n n Dx V D x V L y +1 += （10-20） 以表观组成定义湿板效率为 1 * 1 + + − − = n nn a yy yy E （10-21） 此即包括液沫夹带的湿板效率。 湿板效率的测定采用全回流法比较方便。 根据湿板效率的测定值或实验值求实际塔板数。 全塔效率 对于特定的物系的特定的塔板结构。因为塔的上下部分气液相组成、湿度、压强、 及物性不同，因而，塔的上下部分（即精馏部分与提馏段）板效率不同。 N N E T 为了计算上的方便与简单，定义全塔效率为： T = （10-22） 若能求出全塔效率，则可由理论板数除以ET即可得出实际板数N。 全塔效率是板式塔整体分离性能的度量，它不仅与影响点效率、板效率的因素有关， 9