?。迨剿目傂?；

　　　　?。彘g的距離，簡稱板距，m。

塔板間距H_T的大小對塔的生產能力、操作彈性及塔板效率都有影響。采用較大的板間距，能允許較高的空塔氣速，而不致產生嚴重的霧沫夾帶現象，因而對于一定的生產任務，塔徑可以小些，但塔高要增加。反之，采用較小的板間距，只能允許較小的空塔氣速，塔徑就要增大，但塔高可減低一些?？梢姲彘g距與塔徑互相關聯(lián)，有時需要結合經濟權衡，反復調整，才能確定。板間距的數值應按照規(guī)定選取整數，如300、350、450、500、600、800mm等。

在決定板間距時應考慮安裝、檢修的需要。例如在塔體人孔處，應留有足夠的工作空間，上、下兩層塔板之間的距離不應小于600mm。

二、塔徑

　根據圓管內流量公式，可寫出塔徑與氣體流量及空塔氣速的關系，即：

　　由上式可見，計算塔徑的關鍵在于確定適宜的空塔氣速u。
　　當上升氣體脫離塔板上的鼓泡液層時，氣泡破裂而將部分液體噴濺成許多細小的液滴及霧沫。上升氣體的空塔速度不應超過一定限度，否則這些液滴和霧沫會被氣體大量攜至上層塔板，造成嚴重的霧沫夾帶現象，甚至破壞塔的操作。因此，可以根據懸浮液滴的沉降原理導出計算*大允許氣速u_max 的關系式。設液滴的直徑為 d ，則液滴在氣體中的凈重(即重力與浮力之差)為： 

　　而懸浮液滴所受上升氣流的摩擦阻力為：

 

　　當氣速增大至液滴所受阻力恰等于其凈重時，液滴便在上升氣流中處于穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)。若氣速再稍增大，液滴便會被上升氣流帶走。此種極限條件下力的平衡關系為：

 

 

　　由式 (5-3) 可見，負荷系數C的值應取決于阻力系數及液滴直徑，而氣泡破裂所形成的液滴直徑很難確知，阻力系數的影響因素也很復雜。研究表明，C值與氣、液流量及密度、板上液滴沉降空 間的高度以及液體的表面張力有關。

一套溢流裝置包括降液管和溢流堰。降液管有圓形和弓形兩種。圓形降液管的流通截面小，沒有足夠的空間分離液體中的氣泡，氣相夾帶(氣泡被液體帶到下層塔板的現象)較嚴重，降低塔板效率。所以，除小塔外，一般不采用圓形降液管。弓形降液管具有較大的容積，又能充分利用塔板面積，應用較為普遍。
　　降液管的布置規(guī)定了板上液體流動的途徑。一般有幾種型式，即U形流、單溢流、雙溢流及階梯流。

總之，液體在塔板上的流徑愈長，氣液接觸時間就愈長，有利于提高分離效果；但是液面落差也隨之加大，不利于氣體均勻分布，使分離效果降低。由此可見流徑的長短與液面落差的大小對效率的影響是相互矛盾的。選擇溢流型式時，應根據塔徑大小及液體流量等條件，作**的考慮。

目前，凡直徑在2.2m以下的浮閥塔，一般都采用單溢流。在大塔中，由于液面落差大會造成浮閥開啟不均，使氣體分布不均及出現泄漏現象，應考慮采用雙溢流以及階梯流。

塔板有整塊式與分塊式兩種。一般塔徑為300～800mm時，采用整塊式塔板。當塔徑≥900mm時，能在塔內進行裝拆，可用分塊式塔板，以便通過人孔裝拆塔板。塔徑為800～900時，可根據制造與安裝的具體情況，任意選用這兩種形式的塔板中任一種。

塔板面積可分為四個區(qū)域：
　　(1) 鼓泡區(qū)　即為塔板上氣液接觸的有效區(qū)域。
　　(2) 溢流區(qū)　即降液管及受液盤所占的區(qū)域。
　　(3) 破沫區(qū)　即前兩區(qū)域之間的面積。
　　此區(qū)域內不裝浮閥，主要為在液體進入降液管之前，有一段不鼓泡的安定地帶。以免液體大量夾帶泡沫進入降液管。破沫區(qū)也叫安定區(qū)，其寬度W_S可按下述范圍選取，即：當 D＜1.5m 時， W_S=60～75mm 當 D＞1.5m時，W_S=80～110mm 直徑小于1m的塔，W_S 可適當減小。
　　(4)無效區(qū)即靠近塔壁的部分，需要留出一圈邊緣區(qū)域，供支持塔板的邊梁之用。這個無效區(qū)也叫邊緣區(qū)，其寬度視塔板支承的需要而定，小塔在30～50mm，大塔可達50～75mm。為防止液體經無效區(qū)流過而產生“短路”現象，可在塔板上沿塔壁設置擋板。
　　五、篩孔及其排列

（1）篩孔直徑

工業(yè)篩板塔的篩孔直徑為3～8mm，一般推薦用4～5mm。太小的孔徑加工制造困難，且易堵塞。近年來有采用大孔徑（φ10～25mm）的趨勢，因為大孔徑篩板具有加工制造簡單，造價低、不易堵塞等優(yōu)點。只要設計與操作合理，大孔徑的篩板也可以獲得滿意的分離效果。

此外，篩孔直徑的確定，還應根據塔板材料的厚度考慮加工的可能性，當用沖壓法加工時，若板材為炭鋼，其厚度可選為3～4mm，≥1；若板材為合金鋼，其厚度可選為2～2.5mm，≥1.5～2。

（2）孔中心距

一般取孔中心距t為（2.5～5）。過小，易使氣流相互干擾；過大則鼓泡不均勻，都會影響傳質效率。推薦的適宜范圍為3～4。

（3）篩孔的排列

板鼓泡區(qū)內的排列有正三角形與等腰三角形兩種方式，按照篩孔中心聯(lián)線與液流方向的關系，又有順排與叉排之分。叉排時氣液接觸效果較好，故一般情況下都采用叉排方式。對于整塊式塔板，多采用正三角形叉排，孔心距t 為 75～125mm；對于分塊式塔板，宜采用等腰三角形叉排，此時常把同一橫排的篩孔中心距t定為75mm，而相鄰兩排間的距離t′可取為65、80、100mm等幾種尺寸。

板的流體力學驗算，目的在于核驗上述各項工藝尺寸已經確定的塔板，在設計任務規(guī)定的氣、液負荷下能否正常操作，其內容包括對塔板壓強降、液泛、霧沫夾帶、泄漏、液面落差等項的驗算。篩板塔板上的液面落差一般很小，可以忽略。
　一、塔板壓強降

氣體通過塔板時的壓強降大小是影響板式塔操作特性的重要因素，也往往是設計任務規(guī)定的指標之一。在保證較高效率的前提下，應力求減小塔板壓降，以降低能耗及改善塔的操作性能。
　　經篩板塔板上升的氣流需要克服以下幾種阻力：塔板本身的干板阻力，即板上各部件造成的阻力，對篩板塔則為通過干篩孔的阻力；板上充氣液層的靜壓力及液體的表面張力。
　　因此，按照目前廣泛采用的加合計算方法，氣體通過一層浮閥塔板時的壓強降應為：
　　　　　　　　Δp_p = Δp_c + Δp_l+Δp_σ
　　式中Δp_p 氣體通過一層浮閥塔板時的壓強降， N/m²；
　　　　Δp_c 氣流克服干板阻力所產生的壓強降， N/m²；
　　　　Δp_l 氣流克服板上充氣液層的靜壓力所產生的壓強降， N/m²；
 　　　 Δp_σ氣流克服液體表面張力所產生的壓強降， N/m²。
　　習慣上，常把這些壓強降全部折合成塔內液體的液柱高度來表示。
　　二、液泛

為使液體能由上一層塔板穩(wěn)定地流入下一層塔板，降液管內必須維持有一定高度的液柱。若操作中降液管內全部泡沫及液體(其總體密度小于清液密度)所形成的靜壓相當于高度為 H_d 的清液柱，則取下一層塔板為基準面在降液管內、外兩液面之間列柏努利方程，可得：
　　　　　　　　　H_d=h_p + h_L + h_d
　　式中　h_p上升氣體通過一層塔板的壓強降所相當的液柱高度， m；
　　　　　h_L板上液層高度， m。此處忽略了板上液面落差并認為降液管出口液體中不含氣泡；
　　　　　h_d　　液體流過降液管的壓頭損失， m。

　三、漏液

當上升氣體流速減小，致使氣體通過篩孔的動壓不足以阻止板上液體經篩孔流下時，便會出現泄漏現象，開始泄漏時的瞬間稱為漏液點。液體經篩孔向下泄漏，影響氣液在塔板上的充分接觸，特別是在靠近進口堰處的泄漏會使塔板效率嚴重降低故漏液點的氣速u_0,min為操作時的下限氣速。正常操作時，泄漏量應不大于液體流量的10%。

四、霧沫夾帶

霧沫夾帶是指板上液體被上升氣體帶入上一層塔板的現象。過多的霧沫夾帶將導致塔板效率嚴重下降。為了保證板式塔能維持正常的操作，應使每千克上升氣體夾帶到上一層塔板的液體量不超過0.1kg，即控制霧沫夾帶量 e_V＜0.1kg (液)/kg(氣)。
　　影響霧沫夾帶量的因素很多，*主要的是空塔氣速和塔板間距。對于浮閥塔板上霧沫夾帶量的計算，迄今尚無適用于一般工業(yè)塔的確切公式。通常是間接地用操作時的空塔氣速與發(fā)生液泛時的空塔氣速的比值作為估算霧沫夾帶量大小的指標。此比值稱為泛點百分數，或稱泛點率。
　　在下列泛點率數值范圍內，一般可保證霧沫夾帶量達到規(guī)定的指標，即e_V＜1kg(液)/kg(氣)：

五、浮閥塔板的負荷性能圖

前面首先確定了塔板的工藝尺寸，又對各項進行了流體力學驗算(包括對工藝尺寸的必要調整)之后，便可確認所設計的塔板能在任務規(guī)定的氣、液負荷下正常操作。此時，還有必要進一步揭示該塔板的操作性能，即求出維持該塔板正常操作所允許的氣、液負荷波動范圍。這個范圍通常以塔板負荷性能圖的形式表示。
　　影響板式塔操作狀態(tài)和分離效果的主要因素包括物料性質、氣液負荷及塔板結構尺寸等。在系統(tǒng)物性、塔板結構尺寸已經確定的條件下，要維持塔的正常操作，必須把氣、液負荷限制在一定范圍之內。在以Vs、Ls分別為縱、橫軸的直角坐標系中，標繪各種界限條件下的Vs-Ls關系曲線，從而得到允許的負荷波動范圍圖形。這個圖形即稱為塔板的負荷性能圖。
　　負荷性能圖對于檢驗塔板設計是否合理及了解塔的操作穩(wěn)定性、增產的潛力及減負荷運轉的可能性，都有一定的指導意義。

理論塔板是衡量實際塔板分離效果的標準，而實際塔板分離效果接近這個標準的程度，便通過塔板效率來表達。
　　一、塔板效率的表示方法

1． 總板效率
　　E_T總板效率又稱全塔效率，是指達到指定分離效果所需理論板層數與實際板層數的比值，即：

 

　　板式塔內各層塔板的接觸效率并不相同，總板效率簡單地反映了整個塔內所有塔板的平均效率。設計中為便于求算實際板層數，都采用總板效率。
　　2．單板效率
　　E_M 單板效率又稱為默弗里(Murphree)板效率，是指氣相或液相經過一層實際塔板前后的組成變化與經過一層理論塔板前后的組成變化的比值。參見圖5-19，圖中第n層塔板的效率有如下兩種表達方式：
　　　按氣相組成變化表示的單板效率為：

 

 

　　可見，只有當操作線與平衡線平行時， E_MV與E_ML 才會相等。
3． 點效率
　　E₀點效率是指塔板上各點處的局部效率。以氣相點效率E_0V為例，設流經塔板某點上方的液相濃度為x，與 x成平衡的氣相濃度為 y^*。由下部進入該位置的氣相濃度為 y_n+1，經與液相接觸后由該處液面離去的氣相濃度為y，則該局部位置上的氣相點效率定義為：

當板上液體處于完全混合的條件下時，點效率E_0V 與板效率E_MV具有相同的數值。直徑很小的以及逆流式的塔板上的情況與此接近。

 

 

塔板效率反映實際板上傳質過程進行的程度。根據由雙膜理論導出的傳質速率方程式可知， 傳質系數、傳質推動力、傳質面積和兩相接觸時間應是決定塔板上各點處氣、液接觸效率的幾個重要因素。板效率是板上各點處接觸效果的綜合體現，因而，決定板效率高低的另一重要因素是板上液體的返混程度，此外霧沫夾帶及漏液現象，造成液相在塔板之間的返混，也使達到一定分離指標所需的板的層數增多，總板效率下降。進一步分析上述各因素，可歸納出以下幾個方面：
　　1． 物系性質
　物系性質主要指粘度、密度、表面張力、擴散系數、相對揮發(fā)度等。液體的粘度、密度直接影響板上液流的湍動程度，進而影響傳質系數和氣液接觸面積。表面張力影響泡沫生成的數量、大小及其穩(wěn)定性，因而也影響接觸面積的大小。物系的分子擴散系數對傳質系數有直接影響，而相對揮發(fā)度等相平衡常數的影響則體現在傳質推動力和過程速率的控制因素之中。
　　2． 塔板型式與結構
　塔板結構因素主要包括板間距、堰高、塔徑以及液體在板上的流徑長度等。各種結構因素對操作狀況及塔板效率的影響前已有所討論。
　　3． 操作條件
　操作條件是指溫度、壓強、氣體上升速度、溢流強度、氣液流量比等因素，其中氣速的影響尤為重要。在避免大量霧沫夾帶和避免發(fā)生淹塔現象的前提下，增大氣速對于提高塔板效率一般是有利的

 

填料塔也是一種重要的氣液傳質設備。它的結構很簡單，在塔體內充填一定高度的填料，其下方有支承板，上方為填料壓板及液體分布裝置。液體自填料層頂部分散后沿填料表面流下而潤濕填料表面；氣體在壓強差推動下，通過填料間的空隙由塔的一端流向另一端。氣液兩相間的傳質通常是在填料表面的液體與氣相間的界面上進行的。
　　塔殼可由陶瓷、金屬、玻璃、塑料制成，必要時可在金屬筒體內襯以防腐材料。為保證液體在整個截面上的均勻分布，塔體應具有良好的垂直度。
　　填料塔不僅結構簡單，而且有阻力小和便于用耐腐材料制造等優(yōu)點，尤其對于直徑較小的塔、處理有腐蝕性的物料或要求壓強降小的真空蒸餾系統(tǒng)，填料塔都表現出明顯的優(yōu)越性。另外，對于某些液氣比甚大的蒸餾或吸收操作，若采用板式塔，則降液管將占用過多的塔截面積，此時也宜采用填料塔。
　　近年來，國內外對填料的研究與開發(fā)進展頗快。由于性能優(yōu)良的新型填料不斷涌現，以及填料塔在節(jié)能方面的突出優(yōu)勢，大型的填料塔目前在工業(yè)上已非罕見。

填料是填料塔的核心。填料塔操作性能的好壞，與所選用的填料有直接關系。為使填料塔發(fā)揮良好的效能，填料應符合以下幾項主要要求：
　　(1) 要有較大的比表面積。
　　單位體積填料層所具有的表面積稱為填料的比表面積，以 σ表示，其單位為m²/m³ 。
　　填料的表面只有被流動的液相所潤濕，才能構成有效的傳質面積。因此，若希望有較高的傳質速率，除須有大的比表面積之外，還要求填料有良好的潤濕性能及有利于液體均勻分布的形狀。
　　(2) 要有較高的空隙率。
　　單位體積填料層所具有的空隙體積稱為填料的空隙率。以 ε表示，其單位為m³/m³ 。
　　一般說來，填料的空隙率多在0.45～0.95范圍以內。當填料的空隙率較高時，氣、液通過能力大且氣流阻力小，操作彈性范圍較寬。
　　(3)從經濟、實用及可靠的角度出發(fā)，還要求單位體積填料重量輕、造價低，堅牢耐用，不易堵塞，有足夠的機械強度，對于氣、液兩相介質都有良好的化學穩(wěn)定性，等等。
　　上述各項條件，未必為每種填料所兼?zhèn)?，在實際應用時，可依具體情況抓住主要矛盾加以選擇 。