此外，随着L/V的减小，液体粘度（液膜厚度）的减小、 填料空隙率的增加和比表面积的减少，液泛气速增加。
9
5.1.1 气液传质设备处理能力的影响因素 雾沫夹带的影响
雾沫夹带是气液两相的物理分离不完全的现
象，由于它对级效率有不利的影响，并增加了级 间流量，在分离设备中雾沫夹带常常表现为 处理 能力的极限。 雾沫夹带随板间距的减小 而增加，随塔负荷 的增加 急剧上升。在低的 L/V 或低压下，雾沫夹 带是限制处理能力的主要因素。
泡沫
how hl h0 hf
有效长度
HT
11
5.1.1 气液传质设备处理能力的影响因素 停留时间的影响
对于给定的设备，限制处理能力的另一个因 素是获得适宜效率所需要的流体的停留时间。 接触相在设备内的停留时间越长，则级效率
越高，但处理能力低。
若处理能力过高，物流通过一个级的流速增 加，则级效率通常降低，产品达不到分离要求。
5.1.2 气液传质设备的效率及其影响因素
④ 操作压力：10kPa~常压范围，压力对HETP基本无影 响；压力小于10kPa，HETP随压力下降有所减小；高压下， 通常压力增加，HETP也会增大。 ⑤ 最小喷淋密度：当液体喷淋密度低于最小喷淋密度时， 液体不能完全润湿填料，传质效果会大幅度降低， HETP 也 会大幅度增加。 ⑥ 塔径和填料层高度：塔径和填料层高度选择的前提是 首先要保证汽液两相在填料中充分接触。塔径过大，汽、液 相的分布难度也大；塔径过小，流动阻力加大。因此，在确 25 定合适的HETP后，应配一合适的塔径和填料层高度。
1、默弗里板效率中的是离开塔板的液体平均组成的平衡 气相组成，而点效率中的为塔板上某点的液相组成平衡 的气相组成； 2、点效率中的是离开塔板上某点的液体组成气相组成， 而默弗里板效率中的为离开液层的气相组成； 如果板上液体不仅在垂直方向上而且在水平方向也是 混合均匀，塔板上各点的液相组成相同（且等于离开塔 板的液相组成），则以上第一点消失；塔板上各点的液 相组成相同，必使进入塔板的气相组成也相同，塔板上 各处的点效率相同，则塔板上各点的点效率相同，则第 二点差别消失，此时默弗里板效率和点效率相同。
5.1.2 气液传质设备的效率及其影响因素 默弗里（Murphree）板效率
假定板间气相完全混合，气相以活塞流 垂直通过液层。板上液体完全混合，其组成 等于离开该板降液管中的液体组成。那么， 定义实际板上的浓度变化与平衡时应达到的 浓度变化之比为默弗里板效率。
j-1 xi,j
yi,j yi,j+1 xi,j-1 j
hf+ h
Hd
HT how
溢流液泛 ：液体在降液管
内受阻不能及时往下流动而 在板上积累所致。
h0
hw
8
5.1.1 气液传质设备处理能力的影响因素 液泛的影响
任何逆流流动的分离设备的处理能力都受到液泛的限 制，液泛气速大，设备的处理能力大。
对于板式塔气液分离设备，液泛气速随L/V的减小和板 间距的增加而提高。对于填料塔，由于规整填料的流道具 有更大的连贯性，所以，对具有相同空隙率的填料塔，规 整填料塔的处理能力比乱堆填料塔要大。
溶剂
气体
填料塔
6
5.1 气液传质设备的处理能力和效率
液泛 雾沫 夹带 压力 降
停留 时间
5.1.1 气液传质设备处理能力的影响因素
7
5.1.1 气液传质设备处理能力的影响因素
夹带液泛和溢流液泛
夹带液泛 ：过量液沫夹带
引起。板间距过小，塔板上 操作液流量过大，上升气速 过高时，液体被气体夹带到 上层塔板的量增加很快，塔 板间将充满气、液混合物， 引发液泛。
EOG
yi, j yi , j 1 y yi , j 1
i, j
1
yi, j yi, j y yi , j 1
i, j
1 e NOG 1 e

K y aZ G
5 8
28
5.1.2 气液传质设备的效率及其影响因素
EOG 1 e
21
5.1.2 气液传质设备的效率及其影响因素 填料塔的等板高度（HETP）
（1）填料是塔设备中为提高气液相接触界面而放臵的一 些填充物。有散堆填料和规整填料两种形式。
散堆填料
规整填料
22
5.1.2 气液传质设备的效率及其影响因素
（2）HETP的概念
HETP指的是填料的理论板当量高度，即多少 米高的填料相当于一块理论板。 在工程设计计算中，填料层的理论高度计算就 依赖于HETP： 填料高度 5 - 5 HET P 理论板数 由于HETP受很多因素的影响，因此在计算或 选择使用HETP时要慎重考虑。 23
15
实
际
板
5.1.1 气液传质设备处理能力的影响因素 板效率概述
（1）板效率就是塔设备中实际板与理论板差异的 定量描述。 （2）板效率与传质速率、板上汽液两相混合情 况、非理想流动以及级间返混（雾沫夹带， 泡沫夹带，漏液）等因素有关。
16
.1.2 气液传质设备的效率及其影响因素 全塔效率（ET）
5.1 气液传质设备的处理能力和效率
传质 速率 流型 混合
雾沫 夹带 物性
5.1.2
气液传质设备的效率的影响因素
26
5.1.2 气液传质设备的效率及其影响因素 传质速率
J j-1 xi,j xi,j-1 ′ y i, j j
x′i ,j
J
， yi,j+1
图5-2 点效率模型
如图5-2所示，假设板上空间的气体 完全混合，故进入液相的汽相组成与板 上的位臵无关，令板上 的液层高度为Z， 液体在板上流动路程的长度为L，假定 液相组成在垂直方向上与Z无关，在水 平方向上是L 的函数。当汽相通过板上 液层高度为dZ的微元时，组分i 的传质 量为：
3
5.1 气液传质设备的处理能力和效率
气液分离设备分类
逐级接触式（板式塔）
气液分离设备
微分接触式（填料塔）
4
5.1 气液传质设备的处理能力和效率
逐级接触式（板式塔）
在圆柱形壳体内按一定间距 水平设臵若干层塔板，液体靠重 力作用自上而下流经各层板后从 塔底排出，各层塔板上保持有一 定厚度的流动液层；气体则在压 强差的推动下，自塔底向上依次 穿过各塔板上的液层上升至塔顶 排出。气、液在塔内逐板接触进 行质、热交换，两相组成沿塔高 呈阶跃式变化。
12
5.1 气液传质设备的处理能力和效率
全塔 效率 板 效率
点 效率
等板 高度
5.1.2
气液传质设备的效率的表示方法
13
5.1.1 气液传质设备处理能力的影响因素 塔板是塔设备中用来进行两相接触传质和流动再
分布的平台。
喷射填料塔板
斜孔塔板
泡罩塔板
浮阀塔板
14
5.1.1 气液传质设备处理能力的影响因素
5.2 萃取设备的处理能力和效率（自学） 5.3 传质设备的选择
5.3.1 气液传质设备的选择 5.3.2 萃取设备的选择
2
第五章 分离设备的处理能力和效率
本章将要研究传质设备问题，重点分析 和讨论影响 气液传质设备的处理能力和效率 的因素，确定效率的经验方法和机理模型 。 同时还对 气液和液液传质设备的选型 问题进 行了研讨。
5.1.2 气液传质设备的效率及其影响因素
（3）使用HETP的注意要点 ① 液相的塔顶分布和再分布：分布是否均匀直接影响填 料的润湿，从而影响传质效果使 HETP增大。因此，在选 择HETP时应同时选择与之配套的液体分布形式。 ② 气相进入填料层的初始分布：气体分布不均会导致填 料层中流动不均匀而出现传质情况不好。通常小径塔不需 要气体分布器，但大塔则必须要有。在选择HETP时要留 有适当的余地。 ③ 物性：散堆填料，HETP通常与物性关系不大。规整 填料在处理含水量高的物料或表面张力和液相粘度高的物 24 料时，HETP也会高。
30
5.1.2 气液传质设备的效率及其影响因素
10
5.1.1 气液传质设备处理能力的影响因素 压力降的影响
与处理能力密切相关的另一 个因素是接触设备中的压力降。 对于减压分离过程，压力降 存在某个上限，往往成为限制设 备处理能力的主要因素。 此外，在板式塔中，板与板 之间的压力降是构成降液管内液 位高度的重要组成部分，因此， 过高的压力降就可能引起液泛。
假设：
′ y i, j
x′i ,j
J
， yi,j+1
Ei ,OG
yi, j yi , j 1 y yi , j 1
* i, j
5 4
20
图5-2 点效率模型
y 与xi, j 成平衡
* i, j
5.1.2 气液传质设备的效率及其影响因素
默弗里板效率与点效率的主要区别
溶剂
气体
板式塔
5
5.1 气液传质设备的处理能力和效率
微分接触式（填料塔）
圆柱形壳体内装填一定高 度的填料，液体经塔顶喷淋装 臵均匀分布于填料层顶部上， 依靠重力作用沿填料表面自上 而下流经填料层后自塔底排出； 气体在压强差推动下穿过填料 层的空隙，由塔的一端流向另 一端。气液在填料表面接触进 行质、热交换，两相的组成沿 塔高连续变化。
实际板与理论板的差异
理 论 板
1. 离开板的气液相浓度 达到平衡； 2. 气液两相完全混合， 板上浓度均一； 3. 均匀流动，各点停留 时间相同；
4. 无雾沫夹带、漏液、 液相泡沫夹带等。 引入效率 的概念 达到平衡要无限长时间。影响因素：塔 板结构、流动情况和物性等。 板上液相浓度径向分布，液体入口处 浓度高，进入的气相各点浓度不相同。 不均匀流动，各点停留时间不同。 有雾沫夹带、漏液、液相泡沫夹带等。
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