?。彘g的距離，簡(jiǎn)稱板距，m。

塔板間距H_T的大小對(duì)塔的生產(chǎn)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(chǎn)生嚴(yán)重的霧沫夾帶現(xiàn)象，因而對(duì)于一定的生產(chǎn)任務(wù)，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(guān)聯(lián)，有時(shí)需要結(jié)合經(jīng)濟(jì)權(quán)衡，反復(fù)調(diào)整，才能確定。板間距的數(shù)值應(yīng)按照規(guī)定選取整數(shù)，如300、350、450、500、600、800mm等。

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

二、塔徑

　根據(jù)圓管內(nèi)流量公式，可寫出塔徑與氣體流量及空塔氣速的關(guān)系，即：

　　由上式可見，計(jì)算塔徑的關(guān)鍵在于確定適宜的空塔氣速u。
　　當(dāng)上升氣體脫離塔板上的鼓泡液層時(shí)，氣泡破裂而將部分液體噴濺成許多細(xì)小的液滴及霧沫。上升氣體的空塔速度不應(yīng)超過一定限度，否則這些液滴和霧沫會(huì)被氣體大量攜至上層塔板，造成嚴(yán)重的霧沫夾帶現(xiàn)象，甚至破壞塔的操作。因此，可以根據(jù)懸浮液滴的沉降原理導(dǎo)出計(jì)算*大允許氣速u_max 的關(guān)系式。設(shè)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(dāng)氣速增大至液滴所受阻力恰等于其凈重時(shí)，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(huì)被上升氣流帶走。此種極限條件下力的平衡關(guān)系為：

 

 

　　由式 (5-3) 可見，負(fù)荷系數(shù)C的值應(yīng)取決于阻力系數(shù)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(shù)的影響因素也很復(fù)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(guān)。

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(xiàn)象)較嚴(yán)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(yīng)用較為普遍。
　　降液管的布置規(guī)定了板上液體流動(dòng)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(zhǎng)，氣液接觸時(shí)間就愈長(zhǎng)，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(zhǎng)短與液面落差的大小對(duì)效率的影響是相互矛盾的。選擇溢流型式時(shí)，應(yīng)根據(jù)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(huì)造成浮閥開啟不均，使氣體分布不均及出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象，應(yīng)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(shí)，采用整塊式塔板。當(dāng)塔徑≥900mm時(shí)，能在塔內(nèi)進(jìn)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(shí)，可根據(jù)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(gè)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(nèi)不裝浮閥，主要為在液體進(jìn)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(jìn)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(dāng) D＜1.5m 時(shí)， W_S=60～75mm 當(dāng) D＞1.5m時(shí)，W_S=80～110mm 直徑小于1m的塔，W_S 可適當(dāng)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(gè)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(dá)50～75mm。為防止液體經(jīng)無效區(qū)流過而產(chǎn)生“短路”現(xiàn)象，可在塔板上沿塔壁設(shè)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(shì)，因?yàn)榇罂讖胶Y板具有加工制造簡(jiǎn)單，造價(jià)低、不易堵塞等優(yōu)點(diǎn)。只要設(shè)計(jì)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(yīng)根據(jù)塔板材料的厚度考慮加工的可能性，當(dāng)用沖壓法加工時(shí)，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(huì)影響傳質(zhì)效率。推薦的適宜范圍為3～4。

（3）篩孔的排列

板鼓泡區(qū)內(nèi)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(guān)系，又有順排與叉排之分。叉排時(shí)氣液接觸效果較好，故一般情況下都采用叉排方式。對(duì)于整塊式塔板，多采用正三角形叉排，孔心距t 為 75～125mm；對(duì)于分塊式塔板，宜采用等腰三角形叉排，此時(shí)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(xué)驗(yàn)算，目的在于核驗(yàn)上述各項(xiàng)工藝尺寸已經(jīng)確定的塔板，在設(shè)計(jì)任務(wù)規(guī)定的氣、液負(fù)荷下能否正常操作，其內(nèi)容包括對(duì)塔板壓強(qiáng)降、液泛、霧沫夾帶、泄漏、液面落差等項(xiàng)的驗(yàn)算。篩板塔板上的液面落差一般很小，可以忽略。
　一、塔板壓強(qiáng)降

氣體通過塔板時(shí)的壓強(qiáng)降大小是影響板式塔操作特性的重要因素，也往往是設(shè)計(jì)任務(wù)規(guī)定的指標(biāo)之一。在保證較高效率的前提下，應(yīng)力求減小塔板壓降，以降低能耗及改善塔的操作性能。
　　經(jīng)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(duì)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(jì)算方法，氣體通過一層浮閥塔板時(shí)的壓強(qiáng)降應(yīng)為：
　　　　　　　　Δp_p = Δp_c + Δp_l+Δp_σ
　　式中Δp_p 氣體通過一層浮閥塔板時(shí)的壓強(qiáng)降， N/m²；
　　　　Δp_c 氣流克服干板阻力所產(chǎn)生的壓強(qiáng)降， N/m²；
　　　　Δp_l 氣流克服板上充氣液層的靜壓力所產(chǎn)生的壓強(qiáng)降， N/m²；
 　　　 Δp_σ氣流克服液體表面張力所產(chǎn)生的壓強(qiáng)降， N/m²。
　　習(xí)慣上，常把這些壓強(qiáng)降全部折合成塔內(nèi)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(nèi)必須維持有一定高度的液柱。若操作中降液管內(nèi)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(dāng)于高度為 H_d 的清液柱，則取下一層塔板為基準(zhǔn)面在降液管內(nèi)、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(qiáng)降所相當(dāng)?shù)囊褐叨龋?m；
　　　　　h_L板上液層高度， m。此處忽略了板上液面落差并認(rèn)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(dāng)上升氣體流速減小，致使氣體通過篩孔的動(dòng)壓不足以阻止板上液體經(jīng)篩孔流下時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象，開始泄漏時(shí)的瞬間稱為漏液點(diǎn)。液體經(jīng)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(jìn)口堰處的泄漏會(huì)使塔板效率嚴(yán)重降低故漏液點(diǎn)的氣速u_0,min為操作時(shí)的下限氣速。正常操作時(shí)，泄漏量應(yīng)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(xiàn)象。過多的霧沫夾帶將導(dǎo)致塔板效率嚴(yán)重下降。為了保證板式塔能維持正常的操作，應(yīng)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(duì)于浮閥塔板上霧沫夾帶量的計(jì)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(shí)的空塔氣速與發(fā)生液泛時(shí)的空塔氣速的比值作為估算霧沫夾帶量大小的指標(biāo)。此比值稱為泛點(diǎn)百分?jǐn)?shù)，或稱泛點(diǎn)率。
　　在下列泛點(diǎn)率數(shù)值范圍內(nèi)，一般可保證霧沫夾帶量達(dá)到規(guī)定的指標(biāo)，即e_V＜1kg(液)/kg(氣)：

五、浮閥塔板的負(fù)荷性能圖

前面首先確定了塔板的工藝尺寸，又對(duì)各項(xiàng)進(jìn)行了流體力學(xué)驗(yàn)算(包括對(duì)工藝尺寸的必要調(diào)整)之后，便可確認(rèn)所設(shè)計(jì)的塔板能在任務(wù)規(guī)定的氣、液負(fù)荷下正常操作。此時(shí)，還有必要進(jìn)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(fù)荷波動(dòng)范圍。這個(gè)范圍通常以塔板負(fù)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(zhì)、氣液負(fù)荷及塔板結(jié)構(gòu)尺寸等。在系統(tǒng)物性、塔板結(jié)構(gòu)尺寸已經(jīng)確定的條件下，要維持塔的正常操作，必須把氣、液負(fù)荷限制在一定范圍之內(nèi)。在以Vs、Ls分別為縱、橫軸的直角坐標(biāo)系中，標(biāo)繪各種界限條件下的Vs-Ls關(guān)系曲線，從而得到允許的負(fù)荷波動(dòng)范圍圖形。這個(gè)圖形即稱為塔板的負(fù)荷性能圖。
　　負(fù)荷性能圖對(duì)于檢驗(yàn)塔板設(shè)計(jì)是否合理及了解塔的操作穩(wěn)定性、增產(chǎn)的潛力及減負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的可能性，都有一定的指導(dǎo)意義。

理論塔板是衡量實(shí)際塔板分離效果的標(biāo)準(zhǔn)，而實(shí)際塔板分離效果接近這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的程度，便通過塔板效率來表達(dá)。
　　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(dá)到指定分離效果所需理論板層數(shù)與實(shí)際板層數(shù)的比值，即：

 

　　板式塔內(nèi)各層塔板的接觸效率并不相同，總板效率簡(jiǎn)單地反映了整個(gè)塔內(nèi)所有塔板的平均效率。設(shè)計(jì)中為便于求算實(shí)際板層數(shù)，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(jīng)過一層實(shí)際塔板前后的組成變化與經(jīng)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(dá)方式：
　　　按氣相組成變化表示的單板效率為：

 

 

　　可見，只有當(dāng)操作線與平衡線平行時(shí)， E_MV與E_ML 才會(huì)相等。
3． 點(diǎn)效率
　　E₀點(diǎn)效率是指塔板上各點(diǎn)處的局部效率。以氣相點(diǎn)效率E_0V為例，設(shè)流經(jīng)塔板某點(diǎn)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(jìn)入該位置的氣相濃度為 y_n+1，經(jīng)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(diǎn)效率定義為：

當(dāng)板上液體處于完全混合的條件下時(shí)，點(diǎn)效率E_0V 與板效率E_MV具有相同的數(shù)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(shí)際板上傳質(zhì)過程進(jìn)行的程度。根據(jù)由雙膜理論導(dǎo)出的傳質(zhì)速率方程式可知， 傳質(zhì)系數(shù)、傳質(zhì)推動(dòng)力、傳質(zhì)面積和兩相接觸時(shí)間應(yīng)是決定塔板上各點(diǎn)處氣、液接觸效率的幾個(gè)重要因素。板效率是板上各點(diǎn)處接觸效果的綜合體現(xiàn)，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(xiàn)象，造成液相在塔板之間的返混，也使達(dá)到一定分離指標(biāo)所需的板的層數(shù)增多，總板效率下降。進(jìn)一步分析上述各因素，可歸納出以下幾個(gè)方面：
　　1． 物系性質(zhì)
　物系性質(zhì)主要指粘度、密度、表面張力、擴(kuò)散系數(shù)、相對(duì)揮發(fā)度等。液體的粘度、密度直接影響板上液流的湍動(dòng)程度，進(jìn)而影響傳質(zhì)系數(shù)和氣液接觸面積。表面張力影響泡沫生成的數(shù)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(kuò)散系數(shù)對(duì)傳質(zhì)系數(shù)有直接影響，而相對(duì)揮發(fā)度等相平衡常數(shù)的影響則體現(xiàn)在傳質(zhì)推動(dòng)力和過程速率的控制因素之中。
　　2． 塔板型式與結(jié)構(gòu)
　塔板結(jié)構(gòu)因素主要包括板間距、堰高、塔徑以及液體在板上的流徑長(zhǎng)度等。各種結(jié)構(gòu)因素對(duì)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(qiáng)、氣體上升速度、溢流強(qiáng)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(xiàn)象的前提下，增大氣速對(duì)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(zhì)設(shè)備。它的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，在塔體內(nèi)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(rùn)濕填料表面；氣體在壓強(qiáng)差推動(dòng)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(zhì)通常是在填料表面的液體與氣相間的界面上進(jìn)行的。
　　塔殼可由陶瓷、金屬、玻璃、塑料制成，必要時(shí)可在金屬筒體內(nèi)襯以防腐材料。為保證液體在整個(gè)截面上的均勻分布，塔體應(yīng)具有良好的垂直度。
　　填料塔不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且有阻力小和便于用耐腐材料制造等優(yōu)點(diǎn)，尤其對(duì)于直徑較小的塔、處理有腐蝕性的物料或要求壓強(qiáng)降小的真空蒸餾系統(tǒng)，填料塔都表現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性。另外，對(duì)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(shí)也宜采用填料塔。
　　近年來，國(guó)內(nèi)外對(duì)填料的研究與開發(fā)進(jìn)展頗快。由于性能優(yōu)良的新型填料不斷涌現(xiàn)，以及填料塔在節(jié)能方面的突出優(yōu)勢(shì)，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(guān)系。為使填料塔發(fā)揮良好的效能，填料應(yīng)符合以下幾項(xiàng)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(dòng)的液相所潤(rùn)濕，才能構(gòu)成有效的傳質(zhì)面積。因此，若希望有較高的傳質(zhì)速率，除須有大的比表面積之外，還要求填料有良好的潤(rùn)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(nèi)。當(dāng)填料的空隙率較高時(shí)，氣、液通過能力大且氣流阻力小，操作彈性范圍較寬。
　　(3)從經(jīng)濟(jì)、實(shí)用及可靠的角度出發(fā)，還要求單位體積填料重量輕、造價(jià)低，堅(jiān)牢耐用，不易堵塞，有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，對(duì)于氣、液兩相介質(zhì)都有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，等等。
　　上述各項(xiàng)條件，未必為每種填料所兼?zhèn)?，在?shí)際應(yīng)用時(shí)，可依具體情況抓住主要矛盾加以選擇 。