2010年 5月 21日 化工传质与别离进程－气液传质设备 1/88
第四章 气液传质设备
4.1 板式塔
4.2 填料塔
4.3 填料塔与板式塔的比拟
本章总结－联络图
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蒸馏和吸收虽原理不同，但从传质角度讲，有共同特点，
即气液两相要亲密接触，接触后两相要及时别离。因而，
蒸馏和吸收可在相反的设备内停止，此设备即为气液传质
设备。
气液传质设备中，典型的是塔设备。
在塔设备内，液体靠重力作用自上而下活动，气相自下
而下流动，两者逆流接触。
从构造上分，塔设备分板式塔和填料塔。
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4.1 板式塔
4.1.1 板式塔的构造
4.1.2 塔板的类型及功能评价
4.1.3 板式塔的流膂力学功能与操作特性
4.1.4 板式塔的设计
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4.1 板式塔
4.1.1 板式塔的构造
逐级接触式，内装塔板，气液传质在
板上液层空间内停止；两相的组成沿塔
高呈阶梯式变化，在正常操作下，液相
为延续相，气相为分散相。
溢流堰,维持塔板上一定高度的液层，
以保证在塔板上气液两相有足够的接触
面积；
降液管,作为液体从下层塔板流至下
层塔板的通道。
板式塔特点：消费才能大，塔板效率
波动，操作弹性大，造价低，检修、清
洗方便。
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板式塔的设计意图
1、在每块塔板上气液两相必需保
持亲密而充沛的接触，为传质进程提
供足够大而且不时更新的相际接触表
面，以减小传质阻力；
2、在塔内应尽量使气液两相呈逆
流活动，以提供较大的传质推进力。
板式塔,总体上气液呈逆流活动 ；
每块塔板上呈平均错流 。
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4.1.2 塔板的类型及功能评价
4.1.2.1 塔板类型
塔板分为
有降液管式塔板（也称溢流式塔板或错流式塔板）：气
液两相呈错流方式接触，其塔板效率高，具有较大的操作
弹性，运用普遍。
无降液管式塔板（也称穿流式塔板或逆流式塔板）：气
液两相呈逆流接触，其板面应用率高，消费才能大，构造
复杂，但效率较低，操作弹性小，使用较少。
本节只讨论有降液管式塔板。
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4.1.2 塔板的类型及功能评价
1,泡罩塔板
泡罩塔板是工业上使用最早的
塔板，其构造如图所示，它次要由升
气管及泡罩构成。泡罩装置在升气管
的顶部，分圆形和条形两种，以前者
运用较广。泡罩有 Φ80,Φ100、
Φ150mm三种尺寸，可依据塔径的大
小选择。泡罩的下部周边开有很多齿
缝，齿缝普通为三角形、矩形或梯形。
泡罩在塔板上为正三角形陈列。
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操作时，液体横向流过塔板，靠溢
流堰坚持板上有一定厚度的液层，齿
缝浸没于液层之中而构成液封。升气
管的顶部应高于泡罩齿缝的上沿，以
避免液体从中漏下。上升气体经过齿
缝进入液层时，被分散成许多粗大的
气泡或流股，在板上构成鼓泡层，为
气液两相的传热和传质提供少量的界
面。
泡罩塔板的优点是操作弹性较大，
塔板不易梗塞；缺陷是构造复杂、造
价高，板上液层厚，塔板压降大，生
产才能及板效率较低。泡罩塔板已逐
渐被筛板、浮阀塔板所取代，在新建
塔设备中已很少采用。
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2,筛孔塔板
筛孔塔板简称筛板，其构造
如图示。塔板上开有许多平均
的小孔，孔径普通为 3～ 8mm。
筛孔在塔板上为正三角形陈列。
塔板上设置溢流堰，使板上能
坚持一定厚度的液层。
操作时，气体经筛孔分散成
小股气流，鼓泡经过液层，气
液间亲密接触而停止传热和传
质。在正常的操作条件下，通
过筛孔上升的气流，应能阻止
液体经筛孔向下走漏。
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筛板的优点是构造复杂、造价低，板上液面落差小，气
体压降低，消费才能大，传质效率高。其缺陷是筛孔易堵
塞，不宜处置易结焦、粘度大的物料。
应予指出，筛板塔的设计和操作精度要求较高，过来工
业上使用较为慎重。近年来，由于设计和控制程度的不时
进步，可使筛板塔的操作十分准确，故使用日趋普遍。
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3,浮阀塔板
浮阀塔板具有泡罩塔板和筛孔塔板的优点，使用广
泛。浮阀的类型很多，国际常用的有如图示的 F1型,V-4
型及 T型等。
浮阀塔板的构造特点是在塔板上开有若干个阀孔，
每个阀孔装有一个可上下浮动的阀片，阀片自身连有几个
阀腿，拔出阀孔后将阀腿底脚拨转 90°,以限制阀片升起
的最大高度，并避免阀片被气体吹走。阀片周边冲出几个
略向下弯的定距片，当气速很低时，由于定距片的作用，
阀片与塔板呈点接触而坐落在阀孔上，在一定水平上可防
止阀片与板面的粘结。
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操作时，由阀孔上升的气流经阀片与塔板间隙沿程度方
向进入液层，添加了气液接触工夫，浮阀开度随气体负荷
而变，在低气量时，开度较小，气体仍能以足够的气速通
过缝隙，防止过多的漏液；在高气量时，阀片自动浮起，
开度增大，使气速不致过大。
浮阀塔板的优点是构造复杂、造价低，消费才能大，操
作弹性大，塔板效率较高。其缺陷是处置易结焦、高粘度
的物料时，阀片易与塔板粘结；在操作进程中有时会发作
阀片零落或卡死等景象，使塔板效率和操作弹性下降。
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三种塔板的比拟,
1,消费才能,筛板 >浮阀 >泡罩；
2,压降,泡罩 >浮阀 >筛板；
3,操作弹性,浮阀 >泡罩 >筛板；
4,造价,泡罩 >浮阀 >筛板；
5,板效率,浮阀、筛板相当 >泡罩 。
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4,放射型塔板
上述几种塔板，气体是以鼓泡或泡沫形态和液体接触，
当气体垂直向上穿过液层时，使分散构成的液滴或泡沫具
有一定向上的初速度。若气速过高，会形成较为严重的液
沫夹带，使塔板效率下降，因此消费才能遭到一定的限制。
为克制这一缺陷，近年来开收回放射型塔板，大致有以下
几品种型。
（ 1）舌型塔板
舌型塔板的构造如图所示，在塔板上冲出许多舌孔，方
向朝塔板液体流出口一侧张开。舌片与板面成一定的角度，
有 18°, 20°, 25° 三种（普通为 20° ），舌片尺寸有
50× 50mm和 25× 25mm两种。舌孔按正三角形陈列，塔板
的液体流出口一侧不设溢流堰，只保存降液管，降液管截
面积要比普通塔板设计得大些。
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操作时，上升的气流沿舌片喷出，
其喷出速度可达 20～ 30m/s。当液体流
过每排舌孔时，即被喷出的气流激烈
扰动而构成液沫，被斜向放射到液层
上方，放射的液流冲至降液管上方的
塔壁后流入降液管中，流到下一层塔
板。
舌型塔板的优点是：消费才能大，
塔板压降低，传质效率较高；缺陷是：
操作弹性较小，气体放射作用易使降
液管中的液体夹带气泡流到上层塔板，
从而降低塔板效率。
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（ 2）浮舌塔板
如图所示，与舌型塔板相比，随着中国经济向消费型模式的转型， 电子商务和移动电子商务的快速发展带来了支付行业强劲的增长。浮舌塔板的构造特点是其
舌片可上下浮动。因而，浮舌塔板兼有浮阀塔板和固定舌
型塔板的特点，具有处置才能大、压降低、操作弹性大等
优点，特别适合于热敏性物系的减压别离进程。
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（ 3）斜孔塔板
斜孔塔板的构造如图所示。在板上开
有斜孔，孔口向上与板面成一定角度。
斜孔的启齿方向与液流方向垂直，同一
排孔的孔口方向分歧，相邻两排开孔方
向相反，使相邻两排孔的气体向相反的
方向喷出。这样，气流不会对喷，既可
失掉程度方向较大的气速，又阻止了液
沫夹带，使板面上液层低而平均，气体
和液体不时分散和聚集，其外表不时更
新，气液接触良好，传质效率进步。
斜孔塔板克制了筛孔塔板、浮阀塔板
和舌型塔板的某些缺陷。斜孔塔板的生
产才能比浮阀塔板大 30%左右，效率与
之相当，且构造复杂，加工制造方便，
是一种功能优秀的塔板。
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4.1.2.2 塔板的功能评价
1.消费才能大，即单位塔截面积上气体和液体的通量大；
2.别离效率高，即完成一定的别离义务所需的板数少；
3.阻力小，压降低，即气体经过单板的压降低，能耗低，
关于精馏零碎可降低釜温，尤其适用于热敏性物系的别离；
4.操作弹性大，即当操作的气液流量发作动摇时仍能维持
板效率的波动；
5.满足工业对消费设备的普通要求，即构造复杂、造价低、
装置维修方便等。
罕见塔板的功能比拟见 P237表 4-2。
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4.1.3 板式塔的流膂力学功能与操作特性
4.1.3.1 板式塔的流膂力学功能
1,塔板上气液两相的接触形态
塔板上气液两相的接触形态是决议板上两相流流膂力学
及传质和传热规律的重要要素。如图所示，当液体流量一
定时，随着气速的添加，可以呈现三种典型的接触形态。
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（ 1）鼓泡接触形态
当气速较低时，气体以鼓泡形
式经过液层。由于气泡的数量不多，
构成的气液混合物根本上以液体为主，
气液两相接触的外表积不大，传质效
率很低。
特点：
?液体为延续相，气体为分散相；
?传质在气泡外表停止；
?湍动水平低，传质阻力大。
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（ 2）泡沫接触形态
当气速持续添加，气泡数量急剧添加，
气泡不时发作碰撞和决裂，此时板上液
体大局部以液膜的方式存在于气泡之间，
构成一些直径较小，扰动非常猛烈的动
态泡沫，在板上只能看到较薄的一层液
体。由于泡沫接触形态的外表积大，并
不时更新，为两相传热与传质提供了良
好的条件，是一种较好的接触形态。
特点：
?液体为延续相，气体为分散相；
?传质在不时更新的液膜外表停止；
?湍动水平高，接触面积大，传质阻力
小。
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（ 3）放射接触形态
当气速持续添加，由于气体动能很
大，把板上的液体向上喷成大小不等
的液滴，直径较大的液滴受重力作用
又落回到板上，直径较小的液滴被气
体带走，构成液沫夹带。特点：
?气体为延续相，液体为分散相；
?传质在不时更新的液滴外表停止；
?因液滴不时构成和聚集，因而传质
面积大大添加。
如上所述，泡沫接触形态和放射形态均是优秀的塔板接
触形态。因放射接触形态的气速高于泡沫接触形态，故放射
接触形态有较大的消费才能，但放射形态液沫夹带较多，若
控制不好，会毁坏传质进程，所以少数塔均控制在泡沫接触
形态下任务。
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2.气体经过塔板的压降
气体经过塔板的压降（塔板的总压降） Δpp包括：
?塔板的干板阻力（即板上各部件所形成的部分阻力）
?板上充气液层的静压力
?液体的外表张力。
塔板压降是影响板式塔操作特性的重要要素。
塔板压降增大，一方面塔板上气液两相的接触工夫随之
延伸，板效率降低，完成异样的别离义务所需实践塔板数
增加，设备费降低；另一方面，塔釜温度随之降低，能耗
添加，操作费增大,若别离热敏性物系时易形成物料的分
解或结焦。因而，停止塔板设计时，应综合思索，在保证
较高效率的前提下，力图减小塔板压降，以降低能耗和改
善塔的操作。
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影响塔板压降 Δpp的要素：
气量 ↑→ Δpp ↑
液量 ↑→ Δpp ↑
开孔率 ↑→u0 ↓ → Δpp ↓
孔径 ↓→ Δpp ↑
板上清液层高度 ↑→ Δpp ↑
液体外表张力 ↑→ Δpp ↑
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3.塔板上的液面落差
发生缘由,液体在塔板上横向流
动时要克制活动阻力（摩擦阻力、
形体阻力）。
不良结果,液面落差会招致气流
散布不均，从而形成漏液景象，使
板效率下降。
影响要素,塔构造复杂、塔径 ↑、
流量 ↑→液面落差 ↑
有溢流塔板
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4.1.3.2 板式塔的操作特性
1.气液两相非理想活动形态
（ 1）气相、液相反主流方向相反的活动。表如今：
液沫夹带,指局部液滴随上升的气流一切前往到下层塔
板，即液体的方向活动。发生缘由：气体速度大过，形成
液体弹溅，使小液滴被气流带到下层塔板，大液滴弹溅到
下层塔板。
发生缘由,气速 ↑,板间距 HT↓
不良结果,（ 1）降低板效、
（ 2）将不挥发性物质逐板送至塔顶形成产品净化，
（ 3）严重时形成液泛。
气泡夹带,液体在降液管中停留工夫过短，气泡来
不及摆脱，而被液体卷入上层塔板。
发生缘由,降液管太小，停留工夫短
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（ 2）气相、液相不平均活动
液体：活动速度不平均，两头块，两边慢。
气体：液面落差和液层动摇，惹起气体散布不平均。液
层厚，阻力大，汽速小；
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2.塔板上的异常操作景象
（ 1）漏液
当气体经过塔板的速度较小时，气体经过升气孔道的动压
缺乏以阻止板上液体经孔道流下时，便会呈现漏液景象。
不良结果,降低板效率，严重时使板上不能积液 。
发生缘由,气速过小，或气体散布严重不均、液体散布严
重不均 。
改良措施,在塔板液体入口处留出一条不开孔的区域，称
为安宁区，使漏液量不大于液体流量的 10%。
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（ 2）液泛
塔板正常操作时，在板上维持一定厚度的液层，以和气
体停止接触传质。假如由于某种缘由，招致 液体充溢塔板
之间的空间，使塔的正常操作遭到毁坏，这种景象称为液
泛。 液泛时的气速称为泛点气速，正常操作气速应控制在
泛点气速之下。
不良结果,塔压力降急剧增大、板效急剧减小、是不正
常操作景象之一
发生缘由：
?气体流量过大，发生了过量的液沫夹带；
?液体负荷过大，降液管的截面积不够。
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当塔板上液体流量很大，上升气体的速度很高时，液体
被气体夹带到上一层塔板上的量剧增，使塔板间充溢气液
混合物，最终使整个塔内都充溢液体，这种由于液沫夹带
量过大惹起的液泛称为 夹带液泛 。
当降液管内液体不能顺利向下活动时，管内液体必定积
累，致使管内液位增高而越过溢流堰顶部，两板间液体相
连，塔板发生积液，并顺次上升，最终招致塔内充溢液体，
这种由于降液管内充溢液体而惹起的液泛称为 降液管液泛 。
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3,塔板的负荷功能图
影响板式塔操作情况和别离
效果的次要要素为物料性质、塔
板性质及气液负荷。对一定的塔
板构造，处置固定的物系时，其
操作情况便随气液负荷而变。要
维持塔板正常操作，必需将塔内
的气、液负荷动摇控制在一定范
围内。
以气相负荷 V为纵标，以液相
负荷 L为横标，标绘在直角坐标
系中得负荷功能图。
它对检验塔的设计能否合理，
理解塔的操作情况及改良塔板操
作弹性具有一定的指点意义。
?线 1为 漏液线,可依据
漏液点气速确定，若气液
负荷位于此线下方，标明
漏液已使塔板效率大幅度
下降；
?线 2为 液沫夹带线,通常
以 Kg液 /Kg干空气为根据
确定，气液负荷位于该线
上方，表示液沫夹带过量，
已不宜采用；
?线 4为 液相负荷上限线,
液量小于该上限，板上液
体活动严重不平均而招致
板效率急剧下降；
线 4为 液相负荷下限线,
若液量超越此下限，液体
在降液管内停留工夫过短，
液流中的气泡夹带景象大
量发作，致使呈现溢流液
泛。
?线 5为溢流液泛线，可根
据溢流液泛的发生条件确
定，若气液负荷位于此线
上方，塔内将呈现溢流液
泛；
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〖 阐明 〗
? 操作弹性：上、上限操作极限的气体
流量之比称为塔板的操作弹性，操作弹
性越大的塔越好，普通要求大于 2～ 3。
? 板型不同，负荷功能图中所包括的边
界限也有所不同。
? 同一板型但设计不同，线的绝对地位
也会不同。
? 过原点，斜率为 V/L的直线称操作线
? 设计时，应使操作点尽量位于操作区
的地方，若操作点紧靠某一条边界限，
则负荷稍有变化，塔的正常操作即被破
坏。
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4.1.4 板式塔的设计
设计内容,
板型：筛板、浮阀等
板上液流型式：单流、双流等
板间距 HT
塔径 D
板上构造：开孔状况、溢流安装构造
设计办法,
若流膂力学功能不好，则调整相应构造参数
依据经历
选定一些
构造参数
设计其他
参数
校核各项
流膂力学
功能
依据经历
选定一些
构造参数
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4.2 填料塔
4.2.1 填料塔的构造与特点
4.2.2 填料的类型及功能评价
4.2.3 填料塔的流膂力学功能
4.2.4 填料塔的内件
4.2.5 填料塔的设计
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4.2.1 填料塔的构造与特点
1,填料塔的构造
?填料层：提供气液接触的场所。
?液体散布器：平均散布液体，
以防止发作沟流景象。
?液体再散布器：防止壁流景象
发作。
?支撑板：支撑填料层，使气体
平均大多数人都曾因不佳的交通状况而迟过到、叫过苦。经济的快速发展带动的是社会各方面的全面提升，但在此过程中，交通的发展却没跟得上前进的步幅，各类交通难题让交管部门伤透脑筋，如何利用AI来解决相关难题已成当务之急。散布。
?除沫器：避免塔顶气体出口处
夹带液体 。
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气体从塔底送入，经气体散布安装（小直径塔普通不设
气体散布安装）散布后，与液体呈逆流延续经过填料层的
空隙，在填料外表上，气液两相亲密接触停止传质。填料
塔属于延续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高延续变
化，在正常操作形态下，气相为延续相，液相为分散相。
当液体沿填料层向下活动时，有逐步向塔壁集中的趋向，
使得塔壁左近的液流量逐步增大，这种景象称为壁流。壁
流效应形成气液两相在填料层中散布不均，从而使传质效
率下降。因而，当填料层较高时，需求停止分段，两头设
置再散布安装。液体再散布安装包括液体搜集器和液体再
散布器两局部，下层填料流下的液体经液体搜集器搜集后，
送到液体再散布器，经重新散布后喷淋到上层填料上。
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2.填料塔的特点 (与板式塔相比 )
优点,
?消费才能大。填料塔内件开孔率大，空隙率大，液泛点
高。
?别离效率高。填料塔每米实际级远大于板式塔，尤其在
减压及常压条件下。
?压降小。空隙率高，阻力小。
?持液量小。
?操作弹性大。
缺陷,填料造价高；当液体负荷较小时不能无效地润湿
填料外表，使传质效率降低；不能直接用于有悬浮物或容
易聚合的物料；对侧线进料和出料等复杂精馏不太合适等。
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4.2.2 填料的类型及功能评价
4.2.2.1 填料 （ packings） 的类型
1.分类
?按填料外形分：
?实体填料
?网体填料
?按填料的装填方式分：
?散装填料
?规整填料
?按材质分：
?金属填料
?塑料填料
?陶瓷填料
?石墨填料
填料作用
?提供气液接触面积；
?强化气体湍动，降低
气相传质阻力；
?更新液膜外表，降低
液相传质阻力 。
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2.常用的几种填料
①拉西环 (Rasching ring), 拉西环是
工业上最早运用的一种填料，为外径
与高度相等的圆环，通常由陶瓷或金
属资料制成。拉西环构造复杂，制造
容易，但堆积时相邻环间易构成线接
触，填料层的平均性差，因此存在严
重的向壁偏流和沟流景象，致使传质
效率低。而且活动阻力大，操作范围
小。其改善方面有 θ 形、十字格形的
拉西环。
拉西环
?环
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②鲍尔环 (pall ring),鲍尔环是在拉
西环的壁上开一层或两层长方形窗口，
窗孔的母材两层交织地弯向环中心对
接。这种构造使填料层内气、液散布
功能大为改善，尤其是环的内外表得
到充沛应用。与异样尺寸的拉西环相
比，鲍尔环的气液通量可进步 50%，
而压降仅为其一半，别离效果也失掉
进步。其改良为阶梯形鲍尔环，圆筒
局部的一端制成喇叭口外形。这样填
料间出现点接触，床层平均且空隙率
大，与鲍尔环相比气体阻力增加 25%，
消费才能进步 10%。
2010年 5月 21日 化工传质与别离进程－气液传质设备 43/88
③阶梯环：鲍尔环根底上改造得出
的。环壁上开有窗孔，其高度为直径
的一半。由于高径比的增加，使得气
体绕填料外壁的均匀途径大为延长，
增加了阻力。喇叭口一边，不只添加
机械强度，而且使填料之间为点接触，
有利于液膜的聚集与更新，进步了传
质效率。
目前所运用的环型填料中最为优秀
的一种。
2010年 5月 21日 化工传质与别离进程－气液传质设备 44/88
④ 弧鞍型 (berl saddle),外表全
部敞口，不分外外，液体在外表
两侧平均活动，外表应用率高，
活动呈弧形，气体阻力小。但两
面对称有堆叠景象，容易发生沟
流。 强度差，易破碎。使用较少。
2010年 5月 21日 化工传质与别离进程－气液传质设备 45/88
⑤ 矩鞍型 (intolox saddle)：
矩鞍形填料构造不对称，堆积
时不堆叠，平均性更高。该填
料气流阻力小，处置才能大，
功能虽不如鲍尔环好，但结构
复杂，是一种功能优秀的填料。
2010年 5月 21日 化工传质与别离进程－气液传质设备 46/88
⑥环矩鞍 (Intalox),兼具
环型、鞍型填料的优点。敞
开的侧壁有利于气体和液体
经过，增加了填料层内滞液
死区。填料层内流体孔道增
多，使气液散布愈加平均，
传质效率得以进步。
普通采用金属材质，机械
强度高。
2010年 5月 21日 化工传质与别离进程－气液传质设备 47/88
⑦球型：球体为空心，气体和液体从其外部经过。由
于球体构造的对称性，填料装填密度平均，不易发生空
穴和架桥，故气液分散功能好。
常采用塑料材质。普通用于特定场所，工程上使用较
少。
2010年 5月 21日 化工传质与别离进程－气液传质设备 48/88
⑧格栅填料：以条状单
元体经一定规则组合而成，
其构造随条状单元体的形
式和组合规则而变，具有
多种构造方式。特点是比
外表积较低，次要用于低
压降、大负荷、防堵的场
合。
木格栅填料
格里奇格栅填料
2010年 5月 21日 化工传质与别离进程－气液传质设备 49/88
⑨波纹填料：波纹填料是由许多层
波纹薄片组成，各片高度相反但长短
不等，搭配组分解圆盘状，填料波纹
与程度方向成 45°倾角，相邻两片反
向堆叠使其波纹相互垂直。圆盘填料
块程度放入塔内，相邻两圆盘的波纹
薄片方向互成 90°角。波纹填料因波
纹薄片的资料与外形不同分红板波纹
板波纹填料可由陶瓷、塑料、金属、
玻璃钢等资料制成。填料的空隙率大，
阻力小，流体通量大、效率高，而且
制造方便、价钱低，正向通用化、大
型化方向开展。
金属丝网波纹填料
金属孔板波纹填料
2010年 5月 21日 化工传质与别离进程－气液传质设备 50/88
⑩脉冲填料：是由带缩颈的中
空棱柱形单体，按一定方式拼装
而成的一种规则填料。脉冲填料
组装后，会构成带锁颈的多孔棱
形通道，其纵面流道交替膨胀和
扩展，气液两相经过时发生激烈
的湍动，在缩颈处，气速最高，
湍动猛烈，从而强化传质，在扩
大段，气速减到最小，完成两相
的别离。流道膨胀、扩展的交替
反复，完成了“脉冲”传质进程。
特点是处置量大，压降小。适
用于真空精馏，大塔径场所。
2010年 5月 21日 化工传质与别离进程－气液传质设备 51/88
4.2.2.2 填料的功能评价
1,填料的几何特性
（ 1）比外表积 α,单位体积填料层具有的填料外表积，
m2/m3。填料的比外表积愈大，所提供的气液传质面积愈大，
愈有利于传质 。是评价填料功能优劣的 重要目标 。
〖阐明〗
?操作中有局部填料外表不被润湿，致使比外表积中只要
某个分率的面积才是润湿面积。据材料引见，填料真正润
湿的外表积只占全部填料外表积的 20～ 50%。
?有的部位填料外表虽然润湿，但液流不畅，液体有某种
水平的停滞景象。这种停滞的液体与气体接触工夫长，气
液趋于均衡态，在塔内简直不构成无效传质区。为此，须
把比外表积与无效的传质比外表积加以区分。
2010年 5月 21日 化工传质与别离进程－气液传质设备 52/88
（ 2） 空隙率 ε,单位体积填料层具有的空隙体积,m3/m3。
值大则气体经过填料层的阻力小，故 ε值以高为宜。 重要指
标。
关于乱堆填料，当塔径与填料尺寸之比大于 8时，因每个
填料在塔内的方位是随机的，填料层的平均性较好，这时
填料层可视为各向异性，填料层的空隙率就是填料层内任
一横截面的空隙截面分率。
（ 3）填料因子 φ,比外表积与空隙率三次方的比值，
α /ε 3称为干填料因子,1/m,它反映特定构造和尺寸填料
的综合流膂力学功能。当填料被液体润湿后,a与 ε 均发作
相应的变化，此时的 α/ε 3称为湿填料因子，表示实践操作
时填料的流膂力学特性，其值由实验测定。
填料因子值小表示活动阻力小，液泛速度可以进步。,
2010年 5月 21日 化工传质与别离进程－气液传质设备 53/88
（ 4） 堆积密度 ρ p,单位体积填料的质量, 以表示,
kg/m3。 在机械强度允许的条件下, 填料壁要尽量薄以减小
堆积密度, 这样既增大了空隙率又降低本钱 。
（ 5）个数 n,单位体积填料层具有的填料个数。依据计
算出的塔径与填料层高度，再依据所选填料的 n值，即可确
定塔内需求的填料数量。普通要求塔径与填料尺寸之比
D/d<8（ 此比值在 8～ 15之间为宜），以便气、液散布平均。
若 D/d>8,在近塔壁处填料层空隙率比填料层中心部位的空
隙率分明偏高，会影响气液的平均散布。若 D/d值过大，即
填料尺寸偏小，气流阻力增大。
2010年 5月 21日 化工传质与别离进程－气液传质设备 54/88
2.填料的功能评价
填料功能的优劣常依据效率、通量及压降三要素权衡。
相反条件下，比外表积愈大，气液散布愈平均，外表的
润湿功能愈优秀，传质效率愈高；
空隙率愈大，则通量愈大，压降也愈低。
常用填料综合功能评价见 P269表 4-5。
2010年 5月 21日 化工传质与别离进程－气液传质设备 55/88
4.2.3 填料塔的流膂力学功能
包括填料层的持液量、填料层的压降、液泛、填料外表
的润湿及返混等。
1,填料层的持液量
指在一定操作条件下，在单位体积填料层内所积存的液
体体积，以 (m3液体 )/(m3填料 )表示。
持液量分为静持液量 Hs、动持液量 Ho和总持液量 Ht。
静持液量是指当填料被充沛润湿后，中止气液两相进料，
并经排液至无滴液流出时存留于填料层中的液体量，其取
决于填料和流体的特性，与气液负荷有关。
2010年 5月 21日 化工传质与别离进程－气液传质设备 56/88
4.2.3 填料塔的流膂力学功能 (续 )
动持液量是指填料塔中止气液两相进料时流出的液体量，
它与填料、液体特性及气液负荷有关。总持液量是指在一
定操作条件下存留于填料层中的液体总量。显然，总持液
量为静持液量和动持液量之和，即
填料层的持液量可由实验测出，也可由经历公式计算。
普通来说，适当的持液量对填料塔操作的波动性和传质是
无益的，但持液量过大，将增加填料层的空隙和气相流通
截面，使压降增大，处置才能下降。
st HHH ?? 0
2010年 5月 21日 化工传质与别离进程－气液传质设备 57/88
4.2.3 填料塔的流膂力学功能 (续 )
2,填料层的压降
在逆流操作的填料塔中，从
塔顶喷淋上去的液体，依托重力
在填料外表成膜状向下活动,上
升气体与下降液膜的摩擦阻力形
成了填料层的压降 。 填料层压降
与液体喷淋量及气速有关, 在一
定的气速下，液体喷淋量越大，
压降越大；在一定的液体喷淋量
下，气速越大，压降也越大 。将
不同液体喷淋量下的单位填料层
的压降 ΔP/Z与空塔气速 u的关系标
绘在对数坐标纸上，可失掉如图
示的线群。
2010年 5月 21日 化工传质与别离进程－气液传质设备 58/88
4.2.3 填料塔的流膂力学功能 (续 )
在图中，直线 0表示无液
体喷淋（ L=0）时，干填料
△ P/Z～ u关系，称为干填料压降
线，直线，斜率为 1.8～ 2.0。曲
线 1,2,3表示不同液体喷淋量
下，填料层的△ P/Z～ u关系，称
为填料操作压降线，折线，存在
两转机点，下转机点称“载点”，
上转机点称“泛点”。这两个点
将△ P/Z～ u线群分红三个区段，
即恒持液量区、载液区和液泛区。
载点
泛点
2010年 5月 21日 化工传质与别离进程－气液传质设备 59/88
4.2.3 填料塔的流膂力学功能 (续 )
①恒持液量区
气速较低时，液体向下活动不受气流的影
响，填料外表上掩盖的液膜厚度根本不变，
因此填料层的持液量不变。在同一空塔气速
下，由于湿填料层内所持液体量占据一定空
间，故使气体的真实速度较经过干填料层的
速度高，因此压降也大，此时△ P/Z～ u位于
干填料压降线的左侧，且二者平行。
②载液区
气速增大，气体对液膜活动发生阻滞作用，
使液膜增厚，填料层的持液量随气速的添加
而增大，此景象称为拦液。开端发作拦液现
象时的空塔气速称为载点气速，超越载点后，
曲线斜率大于 2。
载点
泛点
2010年 5月 21日 化工传质与别离进程－气液传质设备 60/88
4.2.3 填料塔的流膂力学功能 (续 )
③液泛区
气速持续增大，由于液体不能顺利向下
活动，使填料层的持液量不时增大，填料层
内简直充溢液体。气速添加很小便会惹起压
降的剧增，此景象称为液泛，开端发作液泛
景象时的气速称为泛点气速，以 uF表示。此
区域内曲线斜率可达 10以上。
应予指出，在异样的气液负荷下，不
同填料的△ P/Z～ u关系曲线有所差别，但其
根本外形相近。关于某些填料，载点与泛点
并不分明，故上述三个区域间无截然的界线。
载点
泛点
2010年 5月 21日 化工传质与别离进程－气液传质设备 61/88
4.2.3 填料塔的流膂力学功能 (续 )
3,液泛
在泛点气速下，持液量的增多使液相由分散相变为延续相，而气相
则由延续相变为分散相，此时气体呈气泡方式经过液层，气流呈现脉动，
液体被少量带出塔顶，塔的操作极不波动，甚至会被毁坏，此种状况称
为淹塔或液泛。影响液泛的要素很多，如填料的特性、流体的物性及操
作的液气比等 。
?填料特性的影响集中表现在填料因子上。填料因子值越
小，泛点气速越大，即越不易发作液泛景象。
?流体物性的影响表现在气体密度 ρV、液体的密度 ρL和粘度
μL上。气体密度越小，液体的密度越大、粘度越小，则泛
点气速越大。
?操作的液气比愈大，则在一定气速下液体喷淋量愈大，
填料层的持液量添加而空隙率减小，故泛点气速愈小。
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4,液体喷淋密度和填料外表的润湿
填料塔中气液两相间的传质次要是在填料外表活动的液
膜上停止的。要构成液膜，填料外表必需被液体充沛润湿，
而 填料外表的润湿情况取决于塔内的液体喷淋密度及填料
材质的外表润湿功能 。
液体喷淋密度是指单位塔截面积上，单位工夫内喷淋的
液体体积,以 U表示，单位为 m3/(m2·h)。为保证填料层的充
分润湿，必需保证液体喷淋密度大于某一极限值，该极限
值称为最小喷淋密度，以 Umin表示。
式中 Umin 最小喷淋密度,m3/（ m2·h ）；
(LW)min 最小润湿速率,m3/（ m·h）；
α 填料的比外表积,m2/m3。
aLU w m i nm i n )(?
2010年 5月 21日 化工传质与别离进程－气液传质设备 63/88
4.2.3 填料塔的流膂力学功能 (续 )
最小润湿速率是指在塔的截面上，单位长度的填料周边的最小液体
体积流量。其值可由经历公式计算，也可采用经历值。关于直径不超越
75mm的散装填料，可取最小润湿速率 (LW)min为 0.08 m3/（ m·h）；关于
直径大于 75mm的散装填料，取 (LW)min =0.12 m3/（ m·h）。
填料外表润湿功能与填料的材质有关，就常用的陶瓷、金属、塑料
三种材质而言，以陶瓷填料的润湿功能最好，塑料填料的润湿功能最差。
实践操作时采用的液体喷淋密度应大于最小喷淋密度。若喷淋密度
过小，可采用增大回流比或采用液体再循环的办法加大液体流量，以保
证填料外表的充沛润湿；也可采用减小塔径予以补偿；关于金属、塑料
材质的填料，可采用外表处置办法，改善其外表的润湿功能 。
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4.2.3 填料塔的流膂力学功能 (续 )
5．返混
在填料塔内，气液两相的逆流并不呈理想的活塞流状
态，而是存在着不同水平的返混。形成返混景象的缘由很
多，如：填料层内的气液散布不均；气体和液体在填料层
内的沟流；液体喷淋密渡过大时所形成的气体部分向下运
动；塔内气液的湍流脉动使气液微团停留工夫不分歧等。
填料塔内流体的返混使得传质均匀推进力变小，传质效率
降低。因而，按理想的活塞流设计的填料层高度，因返混
的影响需适当加高，以保证预期的别离效果。
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4.2.4 填料塔的内件
1.填料支承安装：次要用处是 支承塔内的填料,同时又能保证气液两
相顺利经过。若设计不当，填料塔的液泛能够首先在填料支承安装上发
生。
对填料支承安装的要求：
关于普通填料，支承安装的自在截面积应不低于全塔面积的 50%，并
且要大于填料层的自在截面积；
具有足够的机械强度、刚度；
构造要合理，利于气液两相平均散布，阻力小，便于拆装。
2010年 5月 21日 化工传质与别离进程－气液传质设备 66/88
2.填料压紧安装
装置在填料层上端。作用是 坚持填料层为一高度固定的床层，从而
坚持平均分歧的空隙构造，使操作正常、波动,避免在高压降、瞬时
负荷动摇等状况下，填料层发作松动或跳动。
分为：
填料压板。自在放置于填料上端，靠本身分量将填料压紧。适用于
陶瓷、石墨材质的散装填料。
床层限制板。固定在填料上端。
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3.液体散布安装
填料塔操作要求液体沿同一塔截面平均散布。 为使液流散布平均，
液体在塔顶的初始散布须平均 。经历标明，对塔径为 0.75m以上的塔，
每平方米塔横截面上应有 40～ 50个喷淋点；对塔径在 0.75m以下的塔，
喷淋点密度集至多应为 160个 /m2塔截面。
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4.液体搜集及再散布安装
作用是 减小壁流景象 。
壁流景象,在乱堆填料层内存在的液体逐步流向塔壁的景象。
在填料层内每隔一定高度设置液体再散布安装 。
对拉西环填料，再散布器的间隔约为塔径的 2 5～ 3倍，对鲍尔环及
鞍形等较好填料约为塔径的 5～ 10倍，但通常不应超越 6m。
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5.除沫安装
当塔内操作气速较大或液沫夹带景象严重时，可在液体
散布器的上方设置除沫安装，次要用处是 除去出口吻流中
的液滴 。
2010年 5月 21日 化工传质与别离进程－气液传质设备 70/88
4.2.5 填料塔的设计
填料塔的设计计算次要包括塔径和塔高的计算, 是在物
料衡算, 热量衡算以及吸收剂品种和用量确定的根底上进
行 。
1.
选择填料的次要根据是比外表积要大，空隙率大，堆积
密度小，机械强度和波动性好，以及价钱廉价等。其大小
规格的选取普通为,D≤ 300mm时，选用 25mm填料；
300≤ D≤ 900mm时，选用 38～ 50mm填料； D＞ 900mm时，
选用 50mm以上填料。
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2.塔径的计算
? 依据所选填料, 气液两相流量和物性, 由埃克特通用关联图 (P280图
4-33)求取泛点气速 uF
? 选取空塔气速 u=(0.5～ 0.8)uF
? 计算塔径 D,并依据塔径规范停止圆整 。 普通塔径规范为 300,400、
500,600,800,1000,1200,1400…… 等 (单位 mm),选取适当的塔径 。
?
(1) 泛点率 。 计算实践空塔气速 u=4Vs/(πD2),并依照泛点率 =u/uF,核
算其能否在 50～ 80%范围之内,
(2)塔径与填料尺寸之比 。 普通要求应使 D/d＞ 8～ 15。
(3)液体喷淋密度 。 为了保证液体喷淋量能完全润湿填料层截面, 通
常要求液体喷淋密度 U大于最小喷淋密度 Umin的 (2～ 5)倍以上 。
(4)每米填料层压降 △ p/Z。 P283公式 4-39&4-40,普通 △ p/Z应控制在
500Pa以内 。
u
VD s
?
4?
2010年 5月 21日 化工传质与别离进程－气液传质设备 72/88
3.填料层无效高度的计算
(1)
Z=HOG ·NOG
(2)
Z=NT·HETP
等板高度 HETP确实定：
?实验测定
?取消费设备的经历数据
?采用经历公式停止计算，如 P282公式 4-36。
塔径 +0.1真空塔
塔 径小直径塔 (＜ 0.6m)
1.5～ 1.8吸收义务
0.9直径 50mm填料
0.66直径 38mm填料
0.46直径 25mm填料
HETP/m 填料类型 /使用
HETP经历值
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4.3 填料塔与板式塔的比拟
关于许多逆流气液接触进程，填料塔和板式塔都是可以
适用的，设计者必需依据详细状况停止选用。填料塔和板
式塔有许多不同点，理解这些不同点关于合理选用塔设备
是有协助的。
①填料塔操作范围较小，特别是关于液体负荷变化更为
敏感。当液体负荷较小时，填料外表不 能很好地润湿，传
质就效果急剧下降；当液体负荷过大时，则容易发生液泛。
设计良好的板式塔，则具有大得多的操作范围。
2010年 5月 21日 化工传质与别离进程－气液传质设备 74/88
4.3 填料塔与板式塔的比拟 (续 )
②填料塔不宜于处置易聚合或含有固体悬浮物的物料，
而某些类型的板式塔（如大孔径筛板、泡罩塔等）则可以
无效地处置这种物质。另外，板式塔的清洗亦比填料塔方
便。
③当气液接触进程中需求冷却以移除反响热或溶解热时，
填料塔因触及液体均不成绩而使构造复杂化。板式塔可方
便地在塔板上装置冷却盘管。同理，当有侧线出料时，填
料塔也不如板式塔方便。
④以前乱堆填料塔直径很少大于 0.5m，后来又以为不宜
超越 1.5m，依据近 10年来填料塔的开展情况，这一限制似
乎不再成立。板式塔直径普通不小于 0.6m。
2010年 5月 21日 化工传质与别离进程－气液传质设备 75/88
4.3 填料塔与板式塔的比拟 (续 )
⑤关于板式塔的设计材料更容易失掉而且更为牢靠，因
此板式塔的设计比拟精确，平安系数可获得更小。
⑥当塔径不很大时，填料塔因构造复杂而造价廉价
⑦关于易起泡物系，填料塔更合适，因填料对泡沫无限
制和破碎的作用。
⑧关于腐蚀性物系，填料塔更合适，因可采用瓷质填料。
⑨对热敏性物系宜采用填料塔，由于填料塔内的滞液量
比板式塔少，物料在塔内的停留工夫短。
⑩填料塔的压降比板式塔小，因此对真空操作更为适合。
2010年 5月 21日 化工传质与别离进程－气液传质设备 76/88
因而
填料塔用于：
?塔径小；
?真空操作；
?易起泡；
?腐蚀性物系；
?热敏性物系
板式塔用于：
?液体操作范围变化大；
?物系易聚合、含有固粒；
?进程需冷却或侧线出料。
2010年 5月 21日 化工传质与别离进程－气液传质设备 77/88
本章总结－联络图
根本功能
强化（研讨 ）
选型 操作
设计
2010年 5月 21日 化工传质与别离进程－气液传质设备 78/88
根本功能
一、流膂力学功能
1.操作形态 (见下表 )
气相气泡外表气泡少，液层厚，
明晰，气泡在液
层外表决裂
小鼓泡
接触
形态
阐明分散相二相接触外表景象气速 u0形态
塔板上的操作形态
液相液滴表面面气体以射流穿过
液层，液体成小
滴，外表不时更
新
大放射
接触
形态
正常操作
在泡沫和
放射两种
形态停止
气相液膜外表液膜存在于 气泡
之间,泡沫高度
湍动，塔板外表
有少许清液
中泡沫
接触
形态
2010年 5月 21日 化工传质与别离进程－气液传质设备 79/88
2,异常操作景象
走漏,气速少,致使气体经过时的动能缺乏以阻止板下流体
下流,呈现漏液的景象
液泛,气速过大,板间压差增大,致使降液管内液体不能顺
畅地下流,管内液体漫至下层板 或由于降液管截面太小,
缺乏以使液体经过,降液管内液面降低至下层塔板
泡沫夹带,板上液体被上升气体带入下层塔板,
夹带量 ev>0.1为过量夹带
气泡夹带,液体溢流速度太快,使其所携带泡沫
中的气体来不及与液体分开而被夹带到上层塔板
2010年 5月 21日 化工传质与别离进程－气液传质设备 80/88
1 0 0 0
8
5
0
000
L
v
F
uF,F
?
?
?
??
斜孔塔气相动能因子
浮阀塔气相动能因子
3.正常操作
(1)极限操作条件
6hhhhhH
)hH(H
owwdpd
wTd
??????
??
?
?塔板压降
汽液液沫夹带量,kgkg.e v 10?
S~L HA
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Tf 53???：降液管内液体停留工夫
2010年 5月 21日 化工传质与别离进程－气液传质设备 81/88
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xxE 点效率
二、传质功能
1.塔板效率
2.影响塔板效率的要素,
①物性
②塔板型与构造
③ 操作条件
3.塔板效率预算,
①,AIChE 法
② Em~a,关联式 O’ Connell法
2010年 5月 21日 化工传质与别离进程－气液传质设备 82/88
塔型
板式塔
填料塔
评价规范
消费才能大
别离效率高
阻力降小
操作弹性好
构造复杂牢靠
选型
隶属安装
填料支承安装
（要有足够的自在截面） 液体散布安装
液体再散布安装（避免液体喷淋不平均）
填料压紧安装
除沫安装
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操作
准绳
在总体上呈逆流活动，
保证汽液屡次逆流接触
维持一定气液负荷，使每块板上
汽液接触良好
景象
釜温下降 漏液 进步气
速
判别 调理
顶温降低 过量夹带 降低气速
塔压剧增
Vs过大
阻力大
夹带液泛
物料起泡
Af
降液管底隙
小或梗塞
降低气速
进步气速
清洗降液管
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强化（研讨）
新型塔板
新型填料
林德筛板
S型泡罩
斜孔塔板
浮舌板
网孔板
短阶梯环填料
英特洛克斯填料
Mellapak填料
开展趋向
进步消费才能
简化构造降低本钱
高效低阻
顺应大型化需求
2010年 5月 21日 化工传质与别离进程－气液传质设备 85/88
1、已知条件：
2、经历数据的选取准绳：
① 使塔板上汽液活动合理，不发作异
常操作
② 依详细状况而定
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LV物性
??? M,P,t操作参数
设计
一、板式塔设计
3、辅佐设备计算：
冷凝器传热面：
再沸器加热面：
冷却介质量：
加热蒸气量：
若流膂力学功能不好，则调整相应构造参数
依据经历选
定一些构造
参数
设计其他参
数
校核各项流
膂力学功能
依据经历选
定一些构造
参数
4、设计顺序
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二、填料塔的设计
1.填料的选择
2.塔径的计算
3.填料层无效高度的计算
4.塔构造的计算或选型
5.校核
?(1) 泛点率 。
?(2)塔径与填料尺寸之比 。
?(3)液体喷淋密度 。
?(4)每米填料层压降 △ p/Z
2010年 5月 21日 化工传质与别离进程－气液传质设备 87/88
本章要求
理解：
2010年 5月 21日 化工传质与别离进程－气液传质设备 88/88
THE END
Thanks