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一、蒸馏基本原理
１、蒸馏概述 ２、拉乌尔定律
二、精馏
１、精馏概述 ２、精馏原理 ３、精馏过程 ４、物料衡算 ５、板式塔
１、蒸馏概述 、
（１） 蒸馏的原理 利用混合物在一定压力下各组分相对挥发度 （沸点 沸点）的不同进行分离的一种单元操作。 沸点
易挥发组分——低沸点组分
难挥发组分——高沸点组分
（２）蒸馏及精馏的分离依据 ）
液体均具有挥发成蒸汽的能力，但各种液体的挥发性各不相同。习 惯上，将液体混合物中的易挥发组分Ａ称为轻组分，难挥发组分Ｂ则称为 重组分。将液体混合物加热至泡点以上沸腾使之部分汽化必有ｙＡ＞ｘＡ； 反之将混合蒸汽冷却到露点以下使之部分冷凝必有ｘＢ＞ｙＢ。上述两种情 况所得到的气液组成均满足：
ｙＡ ｘＡ ＞ ｙ Ｂ ｘＢ
部分汽化及部分冷凝均可使混合物得到一定程度的分离，它们均是 籍混合物中各组分挥发性的差异而达到分离的目的，这就是蒸馏及精馏 分离的依据。 蒸馏及精馏的分离依据
原料液
加 热 器
减 压 阀
塔顶产品
ｙＡ
Ｑ
ｘＡ
闪 蒸 罐
ｙ Ａ ＞ ｘＡ
或
ｙＡ ｘＡ ＞ ｙ Ｂ ｘＢ
塔底产品
（３）蒸馏的分类 ）
简单蒸馏 平衡蒸馏 （闪蒸） 按蒸馏方式 较易分离的物系或对 分离要求不高的物系 难分离的物系 恒沸蒸馏 特殊精馏 萃取蒸馏 水蒸汽蒸馏 很 难 分离 的 物系 或 用 普 通方 法 难以 分 离的物系
精馏
常压 按操作压强 加压
一般情况下多用常压 常压下不能分离或达不到分离要求
减压 双组分 混合物中组分 多组分 间歇 按操作方式 连续
２、两组分理想物系的汽液平衡－拉乌尔定 、两组分理想物系的汽液平衡 拉乌尔定 律
１、汽液相平衡关系式拉乌尔定律 、汽液相平衡关系式 拉乌尔定律
ｐＡ ＝
ｏ ｐＡｘＡ
＝
０ ｐＡｘ
ｏ ０ ｐＢ ＝ ｐＢ ｘＢ ＝ ｐＢ （１？ ｘ）
ｏ ｏ ｐＡ ， ｐＢ 手册中查
平衡温度下纯组分的饱和蒸汽压力
Ｘ溶液中组分的摩尔分数
当溶液沸腾时，溶液上方的总压等于各组分的蒸气压之和
ｏ Ｐ ＝ ｐＡ ＋ ｐＢ ＝ ｐｏ ｘ ＋ ｐＢ （１？ ｘ） Ａ
ｏ Ｐ？ Ｐ Ｂ Ｐｏ ？ Ｐｏ Ａ Ｂ
∴ｘ ＝
ｐＡ ｐｏ ——由拉乌尔定律表示的气液平衡关系 Ａ 由拉乌尔定律表示的气液平衡关系 ｙ＝ ＝ ｘ Ｐ Ｐ
二、精馏
１、精馏概述 、
平衡蒸馏以及简单蒸馏只能使混合液得到部分分离。 简单蒸馏操作是对液体的连续部分汽化，釜液组成沿 ｔ－ｘ（ｙ） 相图的泡点线变化，其结果可得难挥发组分（重组分）含量 很高而易挥发组分（轻组分）摩尔分数 ｘ 很低的釜液。 在一定压力下，将混合蒸汽进行连续部分冷凝，蒸汽相的组 成沿 ｔ－ｘ（ｙ） 相图的露点线变化，结果可得到难挥发组分（重 组分）含量很低而易挥发组分（轻组分）摩尔分数 ｙ 很高的 蒸汽。 精馏过程正是这二者的有机结合。
冷凝器ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ
２、精馏原理
精馏段：汽相中的重组分向 液相（回流液）传递，而液 相中的轻组分向汽相传递， 从而完成上升蒸气的精制。 提馏段：下降液体（包括回 流液和料液中的液体部分） 中的轻组分向汽相（回流） 传递，而汽相中的重组分向 液相传递，从而完成下降液 体重组分的提浓。 精馏与简单蒸馏的区别：汽 相和液相的部分回流。也是 精馏操作的基本条件。
塔顶产品， ｘＤ Ｏｖｅｒｈｅａｄ ｐｒｏｄｕｃｔ 液相回流 Ｌｉｑｕｉｄ ｒｅｆｌｕｘ 精馏段 Ｒｅｃｔｉｆｙｉｎｇ ｓｅｃｔｉｏｎ
料液， ｘＦ Ｆｅｅｄ
提馏段 Ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ ｓｅｃｔｉｏｎ 汽相回流 Ｖａｐｏｒ ｒｅｆｌｕｘ 再沸器 Ｒｅｂｏｉｌｅｒ 塔底产品， ｘＷ Ｂｏｔｔｏｍｓ ｐｒｏｄｕｃｔ
３、精馏过程
板式塔中的精馏过程可以详见下图。
精馏过程
现取第ｎ板（如上图）为例来分析精馏过程和原理。 塔板的形式有多种，最简单的一种是板上有许多小孔（称筛板 塔），每层板上都装有溢流管，由下一层（ｎ＋１层）的蒸汽通过板 上的小孔上升，而上一层（ｎ－１层）来的液体通过溢流管流到第ｎ板 上，在第ｎ板上汽液两相密切接触，进行热和质的交换。进、出第ｎ 板的物流有四种： １．由第ｎ－１板溢流下来的液体量为 Ｌｎ？１，其组成为ｘ ｎ？１ 温度为 ； ｔ２．由第ｎ板上升的蒸汽量为 ，组成为 ，温度为 ； ｎ？１ ｙｎ ｔｎ Ｖｎ ３．从第ｎ板溢流下去的液体量为 ，组成为 ，温度为 ； ｎ ４．由第ｎ＋１板上升的蒸汽量为 Ｌ ｎ ，组成为 ｘ ｎ ，温度为 ｔ。 ｙ ｎ＋１ Ｖｎ＋１ ｔ ｎ＋１
精馏过程
因此，当组成为 ｘ ｎ？１ 的液体及组成为 ｙ ｎ＋１ 的蒸汽同时进入第ｎ板，由于 存在温度差和浓度差，汽液两相在第ｎ板上密切接触进行传质和传热的结果 会使离开第ｎ 板的汽液两相平衡（如果为理论板，则离开第ｎ板的汽液两相 成平衡），若汽液两相在板上的接触时间长，接触比较充分，那么离开该 ｘ 板的汽液两相相互平衡，通常称这种板为理论板（ ｙ ｎ ， ｎ 成平衡）。精馏 塔中每层板上都进行着与上述相似的过程，其结果是上升蒸汽中易挥发组 分浓度逐渐增高，而下降的液体中难挥发组分越来越浓，只要塔内有足够 多的塔板数，就可使混合物达到所要求的分离纯度。 加料板把精馏塔分为二段，加料板以上的塔，即塔上半部完成了上升 蒸汽的精制，即除去其中的难挥发组分，因而称为精馏段。加料板以下 （包括加料板）的塔的下半部完成了下降液体中难挥发组分的提浓，即除 去了易挥发组分，因而称为提馏段。一个完整的精馏塔应包括精馏段和提 馏段。
精馏过程
回流的作用
从上面所讨论的精馏操作不难看出，精馏之所以区别于蒸馏就 在于精馏有“回
流”，而蒸馏没有“回流”。回流包括塔顶的液相 回流与塔釜部分汽化造成的气相回流。回流是构成汽、液两相接触 传质使精馏过程得以连续进行的必要条件。若塔顶没有液相回流， 或是塔底没有再沸器产生蒸汽回流，则塔板上的气液传质就缺少了 相互作用的一方，也就失去了塔板的分离作用。因此，回流液的逐 板下降和蒸汽的逐板上升是实现精馏的必要条件。
精馏过程总结
由塔釜上升的蒸汽与塔顶下流的回流液（包括塔中部的 进料）构成了沿塔高逆流接触的汽、液两相。 只要相互接触的汽、液两相未达平衡，传质必然发生。 在一定压力下操作的精馏塔，若入塔回流液中轻组分含 量为塔内液相的最高值，而由塔釜上升蒸汽中轻组分含 量为塔内蒸汽相的最低值，与之对应，塔顶温度最低， 塔底则最高，即汽、液两相温度由塔顶至塔底递增。 在微分接触式的塔（如填料塔和降膜塔）的任一截面上 或分级接触式（如板式塔）的任一塔板上的汽、液两相 不呈平衡，从而发生传热传质。
精馏过程
例：多级逆流接触板式塔 板式塔内相邻几块板的温度、组成的关系为 ｙｎ－１ ｘｎ－２
ｔ ｎ ？１ ＜ ｔ ｎ ＜ ｔ ｎ ＋１ ｘｎ ？１ ＞ ｘｎ ＞ ｘｎ ＋１ ｙｎ ？１ ＞ ｙｎ ＞ ｙｎ ＋１
ｎ－１ ｙｎ ｎ ｙｎ＋１ ｘｎ ｎ＋１ ｙｎ＋２ ｘｎ＋１ ｘｎ－１
ｔｎ－１
ｔｎ ｔｎ＋１
离开各板的汽、液两相的浓度取 决于板上汽、液两相接触传质速 率。由于板上的鼓泡传质过程非 常复杂，故难以用数学模型进行 描述。
精馏过程总结
如在塔顶进料则只有塔底的重组分产品可达高纯度，塔顶引 出的蒸汽因没有经过精馏段的精制，纯度一般不会高。 如在塔底进料则只有塔顶的轻组分产品可达高纯度，塔底的 液体因未经提馏段提浓，纯度一般也不会高。 只有包括了精馏段和提馏段的精馏塔才可能由塔顶和塔底连 续地分别得到高纯度的轻、重组分产品。 气、液传质设备对吸收和蒸馏过程是通用的。
４、物料衡算与操作线方程
全塔物料衡算 对稳定操作连续精馏塔，无论塔顶的 回流液量与塔釜的再沸蒸汽量多大， 料液加入量必等于塔顶和塔釜所得产 品量之和。 产品流量、组成和进料流量、组成之 间的关系可通过全塔物料衡算求得。 总物料衡算 易挥发组分物料衡算 Ｄ ｘＦ ？ ｘＷ ＝ Ｆ ｘＤ ？ ｘＷ
Ｆ ＝ Ｄ ＋Ｗ
Ｆ，ｚＦ Ｖ
Ｄ，ｘＤ Ｖ Ｌ Ｌ，ｘＤ
Ｖ＇ Ｌ＇ Ｖ＇
ＦｘＦ ＝ ＤｘＤ ＋ ＷｘＷ Ｗ Ｄ ＝ １？ Ｆ Ｆ
Ｌ＇
Ｗ，ｘＷ
图１０－１１ 全塔物料衡算
全塔物料衡算
Ｄ ｘＦ ？ ｘＷ ＝ Ｆ ｘＤ ？ ｘＷ
Ｗ Ｄ ＝ １？ Ｆ Ｆ
当进料流率 Ｆ 和组成 ｘＦ 以及釜液组成 ｘＷ 一定时，要求塔 顶馏出液中轻组分含量 ｘＤ 值越大，馏出液的流率 Ｄ 值就 越小。 塔釜产品的流率和组成之间也存在类似关系。 对进料浓度一定的精馏过程，提高产品品质是以降低产 品产率为代价的。 ５、板式塔
在圆柱形壳体内按一定间距水平设置若 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，故两 相的组成沿塔高呈阶跃式变化。
气体 溶剂
板式塔
ＤＪ 塔 盘
新型塔板、填 料
填料塔和板式塔的主要对比 填料塔和板式塔都可用于吸收或蒸馏操作。
板式塔 压降 空塔气速 塔效率 持液量 液气比 安装检修 材质 造价 较大 较大 填料塔 小尺寸填料较大；大尺寸填料及规整填 料较小 小尺寸填料较小；大尺寸填料及规整填 料较大
较 稳 定 ， 效 率 较 传统填料低；新型乱堆及规整填料高 高 较大 适应范围较大 较易 常用金属材料 大直径时较低 较小 对液量有一定要求 较难 金属及非金属材料均可 新型填料投资较大
新型填料及规整填料塔竞争力较强。
塔型选择 塔径在０．６￣０．７米以上的塔，过去一般优先选用板式塔。 随着低压降高效率轻材质填料的开发，大塔也开始采用各种 新型填料作为传质构件，显示了明显的优越性。 塔型选择主要需考虑以下几个方面的基本性能指标： （１） 生产能力 即为单位时间单位塔截面上的处理量； （２） 分离效率 对板式塔指每层塔板的分离程度；对填料塔指 单位高度填料层所达到的分离程度； （３） 操作弹性 指在负荷波动时维持操作稳定且保持较高分离 效率的能力，通常以最大气速负荷与最小气速负荷之比 表示； （４） 压强降 指气相通过每层塔板或单位高度填料的压强降； （５） 结构繁简及制造成本。
板式塔
塔板类型 塔板是板式塔的基本构件，决定塔的性能。
溢流塔板 （错流式塔板）：塔板间有 专供液体溢流的降液管 （溢流管）， 横向流过塔板的流体与由下而上穿 过塔板的气体呈错流或并流流动。 板上液体的流径与液层的高度可通 过适当安排降液管的位置及堰的高 度给予控制，从而可获得较高的板 效率，但降液管将占去塔板的传质 有效面积，影响塔的生产能力。
降液管
液 相
堰
气相
溢流式塔板应用很广，按塔板的具体结构形式可分为： 泡罩塔板、筛孔塔板、浮阀塔板、网孔塔板、舌形塔板等。
塔板类型
逆流塔板（穿流式塔板）： 塔板间没有降液管，气、液两相同时由 塔板上的孔道或缝隙逆向穿流而过，板 上液层高度靠气体速度维持。 优点：塔板结构简单，板上无液面差， 板面充分利用，生产能力较大； 缺点：板效率及操作弹性不及溢流塔板。
液相
气相
与溢流式塔板相比，逆流式塔板应用范围小得多，常见的板 型有筛孔式、栅板式、波纹板式等。
泡罩塔板
在工业上最早（１８１３年）应用的 一种塔板，其主要元件由升气管 和泡罩构成，泡罩安装在升气管 顶部，泡罩底缘开有若干齿缝浸 入在板上液层中，升气管顶部应 高于泡罩齿缝的上沿，以防止液 体从中漏下。 液体横向通过塔板经溢流堰流入降液管，气体沿升气管上升 折流经泡罩齿缝分散进入液层，形成两相混合的鼓泡区。 优点：操作稳定，升气管使泡罩塔板低气速下也不致产生严 重的漏液现象，故弹性大。 缺点：结构复杂，造价高，塔板压降大，生产强度低。
筛孔塔板 筛孔塔板即筛板出现也较早（１８３０年），是结构最简单，单 板压降较小的一种板型。但由于早期对其性能认识不足，为 易漏液、操作弹性小、难以稳定操作等问题所困，使用受到 极大限制。 １９５０ 年后开始对筛孔塔板进行较系统全面的研
究，从理论和 实践上较好地解决了有关筛板效率，流体力学性能以及塔板 漏液等问题，获得了成熟的使用经验和设计方法，使之逐渐 成为应用最广的塔板类型之一。 浮阀塔板 自１９５０ 年代问世后，很快在石油、化工行业得到推广，至今 仍为应用最广的一种塔板。 结构：以泡罩塔板和筛孔塔板为基础。有多种浮阀形式，但 基本结构特点相似，即在塔板上按一定的排列开若干孔，孔 的上方安置可以在孔轴线方向上下浮动的阀片。阀片可随上 升气量的变化而自动调节开启度。在低气量时，开度小；气 量大时，阀片自动上升，开度增大。因此，气量变化时，通 过阀片周边流道进入液体层的气速较稳定。同时，气体水平 进入液层也强化了气液接触传质。 优点：结构简单，生产能力和操作弹性大，板效率高。综合 性能较优异。
浮阀塔板
Ｆ１型浮阀结构简单，易于制造，应用最普遍，为定型产品。 阀片带有三条腿，插入阀孔后将各腿底脚外翻 ９０°，用以限 制操作时阀片在板上升起的最大高度；阀片周边有三块略向 下弯的定距片，以保证阀片的最小开启高度。 Ｆ１型浮阀分轻阀和重阀。轻阀塔板漏液稍严重，除真空操作 时选用外，一般均采用重阀。
ＪＣＶ浮阀塔板（双流喷射浮阀塔板 ） 结构：阀笼与塔板固定，阀片在阀笼内上下浮动。 将单一鼓泡传质，变为双流传质，一部分为鼓泡、另一部分 为喷射湍动传质，使塔的分离效率和生产能力都大大提高。 该塔板可作为化工过程中的气液传质、换热设备。 特点：结构简单、阀片开启灵活、高效、高通量、寿命长、 耐堵塞。 ＪＣＶ浮阀 （改进型双流喷射浮 阀）
普通型ＪＣＶ浮阀
与塔板固定方法
ＪＣＶ浮阀塔板（双流喷射浮阀塔板 ）
低负荷下阀片工作 状态 ＪＣＶ浮阀阀片 中负荷下阀片工作 状态
高负荷下阀片工作 状态
ＪＣＶ浮阀塔板效率曲线
ＪＣＶ浮阀塔板（双流喷射浮阀塔板 ）
φ１８００ ＪＣＶ浮阀塔板
φ２４００ ＪＣＶ浮阀塔板
ＪＣＰＴ塔板（并流喷射填料塔板 Ｊｅｔ Ｃｏ－ｆｌｏｗ Ｐａｃｋｉｎｇ Ｔｒａｙ） 与普通塔板在传质机理上的区别：它是填料与塔板的复合体， 靠填料实现传质，靠塔板实现多级并流。 塔板上的液体通过提液管与塔板之间的间隙被气体提升，气 液并流通过提液管，在提液管内高速湍动混合、传质，然后 气液并流进入填料中进一步强化传质，并完成气液分离。气 体靠压差继续上升，进入上一层塔板；液体基本以清液的形 式回落到塔板上，沿流道进入降液管，下降到下一层塔板。
ＪＣＰＴ塔板（并流喷射填料塔板 ）
不同结构型式的ＪＣＰＴ塔板
舌形塔板
一种斜喷射型塔板。结构 简单，在塔板上冲出若干 按一定排列的舌形孔，舌 片向上张角α 以２０°左右 为宜。
α ＝ ２０
５０
气相
优点：气流由舌片喷出并带动液体沿同方向流动。气液并流 避免了返混和液面落差，塔板上液层较低，塔板压降较小。 气流方向近于水平。相同的液气比下，舌形塔板的液沫夹带 量较小，故可达较高的生产能力。 缺点：张角固定，在气量较小时，经舌孔喷射的气速低，塔 板漏液严重，操作弹性小。 液体在同一方向上加速，有可能使液体在板上的停留时间太 短、液层太薄，板效率降低。
浮舌塔板
为使舌形塔板适应低负荷生产，提高 操作弹性，研制出了可变气道截面 （类似于浮阀塔板）的浮舌塔板。
２０
斜孔塔板
在舌形塔板上发展的斜孔塔 板，斜孔的开口方向与液流 垂直且相邻两排开孔方向相 反，既保留了气体水平喷出、 气液高度湍动的优点，又避 免了液体连续加速，可维持 板上均匀的低液面，从而既 能获得大的生产能力，又能 达到好的传质效果。 ３７ ３ １
８
受 液 区
导 向 孔
降 液 管
ａ 斜孔结构
ｂ 塔板布置
网孔塔板
挡沫板
网孔塔板由冲有倾斜开孔的薄板制 成，具有舌形塔板的特点。这种塔 板上装有倾斜的挡沫板，其作用是 避免液体被直接吹过塔板，并提供 气液分离和气液接触的表面。 网孔塔板具有生产能力大，压降低， 加工制造容易的特点。
Ａ
塔板
Ａ
受 液 盘
降 液 管
Ａ－Ａ剖视图
垂直筛板
在塔板上开按一定排列的若 干 大 孔 （ 直 径 １００￣２００ｍｍ） ， 孔上设置侧壁开有许多筛孔 的泡罩，泡罩底边留有间隙 供液体进入罩内。 气流将由泡罩底隙进入罩内的液体拉成液膜形成两相上升流 动，经泡罩侧壁筛孔喷出后两相分离，即气体上升液体落回 塔板。液体从塔板入口流至降液管将多次经历上述过程。 与普通筛板相比，垂直筛板为气液两相提供了很大的不断更 新的相际接触表面，强化了传质过程；且气液由水平方向喷 出，液滴在垂直方向的初速度为零，降低了液沫夹带量，因 此垂直筛板可获得较高的塔板效率和较大的生产能力。
谢
谢
浮阀塔板的流体力学性能
浮阀塔板上的气、 浮阀塔板上的气、液流程 浮阀塔板的板面结构： 鼓泡区（有效区、开孔区） 降液管区 受液盘区 液体安定区 边缘区 溢流堰
塔板 受液盘 塔身 溢流堰板 降液管
安定区 受液盘区 鼓 泡 区
降液管区
液体从上一塔板的降液管流入板面上的受液盘区，经进口安 定区进入鼓泡区与浮阀吹出的气体进行质、热交换后，再由 溢流堰溢出进入降液管流入下一塔板。 浮阀塔板上的气、液流程
来自下一塔板的气体经鼓泡区的阀孔分散成小股气流，并由 各阀片边缘与塔板间形成的通道以水平方向进入液层。 由于阀片具有斜边，气体沿斜边流动具有向下的惯性，因此 只有进入液层一定距离待惯性消失后气体才会折转上升。 气体在板面上与液体相互混合接触进行传热传质，而后逸出 液面上升到上一层塔板。塔板上气液主体流向为错流流动。
气体通过浮阀塔板的压降 气体进、出一块塔板（包括液 层）的压强降即为气体通过该 塔板的阻力损失（左侧压差计 所测的 ｈｆ 值）。 ｈｆ 是以液柱高度表示的塔板的 压强降或阻力损失，因此
ｐ ｐ ＝ ρ Ｌ ｇｈ ｆ
ｈｏｗ ｈｌ ＨＴ ｈｆ ｈ０
有效长度
式中，ρＬ 为塔内液体的密度，ｋｇ／ｍ３。 板压降 ｈｆ 可视为由气体通过干板的阻力损失 ｈｄ 和气体穿过板 上液层的阻力损失 ｈｌ 两部分组成，即
ｈ ｆ ＝ ｈｄ ＋ ｈｌ
干板阻力损失 ｈｄ 浮阀塔板的干板阻力损失压降随空塔气速 ｕ 的提高而增大。 区域Ⅰ：全部浮阀处于静止状 态，气体由阀片与塔板之间由 定距片隔开的缝隙通过。缝隙 处的气速与压降随气体流量的 增大而上升。
干板压降 ？ｐｄ Ｉ Ａ 气速 ｕ ｕｏｃ ＩＩ Ｂ ＩＩＩ
区域Ⅱ：气速增至Ａ点，阀片开始升起。浮阀开启的个数及 开启度随气体流量不断增加，直至所有浮阀全开 （Ｂ点），气体 通过阀孔的气速变化很小，故压降上升缓慢。 区域Ⅲ：气体通过浮阀的流通面积固定不变，阀孔气速随气 体流量增加而增加，且压降以阀孔气速的平方快速增加。 临界孔速 ｕｏｃ：所有浮阀恰好全开时 （Ｂ点） 的阀孔气速。
液层阻力 ｈｌ 气体通过液层的阻力损失 ｈｌ 由以下三个方面构成： （１） 克服板上充气液层的静压； （２） 气体在液相分散形成气液界面的能量消耗； （３） 通过液层的摩擦阻力损失。 其中（１）项远大于后两项之和。如果忽略充气液层中所含气体 造成的静压，则可由清液层高度代表 ｈｌ。可用下式计算
ｈｌ ＝ β （ｈｗ ＋ ｈｏｗ ）
式中：β —— 充气系数，反映液层充气的程度，无因次。 水 β ＝０．５；油 β ＝０．５￣０．３５；碳氢化合物 β ＝０．４￣０．５。 ｈｗ 和 ｈｏｗ —— 分别为堰高和堰上液流高度，ｍ。 ｈｆ 总是随气速的增加而增加，但不同气速下，干板阻力和液 层阻力所占的比例有所不同。气速较低时，液层阻力为主； 气速高时，干板阻力所占比例增大。 塔板上的不正常操作现象 若设计不当或操作时参数失调，轻则会引起板效率大降低， 重则会出现一些不正常现象使塔无法工作。 漏液（Ｗｅｅｐｉｎｇ） 漏液：部分液体不是横向流过塔板后经降液管流下，而是从 阀孔直接漏下。 原因：气速较小时，气体通过阀孔的速度压头小，不足以抵 消塔板上液层的重力；气体在塔板上的不均匀分布也 是造成漏液的重要原因。 后果：严重的漏液使塔板上不能形成液层，气液无法进行传 热、传质，塔板将失去其基本功能。 气体分布均匀与否，取决于板上各处阻力均等否。气体穿过 塔板的阻力由干板阻力和液层阻力两部分组成。当板上结构 均匀、各处干板阻力相等时，板上液层阻力即液层厚度的均 匀程度将直接影响气体的分布。
漏液（Ｗｅｅｐｉｎｇ） 板上液层厚度不均匀：液层波动和液面落差。 液层波动：波峰处液层厚，阀孔气量小、易漏液。由此引起 的漏液是随机的。可在设计时适当增大干板阻力。 液面落差：塔板入口侧的液层厚于塔板出口侧，使气流偏向 出口侧，入口侧的阀孔则因气量小而发生漏液。塔板上设入 口安定区可缓解此现象。 双流型、多流型或阶梯型塔板： 在塔径或液 体流量很大 时可减少液 面落差。
单流型
双流型
多流型
阶梯流型
漏液
双流型
多流型
液沫夹带和气泡夹带（Ｅｎｔｒａｉｎｍｅｎｔ） 液沫夹带：气体鼓泡通过板上液层时，将部分液体分散成液 滴，而部分液滴被上升气流带入上层塔板。由两部分组成： （１） 小液滴的沉降速度小于液层上方空间上升气流的速度，夹 带量与板间距无关； （２） 较大液滴的沉降速度虽大于气流速度，但它们在气流的冲 击或气泡破裂时获得了足够的向上初速度而被弹溅到上 层塔板。夹带量与板间距有关。 气泡夹带：液体在降液管中停留时间太短，大量气泡被液体 卷进下层塔板。 后果：液沫夹带是液体的返混，气泡夹带是气体的返混，均 对传质不利。严重时可诱发液泛，完全破坏塔的正常操
作。 液沫夹带和气泡夹带是不可避免的，但夹带量必需严格地控 制在最大允许值范围内。
液泛（Ｄｕｍｐｉｎｇ ｏｆ ｌｉｑｕｉｄ） 塔内液体不能顺畅逐板流下，持液量增多，气相空间变小， 大量液体随气体从塔顶溢出。 夹带液泛：板间距过小，操作液量过大，上升气速过高时， 过量液沫夹带量使板间充满气、液混合物而引发的液泛。 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。 为使液体能由上层塔板稳定地 流入下层塔板，降液管内必须 维持一定的液柱高度
Ｈ ｄ ？ （ｈｗ ＋ ｈｏｗ ＋ ？ ） ＝ ｈ ｆ ＋ ｈπ
Ｈｄ ｈ０
ｈｆ＋ ｈπ
ＨＴ ？ ｈｏｗ ｈｗ
式中：ｈｆ —— 板压降。 ｈπ —— 液体经过降液管的阻力损失。
液泛（Ｄｕｍｐｉｎｇ ｏｆ ｌｉｑｕｉｄ）
Ｈ ｄ ＝ ｈｗ ＋ ｈｏｗ ＋ ？ ＋ ｈ ｆ ＋ ｈπ
气速一定，液体流量↑时，？、ｈｏｗ、ｈｆ 及 ｈπ ↑，Ｈｄ ↑，即塔 板具有自动调节功能。 上层塔板溢流堰上缘为 Ｈｄ 极限。若再加大液体流量， Ｈｄ 与板上液面同时升高，降液管调节功能消失，板上累积液 量增加，最终引起溢流液泛。 若气速过高，液体中的气泡夹带加重，降液管内的泡沫层 随之增高，也易造成溢流液泛。 ｈｆ 过大必导致 Ｈｄ 大，易发生液泛。如降液管设计过小或 发生部分堵塞， ｈπ 急剧增大，也会导致溢流液泛。 夹带液泛与溢流液泛互为诱因，交互影响。过量液沫夹带 阻塞气体通道，板阻急增，降液管中泡沫层堆积，从而引 发溢流液泛。而溢流液泛发生时，塔板上鼓泡层增高，分 离空间降低，夹带液泛也将随之发生。 液泛使整个塔不能正常操作，甚至发生严重的设备事故， 要特别注意防范。
负荷性能图及操作弹性 负荷性能图 为一定任务设计的塔板，在一定气、液相负荷范围内才能 实现良好的气、液流动与接触状态，有高的板效率。 当气、液相负荷超出此范围，不仅塔板的分离效率大大降 低，甚至塔的稳定操作也将难以维持。 有必要对已设计的塔确定出其气、液相操作范围。
２ ５ Ｖｓ （ｍ３／ｈ） ３ 正常操作范围
１． 漏液线（气相负荷下限线） ２． 过量液沫夹带线（气相负荷 上限线）
４ １
３． 液相负荷下限线 ４． 液相负荷上限线 ５． 溢流液泛线
０
Ｌｓ （ｍ３／ｈ）
漏液线（气相负荷下限线） 操作时防止塔板发生严重漏液现象所允许的最小气体负荷。 塔板漏液与阀孔气速直接相关，故可用其大小作为判据。 对 Ｆ１ 型重阀取阀孔动能因 子 Ｆ０＝５ 时的气体负荷为操 作的下限值：
ｕ０ ＝ Ｆ０
ρＶ
２ ０
＝
５
ρＶ
Ｖｓ （ｍ３／ｈ）
５πｄ ０２ Ｎ Ｖｓ ＝ ｄ Ｎ ？ ｕ０ ＝ ４ ４ ρＶ
π
１ ０ Ｌｓ （ｍ３／ｈ）
式中， ｄ０、Ｎ、ρＶ 均为已知数，故由此式求出的气体负荷Ｖｓ 的下限在负荷性能图（Ｖｓ－Ｌｓ图）中为一水平线。
过量液沫夹带线（气相负荷上限线） 控制液沫夹带量 ｅｖ 不大于最大允许值的气体负荷上限。将与 ｅｖ＝０．１（ｋｇ液体／ｋｇ气体）相对应的泛点率Ｆｌ（如Ｄ＞０．８ｍ 的大 塔，取 Ｆｌ ＝ ７０％）代入下式后所得的 Ｖｓ－Ｌｓ 关系式作图而得。
Ｖｓ Ｆｌ ＝
ρ Ｌ ？ ρＶ
ρＶ
＋ １．３６ Ｌｓ Ｚ Ｌ ×１００％
Ｖｓ （ｍ３／ｈ）
２
ＫＣ Ｆ Ａｂ
此线与横轴并不完全平行， 可见发生液沫夹带现象与液 相负荷 Ｌｓ 也有一定关系，但 主要取决于气体负荷。
１ ０ Ｌｓ （ｍ３／ｈ）
液相负荷下限线 此线为保证塔板上液体流动时能均匀分布所需的最小液量。 对平顶直堰，取 ｈｏｗ ＝ ６ ｍｍ 作 为液相负荷下限的标准。
２．８４ ？ Ｌｓ ？ ｈｏｗ ＝ ０．００６ ＝ Ｅ？ ？ １０００ ？ ｌｗ ？ ？ ？
２ ３
Ｖｓ （ｍ３／ｈ）
３ ４
０
Ｅ， ｌｗ 已知，为一垂直线。 液相负荷上限线 也称气泡夹带线，由液体在降液 管中所需的最小停留时间决定
Ｌｓ ＝
Ｌｓ （ｍ３／ｈ）
ＨＴ Ａｆ
τ
不易起泡的物系：３ｓ，易起泡物系：５ｓ。为一垂直线。
溢流液泛线 降液管中泡沫层高度达最大允许值时的气量与液量的关系 ′ Ｈｄ ＝ Ｈｄ
φ
＜ Ｈ Ｔ ＋ ｈｗ
Ｖｓ （ｍ３／ｈ） ３
２ ５
Ｈ ｄ ＝ ｈｗ ＋ ｈｏｗ ＋ ？ ＋ ｈ ｆ ＋ ｈπ
由上述 ５ 条线所包围的区域即 一定物系在一定的结构尺寸的 塔板上的正常操作区。在此区 域内，气、液两相流率的变化 对塔板效率的影响不大。
４ １
０
Ｌｓ （ｍ３／ｈ）
塔板的设计点及操作点都必须在正常操作区内，才能获得较 高的塔板效率。 对于一定气液比的操作过程，Ｖｓ／Ｌｓ 为一定值，故塔板的操作 线在图上为以 Ｖｓ／Ｌｓ 为斜率过原点 ｏ 的直线。
操作弹性 塔板的操作弹性：上、下操作极限点的气体流量之比。 对一定结构尺寸的塔板，采用不同气液比时控制塔的操作弹 性与生产能力的因素均可能不同。 ２ Ｖｓ （ｍ３／ｈ） ａ ５ ｂ ３ ａ’ ｂ’ ０ ｃ’ Ｌｓ （ｍ３／ｈ） １ ４ ｃ
ＯＰ 线（高气液比）： 上限 ａ（过量液沫夹带） 下限 ａ’（低液层） ＯＰ’ 线（较高气液比）： 上限 ｂ（溢流液泛） 下限 ｂ’（漏液） ＯＰ’’ 线（低气液比）： 上限 ｃ（气泡夹带） 下限 ｃ’（漏液）
塔板的设计点应落在负荷性能图的适中位置，使塔具有相当 的抗负荷波动的能力，保证塔的良好稳定操作。
操作弹性 物系一定，负荷性能图取决于塔板的结构尺寸。而负荷性能 图的形状在一定程度上也反映了塔板结构尺寸的相对情况。 减小降液管面积，液相上限流 量 Ｌｓ 下降（线 ４ 将左移）； 液沫夹带线 ２ 和溢流液泛线 ５ 将上移，甚至使线 ５ 落到正常 操作范围之外。 右图表明，因降液管流通面积 偏小，使液体负荷成为塔板操 作的主要控制因素。
Ｖｓ （ｍ３／ｈ） ３ ａ’ ４’ ４ ２ ａ ２’ ５’ ５
１ ０ Ｌｓ （ｍ３／ｈ）
塔板的负荷性能图可清楚地表示塔板的允许的气、液相负荷 范围及塔板操作弹性的大小，对塔板的改造和设计以及塔的 操作均有一定的指导意义。
１
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一、蒸馏基本原理
１、蒸馏概述 ２、拉乌尔定律
二、精馏
１、精馏概述 ２、精馏原理 ３、精馏过程 ４、物料衡算 ５、板式塔
１、蒸馏概述 、
（１） 蒸馏的原理 利用混合物在一定压力下各组分相对挥发度 （沸点 沸点）的不同进行分离的一种单元操作。 沸点
易挥发组分——低沸点组分
难挥发组分——高沸点组分
（２）蒸馏及精馏的分离依据 ）
液体均具有挥发成蒸汽的能力，但各种液体的挥发性各不相同。习 惯上，将液体混合物中的易挥发组分Ａ称为轻组分，难挥发组分Ｂ则称为 重组分。将液体混合物加热至泡点以上沸腾使之部分汽化必有ｙＡ＞ｘＡ； 反之将混合蒸汽冷却到露点以下使之部分冷凝必有ｘＢ＞ｙＢ。上述两种情 况所得到的气液组成均满足：
ｙＡ ｘＡ ＞ ｙ Ｂ ｘＢ
部分汽化及部分冷凝均可使混合物得到一定程度的分离，它们均是 籍混合物中各组分挥发性的差异而达到分离的目的，这就是蒸馏及精馏 分离的依据。 蒸馏及精馏的分离依据
原料液
加 热 器
减 压 阀
塔顶产品
ｙＡ
Ｑ
ｘＡ
闪 蒸 罐
ｙ Ａ ＞ ｘＡ
或
ｙＡ ｘＡ ＞ ｙ Ｂ ｘＢ
塔底产品
（３）蒸馏的分类 ）
简单蒸馏 平衡蒸馏 （闪蒸） 按蒸馏方式 较易分离的物系或对 分离要求不高的物系 难分离的物系 恒沸蒸馏 特殊精馏 萃取蒸馏 水蒸汽蒸馏 很 难 分离 的 物系 或 用 普 通方 法 难以 分 离的物系
精馏
常压 按操作压强 加压
一般情况下多用常压 常压下不能分离或达不到分离要求
减压 双组分 混合物中组分 多组分 间歇 按操作方式 连续
２、两组分理想物系的汽液平衡－拉乌尔定 、两组分理想物系的汽液平衡 拉乌尔定 律
１、汽液相平衡关系式拉乌尔定律 、汽液相平衡关系式 拉乌尔定律
ｐＡ ＝
ｏ ｐＡｘＡ
＝
０ ｐＡｘ
ｏ ０ ｐＢ ＝ ｐＢ ｘＢ ＝ ｐＢ （１？ ｘ）
ｏ ｏ ｐＡ ， ｐＢ 手册中查
平衡温度下纯组分的饱和蒸汽压力
Ｘ溶液中组分的摩尔分数
当溶液沸腾时，溶液上方的总压等于各组分的蒸气压之和
ｏ Ｐ ＝ ｐＡ ＋ ｐＢ ＝ ｐｏ ｘ ＋ ｐＢ （１？ ｘ） Ａ
ｏ Ｐ？ Ｐ Ｂ Ｐｏ ？ Ｐｏ Ａ Ｂ
∴ｘ ＝
ｐＡ ｐｏ ——由拉乌尔定律表示的气液平衡关系 Ａ 由拉乌尔定律表示的气液平衡关系 ｙ＝ ＝ ｘ Ｐ Ｐ
二、精馏
１、精馏概述 、
平衡蒸馏以及简单蒸馏只能使混合液得到部分分离。 简单蒸馏操作是对液体的连续部分汽化，釜液组成沿 ｔ－ｘ（ｙ） 相图的泡点线变化，其结果可得难挥发组分（重组分）含量 很高而易挥发组分（轻组分）摩尔分数 ｘ 很低的釜液。 在一定压力下，将混合蒸汽进行连续部分冷凝，蒸汽相的组 成沿 ｔ－ｘ（ｙ） 相图的露点线变化，结果可得到难挥发组分（重 组分）含量很低而易挥发组分（轻组分）摩尔分数 ｙ 很高的 蒸汽。 精馏过程正是这二者的有机结合。
冷凝器ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ
２、精馏原理
精馏段：汽相中的重组分向 液相（回流液）传递，而液 相中的轻组分向汽相传递， 从而完成上升蒸气的精制。 提馏段：下降液体（包括回 流液和料液中的液体部分） 中的轻组分向汽相（回流） 传递，而汽相中的重组分向 液相传递，从而完成下降液 体重组分的提浓。 精馏与简单蒸馏的区别：汽 相和液相的部分回流。也是 精馏操作的基本条件。
塔顶产品， ｘＤ Ｏｖｅｒｈｅａｄ ｐｒｏｄｕｃｔ 液相回流 Ｌｉｑｕｉｄ ｒｅｆｌｕｘ 精馏段 Ｒｅｃｔｉｆｙｉｎｇ ｓｅｃｔｉｏｎ
料液， ｘＦ Ｆｅｅｄ
提馏段 Ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ ｓｅｃｔｉｏｎ 汽相回流 Ｖａｐｏｒ ｒｅｆｌｕｘ 再沸器 Ｒｅｂｏｉｌｅｒ 塔底产品， ｘＷ Ｂｏｔｔｏｍｓ ｐｒｏｄｕｃｔ
３、精馏过程
板式塔中的精馏过程可以详见下图。
精馏过程
现取第ｎ板（如上图）为例来分析精馏过程和原理。 塔板的形式有多种，最简单的一种是板上有许多小孔（称筛板 塔），每层板上都装有溢流管，由下一层（ｎ＋１层）的蒸汽通过板 上的小孔上升，而上一层（ｎ－１层）来的液体通过溢流管流到第ｎ板 上，在第ｎ板上汽液两相密切接触，进行热和质的交换。进、出第ｎ 板的物流有四种： １．由第ｎ－１板溢流下来的液体量为 Ｌｎ？１，其组成为ｘ ｎ？１ 温度为 ； ｔ２．由第ｎ板上升的蒸汽量为 ，组成为 ，温度为 ； ｎ？１ ｙｎ ｔｎ Ｖｎ ３．从第ｎ板溢流下去的液体量为 ，组成为 ，温度为 ； ｎ ４．由第ｎ＋１板上升的蒸汽量为 Ｌ ｎ ，组成为 ｘ ｎ ，温度为 ｔ。 ｙ ｎ＋１ Ｖｎ＋１ ｔ ｎ＋１
精馏过程
因此，当组成为 ｘ ｎ？１ 的液体及组成为 ｙ ｎ＋１ 的蒸汽同时进入第ｎ板，由于 存在温度差和浓度差，汽液两相在第ｎ板上密切接触进行传质和传热的结果 会使离开第ｎ 板的汽液两相平衡（如果为理论板，则离开第ｎ板的汽液两相 成平衡），若汽液两相在板上的接触时间长，接触比较充分，那么离开该 ｘ 板的汽液两相相互平衡，通常称这种板为理论板（ ｙ ｎ ， ｎ 成平衡）。精馏 塔中每层板上都进行着与上述相似的过程，其结果是上升蒸汽中易挥发组 分浓度逐渐增高，而下降的液体中难挥发组分越来越浓，只要塔内有足够 多的塔板数，就可使混合物达到所要求的分离纯度。 加料板把精馏塔分为二段，加料板以上的塔，即塔上半部完成了上升 蒸汽的精制，即除去其中的难挥发组分，因而称为精馏段。加料板以下 （包括加料板）的塔的下半部完成了下降液体中难挥发组分的提浓，即除 去了易挥发组分，因而称为提馏段。一个完整的精馏塔应包括精馏段和提 馏段。
精馏过程
回流的作用
从上面所讨论的精馏操作不难看出，精馏之所以区别于蒸馏就 在于精馏有“回
流”，而蒸馏没有“回流”。回流包括塔顶的液相 回流与塔釜部分汽化造成的气相回流。回流是构成汽、液两相接触 传质使精馏过程得以连续进行的必要条件。若塔顶没有液相回流， 或是塔底没有再沸器产生蒸汽回流，则塔板上的气液传质就缺少了 相互作用的一方，也就失去了塔板的分离作用。因此，回流液的逐 板下降和蒸汽的逐板上升是实现精馏的必要条件。
精馏过程总结
由塔釜上升的蒸汽与塔顶下流的回流液（包括塔中部的 进料）构成了沿塔高逆流接触的汽、液两相。 只要相互接触的汽、液两相未达平衡，传质必然发生。 在一定压力下操作的精馏塔，若入塔回流液中轻组分含 量为塔内液相的最高值，而由塔釜上升蒸汽中轻组分含 量为塔内蒸汽相的最低值，与之对应，塔顶温度最低， 塔底则最高，即汽、液两相温度由塔顶至塔底递增。 在微分接触式的塔（如填料塔和降膜塔）的任一截面上 或分级接触式（如板式塔）的任一塔板上的汽、液两相 不呈平衡，从而发生传热传质。
精馏过程
例：多级逆流接触板式塔 板式塔内相邻几块板的温度、组成的关系为 ｙｎ－１ ｘｎ－２
ｔ ｎ ？１ ＜ ｔ ｎ ＜ ｔ ｎ ＋１ ｘｎ ？１ ＞ ｘｎ ＞ ｘｎ ＋１ ｙｎ ？１ ＞ ｙｎ ＞ ｙｎ ＋１
ｎ－１ ｙｎ ｎ ｙｎ＋１ ｘｎ ｎ＋１ ｙｎ＋２ ｘｎ＋１ ｘｎ－１
ｔｎ－１
ｔｎ ｔｎ＋１
离开各板的汽、液两相的浓度取 决于板上汽、液两相接触传质速 率。由于板上的鼓泡传质过程非 常复杂，故难以用数学模型进行 描述。
精馏过程总结
如在塔顶进料则只有塔底的重组分产品可达高纯度，塔顶引 出的蒸汽因没有经过精馏段的精制，纯度一般不会高。 如在塔底进料则只有塔顶的轻组分产品可达高纯度，塔底的 液体因未经提馏段提浓，纯度一般也不会高。 只有包括了精馏段和提馏段的精馏塔才可能由塔顶和塔底连 续地分别得到高纯度的轻、重组分产品。 气、液传质设备对吸收和蒸馏过程是通用的。
４、物料衡算与操作线方程
全塔物料衡算 对稳定操作连续精馏塔，无论塔顶的 回流液量与塔釜的再沸蒸汽量多大， 料液加入量必等于塔顶和塔釜所得产 品量之和。 产品流量、组成和进料流量、组成之 间的关系可通过全塔物料衡算求得。 总物料衡算 易挥发组分物料衡算 Ｄ ｘＦ ？ ｘＷ ＝ Ｆ ｘＤ ？ ｘＷ
Ｆ ＝ Ｄ ＋Ｗ
Ｆ，ｚＦ Ｖ
Ｄ，ｘＤ Ｖ Ｌ Ｌ，ｘＤ
Ｖ＇ Ｌ＇ Ｖ＇
ＦｘＦ ＝ ＤｘＤ ＋ ＷｘＷ Ｗ Ｄ ＝ １？ Ｆ Ｆ
Ｌ＇
Ｗ，ｘＷ
图１０－１１ 全塔物料衡算
全塔物料衡算
Ｄ ｘＦ ？ ｘＷ ＝ Ｆ ｘＤ ？ ｘＷ
Ｗ Ｄ ＝ １？ Ｆ Ｆ
当进料流率 Ｆ 和组成 ｘＦ 以及釜液组成 ｘＷ 一定时，要求塔 顶馏出液中轻组分含量 ｘＤ 值越大，馏出液的流率 Ｄ 值就 越小。 塔釜产品的流率和组成之间也存在类似关系。 对进料浓度一定的精馏过程，提高产品品质是以降低产 品产率为代价的。 ５、板式塔
在圆柱形壳体内按一定间距水平设置若 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，故两 相的组成沿塔高呈阶跃式变化。
气体 溶剂
板式塔
ＤＪ 塔 盘
新型塔板、填 料
填料塔和板式塔的主要对比 填料塔和板式塔都可用于吸收或蒸馏操作。
板式塔 压降 空塔气速 塔效率 持液量 液气比 安装检修 材质 造价 较大 较大 填料塔 小尺寸填料较大；大尺寸填料及规整填 料较小 小尺寸填料较小；大尺寸填料及规整填 料较大
较 稳 定 ， 效 率 较 传统填料低；新型乱堆及规整填料高 高 较大 适应范围较大 较易 常用金属材料 大直径时较低 较小 对液量有一定要求 较难 金属及非金属材料均可 新型填料投资较大
新型填料及规整填料塔竞争力较强。
塔型选择 塔径在０．６￣０．７米以上的塔，过去一般优先选用板式塔。 随着低压降高效率轻材质填料的开发，大塔也开始采用各种 新型填料作为传质构件，显示了明显的优越性。 塔型选择主要需考虑以下几个方面的基本性能指标： （１） 生产能力 即为单位时间单位塔截面上的处理量； （２） 分离效率 对板式塔指每层塔板的分离程度；对填料塔指 单位高度填料层所达到的分离程度； （３） 操作弹性 指在负荷波动时维持操作稳定且保持较高分离 效率的能力，通常以最大气速负荷与最小气速负荷之比 表示； （４） 压强降 指气相通过每层塔板或单位高度填料的压强降； （５） 结构繁简及制造成本。
板式塔
塔板类型 塔板是板式塔的基本构件，决定塔的性能。
溢流塔板 （错流式塔板）：塔板间有 专供液体溢流的降液管 （溢流管）， 横向流过塔板的流体与由下而上穿 过塔板的气体呈错流或并流流动。 板上液体的流径与液层的高度可通 过适当安排降液管的位置及堰的高 度给予控制，从而可获得较高的板 效率，但降液管将占去塔板的传质 有效面积，影响塔的生产能力。
降液管
液 相
堰
气相
溢流式塔板应用很广，按塔板的具体结构形式可分为： 泡罩塔板、筛孔塔板、浮阀塔板、网孔塔板、舌形塔板等。
塔板类型
逆流塔板（穿流式塔板）： 塔板间没有降液管，气、液两相同时由 塔板上的孔道或缝隙逆向穿流而过，板 上液层高度靠气体速度维持。 优点：塔板结构简单，板上无液面差， 板面充分利用，生产能力较大； 缺点：板效率及操作弹性不及溢流塔板。
液相
气相
与溢流式塔板相比，逆流式塔板应用范围小得多，常见的板 型有筛孔式、栅板式、波纹板式等。
泡罩塔板
在工业上最早（１８１３年）应用的 一种塔板，其主要元件由升气管 和泡罩构成，泡罩安装在升气管 顶部，泡罩底缘开有若干齿缝浸 入在板上液层中，升气管顶部应 高于泡罩齿缝的上沿，以防止液 体从中漏下。 液体横向通过塔板经溢流堰流入降液管，气体沿升气管上升 折流经泡罩齿缝分散进入液层，形成两相混合的鼓泡区。 优点：操作稳定，升气管使泡罩塔板低气速下也不致产生严 重的漏液现象，故弹性大。 缺点：结构复杂，造价高，塔板压降大，生产强度低。
筛孔塔板 筛孔塔板即筛板出现也较早（１８３０年），是结构最简单，单 板压降较小的一种板型。但由于早期对其性能认识不足，为 易漏液、操作弹性小、难以稳定操作等问题所困，使用受到 极大限制。 １９５０ 年后开始对筛孔塔板进行较系统全面的研
究，从理论和 实践上较好地解决了有关筛板效率，流体力学性能以及塔板 漏液等问题，获得了成熟的使用经验和设计方法，使之逐渐 成为应用最广的塔板类型之一。 浮阀塔板 自１９５０ 年代问世后，很快在石油、化工行业得到推广，至今 仍为应用最广的一种塔板。 结构：以泡罩塔板和筛孔塔板为基础。有多种浮阀形式，但 基本结构特点相似，即在塔板上按一定的排列开若干孔，孔 的上方安置可以在孔轴线方向上下浮动的阀片。阀片可随上 升气量的变化而自动调节开启度。在低气量时，开度小；气 量大时，阀片自动上升，开度增大。因此，气量变化时，通 过阀片周边流道进入液体层的气速较稳定。同时，气体水平 进入液层也强化了气液接触传质。 优点：结构简单，生产能力和操作弹性大，板效率高。综合 性能较优异。
浮阀塔板
Ｆ１型浮阀结构简单，易于制造，应用最普遍，为定型产品。 阀片带有三条腿，插入阀孔后将各腿底脚外翻 ９０°，用以限 制操作时阀片在板上升起的最大高度；阀片周边有三块略向 下弯的定距片，以保证阀片的最小开启高度。 Ｆ１型浮阀分轻阀和重阀。轻阀塔板漏液稍严重，除真空操作 时选用外，一般均采用重阀。
ＪＣＶ浮阀塔板（双流喷射浮阀塔板 ） 结构：阀笼与塔板固定，阀片在阀笼内上下浮动。 将单一鼓泡传质，变为双流传质，一部分为鼓泡、另一部分 为喷射湍动传质，使塔的分离效率和生产能力都大大提高。 该塔板可作为化工过程中的气液传质、换热设备。 特点：结构简单、阀片开启灵活、高效、高通量、寿命长、 耐堵塞。 ＪＣＶ浮阀 （改进型双流喷射浮 阀）
普通型ＪＣＶ浮阀
与塔板固定方法
ＪＣＶ浮阀塔板（双流喷射浮阀塔板 ）
低负荷下阀片工作 状态 ＪＣＶ浮阀阀片 中负荷下阀片工作 状态
高负荷下阀片工作 状态
ＪＣＶ浮阀塔板效率曲线
ＪＣＶ浮阀塔板（双流喷射浮阀塔板 ）
φ１８００ ＪＣＶ浮阀塔板
φ２４００ ＪＣＶ浮阀塔板
ＪＣＰＴ塔板（并流喷射填料塔板 Ｊｅｔ Ｃｏ－ｆｌｏｗ Ｐａｃｋｉｎｇ Ｔｒａｙ） 与普通塔板在传质机理上的区别：它是填料与塔板的复合体， 靠填料实现传质，靠塔板实现多级并流。 塔板上的液体通过提液管与塔板之间的间隙被气体提升，气 液并流通过提液管，在提液管内高速湍动混合、传质，然后 气液并流进入填料中进一步强化传质，并完成气液分离。气 体靠压差继续上升，进入上一层塔板；液体基本以清液的形 式回落到塔板上，沿流道进入降液管，下降到下一层塔板。
ＪＣＰＴ塔板（并流喷射填料塔板 ）
不同结构型式的ＪＣＰＴ塔板
舌形塔板
一种斜喷射型塔板。结构 简单，在塔板上冲出若干 按一定排列的舌形孔，舌 片向上张角α 以２０°左右 为宜。
α ＝ ２０
５０
气相
优点：气流由舌片喷出并带动液体沿同方向流动。气液并流 避免了返混和液面落差，塔板上液层较低，塔板压降较小。 气流方向近于水平。相同的液气比下，舌形塔板的液沫夹带 量较小，故可达较高的生产能力。 缺点：张角固定，在气量较小时，经舌孔喷射的气速低，塔 板漏液严重，操作弹性小。 液体在同一方向上加速，有可能使液体在板上的停留时间太 短、液层太薄，板效率降低。
浮舌塔板
为使舌形塔板适应低负荷生产，提高 操作弹性，研制出了可变气道截面 （类似于浮阀塔板）的浮舌塔板。
２０
斜孔塔板
在舌形塔板上发展的斜孔塔 板，斜孔的开口方向与液流 垂直且相邻两排开孔方向相 反，既保留了气体水平喷出、 气液高度湍动的优点，又避 免了液体连续加速，可维持 板上均匀的低液面，从而既 能获得大的生产能力，又能 达到好的传质效果。 ３７ ３ １
８
受 液 区
导 向 孔
降 液 管
ａ 斜孔结构
ｂ 塔板布置
网孔塔板
挡沫板
网孔塔板由冲有倾斜开孔的薄板制 成，具有舌形塔板的特点。这种塔 板上装有倾斜的挡沫板，其作用是 避免液体被直接吹过塔板，并提供 气液分离和气液接触的表面。 网孔塔板具有生产能力大，压降低， 加工制造容易的特点。
Ａ
塔板
Ａ
受 液 盘
降 液 管
Ａ－Ａ剖视图
垂直筛板
在塔板上开按一定排列的若 干 大 孔 （ 直 径 １００￣２００ｍｍ） ， 孔上设置侧壁开有许多筛孔 的泡罩，泡罩底边留有间隙 供液体进入罩内。 气流将由泡罩底隙进入罩内的液体拉成液膜形成两相上升流 动，经泡罩侧壁筛孔喷出后两相分离，即气体上升液体落回 塔板。液体从塔板入口流至降液管将多次经历上述过程。 与普通筛板相比，垂直筛板为气液两相提供了很大的不断更 新的相际接触表面，强化了传质过程；且气液由水平方向喷 出，液滴在垂直方向的初速度为零，降低了液沫夹带量，因 此垂直筛板可获得较高的塔板效率和较大的生产能力。
谢
谢
浮阀塔板的流体力学性能
浮阀塔板上的气、 浮阀塔板上的气、液流程 浮阀塔板的板面结构： 鼓泡区（有效区、开孔区） 降液管区 受液盘区 液体安定区 边缘区 溢流堰
塔板 受液盘 塔身 溢流堰板 降液管
安定区 受液盘区 鼓 泡 区
降液管区
液体从上一塔板的降液管流入板面上的受液盘区，经进口安 定区进入鼓泡区与浮阀吹出的气体进行质、热交换后，再由 溢流堰溢出进入降液管流入下一塔板。 浮阀塔板上的气、液流程
来自下一塔板的气体经鼓泡区的阀孔分散成小股气流，并由 各阀片边缘与塔板间形成的通道以水平方向进入液层。 由于阀片具有斜边，气体沿斜边流动具有向下的惯性，因此 只有进入液层一定距离待惯性消失后气体才会折转上升。 气体在板面上与液体相互混合接触进行传热传质，而后逸出 液面上升到上一层塔板。塔板上气液主体流向为错流流动。
气体通过浮阀塔板的压降 气体进、出一块塔板（包括液 层）的压强降即为气体通过该 塔板的阻力损失（左侧压差计 所测的 ｈｆ 值）。 ｈｆ 是以液柱高度表示的塔板的 压强降或阻力损失，因此
ｐ ｐ ＝ ρ Ｌ ｇｈ ｆ
ｈｏｗ ｈｌ ＨＴ ｈｆ ｈ０
有效长度
式中，ρＬ 为塔内液体的密度，ｋｇ／ｍ３。 板压降 ｈｆ 可视为由气体通过干板的阻力损失 ｈｄ 和气体穿过板 上液层的阻力损失 ｈｌ 两部分组成，即
ｈ ｆ ＝ ｈｄ ＋ ｈｌ
干板阻力损失 ｈｄ 浮阀塔板的干板阻力损失压降随空塔气速 ｕ 的提高而增大。 区域Ⅰ：全部浮阀处于静止状 态，气体由阀片与塔板之间由 定距片隔开的缝隙通过。缝隙 处的气速与压降随气体流量的 增大而上升。
干板压降 ？ｐｄ Ｉ Ａ 气速 ｕ ｕｏｃ ＩＩ Ｂ ＩＩＩ
区域Ⅱ：气速增至Ａ点，阀片开始升起。浮阀开启的个数及 开启度随气体流量不断增加，直至所有浮阀全开 （Ｂ点），气体 通过阀孔的气速变化很小，故压降上升缓慢。 区域Ⅲ：气体通过浮阀的流通面积固定不变，阀孔气速随气 体流量增加而增加，且压降以阀孔气速的平方快速增加。 临界孔速 ｕｏｃ：所有浮阀恰好全开时 （Ｂ点） 的阀孔气速。
液层阻力 ｈｌ 气体通过液层的阻力损失 ｈｌ 由以下三个方面构成： （１） 克服板上充气液层的静压； （２） 气体在液相分散形成气液界面的能量消耗； （３） 通过液层的摩擦阻力损失。 其中（１）项远大于后两项之和。如果忽略充气液层中所含气体 造成的静压，则可由清液层高度代表 ｈｌ。可用下式计算
ｈｌ ＝ β （ｈｗ ＋ ｈｏｗ ）
式中：β —— 充气系数，反映液层充气的程度，无因次。 水 β ＝０．５；油 β ＝０．５￣０．３５；碳氢化合物 β ＝０．４￣０．５。 ｈｗ 和 ｈｏｗ —— 分别为堰高和堰上液流高度，ｍ。 ｈｆ 总是随气速的增加而增加，但不同气速下，干板阻力和液 层阻力所占的比例有所不同。气速较低时，液层阻力为主； 气速高时，干板阻力所占比例增大。 塔板上的不正常操作现象 若设计不当或操作时参数失调，轻则会引起板效率大降低， 重则会出现一些不正常现象使塔无法工作。 漏液（Ｗｅｅｐｉｎｇ） 漏液：部分液体不是横向流过塔板后经降液管流下，而是从 阀孔直接漏下。 原因：气速较小时，气体通过阀孔的速度压头小，不足以抵 消塔板上液层的重力；气体在塔板上的不均匀分布也 是造成漏液的重要原因。 后果：严重的漏液使塔板上不能形成液层，气液无法进行传 热、传质，塔板将失去其基本功能。 气体分布均匀与否，取决于板上各处阻力均等否。气体穿过 塔板的阻力由干板阻力和液层阻力两部分组成。当板上结构 均匀、各处干板阻力相等时，板上液层阻力即液层厚度的均 匀程度将直接影响气体的分布。
漏液（Ｗｅｅｐｉｎｇ） 板上液层厚度不均匀：液层波动和液面落差。 液层波动：波峰处液层厚，阀孔气量小、易漏液。由此引起 的漏液是随机的。可在设计时适当增大干板阻力。 液面落差：塔板入口侧的液层厚于塔板出口侧，使气流偏向 出口侧，入口侧的阀孔则因气量小而发生漏液。塔板上设入 口安定区可缓解此现象。 双流型、多流型或阶梯型塔板： 在塔径或液 体流量很大 时可减少液 面落差。
单流型
双流型
多流型
阶梯流型
漏液
双流型
多流型
液沫夹带和气泡夹带（Ｅｎｔｒａｉｎｍｅｎｔ） 液沫夹带：气体鼓泡通过板上液层时，将部分液体分散成液 滴，而部分液滴被上升气流带入上层塔板。由两部分组成： （１） 小液滴的沉降速度小于液层上方空间上升气流的速度，夹 带量与板间距无关； （２） 较大液滴的沉降速度虽大于气流速度，但它们在气流的冲 击或气泡破裂时获得了足够的向上初速度而被弹溅到上 层塔板。夹带量与板间距有关。 气泡夹带：液体在降液管中停留时间太短，大量气泡被液体 卷进下层塔板。 后果：液沫夹带是液体的返混，气泡夹带是气体的返混，均 对传质不利。严重时可诱发液泛，完全破坏塔的正常操
作。 液沫夹带和气泡夹带是不可避免的，但夹带量必需严格地控 制在最大允许值范围内。
液泛（Ｄｕｍｐｉｎｇ ｏｆ ｌｉｑｕｉｄ） 塔内液体不能顺畅逐板流下，持液量增多，气相空间变小， 大量液体随气体从塔顶溢出。 夹带液泛：板间距过小，操作液量过大，上升气速过高时， 过量液沫夹带量使板间充满气、液混合物而引发的液泛。 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。 为使液体能由上层塔板稳定地 流入下层塔板，降液管内必须 维持一定的液柱高度
Ｈ ｄ ？ （ｈｗ ＋ ｈｏｗ ＋ ？ ） ＝ ｈ ｆ ＋ ｈπ
Ｈｄ ｈ０
ｈｆ＋ ｈπ
ＨＴ ？ ｈｏｗ ｈｗ
式中：ｈｆ —— 板压降。 ｈπ —— 液体经过降液管的阻力损失。
液泛（Ｄｕｍｐｉｎｇ ｏｆ ｌｉｑｕｉｄ）
Ｈ ｄ ＝ ｈｗ ＋ ｈｏｗ ＋ ？ ＋ ｈ ｆ ＋ ｈπ
气速一定，液体流量↑时，？、ｈｏｗ、ｈｆ 及 ｈπ ↑，Ｈｄ ↑，即塔 板具有自动调节功能。 上层塔板溢流堰上缘为 Ｈｄ 极限。若再加大液体流量， Ｈｄ 与板上液面同时升高，降液管调节功能消失，板上累积液 量增加，最终引起溢流液泛。 若气速过高，液体中的气泡夹带加重，降液管内的泡沫层 随之增高，也易造成溢流液泛。 ｈｆ 过大必导致 Ｈｄ 大，易发生液泛。如降液管设计过小或 发生部分堵塞， ｈπ 急剧增大，也会导致溢流液泛。 夹带液泛与溢流液泛互为诱因，交互影响。过量液沫夹带 阻塞气体通道，板阻急增，降液管中泡沫层堆积，从而引 发溢流液泛。而溢流液泛发生时，塔板上鼓泡层增高，分 离空间降低，夹带液泛也将随之发生。 液泛使整个塔不能正常操作，甚至发生严重的设备事故， 要特别注意防范。
负荷性能图及操作弹性 负荷性能图 为一定任务设计的塔板，在一定气、液相负荷范围内才能 实现良好的气、液流动与接触状态，有高的板效率。 当气、液相负荷超出此范围，不仅塔板的分离效率大大降 低，甚至塔的稳定操作也将难以维持。 有必要对已设计的塔确定出其气、液相操作范围。
２ ５ Ｖｓ （ｍ３／ｈ） ３ 正常操作范围
１． 漏液线（气相负荷下限线） ２． 过量液沫夹带线（气相负荷 上限线）
４ １
３． 液相负荷下限线 ４． 液相负荷上限线 ５． 溢流液泛线
０
Ｌｓ （ｍ３／ｈ）
漏液线（气相负荷下限线） 操作时防止塔板发生严重漏液现象所允许的最小气体负荷。 塔板漏液与阀孔气速直接相关，故可用其大小作为判据。 对 Ｆ１ 型重阀取阀孔动能因 子 Ｆ０＝５ 时的气体负荷为操 作的下限值：
ｕ０ ＝ Ｆ０
ρＶ
２ ０
＝
５
ρＶ
Ｖｓ （ｍ３／ｈ）
５πｄ ０２ Ｎ Ｖｓ ＝ ｄ Ｎ ？ ｕ０ ＝ ４ ４ ρＶ
π
１ ０ Ｌｓ （ｍ３／ｈ）
式中， ｄ０、Ｎ、ρＶ 均为已知数，故由此式求出的气体负荷Ｖｓ 的下限在负荷性能图（Ｖｓ－Ｌｓ图）中为一水平线。
过量液沫夹带线（气相负荷上限线） 控制液沫夹带量 ｅｖ 不大于最大允许值的气体负荷上限。将与 ｅｖ＝０．１（ｋｇ液体／ｋｇ气体）相对应的泛点率Ｆｌ（如Ｄ＞０．８ｍ 的大 塔，取 Ｆｌ ＝ ７０％）代入下式后所得的 Ｖｓ－Ｌｓ 关系式作图而得。
Ｖｓ Ｆｌ ＝
ρ Ｌ ？ ρＶ
ρＶ
＋ １．３６ Ｌｓ Ｚ Ｌ ×１００％
Ｖｓ （ｍ３／ｈ）
２
ＫＣ Ｆ Ａｂ
此线与横轴并不完全平行， 可见发生液沫夹带现象与液 相负荷 Ｌｓ 也有一定关系，但 主要取决于气体负荷。
１ ０ Ｌｓ （ｍ３／ｈ）
液相负荷下限线 此线为保证塔板上液体流动时能均匀分布所需的最小液量。 对平顶直堰，取 ｈｏｗ ＝ ６ ｍｍ 作 为液相负荷下限的标准。
２．８４ ？ Ｌｓ ？ ｈｏｗ ＝ ０．００６ ＝ Ｅ？ ？ １０００ ？ ｌｗ ？ ？ ？
２ ３
Ｖｓ （ｍ３／ｈ）
３ ４
０
Ｅ， ｌｗ 已知，为一垂直线。 液相负荷上限线 也称气泡夹带线，由液体在降液 管中所需的最小停留时间决定
Ｌｓ ＝
Ｌｓ （ｍ３／ｈ）
ＨＴ Ａｆ
τ
不易起泡的物系：３ｓ，易起泡物系：５ｓ。为一垂直线。
溢流液泛线 降液管中泡沫层高度达最大允许值时的气量与液量的关系 ′ Ｈｄ ＝ Ｈｄ
φ
＜ Ｈ Ｔ ＋ ｈｗ
Ｖｓ （ｍ３／ｈ） ３
２ ５
Ｈ ｄ ＝ ｈｗ ＋ ｈｏｗ ＋ ？ ＋ ｈ ｆ ＋ ｈπ
由上述 ５ 条线所包围的区域即 一定物系在一定的结构尺寸的 塔板上的正常操作区。在此区 域内，气、液两相流率的变化 对塔板效率的影响不大。
４ １
０
Ｌｓ （ｍ３／ｈ）
塔板的设计点及操作点都必须在正常操作区内，才能获得较 高的塔板效率。 对于一定气液比的操作过程，Ｖｓ／Ｌｓ 为一定值，故塔板的操作 线在图上为以 Ｖｓ／Ｌｓ 为斜率过原点 ｏ 的直线。
操作弹性 塔板的操作弹性：上、下操作极限点的气体流量之比。 对一定结构尺寸的塔板，采用不同气液比时控制塔的操作弹 性与生产能力的因素均可能不同。 ２ Ｖｓ （ｍ３／ｈ） ａ ５ ｂ ３ ａ’ ｂ’ ０ ｃ’ Ｌｓ （ｍ３／ｈ） １ ４ ｃ
ＯＰ 线（高气液比）： 上限 ａ（过量液沫夹带） 下限 ａ’（低液层） ＯＰ’ 线（较高气液比）： 上限 ｂ（溢流液泛） 下限 ｂ’（漏液） ＯＰ’’ 线（低气液比）： 上限 ｃ（气泡夹带） 下限 ｃ’（漏液）
塔板的设计点应落在负荷性能图的适中位置，使塔具有相当 的抗负荷波动的能力，保证塔的良好稳定操作。
操作弹性 物系一定，负荷性能图取决于塔板的结构尺寸。而负荷性能 图的形状在一定程度上也反映了塔板结构尺寸的相对情况。 减小降液管面积，液相上限流 量 Ｌｓ 下降（线 ４ 将左移）； 液沫夹带线 ２ 和溢流液泛线 ５ 将上移，甚至使线 ５ 落到正常 操作范围之外。 右图表明，因降液管流通面积 偏小，使液体负荷成为塔板操 作的主要控制因素。
Ｖｓ （ｍ３／ｈ） ３ ａ’ ４’ ４ ２ ａ ２’ ５’ ５
１ ０ Ｌｓ （ｍ３／ｈ）
塔板的负荷性能图可清楚地表示塔板的允许的气、液相负荷 范围及塔板操作弹性的大小，对塔板的改造和设计以及塔的 操作均有一定的指导意义。
１