本发明公开了一种双分散气液传质装置，包括塔体，所述塔体的上端设有气相出口，下端设有液相出口；所述塔体侧面上方设有液相入口，侧面下方设有气相入口；所述塔体内部从下至上依次设有第一轮盘、上层防涡格栅以及第一喷头；所述第一喷头通过管道与所述液相入口相连通，所述轮盘中的进气孔通过管道与所述气相入口相连接；所述上层防涡格栅位于液相界面之下，所述第一喷头位于液相界面之上。本发明提供的双分散气液传质装置，气液接触面积大，接触时间长，传质效果好，通过采用液相喷淋、气相破碎的方法，形成双分散气液接触形式，能大幅增加气液传质面积和气液接触时间，且气液界面更新快，有利于强化气液传质。