第四章 氣體吸收

1、第四章第四章 氣體吸收氣體吸收 4.1 4.1 概述概述 4.2 4.2 吸收的氣、液相平衡關(guān)系吸收的氣、液相平衡關(guān)系 4.3 4.3 吸收速率方程吸收速率方程 4.4 4.4 填料吸收塔的計(jì)算填料吸收塔的計(jì)算 4.5 4.5 填料塔填料塔 4.6 4.6 其他氣體分離技術(shù)簡(jiǎn)介其他氣體分離技術(shù)簡(jiǎn)介 4.1 4.1 概述概述 l 4.1.1 氣體吸收過(guò)程氣體吸收過(guò)程 l 4.1.2 吸收過(guò)程分類吸收過(guò)程分類 l 4.1.3 吸收劑的選擇吸收劑的選擇 l 4.1.4 吸收操作的流程吸收操作的流程 化工化工生產(chǎn)中的生產(chǎn)中的傳質(zhì)過(guò)程傳質(zhì)過(guò)程 1、三傳一反、三傳一反 2、均相物系的分離則通過(guò)傳質(zhì)分離。、

2、均相物系的分離則通過(guò)傳質(zhì)分離。 傳質(zhì)分離過(guò)程傳質(zhì)分離過(guò)程：利用物系中不同組分的：利用物系中不同組分的物理性質(zhì)物理性質(zhì) 或化學(xué)性質(zhì)的差異或化學(xué)性質(zhì)的差異，使其中某一組分或某些組分，使其中某一組分或某些組分 從一相轉(zhuǎn)移到另一相，以達(dá)分離的目的，這一過(guò)從一相轉(zhuǎn)移到另一相，以達(dá)分離的目的，這一過(guò) 程就稱為傳質(zhì)分離過(guò)程。程就稱為傳質(zhì)分離過(guò)程。 化工化工生產(chǎn)中的傳質(zhì)過(guò)程生產(chǎn)中的傳質(zhì)過(guò)程 以傳質(zhì)分離過(guò)程為特征的基本單元操作在化工生以傳質(zhì)分離過(guò)程為特征的基本單元操作在化工生 產(chǎn)中很多，典型的傳質(zhì)單元操作：產(chǎn)中很多，典型的傳質(zhì)單元操作： 氣體吸收；液體蒸餾；固體干燥；液氣體吸收；液體蒸餾；固體干燥；液-液萃??；

3、液萃??； 結(jié)晶；吸附；膜分離。結(jié)晶；吸附；膜分離。 吸收分離操作吸收分離操作：利用混合氣體中各組分：利用混合氣體中各組分 (component)在液體中在液體中溶解度溶解度(solubility)差異差異， 使某些易溶組分進(jìn)入液相形成溶液使某些易溶組分進(jìn)入液相形成溶液(solution)， 不溶或難溶組分仍留在氣相不溶或難溶組分仍留在氣相(gas phase)，從而，從而 實(shí)現(xiàn)混合氣體的分離。實(shí)現(xiàn)混合氣體的分離。 吸收液吸收液 (A+S) 吸收尾吸收尾 氣氣(B+小小 A) 吸收劑吸收劑(absorbent)：吸收操作吸收操作 中所用的溶劑，以中所用的溶劑，以S表示。表示。 吸收質(zhì)或溶質(zhì)吸收質(zhì)

4、或溶質(zhì)(solute)：混合氣混合氣 體中的溶解組分，以體中的溶解組分，以A表示。表示。 惰性氣體惰性氣體(inert gas)或載體：或載體：不不 溶或難溶組分，以溶或難溶組分，以B表示。表示。 吸收液吸收液(strong liquor)：吸收操吸收操 作后得到的溶液，主要成分為溶作后得到的溶液，主要成分為溶 劑劑S和溶質(zhì)和溶質(zhì)A。 吸收尾氣吸收尾氣(dilute gas)：吸收后吸收后 排出的氣體，主要成分為惰性氣排出的氣體，主要成分為惰性氣 體體B和少量的溶質(zhì)和少量的溶質(zhì)A。 吸吸 收收 塔塔 混合氣混合氣 (A+B) 吸收吸收 劑劑(S) 相關(guān)概念相關(guān)概念 解吸或脫吸解吸或脫吸(des

5、orption)：與吸收相反的過(guò)程，即溶質(zhì)與吸收相反的過(guò)程，即溶質(zhì) 從液相中分離而轉(zhuǎn)移到氣相的過(guò)程。從液相中分離而轉(zhuǎn)移到氣相的過(guò)程。 完整的工業(yè)吸收過(guò)程：吸收和解完整的工業(yè)吸收過(guò)程：吸收和解吸吸 吸收操作的基本依據(jù)：溶解度的差異。吸收操作的基本依據(jù)：溶解度的差異。 吸收操作如下圖所示：吸收操作如下圖所示： 吸收劑吸收劑 氣體氣體 y x 界面界面 氣相主體氣相主體 液相主體液相主體 相界面相界面 氣相擴(kuò)散氣相擴(kuò)散 液相擴(kuò)散液相擴(kuò)散 yi xi 采用吸收操作實(shí)現(xiàn)氣體混合物的分離必須解決下列問(wèn)題：采用吸收操作實(shí)現(xiàn)氣體混合物的分離必須解決下列問(wèn)題： 1、選擇、選擇合適的溶劑合適的溶劑，有選擇性的溶解

6、某個(gè)（或某些），有選擇性的溶解某個(gè)（或某些） 被分離組分；被分離組分； 2、提供適當(dāng)?shù)?、提供適當(dāng)?shù)膫髻|(zhì)設(shè)備傳質(zhì)設(shè)備（多為填料塔，也有板式塔）（多為填料塔，也有板式塔） 以實(shí)現(xiàn)氣液兩相的接觸，使被分離組分得以從氣以實(shí)現(xiàn)氣液兩相的接觸，使被分離組分得以從氣 相轉(zhuǎn)移到液相（吸收）或氣相相轉(zhuǎn)移到液相（吸收）或氣相(解吸解吸)； 3、溶劑的再生溶劑的再生，以便循環(huán)利用。，以便循環(huán)利用。 吸收工程目的是吸收工程目的是氣體混合物氣體混合物的的高純度高純度分離，達(dá)到一定純分離，達(dá)到一定純 度的產(chǎn)物或有用物質(zhì)的回收率。度的產(chǎn)物或有用物質(zhì)的回收率。 1、分離混合氣體并、分離混合氣體并回收或捕獲氣體混合物中的有用物

7、質(zhì)，回收或捕獲氣體混合物中的有用物質(zhì)， 以制取產(chǎn)品以制取產(chǎn)品； 2、除去混合氣體中的有害成分，使氣體凈化除去混合氣體中的有害成分，使氣體凈化，以便進(jìn)一，以便進(jìn)一 步加工處理；步加工處理； 3、制備某種氣體的溶液制備某種氣體的溶液 4、工業(yè)廢氣的治理工業(yè)廢氣的治理，即除去工業(yè)放空尾氣中的有害物，即除去工業(yè)放空尾氣中的有害物， 以免污染大氣。以免污染大氣。 評(píng)價(jià)溶劑優(yōu)劣的主要依據(jù)應(yīng)包括以下幾點(diǎn)：評(píng)價(jià)溶劑優(yōu)劣的主要依據(jù)應(yīng)包括以下幾點(diǎn)： 溶解度大溶解度大，可提高吸收速率并減少吸收劑的耗用量?？商岣呶账俾什p少吸收劑的耗用量。 選擇性好選擇性好，對(duì)溶質(zhì)有良好的溶解能力，而對(duì)其它組分不對(duì)溶質(zhì)有良好的溶解

8、能力，而對(duì)其它組分不 溶或微溶，且便于再生，否則不能實(shí)現(xiàn)分離的目的。溶或微溶，且便于再生，否則不能實(shí)現(xiàn)分離的目的。 溶解度對(duì)操作條件的敏感性好溶解度對(duì)操作條件的敏感性好，被吸收的氣體組分解吸，被吸收的氣體組分解吸 容易，吸收劑再生方便。容易，吸收劑再生方便。 揮發(fā)度小揮發(fā)度小，即在操作溫度下蒸汽壓小，基本不汽化。離即在操作溫度下蒸汽壓小，基本不汽化。離 開(kāi)吸收設(shè)備的氣體被吸收劑所飽和，吸收劑揮發(fā)度愈大，開(kāi)吸收設(shè)備的氣體被吸收劑所飽和，吸收劑揮發(fā)度愈大， 損失量便愈大。損失量便愈大。 吸收劑的選擇吸收劑的選擇 粘度低粘度低，可改善吸收設(shè)備內(nèi)的流動(dòng)狀況，從而提高傳質(zhì)可改善吸收設(shè)備內(nèi)的流動(dòng)狀況，從而

9、提高傳質(zhì) 速率和傳熱速率，有助于降低泵的功率，速率和傳熱速率，有助于降低泵的功率，減小傳質(zhì)、傳熱減小傳質(zhì)、傳熱 阻力阻力。 化學(xué)穩(wěn)定性要好，化學(xué)穩(wěn)定性要好，可避免因吸收過(guò)程中條件變化而引起可避免因吸收過(guò)程中條件變化而引起 吸收劑變質(zhì)吸收劑變質(zhì)。 腐蝕性小腐蝕性小，以避免腐蝕設(shè)備，從而減少設(shè)備費(fèi)和維修費(fèi)。，以避免腐蝕設(shè)備，從而減少設(shè)備費(fèi)和維修費(fèi)。 其它其它，溶劑應(yīng)盡可能滿足，溶劑應(yīng)盡可能滿足價(jià)廉、易得、無(wú)毒、不易燃燒價(jià)廉、易得、無(wú)毒、不易燃燒 等經(jīng)濟(jì)和安全條件等經(jīng)濟(jì)和安全條件。 實(shí)際上實(shí)際上很難找到一個(gè)理想的溶劑能夠滿足上述所有要很難找到一個(gè)理想的溶劑能夠滿足上述所有要 求求，但應(yīng)對(duì)可供選擇的溶

10、劑做全面的評(píng)價(jià)，以便作出經(jīng)濟(jì)、，但應(yīng)對(duì)可供選擇的溶劑做全面的評(píng)價(jià)，以便作出經(jīng)濟(jì)、 合理的選擇。合理的選擇。 吸收劑的選擇吸收劑的選擇 （1）物理吸收與化學(xué)吸收）物理吸收與化學(xué)吸收 物理吸收物理吸收(physical absorption)：利用溶質(zhì)在溶劑中溶解：利用溶質(zhì)在溶劑中溶解 度的差異而實(shí)現(xiàn)吸收的操作。吸收過(guò)程溶質(zhì)與溶劑度的差異而實(shí)現(xiàn)吸收的操作。吸收過(guò)程溶質(zhì)與溶劑不發(fā)生不發(fā)生 顯著的化學(xué)反應(yīng)顯著的化學(xué)反應(yīng)，可視為單純的氣體溶解于液相的過(guò)程。，可視為單純的氣體溶解于液相的過(guò)程。 化學(xué)吸收化學(xué)吸收(chemical absorption)：溶質(zhì)與溶劑有：溶質(zhì)與溶劑有顯著的顯著的 化學(xué)反應(yīng)發(fā)生

11、化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。 注意：注意：化學(xué)反應(yīng)能大大提高單位體積液體所能吸收的氣化學(xué)反應(yīng)能大大提高單位體積液體所能吸收的氣 體量并加快吸收速率。但溶液解吸再生較難。體量并加快吸收速率。但溶液解吸再生較難。 吸收操作的分類吸收操作的分類 作為化學(xué)吸收可被利用的化學(xué)反應(yīng)一般應(yīng)滿足以下條件：作為化學(xué)吸收可被利用的化學(xué)反應(yīng)一般應(yīng)滿足以下條件： 可逆性可逆性。若該反應(yīng)不可逆，溶劑將難以再生和循。若該反應(yīng)不可逆，溶劑將難以再生和循 環(huán)使用。環(huán)使用。 較高的反應(yīng)速率較高的反應(yīng)速率。若反應(yīng)速率較慢，應(yīng)研究加入。若反應(yīng)速率較慢，應(yīng)研究加入 適當(dāng)?shù)拇呋瘎┮约涌旆磻?yīng)速率。適當(dāng)?shù)拇呋瘎┮约涌旆磻?yīng)速率。 吸收操作的分類吸收操作的

12、分類 按被吸收組分?jǐn)?shù)目分：按被吸收組分?jǐn)?shù)目分： 單組分吸收：?jiǎn)谓M分吸收：若混合氣體中只有一個(gè)組分在吸收劑中有若混合氣體中只有一個(gè)組分在吸收劑中有 一定的溶解度，其余組分可認(rèn)為不溶于吸收劑，溶解度一定的溶解度，其余組分可認(rèn)為不溶于吸收劑，溶解度 可以忽略。可以忽略。 多組分吸收：多組分吸收：如果混合氣體中有兩個(gè)或多個(gè)組分溶解于如果混合氣體中有兩個(gè)或多個(gè)組分溶解于 吸收劑中。吸收劑中。 按吸收前后溫度是否發(fā)生變化分：按吸收前后溫度是否發(fā)生變化分： 等溫吸收：等溫吸收：熱效應(yīng)很小，或被吸收的組分在氣相中的濃熱效應(yīng)很小，或被吸收的組分在氣相中的濃 度低，而吸收劑有用量很大，在吸收過(guò)程中液相的溫度度低，

13、而吸收劑有用量很大，在吸收過(guò)程中液相的溫度 變化不顯著。變化不顯著。 非等溫吸收：非等溫吸收：反應(yīng)熱大，隨著吸收過(guò)程的進(jìn)行液相的溫反應(yīng)熱大，隨著吸收過(guò)程的進(jìn)行液相的溫 度明顯變化度明顯變化 吸收操作的分類吸收操作的分類 按溶質(zhì)在氣液兩相中組成大小分：按溶質(zhì)在氣液兩相中組成大小分： 低組成吸收：低組成吸收：摩爾分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù)CA，則，則B反向擴(kuò)散反向擴(kuò)散 。 (2)在界面上在界面上A溶解，溶解，B擴(kuò)散，則擴(kuò)散，則CMi下下 降，即界面上降，即界面上氣體總壓降低氣體總壓降低，必定使，必定使 混合氣體向界面流動(dòng)，這種流動(dòng)為混合氣體向界面流動(dòng)，這種流動(dòng)為總總 體流動(dòng)（體流動(dòng)（bulk flow）。 單相

14、內(nèi)物質(zhì)的分子擴(kuò)散單相內(nèi)物質(zhì)的分子擴(kuò)散 單向擴(kuò)散速率方程單向擴(kuò)散速率方程 組分組分B的傳遞速率：的傳遞速率： 0 M B MBB C C NJN M A AAA C C NJN dz dC D C C N AA A 1在定態(tài)下，在定態(tài)下，NA=const 積分可得：積分可得： 1 2 2 1 lnln B B A A A C C C z D CC CC C z D N 單相內(nèi)物質(zhì)的分子擴(kuò)散單相內(nèi)物質(zhì)的分子擴(kuò)散 1 2 12 21 12 21 2 1 ln ln B B BB AA BB AA B B A C C CC CC C z D CC CC C C C z D N 21AA Bm A CC

15、 C C z D N Sm C 討論：討論： (1)漂流因子漂流因子 ，表明總體流，表明總體流 動(dòng)使動(dòng)使A的傳遞速率較單獨(dú)純分子擴(kuò)散的傳遞速率較單獨(dú)純分子擴(kuò)散 大一些，其濃度分布曲線上大一些，其濃度分布曲線上”凸凸“。 1恒 Bm C C 21 1212 AA AABB CC CCCCCC 單相內(nèi)物質(zhì)的分子擴(kuò)散單相內(nèi)物質(zhì)的分子擴(kuò)散 (2)理想或總壓不太高時(shí)：理想或總壓不太高時(shí)： 1恒 Bm p p 21AA Bm A pp p p RT D N 其中：其中： 1 2 12 ln B B BB Bm p p pp p (3)等分子反向擴(kuò)散：等分子反向擴(kuò)散： 1 Bm C C (4)當(dāng)混合物中當(dāng)混

16、合物中CA很低時(shí)，很低時(shí)，CCBm，1 Bm M C C 返回 單相內(nèi)物質(zhì)的分子擴(kuò)散單相內(nèi)物質(zhì)的分子擴(kuò)散 結(jié)論結(jié)論： (1)比較比較 等分子反向擴(kuò)散等分子反向擴(kuò)散主體流動(dòng)主體流動(dòng) 微觀運(yùn)動(dòng)的宏觀結(jié)果，傳遞微觀運(yùn)動(dòng)的宏觀結(jié)果，傳遞 純純A組分或純組分或純B組分組分 宏觀流動(dòng)，同時(shí)攜帶宏觀流動(dòng)，同時(shí)攜帶A、 B組分組分 (2)在定態(tài)條件下，當(dāng)主體流動(dòng)所帶組分在定態(tài)條件下，當(dāng)主體流動(dòng)所帶組分B的量組分的量組分B 的反向擴(kuò)散量時(shí)，方可保持的反向擴(kuò)散量時(shí)，方可保持CBi定態(tài)。定態(tài)。 結(jié)論：結(jié)論：氣相主體與界面的微小壓差足以造成氣相主體與界面的微小壓差足以造成總體流動(dòng)總體流動(dòng)， 組分組分B仍有反向擴(kuò)散且仍

17、有反向擴(kuò)散且CBi仍可保持定態(tài)，故可以認(rèn)為氣仍可保持定態(tài)，故可以認(rèn)為氣 相各處總壓基本相等，即相各處總壓基本相等，即JA=- JB的前提依然成立。的前提依然成立。 單相內(nèi)物質(zhì)的分子擴(kuò)散單相內(nèi)物質(zhì)的分子擴(kuò)散 分子擴(kuò)散系數(shù)分子擴(kuò)散系數(shù) 來(lái)源來(lái)源：(1)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，實(shí)驗(yàn)測(cè)定，(2)查手冊(cè)，查手冊(cè)，(3)經(jīng)驗(yàn)公式經(jīng)驗(yàn)公式 1、氣體中的擴(kuò)散系數(shù)、氣體中的擴(kuò)散系數(shù) 物系,CpTD p p T T DD 0 2/3 0 0 T分子動(dòng)能較大分子動(dòng)能較大 p分子間距加大分子間距加大 擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù)D 2、液體中的擴(kuò)散系數(shù)、液體中的擴(kuò)散系數(shù) 0 0 0 T T DD 表表5-8列出液體中的擴(kuò)散系數(shù)。液體中的擴(kuò)散系

18、數(shù)的列出液體中的擴(kuò)散系數(shù)。液體中的擴(kuò)散系數(shù)的 數(shù)量級(jí)約為數(shù)量級(jí)約為10-9（/s），為氣相中的萬(wàn)分之一。），為氣相中的萬(wàn)分之一。 T分子動(dòng)能較大分子動(dòng)能較大 分子間距加大分子間距加大 擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù)D 返回 分子擴(kuò)散系數(shù)分子擴(kuò)散系數(shù) 三個(gè)重要的傳質(zhì)模型三個(gè)重要的傳質(zhì)模型 1、雙膜理論，、雙膜理論，two-film theory 氣相主體氣相主體 液相主體液相主體 相界面相界面 pi = ci / H p Z ZG GZ ZL L pi ci c 氣氣 膜膜 液 膜 1923年，年， 由由W. K. Lewis(劉易斯劉易斯) 和和 W. G. Whitman (惠特曼惠特曼) ) 在上世在上

19、世 紀(jì)二十年代提出，是最早紀(jì)二十年代提出，是最早 出現(xiàn)的傳質(zhì)理論。出現(xiàn)的傳質(zhì)理論。 雙膜理論的基本論點(diǎn)是：雙膜理論的基本論點(diǎn)是： (1)氣液界面兩側(cè)各存在一氣液界面兩側(cè)各存在一 個(gè)靜止的有并行膜層（氣個(gè)靜止的有并行膜層（氣 膜、液膜），主體湍流無(wú)膜、液膜），主體湍流無(wú) 論多大，有效膜層不消失。論多大，有效膜層不消失。 單相對(duì)流傳質(zhì)機(jī)理單相對(duì)流傳質(zhì)機(jī)理 (2)界面穩(wěn)定，無(wú)阻界面穩(wěn)定，無(wú)阻 (3)氣液主體濃度梯度均為零，全部濃度變化集中在兩個(gè)氣液主體濃度梯度均為零，全部濃度變化集中在兩個(gè) 有效膜層內(nèi)，膜內(nèi)傳質(zhì)定態(tài)分子擴(kuò)散。有效膜層內(nèi)，膜內(nèi)傳質(zhì)定態(tài)分子擴(kuò)散。 結(jié)論結(jié)論 氣相對(duì)流傳質(zhì)速率：氣相對(duì)流傳質(zhì)

20、速率： AiA BmG A pp p p RTz D N BmG g p p RTz D k 液相對(duì)流傳質(zhì)速率液相對(duì)流傳質(zhì)速率 AAi BmL A CC C C z D N SmL l C C z D k 單相對(duì)流傳質(zhì)機(jī)理單相對(duì)流傳質(zhì)機(jī)理 模型參數(shù)：模型參數(shù)： 由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。 LG zz , 3、貢獻(xiàn)、貢獻(xiàn) (1)計(jì)算方便，至今仍是傳質(zhì)設(shè)備設(shè)計(jì)的主要依據(jù)計(jì)算方便，至今仍是傳質(zhì)設(shè)備設(shè)計(jì)的主要依據(jù) (2)總總p不變，不變，QRezGkg,ky (3)忽略漂流因子，忽略漂流因子， kg與氣相組成無(wú)關(guān)。與氣相組成無(wú)關(guān)。 單相對(duì)流傳質(zhì)機(jī)理單相對(duì)流傳質(zhì)機(jī)理 4、對(duì)流傳質(zhì)速率、對(duì)流傳質(zhì)速率 氣相與

21、界面的傳質(zhì)速率式氣相與界面的傳質(zhì)速率式 AiAgA ppkN iyA yykN 液相與界面的傳質(zhì)速率式液相與界面的傳質(zhì)速率式 AAilA CCkN xxkN ixA 兩者的關(guān)系兩者的關(guān)系 lx Ckk lX Ckk iYA YYkN XXkN iXA 當(dāng)吸收后所得溶液為稀溶液時(shí)：當(dāng)吸收后所得溶液為稀溶液時(shí)： 對(duì)流對(duì)流 傳質(zhì)傳質(zhì) 1、概念、概念 溶質(zhì)從一個(gè)相轉(zhuǎn)移到另一個(gè)相稱為溶質(zhì)從一個(gè)相轉(zhuǎn)移到另一個(gè)相稱為相際傳質(zhì)相際傳質(zhì) 或兩相間的傳質(zhì)或兩相間的傳質(zhì)。 相際傳質(zhì)：相際傳質(zhì)：氣相 氣相界面界面(溶解溶解) 對(duì)流對(duì)流 傳質(zhì)傳質(zhì) 液相液相 氣相傳質(zhì)速率：氣相傳質(zhì)速率： y i iyA k yy yyk

22、N /1 界面平衡：界面平衡：)( ii xfy 液相傳質(zhì)速率：液相傳質(zhì)速率： x i ixA k xx xxkN /1 總傳質(zhì)速度方程總傳質(zhì)速度方程 問(wèn)題：界面含量問(wèn)題：界面含量xi、yi難易確定。難易確定。 定態(tài)傳質(zhì)：界面平衡，無(wú)推動(dòng)力，無(wú)阻力。定態(tài)傳質(zhì)：界面平衡，無(wú)推動(dòng)力，無(wú)阻力。 x i y i A k xx k yy N /1/1 設(shè)：相平衡線為：設(shè)：相平衡線為： amxy ii * )()()(yyayayxxm iii * )()( xx m ayay i i 總傳質(zhì)速度方程總傳質(zhì)速度方程 xy ii A kmk xxmyy N /1/1 / m i i xx m yy * x

23、i y i A k xx k yy N /1/1 xy ii A kmk xxxx N /1/1 * xy A kmk xx N /1/1 * =1/Kx xxKN xA * m 總傳質(zhì)速度方程總傳質(zhì)速度方程 xy ii A kmk xxmyy N /1 * yyxxm ii x i y i A k xx k yy N /1/1 xy ii A kmk yyyy N /1 * xy A kmk yy N /1 * =1/Ky *yyKN yA m 總傳質(zhì)速度方程總傳質(zhì)速度方程 其中：其中： xy x kmk K /1/1 1 以液相濃度差以液相濃度差(x*-x)推動(dòng)力的總傳熱系數(shù)。推動(dòng)力的總傳

24、熱系數(shù)。 xy y kmk K /1 1 以氣相濃度差以氣相濃度差(y-y*)推動(dòng)力的總傳熱系數(shù)。推動(dòng)力的總傳熱系數(shù)。 問(wèn)題：?jiǎn)栴}：Kx、Ky兩式符合條件是什么？?jī)墒椒蠗l件是什么？ 答：答：m是系數(shù)，并非一定是亨利定律中的是系數(shù)，并非一定是亨利定律中的m，即，即 其條件是：其條件是： amxy ii yx mKK 總傳質(zhì)速度方程總傳質(zhì)速度方程 吸收傳質(zhì)速率方程的幾種形式吸收傳質(zhì)速率方程的幾種形式 相平衡方程相平衡方程 吸收傳質(zhì)速吸收傳質(zhì)速 率方程率方程 總傳質(zhì)系數(shù)總傳質(zhì)系數(shù) 相內(nèi)或同基準(zhǔn)的傳質(zhì)系數(shù)換算相內(nèi)或同基準(zhǔn)的傳質(zhì)系數(shù)換算 相際或不同基準(zhǔn)傳質(zhì)系數(shù)換算相際或不同基準(zhǔn)傳質(zhì)系數(shù)換算 amxy

25、BMXY b H c p xxK yyK xxk yykN x y ix iyA * * XXK YYK XXk YYkN X Y iX iYA * * ccK ppK cck ppkN c g ic igA * * xyy kmkK11 xyx kmkK1)(11 XYY kMkK11 )(111 cgg HkkK cgc kkHK11 XYX kMkK1)(11 iyYgy YYkkPkk11 ixXcmx XXkkkck11 * 11YYKKPKK yYgy * 11XXKKKcK xXLmx mKKmkk xyxy MKKMkk XYXY cgcg HKKHkk 總傳質(zhì)速度方程總傳質(zhì)速

26、度方程 （1）氣膜控制）氣膜控制(gas-film control) 當(dāng)當(dāng) yxyy xy xy mkKk，K k m k kk, 1 ,時(shí) 易溶氣體，平衡線斜率易溶氣體，平衡線斜率m很小，很小， yxyy mkKkK, （2）液相阻力控制）液相阻力控制(liquid-film control) 當(dāng)當(dāng) m k Kk，K kmk kk x yxx xy xy , 11 ,時(shí) 難溶氣體，平衡線斜率難溶氣體，平衡線斜率m很大，很大， m k KkK x yxx , (3)兩相阻力聯(lián)合控制，都占一定比例兩相阻力聯(lián)合控制，都占一定比例(實(shí)際情況實(shí)際情況) 說(shuō)明：說(shuō)明： 傳質(zhì)與傳熱的不同點(diǎn)：傳質(zhì)與傳熱的不

27、同點(diǎn)： 工程上直接測(cè)定總傳質(zhì)系數(shù)工程上直接測(cè)定總傳質(zhì)系數(shù)Kx、Ky。 Kx、Ky均包括均包括m，所以阻力控制在很大程度上，所以阻力控制在很大程度上 取決于系統(tǒng)的物性。取決于系統(tǒng)的物性。 總傳質(zhì)速度方程總傳質(zhì)速度方程 4.4 4.4 吸收塔的計(jì)算吸收塔的計(jì)算 4.4.1 物料衡算和操作線方程物料衡算和操作線方程 4.4.2 吸收劑用量與最小液氣比吸收劑用量與最小液氣比 4.4.3 吸收塔填料層高度的計(jì)算吸收塔填料層高度的計(jì)算 4.4.4 吸收塔塔徑的計(jì)算吸收塔塔徑的計(jì)算 4.4.5 吸收塔的操作型計(jì)算吸收塔的操作型計(jì)算 4.4.6 解吸及其計(jì)算解吸及其計(jì)算 1、全塔物料衡算式、全塔物料衡算式 2

28、121 XXLYYV V, Y2 V, Y1 L, X1 L, X2 4.4.1 物料衡算和操作線方程物料衡算和操作線方程 溶質(zhì)的回收率（吸收率）溶質(zhì)的回收率（吸收率） ： 氣體進(jìn)塔的溶質(zhì)量 被吸收的溶質(zhì)量 1 21 Y YY 1 2 1 Y Y 出塔氣中溶質(zhì)的組成出塔氣中溶質(zhì)的組成 1 12 YY 4.4.1 物料衡算和操作線方程物料衡算和操作線方程 出塔底排出液中溶質(zhì)的組成出塔底排出液中溶質(zhì)的組成 （物料衡算式）（物料衡算式） 2121 YY L V XX 2、吸收操作線方程與操作線、吸收操作線方程與操作線 設(shè)逆流吸收塔內(nèi)在任一截面設(shè)逆流吸收塔內(nèi)在任一截面 上氣上氣-液兩相濃度為液兩相濃度

29、為Y和和X。 V, Y2 V, Y1 L, X1 L, X2 V, Y L, X LXVYLXVY 22 22 YXX V L Y 在在Y-X圖上為直線圖上為直線吸收操作線。吸收操作線。 4.4.1 物料衡算和操作線方程物料衡算和操作線方程 稱為稱為液氣比液氣比。 11 YXX V L Y 同理同理 線上任一點(diǎn)的坐標(biāo)線上任一點(diǎn)的坐標(biāo)(Y， X)代表了塔內(nèi)該截面上代表了塔內(nèi)該截面上 氣、液兩相的組成。氣、液兩相的組成。 操作線與吸收操作的操作線與吸收操作的 液氣比、塔底及塔頂溶液氣比、塔底及塔頂溶 質(zhì)組成有關(guān)質(zhì)組成有關(guān)，與平衡關(guān)，與平衡關(guān) 系、塔型和操作條件無(wú)系、塔型和操作條件無(wú) 關(guān)。關(guān)。 操作

30、線越遠(yuǎn)離平衡線，操作線越遠(yuǎn)離平衡線， 吸收推動(dòng)力越大吸收推動(dòng)力越大 Y X o Y*=f(X) B Y1 X1X2 Y2 A Y XX* Ye P Y- Y* X*-X 4.4.1 物料衡算和操作線方程物料衡算和操作線方程 Y x o Y*=f(X) B Y1 X1X2 Y2 A L/V Y- Y* C X1 (L/V) X1* (L/V)min D 4.4.2吸收劑進(jìn)用量與最小液氣比吸收劑進(jìn)用量與最小液氣比 稱稱(L/V)min為吸收設(shè)計(jì)的最小液氣比。為吸收設(shè)計(jì)的最小液氣比。 L Lmin min 稱為最小吸收 稱為最小吸收 劑量。劑量。 2 * 21 min 1 XX YY V L 適宜的

31、液氣比適宜的液氣比 min 0 . 21 . 1 V L V L opt 4.4.2 吸收劑進(jìn)用量與最小液氣比吸收劑進(jìn)用量與最小液氣比 隨隨 L/V的減小，操作線與平衡線是相交還是相切的減小，操作線與平衡線是相交還是相切 取決于平衡線的形狀。取決于平衡線的形狀。 Y xo Y*=f(X) Y1 X2 Y2 B X1,max=X* (L/V)min C Y xo Y*=fX) Y1 X2 Y2 B X*1 (L/V)min C X1,max 兩線在兩線在 Y1 處相交時(shí)，處相交時(shí)，X1,max=X*1； 兩線在中間某個(gè)濃度處相切時(shí)，兩線在中間某個(gè)濃度處相切時(shí)， X1,maxX*1 。 4.4.2

32、吸收劑進(jìn)用量與最小液氣比吸收劑進(jìn)用量與最小液氣比 最小液氣比的計(jì)算最小液氣比的計(jì)算 1 1、圖解法、圖解法 Y xo Y*=f(X) Y1 X2 Y2 B X1,max=X* (L/V)min C Y xo Y*=fX) Y1 X2 Y2 B X*1 (L/V)min C 2 * 21 min 1 XX YY V L 2 21 min 1 XX YY V L 1 X 2 2、解析法、解析法 2 * 21 min 1 XX YY V L 2 21 min 1 X m Y YY V L 2 1 min 1 X m Y Y V L A 清水吸收時(shí)清水吸收時(shí) m V L min 例題例題4-44-4

33、習(xí)題習(xí)題4 4， 1313 適宜液氣比適宜液氣比 吸收劑用量的確定吸收劑用量的確定 4.4.3 4.4.3 吸收塔填料層高度的計(jì)算吸收塔填料層高度的計(jì)算 1、目的：建立過(guò)程的工藝參數(shù)，設(shè)備參數(shù)及物、目的：建立過(guò)程的工藝參數(shù)，設(shè)備參數(shù)及物 性參數(shù)之間的定量關(guān)系。性參數(shù)之間的定量關(guān)系。 V, Y2 V, Y1 L, X1 L, X2 V, Y L, X 工藝參數(shù)：工藝參數(shù)：Y1，Y2，X1，X2，V，L 設(shè)備參數(shù)：設(shè)備參數(shù)：KYa，H，A, D 物性參數(shù)：物性參數(shù)：m 2、基本方法：、基本方法： 衡算方程衡算方程+過(guò)程特征方程過(guò)程特征方程 物衡或能衡物衡或能衡 3、微分接觸過(guò)程：取微元控制、微分接

34、觸過(guò)程：取微元控制 體，列衡算方程和過(guò)程特征方體，列衡算方程和過(guò)程特征方 程，然后積分。程，然后積分。 低含量氣體吸收特點(diǎn)低含量氣體吸收特點(diǎn) 前提：前提： 進(jìn)塔混合氣體溶質(zhì)含量很低，即進(jìn)塔混合氣體溶質(zhì)含量很低，即Y1510%， 進(jìn)塔混合氣體溶質(zhì)含量較高，但在塔內(nèi)被吸收進(jìn)塔混合氣體溶質(zhì)含量較高，但在塔內(nèi)被吸收 的數(shù)量不大。的數(shù)量不大。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： V、L常數(shù)常數(shù) 等溫吸收過(guò)程等溫吸收過(guò)程不必進(jìn)行熱衡不必進(jìn)行熱衡 KX、KY為常數(shù)。為常數(shù)。 4.4.3 吸收塔填料層高度的計(jì)算吸收塔填料層高度的計(jì)算 V, Y2 V, Y1 L, X1 L, X2 X Y+dY 1、塔高計(jì)算的基本關(guān)系式、塔高計(jì)算的

35、基本關(guān)系式 物衡：被吸收量物衡：被吸收量=傳質(zhì)量傳質(zhì)量 對(duì)氣相對(duì)氣相(板書）：板書）： Y X+dX dH 4.4.3 吸收塔填料層高度的計(jì)算吸收塔填料層高度的計(jì)算 dY YYAK V H Y Y Y 1 2 * 1 同理可得：同理可得： dX XXAK L H X X X 1 2 * 1 全塔傳質(zhì)速率方程全塔傳質(zhì)速率方程 或填料層高度計(jì)算的基本方程式或填料層高度計(jì)算的基本方程式 4.4.3 吸收塔填料層高度的計(jì)算吸收塔填料層高度的計(jì)算 2、傳質(zhì)單元數(shù)與傳質(zhì)單元高度、傳質(zhì)單元數(shù)與傳質(zhì)單元高度 有效比表面有效比表面a不等于填料比表面積不等于填料比表面積at KXa、KYa 稱為總體積傳質(zhì)系數(shù)。稱

36、為總體積傳質(zhì)系數(shù)。 m smKmolm sKmol Ak L Ak V XY ./ / , 32 可看成由過(guò)程條件所決定的某種可看成由過(guò)程條件所決定的某種單元高度單元高度。 令：令： AK V H Y OG 稱為傳質(zhì)單元高度稱為傳質(zhì)單元高度 dY YYAK V H Y Y Y 1 2 * 1 1 2 * Y Y OG YY dY N 稱為傳質(zhì)單元數(shù)稱為傳質(zhì)單元數(shù) 4.4.3 吸收塔填料層高度的計(jì)算吸收塔填料層高度的計(jì)算 HOG NOG OGOG NHH 同理可得：同理可得： OLOL NHH 各種傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)見(jiàn)書各種傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)見(jiàn)書P115。 4.4.3 吸收塔填料層高

37、度的計(jì)算吸收塔填料層高度的計(jì)算 dY YYAK V H Y Y Y 1 2 * 1 類似地 OGOGN HH aAk V H Y OG 1 2 Y Y i OG YY dY N OLOLN HH aAk L H X OL 1 2 X X i OL XX dX N 氣相傳質(zhì)單元高度氣相傳質(zhì)單元高度 氣相傳質(zhì)單元數(shù)氣相傳質(zhì)單元數(shù) 液相傳質(zhì)單元高度液相傳質(zhì)單元高度 液相傳質(zhì)單元數(shù)液相傳質(zhì)單元數(shù) 4.4.3 吸收塔填料層高度的計(jì)算吸收塔填料層高度的計(jì)算 （1）傳質(zhì)單元數(shù)（）傳質(zhì)單元數(shù)（NOG、NOL）的大?。┑拇笮》从澄辗从澄?過(guò)程進(jìn)行的難易程度過(guò)程進(jìn)行的難易程度，它與吸收塔的結(jié)構(gòu)因素以，它與吸收

38、塔的結(jié)構(gòu)因素以 及氣流動(dòng)狀況無(wú)關(guān)。及氣流動(dòng)狀況無(wú)關(guān)。 )( 21 YY當(dāng) m YY)( * 或 OG N (2)傳質(zhì)高度傳質(zhì)高度HOG可理解為可理解為一個(gè)傳質(zhì)單元所需的填一個(gè)傳質(zhì)單元所需的填 料層高度料層高度，是吸收塔效能高低的反映。，是吸收塔效能高低的反映。 Y K OG H 4.4.3 吸收塔填料層高度的計(jì)算吸收塔填料層高度的計(jì)算 4、NOG(或或NOL)的計(jì)算的計(jì)算 (1)吸收因數(shù)法（解析法）吸收因數(shù)法（解析法） 1 2 * Y Y OG YY dY N XfY * YX 相平衡方程：相平衡方程：Y*=mX+a或或Y*=mX 物料衡算：物料衡算：X=X2+V/L(Y-Y2) 1 2 1

39、2 22 * Y Y Y Y OG YY L V XmY dY YY dY N 4.4.3 吸收塔填料層高度的計(jì)算吸收塔填料層高度的計(jì)算 L mV mXY mXY L mV L mV NOG 22 21 1ln 1 1 解吸解吸 因數(shù)因數(shù) 令令S=mV/L稱為解吸因數(shù)，稱為解吸因數(shù)， A=L/mV稱為吸收因數(shù)。稱為吸收因數(shù)。 S mXY mXY S S NOG 22 21 1ln 1 1 4.4.3 吸收塔填料層高度的計(jì)算吸收塔填料層高度的計(jì)算 同理可得：同理可得： A mXY mXY A A NOL 11 21 1ln 1 1 若相平衡方程為若相平衡方程為Y*=mX時(shí)：時(shí)： NOG和和NOL

40、、A、(Y1-mX2)/ (Y2-mX2)或或(Y1- mX2)/ (Y1-mX1)三者的關(guān)系，見(jiàn)圖三者的關(guān)系，見(jiàn)圖4-11，我們可根據(jù)圖算，我們可根據(jù)圖算 出出NOG或或NOL。 4.4.3 吸收塔填料層高度的計(jì)算吸收塔填料層高度的計(jì)算 4.4.3 吸收塔填料層高度的計(jì)算吸收塔填料層高度的計(jì)算 S=mV/L為平衡線斜率與吸收操作線斜率的比值。為平衡線斜率與吸收操作線斜率的比值。 S吸收操作線越靠近平衡線吸收操作線越靠近平衡線 * YY 所以所以解吸因素解吸因素S反映了吸收過(guò)程推動(dòng)力的大小反映了吸收過(guò)程推動(dòng)力的大小。 S mXY mXY , 22 21 所需傳質(zhì)單元數(shù)越少，填料層高度越低。但需

41、所需傳質(zhì)單元數(shù)越少，填料層高度越低。但需 指出，指出，S減少，通常是靠增大吸收劑流量實(shí)現(xiàn)的，減少，通常是靠增大吸收劑流量實(shí)現(xiàn)的， 這就意味著吸收劑流量增大、再生負(fù)荷加大，這就意味著吸收劑流量增大、再生負(fù)荷加大， 吸收的操作費(fèi)增加，所以一般認(rèn)為吸收的操作費(fèi)增加，所以一般認(rèn)為S0.50.8m 在經(jīng)濟(jì)上是合理的。在經(jīng)濟(jì)上是合理的。 4、NOG(或或NOL)的計(jì)算的計(jì)算 (2)對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法 1 2 1 2 21 21 * Y Y Y Y OG Y Yd YY YY YY dY N 2 1 21 21 ln Y Y YY YY NOG m Y m OG Y YY N 21 4.4.3

42、 吸收塔填料層高度的計(jì)算吸收塔填料層高度的計(jì)算 同理可得：同理可得： m OL X XX N 21 2 1 21 ln X X XX X m 液相對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力。液相對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力。 4.4.3 吸收塔填料層高度的計(jì)算吸收塔填料層高度的計(jì)算 mY OGOG Y YY AK V NHH 21 mX OLOL X XX AK L NHH 21 當(dāng)當(dāng)Y*=mX時(shí)時(shí) 4.4.3 吸收塔填料層高度的計(jì)算吸收塔填料層高度的計(jì)算 22 11 2211 2121 ln mXY mXY mXYmXY YY Y YY N m OG 22 XX V L YY 4.4.3 吸收塔填料層高度的計(jì)算吸收塔填料層高度的計(jì)算

43、 22 11 ln 1 1 mXY mXY L mV NOG 2 2 1 1 2 2 1 1 2121 ln X m Y X m Y X m Y X m Y XX X XX N m OG 22 11 ln 1 1 mXY mXY mV L N OG 4.4.3 吸收塔填料層高度的計(jì)算吸收塔填料層高度的計(jì)算 例題例題4-5,4-64-5,4-6 習(xí)題習(xí)題8 8 逆流與并流有何不同？逆流與并流有何不同？ 操作線斜率為操作線斜率為-L/V。 V, Y1 V, Y2 L, X2 L,X1 V, YL, X Y X o Y*=f(X) A Y1 X1X2 Y2 B Y X X* Y* P Y- Y* X

44、*-X 4.4.3 吸收塔填料層高度的計(jì)算吸收塔填料層高度的計(jì)算 仿照?qǐng)A形管路的直徑計(jì)算公式仿照?qǐng)A形管路的直徑計(jì)算公式 4.4.4 吸收塔塔徑的計(jì)算吸收塔塔徑的計(jì)算 u q D V 4 計(jì)算時(shí)以計(jì)算時(shí)以塔底氣量塔底氣量(即進(jìn)塔氣量即進(jìn)塔氣量)為依據(jù)，因塔為依據(jù)，因塔 底氣量大于塔頂。底氣量大于塔頂。 計(jì)算塔徑的關(guān)鍵是確定適宜的空塔氣速，通常計(jì)算塔徑的關(guān)鍵是確定適宜的空塔氣速，通常 是先確定是先確定液泛氣速液泛氣速，然后考慮一個(gè)小于，然后考慮一個(gè)小于1的安全的安全 系數(shù)，計(jì)算出空塔氣速。系數(shù)，計(jì)算出空塔氣速。 4.5 填料塔 v 一.填料塔的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) v 二. 填料的類型及性能評(píng)價(jià). v三.

45、填料塔的流體力學(xué)性能 v四. 填料塔的內(nèi)件 一. 填料塔的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) v 1. 填料塔的結(jié)構(gòu) v填料層：提供氣液接觸的場(chǎng)所。 v液體分布器：均勻分布液體，以避免發(fā)生 溝流現(xiàn)象。 v液體再分布器：避免壁流現(xiàn)象發(fā)生。 v支撐板：支撐填料層，使氣體均勻分布。 v除沫器：防止塔頂氣體出口處夾帶液體。 10.2 填料塔填料塔 v氣體從塔底送入，經(jīng)氣體分布裝置（小直 徑塔一般不設(shè)氣體分布裝置）分布后，與 液體呈逆流連續(xù)通過(guò)填料層的空隙，在填 料表面上，氣液兩相密切接觸進(jìn)行傳質(zhì)。 填料塔屬于連續(xù)接觸式氣液傳質(zhì)設(shè)備，兩 相組成沿塔高連續(xù)變化，在正常操作狀態(tài) 下，氣相為連續(xù)相，液相為分散相。 v當(dāng)液體沿填料層向

46、下流動(dòng)時(shí)，有逐漸向塔壁 集中的趨勢(shì)，使得塔壁附近的液流量逐漸增 大，這種現(xiàn)象稱為壁流。壁流效應(yīng)造成氣液 兩相在填料層中分布不均，從而使傳質(zhì)效率 下降。因此，當(dāng)填料層較高時(shí)，需要進(jìn)行分 段，中間設(shè)置再分布裝置。液體再分布裝置 包括液體收集器和液體再分布器兩部分，上 層填料流下的液體經(jīng)液體收集器收集后，送 到液體再分布器，經(jīng)重新分布后噴淋到下層 填料上。 v2.填料塔的特點(diǎn)(與板式塔相比) v優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： v生產(chǎn)能力大。填料塔內(nèi)件開(kāi)孔率大，空隙 率大，液泛點(diǎn)高。 v分離效率高。填料塔每米理論級(jí)遠(yuǎn)大于板 式塔，尤其在減壓及常壓條件下。 v壓降小?？障堵矢撸枇π?。 v持液量小。 v操作彈性大。 v缺點(diǎn)

47、缺點(diǎn)：填料造價(jià)高；當(dāng)液體負(fù)荷較小時(shí) 不能有效地潤(rùn)濕填料表面，使傳質(zhì)效率 降低；不能直接用于有懸浮物或容易聚 合的物料；對(duì)側(cè)線進(jìn)料和出料等復(fù)雜精 餾不太適合等。 v填料作用 v提供氣液接觸面積； v強(qiáng)化氣體湍動(dòng)，降低氣相傳質(zhì)阻力； v更新液膜表面，降低液相傳質(zhì)阻力。 二. 填料的類型及性能評(píng)價(jià) v1 填料（packings）的類型 v1).分類 v按填料形狀分： 網(wǎng)體填料 實(shí)體填料 v按填料的裝填方式分： 散裝填料 規(guī)整填料 v按材質(zhì)分： 金屬填料 塑料填料 陶瓷填料 石墨填料 v2).常用的幾種填料 v拉西環(huán)(Rasching ring) ： 拉西環(huán)是工業(yè)上最早使用的 一種填料，為外徑與高度相

48、 等的圓環(huán)，通常由陶瓷或金 屬材料制成。 拉西環(huán)拉西環(huán) 環(huán)環(huán) v拉西環(huán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，但堆積時(shí)相鄰 環(huán)間易形成線接觸，填料層的均勻性差，因 而存在嚴(yán)重的向壁偏流和溝流現(xiàn)象，致使傳 質(zhì)效率低。而且流動(dòng)阻力大，操作范圍小。 其改善方面有形、十字格形的拉西環(huán)。 v拉西環(huán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，但堆積時(shí)相鄰 環(huán)間易形成線接觸，填料層的均勻性差，因 而存在嚴(yán)重的向壁偏流和溝流現(xiàn)象，致使傳 質(zhì)效率低。而且流動(dòng)阻力大，操作范圍小。 其改善方面有形、十字格形的拉西環(huán)。 v鮑爾環(huán)(pall ring)：鮑爾環(huán) 是在拉西環(huán)的壁上開(kāi)一層或 兩層長(zhǎng)方形窗口，窗孔的母 材兩層交錯(cuò)地彎向環(huán)中心對(duì) 接。這種結(jié)構(gòu)使填料層內(nèi)氣

49、、 液分布性能大為改善，尤其 是環(huán)的內(nèi)表面得到充分利用。 v與同樣尺寸的拉西環(huán)相比，鮑爾環(huán)的氣液通 量可提高50%，而壓降僅為其一半，分離效 果也得到提高。其改進(jìn)為階梯形鮑爾環(huán)，圓 筒部分的一端制成喇叭口形狀。這樣填料間 呈現(xiàn)點(diǎn)接觸，床層均勻且空隙率大，與鮑爾 環(huán)相比氣體阻力減少25%，生產(chǎn)能力提高 10%。 v階梯環(huán)：鮑爾環(huán)基礎(chǔ)上改 造得出的。環(huán)壁上開(kāi)有窗孔， 其高度為直徑的一半。由于 高徑比的減少，使得氣體繞 填料外壁的平均路徑大為縮 短，減少了阻力。 v弧鞍型(berl saddle) ： 表面全部敞口，不分內(nèi) 外，液體在表面兩側(cè)均 勻流動(dòng)，表面利用率高， 流動(dòng)呈弧形，氣體阻力 小。但兩

50、面對(duì)稱有重疊 現(xiàn)象，容易產(chǎn)生溝流。 強(qiáng)度差，易破碎。應(yīng)用 較少。 v矩鞍型(intolox saddle)：矩鞍形填料 結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，堆積時(shí) 不重疊，均勻性更高。 該填料氣流阻力小， 處理能力大，性能雖 不如鮑爾環(huán)好，但構(gòu) 造簡(jiǎn)單，是一種性能 優(yōu)良的填料。 v環(huán)矩鞍(Intalox)：兼具 環(huán)型、鞍型填料的優(yōu)點(diǎn)。 敞開(kāi)的側(cè)壁有利于氣體 和液體通過(guò)，減少了填 料層內(nèi)滯液死區(qū)。填料 層內(nèi)流體孔道增多，使 氣液分布更加均勻，傳 質(zhì)效率得以提高。 v一般采用金屬材質(zhì)，機(jī) 械強(qiáng)度高。 v球型：球體為空心，氣體和液體從其內(nèi) 部經(jīng)過(guò)。由于球體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，填料裝 填密度均勻，不易產(chǎn)生空穴和架橋，故氣 液分散性

51、能好。 v常采用塑料材質(zhì)。一般用于特定場(chǎng)合，工 程上應(yīng)用較少。 v格柵填料：以條狀單 元體經(jīng)一定規(guī)則組合而 成，其結(jié)構(gòu)隨條狀單元 體的形式和組合規(guī)則而 變，具有多種結(jié)構(gòu)形式。 特點(diǎn)是比表面積較低， 主要用于低壓降、大負(fù) 荷、防堵的場(chǎng)合。 木格柵填料木格柵填料 格里奇格柵填料格里奇格柵填料 v波紋填料：波紋填料是 由許多層波紋薄片組成， 各片高度相同但長(zhǎng)短不等， 搭配組合成圓盤狀，填料 波紋與水平方向成45傾 角，相鄰兩片反向重疊使 其波紋互相垂直。圓盤填 料塊水平放入塔內(nèi)，相鄰 兩圓盤的波紋薄片方向互 成90角。 金屬絲網(wǎng)波紋填料金屬絲網(wǎng)波紋填料 金屬孔板波紋填料金屬孔板波紋填料 v波紋填料因

52、波紋薄片的材料與形狀不同分成 板波紋填料和網(wǎng)波紋填料。 v板波紋填料可由陶瓷、塑料、金屬、玻璃鋼 等材料制成。填料的空隙率大，阻力小，流 體通量大、效率高，而且制造方便、價(jià)格低， 正向通用化、大型化方向發(fā)展。 v脈沖填料：是由帶縮頸的中空 棱柱形單體，按一定方式拼裝而 成的一種規(guī)則填料。脈沖填料組 裝后，會(huì)形成帶鎖頸的多孔棱形 通道，其縱面流道交替收縮和擴(kuò) 大，氣液兩相通過(guò)時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的 湍動(dòng)，在縮頸處，氣速最高，湍 動(dòng)劇烈，從而強(qiáng)化傳質(zhì)，在擴(kuò)大 段，氣速減到最小，實(shí)現(xiàn)兩相的 分離。 v流道收縮、擴(kuò)大的交替重復(fù)，實(shí)現(xiàn)了“脈沖” 傳質(zhì)過(guò)程。 v特點(diǎn)是處理量大，壓降小。適用于真空精餾， 大塔徑場(chǎng)合。

53、 2 填料的性能評(píng)價(jià) v1. 填料的幾何特性 v（1）比表面積）比表面積：?jiǎn)挝惑w積填料層具有的填：?jiǎn)挝惑w積填料層具有的填 料表面積，料表面積，m2/m3。填料的比表面積愈大，。填料的比表面積愈大， 所提供的氣液傳質(zhì)面積愈大，愈有利于傳質(zhì)所提供的氣液傳質(zhì)面積愈大，愈有利于傳質(zhì)。 是評(píng)價(jià)填料性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)重要指標(biāo)。 v說(shuō)明說(shuō)明 v操作中有部分填料表面不被潤(rùn)濕，以致比表 面積中只有某個(gè)分率的面積才是潤(rùn)濕面積。 據(jù)資料介紹，填料真正潤(rùn)濕的表面積只占全 部填料表面積的2050%。 v有的部位填料表面雖然潤(rùn)濕，但液流不暢， 液體有某種程度的停滯現(xiàn)象。這種停滯的液 體與氣體接觸時(shí)間長(zhǎng)，氣液趨于平衡態(tài)，在

54、 塔內(nèi)幾乎不構(gòu)成有效傳質(zhì)區(qū)。為此，須把比 表面積與有效的傳質(zhì)比表面積加以區(qū)分。 v（2）空隙率空隙率：?jiǎn)挝惑w積填料層具有的空隙：?jiǎn)挝惑w積填料層具有的空隙 體積，體積，m3/m3。 值大則氣體通過(guò)填料層的阻值大則氣體通過(guò)填料層的阻 力小，故力小，故值以高為宜。值以高為宜。重要指標(biāo)。 v對(duì)于亂堆填料，當(dāng)塔徑與填料尺寸之比大于8 時(shí)，因每個(gè)填料在塔內(nèi)的方位是隨機(jī)的，填 料層的均勻性較好，這時(shí)填料層可視為各向 同性，填料層的空隙率就是填料層內(nèi)任一橫 截面的空隙截面分率。 v（3）填料因子：比表面積與空隙率三次方 的比值，/3稱為干填料因子，1/m，它反 映特定結(jié)構(gòu)和尺寸填料的綜合流體力學(xué)性能。 當(dāng)填料

55、被液體潤(rùn)濕后，a與均發(fā)生相應(yīng)的變 化，此時(shí)的/3稱為濕填料因子，表示實(shí)際 操作時(shí)填料的流體力學(xué)特性，其值由實(shí)驗(yàn)測(cè) 定。 v填料因子值小表示流動(dòng)阻力小，液泛速度可 以提高。 ： v（4）堆積密度p：?jiǎn)挝惑w積填料的質(zhì)量， 以表示，kg/m3。在機(jī)械強(qiáng)度允許的條件下， 填料壁要盡量薄以減小堆積密度，這樣既增 大了空隙率又降低成本。 v（5）個(gè)數(shù)n：?jiǎn)挝惑w積填料層具有的填料個(gè)數(shù)。 v2.填料的性能評(píng)價(jià) v填料性能的優(yōu)劣常根據(jù)效率、通量及壓降三 要素衡量。 v相同條件下，比表面積愈大，氣液分布愈均 勻，表面的潤(rùn)濕性能愈優(yōu)良，傳質(zhì)效率愈高； v空隙率愈大，則通量愈大，壓降也愈低。 v常用填料綜合性能評(píng)價(jià)見(jiàn)

56、P269表4-5。 三. 填料塔的流體力學(xué)性能 v包括填料層的持液量、填料層的壓降、液泛、 填料表面的潤(rùn)濕及返混等。 v1. 填料層的持液量 v指在一定操作條件下，在單位體積填料層內(nèi) 所積存的液體體積，以(m3液體)/(m3填料)表 示。 v持液量分為靜持液量Hs、動(dòng)持液量Ho和總持 液量Ht。 v靜持液量是指當(dāng)填料被充分潤(rùn)濕后，停止氣 液兩相進(jìn)料，并經(jīng)排液至無(wú)滴液流出時(shí)存留 于填料層中的液體量，其取決于填料和流體 的特性，與氣液負(fù)荷無(wú)關(guān)。 v動(dòng)持液量是指填料塔停止氣液兩相進(jìn)料時(shí)流 出的液體量，它與填料、液體特性及氣液負(fù) 荷有關(guān)?？偝忠毫渴侵冈谝欢ú僮鳁l件下存 留于填料層中的液體總量。顯然，總

57、持液量 為靜持液量和動(dòng)持液量之和，即 st HHH 0 v填料層的持液量可由實(shí)驗(yàn)測(cè)出，也可由經(jīng)驗(yàn) 公式計(jì)算。一般來(lái)說(shuō)，適當(dāng)?shù)某忠毫繉?duì)填料 塔操作的穩(wěn)定性和傳質(zhì)是有益的，但持液量 過(guò)大，將減少填料層的空隙和氣相流通截面， 使壓降增大，處理能力下降。 v 2. 填料層的壓降 v 在逆流操作的填料塔 中，從塔頂噴淋下來(lái)的 液體，依靠重力在填料 表面成膜狀向下流動(dòng)， 上升氣體與下降液膜的上升氣體與下降液膜的 摩擦阻力形成了填料層摩擦阻力形成了填料層 的壓降的壓降。 v填料層壓降與液體噴淋量及氣速有關(guān)填料層壓降與液體噴淋量及氣速有關(guān)，在一在一 定的氣速下，液體噴淋量越大，壓降越大；定的氣速下，液體噴淋量

58、越大，壓降越大； 在一定的液體噴淋量下，氣速越大，壓降也在一定的液體噴淋量下，氣速越大，壓降也 越大越大。將不同液體噴淋量下的單位填料層的 壓降P/Z與空塔氣速u的關(guān)系標(biāo)繪在對(duì)數(shù)坐 標(biāo)紙上，可得到如圖示的線群。 4.2.3 填料塔的流體力學(xué)性能(續(xù)) v 在圖中，直線0表 示無(wú)液體噴淋（L=0） 時(shí)，干填料P/Zu關(guān) 系，稱為干填料壓降線， 直線，斜率為1.82.0。 載點(diǎn)載點(diǎn) 泛點(diǎn)泛點(diǎn) 恒持液量區(qū) 載液區(qū) 液泛區(qū) v曲線1、2、3表示不同 液體噴淋量下，填料層 的P/Zu關(guān)系，稱為 填料操作壓降線，折線， 存在兩轉(zhuǎn)折點(diǎn)，下轉(zhuǎn)折 點(diǎn)稱“載點(diǎn)”，上轉(zhuǎn)折 點(diǎn)稱“泛點(diǎn)”。這兩個(gè) 點(diǎn)將P/Zu線群分成

59、 三個(gè)區(qū)段，即恒持液量 區(qū)、載液區(qū)和液泛區(qū)。 v恒持液量區(qū) v氣速較低時(shí)，液體向下流動(dòng)不受 氣流的影響，填料表面上覆蓋的 液膜厚度基本不變，因而填料層 的持液量不變。在同一空塔氣速 下，由于濕填料層內(nèi)所持液體量 占據(jù)一定空間，故使氣體的真實(shí) 速度較通過(guò)干填料層的速度高， 因而壓降也大，此時(shí)P/Zu位 于干填料壓降線的左側(cè)，且二者 平行。 載點(diǎn)載點(diǎn) 泛點(diǎn)泛點(diǎn) 恒持液量區(qū) 載液區(qū) 液泛區(qū) v載液區(qū) v氣速增大，氣體對(duì)液膜流動(dòng)產(chǎn)生阻滯作用， 使液膜增厚，填料層的持液量隨氣速的增加 而增大，此現(xiàn)象稱為攔液。開(kāi)始發(fā)生攔液現(xiàn) 象時(shí)的空塔氣速稱為載點(diǎn)氣速，超過(guò)載點(diǎn)后， 曲線斜率大于2。 4.2.3 填料塔的流體力學(xué)性能(續(xù)) 液泛區(qū) 氣速繼續(xù)增大，由于液體不能 順利向下流動(dòng)，使填料層的持 液量不斷增大，填料層內(nèi)幾乎 充滿液體。氣速增加很小便會(huì) 引起壓降的劇增，此現(xiàn)象稱為 液泛，開(kāi)始發(fā)生液泛現(xiàn)象時(shí)的 氣速稱為泛點(diǎn)氣速，以u(píng)F表示。 此區(qū)域內(nèi)曲線斜率可達(dá)10以上。 載點(diǎn)載點(diǎn) 泛點(diǎn)泛點(diǎn) 恒持液量區(qū) 載液區(qū) 液泛區(qū) v應(yīng)予指出，在同樣的氣