第四章有害氣體的吸收凈化-終版

第四章有害氣體的吸收凈化主要內(nèi)容4.1概述4.2吸收的基本理論4.3吸收塔及相關(guān)計算4.4化學(xué)吸收和非等溫吸收4.1概述吸收吸收設(shè)備、流程吸收劑吸收凈化技術(shù)的分類--4--什么是吸收？吸收5洗氣瓶6切洋蔥7解吸8焦化廠洗氨塔

吸收的概念

利用適當(dāng)液體吸收（溶解）氣體混合物中的有關(guān)組分（有的還發(fā)生化學(xué)反應(yīng)），以分離氣體混合物的一種操作。氣體吸收是混合氣體中某些組分在氣液相界面上溶解、在氣相和液相內(nèi)由濃度差推動的傳質(zhì)過程。吸收劑氣體yx界面氣相主體液相主體相界面氣相擴(kuò)散液相擴(kuò)散yixi吸收質(zhì)或溶質(zhì)：混合氣體中的溶解組分，以A表示。惰性氣體(inertgas)或載體：不溶或難溶組分，以B表示。吸收劑：吸收操作中所用的溶劑，以S表示。吸收液：吸收操作后得到的溶液，主要成分為溶劑S和溶質(zhì)A。吸收尾氣：吸收后排出的氣體，主要成分為惰性氣體B和少量的溶質(zhì)A。吸收塔混合尾氣(A+B)

吸收液(A+S)

吸收劑(S)吸收尾氣(B)吸收設(shè)備、流程1.吸收設(shè)備—塔設(shè)備2．吸收流程（3）吸收劑在吸收塔內(nèi)再循環(huán)流程（4）吸收-解吸流程氣體吸收的實例具有吸收劑再生功能的連續(xù)吸收流程--15--吸收劑溶解度對溶質(zhì)組分有較大的溶解度選擇性對溶質(zhì)組分有良好的選擇性揮發(fā)性應(yīng)不易揮發(fā)粘性 粘度要低其它無毒、無腐蝕性、不易燃燒、不發(fā)泡、價廉易得，具有化學(xué)穩(wěn)定性，解吸再生比較方便等要求。1.對吸收劑的要求--16--2.常見的吸收劑（1）水（2）堿溶液--17--（3）其他吸收劑18吸收凈化技術(shù)的分類低濃度吸收高濃度吸收4.2吸收的基本理論相組成的表示方法氣液相平衡吸收傳質(zhì)機(jī)理吸收速率20相組成的表示方法1.質(zhì)量分?jǐn)?shù)和摩爾分?jǐn)?shù)用G表示總質(zhì)量，用GA、GB、GC、……分別表示該相所含組分A、B、C…的質(zhì)量，則各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：--21--用n表示一相含有的摩爾總數(shù)，用nA、nB、nC、……分別表示該相所含組分A、B、C…的摩爾數(shù)，則各組分的摩爾分?jǐn)?shù)為：--22--習(xí)慣上，液相的摩爾分?jǐn)?shù)用x表示，氣相摩爾分?jǐn)?shù)用y表示。對理想氣體而言，氣相中組分的摩爾分?jǐn)?shù)的數(shù)值就等于它的體積分?jǐn)?shù)值。氣體組分的濃度有時又可用組分的分壓表示。根據(jù)道爾頓分壓定律：--23--2.質(zhì)量濃度和摩爾濃度某單位體積所含組分的質(zhì)量或摩爾數(shù)，即為質(zhì)量濃度和摩爾濃度。用--24--3.比質(zhì)量分?jǐn)?shù)和比摩爾分?jǐn)?shù)某組分的質(zhì)量或摩爾數(shù)與此相中除此組分之外的質(zhì)量或摩爾數(shù)之比。--25----26--已知氨水中氨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%，求氨的摩爾分?jǐn)?shù)和比摩爾分?jǐn)?shù)？EXAMPLE--27--實驗測得在總壓101.325kPa及溫度20℃下，100g水中含氨1g時，液面上氨的平衡分壓為800Pa。求氣、液兩相的組成（以摩爾濃度表示）。EXAMPLE28氣液相平衡氣體吸收過程實質(zhì)上是溶質(zhì)組分自氣相通過相界面轉(zhuǎn)移（遷移）到液相的過程。（1）氣體吸收過程的推動力是什么？（2）若氣液兩相能充分完全的接觸，則吸收過程的極限是什么？1.平衡分壓在一定條件下，任何氣體在某種溶劑中溶解達(dá)到平衡時，其在氣相中的分壓是一定的。2.吸收過程吸收過程進(jìn)行的方向與極限取決于溶質(zhì)（氣體）在氣液兩相中的平衡關(guān)系。p表示在吸收過程中，氣相中溶質(zhì)的實際分壓；p*表示平衡分壓；

p＞p*時，溶質(zhì)便由氣相向液相轉(zhuǎn)移，吸收

p＜p*時，溶質(zhì)便由液相向氣相轉(zhuǎn)移，即吸

收的逆過程，稱為解吸(或脫吸)。

p＝p*時，處于氣液平衡狀態(tài)3.溶解度氣液達(dá)到平衡時，吸收劑吸收的氣體量已達(dá)到最大限度時，每立方米吸收劑能吸收的極限氣體量(即平衡狀態(tài)下液相中吸收質(zhì)濃度)。任何氣體與液體接觸后，都會產(chǎn)生溶解。容易溶解的稱為易溶氣體；不易溶解的稱為難溶氣體。易溶和難溶是相對同一種吸收劑而言。溶解度曲線：在一定溫度、壓力下，平衡時溶質(zhì)在氣相和液相中的濃度的關(guān)系曲線。溶解度/[g(NH3)/1000g(H2O)]1000500020406080100120pNH3/kPa50oC40oC30oC20oC10oC0oC120溶解度/[g(SO2)/1000g(H2O)]250200020406080100pSO2/kPa1501005012050oC40oC30oC20oC10oC0oC難溶體系溶解度適中體系

易溶體系（1）不同氣體的溶解度差異很大（2）對于稀溶液或極稀溶液，溶解度曲線近似為直線pA=723cApA=25.5cApA=0.36cApA=0.0136cA（3）加壓、降溫有利于吸收操作定義：用來描述稀溶液（或難溶氣體）在一定溫度下，當(dāng)總壓不高時，互成平衡的氣液兩相組成之間的關(guān)系?；旌蠚怏w總壓不高（P<5atm，氣相可視作理想氣體）稀溶液（可視作理想溶液，x<0.05）由于氣液相組成可以采用不同的表示方法，故亨利定律有不同的表示形式。氣相：pi，yi，Yi液相：ci，xi，Xi344.亨利定律（Henry’slaw）pi~xi關(guān)系pi~ci關(guān)系yi~xi關(guān)系Yi~Xi關(guān)系（1）基本式(p*~x)式中：p*—溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓，kPa；x—溶質(zhì)在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)；E—亨利系數(shù)，kPa。亨利系數(shù)的值隨物系的特性及溫度而異；E值的大小代表了氣體在該溶劑中溶解的難易程度；在同一溶劑中，難溶氣體E值很大，易溶氣體E值很??；物系一定，E值一般隨溫度的上升而增大；E的單位與氣相分壓的壓強單位一致。y*：與該液相組成平衡的氣相中溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)；x：液相中溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)；m：相平衡常數(shù)，無因次。（2）y*~x關(guān)系注意：對于一定的物系，相平衡常數(shù)m是溫度及總壓的函數(shù)。m值愈小表明該氣體的溶解度愈大。溫度降低、總壓升高則m值變小，有利于吸收操作。在低濃度氣體吸收計算中，通常采用基準(zhǔn)不變的比摩爾分?jǐn)?shù)Y（或X）表示組成。由y*=mx可得以比摩爾分?jǐn)?shù)表示的相平衡關(guān)系為當(dāng)m趨近1或當(dāng)X很小時（3）Y*~X關(guān)系CA

——溶質(zhì)在液相中的摩爾濃度，kmol/m3；H——溶解度系數(shù)；kmol/(m3kPa)；（4）p*~C關(guān)系注意：①H是溫度的函數(shù)，T↑→H↓→溶解度↓②不同溶質(zhì)H不同，易溶氣體H大，難溶氣體H小定律形式常數(shù)含義備注p*=ExE,亨利系數(shù)p*,稀溶液中溶質(zhì)（被吸收組分）平衡分壓，x為被吸收組分在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)對于一定物系，E是溫度的函數(shù)，一般，溫度上升，E增大，不利于氣體吸收。同一溶劑中難溶氣體E值大p*=C/HH,溶解度系數(shù)C為吸收質(zhì)的摩爾濃度（kmol/m3

）H為溶解度系數(shù)，（kmol/(m3Pa)）,實驗測定。H為溫度的函數(shù)，隨溫度升高減小同一溶劑中難溶氣體H值小E＝(1/H)*(den/M)den為溶液的密度，M是溶劑A的相對分子質(zhì)量y*=mxm,相平衡常數(shù)m＝E/p,p為氣相的總壓一定物系，它是溫度和壓強的函數(shù)。同一溶劑中難溶氣體m值大Y*=mXm同上稀溶液或難溶氣體時適用亨利定律既可由液相組成計算氣相組成，也可由氣相組成計算液相組成。由液相組成求氣相組成：由氣相組成求液相組成：亨利定律適用條件：理想溶液或稀溶液（一般x<0.05）,總壓<5atm。（5）亨利定律的應(yīng)用平衡關(guān)系描述的是吸收過程中氣液兩相接觸傳質(zhì)的極限狀態(tài)，而實際上，由于在吸收塔中氣液兩相的接觸時間有限，很難達(dá)到平衡狀態(tài)。因此，根據(jù)氣液兩相實際組成與相應(yīng)條件下平衡組成的比較，可以判斷傳質(zhì)進(jìn)行的方向確定傳質(zhì)推動力的大小指明傳質(zhì)過程所能達(dá)到的極限判斷傳質(zhì)進(jìn)行的方向設(shè)某瞬時，氣相中溶質(zhì)的實際組成為y，溶液中溶質(zhì)的實際組成為x。若傳質(zhì)方向由氣相到液相進(jìn)行吸收過程若傳質(zhì)方向由液相到氣相進(jìn)行解吸過程結(jié)論：若系統(tǒng)氣、液相濃度(y,x)在平衡線上方，則體系將發(fā)生從氣相到液相的傳質(zhì)，即吸收過程。yxoy*=f(x)Pyxy*x*釋放溶質(zhì)吸收溶質(zhì)結(jié)論：若系統(tǒng)氣、液相濃度(y,x)在平衡線下方，則體系將發(fā)生從液相到氣相的傳質(zhì)，即解吸過程。yxoy*=f(x)Qyxy*x*釋放溶質(zhì)吸收溶質(zhì)結(jié)論：若系統(tǒng)氣、液相濃度(y,x)處于平衡線上，則體系從宏觀上講將不會發(fā)生相際間的傳質(zhì)，即系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。yxoy*=f(x)Ryxy*x*確定傳質(zhì)的推動力以氣相表示的傳質(zhì)推動力以液相表示的傳質(zhì)推動力傳質(zhì)的推動力示意圖y*=mx指明傳質(zhì)進(jìn)行的極限對于逆流吸收塔液相出口最大組成氣相出口最低組成X2X1Y1Y21.氨-水的相平衡方程y*=0.94x。若讓y=0.06的含氨混合氣與x=0.1的氨水接觸，則將發(fā)生

（吸收還是解吸）；2.若讓y=0.1的含氨混合氣與x=0.06的氨水接觸，則將發(fā)生

（吸收還是解吸）。EXAMPLE3.某系統(tǒng)溫度為10℃，總壓101.325kPa，氧氣在水中的亨利系數(shù)E為3.31×106kPa，試求此條件下在與空氣充分接觸后的水中，每立方米水溶解了多少克氧氣？4.在總壓101.325kPa，溫度30℃的條件下,SO2摩爾分?jǐn)?shù)為0.3的混合氣體與SO2摩爾分?jǐn)?shù)為0.01的水溶液相接觸，亨利系數(shù)E=0.485×104kPa。問題：（1）判斷SO2的傳質(zhì)方向；（2）其它條件不變，溫度降到0℃，此時亨利系數(shù)E=0.167×104kPa，判斷SO2的傳質(zhì)方向，并計算以液相摩爾分?jǐn)?shù)差及氣相摩爾分?jǐn)?shù)差表示的傳質(zhì)推動力。5.在P=1000kPa，T=25℃下，含CO2

y=0.06的空氣與含CO2為0.1g/L的水溶液接觸，亨利系數(shù)

E=1.66×105kPa。問題：（1）將發(fā)生吸收還是解吸？（2）如氣體與水溶液逆流接觸，空氣中的CO2含量最低可能降到多少？

過程方向：

y>y*,x<x*

；吸收y<y*,x>x*

；解吸過程極限：x1max=x1*

=y1/my2min=y2*

=mx2

過程推動力：△y=y-y*

；△p=p-p*

；△x=x*

-x；△c=c*

-c?？偨Y(jié)吸收傳質(zhì)機(jī)理1.傳質(zhì)過程在含有兩個或兩個以上組分的混合體系中，如果存在濃度梯度，某一組分（或某些組分）將有高濃度區(qū)向低濃度區(qū)移動的趨勢，該移動過程稱為傳質(zhì)過程。

（1）氣相內(nèi)傳質(zhì)（2）通過界面的傳質(zhì)（3）液相內(nèi)傳質(zhì)吸收過程是溶質(zhì)由氣相向液相轉(zhuǎn)移的相際傳質(zhì)過程，可分為三個步驟：氣相主體液相主體相界面溶解氣相擴(kuò)散液相擴(kuò)散2.吸收過程由W.K.Lewis和W.G.Whitman在上世紀(jì)二十年代提出，是最早出現(xiàn)的吸收傳質(zhì)理論。（1）氣液兩相存在一個穩(wěn)定的相界面，界面兩側(cè)存在穩(wěn)定的氣膜和液膜。膜內(nèi)為層流，A以分子擴(kuò)散方式通過氣膜和液膜。（2）相界面處兩相達(dá)平衡，無擴(kuò)散阻力。

（3）在膜層以外的兩相主流區(qū)由于流體湍動劇烈，傳質(zhì)速率高，傳質(zhì)阻力可以忽略不計，相際的傳質(zhì)阻力集中在兩個膜層內(nèi)。3.雙膜理論氣相主體液相主體相界面pi=ci/Hp12pi

ci

c氣膜液膜分子擴(kuò)散：一相內(nèi)部有濃度差異的條件下，由于分子的無規(guī)則熱運動而造成的物質(zhì)傳遞現(xiàn)象。AB4.分子擴(kuò)散與菲克定律

菲克定律擴(kuò)散方向與濃度梯度方向相反JA：組分A的擴(kuò)散速率，kmol/（m2·h）DAB：組分A在惰性氣體B中的擴(kuò)散系數(shù)，m2/hdCA/dZ：組分A的濃度梯度，kmol/m4單位時間通過單位面積擴(kuò)散傳遞的物質(zhì)量與濃度梯度成正比

，單位：kmol/(m2.s)。（1）吸收質(zhì)A通過氣膜的穩(wěn)定擴(kuò)散假設(shè)吸收質(zhì)A組分通過惰性氣體B的擴(kuò)散是不隨時間變化的穩(wěn)定擴(kuò)散，其擴(kuò)散速率即單位時間通過單位傳質(zhì)面積的物質(zhì)量為：擴(kuò)散方向與濃度梯度方向相反NA：組分A的擴(kuò)散速率，kmol/（m2·h）DAB：組分A在惰性氣體B中的擴(kuò)散系數(shù)，m2/hdCA/dZ：組分A的濃度梯度，kmol/m4擴(kuò)散系數(shù)D表示物質(zhì)在介質(zhì)中的擴(kuò)散能力，其值主要與擴(kuò)散物質(zhì)和介質(zhì)的種類、溫度、壓力有關(guān)，而與氣體的濃度關(guān)系不大。組分A在相對靜止的惰性氣體中的擴(kuò)散速率方程式為：pt：總壓，101kPaR：氣體常數(shù)，8314.7m3·Pa/(kmol·K)T：開爾文溫度，KZG：氣膜厚度，即擴(kuò)散距離，m

pA、pAi：A組分在氣相主體中、相界面的分壓，Pa63pBm：組分B在相界面處的分壓與氣相中分壓的對數(shù)平均值，Papt/pBm：漂流因數(shù)，反映總體流動的相對大小，即在擴(kuò)散方向上的有總體流動而使組分A擴(kuò)散速率提高的程度。當(dāng)吸收質(zhì)濃度很低時，pBm≈pt，則（2）吸收質(zhì)A通過液膜的穩(wěn)定擴(kuò)散液體中分子擴(kuò)散的速率是按吸收質(zhì)A通過相對靜止溶劑C的擴(kuò)散速率計算的，即：NA：組分A的擴(kuò)散速率，kmol/（m2·h）DAC：組分A在溶劑C中的擴(kuò)散系數(shù)，m2/hdCA/dZ：組分A的濃度梯度，kmol/m4整理后可得出：ZL：液膜厚度，即擴(kuò)散距離，m

Ct：液相中溶質(zhì)A和溶劑C的總摩爾濃度，kmol/m3CCm：吸收劑C在相界面處和液相主體中兩處濃度的對數(shù)平均值，kmol/m3CAi

、

CA

：A組分在相界面和液相主體中的摩爾濃度，kmol/m3Ct/CCm：漂流因數(shù)，反映總體流動的相對大小，即在擴(kuò)散方向上的有總體流動而使組分A擴(kuò)散速率提高的程度。當(dāng)吸收質(zhì)濃度很低時，CCm≈Ct，則（3）擴(kuò)散系數(shù)的求取氣體組分在氣體中擴(kuò)散的擴(kuò)散系數(shù)DAB比氣體組分在液相中的擴(kuò)散系數(shù)DAC大得多。如果已知在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的擴(kuò)散系數(shù)為D0，則可按下式計算出溫度為T、壓強為p時的擴(kuò)散系數(shù)D值。69吸收速率1.概念吸收速率：吸收過程中,單位時間通過單位相際傳質(zhì)面積所傳遞的物質(zhì)量。吸收速率方程式:表達(dá)吸收速率及其影響因素的數(shù)學(xué)表達(dá)式。

速率=推動力/阻力702.吸收速率方程式（1）組分A通過氣膜的吸收速率方程式或中令或則kG——氣相吸收分系數(shù)，kmol/(m2·h·Pa)，倒數(shù)1/kG即為吸收質(zhì)A通過氣膜的阻力。kG—推動力為分壓差的氣相傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(hm2kPa)ky—推動力為摩爾分?jǐn)?shù)差的氣相傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(hm2)kY—推動力為比摩爾分?jǐn)?shù)差的氣相傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(hm2)p、y、Y—溶質(zhì)A在氣相主體的分壓(kPa)、摩爾分?jǐn)?shù)和比摩爾分?jǐn)?shù)pi

、yi、Yi—溶質(zhì)A在界面氣相側(cè)的分壓(kPa)、摩爾分?jǐn)?shù)和比摩爾分?jǐn)?shù)氣相傳質(zhì)速率方程常用的表達(dá)形式有3種：G不同單位的傳質(zhì)系數(shù)數(shù)值不同，但可根據(jù)組成表示法的相互關(guān)系進(jìn)行換算。例如：根據(jù)p=pty，有對y

值較小的低濃度吸收：則再如：73（2）組分A通過液膜的吸收速率方程式或中令或則kL——液相吸收分系數(shù)，m/h，倒數(shù)1/kL即為吸收質(zhì)A通過液膜的阻力。液相傳質(zhì)速率方程常用的表達(dá)形式也有3種：kL—

推動力為摩爾濃度差的液相傳質(zhì)系數(shù)，m/h；kx—

推動力為摩爾分?jǐn)?shù)差的液相傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(hm2)；kX—

推動力為比摩爾分?jǐn)?shù)差的液相傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(hm2)；c、x、X—

溶質(zhì)A在液相主體的摩爾濃度、摩爾分?jǐn)?shù)和比摩爾分?jǐn)?shù)；ci、xi、Xi—

溶質(zhì)A在界面液相側(cè)的摩爾濃度、摩爾分?jǐn)?shù)和比摩爾分?jǐn)?shù)同樣，根據(jù)各種表示法的相互關(guān)系可推得式中ct為液相的總摩爾濃度。液相濃度很低時：氣相主體液相主體相界面pi=ci/Hp12pi

ci

c氣膜液膜（3）吸收總系數(shù)和分系數(shù)的關(guān)系77總吸收傳質(zhì)速率=氣相吸收傳質(zhì)速率=液相吸收傳質(zhì)速率

在吸收操作中，氣液兩相的平衡關(guān)系服從亨利定律：因此在兩相主體在兩相界面78上式可改寫為：KG——以氣相組成(pA-pA*)表示吸收過程總推動力的氣相傳質(zhì)總系數(shù)，kmol/(m2·h·Pa)，倒數(shù)1/KG即為吸收傳質(zhì)過程的總阻力。同理可推導(dǎo)出：Ky——以氣相組成(y-y*)表示吸收過程總推動力的氣相傳質(zhì)總系數(shù)，kmol/(m2·h)80同理可得：KL——以液相組成(CA*-CA)表示吸收過程總推動力的液相傳質(zhì)總系數(shù)，m/h，倒數(shù)1/KL即為吸收傳質(zhì)過程的總阻力。同理可推導(dǎo)出：Kx——以液相組成(x*-x)表示吸收過程總推動力的氣相傳質(zhì)總系數(shù)，kmol/(m2·h)進(jìn)而可推導(dǎo)出：吸收傳質(zhì)速率方程的常見形式吸收傳質(zhì)速率方程

總傳質(zhì)系數(shù)

相內(nèi)或同基準(zhǔn)的傳質(zhì)系數(shù)換算

相際或不同基準(zhǔn)傳質(zhì)系數(shù)換算

已知某填料塔中氣相吸收分系數(shù)kG=2.67×10-6kmol/(m2·h·Pa)，液相吸收分系數(shù)kL=0.42m/h。試計算氣相和液相傳質(zhì)總系數(shù)。已知平衡關(guān)系y=102x，吸收劑是水，塔內(nèi)總壓為104800Pa。EXAMPLE吸收塔吸收塔的計算總述物料衡算與操作線方程吸收劑的用量填料塔的液泛速度和直徑填料層高度的計算填料層壓降的計算4.3吸收塔及相關(guān)計算1.吸收塔基本要求吸收塔（1）結(jié)構(gòu)填料塔是氣液互成逆流的連續(xù)微分接觸式塔型。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。氣液兩相間的傳質(zhì)通常是在填料表面的液體與氣體間的相界面上進(jìn)行的。液體分布器氣體出口液體入口塔殼填料液體再分布器支承柵板氣體入口液體出口填料塔2.吸收塔種類（2）填料

對填料的基本要求：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，用σ表示，單位為m2／m3。還要求填料有良好的潤濕性及有利于液體均勻分布的形狀。要求有較高的空隙率

單位體積填料所具有的空隙體積稱為填料的空隙率，用ε表示，單位為m3／m3。一般說填料的空隙率多在0.45～0.95范圍內(nèi)，當(dāng)ε較高時，氣、液通過能力大且氣流阻力小，操作彈性范圍較寬。經(jīng)濟(jì)、實用及可靠要求填料單位體積的質(zhì)量輕、造價低、堅固耐用、不易堵塞、有足夠的機(jī)構(gòu)強度、對于氣液兩相介質(zhì)都具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。填料類型實體填料包括環(huán)形填料(如拉西環(huán)、鮑爾環(huán)和階梯環(huán))，鞍型填料(如弧鞍、矩鞍)，柵板填料以及波紋填料等以及由陶瓷、金屬、塑料等材質(zhì)制成的填料。網(wǎng)體填料主要是由金屬絲網(wǎng)制成的填料，如鞍形網(wǎng)、θ網(wǎng)、波紋網(wǎng)等。（1）結(jié)構(gòu)

板式塔是在塔體內(nèi)設(shè)置一層層的板作為氣液接觸元件。主要由圓柱形殼體、塔板、溢流堰、降液管及受液盤等部件構(gòu)成。

１－塔殼體；２－塔板；３－溢流堰；４－受液盤；５－降液管板式塔（2）塔板類型塔板上的氣液接觸元件氣液接觸元件是使氣體通過塔板時將其均勻分散在液層中進(jìn)行傳質(zhì)的氣體分布裝置。它可采用塔板上開篩孔(如篩板塔)，或在塔板上開大孔再在孔上覆以具有多種結(jié)構(gòu)特點的元件的方式(如泡罩塔、浮閥塔等)。塔板分類塔板可分為有降液管式塔板（也稱溢流式塔板或錯流式塔板）及無降液管式塔板（也稱穿流式塔板或逆流式塔板）兩類.在工業(yè)生產(chǎn)中，以有降液管式塔板應(yīng)用最為廣泛.泡罩塔板工業(yè)上應(yīng)用最早的塔板，主要由升氣管及泡罩構(gòu)成。泡罩安裝在升氣管的頂部，有80、100、150mm三種尺寸。泡罩的下部周邊開有很多齒縫，齒縫一般為三角形、矩形或梯形。泡罩在塔板上為正三角形排列。優(yōu)點是操作彈性較大，塔板不易堵塞；缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高，板上液層厚，塔板壓降大，生產(chǎn)能力及板效率較低。泡罩塔板已逐漸被篩板、浮閥塔板所取代，在新建塔設(shè)備中已很少采用。常見塔板介紹篩孔塔板（簡稱篩板）塔板上開有許多均勻的小孔，孔徑一般為3～8mm。篩孔在塔板上為正三角形排列。塔板上設(shè)置溢流堰，使板上能保持一定厚度的液層。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、造價低，板上液面落差小，氣體壓降低，生產(chǎn)能力大，傳質(zhì)效率高；缺點是篩孔易堵塞，不宜處理易結(jié)焦、粘度大的物料。浮閥塔板具有泡罩塔板和篩孔塔板的優(yōu)點，應(yīng)用廣泛。浮閥的類型很多，國內(nèi)常用的有F1型、V-4型及T型等。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、造價低，生產(chǎn)能力大，操作彈性大，塔板效率較高；缺點是處理易結(jié)焦、高粘度的物料時，閥片易與塔板粘結(jié)，在操作過程中有時會發(fā)生閥片脫落或卡死等現(xiàn)象，使塔板效率和操作彈性下降。噴射型塔板舌型塔板舌型塔板在塔板上沖出許多舌孔，方向朝塔板液體流出口一側(cè)張開。舌片與板面成一定的角度，有18°、20°、25°三種（一般為20°），舌片尺寸有50×50mm和25×25mm兩種。舌孔按正三角形排列，塔板的液體流出口一側(cè)不設(shè)溢流堰，只保留降液管，降液管截面積要比一般塔板設(shè)計得大些。優(yōu)點是生產(chǎn)能力大，塔板壓降低，傳質(zhì)效率較高；缺點是操作彈性較小，氣體噴射作用易使降液管中的液體夾帶氣泡流到下層塔板，從而降低塔板效率。浮舌塔板與舌型塔板相比，浮舌塔板的結(jié)構(gòu)特點是其舌片可上下浮動。浮舌塔板兼有浮閥塔板和固定舌型塔板的特點，具有處理能力大、壓降低、操作彈性大等優(yōu)點。設(shè)計型計算按給定的生產(chǎn)任務(wù)和工藝條件來設(shè)計滿足任務(wù)要求的單元設(shè)備。操作型計算根據(jù)已知的設(shè)備參數(shù)和工藝條件來求算所能完成的任務(wù)。吸收塔的計算總述物料衡算與操作線方程吸收劑的用量計算塔徑計算填料層高度的計算填料層壓降的計算填料塔設(shè)計計算的主要內(nèi)容以逆流操作的填料塔為例：下標(biāo)“1”代表塔內(nèi)填料層下底截面，下標(biāo)“2”代表填料層上頂截面。V：惰性氣體B的摩爾流率kmol/s；L：吸收劑S的摩爾流率kmol/s；Y：溶質(zhì)A在氣相中的比摩爾分?jǐn)?shù)；

X：溶質(zhì)A在液相中的比摩爾分?jǐn)?shù)。目的：計算給定吸收任務(wù)下所需的吸收劑用量L或吸收劑出口濃度X1。V,Y2V,Y1L,X1L,X2V,YL,X物料衡算與操作線方程對穩(wěn)定吸收過程，單位時間內(nèi)氣相在塔內(nèi)被吸收的溶質(zhì)A

的量必須等于液相吸收的量。全塔物料衡算為：V,Y2V,Y1L,X1L,X2V,YL,X若GA為吸收塔的傳質(zhì)負(fù)荷，即氣體通過填料塔時，單位時間內(nèi)溶質(zhì)被吸收劑吸收的量kmol/s，則進(jìn)塔氣量V和組成Y1是吸收任務(wù)規(guī)定的，進(jìn)塔吸收劑溫度和組成X2一般由工藝條件所確定，出塔氣體組成Y2則由任務(wù)給定的吸收率求出V,Y2V,Y1L,X1L,X2V,YL,X同理，若在任一截面與塔頂端面間作溶質(zhì)A的物料衡算，則上兩式均稱為吸收操作線方程，L/V稱為吸收塔操作的液氣比。若取填料層任一截面與塔的塔底端面之間的填料層進(jìn)行物料衡算則V,Y2V,Y1L,X1L,X2V,YL,XV,Y2V,Y1L,X1L,X2V,YL,X當(dāng)L/V一定，操作線方程在Y-X圖上為以液氣比L/V為斜率，過塔進(jìn)、出口的氣、液兩相組成點(Y1，X1)和(Y2，X2)的直線，稱為吸收操作線。線上任一點的坐標(biāo)(Y，X)代表了塔內(nèi)該截面上氣、液兩相的組成。操作線上任一點P與平衡線間的垂直距離(Y-Y*)為塔內(nèi)該截面上以氣相為基準(zhǔn)的吸收傳質(zhì)推動力；與平衡線的水平距離(X*-X)為該截面上以液相為基準(zhǔn)的吸收傳質(zhì)推動力。兩線間垂直距離（Y-Y*）或水平距離（X*-X）的變化顯示了吸收過程推動力沿塔高的變化規(guī)律。YX0Y*=f(X)AY1X1X2Y2BYXX*Y*PY-Y*X*-X可知吸收劑出塔濃度X1與吸收劑用量L是相互制約的。選取的L/V，操作線斜率，操作線與平衡線的距離，塔內(nèi)傳質(zhì)推動力，完成一定分離任務(wù)所需塔高；但吸收劑用量，吸收劑出塔濃度X1

，循環(huán)和再生費用。若L/V

，吸收劑出塔濃度X1

，塔內(nèi)傳質(zhì)推動力，完成相同任務(wù)所需塔高，設(shè)備費用。吸收劑的用量當(dāng)L/V下降到某一值時，操作線將與平衡線相交或者相切，此時對應(yīng)的L/V稱為最小液氣比，用(L/V)min表示，而對應(yīng)的X1則用X1,max表示。YX0Y*=f(X)AY1X1X2Y2BL/VY-Y*A’X1’(L/V)’X1,max(L/V)minC實際液氣比應(yīng)在大于最小液氣比的基礎(chǔ)上，兼顧設(shè)備費用和操作費用兩方面因素，按總費用最低的原則來選取。根據(jù)生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，一般取注意：在實際應(yīng)用中，還必須使填料表面能被液體充分潤濕以保證兩相均勻分散并有足夠的傳質(zhì)面積，因此吸收劑用量L值還應(yīng)不小于所選填料的最小潤濕率，即單位塔截面上、單位時間內(nèi)的液體流量不得小于某一最低允許值。

有一填料塔，用20℃的水從空氣和氨氣混合氣中吸收氨，氨濃度為6%（體積百分比）。氣體入口流量為1400m3/h（0℃），經(jīng)吸收后，98%的氨被吸收。設(shè)進(jìn)塔水中不含氨，平衡關(guān)系服從亨利定律Y=1.68X。求（1）最小用水量；（2）實際用水量（L=1.38Lmin）；（3）氨水的最大濃度。EXAMPLE118填料塔的液泛速度和直徑氣、液兩相速度較低時兩相接觸面<填料的幾何表面積氣、液兩相速度增加兩相接觸面≈填料的幾何表面積氣、液兩相速度繼續(xù)增加兩相的接觸發(fā)展到填料的空隙間，乳化狀態(tài)119當(dāng)沿填料層的全部高度都達(dá)到乳化狀態(tài)后，再增加塔的負(fù)荷，填料層的上方就會出現(xiàn)液體的積累，液層很快增高，充滿填料層后，被氣體帶出塔外。填料塔的液泛現(xiàn)象泛點開始出現(xiàn)液泛現(xiàn)象的點稱為泛點。液泛速度泛點的氣體速度。120液泛速度與物系的物性、填料的特性、排列方式、氣液負(fù)荷的大小等因素有關(guān)。121uf：液泛速度，m/sψ

：液體密度校正因子，水的密度與液體密度之比，無因次；Φ：填料因子，1/m；ρV、ρL

：氣體和液體的密度，kg/m3；μL：液體粘度，mPa·s；g：重力加速度，9.81m/s2；GV，GL：氣體和液體的質(zhì)量流速，kg/m2·s122122實際操作氣速填料塔內(nèi)的實際操作氣速。u=0.6~0.8uf塔徑某廠用水吸收含SO2的煙氣，每小時需處理混合氣1000m3，實際用水量為24600kg/h，塔內(nèi)用50mm×50mm×4.5mm的瓷制拉西環(huán)亂堆，在20℃、101kPa下進(jìn)行操作，試計算其液泛速度及塔徑。若以同規(guī)格的瓷制鮑爾環(huán)代替，試求其塔徑。已知操作條件下ρG=1.335kg/m3，ρL=1000kg/m3。EXAMPLE124填料層高度的計算填料塔高度填料層高度填料段之間的空間高度（800mm）塔頂空間高度（1000mm）塔底空間高度（1500mm）若dZ微元段內(nèi)傳質(zhì)速率為NA，填料提供的傳質(zhì)面積為dA=adZ，則通過傳質(zhì)面積dF溶質(zhì)A

的傳遞量為對高度為dZ的微分段作物料衡算可得溶質(zhì)A在單位時間內(nèi)由氣相轉(zhuǎn)入液相的量：V,Y2V,Y1L,X1L,X2YXZY+dYdZX+dX：塔的截面積，m2；Z：填料層高度，m；a：填料的比表面積為，m2/m3。此傳質(zhì)量也就是在dZ段內(nèi)溶質(zhì)A由氣相轉(zhuǎn)入液相的量。將NA以比摩爾分?jǐn)?shù)表示的總的傳質(zhì)速率方程代入，則有：對上兩式沿塔高積分得整理可得：對氣相總傳質(zhì)系數(shù)和推動力：HOG——氣相總傳質(zhì)單元高度，m；NOG——氣相總傳質(zhì)單元數(shù)，無因次。若令則HOL——液相總傳質(zhì)單元高度，m；NOL——液相總傳質(zhì)單元數(shù)，無因次。對液相總傳質(zhì)系數(shù)和推動力：若令則傳質(zhì)單元數(shù)的計算圖解積分法倍克圖解法吸收因子法對數(shù)平均推動力法圖解積分法由定義直接圖解積分求?。?）繪圖，求若干個（Y-Y*)值YX0Y*=f(X)AY1X1X2Y2BYXX*Y*PY-Y*（2）計算相應(yīng)的1/(Y-Y*)值（3）以Y為橫坐標(biāo)，1/(Y-Y*)為縱坐標(biāo)，繪圖（4）曲線所包圍的面積，即為NOG1/(Y-Y*)Y倍克圖解法操作線方程可寫為相平衡方程則吸收因子法令S=(mV)/L，即解吸因子則令A(yù)=L/(mV)，即吸收因子則為了計算方便，將此式繪制成