化工原理下册吸收课件.ppt

1、何燕 2022年10月8日本讲内容：本讲内容：1.吸收的依据和目的2.工业吸收过程3.吸收设备中气液两、相接触方式4.吸收操作的分类第一节概述学习目标：学习目标：掌握吸收的依据和目的以及吸收操作的分类。一、吸收的依据和目的一、吸收的依据和目的1、def吸收是分离气体混合物的单元操作。它利用适当液吸收是分离气体混合物的单元操作。它利用适当液体吸收剂处理混合气体，利用混合气中各组分的溶解度不体吸收剂处理混合气体，利用混合气中各组分的溶解度不同而将气体混合物分离的操作。例如同而将气体混合物分离的操作。例如CO2和空气的分离。和空气的分离。2、吸收操作过程常用术语、吸收操作过程常用术语（1）吸收剂：吸

2、收过程所用的液体，）吸收剂：吸收过程所用的液体，S；（2）吸收质：混合气中能被溶剂吸收组分，）吸收质：混合气中能被溶剂吸收组分，A；（3）惰性气：混合气中不能被溶剂吸收组分，）惰性气：混合气中不能被溶剂吸收组分，B；（4）吸收液：吸收操作所得溶液，）吸收液：吸收操作所得溶液，A+S；（5）吸收尾气：排除的气体，）吸收尾气：排除的气体，B+（A）小结吸收的依据和目的吸收依据：根据气体混合物各组分在某溶剂根据气体混合物各组分在某溶剂中的溶解度不同而进行分离。中的溶解度不同而进行分离。吸收的目的：分离气体混合物分离气体混合物（1 1）分离混合气体以获得一定的组分。分离混合气体以获得一定的组分。（2

3、2）除去有害组分以净化或精制气体。除去有害组分以净化或精制气体。（3 3）制备某种气体的溶液。制备某种气体的溶液。（4 4）工业废气的治理。工业废气的治理。二、工业吸收过程吸收与解吸流程吸收与解吸流程含苯煤气含苯煤气脱苯煤气脱苯煤气洗油洗油苯苯水水过热蒸汽过热蒸汽加热器加热器冷却器冷却器1、看图（煤气净化工艺）、看图（煤气净化工艺）2、吸收需考虑下列问题、吸收需考虑下列问题（1 1）选合适的吸收剂）选合适的吸收剂a.a.溶解度大溶解度大b.b.选择性高选择性高c.c.再生容易再生容易d.d.挥发性小挥发性小e.e.粘度低粘度低f.f.化学稳定性高化学稳定性高g.g.腐蚀性低腐蚀性低h.h.无毒

4、、无害、价廉等无毒、无害、价廉等选择原则：经济、合理选择原则：经济、合理(2)(2)适当的气液传质设备适当的气液传质设备三、吸收设备中气、液接触方式1、板式塔：逐级接触式、板式塔：逐级接触式2、填料塔：连续接触式、填料塔：连续接触式四、吸收操作的分类1.根据溶质与溶剂是否反应：根据溶质与溶剂是否反应：物理吸收物理吸收和和化学吸收化学吸收2.根据热效应：根据热效应：非等温吸收非等温吸收和和等温吸收等温吸收3.根据被吸收溶质的数目：根据被吸收溶质的数目：单组分吸收单组分吸收和和多组分吸收多组分吸收4.根据操作压力：根据操作压力：常压吸收常压吸收和和加压吸收加压吸收5.根据溶质的浓度不同：根据溶质的

5、浓度不同：低浓度吸收低浓度吸收和和高浓度吸收高浓度吸收 本章主要研究：常压、等温、填料塔中单组本章主要研究：常压、等温、填料塔中单组份、低浓度物理吸收份、低浓度物理吸收五、本章要解决的两个问题1、吸收剂用量、吸收剂用量2、填料层高度（塔高、填料层高度（塔高）一、吸收传质的三个过程第二节 传质机理界面溶界面溶解解气相主体气相主体液相主体液相主体气相内传质气相内传质液相内传质液相内传质A吸收过程涉及两相间的物质传递，包括三个步骤：吸收过程涉及两相间的物质传递，包括三个步骤：溶质由气相主体传递到两相界面，即气相内的物质传递；溶质由气相主体传递到两相界面，即气相内的物质传递；溶质在相界面上的溶解，由气

6、相转入液相，即界面上发生的溶解过程；溶质在相界面上的溶解，由气相转入液相，即界面上发生的溶解过程；溶质自界面被传递至液相主体，即液相内的物质传递。溶质自界面被传递至液相主体，即液相内的物质传递。单相内物质传递的机理：分子扩散；单相内物质传递的机理：分子扩散；对流传质对流传质第二节 传质机理二、相组成的表示方法1、质量分数、质量分数w2、摩尔分数、摩尔分数x,y3、质量浓度与密度、质量浓度与密度4、物质的量浓度、物质的量浓度5、质量比、质量比W与质量分数与质量分数w的关系的关系6、摩尔比、摩尔比X(Y)与摩尔分数与摩尔分数x(y)的关系的关系7、理想混合气体组成的表示方法、理想混合气体组成的表示

7、方法摩尔分数换成质量分数摩尔分数换成质量分数AmABBAAAABAAAxMMMnMnMnmmmw质量分数换成摩尔分数质量分数换成摩尔分数BBAAAABBAAAABAAMwMwMwMmMmMmnnnxA练习：1、乙醇水溶液中，乙醇摩尔分数为0.2，要求转换为质量分数。2、氨水中氨的质量分数为0.25，求氨水中氨的摩尔分数。质量比与质量分数质量比与质量分数BAAABAAwwwwmmW1摩尔比与摩尔分数摩尔比与摩尔分数液相液相气相气相AABABABAAxxxxnxnxnX1nXXx1AABAAABAAPPPPPyyyyY1理想混合气体组成的表示方法理想混合气体组成的表示方法理想气体状态方程理想气体状

8、态方程物质量之比等于压力之比物质量之比等于压力之比摩尔分数等于体积分数摩尔分数等于体积分数RTPVncAAA 作业：P63 6-1 6-2一、吸收传质的三个过程一、吸收传质的三个过程二、二、传质机理传质机理界面溶界面溶解解气相主气相主体体液相主体液相主体气相内传质气相内传质液相内传质液相内传质A吸收过程涉及两相间的物质传递，包括三个步骤：吸收过程涉及两相间的物质传递，包括三个步骤：溶质由气相主体传递到两相界面，即气相内的物质传递；溶质由气相主体传递到两相界面，即气相内的物质传递；溶质在相界面上的溶解，由气相转入液相，即界面上发生的溶解过程；溶质在相界面上的溶解，由气相转入液相，即界面上发生的溶

9、解过程；溶质自界面被传递至液相主体，即液相内的物质传递。溶质自界面被传递至液相主体，即液相内的物质传递。单相内物质传递的机理：分子扩散；单相内物质传递的机理：分子扩散；对流传质对流传质1 1、扩散现象、扩散现象（1）相内传质推动力）相内传质推动力浓度差浓度差（2）流体质点无宏观运动）流体质点无宏观运动分子扩散分子扩散（3）有宏观运动）有宏观运动湍流扩散（涡流扩散）湍流扩散（涡流扩散）（4）分子扩散与涡流扩散合称对流扩散分子扩散与涡流扩散合称对流扩散二、相内传质二、相内传质2 2、分子扩散、分子扩散dZdcDJAABA（1）费克定律）费克定律费克定律：费克定律：设均想混合物由设均想混合物由A、B

10、两个组分组成，由两个组分组成，由于各处浓度不等而发生分子扩散。扩散过程进行的于各处浓度不等而发生分子扩散。扩散过程进行的快慢可用单位时间内通过垂直于扩散方向的单位面快慢可用单位时间内通过垂直于扩散方向的单位面积传递的物质的量来度量，称为扩散通量或扩散速积传递的物质的量来度量，称为扩散通量或扩散速率率 其表达式为：其表达式为：JA:A组分在组分在Z方向上的扩散速率，方向上的扩散速率，kmol/(m2.s):A组分在扩散方向组分在扩散方向Z上的浓度梯度，上的浓度梯度，kmol/m4DAB:A在在B中的扩散系数，中的扩散系数，m2/sdZdcA（2）等摩尔反向扩散）等摩尔反向扩散（通过扩散截面净的（

11、通过扩散截面净的物质的量为零）物质的量为零）dZdcDJNAAA分离变量积分得：分离变量积分得：)(21AAAccDN对于理想气体：对于理想气体：)(21AAAppRTDNpA1pB1pA2pB212JAJB（3）单向扩散）单向扩散由费克定律，分离变量积分，得由费克定律，分离变量积分，得)(21AABmAcccDcN需用的代换式子需用的代换式子BAccc2211BABAcccc由漂流因子漂流因子1Bmcc有与扩散方向一致的主体流动有与扩散方向一致的主体流动pA1pB1pA2pB212JAJBccNAccNB1221BBAAcccc即即（4）扩散系数）扩散系数 A.是物性，影响因素（是物性，影响

12、因素（T、P、各组分的性、各组分的性质等）多，由实验测定或经验公式估算质等）多，由实验测定或经验公式估算 B.气体扩散系数数量级，查表气体扩散系数数量级，查表 C.液体扩散系数数量级，查表液体扩散系数数量级，查表)(21AAAccDN)(21AABmAcccDcN传质阻力传质推动力cAAAAcAkcccckN/1)(2121（5）相内传质系数与传质阻力）相内传质系数与传质阻力定常等摩尔反向扩散定常等摩尔反向扩散定常单向扩散定常单向扩散统一写为统一写为3 3、对流扩散、对流扩散（1）对流传质的扩散速率）对流传质的扩散速率（2）对流传质的传质速率）对流传质的传质速率dZdcDDJAeAT)()()

13、(AicAiAcAcckNcckN或1 1、双膜理论模型、双膜理论模型气膜气膜液膜液膜传质方向传质方向气相主体气相主体液相主体液相主体ppicic三、相际传质三、相际传质（1）虚拟膜（分子扩散）虚拟膜（分子扩散）（2）在膜层以外的气液两相中心区，充分）在膜层以外的气液两相中心区，充分湍动，浓度均匀，阻力集中于虚拟膜层内湍动，浓度均匀，阻力集中于虚拟膜层内（3）在相界面处气液两相达与平衡，相界）在相界面处气液两相达与平衡，相界面无传质阻力面无传质阻力2 2、讨论、讨论（1）合理性）合理性（2）局限性）局限性（3）其他传质理论）其他传质理论小结小结 1、费克定律、费克定律 2、等摩尔反向扩散、等摩

14、尔反向扩散 3、单向扩散，漂流因子、单向扩散，漂流因子 4、扩散系数、扩散系数5、传质推动力，传质阻力、传质推动力，传质阻力6、双膜理论、双膜理论dZdcDJAABA)(21AAAccDN)(21AABmAcccDcN作业作业P.63 6-4第三节吸收过程的气液相平衡关系第三节吸收过程的气液相平衡关系一、气体在液体中的溶解度一、气体在液体中的溶解度1、平衡溶解度、平衡溶解度（1）相平衡概念）相平衡概念（2）平衡分压、溶解度）平衡分压、溶解度（3）溶解度曲线）溶解度曲线液相中氨的摩尔分数液相中氨的摩尔分数气相中氨的分压气相中氨的分压50 oC40 oC30 oC在相同液相浓度下，温度高时气相平衡

15、分压高；在相同液相浓度下，温度高时气相平衡分压高；在相同气相分压下，温度高时液相平衡浓度小。在相同气相分压下，温度高时液相平衡浓度小。图图 6-10 不同温度下氨在水中的平衡溶解度不同温度下氨在水中的平衡溶解度液相中液相中SO2摩尔分数摩尔分数气相中气相中SO2摩尔分数摩尔分数50 oC40 oC30 oC20 oC图图 6-11 101.3kPa下下SO2在水中的平衡溶解度曲线在水中的平衡溶解度曲线2 2、影响平衡的主要因素、影响平衡的主要因素（1）吸收剂性质的影响）吸收剂性质的影响（2）总压强的影响）总压强的影响（3）温度的影响）温度的影响（表（表6-6）（图（图6-13）（图（图6-10

16、、6-11、6-12）结论：结论：采用溶解度大，选择性好的吸收剂，采用溶解度大，选择性好的吸收剂，提高操作压强，降低操作温度有利于提高操作压强，降低操作温度有利于吸收。吸收。二、亨利定律二、亨利定律亨利定律是气液平衡关系的一个特例，适用于气体溶解后形成的溶亨利定律是气液平衡关系的一个特例，适用于气体溶解后形成的溶液为希溶液的情况液为希溶液的情况 总压不高时（约小于总压不高时（约小于500kPa），在），在一定温度下，一定温度下，稀溶液稀溶液上方气相中溶质上方气相中溶质的平衡分压与溶质在液相中的摩尔分的平衡分压与溶质在液相中的摩尔分率率成正比成正比，其比例系数为亨利系数。，其比例系数为亨利系数。

17、其数学表达式：其数学表达式：Exp*A讨论：讨论：1）E的影响因素：溶质、溶剂、的影响因素：溶质、溶剂、T 物系一定，物系一定，ET2）E大的，溶解度小，难溶气体大的，溶解度小，难溶气体 E小的，溶解度大，易溶气体小的，溶解度大，易溶气体3）E的的来源：实验测得；查手册来源：实验测得；查手册*Ap溶质在气相中的平衡分压，溶质在气相中的平衡分压，kPa；x溶质在液相中的摩尔分率；溶质在液相中的摩尔分率；E亨利常数，单位同压强单位。亨利常数，单位同压强单位。351）HcpA*A（二）亨利定律其它形式（二）亨利定律其它形式H溶解度系数，溶解度系数，kmol/（m3kPa）cA摩尔浓度，摩尔浓度，km

18、ol/m3；H与与E的关系：的关系：xHcccHcpA*AHcE 36SSASL)1(MxMxMMcSSHMEH的讨论：的讨论：1）H大，溶解度大，易溶气体大，溶解度大，易溶气体 2）P对对H影响小，影响小，HT2）mxy*m相平衡常数，无因次。相平衡常数，无因次。37m与与E的关系的关系：*ApypExpy*pEm m的讨论：的讨论：1）m大，溶解度小大，溶解度小，难溶气体难溶气体 2）mT mp38mXY*3）39YYy1XXx1XXmYY11*XmmXY)1(1*若若 m=1或稀溶液，或稀溶液，XA很小很小，则，则mXY*例例 6-76-7 压强为压强为101.3kPa101.3kPa、

19、温度为、温度为2020时，测出时，测出100g100g水中含氨水中含氨2g2g，此时溶液上方氨的平，此时溶液上方氨的平衡分压为衡分压为1.60kPa1.60kPa。试求。试求E E、m m、H H。1 1、相际传质方向的判断、相际传质方向的判断三、气液相平衡与吸收过程的关系三、气液相平衡与吸收过程的关系Y*=mX若若 Y Y*，吸收过程，吸收过程若若 Y=Y*，平衡过程，平衡过程若若 Y X*，解吸过程，解吸过程 若若 X=X*，平衡过程，平衡过程若若 X 0 y x不是传质推动力，因为不同不是传质推动力，因为不同相相 x*-x 0,pA-pA*0，cA*-cA 0 解吸解吸 y*-y 0，x

20、-x*0，pA*-pA 0 cA-cA*0 3 3、相际传质的极限、相际传质的极限y-y*0为吸收过程，为吸收过程，x，当，当x x*时，液相浓度达到最大，即平衡。时，液相浓度达到最大，即平衡。例例 6-106-10 理想气体混合物中溶质理想气体混合物中溶质A的含量为的含量为0.06（体（体积分数），与溶质积分数），与溶质A含量为含量为0.012（摩尔比）（摩尔比）的水溶液相接触，此系统的平衡关系为的水溶液相接触，此系统的平衡关系为Y*=2.52X。判断传质进行的方向；计算过。判断传质进行的方向；计算过程的传质推动力。程的传质推动力。练习：在总压练习：在总压1200kPa、温度、温度303K下

21、，含下，含CO25%（体积分数）的气体与含（体积分数）的气体与含CO2为为1.0g/L的水溶液相遇，问：会发生吸收还是脱吸？以的水溶液相遇，问：会发生吸收还是脱吸？以分压差表示的推动力有多大？若要改变其传质分压差表示的推动力有多大？若要改变其传质方向可采取哪些措施？方向可采取哪些措施？kPapypAA6005.01200kPaExpA9.7618/100044/1188000*33/7.221044/1mmolcA3*/7.17188000/018.0100060/mmolEcpHpcAAAAApp*解吸解吸另解另解小结小结 1、溶解度曲线图、溶解度曲线图 2、有利于吸收的条件、有利于吸收的条

22、件 3、亨利定律不同的表达形式、亨利定律不同的表达形式 4、相际传质方向的判断相际传质方向的判断作业作业 P.63 6-7 6-8 6-9 定常吸收过程的相传质包括三个步骤：定常吸收过程的相传质包括三个步骤：（1）A由气相主体到相界面，由气相主体到相界面，气相内传递气相内传递；（2）A在相界面上溶解，溶解过程；在相界面上溶解，溶解过程；（3）A自相界面到液相主体，自相界面到液相主体，液相内传递液相内传递。单相内传递方式：分子扩散；对流扩散单相内传递方式：分子扩散；对流扩散。49第四节第四节 吸收过程的传质速率吸收过程的传质速率分子扩散分子扩散：在静止或滞流流体内部，若某一组分存：在静止或滞流流

23、体内部，若某一组分存 在浓度差，则因分子无规则的热运动使在浓度差，则因分子无规则的热运动使 该组分由浓度较高处传递至浓度较低处，该组分由浓度较高处传递至浓度较低处，这种现象称为分子扩散。这种现象称为分子扩散。扩散速率扩散速率：单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截：单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截 面积扩散的物质量，面积扩散的物质量，J表示，表示，kmol/(m2s)。50分子扩散两种形式：分子扩散两种形式：等摩尔逆向扩散等摩尔逆向扩散（蒸馏蒸馏）组分组分A通过静止组分通过静止组分B的单向扩散的单向扩散（吸收吸收）涡流扩散：流体作湍流运动时，若流体内部涡流扩散：流体作湍流运动时，若流体内部

24、存在浓度梯度，流体质点便会靠存在浓度梯度，流体质点便会靠 质点的无规则运动，相互碰撞和质点的无规则运动，相互碰撞和 混合，组分从高浓度向低浓度方混合，组分从高浓度向低浓度方 向传递，这种现象称为涡流扩散。向传递，这种现象称为涡流扩散。zcDJeeddA,A 两相间传质的两相间传质的双模理论双模理论相际对流传质三大模型：双膜模型相际对流传质三大模型：双膜模型 溶质渗透模型溶质渗透模型 表面更新模型表面更新模型（一）一）双膜理论双膜理论pAGpAicAicAL气相气相液相液相zGzLE52双膜模型的基本论点（假设）双膜模型的基本论点（假设）（1）气液两相存在一个）气液两相存在一个稳定的相界面稳定的

25、相界面，界面两侧存，界面两侧存 在稳定的在稳定的气膜和液膜气膜和液膜。膜内为。膜内为层流层流，A以以分子扩分子扩 散散方式通过气膜和液膜。方式通过气膜和液膜。（2）相界面相界面处两相达平衡，处两相达平衡，无扩散阻力无扩散阻力。（3）有效）有效膜以外膜以外主体中，充分湍动，溶质主要以主体中，充分湍动，溶质主要以 涡流扩散涡流扩散的形式传质。的形式传质。双膜模型也称为双膜模型也称为双膜阻力双膜阻力模型模型 53（一）一）气相传质速率方程气相传质速率方程)(*AAGAppKN )(*AyyKNy GK以气相分压差表示推动力的气相总传质以气相分压差表示推动力的气相总传质 系数，系数，kmol/（m2s

26、kPa）；）；yK以气相摩尔分率差表示推动力的气相以气相摩尔分率差表示推动力的气相 总传质系数，总传质系数，kmol/（m2s）；）；)(*AYYKNY YK以气相摩尔比差表示推动力的气相以气相摩尔比差表示推动力的气相 总传质系数，总传质系数，kmol/（m2s）；）；总传质速率方程总传质速率方程54（二）二）液相总传质速率方程液相总传质速率方程)(A*ALAccKN )(*AXXKNX LK 以液相浓度差表示推动力的液相总传以液相浓度差表示推动力的液相总传 质系数，质系数，kmol/m2skmol/m3）；）；xK以液相摩尔分率差表示推动力的液相以液相摩尔分率差表示推动力的液相 总传质系数，

27、总传质系数，kmol/（m2s）；）；)(*AxxKNx XK以液相摩尔比差表示推动力的液相以液相摩尔比差表示推动力的液相 总传质系数，总传质系数，kmol/（m2s）；）；55GLG111kHkK GLL11kHkK LGHKK xyykmkK 11yxxmkkK111 xyKmK 根据双膜理论根据双膜理论（三）三）总传质系数与单相传质分系数之间的关系总传质系数与单相传质分系数之间的关系系统服从亨利定律或平衡关系在计算范围为直线系统服从亨利定律或平衡关系在计算范围为直线 56（四）四）总传质系数之间的关系总传质系数之间的关系 yKpK GxKcK LXYYkmkK 11YXXmkkK111

28、XYKmK YKpK GXKcK L57（五）五）传质速率的控制传质速率的控制GLG1 1 1kHkK GLL 1 1kHkK 1 1yxykkmK YXXmkkK1 1 1 相间传质总阻力相间传质总阻力=液相液相(膜膜)阻力阻力+气相气相(膜膜)阻力阻力注意注意:传质系数、传质阻力传质系数、传质阻力 与推动力一一对应。与推动力一一对应。1 1YXYkkmK yxxmkkK1 1 1 1.传质阻力传质阻力582.传质速率的控制步骤传质速率的控制步骤（1 1）气膜控制）气膜控制气膜控制气膜控制：传质阻力主要集中在气相，此吸收过程传质阻力主要集中在气相，此吸收过程 为气相阻力控制（气膜控制）。为气

29、相阻力控制（气膜控制）。G1KG1kH 较大易溶气体较大易溶气体 气膜控制的特点：气膜控制的特点：AiA*AApppp .pAIpAicAcAi*Ac*Ap)(*AAppkNGA 59提高传质速率的措施：提高气体流速；提高传质速率的措施：提高气体流速；加强气相湍流程度。加强气相湍流程度。（2 2）液膜控制）液膜控制液膜控制液膜控制：传质阻力主要集中在液相，此吸收过程传质阻力主要集中在液相，此吸收过程 为液相阻力控制（液膜控制）为液相阻力控制（液膜控制）液膜控制的特点：液膜控制的特点：LL11kK H较小难溶气体较小难溶气体 AAiA*Acccc .ApAip*ApAcAic*Ac)(A*ALA

30、cckN 60提高传质速率的措施：提高液体流速；提高传质速率的措施：提高液体流速；加强液相湍流程度。加强液相湍流程度。YYkK1 1 同理：同理：气膜控制：气膜控制：XXkK1 1 液膜控制：液膜控制：iYYYY *m小易溶气体小易溶气体)(*YYkNYA m大难溶气体大难溶气体XXXXi *)(*XXkNXA 61小结：1、总传质速率方程：、总传质速率方程：)()(*XXKNYYKNXAYA2、气膜控制、液膜控制、气膜控制、液膜控制XYYKmKK11XYXKmKK111第五节第五节 吸收塔的计算吸收塔的计算一、物料衡算与操作线方程一、物料衡算与操作线方程二、吸收剂的用量最小液气比二、吸收剂的

31、用量最小液气比三、填料层高度的计算三、填料层高度的计算四、四、吸收塔的操作计算吸收塔的操作计算五、解吸塔的计算五、解吸塔的计算63传质设备：传质设备：64 操作型：核算；操作型：核算；操作条件与吸收结果的关系。操作条件与吸收结果的关系。计算依据：物料衡算计算依据：物料衡算 相平衡相平衡 吸收速率方程吸收速率方程吸收塔的计算内容：吸收塔的计算内容：设计型：流向、流程、吸收剂用量、设计型：流向、流程、吸收剂用量、吸收剂浓度、塔高、塔径吸收剂浓度、塔高、塔径65一、物料衡算与操作线方程一、物料衡算与操作线方程物料衡算物料衡算定态，假设定态，假设S不挥发，不挥发，B不溶于不溶于S全塔范围内，对全塔范围

32、内，对A作物料衡算作物料衡算：GY1+LX2=GY2+LX1 G（Y1Y2）=L（X1X2）G,Y2G,Y1L,X2L,X1121211()G YYYYGYY 66X1=X2G（Y1Y2）/L操作线方程式及操作线操作线方程式及操作线（1）逆流吸收）逆流吸收G，Y2G，Y1L，X2L，X1G，YL，XGY+LX2=GY2+LX22()LLYXYXGG Y2=Y1（1）A被吸收的百分率，称为回收率或吸收率。被吸收的百分率，称为回收率或吸收率。6711()LLYXYXGG 同理：同理：逆流吸收操作线具有如下特点：逆流吸收操作线具有如下特点：XY1Y2X1X2ABLG)(*XfY Y683）操作线仅与

33、液气比、浓端及稀端组成有关，与系）操作线仅与液气比、浓端及稀端组成有关，与系 统的平衡关系、塔型及操作条件统的平衡关系、塔型及操作条件T、p无关。无关。2）操作线通过塔顶（稀端）操作线通过塔顶（稀端）A（X2，Y2）及及塔底塔底 （浓端）（浓端）B（X1，Y1）;1）定态，）定态，L、G、Y1、X2恒定，操作线在恒定，操作线在XY 坐标上为一直线，斜率为坐标上为一直线，斜率为L/G。L/G为吸收为吸收 操作的操作的液气比液气比；695）平衡线与操作线共同决定吸收推动力。操作线）平衡线与操作线共同决定吸收推动力。操作线 离平衡线愈远吸收的推动力愈大；离平衡线愈远吸收的推动力愈大；4）吸收操作线在

34、平衡线的上方，解吸操作线在平）吸收操作线在平衡线的上方，解吸操作线在平 衡线衡线OE下方。下方。XAB)(*XfYYK.YXX*Y*70（2）并流吸收）并流吸收G,Y2G,Y1L,X2L,X1V,Y L,XGY+LX=GY2+LX222()LLYXYXGG Y2Y1X2X1ABXY71逆流与并流的比较：逆流与并流的比较：1）逆流推动力均匀，且）逆流推动力均匀，且并流并流逆流逆流mmYY 2）Y1大，逆流时大，逆流时Y1与与X1在塔底相迂有利于提高在塔底相迂有利于提高X1；X2小，逆流时小，逆流时Y2与与X2在塔顶相迂有利于降低在塔顶相迂有利于降低Y2。逆流与并流操作线练习逆流与并流操作线练习7

35、2Y3 X2X1Y1 Y2X2Y2X3C CD DA AB BY1Y2Y3X1X2X3C CD DA AB B73二、吸收剂的用量最小液气比二、吸收剂的用量最小液气比B1Y1Y2ABOEXYX2X1X*1P74（一）一）最小液气比最小液气比最小液气比定义：针对一定的分离任务，操作条件和最小液气比定义：针对一定的分离任务，操作条件和吸收物系一定，塔内某截面吸收推动力为零，达到分吸收物系一定，塔内某截面吸收推动力为零，达到分离程度所需塔高无穷大时的液气比。离程度所需塔高无穷大时的液气比。minLG 最小液气比的计算最小液气比的计算1.平衡曲线一般情况平衡曲线一般情况 7512*min12YYLGX

36、X X*1与与Y1相平衡的液相组成。相平衡的液相组成。平衡关系符合亨利定律时：平衡关系符合亨利定律时：121min2YYLYGXm 2.平衡曲线为凸形曲线情况平衡曲线为凸形曲线情况 7612min1,max2YYLGXX 77（二）操作液气比二）操作液气比 设备费设备费,ZYVL 再生费再生费，并不总有效，并不总有效设备费设备费,L ,ZYVL(1.12.0)LG min VL78第六节第六节 填料塔填料塔一、填料塔的结构和填料性能一、填料塔的结构和填料性能二、塔径的计算二、塔径的计算三、填料塔的附件三、填料塔的附件79一、一、填料塔的结构特点填料塔的结构特点填料塔是以塔内的填料作为气液两相间

37、接触构件的传填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。质设备。优点：优点：生产能力大，分离效率高，压降小，持液量生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大。小，操作弹性大。缺点：缺点：填料造价高；当液体负荷较小时不能有效地填料造价高；当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面；不能直接用于有悬浮物或容易聚合润湿填料表面；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适合等。的物料；对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。1.1.填料填料填料填料填料塔的核心部件填料塔的核心部件作用作用：提供塔内气液两相接：提供塔内气液两相接触而进行传质和（或）传热的触而进行

38、传质和（或）传热的表面表面 塔填料与塔内件一起决定填料塔填料与塔内件一起决定填料塔的性能塔的性能传质面积传质面积：被湿润的填料表面：被湿润的填料表面2.2.填料的几何特性填料的几何特性 （1 1）公称直径公称直径 dpdp （2 2）比表面积比表面积 a at t,（3 3）空隙率空隙率 ，与填料结构以及装填方式有关与填料结构以及装填方式有关 （4 4）堆积密度：堆积密度：（5 5）填料因子填料因子 ：填料的比表面积与空隙率三填料的比表面积与空隙率三次方的比值。它表示填料的流体力学性能，其值越小，次方的比值。它表示填料的流体力学性能，其值越小，表明流动阻力越小。表明流动阻力越小。32/mmat

39、填料层的体积填料的表面积填料层体积填料的空隙体积通量大大，,p填料体积重量p3.3.塔填料的分类塔填料的分类 堆积方式堆积方式：散堆，整砌：散堆，整砌 陶瓷、金属、塑料陶瓷、金属、塑料金属丝金属丝 在每一系列中，基于减少压强降、增大比表面积、增加气、液扰动和改善表面润湿性能的要求，形成了各自的发展序列。环形填料环形填料弧鞍弧鞍矩鞍、矩鞍、鞍型填料鞍型填料环矩鞍、环矩鞍、组合环、组合环、环鞍结合型填料环鞍结合型填料环、鞍型填料环、鞍型填料TRI球、球、TopPak、MellaringVSP、球形填料球形填料散堆填料散堆填料拉西环、鲍尔环、阶梯拉西环、鲍尔环、阶梯环、共軛环、环、共軛环、QH扁环扁

40、环1 1）拉西环填料）拉西环填料4 4）三叶环填料）三叶环填料共轭环共轭环华南理工大学化工学院研制华南理工大学化工学院研制双鞍环双鞍环RICRICTMTM填料填料 ImpacImpac填料填料 规整填料规整填料 规规整整波波纹纹填填料料塔塔示示意意图图塔填料的发展趋势塔填料的发展趋势散堆填料朝着分离效率高、通量大、压降低、散堆填料朝着分离效率高、通量大、压降低、堆积时趋向于规整排列的方向发展，环壁开孔、堆积时趋向于规整排列的方向发展，环壁开孔、环鞍结合、低高径比是散堆填料外形的发展趋环鞍结合、低高径比是散堆填料外形的发展趋势。势。规整填料的研究重点由几何结构的优化转为表规整填料的研究重点由几何

41、结构的优化转为表面结构的改进，成本合理的多层复合板网填料面结构的改进，成本合理的多层复合板网填料前景诱人。前景诱人。性能优越、价格低廉的塑料、陶瓷和其它新型性能优越、价格低廉的塑料、陶瓷和其它新型材质的高效填料有广阔的发展前景材质的高效填料有广阔的发展前景。散堆填料：散堆填料：投资省，装卸方便，对塔内件要求低投资省，装卸方便，对塔内件要求低规整填料：规整填料：结构复杂，投资大，效率高结构复杂，投资大，效率高综合性能综合性能 规整填料规整填料 散堆填料散堆填料 填料的选择包括确定填料的种类、规格及材质等。所选填填料的选择包括确定填料的种类、规格及材质等。所选填料既要满足生产工艺的要求，又要使设备

42、投资和操作费用料既要满足生产工艺的要求，又要使设备投资和操作费用最低。最低。填料种类的选择要考虑分离工艺的要求，通常考虑以下几个填料种类的选择要考虑分离工艺的要求，通常考虑以下几个方面：方面：(1)(1)传质效率要高传质效率要高。一般而言，规整填料的传质效率高于散。一般而言，规整填料的传质效率高于散装填料。装填料。(2)(2)通量要大通量要大。在保证具有较高传质效率的前提下，应选择。在保证具有较高传质效率的前提下，应选择具有较高泛点气速或气相动能因子的填料。具有较高泛点气速或气相动能因子的填料。(3)(3)填料层的压降要低。填料层的压降要低。(4)(4)填料抗污堵性能强，拆装、检修方便。填料抗

43、污堵性能强，拆装、检修方便。填料种类的选择填料种类的选择 从塔顶向下流动的液膜与填料表面的摩擦和与从塔顶向下流动的液膜与填料表面的摩擦和与上升气体间的摩擦构成了液膜流动阻力。上升气体间的摩擦构成了液膜流动阻力。液液(/(/气气)流量流量 液膜厚度液膜厚度 液膜厚度直接影响气体通过填料层的液膜厚度直接影响气体通过填料层的pp、u u液液泛及塔内液体的持液量等流体力学性能。泛及塔内液体的持液量等流体力学性能。填料塔的流体力学性能填料塔的流体力学性能 流体力学性能流体力学性能包括：包括：气体压降、液泛气速、持液气体压降、液泛气速、持液量及液量及液/气两相流体分布气两相流体分布等。等。气体通过填料层的

44、压强气体通过填料层的压强降降 压强降压强降的大小决定了填料塔的大小决定了填料塔的动力消耗，是设计过程的的动力消耗，是设计过程的重要参数。重要参数。常将不同喷淋量常将不同喷淋量(包括包括LS=0)LS=0)下，随气速变化的下，随气速变化的pp分别分别画在同一个坐标上画在同一个坐标上恒定喷淋量下：恒定喷淋量下：气速较低，填料表面液膜厚气速较低，填料表面液膜厚(液固间摩擦力液固间摩擦力和和L LS S)，与，与u u几乎无关；但比无喷淋量时阻力要大。几乎无关；但比无喷淋量时阻力要大。气速增至一定值后，气液间阻力不容忽视，液气速增至一定值后，气液间阻力不容忽视，液膜加厚膜加厚出现拦液现象，载液线斜率出

45、现拦液现象，载液线斜率22；但载点；但载点难测。难测。再增大气速至液体不能顺利下流，此时填料层再增大气速至液体不能顺利下流，此时填料层中的持液量增加迅速，往往可以看到填料层的某中的持液量增加迅速，往往可以看到填料层的某个高度上出现个高度上出现“积液层积液层”。若此时不增加气速，积液层仍在扩大，则会达到若此时不增加气速，积液层仍在扩大，则会达到“液泛液泛”。此段斜率可以。此段斜率可以1010。寻找寻找u u液泛液泛,min,min：达液泛时速记录：达液泛时速记录。液液 泛泛 压强降急剧增大，塔的操作明显波动，气流呈现脉动，液压强降急剧增大，塔的操作明显波动，气流呈现脉动，液体发生激烈的体发生激烈

46、的轴向返混轴向返混，致使塔的分离效率严重恶化。，致使塔的分离效率严重恶化。对于设计较为合理的塔，液泛多从塔顶部发生，出现明显对于设计较为合理的塔，液泛多从塔顶部发生，出现明显的积液，并伴有严重的飞沫现象。的积液，并伴有严重的飞沫现象。泛点一般由泛点一般由pu关系线上的转折点来确定。一般认为关系线上的转折点来确定。一般认为液泛为填料塔正常操作的上限，通常取操作空塔液泛为填料塔正常操作的上限，通常取操作空塔气速气速u=(0.50.8)uf 影响液泛的主要因素：影响液泛的主要因素：填料的几何形状、填料的几何形状、；流体流体物性：物性：V、L、L；气液流量；气液流量；流动状况。流动状况。二、塔填料附二

47、、塔填料附件件 a.a.填料支承结构填料支承结构作用：作用：支承塔内的填料。支承塔内的填料。b b填料压紧装置填料压紧装置填料上方安装压紧装置可防止在气流的作用下填料床填料上方安装压紧装置可防止在气流的作用下填料床层发生松动和跳动。层发生松动和跳动。c.c.液体分布器液体分布器多孔环管式多孔环管式莲蓬头式莲蓬头式溢流管式溢流管式d.d.液体收集及再分布装置液体收集及再分布装置液体沿填料层向下流动时，有偏向塔壁流动的现象，这种现象称液体沿填料层向下流动时，有偏向塔壁流动的现象，这种现象称为为壁流壁流。壁流将导致填料层内。壁流将导致填料层内气液分布不均气液分布不均，使，使传质效率下降传质效率下降。

48、为减小壁流现象，可间隔一定高度在填料层内设置为减小壁流现象，可间隔一定高度在填料层内设置液体再分布装液体再分布装置置。液体收集再分布装置液体收集再分布装置三三、塔径的计算塔径的计算4SVDu D吸收塔塔径，吸收塔塔径，m;VS 实际体积流量，实际体积流量，m3/s;u 空塔气速，空塔气速，m3/s。105 气液两相在填料塔内逆流接触时气液两相在填料塔内逆流接触时 _ _ 是气液两相的主是气液两相的主要传质面积。要传质面积。填料塔是连续接触式气液传质设备，塔内填料塔是连续接触式气液传质设备，塔内_为分散相，为分散相，_为连续相，为保证操作过程中两相的良好接触，故填料为连续相，为保证操作过程中两相

49、的良好接触，故填料吸收塔顶部要有良好的吸收塔顶部要有良好的_装置。装置。当填料塔操作气速达到泛点气速时当填料塔操作气速达到泛点气速时_充满全塔空隙，充满全塔空隙，此现象称为此现象称为 _，此情况下，此情况下_急剧升高急剧升高 为了使通过填料塔的压降小，应选择为了使通过填料塔的压降小，应选择_ _ 大的填料。大的填料。填料塔设计时，空塔气速一般取填料塔设计时，空塔气速一般取_气速的气速的60%-80%60%-80%，理，理由由_ _。若填料层高度较高，为了有效地湿润填料，塔。若填料层高度较高，为了有效地湿润填料，塔内应设置内应设置_装置。装置。一般而言，填料塔的压降一般而言，填料塔的压降 _板式

50、塔压降。（，板式塔压降。（，)鲍尔环比拉西环优越之处有（说出三点来）鲍尔环比拉西环优越之处有（说出三点来）-。当填料塔操作气速达到泛点气速时当填料塔操作气速达到泛点气速时-充满全塔空隙并在塔顶形成充满全塔空隙并在塔顶形成-，因而，因而-急剧升高。急剧升高。填料的润湿表面填料的润湿表面 气相液相液体分布气相液相液体分布 液体液泛压降液体液泛压降 空隙率空隙率 液泛以免操作中因波动引起液泛液体再分布液泛以免操作中因波动引起液泛液体再分布 气体通量大；压降小；传质效率高气体通量大；压降小；传质效率高 液体；积液层；压降液体；积液层；压降参考答案参考答案（一）（一）填料塔结构填料塔结构（二）（二）填料