第八章 气体吸收 学习目的 与要求 通过本章学习，应掌握吸收的基本概念和吸收过 程的平衡关系与速率关系；掌握低组成气体吸收的计

Presentation on theme: "第八章 气体吸收 学习目的 与要求 通过本章学习，应掌握吸收的基本概念和吸收过 程的平衡关系与速率关系；掌握低组成气体吸收的计"— Presentation transcript:

1 第八章 气体吸收 学习目的 与要求 通过本章学习，应掌握吸收的基本概念和吸收过 程的平衡关系与速率关系；掌握低组成气体吸收的计
第八章 气体吸收 学习目的 与要求 通过本章学习，应掌握吸收的基本概念和吸收过 程的平衡关系与速率关系；掌握低组成气体吸收的计 算方法；了解吸收系数的获取途径和解吸过程的概念 与计算方法；掌握填料塔的结构、填料的类型、填料 塔的流体力学性能与操作特性。

2 第八章 气体吸收 8.1 吸收过程概述 8.1.1 吸收的原理与流程

3 一、气体吸收的原理 分离物系 气体混合物 形成两相体系的方法 引入一液相（吸收剂） 传质原理 各组分在吸收剂中溶解度不同。
尾气 B(含微量A) 分离物系 吸收剂 S 气体混合物 形成两相体系的方法 吸 收 塔 引入一液相（吸收剂） 原料气 A＋B 传质原理 各组分在吸收剂中溶解度不同。 易溶解组分：吸收质或溶质 溶液 S+A

4 二、气体吸收的流程 气体吸收过程在吸收塔中进行。 逆流操作 吸收过程 并流操作 吸收过程：溶质溶解于吸收剂中 解吸过程：溶质从溶液中释放出
解吸(脱吸) 吸收

5 吸 收 塔 解 吸 塔 具有吸收剂再生的连续吸收流程

6 第八章 气体吸收 8.1 吸收过程概述 8.1.1 吸收的原理与流程 8.1.2 气体吸收的分类与应用

7 一、气体吸收的分类 √ 气体吸收过程的分类方法 √ √ 气体 吸收 单组分吸收 多组分吸收 物理吸收 化学吸收 低组成吸收 高组成吸收
按被吸收组分数目 多组分吸收 √ 物理吸收 气体 吸收 按吸收有无化学反应 化学吸收 √ 低组成吸收 按溶质组成的高低 高组成吸收

8 一、气体吸收的分类 √ √ 按吸收的温度变化 气体 吸收 按气液接触方式 本章讨论重点 单组分低组成的常规等温物理吸收过程。 等温吸收
非等温吸收 气体 吸收 √ 常规吸收 按气液接触方式 膜基吸收 本章讨论重点 单组分低组成的常规等温物理吸收过程。

9 二、气体吸收的工业应用 气体吸收的应用场合 净化或精制气体 示例：合成氨工艺中合成气中的净化脱碳。 制取某种气体的液态产品
示例：用水吸收氯化氢气体制取盐酸。 回收混合气体中所需的组分 示例：用洗油处理焦炉气以回收芳烃。 工业废气的治理 示例：废气中含有SO2、H2S等有害气的脱除。

10 吸收分离操作实例：乙醇胺水溶液吸收二氧化碳气体

11 第八章 气体吸收 8.1 吸收过程概述 8.1.1 吸收的原理与流程 8.1.2 气体吸收的分类与应用 8.1.3 吸收剂的选择

12 吸收剂的选择 吸收剂选择的原则 溶解度 吸收剂对溶质组分的溶解度要大。 选择性 吸收剂应对溶质组分有较大溶解度，而
对混合气体中的其它组分溶解度甚微。 挥发度 吸收剂的蒸汽压要低，即挥发度要小。 黏度 吸收剂在操作温度下的黏度要低。 其它 无毒、无腐蚀、不易燃易爆、不发泡、冰 点低、价廉易得，且化学性质稳定。

13 第八章 气体吸收 8.2 吸收过程的相平衡关系 8.2.1 气体在液体中的溶解度

14 在一定的温度和压力下,气液两相之间达到平衡状态时, 两相组成 之间的关系称为气液平衡关系.
两组分理想物系的气液平衡 状态: 气相、液相组成动态稳定，各组成不变。 气液平衡概念 P 在一定的温度和压力下,气液两相之间达到平衡状态时, 两相组成 之间的关系称为气液平衡关系. 如 yA= f (xA） pA= f (xA） 一般平衡时气相参数加*表示，如 p*，y * ，x * 一定T和P 气相: yA, yB (PA, PB) 液相:xA,xB

15 气液平衡关系的描述 用饱和蒸气压表示 用相平衡常数来表示 用相对挥发度来表示 用图来表示 (溶解度) 用表表示 用方程式表示（亨利定律）
相平衡关系既是组分在两相中分配的依据，也为确定传质推动力所必需，是吸收、蒸馏等分离过程分析和设计计算的重要基础。

16 一、溶解度曲线 ～ 在一定温度和压力下，令某气体混合物（A＋B）与液体 S 接触（A为溶质,约定不加脚标）. 达平衡状态时 (溶解=逸出)：
摩尔分数y A 液相：S+A 摩尔分数xA P,T 达平衡状态时 (溶解=逸出)： 溶质在液相组成 溶质在气相分压 平衡方程 ～ 溶解度曲线

17 易溶 400 50 氨在水中的溶解度

18 中等溶解度 68 50 二氧化硫在水中的溶解度

19 难溶 0.002 50 氧在水中的溶解度

20 二、温度和压力对溶解度的影响 温度的影响 对同一溶质，在相同的气相分压下，溶解度随温度的升高而减小。 压力的影响
对同一溶质，在相同的温度下，溶解度随气相分压的升高而增大。 有利于吸 收操作 注意 加压和降温 有利于解吸操作 减压和升温

21 第八章 气体吸收 8.1 吸收过程概述 8.2 吸收过程的相平衡关系 8.2.1 气体在液体中的溶解度 8.2.2 亨利定律
第八章 气体吸收 8.1 吸收过程概述 8.2 吸收过程的相平衡关系 8.2.1 气体在液体中的溶解度 8.2.2 亨利定律 ——表示气液相平衡规律（关系）的定律。 适用于稀溶液和总压不高（500kP)的场所。

22 ～ 一、亨利定律的表达式 1. p ～ x关系 注意 若溶质在气、液相中的组成分别以分压p、摩尔分数x表示，亨利定律为： 易溶气体 难溶气体
气相： 摩尔分数y i 液相： 摩尔分数x 体积摩尔分数c(kmol/m3 P,T E — 亨利系数，kPa ～ 溶解度 亨利系数 E E 小 注意 易溶气体 E 大 难溶气体 亨利系数由实验测定。一般随温度 升高增大（部分E，见表8-1）。

23 ～ 一、亨利定律的表达式 H — 溶解度系数，kmol/(m3·kPa) 2. p ～ c关系
气相： 摩尔分数y i 液相： 摩尔分数x 体积摩尔分数c(kmol/m3 P,T 一、亨利定律的表达式 2. p ～ c关系 若溶质在气、液相中的组成分别以分压p、摩尔浓度 c（kmol/m3) 表示，亨利定律为 H — 溶解度系数，kmol/(m3·kPa) ～ 溶解度 溶解度系数H H 大 注意 易溶气体 H 小 难溶气体

24 ～ 一、亨利定律的表达式 m — 相平衡常数 3. y ～ x关系 若溶质在气、液相中的组成分别以摩尔分数y、x表示 ，亨利定律为 溶解度
气相： 摩尔分数y i 液相： 摩尔分数x 体积摩尔分数c(kmol/m3 P,T 一、亨利定律的表达式 3. y ～ x关系 若溶质在气、液相中的组成分别以摩尔分数y、x表示 ，亨利定律为 m — 相平衡常数 ～ 溶解度 相平衡常数m m 小 注意 易溶气体 m 大 难溶气体

25 一、亨利定律的表达式 4. Y ～ X关系 (摩尔比） 由 得 对于低组成吸收 整理得  1 简化得

26 一、亨利定律的表达式 亨利定律表达式可改写为以下形式： P,T 气相： 摩尔分数y i 液相： 摩尔分数x* 体积摩尔分数c*
(kmol/m3 P,T

27 二、各系数的换算关系 E～H 关系 E～m 关系 H～m 关系
推导可得亨利定律表达式各系数（亨利系数E、溶解度系数H、相平衡系数m）间的关系如下： 溶液 密度 E～H 关系 溶剂 S 的摩尔质量 E～m 关系 H～m 关系

28 第八章 气体吸收 8.1 吸收过程概述 8.2 吸收过程的相平衡关系 8.2.1 气体在液体中的溶解度 8.2.2 亨利定律
第八章 气体吸收 8.1 吸收过程概述 8.2 吸收过程的相平衡关系 8.2.1 气体在液体中的溶解度 8.2.2 亨利定律 8.2.3 相平衡关系在吸收中的应用

29 一、判断传质进行的方向 设某瞬时，气相中溶质的实际组成为y，溶液中溶质的实际组成为x。 若 传质方向由气相到液相 进行——吸收过程 若
传质方向由液相到气相 进行——解吸过程

30 二、确定传质的推动力 以气相表示的传质推动力 y*=mx 以液相表示的传质推动力 吸收推动力示意图

31 三、指明传质进行的极限 气相Y2 对于逆流吸收塔 液相X2 截面2 气相出口最低组成 液相出口最大组成 气相Y1 截面1 液相X1

32 第八章 气体吸收 8.1 吸收过程概述 8.2 吸收过程的相平衡关系 8.3 吸收过程的速率关系 8.3.1 膜吸收速率方程
第八章 气体吸收 8.1 吸收过程概述 8.2 吸收过程的相平衡关系 8.3 吸收过程的速率关系 8.3.1 膜吸收速率方程 ——传质速率遵循现象方程 过程速率=推动力/阻力=系数×推动力

33 一、气膜吸收速率方程 气膜内的吸收速率方程可表示为: 气膜阻力 气膜吸收系数： kG ——kmol/(m2.s.kPa)
ky——mol/(m2.s.) 气相主体 液相主体 相界面 pi = ci / H p G L pi ci c 气 膜 液 pG cL NA 气膜阻力

34 一、气膜吸收速率方程 由道尔顿分压定律 比较 kG ——kmol/(m2.s.kPa) ky——mol/(m2.s.) 得:

35 二、液膜吸收速率方程 液膜内的吸收速率方程可表示为 液膜阻力 液膜吸收系数： kL ——kmol/(m2.s.kPa)
kx——mol/(m2.s.) 气相主体 液相主体 相界面 pi = ci / H p G L pi ci c 气 膜 液 pG cL NA 液膜阻力

36 二、液膜吸收速率方程 由 比较 得 kL ——kmol/(m2.s.kPa) kx——mol/(m2.s.)

37 第八章 气体吸收 8.3 吸收过程的速率关系 8.3.1 膜吸收速率方程 一、气膜吸收速率方程 二、液膜吸收速率方程 三、界面组成的确定

38 三、界面组成的确定 稳态下，按双膜理论，界面气液平衡，则气、液两膜中的传质速率相等，即 气液传质方程(直线) 通过定点A (c，p)
气相主体 液相主体 相界面 pi = ci / H p G L pi ci c 气 膜 液 pG cL NA 气液传质方程(直线) 通过定点A (c，p) 斜率－kL / kG

39 该方程（直线）与平衡线的交点坐标，即气液界面相应的浓度。
气液传质方程： ——工作线方程。 该方程（直线）与平衡线的交点坐标，即气液界面相应的浓度。 （pi ,ci ) 界面组成的确定

40 第八章 气体吸收 8.3 吸收过程的速率关系 8.3.1 膜吸收速率方程 8.3.2 总吸收速率方程
第八章 气体吸收 8.3 吸收过程的速率关系 8.3.1 膜吸收速率方程 8.3.2 总吸收速率方程 前述，界面组成能以图解法确定，但毕竟困难，以下考虑以某相未平衡状态的推动力来分析，以避免求界面组成。

41 设吸收系统服从亨利定律或平衡关系在过程所涉及的浓度范围内为直线
一、以(p- p*)表示的总吸收速率方程 设吸收系统服从亨利定律或平衡关系在过程所涉及的浓度范围内为直线 气相主体 液相主体 相界面 pi = ci / H p G L pi ci c 气 膜 液 pG cL NA 根据双膜模型，相界面上两相互成平衡

42 一、以(p- p*)表示的总吸收速率方程 代入（8-13）得 整理得 相加 得： 由式（8-10） p ci NA pi L G c
气相主体 液相主体 相界面 pi = ci / H p G L pi ci c 气 膜 液 pG cL NA 由式（8-10） 相加 得：

43 总吸收速率方程 一、以(p- p*)表示的 令 则 总阻力 液膜阻力 气膜阻力 气相总吸收 速率方程式
液相 相界面 pAi CAi pA cA 一、以(p- p*)表示的 总吸收速率方程 令 总阻力 液膜阻力 气膜阻力 气相总吸收 速率方程式 则 KG—气相总吸收系数，kmol/(m2.s.kPa) p，p——气相主体组成及与液相主体组成的平衡气相分压

44 一、以(p- p*)表示的总吸收速率方程 对于易溶气体，H值很大 液膜阻力 气膜阻力 气膜阻力控 制整个吸收 气膜 过程的速率 控制
气膜控制示意图 示例：水吸收氨 即p* 接近pi

45 设吸收系统服从亨利定律或平衡关系在过程所涉及的浓度范围内为直线
二、以(c*- c)表示的总吸收速率方程 设吸收系统服从亨利定律或平衡关系在过程所涉及的浓度范围内为直线 气相主体 液相主体 相界面 pi = ci / H p G L pi ci c 气 膜 液 pG cL NA 根据双膜模型，相界面上两相互成平衡

46 二、以(c*- c)表示的总吸收速率方程 由此得 整理得 由 相加得

47 二、以(c*- c)表示的总吸收速率方程 令 气膜阻力 液膜阻力 总阻力 液相总吸收 速率方程式 则 KL —液相总吸收系数，m/s

48 二、以(c*- c)表示的总吸收速率方程 对于难溶气体，H值很小 气膜阻力 液膜阻力 液膜阻力控 制整个吸收 过程的速率 液膜 控制
液膜控制示意图 示例：水吸收氧 即c* 接近ci

49 三、以(y- y*)表示的总吸收速率方程 同理，可导出 气相总吸收 速率方程式 Ky —气相总吸收系数，kmol/(m2·s)

50 四、以(x*- x)表示的总吸收速率方程 同理，可导出 液相总吸收 速率方程式 Kx —液相总吸收系数，kmol/(m2·s)

51 KY 五、以(Y- Y*)表示的总吸收速率方程 同理，可导出 气相总吸收 速率方程式 对于低浓度吸收
—气相总吸收系数，kmol/(m2·s)

52 KX 六、以(X*- X)表示的总吸收速率方程 同理，可导出 液相总吸收 速率方程式 对于低浓度吸收
—液相总吸收系数，kmol/(m2·s)

53 第八章 气体吸收 8.3 吸收过程的速率关系 8.3.1 膜吸收速率方程 8.3.2 总吸收速率方程 8.3.3 吸收速率方程小结

54 吸收速率方程小结 使用吸收速率方程式应注意以下几点: （1）上述的各种吸收速率方程式是等效的。采用任何吸收速率方程式均可计算吸收过程速率。
（2）任何吸收系数的单位都是kmol/(m2·s·单位推动力)。 （3）必须注意各吸收速率方程式中的吸收系数与吸收推动力的正确搭配及其单位的一致性。

55 吸收速率方程小结 （4）上述各吸收速率方程式都是以气液组成保持不变为前提的，因此只适合于描述稳态操作的吸收塔内任一横截面上的速率关系，而不能直接用来描述全塔的吸收速率。在塔内不同横截面上的气液组成各不相同，其吸收速率也不相同。 （5）在使用与总吸收系数相对应的吸收速率方程式时，在整个过程所涉及的浓度范围内，平衡关系须为直线。 例题8-3 作为作业自学

56 第八章 气体吸收 8.1 吸收过程概述 8.2 吸收过程的相平衡关系 8.3 吸收过程的速率关系 8.4 低组成气体吸收的计算
第八章 气体吸收 8.1 吸收过程概述 8.2 吸收过程的相平衡关系 8.3 吸收过程的速率关系 8.4 低组成气体吸收的计算 8.4.1 物料衡算与操作线方程

57 一、全塔物料衡算 在工业中，吸收操作多采用塔式设备，既可采用气液两相在塔内逐级接触的板式塔，也可采用气液两相在塔内连续接触的填料塔。工业中以采用填料塔为主，故本节对于吸收过程计算的讨论结合填料塔进行。

58 逆流吸收塔的物料衡算 m n 溶液：S+A A为溶质，B惰性组分 尾气：B(含微量A) 吸收剂：S qn,V (kmolB/s)
qn,L (kmolS/s) qn,V (kmolB/s) Y2 (kmolA/kmolB) Y X2 (kmolA/kmolS) m n X 填 料 塔 原料气：A＋B qn,V (kmolB/s) Y1 (kmolA/kmolB) qn,L (kmolS/s) 溶液：S+A X1(kmolA/kmolS) 逆流吸收塔的物料衡算 A为溶质，B惰性组分

59 一、全塔物料衡算 在吸收塔的两端面间，对溶质A作物料衡算(全塔物料衡算）： 溶质A的吸收率 或回收率： 气体出塔时的组成:
qn,V , Y2 qn,L , X2 V, Y L, X qn,V , Y1 qn,L , X1 在吸收塔的两端面间，对溶质A作物料衡算(全塔物料衡算）： 溶质A的吸收率 或回收率： 气体出塔时的组成:

60 二、操作线方程与操作线 在 m-n 截面与塔底端面之间对组分 A 进行衡算，可得 ： 逆流吸收塔 操作线方程 qn,L , X2
qn,V , Y2 二、操作线方程与操作线 qn,V , Y 吸收塔内任一横截面上，气液组成Y与X之间的关系称为操作关系，描述该关系的方程即为操作线方程。 m n qn,L , X qn,V , Y1 在 m-n 截面与塔底端面之间对组分 A 进行衡算，可得 ： qn,L , X1 逆流吸收塔 操作线方程

61 二、操作线方程与操作线 斜率 操作线方 程为直线 B (X1，Y1) 过点 T (X2，Y2) 逆流吸收塔 操作线方程 塔底 塔顶
qn,L , X2 qn,V , Y2 二、操作线方程与操作线 qn,V , Y 同理，在 m-n 截面与塔顶端面之间作组分 A 的衡算，得 ： m n qn,L , X qn,V , Y1 逆流吸收塔 操作线方程 qn,L , X1 斜率 操作线方 程为直线 B (X1，Y1) 塔底 过点 T (X2，Y2) 塔顶

62 斜率 （液气比） Y*=f(X) B塔底 操作线 T塔顶 推动力 逆流吸收塔中的操作线

63 第八章 气体吸收 8.4 低组成气体吸收的计算 8.4.1 物料衡算与操作线方程 8.4.2 吸收剂用量的确定

64 一、最小液气比 在吸收塔的计算中，通常气体处理量是已知的，而吸收剂的用量需通过工艺计算来确定。在气量一定的情况下，确定吸收剂的用量也即确定液气比 。 液气比 的确定方法是，先求出吸收过程的最小液气比 ，然后再根据工程经验，确定适宜（操作）液气比。

65 吸收塔的最小液气比 液气比越小，斜率越小，其极限为平衡点。 Y*=f(X） （一般原混合气浓度Y1，原液体X2已知，尾气Y2可由要求确定）
B塔底 T塔顶 吸收塔的最小液气比

66 一、最小液气比 最小液气比可用图解法求得 ： 最小液气比 最小溶剂用量 当纯溶剂吸收时，X2=0，结合吸收率 可得 ：

67 Y*=mX 吸收塔的最小液气比 （非正常曲线）

68 ～ ～ ～ ～ 二、适宜的液气比 处理量 一定 动力消耗 操作费用 设备费用 推动力 填料层高度 根据生产实践经验，取 适宜液气比
处理量 一定 ～ 动力消耗 操作费用 ～ ～ ～ 设备费用 推动力 填料层高度 根据生产实践经验，取 适宜液气比 适宜溶剂用量

69 吸收剂用量与浓度的关系 由全塔物料衡算式 可知吸收剂出塔浓度 X1 与吸收剂用量 qn,L 是相互制约的: 选取的 ，操作线斜率  ，操作线与平衡线的距离  ，塔内传质推动力  ，完成一定分离任务所需塔高 ； ，吸收剂用量 ，吸收剂出塔浓度 X1  ，循环和再生费用 ； 若  ，吸收剂出塔浓度 X1  ，塔内传质推动力 ，完成相同任务所需塔高 ，设备费用 。 因此，X1等参数也应确定适当

70 第八章 气体吸收 8.4 低组成气体吸收的计算 8.4.1 物料衡算与操作线方程 8.4.2 吸收剂用量的确定 8.4.3 塔径的计算

71 塔径的计算 工业上的吸收塔通常为圆柱形，故吸收塔的直径可根据圆形管道内的流量公式计算： 吸收塔直径计算式 注意
计算塔径时，一般应以塔底的气量为依据。 计算塔径时， 采用操作状态下的数据。 计算塔径的关键在于确定适宜的空塔气速u 。 计算出的塔径 需圆整为常用的标准塔直径系列。

72 练 习 题 目 思考题 1.温度和压力对吸收过程的平衡关系有何影响？ 2.亨利定律为何具有不同的表达形式 ？
3.相平衡关系在吸收过程中有何作用？ 4.如何判断吸收过程是属于哪种过程控制？ 5.总吸收速率方程与膜吸收速率方程有何不同？ 6.何为吸收过程的操作线，操作线如何获得？ 7.吸收剂的用量如何确定？

73 第八章 气体吸收 8.7 填料塔 为微分接触式传质设备主要结构见图： 填 料 塔 1.塔壳体； 2.液体分布器； 3.填料压板； 4.填料；
第八章 气体吸收 8.7 填料塔 为微分接触式传质设备主要结构见图： 1.塔壳体； 2.液体分布器； 3.填料压板； 4.填料； 5.液体再分布器； 6.填料支承板。 填 料 塔 液相 分散相 气相 连续相 填料塔结构示意图

74 第八章 气体吸收 溶剂 填料塔 气体 8.7.1 塔填料 填料

75 一、填料的类型 1.散装填料 (1) 环形填料 十字隔 板环 螺旋环 勒辛环 拉西环 扁环 鲍尔环 阶梯环 增加填料比表面积
改变通量，改善气液流动状况

76 拉西环 鲍尔环

77 阶梯环 扁环

78 一、填料的类型 (2)鞍形填料与环鞍形填料 弧鞍填料 矩鞍填料 改进矩鞍填料 与环形填 料相结合 环矩鞍填料

79 弧鞍填料 矩鞍填料

80 金属环矩鞍填料

81 一、填料的类型 (3)球形填料与花环填料 球形填料 多面球填料 TRI球形填料 花环填料 通常用塑料注塑而成 花环填料 共轭环填料
海尔环填料 纳特环填料

82 多面球形填料 TRI 球形填料

83 花环填料 海尔环填料

84 共轭环填料 纳特环填料

85 塑料异型环 矩鞍填料

86 一、填料的类型 2.规整填料 (1)格栅填料 格栅填料是以条状单元体经一定规则组合而成的，具有多种结构形式。工业上应用最早的格栅填料为木格栅填料。目前应用较为普遍的有格里奇格栅填料、网孔格栅填料、蜂窝格栅填料等。格栅填料的比表面积较低，主要用于要求压降小、负荷大及防堵等场合。

87 木格栅填料 格里奇格栅填料

88 波纹填料按结构可分为网波纹填料和板波纹填料两大类。
一、填料的类型 (2)波纹填料 目前工业上应用的规整填料绝大部分为波纹填料，它是由许多波纹薄板组成的圆盘状填料，波纹与塔轴的倾角有30°和45°两种，组装时相邻两波纹板反向靠叠。各盘填料垂直装于塔内，相邻的两盘填料间交错90°排列。 波纹填料按结构可分为网波纹填料和板波纹填料两大类。

89 金属孔板波纹填料 金属丝网波纹填料

90 陶瓷板波纹填料 塑料板波纹填料

91 ～ ～ ～ ～ 二、填料的性能及其评价 1.填料的几何特性 (1)比表面积 单位体积填料层的表面积称为比表面积，以
表示，其单位为 m2/m3。 分析 ～ ～ 传质面积 传质效率 ～ ～ 生产能力 流动阻力

92 单位体积填料层的空隙体积称为空隙率，以  表示，其单位为 m3/m3，或以%表示。
二、填料的性能及其评价 (2)空隙率 单位体积填料层的空隙体积称为空隙率，以  表示，其单位为 m3/m3，或以%表示。 分析 ～ ～ ～  流动阻力 塔压降 生产能力 ～ ～  流动阻力 传质效率

93 ～  二、填料的性能及其评价 (3)填料因子 填料的比表面积与空隙率三次方的比值称为填料因子，以 表示，其单位为1/m。 分析 生产能力
因在操作状态下，填料被湿润，有一定变化，因此分干填料因子与湿填料因子。 分析 生产能力 ～  流动阻力  传质效率

94 二、填料的性能及其评价 2.填料的性能评价 填料的性能评价指标 生产能力大 传质效率高 填料层压降低 操作弹性大 造价低

95 二、填料的性能及其评价 9 种填料综合性能评价 ———————————————————————— 填料名称 评估值 评 价 排序
填料名称 评估值 评 价 排序 丝网波纹填料 很好 孔板波纹填料 相当好 金属Intalox填料 相当好 金属鞍形环填料 相当好 金属阶梯环填料 一般好 金属鲍尔环填料 一般好 瓷Intalox填料 较好 瓷鞍形环填料 略好 瓷拉西环填料 略好

96 三、填料的选择 1.填料类型的选择 填料类型的选择考虑因素 填料的传质效率要高 填料的通量要大 填料的压降要低 填料抗污堵性能强
填料便于拆装、检修

97 ～ ～ 三、填料的选择 2.填料规格的选择 (1)散装填料规格的选择 散装填料常用的规格（公称直径） 填料规格 传质效率 填料层压降
DN DN25 DN DN DN76 ～ 填料规格 传质效率 ～ 填料层压降 选择原则：D/d ≥ 8 填料公称直径 塔径

98 三、填料的选择 (2)规整填料规格的选择 规整填料常用的规格（比表面积） 125 150 250 350 500 700
同种类型的规整填料，其比表面积越大，传质效率越高，但阻力增加，通量减少，填料费用也明显增加。故选用时，应从分离要求、通量要求、场地条件、物料性质以及设备投资、操作费用等方面综合考虑。 常见填料特性参数见附录二

99 第八章 气体吸收 8.7 填料塔 8.7.1 塔填料 8.7.2 填料塔的流体力学性能与操作特性

100 ～ ～  一、填料塔的流体力学性能 Ht＝Ho＋ Hs Ht 1.填料层的持液量 (m3液体/m3填料） 动持液量 Ho 总持液量 Ht
填料层的持液量是指在一定操作的条件下，在单位体积填料层内所积存的液体体积。 动持液量 Ho Ht＝Ho＋ Hs 总持液量 Ht 静持液量 Hs 生产能力 ～ ～ 填料层 压降  分析 Ht 传质效率

101 ～ ～ ～ u u 一、填料塔的流体力学性能 u 一定 L L 一定 2.填料层的压降 填料层的压降形成 液膜与填料表面的摩擦
液膜与上升气体的摩擦 ～ u 一定 L 分析 (流速流量) ～ u L 一定 单位高度填料层压降 ～ 填料塔的流 体力学性能 u

102 液泛区 泛点 载液区 0—无液体 喷淋(干填料)； 1.2.3—不同 液体喷淋量 恒持液量区 载点 填料操作压降线 填料层的△P ～u 关系

103 二、填料塔的操作特性 1.填料塔内的气液分布 气液两相的均匀分布是填料塔设计与操作中十分重要的问题。 初始分布
进塔的气液两相通过分布装置所进行的强制分布。 气液 分布 动态分布 在一定的操作条件下，气液两相在填料层内，依靠自身性质与流动状态所进行的随机分布。

104 单位塔截面积上单位时间内喷淋的液体体积液体喷淋密度。
二、填料塔的操作特性 2.液体喷淋密度与填料表面的润湿 （1）液体喷淋密度 单位塔截面积上单位时间内喷淋的液体体积液体喷淋密度。 m3/(m2·h)  液体体积流量，m3/s Ω  填料塔的截面积，m2

105  最小润湿速率，m3/(m·h) （经验值）
二、填料塔的操作特性 (2)最小液体喷淋密度 为保证填料层的充分润湿，必须保证液体喷淋密度大于某一极限值 最小液体喷淋密度。 Umin 最小液体喷淋密度，m3/(m2·h) 最小喷淋密 度计算式  最小润湿速率，m3/(m·h) （经验值） t 填料比表面，m3/m3

106 二、填料塔的操作特性 3.液泛 (1)填料塔的液泛现象
在泛点气速下，持液量的增多使液相由分散相变为连续相，而气相则由连续相变为分散相，此时气体呈气泡形式通过液层，气流出现脉动，液体被带出塔顶，塔的操作极不稳定，甚至被破坏，此种情况称为液泛。 泛点气速 uF 液泛时的空塔气速

107 ～ ～ ～ ～ ～ 二、填料塔的操作特性 uF uF ρL uF μL uF ρV uF (2)影响液泛的因素  填料特性 分析 影响液泛
流体物性 μL ～ uF ρV ～ uF 液气比

108 为保证填料塔正常操作，其操作气速应低于泛点气速，操作气速与泛点气速的比值称为泛点率。
二、填料塔的操作特性 (3)泛点率 为保证填料塔正常操作，其操作气速应低于泛点气速，操作气速与泛点气速的比值称为泛点率。 安全 系数 ～ 85% 散装填料 uF u ～ 规整填料 95% 同时，泛点率要根据物系发泡情况选择。

109 散装填料的泛点气速可用埃克特通用关联图计算。
二、填料塔的操作特性 (4)泛点气速的计算* ① 贝恩－霍根关联式 A、K  关联式常数，由表 8-9 查出。 ② 埃克特(Eckert)通用关联图 散装填料的泛点气速可用埃克特通用关联图计算。

110 横坐标 纵坐标 埃克特通用关联图

111 二、填料塔的操作特性 泛点填料因子 a、b  关联式常数，由有关手册查出。
为了工程计算方便，将散装填料的泛点填料因子进行归纳整理，得到与液体喷淋密度无关的泛点填料因子平均值，部分散装填料的泛点填料因子平均值见表 8-10。

112 二、填料塔的操作特性 4.填料塔的返混 返混的影响 传质推动力变小，传质效率降低放大效应。 造成返混现象原因 填料层内的气液分布不均
在填料塔内，气液两相的逆流并不呈理想的活塞流状态，而是存在着不同程度的返混。 返混的影响 传质推动力变小，传质效率降低放大效应。 造成返混现象原因 填料层内的气液分布不均 气体和液体在填料层内的沟流 气液的湍流脉动使气液微团停留时间不一致

113 例题 16 例题 8-10

114 第八章 气体吸收 8.7 填料塔 8.7.1 塔填料 8.7.2 填料塔的流体力学性能与操作特性 8.7.3 填料塔的内件

115 填料塔内件 填料塔结构除圆柱形壳体、填料外，还有液体分布器、填料支承板、塔填料、填料压板及液体再分布装置等部件构成。 填 料 塔
1.塔壳体； 2.液体分布器； 3.填料压板； 4.填料； 5.液体再分布器； 6.填料支承板。 填 料 塔 液相 分散相 气相 连续相 填料塔结构示意图

116 一、 填料支承装置 填料支承装置的作用是支承塔内的填料。 √ 栅板型 填料支承 装置类型 孔管型 驼峰型

117 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。
二、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层发生松动和跳动。 √ 栅板型 填料压紧 装置类型 网板型

118 液体分布装置作用是将进塔液体均匀分布，以喷洒在填料层的上方。
三、液体分布装置 液体分布装置作用是将进塔液体均匀分布，以喷洒在填料层的上方。 喷头式 盘式 液体分布 装置类型 √ 管式 √ 槽式 √ 槽盘式

119 喷头式液体分布器

120 盘式液体分布器

121 管式液体分布器

122 槽式液体分布器

123 槽盘式液体分布器

124 四、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壁流。壁流导致填料层内气液分布不均，使传质效率下降。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置。 截锥式 液体收集及再分布装置类型 √ 斜板式 √ 槽盘式液体分布器

125 截锥式液体收集及再分布器

126 斜板式液体收集器

127 课外资料：国内常用的填料手册 1. 李锡源等. 新型工业塔填料应用手册─散装填 料部分. 西安: 化学工业部第六设计院,1989
1. 李锡源等. 新型工业塔填料应用手册─散装填 料部分. 西安: 化学工业部第六设计院,1989 2. 刘乃鸿等. 工业塔新型规整填料应用手册. 天 津: 天津大学出版社,1993 3. 王树楹等. 现代填料塔技术指南.北京:中国石 化出版社,1998 4. 徐崇嗣等. 塔填料产品及技术手册.北京:化学 工业出版社,1995

128 第8章练习题目 思考题 1.温度和压力对吸收过程的平衡关系有何影响？ 2.亨利定律为何具有不同的表达形式 ？
3.相平衡关系在吸收过程中有何作用？ 4.如何判断吸收过程是属于哪种过程控制？ 5.总吸收速率方程与膜吸收速率方程有何不同？ 6.何为吸收过程的操作线，操作线如何获得？ 7.吸收剂的用量如何确定？

129 练 习 题 目 思考题 8.填料有哪些主要类型？ 9.填料的几何特性包括哪些参数？ 10.评价填料性能有那些指标？
11.填料塔的流体力学性能包括哪些方面，对填料 塔的传质过程有何影响？ 12.填料塔有哪些操作特性？ 13.最小液体喷淋密度表示何种意义？ 14.泛点率（安全系数）表示何种意义？

130 学 习 指 导 本章重点掌握的内容 气体在液体中的溶解度 亨利定律 吸收速率方程式 膜吸收速率方程式 总吸收速率方程式 气膜控制与液膜控制

131 学 习 指 导 低组成气体吸收的计算 物料衡算与操作线方程 吸收剂用量的确定 填料塔 填料的主要类型 填料的几何特性
填料塔的流体力学性能与操作特性