化工原理王志魁第五版-吸收5-5(郑州大学授课讲义)
化工原理吸收教学课件PPT
5.1.1 化工生产中的传质过程
一、均相物系的分离
均相混合物的分离，首先要设法制造另外一个相，
使得物质从一个相转移到另外一相。
根据不同组分
某种过程
均相物系
两相物系
在各相中物性 的差异，使某
组分从一相向
实现均相物系的分离
另一相转移： 相际传质过程
相际传质过程
均相物系分离
相际传质过程的推动力：浓度差
5
分离
均 相 混 合 物 非 均 相 混 合 物
动量传递 三传 热量传递
质量传递
-----在浓度差、温度差、压 力差等推动力作用下，物质从 一处向另一处的转移过程。包 括相内传质和相际传质两类。
利用某种性质差异
方法 加 加入 入能 另量 外一种分 物离 质剂 作为 加场，如浓度场、电 温场 度、磁场
4
13
5.1.7 吸收操作的分类
按被吸收 组分数目
单组分吸收
多组分吸收√ 气体混合物 液体
气体 吸收
按吸收有无 化学反应
按溶质组 成的高低
按吸收的 温度变化
物理吸收
化学吸收√
低浓度吸收
高浓度吸收√
等温吸收
非等温吸√收
溶质A S
惰性组分B 吸收剂
相界面
本章只讨论单组分、低浓度、等温、物理吸收过程 的有关原理和计算。
ExA p*A
y*Ap*A/ pxAE/ p
p*A ExA
∴
mE p
y*A mxA
26
在低浓度气体吸收计算中，通常采用基准不变
的比摩尔分数Y( 或 X)表示组成。
由yA*mxA
得
YA* 1YA*
mX*A 1 X*A
化工原理王志魁第五版习题解答：第五章--吸收
第五章 吸收气液相平衡【5-5】空气中氧的体积分数为21%，试求总压为.101325kPa ，温度为10℃时，31m 水中最大可能溶解多少克氧？已知10℃时氧在水中的溶解度表达式为*.6331310p x =⨯，式中*p 为氧在气相中的平衡分压，单位为kPa x ；为溶液中氧的摩尔分数。
解 总压.101325 p kPa =空气中2O 的压力分数 .021A p p ==／体积分数空气中2O 的分压 *..021101325 A p kPa =⨯亨利系数 .6331310E kPa =⨯(1) 利用亨利定律*A p Ex =计算与气相分压..021101325A p kPa =⨯相平衡的液相组成为 *. ..A p x kmol O kmol E ⨯===⨯⨯-6260．2110132564210 ／331310溶液 此为1kmol 水溶液中最大可能溶解.6264210kmol O -⨯因为溶液很稀，其中溶质很少1kmol 水溶液≈1kmol 水=18 kg 水10℃，水的密度 .39997kg m ρ=／故 1kmol 水溶液≈.3189997m ／水即 .3189997m 水中最大可能溶解.664210kmol -⨯氧 故 31m 水中最大可能溶解的氧量为 (6426421099973571018)kmol O --⨯⨯=⨯ ...4222357103211410O 114O kg g --⨯⨯=⨯=(2) 利用亨利定律*A A c p H =计算 ()...5369997== 167610／33131018ss H kmol m kPa EM ρ-≈⨯⋅⨯⨯ 31m 水中最大可能溶解的氧量为*(..)(.).5432021101325 16761035710A A c p H kmol O m --==⨯⨯=⨯／ 溶液 ...4222357103211410114kg O g O --⨯⨯=⨯=【5-9】CO 2分压力为50kPa 的混合气体，分别与CO 2浓度为./3001kmol m 的水溶液和CO 2浓度为.3005kmol m ／的水溶液接触。
化工原理王志魁第五版-吸收最新版本
5. 吸收
扩散系数的讨论
（3）温度、压力的影响。 气体、液体和固体的扩散系数一般都随温度升高而增大。 气体扩散系数随压力的增加而减少。 液体的扩散系数与压力无关。
气 体 ： DT1.5p1
（4）浓度影响。对理想气体和稀溶液，浓度影响不大；而 非理想气体和一般溶液的D则是浓度的函数。
1/17/2020
1/17/2020
7
5. 吸收
分子扩散
分子扩散基本定律——费克定律
JA
D
dcA dz
jA
D
dA
dz
分子扩散可在单相中进行（如红墨水在水中的扩 散），也可以在气、液、固相间进行（如香水扩 散，气-液相间；活性炭吸异味，气-固间）。
1/17/2020
8
5. 吸收
扩散系数的讨论
（1） D的物理意义：浓度梯度数值为1时的扩散通 量。单位：m2/s。其大小表明物质的扩散能力大小 。
Dp( yB2 yB1 ) RTZ yB2 yB1
ln( yB2 / yB1 )
Dp RTZ
1 yBm(yA1
yA2) ↖
传质推动力
即：NARD TpZy1Bm(yA1yA2) ——单项扩散传质速率方程
其中：yBm
yB2 yB1 ln(yB2 / yB1)
（对数平均）
1/17/2020
NM
15
5. 吸收
（3）单项扩散的传质速率方程
1 NA 1 yA JA
JA
D
dcA dz
NARTD pyAddyzA
D p dyA RT dz
分离变量： N A dzR D T pd yy A AR D T pd( yy A A )
大学课件-化工原理-吸收-5
7.9.2 主要塔内件简介
（1） 塔填料 ① 几何特性 ◆ 公称直径 d ，mm ◆ 比表面积 a ，m2/m3 ◆ 空隙率ε ，m3/m3 ◆ 填料因子φ， m-1
② 分类
散堆填料
环形 鞍形 球形
拉西环 鲍尔环
阶梯环 弧鞍（贝鞍） 矩鞍（英特洛克斯） 金属环矩鞍
规整填料
波纹型
丝网波纹 孔板波纹
（3） 球形填料
规整填料 （1） 波纹型规整填料： 苏尔采填料（Sulzer Packing）、网波纹填料、孔板波纹填料 （Mellapak）
(2)格栅型填料
（2） 填料塔附件
支承板
液体
液体分布器
液体体
捕沫器
填料压板 塔壳 填料 填料支承板 液体再分布器 填料压板
填料支承板 气体
液体
(a)莲蓬头式 (c)溢流管式
(b)多孔环管式
液体分布器
液体再分布器
(a)截锥型
(b)“罗赛脱”型
填料支承结构
7.9.3 填料塔的流体力学性能 气体压降
填料塔的流体力学性能
液泛气速 持液量 液、气流体分布
（1）填料层压强降
气体压强降=f（气、液两相流速、物性，填料类型与尺寸等）
隔栅型 格利希隔栅
（1）环形填料 拉西环（Raschig ring） 鲍尔环(Pall ring) 阶梯环(Cascade ring）
（2） 鞍形填料 弧鞍填料，又称贝鞍（Barladdle）填料 矩鞍填料，又称英特洛克斯鞍（Intalox saddle）
金属环矩鞍填料（Intalox Metal Tower Packing）
不同液体喷淋密度L（m3/m2·h）下，单位高度填料层△p~u关系。
化工原理王志魁第五版习题解答：第五章 吸收
第五章吸收气液相平衡【5-5】空气中氧的体积分数为21%，试求总压为.101325kPa ，温度为10℃时，31m 水中最大可能溶解多少克氧？已知10℃时氧在水中的溶解度表达式为*.6331310p x =⨯，式中*p 为氧在气相中的平衡分压，单位为kPa x ；为溶液中氧的摩尔分数。
解总压.101325 p kPa=空气中2O 的压力分数.021A p p ==／体积分数空气中2O 的分压*..021101325 A p kPa =⨯亨利系数 .6331310E kPa=⨯(1)利用亨利定律*A p Ex =计算与气相分压..021101325A p kPa =⨯相平衡的液相组成为*. ..A p x kmol O kmol E ⨯===⨯⨯-6260．2110132564210 ／331310溶液此为1kmol 水溶液中最大可能溶解.6264210kmol O -⨯因为溶液很稀，其中溶质很少1kmol 水溶液≈1kmol 水=18kg 水10℃，水的密度.39997kg m ρ=／故1kmol 水溶液≈.3189997m ／水即.3189997m 水中最大可能溶解.664210kmol -⨯氧故31m 水中最大可能溶解的氧量为 (6426421099973571018)kmol O --⨯⨯=⨯ (4222)357103211410O 114O kg g --⨯⨯=⨯=(2)利用亨利定律*A A c p H =计算()...5369997== 167610／33131018s s H kmol m kPa EM ρ-≈⨯⋅⨯⨯31m 水中最大可能溶解的氧量为*(..)(.).5432021101325 16761035710A A c p H kmol O m --==⨯⨯=⨯／溶液 (4222)357103211410114kg O g O --⨯⨯=⨯=【5-9】CO 2分压力为50kPa 的混合气体，分别与CO 2浓度为./3001kmol m 的水溶液和CO 2浓度为.3005kmol m ／的水溶液接触。
化工原理王志魁第五版-吸收5
第5章 吸 收
.
5. 吸收
本章核心内容提要
※ 概述 (教材5.1)
※ 气液相平衡 (教材5.2)
※ 吸收过程的传质速率 (教材5.3)
※ 吸收塔的计算 (教材5.4)
※ 填料塔 (教材5.5)
5/2/2020
2
投票 最多可选1项
吸收操作中的溶解度系数通常指的是下列哪项？
A p*A = Ex 中的E B p*A = cA/H 中的H C y* = mx 中的 m
JA
D
dcA dz
NARTD pyAddyzA
D p dyA RT dz
分离变量： N A dzR D T pd yy A AR D T pd ( yy A A )
积分：
NA
Z Dp
dz
0
RT
yA2d(yA) yA1 yA
得： N AR D T p Z ln1 1 y yA A 2 1R D T p Z lny yB B 2 1
采用分压差表达推动力时，单项扩散传质速率方程为：
Dp NARTZpBm(pA1pA2) 思考1：在液相一侧，采用浓度差表达推动力时，情况又如何？
思考2：在液相一侧，证明 CBmCxBm
5/2/2020
18
5. 吸收
（4）单项扩散的传质系数
Dp NAz RTZpBm(pA1pA2)
定义气相传质系数：kG
5. 吸收
➢ 扩散系数的讨论
（3）温度、压力的影响。 气体、液体和固体的扩散系数一般都随温度升高而增大。 气体扩散系数随压力的增加而减少。 液体的扩散系数与压力无关。
气 体 ： DT1.5p1
（4）浓度影响。对理想气体和稀溶液，浓度影响不大；而 非理想气体和一般溶液的D则是浓度的函数。
化工原理第五章吸收(传质理论之一)超详细讲解
YA* 1 YA*
mX A 1 XA
YA* (1
X A ) mX A (1 YA* ) mX AYA*
mX A
YA* (1
X A) mX
AYA*
mX
A
YA*
mX A 1 (1 m)X A
稀溶液
mX
A
即: YA*=mXA 或: XA*=YA/m
吸收前1：nA1/nB=(nA1/n总1)/(nB/n总1)= yA1/yB1 =YA1
= yA1/(1-yA1) 吸收后2：nA2/nB=(nA2/n总2)/(nB/n总2)= yA2 /yB2 =YA2
= yA2/(1-yA2) 由此提示我们：要求A被吸收的量，要用到A在惰性气体 B中A的含量分率yA/yB，令为YA。 定义： YA –摩尔比/比摩尔分数(率)
4 、 以YA~XA比摩尔分率表示的亨利定律 YA:每mol惰气中所含A的mol数。起始时--YA1,终了时--YA2 XA：每mol吸收剂中所含A的mol数。吸收从XA1→XA2
YA
yA 1 yA
yA
YA 1 YA
XA
xA 1 xA
xA
XA 1 XA
由y*A=mxA得：
对一定的吸收体系(质A，剂S确定)，E和H为常数，都反映A 在S中的溶解度大小。E～H关系？先找CA～xA关系：
p* A
=
CA
=
ρS
xA = ExA
H HMS
即E∝1/ H ，E↑，H↓，气体在该吸收剂中越难溶。
xA～CA关系：
-
3 、 以yA ～ xA表示的亨利定律
∵A的气相摩尔分数 yA=pA/p总 = nA/ n总 ∴ y*A=p*A/P=(ExA)/P=mxA 或 x*A= yA/m 即 x*A∝yA m=E/P——相平衡系数(无因次)，E↑, m↑,气体越难溶。
化工原理王志魁第五版答案
化工原理王志魁第五版答案
《化工原理》王志魁第五版习题答案列表如下：
一、第一章
1.1 什么是化学工程
化学工程是一门研究化学过程及其工艺的学科，主要涉及化学反应、
传热、传质、流动等方面。
1.2 化学反应基础
化学反应是化学工程中最重要的环节之一，包括化学平衡、反应速率、反应热等方面。
1.3 能量和能量平衡
能量是化学工程中最基本的物理量之一，能量平衡是化学工程设计和
运行的基础。
二、第二章
2.1 流体静力学基础
流体静力学是研究静止流体力学性质和流体中的压力分布的学科。
2.2 流体动力学基础
流体动力学是研究流体在运动中的力学性质、运动规律及其应用的学科。
2.3 流体动力学基本方程
流体动力学的基本方程包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。
三、第三章
3.1 质量传递基础
质量传递是化工过程中必不可少的环节之一，包括传递过程和传递速率等方面。
3.2 质量传递基本方程
质量传递的基本方程包括扩散方程、对流方程和总质量守恒方程。
3.3 物料平衡
物料平衡是化工过程中必不可少的环节之一，包括原料的进出量、反
应产物的生成量和回收量等方面。
四、第四章
4.1 常见的化工反应
常见的化工反应包括酸碱中和、氧化还原、脱水、加氢等方面。
4.2 燃烧反应
燃烧反应是一种氧化还原反应，是化工过程中常发生的一种反应类型。
4.3 催化剂的应用
催化剂在化学工程中的应用广泛，能够提高反应速率和选择性，降低
反应温度和压力等。
以上是《化工原理》王志魁第五版习题答案列表。
化工原理王志魁第五版-吸收5-1+5-2(郑州大学授课讲义)
x1, max ≤ x*1 = y1/m
x2 决定了吸收尾气的最低浓度 y1 决定了吸收液的最高浓度
3/4/2019
y1
x1
28
5. 吸收
5.2.3 相平衡关系在吸收中的应用
*吸收操作推动力和极限的图示
y y = f (x) x2 y y* x
3/4/2019
y2
塔内任一截面
吸 收 塔
(x, y)
气液两相流动过程的压头损失 吸收的操作费用 溶剂挥发损失和变质损失 溶剂再生费用（比例最大）
3/4/2019
11
5. 吸收
吸收剂的选择
溶解度大——吸收速率高、吸收剂用量少
选择性高——有利于实现较完全的分离 粘度低——有利于传质和传热 挥发度低——吸收剂损失少 再生能耗低（课下思考：怎样实现？） 尽量价廉、易得、无毒、不易燃烧
3/4/2019
5. 吸收
5.2.3 相平衡关系在吸收中的应用
*吸收剂中溶质含量的设计依据
若已规定尾气浓度 y2（分离要求）
y
0 ≤ x2 ≤ x *2
x2 ↓ ，塔顶推动力↑，吸收速率↑ ，传质面积和塔高↓，设备费↓ 但是否 x2 越小越好？ x2 ↓，解吸负担增加，操作费↑
y = f (x)
塔底
3/4/2019 7
5. 吸收 解吸——通过升温、减压、气提等方法使溶质从溶液中挥发
出来，用于再生吸收剂或回收溶质的过程。
注意：解吸常与吸收同时使用，但也可以是独立的单元操作
惰性气体气提——空气、N2 气提解吸 汽提—— 蒸汽（水蒸气） 提馏—— 一般蒸气
提馏，工程上特指位于塔釜到进料口 之间，利用上升蒸气提取易挥发组分 的分离过程
化工原理(第五版)王志魁课后习题答案
化工原理（第五版）王志魁课后习题答案第一章介绍1.1 化工原理的定义化工原理是研究化学工程中基本原理和基本法律的学科。
它是化学工程学科体系中最基础、最重要的一门课程，是化学工程专业的核心课程之一。
1.2 化工原理的研究内容化工原理研究内容包括： - 物质的组成与结构 - 物质的性质和化学反应 - 物质的传质与传热 - 化工过程的基本原理与基本法律 - 化工过程的分析与设计方法1.3 化工原理的学习目标通过学习化工原理，学生应该能够： - 理解物质的组成与结构，掌握化学元素周期表及化学键类型 - 理解物质的性质和化学反应，包括溶解度、反应速率、平衡等 - 掌握物质的传质与传热的基本原理与计算方法 - 理解化工过程的基本原理与基本法律，包括质量守恒、能量守恒、流体流动等 - 掌握化工过程的分析与设计方法，包括物质平衡、能量平衡、流程图分析等第二章物质的组成与结构2.1 化学元素周期表化学元素周期表是一种显示化学元素基本信息的表格。
它按照元素的原子序数、原子量、电子结构等特征进行排列，方便了对元素性质的研究和应用。
2.2 化学键的类型化学键是指由电子共享或电子转移形成的连接两个或多个原子的化学键。
根据电子的共享和转移情况，化学键可分为离子键、共价键和金属键。
2.3 共价键的形成共价键是由电子的共享形成的化学键。
共价键的形成需要原子之间存在有效的电子交互作用，通常需要原子之间能够形成稳定的分子轨道。
第三章物质的性质和化学反应3.1 溶解度溶解度是指单位温度下，在一定量的溶剂中溶解度最多的溶质的质量。
溶解度受到溶剂性质、溶质性质和温度的影响。
3.2 反应速率反应速率是指化学反应中物质转化的快慢程度。
反应速率受到反应物浓度、反应温度、催化剂等因素的影响。
3.3 平衡平衡是指化学反应中反应物与生成物浓度达到一定比例后，反应停止。
平衡的存在使得反应进行到一定程度后，反应物和生成物的浓度保持稳定。
第四章物质的传质与传热4.1 传质传质是指物质在不同相之间由高浓度区向低浓度区传递的过程。
化工原理王志魁第五版-吸收5-3(1)(郑州大学授课讲义)
11
5. 吸收
分子扩散的两种简单情形
➢ 等分子反方向扩散
隔板两侧A、B总浓度相等 (密度相等)：
c cA1 cB1 cA2 cB2
cA1
JA
cB1
cA1 cA2
cA2 J B cB2
cB1 cB2
拿去隔板，A、B发生速率相等、方向相反的净扩散：
JA JB
N A J A，NB JB
5/29/2020
7
5. 吸收
分子扩散
➢ 分子扩散基本定律——费克定律
JA
D
dcA dz
jA
D
dA
dz
分子扩散可在单相中进行（如红墨水在水中的扩 散），也可以在气、液、固相间进行（如香水扩 散，气-液相间；活性炭吸异味，气-固间）。
5/29/2020
8
5. 吸收
➢ 扩散系数的讨论
（1） D的物理意义：浓度梯度数值为1时的扩散通 量。单位：m2/s。其大小表明物质的扩散能力大小 。
容易得到： kx = kL c
ky = kG p
稀溶液时： kx ≈ kX
ky ≈ kY
思考：操作压力提高1倍，各个传质系数如何变化？
5/29/2020
22
5. 吸收
➢ 传质边界层 传质边界层（扩散边界层；浓度边界层）——
发生对流传质时界面附近形成浓度梯度的区域。
y U0， CA0
0
浓度侧形CA (y)
cA，cAi ：流体主体、界面处A浓度
kc ：对流传质系数
5/29/2020
21
5. 吸收
*对流传质系数的6种具体定义
NA = kL (cAi − cA) NA = kx (xAi − xA) NA = kX (XAi − XA)
化工原理王志魁版第五章 吸收
三 组分A通过静止组分B的扩散
•
NA
D RTz
P PBm
( PA1
PA2 )
等摩尔扩散N
A
D( RTz
pA1
pA2 )
P 1 漂流因数 PBm
讨论：
➢当混合气中A的分压越高，漂流因数就越大
➢当混合气中A的分压越低，漂流因数就越接近1，总体流动的 因素可以忽略，单向扩散和等摩尔扩散就无差别了
四 液相中的稳定分子扩散 • 液相中的稳定分子扩散属于组分A通过静止组分S的扩散
m：相平衡常数，或分配系数，无因次
若系统总压为P：
pA Py
pA Py *
➢m与物系的特性、T、P有关
又pA* Ex Py* Ex➢m值越大，则表明该气体的溶解度愈小
y* E x P
➢T ，P ，m ，不利于吸收
m E P
4. X-Y关系
二 亨利定律
X
液相中溶质的摩尔数 液相中溶剂的摩尔数
其中KX——液相总吸收系数， kmol/（m2·s）
相间传质总阻力=气膜阻力+液膜阻力
七 总传质速率方程
1 1m
KY kY kX
1 11
K X mkY kX
K X mKY
七 总传质速率方程
3、以pA-pA*表示总推动力的吸收速率方程式
若吸收系统服从亨利定律
p* A
cA H
根据双膜理论，界面上气液两相成平衡
➢T 、分压有利于吸收，而T 而分 压，有利于脱吸
➢欲得到一定浓度的溶液，易溶气体所需 分压较低，而对难溶气体所需分压较高
二 亨利定律
• 亨利定律: 当总压不高(不超过5xl05Pa)时，在恒定的温度下，稀
化工原理第五章 吸收.
V，y2
塔底 x1增加
极限组成为：
x1max
x1*
y1 m
塔高无限 组成为y1的混合气 增加吸收剂用量L
塔顶y2降低
极限组成为：
y2min y2* mx2 V，y1
L，x2 L，x1
19.6.25
第五章 吸收
第三节 传质机理与吸收速率
一、分子扩散与菲克定律 二、气相中的稳定分子扩散 三、扩散系数 四、对流传质 五、吸收机理——双膜理论 六、吸收速率方程式
性低：减少设备的尺寸。 5.腐蚀性低：减少设备费用。 6.化学稳定性高； 7.无毒、无害、价廉、易于再生等。
总的选择原则是：经济、合理。
19.6.25
五、相组成表示法
1、质量分数与摩尔分数
质量分数：在混合物中某组分的质量占混合物总
质量的分数。
wA
mA m
摩尔分数：在混合物中某组分的摩尔数占混合 物总摩尔数的分数。
第五章 吸收
第一节 概述
一、吸收的有关概念 二、吸收在工业上的应用 三、吸收的分类 四、吸收的流程和溶剂 五、相组成表示方法
19.6.25
一、吸收的有关概念
传质过程：物质在相际间的转移——物质传递过程 传质过程的依据：混合物中各组分在两相间平衡分配不同。 以传质过程为特征的单元操作在化工升中应用甚广。如： (1)气体吸收：依据气体组分在液相中的溶解度差别来处理气
摩尔分数与摩尔比的关系：
x X 1 X
X x 1 x
y Y 1Y
Y y 1 y
19.6.25
3、质量浓度与摩尔浓度
质量浓度：单位体积混合物中某组分的质量。
CA
mA V
第5章吸收5精品PPT课件
Y1 51.1
Y2
而 Y2 Y1(1 )
∴ 98%
15
[习题5]在一填料塔中用清水吸收氨－空气中的低浓氨 气若清水量适量加大，其余操作条件不变，则 Y2、X1 将如何变化？（已知体积传质系数随气体量变化关系
为 kY a V 0.8 ）
解：用水吸收混合气中的氨为气膜控制过程，故
KY a kY a V 0.8 , 因气体流量不变，所以KY a
（2）出塔液体的浓度
X1
X2
V L
Y1
Y2
X2
V L
Y1
0 0.01 0.95 / 1.5 6.33103
19
（3） Y1* 1.5X1 1.5 0.00633 0.0095 Y2* 0
Y1 Y1 Y1* 0.01 0.0095 0.0005
Y2 Y2 Y2* 0.0005 0 0.0005
Ym
Y1 Y2 ln Y1
0.0005 0.0005 ln 0.0005
0 0
Y2
0.0005
Ym Y1 Y2 0.0005
N OG
Y1 Y2
Ym
0.01 0.0005 0.0005
19
20
y1
Y1 1 Y1
0.01 1 0.01
0.0099
V 1400 (1 0.0099) 47.8kmol / h 29
0.684)
Y1 (1
Y1 98%)
0.684
8.86
∴ z HOG NOG 0.544 8.86 4.82m
7
习题课
[习题2]某吸收塔在101.3kPa、293K下 用清水逆流吸收丙酮空气混合气体
Y2
=95% ?
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
5.吸收
鞍形填料
弧鞍填料
矩鞍填料
环矩鞍填料 （金属）
改进矩鞍填料
3/4/2019 10
5.吸收
球形填料、花环填料
3/4/2019
11
5.吸收
整装填料
格栅填料
木格栅填料 适用于低压降、大负荷及防堵场合
3/4/2019
12
5.吸收
波纹填料
板波纹填料
3/4/2019
丝网波纹填料
结构紧凑，比表面积大，传质效率高
3/4/2019 25
5.吸收
液体分布器
作用：使液体形成均匀的初始分布 要求：喷淋点足够多、各喷淋点喷淋液量相等
注意不同类型分布器适用的塔径范围。塔径越大，要求越高
3/4/2019
26
5.吸收
液体再分布器
作用：收集液体、重新分布，克服壁流问题 要求： 1. 具有收集液体功能（向中央归拢） 2. 本身也是液体分布器 3. 填料层分段，每隔一定高度设置
ε越大，压降越小，适应负荷越大
3/4/2019
15
5.吸收
5.5.3 填料塔的流体力学性能与操作特性
填料层的持液量
持液量——单位体积填料层中滞留的液体体积 静持液量——与气液负荷无关 总持液量 动持液量——与气液负荷有关 持液量↗ ⇒ 填料层压降↗
3/4/2019 16
5.吸收
填料层的压降
u 代表空塔气速
3/4/2019 22
5.吸收
填料塔操作中返混的原因
• 气液分布不均，各处传质效率差别很大 初始分布不均；壁流；填料层内的沟流
• 气流对液膜有影响，雾沫夹带不可避免 • 湍动剧烈时，轴向混合不可避免 流体力学性能随规模变化明显，直接影响三传一反的效果，
是过程工业放大设计失败的主要原因！
3/4/2019
3/4/2019 5
5.吸收
5.5 填料塔
5.5.1 填料塔的结构
5.5.2 填料的类型及性能 5.5.3 填料塔的流体力学性能与操作特性 5.5.4 填料塔的附件
3/4/2019
6
5.吸收
5.5.1 填料塔的结构
（二维码视频）
塔体、气体/液体进出口 填料：散装/整装
塔顶除沫器 填料支承板、填料压紧装置 液体分布器（仍在探索提高） 液体再分布器（教材图5-27）
注意是对气相而言！
泛点
lg Δp
L3 L2 L1
B3 B 2 B1
• 载点以下： 恒持液量
L=0
载点 A3
• 载点~泛点：
正常操作范围 • 泛点以上： 液泛
3/4/2019
A2
A1
L3 > L2 > L1
lg u
17
5.吸收
液泛的讨论
在液泛区，持液量过大使得：
液相变为连续相，气相变为分散相 填料特性： ϕ越小，泛点气速越高
3/4/2019
27
3/4/2019 7
5.吸收
5.5.2 填料的类型及性能
塔填料的创新仍然属于前沿科技 按材质：陶瓷、金属、塑料
按装填方式：散装、整装Fra bibliotek散装填料
环形、鞍形、球形、花环
3/4/2019
8
5.吸收
环形填料
内部分隔
勒辛环
十字隔 板环
拉西环
表面重构
鲍尔环
阶梯环
扁环
思考：阶梯环锥形翻边的作用？
3/4/2019 9
13
5.吸收
填料的性能评价
性能评价参数 （1）比表面积 a （2）空隙率 ε
（3）干填料因子 a/ε3 （4）(湿)填料因子 ϕ
（5）堆积密度 ρb
3/4/2019
反映填料几何特性 反映填料流体力学性能
14
5.吸收
填料性能评价的核心要素 （1）传质效率 （2）压降（流动阻力）
a 越大，传质效率越高
L, X1
3/4/2019
X2
X X′ Xr X1
X
21
5.吸收
设计和操作时考虑返混的思路
Y Y1 设计型问题 Y = f (X) Y Y1 操作型问题 Y = f (X)
Y2 X2 X X′ Xr X1 X
Y 2′ Y2
X2 X X′ Xr
X1
X
设计型问题：为保持操作效果不变，应加高填料层高度或用更好的填料 操作型问题 ：返混发生，操作效果必将变差，Y2将增大
液体密度↗ ⇒ 泛点气速↗
影响因素
流体物性 气体密度↗ ⇒ 泛点气速 ↘
液体粘度↗ ⇒ 泛点气速↘
操作液气比： L/G ↗ ⇒ 泛点气速↘
3/4/2019 18
5.吸收
空塔气速的设计
例：Eckert算图
（1）找泛点气速 （2）确定适宜操作 气速：通常是泛点气 速的0.5~0.8倍
（3）估计压降、计 算塔径（P249）
C
D
提交
3
5.吸收
本章核心内容提要
※ 概述 (教材5.1)
※ 气液相平衡 (教材5.2)
※ 吸收过程的传质速率 (教材5.3)
※ 吸收塔的计算 (教材5.4)
※ 填料塔 (教材5.5)
3/4/2019 4
5.吸收
5.5 填料塔
注意：吸收不只可用填料塔，也可用板式塔！ 传质单元数法计算塔高只适用于填料塔。 (板式塔第6章介绍)
（4）权衡操作费与 设备费 课后思考：结合算图 理解液泛的影响因素
3/4/2019 19
5.吸收
填料表面的润湿
填料表面的润湿状况是其传质效率的另一重要因素 被润湿形成液膜的填料表面才是有效的传质面
填料表面的润湿状况取决于： • 填料的材质和表面性质 • 液体喷淋密度（单位时间、单位塔截面积的液体喷淋体积）
23
5.吸收
5.5.4 填料塔的附件
填料支承板
作用：支承填料 要求：机械强度、自由面积
3/4/2019
24
5.吸收
填料压紧装置（填料压板）
作用：防止填料层的松动和跳动。 • 可自由放置于填料层上端
适用于陶瓷、石墨等制成的易发 生破碎的散装填料。 • 也可固定在塔壁上 适用于金属、塑料等制成的不易发生破碎的散装填料及所有 规整填料。
最小喷淋密度Umin：为保证填料充分润湿，液体喷淋密度的最小值
3/4/2019
20
5.吸收
填料塔的返混
返混——局部出现浓度差，使组分发生自下游到上游的扩散 G, Y2 * 以侧线抽出返塔为例 Y L, X L+Lr , X′ Lr , Xr G, Y1 Y1 Y = f (X)
L, X2
Y2
全塔平均推动力 下降！
化工原理
第 5章 吸 收
单选题
2分
作业题5-16和5-22分别属于（
A
）
设计型计算，操作型计算
B
操作型计算，设计型计算
设计型计算，设计型计算 操作型计算，操作型计算
C
D
提交
2
单选题
2分
下列哪种情况，必须通过试差才能求解（
A
）
改变液量，求完成任务所需塔高
B
改变气量，求出塔气体组成
改变操作压力，求吸收液组成 改变操作温度，求完成任务所需液量