化工原理第五章(填料塔)
化工原理-5章气体吸收
液两相的浓度呈连续变化。如填
溶剂
料塔。
溶剂
规整填料
散装填料
塑料丝网波纹填料 塑料鲍尔环填料
级式接触：气、液两相逐级接 触传质，两相的组成呈阶跃变 化。 如板式塔。
气体
气体
a 微分接触
b 级式接触
图9-2 填料塔和板式塔
5.1.3 吸收操作的分类
物理吸收：吸收过程溶质与溶剂不发生显著的化学反应。如用水 吸收二氧化碳、用水吸收乙醇或丙醇蒸汽、用洗油吸收芳烃等。
硫回收
低温 甲 醇洗
甲醇 醋酸
CO分离
醋酐
低温甲醇洗装置
原气料体器气热I/交合换成 新醇鲜储甲槽 锅冷炉却给器水
原料气 冷却器
补充泵
洗氨器 原料气 体/热合交成换气器
原料气 /交废换气器热
地下 废液罐
地下 吸收器 废液泵
II
C02 甲 醇 级 间冷却器
H进2料S-冷吸却收器器
合成气 原料气
原 凝物料 气 冷
yA 1 yA
KmolA/ KmolB
在计算比质量分数或比摩尔分数的数值时， 通常以在操作中不转移到另一相的组分作为 B组分。在吸收中，B组分是指吸收剂或惰 性气，A组分是指吸收质.
2．质量浓度与物质的量浓度
质量浓度是指单位体积混合物内所含物质的质量。对于A组分,有
A
mA V
kg / m3
对于气体混合物，在压强不太高、温度不太低的情况下，可视为理
EM s 83.318
第八章 吸收
三、吸收平衡线
表明吸收过程中气、液相平衡关系的图线称吸收平衡线。在吸收操作 中，通常用图来表示。
吸收平衡线
YA
1
mX A (1 m) X
化工原理 第五章 气体吸收
Y
*
mX 1 (1 m) X
当溶液浓度很低时,上式右端分母约等于1,于是上式可简化为:
Y*=mX
20
三、 相平衡关系在吸收中的应用
（一）判断过程进行的方向
* pA pA * pA pA * pA pA
A由气相向液相传质，吸收过程 平衡状态
A由液相向气相传质，解吸过程
*或x* >x或 c * y
dc A —组分A在扩散方向z上的浓度梯度（kmol/m3）/m； dz
DAB——组分A在B组分中的扩散系数，m2/s。
负号：表示扩散方向与浓度梯度方向相反，扩散沿 着浓度降低的方向进行
28
理想气体：
pA cA RT
dc A 1 dp A = dz RT dz
DAB dpA JA RT dz
25
吸收过程： （1）A由气相主体到相界面，气相内传递； （2）A在相界面上溶解，溶解过程； （3）A自相界面到液相主体，液相内传递。
单相内传递方式：分子扩散；对流扩散 。
26
一、 分子扩散与菲克定律
分子扩散：在静止或滞流流体内部，若某一组分存 在浓度差，则因分子无规则的热运动使
该组分由浓度较高处传递至浓度较低处，
物系一定， E T 2）E大的，溶解度小，难溶气体 E小的，溶解度大，易溶气体
3）E的来源：实验测得；查手册
对于理想溶液，亨利常数即为纯溶质的饱和蒸汽压。亨利常数E值较大表示溶解度 较小。一般E值随温度的升高而增大，常压下压力对E值影响不大。
16
（二）亨利定律其它形式
cA 1）p H
体主体浓度线相交于一点E，则厚度zG为E到相界
面的垂直距离。
（二）气相传质速率方程
化工原理 第五章 吸收课后习题及答案
第五章 吸收相组成的换算【5-1】 空气和CO 2的混合气体中，CO 2的体积分数为20%，求其摩尔分数y 和摩尔比Y 各为多少？解 因摩尔分数=体积分数，.02y =摩尔分数 摩尔比 ..020251102y Y y ===--． 【5-2】 20℃的l00g 水中溶解lgNH 3, NH 3在溶液中的组成用摩尔分数x 、浓度c 及摩尔比X 表示时，各为多少？解 摩尔分数//117=0．010*******／18x =+浓度c 的计算20℃，溶液的密度用水的密度./39982s kg m ρ=代替。
溶液中NH 3的量为 /311017n kmol -=⨯ 溶液的体积 /.33101109982 V m -=⨯溶液中NH 3的浓度//.33311017==0．581／101109982n c kmol m V --⨯=⨯ 或 . 3998200105058218s sc x kmol m M ρ==⨯=．．／ NH 3与水的摩尔比的计算 //1170010610018X ==．或 ..00105001061100105x X x ===--． 【5-3】进入吸收器的混合气体中，NH 3的体积分数为10%，吸收率为90%，求离开吸收器时NH 3的组成，以摩尔比Y 和摩尔分数y 表示。
吸收率的定义为122111Y Y Y Y Y η-===-被吸收的溶质量原料气中溶质量解 原料气中NH 3的摩尔分数0.1y = 摩尔比 (11101)01111101y Y y ===-- 吸收器出口混合气中NH 3的摩尔比为 ()...211109011100111Y Y η=-=-⨯=（）摩尔分数 (22200111)=0010981100111Y y Y ==++ 气液相平衡【5-4】 l00g 水中溶解lg 3 NH ，查得20℃时溶液上方3NH 的平衡分压为798Pa 。
此稀溶液的气液相平衡关系服从亨利定律，试求亨利系数E(单位为kPa )、溶解度系数H[单位为/()3kmol m kPa ⋅]和相平衡常数m 。
化工原理第五章吸收题说课讲解
化⼯原理第五章吸收题说课讲解化⼯原理第五章吸收题六吸收浓度换算2.1甲醇15%(质量)的⽔溶液, 其密度为970Kg/m3, 试计算该溶液中甲醇的:(1)摩尔分率; (2)摩尔⽐; (3)质量⽐; (4)质量浓度; (5)摩尔浓度。
分⼦扩散2.2 估算1atm及293K下氯化氢⽓体(HCl)在(1)空⽓,(2)⽔(极稀盐酸)中的扩散系数。
2.3⼀⼩管充以丙酮,液⾯距管⼝1.1cm,20℃空⽓以⼀定速度吹过管⼝,经5 ⼩时后液⾯下降到离管⼝2.05cm,⼤⽓压为750[mmHg],丙酮的蒸汽压为180[mmHg] , 丙酮液密度为7900[kg/m3],计算丙酮蒸汽在空⽓中的扩散系数。
2.4 浅盘内盛⽔。
⽔深5mm,在1atm⼜298K下靠分⼦扩散逐渐蒸发到⼤⽓中。
假定传质阻⼒相当于3mm厚的静⽌⽓层,⽓层外的⽔蒸压可忽略,求蒸发完所需的时间。
2.5 ⼀填料塔在常压和295K下操作，⽤⽔除去含氨混合⽓体中的氨。
在塔内某处，氨在⽓相中的组成y a=5%(摩尔百分率)。
液相氨的平衡分压P=660Pa,物质通量N A= 10 - 4[kmol/m2·S],⽓相扩散系数D G=0.24[cm2/s],求⽓膜的当量厚度。
相平衡与亨利定律2.6 温度为10℃的常压空⽓与⽔接触，氧在空⽓中的体积百分率为21%，求达到平衡时氧在⽔中的最⼤浓度, （以[g/m3]、摩尔分率表⽰）及溶解度系数。
以[g/m3·atm]及[kmol/m3·Pa]表⽰。
2.7 当系统服从亨利定律时，对同⼀温度和液相浓度，如果总压增⼤⼀倍则与之平衡的⽓相浓度(或分压) (A)Y增⼤⼀倍; (B)P增⼤⼀倍;(C)Y减⼩⼀倍; (D)P减⼩⼀倍。
2.8 25℃及1atm下,含CO220%,空⽓80%(体积%)的⽓体1m3，与1m3的清⽔在容积2m3的密闭容器中接触进⾏传质,试问⽓液达到平衡后,(1)CO2在⽔中的最终浓度及剩余⽓体的总压为多少?(2)刚开始接触时的总传质推动⼒ΔP,Δx各为多少？⽓液达到平衡时的总传质推动⼒⼜为多少？仅供学习与交流，如有侵权请联系⽹站删除谢谢1362.9 在填料塔中⽤清⽔吸收⽓体中所含的丙酮蒸⽓,操作温度20℃,压⼒1atm。
南工大化工原理第五章 习题解答
第五章习题解答1）总压100，温度25℃的空气与水长时间接触，水中的的浓度为多少？分别用摩尔浓度和摩尔分率表示。
空气中的体积百分率为0.79。
解：将空气看作理想气体：y=0.79p*=yp=79kPa查表得E=8.76×kPaH=C=p*.H=79×6.342×10-5=5.01×10-4kmol/m32）已知常压、25℃下某体系的平衡关系符合亨利定律，亨利系数E为大气压，溶质A的分压为0.54大气压的混合气体分别与三种溶液接触：①溶质A浓度为的水溶液；②溶质A浓度为的水溶液；③溶质A浓度为的水溶液。
试求上述三种情况下溶质A在二相间的转移方向。
解： E=0.15×104atm，p=0.054atm，P=1atm，y=p/P=0.054①∴∴∴平衡②∴∴∴气相转移至液相③∴∴∴液相转移至气相④ P=3atm y=0.054 E=0.15×104atm∴m=E/P=0.05×104x4=x3=5.4×10-5∴∴∴气相转移至液相3）某气、液逆流的吸收塔，以清水吸收空气～硫化氢混合气中的硫化氢。
总压为1大气压。
已知塔底气相中含 1.5%（摩尔分率），水中含的浓度为（摩尔分率）。
试求塔底温度分别为5℃及30℃时的吸收过程推动力。
解：查表得（50C）E1=3.19×104kpa m1=E1/P=315p*1=Ex=0.3194）总压为100，温度为15℃时的亨利系数E为。
试计算：①H、m的值（对稀水溶液密度为）；②若空气中的分压为50，试求与其相平衡的水溶液浓度，分别以摩尔分率和摩尔浓度表示。
5）在总压为100、水温为30℃鼓泡吸收器中，通入纯，经充分接触后测得水中的平衡溶解度为溶液，溶液的密度可近似取为，试求亨利系数。
解： p*=100KPa(mol/L)/kPakPa6）组分A通过另一停滞组分B进行扩散，若总压为，扩散两端组分A 的分压分别为23.2和 6.5。
化工原理第四版课件(第五章吸收)
第五章：吸收 概述气液相平衡吸收过程的传质速率吸收塔的计算填料塔第一节：概述一、吸收吸收的定义：吸收是利用气态均相混合物中各组分在吸收剂中溶解度的差异来实现分离的单元操作。
吸收的目的：I.回收或捕获气体混合物中的有用物质，以制取产品II.除去工艺气体中的有害成分，使气体净化，以便进一步加工处理III.除去工业放空尾气中的有害气体，以免环境污染。
二、工业吸收了解工业生产中吸收及解吸过程、所需条件和典型设备例子工业上从合成氨原料混合气体中回收CO2乙醇胺脱硫法•需要解决的问题1.选择合适的溶剂2.提供适当的传质设备3.溶剂的再生三、溶剂的选择1.对溶质较大的溶解度；2.良好的选择性；3.温度变化的敏感性；4.蒸汽压要低；5.良好的化学稳定性；6.较低的黏度且不易生泡；7.廉价、无毒、易得、不易燃烧等经济和安全条件。
四、吸收的分类按有无化学反应：物理吸收和化学吸收按溶质气体的浓度：低浓度和高浓度吸收按溶质气体组分的数目：单组分和多组分吸收按有无热效应：等温和非等温吸收本章只讨论低浓度、单组分、等温的物理吸收过程。
五、吸收操作的经济性（费用）气液两相流经设备的能量损耗；溶剂的挥发及变质损失；溶剂的再生费用。
√六、吸收设备第二节：气液相平衡一、平衡溶解度恒温、恒压下，相互接触的气液两相的浓度不变时，气液两相之间的浓度关系。
气液两相组成的浓度分别用物质的摩尔分数来表示，即y= n i /Σn y 、x= n i /Σn x：气液两相中惰性组分的量不变,溶质与惰性组分摩尔比。
yy Y −=1xx X −=11.气体的溶解度气体在溶液中的溶解平衡是一个动态平衡，该平衡的存在是有条件的；平衡时气相中溶质的分压——平衡分压（或饱和分压），液相中溶质的浓度——平衡浓度（或饱和浓度），也即是气体在溶液中的溶解度；气体的溶解度是一定条件下吸收进行的极限程度；温度和压力对吸收操作有重要的影响；加压和降温对吸收有利；升温和降压对解吸有利。
化工原理课程设计填料塔的设计
06 结论与展望
课程设计的总结与收获
01
02
03
04
设计流程掌握
通过填料塔的设计，掌握了从 需求分析、方案设计、详细设 计到最终实现的完整流程。
理论知识应用
将所学的化工原理知识应用于 实际设计中，加深了对理论知
识的理解和应用能力。
团队协作能力
在小组合作中，提高了团队协 作和沟通能力，学会了如何在
热力学第一定律
能量守恒定律，表示系统 能量的转化和守恒。
热力学第二定律
熵增加原理，表示自发反 应总是向着熵增加的方向 进行。
理想气体定律
描述气体状态变化的基本 规律。
填料塔的热量平衡与效率
热量平衡
填料塔在操作过程中，需要保持 热量平衡，即进料和出料的热量 与热源和冷源的热量交换达到平 衡状态。
效率计算
填料的作用
填料在填料塔中起到关键作用，它能够提供足够大的表面 积以促进气液间的接触，从而实现高效的传质和传热。
填料塔的工作原理
在填料塔中，液体从顶部淋下，通过填料层时与气体充分 接触，实现传质和传热。气体在填料的缝隙中流动，与液 体进行逆流接触，完成传质和传热过程。
02 填料塔的工艺设计
工艺流程
提高解决问题能力
面对实际工程问题，学生需要 独立思考、分析和解决问题， 提高解决实际问题的能力。
培养团队协作精神
课程设计通常以小组形式进行 ，学生需要分工合作、相互配
合，培养团队协作精神。
填料塔的基本概念和原理
填料塔的定义
填料塔是一种常用的化工设备，主要用于气液传质和传热 过程。它由塔体、填料、液体分布器、气体分布器和再分 布器等组成。
填料塔的流体力学性能
流体阻力
化工原理 填 料 塔
• 单位堆积体积内的填料数目n：由填料尺寸决定， n↑→ε↓, a↑→阻力↑。
二、气液两相在填料内的流动
• 液体的流动 ：液体借重力在填料表面作膜状流动，流动阻力来自液膜 与填料表面及液膜与上升气流之间的摩擦。显然气速↑，阻力越大，膜 内液体流速越小；液体流量及气体流量越大，则液膜越厚填料层内的持 液量也越大 。不过气速较低时，气速造成的阻力较小，液膜厚度与气 速关系不大，但当气速较高时，则关系较大。
气液传质设备
• 塔设备的基本功能在于提供气液两相以充分接触的机会,使传质 传热能够迅速有效的进行；还要能使接触之后的汽、液两相能 够及时分开、互不夹带。
• 评价塔设备性能的指标： （1）生产能力 即单位塔截面上单位时间的物料处理量。 （2）分离效率 板式塔指每块塔板的分离程度、填料塔指单位填
料高度能达到的分离程度。 （3）操作弹性 指对各种物料性质和适应性以及在负荷波动时维
• 填料塔的结构与塔填料 • 填料塔的水力学性能 • 填料塔的传质性能 • 填料塔的附件
一、填料塔与塔填料
1. 塔的介绍
1、规整填料 2、支撑栅板 3、液体收集器 4、集液环 5、多级槽式液 体分布器
6、填料压圈 7、支撑栅板 8、蒸汽入口管 9、塔底 10、至再沸器 循环管
11、裙座 12、底座环
• 气体的流动 ： 近似于流体在颗粒间的流动，区别是：流体在颗粒间流 速较低通常处于层流状态，流动阻力与气速成正比；而在填料层内，由 于填料尺寸较颗粒大，气体的流速也较高，一般处于湍流状况，气体通 过干填料层的压降与流量的关系为一直线，斜率为1.8~2.0。
化工原理课件第五章 吸收
η=
被吸收的溶质量 进塔气体的溶质量
Y1 Y 2 Y1
Y2=Y1(1-η)
qn,v Y1 Y2 条件所规定
X2 一般为吸收工艺
qn ,l ,m qn,v
Y1 Y2 X1* X 2
Y1 Y2
Y1 m
X
2
qn,l=（1.1～1.5）qn,l,m
2020/7/16
16
5-14 填料层高度的计算
溶解度随温度和溶质气体的分压不同而不同，平衡时溶质在 气相中的分压称为平衡分压。溶质组分在两相中的组成服从 相平衡关系。
加压和降温有利于吸收操作，反之，升温和减压对解吸有利。 但加压、减压费用太高一般不采用。
2020/7/16
6
５－２ 亨利定律
亨利定律
当总压不高（一般小于500KPa）时，在一定温度下，稀溶液上 方气相中溶质的平衡分压与其在液相中的浓度之间存在着如下 的关系：
一、 填料层高度的基本计算式
填料层高度计算涉及物料衡算、传质 速率和相平衡关系。我们前面介绍的 所有传质速率方程都适用于稳定操作 的吸收塔中的"某一横截面",而不能用 于全塔。
该微元内，吸收质的传递量dG为：
dG qn,vdY qn,ldX
由吸收速率方程可知，该微元内，气相
和液相吸收质的变化量dG为：
在相内（气相或液相）传质方式包括分子扩散和湍流扩散。
分子扩散：当流体内部某一组分存在浓度差时，因微观的分 子热运动使组分从浓度高处传递到较低处，这种现象称为分 子扩散。
湍流扩散：当流体流动或搅拌时，由于流体质点的宏观运动
（湍流），使组分从浓度高处向低处移动，这种现象称为湍
流扩散。在湍流状态下，流体内部产生旋涡，故又称为涡流
填料塔化工原理课程设计
填料塔化工原理课程设计IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】摘要在化工生产中，气体吸收过程是利用气体混合物中，各组分在液体中溶解度或化学反应活性的差异，在气液两相接触是发生传质，实现气液混合物的分离。
在化学工业中，经常需将气体混合物中的各个组分加以分离，其目的是：①回收或捕获气体混合物中的有用物质，以制取产品；②除去工艺气体中的有害成分，使气体净化，以便进一步加工处理；或除去工业放空尾气中的有害物，以免污染大气。
实际过程往往同时兼有净化和回收双重目的。
吸收是利用混合气体中各组分在液体中的溶解度的差异来分离气态均相混合物的一种单元操作。
在化工生产中主要用于原料气的净化，有用组分的回收等。
气液两相的分离是通过它们密切的接触进行的，在正常操作下，气相为连续相而液相为分散相，气相组成呈连续变化，气相中的成分逐渐被分离出来。
填料塔是气液呈连续性接触的气液传质设备，属微分接触逆流操作过程。
塔的底部有支撑板用来支撑填料，并允许气液通过。
支撑板上的填料有整砌和乱堆两种方式。
填料层的上方有液体分布装置，从而使液体均匀喷洒于填料层上。
填料层的空隙率超过90%，一般液泛点较高，单位塔截面积上填料塔的生产能力较高，研究表明，在压力小于时，填料塔的分离效率明显优于板式塔。
这次课程设计的任务是用水吸收空气中的二氧化硫，然后再进行解吸处理得到二氧化硫。
要求设计包括塔径、填料塔高度、塔管的尺寸等，需要通过物料衡算得到所需要的基础数据，然后进行所需尺寸的计算得到各种设计参数，为图的绘制打基础，提供数据参考。
目录第一章设计方案的内容流程方案指完成设计任务书所达的任务采用怎样的工艺路线，包括需要哪些装置设备，物料在个设备间的走向，哪些地方需要有观测仪表、调节装置，那些取样点以及是否需要有备用设备等，按上述内容绘制流程图。
设备方案根据设备要求，确定选用什么形式的设备。
如吸收塔选用板式塔还是填料塔，为什么选用填料塔。
化工原理第五章吸收(传质理论之一)超详细讲解
被吸收NH3的体积： VNH3＝80*(0.25-0.053) =15.8 m3
传热过程
吸收过程
理论 将对流给热视为壁 实质 附近滞流层的热传
导过程—付立叶定
将吸收视为A穿过相界面附 近滞流双膜的分子扩散过 程—费克定律
At
T
T
t
t
A1 (T tw1 ) A2 (tw2 t )
N
DAC
DgP
RTpBg
A(
Dl (CA CS
CSl
p )
pi) A(Ci C)
作业： P185 7
§5-3 吸收速率
吸收速率决定吸收达到平衡的时间，决定吸收操作的 生产强度，是吸收设备选型和设备设计的重要依据。
一、吸收速率定义：NA= dnA/dτ 对于稳定吸收过程：NA=nA/τ mol(A)/s 吸收过程是物质的相转移过程，通过扩散方式进行。
二、扩散 1、分子扩散：物质以分子热运动方式穿过静止或滞流流 体的传递过程——特点：传递速率慢。 2 、对流扩散：物质以相对运动方式穿过湍流流体的传递 过程——特点：传递速率快。
A(Ci
C) =klA(Ci-C)
kl
DlCT
lCS
所以，可用界面附近气膜中的扩散速率：
NA=kgA(p-pi) 或液膜中的扩散速率：
计算吸收速率。
NA=klA(Ci-C)
作业： P185 12、13
六、吸收速率方程 1 气膜吸收分速率方程
化工原理第五章第五节
2013-1-7
2013-1-7
3.增大传质面积A
传质面积即为气液相间的接触面积。传质面积的形式有
两种方式：一种是使气体以小气泡状分散在液层中，另一种 是使液体以液膜或液滴状分散在气流中，实际设备操作中这 两种情况不是截然分开的。显然，要增大传质面积，必须设 法增大气体或液体的分散度。
总之，强化吸收操作过程要权衡得失，综合考虑，得到经 济而合理的方案。
（1）拉西环 拉西环是最早的一种填料，为外径与高度相
等的空心圆柱体，如图所示，它是具有内外表面的环状实 壁填料。
拉西环
拉西环形状简单，制造容易，但当拉西环横卧放置时， 内表层不易被液体润湿且气体不能通过，而且彼此容易重叠， 使部分表面互相屏蔽，因而气液有效接触面积降低，流体阻 力增大。
2013-1-7
要增大吸收系数，必须设法降低吸收总阻力，而总阻力是气膜阻力
和液膜阻力之和。对不同的吸收过程，此二膜阻力对总阻力有不同程度 的影响。所以，要降低总阻力，必须有针对性地降低气膜阻力或液膜阻
力。
易溶气体属于气膜控制，难溶气体属于液膜控制。在一定的操作条 件下，一般降低吸收阻力的措施是增大流体速度及改进设备结构以增大 流体的湍动程度，从而增强扩散过程中的涡流扩散效果。
第
五 章 吸 收
一、填料塔的结构及 填料性能 二、气液两相在填料
第 五 节 填 料 塔
层内的流动
三、塔径的计算 四、填料塔的附件
2013-1-7
一、填料塔的结构及填料性能
（一）、填料塔的构造
填料塔由塔体、填料、液体分布 装置、填料压板，填料支承装置、液 体再分布装置等构成，如图5-26所示。 填料塔操作时，液体自塔上部进入， 通过液体分布器均匀喷洒在塔截面上并 沿填料表面成膜状流下。经填料支承装 置由塔下部排出。
南工大化工原理第五章习题解答
南⼯⼤化⼯原理第五章习题解答第五章习题解答1）总压100，温度25℃的空⽓与⽔长时间接触，⽔中的的浓度为多少？分别⽤摩尔浓度和摩尔分率表⽰。
空⽓中的体积百分率为0.79。
解：将空⽓看作理想⽓体：y=0.79p*=yp=79kPa查表得E=8.76×kPaH=C=p*.H=79×6.342×10-5=5.01×10-4kmol/m32）已知常压、25℃下某体系的平衡关系符合亨利定律，亨利系数E为⼤⽓压，溶质A的分压为0.54⼤⽓压的混合⽓体分别与三种溶液接触：①溶质A浓度为的⽔溶液；②溶质A浓度为的⽔溶液；③溶质A浓度为的⽔溶液。
试求上述三种情况下溶质A在⼆相间的转移⽅向。
解： E=0.15×104atm，p=0.054atm，P=1atm，y=p/P=0.054①∴∴∴平衡②∴∴∴⽓相转移⾄液相③∴∴∴液相转移⾄⽓相④ P=3atm y=0.054 E=0.15×104atm∴m=E/P=0.05×104x4=x3=5.4×10-5∴∴∴⽓相转移⾄液相3）某⽓、液逆流的吸收塔，以清⽔吸收空⽓～硫化氢混合⽓中的硫化氢。
总压为1⼤⽓压。
已知塔底⽓相中含 1.5%（摩尔分率），⽔中含的浓度为（摩尔分率）。
试求塔底温度分别为5℃及30℃时的吸收过程推动⼒。
解：查表得（50C）E1=3.19×104kpa m1=E1/P=315p*1=Ex=0.3194）总压为100，温度为15℃时的亨利系数E为。
试计算：①H、m的值（对稀⽔溶液密度为）；②若空⽓中的分压为50，试求与其相平衡的⽔溶液浓度，分别以摩尔分率和摩尔浓度表⽰。
5）在总压为100、⽔温为30℃⿎泡吸收器中，通⼊纯，经充分接触后测得⽔中的平衡溶解度为溶液，溶液的密度可近似取为，试求亨利系数。
解： p*=100KPa(mol/L)/kPakPa6）组分A通过另⼀停滞组分B进⾏扩散，若总压为，扩散两端组分A的分压分别为23.2和 6.5。
化工原理课件(十一五)第五章5.6填料塔
—液体密度校正系数，
WL WV
V L
0.5
；
↓ufΒιβλιοθήκη 2gV L
L 0.2
↓
uf
9
返回
三、持液量
北京化工大学化工原理电子课件
定义：操作时单位体积填料层内持有的液体体积。 静持液量：仍然停留在填料层中的液体量。 动持液量：指一定喷淋条件下持于填料层中的液
体总量与静持液量之差。
总持液量 （静持液量与动持液量之和 ）
2）L点以上，u大，拦液现象，拦 液现象时的气速为载点气速， 超过载点气速后，ΔP∝u>2.0 。
7
返回
3）液泛区
北京化工大学化工原理电子课件
u↑↑，塔内液泛，泛点气速。ΔP∼u 斜率急剧增加,
使填料塔不能正常操作。
8
返回
北京化工大学化工原理电子课件
二、泛点气速的计算
Ф—湿填料因子，1/m；
Ψ
水 L
材料：陶瓷、金属、塑料
堆放：整砌、乱堆
4
返回
北京化工大学化工原理电子课件
拉西环
鲍尔环
阶梯环
5
环
返回
北京化工大学化工原理电子课件
鞍形环
丝网波纹
板波纹
6
槽式液体分布器
返回
北京化工大学化工原理电子课件
5.6.2 填料塔的流体力学性能
一、气体通过填料的压降
L=0 干填料 L↑，空隙率ε↓，压降大。 L:载点 F:泛点 1）L点以下， u小，ΔP∝u1.8∼2.0。
10
返回
北京化工大学化工原理电子课件
5.6.3 填料塔的附件
一、支承板
二、液体分布器
11
返回
化工原理第五章(填料塔)
2013-7-14
④弧鞍与矩鞍（berl saddle and intolox saddle）
【弧鞍形填料】
1931年出
现的这类填
料称弧鞍形
填料，是因
形如马鞍而
得名。
2013-7-14
【结构特点】这种填料层中主要为弧形的液体通道
，填料层内的空隙较环形填料（尤其较拉西环填料
主，增加了填料间的空隙，可以促进液膜的表面更
新，有利于传质效率的提高。
2013-7-14
2013-7-14
【性能特点】（1）由于高径比减少，使得气体绕填 料外壁的平均路径大为缩短，减少了气体通过填料
层的阻力。
（2）阶梯环的性能略优于鲍尔环，与鲍尔环相比，
生产能力可提高10%，气体阻力可降低5%左右，是
2013-7-14
金属拉西环
2013-7-14
塑料拉西环
2013-7-14
【拉西环的性能特点】 （1）拉西环是最早使用的人造填料（此前的填料为
碎石、砖块、焦炭等），制造容易，曾得到极为广
泛的应用。
（2）大量的工业实践表明，拉西环由于高径比太大，
堆积时相邻之间容易形成线接触，填料层的均匀性
差。因此，拉西环填料层中的液体存在着严重的壁
接触时间长，气液趋于平衡态，在塔内几乎不构成
有效传质区。
【结论】填料的比表面积并非有效的传质面积。
2013-7-14
（2） 空隙率ε 【定义】塔内单位体积填料层具有的空隙体积， m2/m3。 【影响】ε为一分数。ε值大则气体通过填料层的阻 力小，故ε值以高为宜。 填料的空隙率越大，气体通过的能力（处理能力 ）越大且压降低。因此，空隙率是评价填料性能优 劣的又一重要指标。
化工原理第五章(吸收塔的计算)
【解】已知 y1＝0.09 η＝95％＝0.95
∴
Y1
y1 1 y1
0.09 1 0.09
0.099
Y2＝(1－η)Y1＝(1－0.95)×0.099＝0.00495
据 Y*＝31.13X 知： m＝31.13
据
L (G )min
Y1 Y2 Y1 / m X 2
∴
L
0.099 0.00495
2020/4/3
2、填料层高度的基本计算式 【计算依据】 （1）物料衡算式； （2）传质速率方程式。 【操作特点】在填料塔内任一截面上的吸收的推动 力（Y－Y*）均沿塔高连续变化，所以不同截面上 的传质速率各不相同。 【处理方法】不能对全塔进行计算，只可首先对一 微分段计算，得到微分式，然后得到积分式运用于 全塔。
质的摩尔比。
物料衡算示意图
逆流吸收操作线推导示意图
2020/4/3
【假设】溶剂不挥发，惰性气体不溶于溶剂（即操作
过程中L、G为常数）。以单位时间为基准，在全塔
范围内，对溶质A作物料衡算得： G, Y2
L, X2
GY1 LX2 GY2 LX1
（进入量＝引出量）
或 G(Y1 Y2 ) L(X1 X2 )
2020/4/3
Y Y1 Y Y2 Y*
0
2020/4/3
NA KY (Y Y *) NA KX ( X * X )
Y=f(X)
吸收推动力 X*－X
吸收推动力 Y－Y*
X2
X
X1
X*
X
吸收推动力
二、吸收剂用量与最小液气比
1、最小液气比 【定义】对于一定的分离任务、操作条件和吸收物 系，当塔内某截面吸收推动力为零时（气液两相平 衡Y－Y*＝0），达到分离要求所需塔高为无穷大时 的液气比称为最小液气比，以（L/G）min表示。
化工原理第五章(吸收塔的计算)
X
X
吸收推动力
2019/1/16
二、吸收剂用量与最小液气比
1、最小液气比
【定义】对于一定的分离任务、操作条件和吸收物
系，当塔内某截面吸收推动力为零时（气液两相平
衡Y－Y*＝0），达到分离要求所需塔高为无穷大时
的液气比称为最小液气比，以（L/G）min表示。
FA N A A KY A(Y Y )
逆流吸收塔内的吸收推动力
2019/1/16
【逆流吸收操作线方程的有关讨论】
L L L L Y X (Y1 X 1 ) Y X (Y2 X 2 ) G G G G
G, Y2 L, X2
（1）【作用】表明了塔内任
一截面上气相组成Y与液相组
成X之间的关系。 【问题】与Y*=mX有何不同？
G,
Y
m
L, X
1m3/s。要求SO2的回收率为95%，吸收剂用量
为最小吸收剂用量的120%。求吸收后吸收液
的浓度和吸收用水*=31.13X
2019/1/16
【解】已知 y1＝0.09 η＝95％＝0.95
∴
y1 0.09 Y1 0.099 1 y1 1 0.09
Y2＝(1－η)Y1＝(1－0.95)×0.099＝0.00495
据 Y*＝31.13X 知： m＝31.13
据
Y1 Y2 L ( ) min G Y1 / m X 2
L 0.099 0.00495 ( ) min 29.6 0.099 G 0 31.13
∴
2019/1/16
（4）吸收操作时，Y > Y*或X* > X，故吸收操作线在
平衡线Y*＝f(X)的上方，操作线离平衡线愈远吸收的
- 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)。
2013-7-14
（3）填料因子 【定义】比表面积a与空隙率所组成的复合量a/3。 ①干填料因子 填料未被液体润湿时的a/3称为干填 料因子，它反映了填料的几何特性； ②湿填料因子 填料被液体润湿后，填料表面覆盖了 一层液膜，空隙率变小，此时的a/ 3称为湿填料因 子，用φ表示。其单位为1/m。 湿填料因子反映了填料的流体力学性能，空隙率
2013-7-14
二、填料层内气液两相的流体力学特性
填料塔的流体力学性能主要包括填料层的持液量、 填料层的压降、液泛等。 1、填料层的持液量 在一定操作条件下，由于液膜与填料表面的摩擦
以及液膜与上升气体的摩擦，有部分液体停留在填
料表面及其缝隙中。
【定义】单位体积填料层内所积存的液体体积，以
（m3液体）/（m3填料）表示。
2013-7-14
6、填料的性能评价 【评价依据】填料性能的优劣通常根据效率、通量 及压降三要素衡量。 （1）效率要高。在相同的操作条件下，填料的比表 面积越大，气液分布越均匀，表面的润湿性能越好 ，则传质效率越高； （2）通量（处理量）要大，压降要小。填料的空隙 率越大，结构越开敞，则通量越大，压降亦越低。
（3）极大的增大了气液两相的传质速率。
【波纹填料的材料】碳钢、不锈钢、铝、陶瓷、玻
璃钢及纸浸树脂等。
2013-7-14
【波纹填料的优点】波纹填料与板式塔、散堆填料 相比，具有以下优异的性能： （1）流通量大。新塔设计可缩小直径，老塔改造可 大幅度增加处理量； （2）分离效率高，较散堆填料有大得多的比表面积；
）更加连续，可使气体向上流动时主要沿弧形通道
流动。
【性能特点】空隙率大，压降和传质单元高度低，
泛点高、汽液接触充分、比重小、传质效率高、通
量大，效率高，负荷弹性性大，抗污性好等特点。
2013-7-14
【矩鞍形填料】 （1） 1950年出现的矩鞍形填料是改进型填料； （2）其形状仍像马鞍，但做得较厚实，形状比弧鞍
体，依靠重力在填料表面成膜状向下流动，上升气
体与下降液膜的摩擦阻力形成了填料层的压降。 【影响因素】压降与液体喷淋量及气速有关：
（1）一定的气速下，液体喷淋量越大，压降越大；
（2）在一定的液体喷淋量下，气速越大，压降也越
大。
2013-7-14
【填料层压降ΔP/Z与空塔气速u的关系曲线图】
【构成】将不同液体
2013-7-14
Y2
①填料塔属于微
分接触式气液传
（ 2 ） 填 料 塔 的 操 作 特 点
X2
质设备，两相组
成沿塔高连续变 化； ②在正常操作状 态下，气相为连
Y1 X1
续相，液相为分 散相。
2013-7-14
3、填料的作用 填料在填料塔操作中起着重要作用。主要为： （1）液体润湿填料表面便增大了气液接触面积； （2）延长了气液两相接触的时间； （3）填料层的多孔性不仅促使气流均匀分布，而且 促进了气相的湍动。增大了传质过程的总传质系数
单元。
2013-7-14
陶 瓷 波 纹 填 料
2013-7-14
塑 料 波 纹 填 料
2013-7-14
波 纹 填 料 实 物 图
2013-7-14
【波纹填料的性能特点】
（1）由于波纹填料独特的结构，其表面的倾斜曲折
通道可形成极薄的液膜及气流；
（2）能促进气、液流的湍动程度，但又不阻挡气、
液流；
能优劣的一个重要指标。
2013-7-14
【两点说明】 （1）操作中有部分填料表
面不被润湿，以致比表面积
中只有某个分率的面积才是
润湿面积。据资料介绍，填
料真正润湿的表面积（有效 表面积）只占全部填料表面 积的（20～50）%。
2013-7-14
（2）有的部位填料表面虽然润湿，但液流不畅，液
体有某种程度的停滞现象。这种停滞的液体与气体
管。这种填料保留了原来拉西环的优点，性能稍优 于拉西环，但应用并不普遍。
2013-7-14
②鲍尔环(Pall ring) 1948年出现的鲍尔环
舌叶
是对拉西环作出重大改
进的一种填料。 【结构特点】在侧壁上开
出两排长方形的窗孔，
被切开的环壁的一侧仍与
壁面相连，另一侧向环内
弯曲，形成内伸的舌叶。
2013-7-14
2013-7-14
空塔气速
（2）填料操作压降线
【构成】在不同液体喷淋
量下，填料层的△P/Z～u 关系，称为填料操作压降 线。 【特点】在一定的喷淋量
下， △P/Z随空塔气速的
变化曲线大致可分为三段 （三个区域）。
2013-7-14
空塔气速
液体喷淋量 L3＞L2＞L1
【现象】两个拐点；三个区域。
窗孔
金 属 鲍 尔 环
2013-7-14
陶 瓷 鲍 尔 环
2013-7-14
【鲍尔环的性能特点】 不论填料在塔内置于什 么方位，流体均可通过填 料，从而使填料内、外壁 面均成为有效传质区域。 与拉西环相比，鲍尔环的 气体通量可增加50%以上， 传质效率提高30%左右。
2013-7-14
14
流和沟流现象。 （3）目前，拉西环填料在工业上的应用日趋减少。
2013-7-14
线接触
2013-7-14
【沟流和壁流现象】 【沟流】液体的偏流称为“沟流”（channeling）。
产生沟流的原因可从两方面考虑：
（1）因操作时液体并不能全部润湿填料表面，于是
，液体只沿润湿表面流下，形成沟流。
（2）因为每个填料与相邻填料都有若干个接触点，
第五节 填料塔
第五章
一、填料塔的结构与填料性能 二、填料塔的流体力学性能 三、填料塔的附件
吸 收
2013-7-14
一、填料塔的结构及填料性能
填料塔简介 （1）填料塔最初出现在十九世纪中叶，在1881年用
于蒸馏操作，二十世纪初被引入到炼油工业。
（2）填料塔是最常用的气液传质设备之一，它广泛
应用于蒸馏、吸收、解吸、汽提、萃取、化学交换
短管形填料中较好的一种。
2013-7-14
④弧鞍与矩鞍（berl saddle and intolox saddle）
【弧鞍形填料】
1931年出
现的这类填
料称弧鞍形
填料，是因
形如马鞍而
得名。
2013-7-14
【结构特点】这种填料层中主要为弧形的液体通道
，填料层内的空隙较环形填料（尤其较拉西环填料
该填料自某些接触点得到液体，又从某些接触点流
走液体。液体来去之间总优先“走近路”。可见， 即使填料表面全部润湿，仍存在液流不均匀问题。
2013-7-14
【壁流】液体有朝塔壁汇集的趋向，即存在“塔壁 效应”。液体自一个填料流至下一个填料的过程中 ，液体通过填料与塔壁的接触点流至塔壁后，即顺 塔壁流下，基本上不再返回填料层中。 液体流过一段填料层后，填料层中心部位液流量 明显减小，甚至出现干填料区。 【沟流和壁流的影响】填料塔操作时存在着气、液 相在塔横截面上分布不均匀，其结果必减少气、液 接触机会，影响传质效果。
（3）压降低，可节约大量能源；
（4）操作弹性大，持液量小，放大效应不明显；
2013-7-14
5、填料的特性 （1）比表面积a 【定义】塔内单位体积填料层具有的填料表面积，
m2/m3。
【影响】填料比表面积的大小是气液传质比表面积
大小的基础条件。填料的比表面积愈大，所提供的
气液传质面积愈大。因此，比表面积是评价填料性
、洗涤和热交换等过程。
2013-7-14
1 填 料 塔 的 结 构
2013-7-14
填 料 吸 收 塔 远 景 图
2013-7-14
2013-7-14
2、填料塔的操作
（1）填料塔的操作方式
①液体从塔顶经液体分布器 喷淋到填料上，并沿填料表
面流下；
②气体从塔底送入，经气体 分布装置分布后，与液体呈 逆流连续通过填料层的空隙 ； ③在填料表面上，气液两相 接触进行传质。
越大，φ值越小，表明流动阻力越小。
2013-7-14
【填料因子的用途】 （1）填料因子反映某种填料所构成的填料层中流体 通道的特性； （2）填料因子是表示填料层阻力与液泛条件的重要 参数，为填料塔设计所必须； （3）一般说来，填料因子越大，越容易造成液泛； （4）可根据填料因子确定泛点气速空塔气速填 料塔的直径。
③阶梯环(cascade mini rings) 【结构特点】阶梯环是对鲍尔环的改进，与鲍尔环
相比，阶梯环高度减少了一半并在一端增加了一个
锥形翻边。
锥形翻边
2013-7-14
陶 瓷 阶 梯 环
2013-7-14
【锥形翻边的作用】 （1）增加了填料的机械强度；
（2）而且使填料之间由线接触为主变成以点接触为
形填料简单；
（3）两个鞍形填料不论以何种方式接触都不会叠合
。
（4）矩鞍形填料是当前应用较多的一种填料。
2013-7-14
矩 鞍 形 填 料
2013-7-14
⑤波纹填料 波纹整砌填料是我国开发成功并于1971年应用的 填料类型。 【结构特点】由许 多具有相同几何形 状的填料单元体— —波纹片相互平行、 叠加组成的圆柱状
2013-7-14
【持液量的影响】 一般来说，适当的持液量对填料塔操作的稳定性 和传质是有益的，可以提供更大的气液相接触面积 ； 但持液量过大，将减少填料层的空隙和气相流通 截面，使压降增大，处理能力下降。
【结论】持液量不宜太小，也不宜太大。
2013-7-14
2、填料层的压降 【产生原因】在操作过程中，从塔顶喷淋下来的液
。 【制造填料的材料】碳钢、不锈钢、陶瓷、高分子