化工原理第八篇第五节、第六节、第七节

金属环矩鞍填料
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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
❖ 花环填料 ❖ 共轭环填料 ❖ 海尔环填料 ❖ 纳特环填料
通常用塑料注塑而成
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多面球形填料
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TRI 球形填料
花环填料
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海尔环填料
共轭环填料
Z qn,V Y1Y2 KYa Ym
KYaqn,V (Y1Y mY2)VqPn ,G YAm
q n ,G A q n ,V ( Y 1 Y 2 ) q n ,L ( X 1 X 2 )
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第八章 气体吸收
8.5 吸收系数 8.5.1 吸收系数的测定 8.5.2 吸收系数的经验公式(选读) 8.5.3 吸收系数的准数关联式
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4
水吸收氨过程吸收系数的测定实验流程
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二、测定方法
测定数据：
操作温度 t
操作压力 P
空气流量 q n ,V
氨气流量 q n , A 水流量 q n , L
计算进塔气体组成 Y1
出塔气体组成 Y2
出塔液体组成 X1
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三、吸收系数的计算
总体积吸收系数KY a 计算公式：
三、气提解吸的计算
1.操作线方程 气提解吸操作线方程可通过物料衡算获得
Yqn,L qn,V
(XX2)Y2
或
Y
qn,L qn,V
(X
X1)Y1
气提解吸操 作线方程
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三、气提解吸的计算
操作线方 程为直线
直线的斜率 q n , L q n ,V
直线通过点
B (X1，Y1) T (X2，Y2)
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纳特环填料
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塑料异型环 矩鞍填料
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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。
获取吸收 系数途径
实验测定 经验公式计算 准数关联式计算
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2
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 8.5 吸收系数 8.5.1 吸收系数的测定
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3
一、实验装置与流程
实验测定是获得吸收系数的根本途径。实验测 定一般在已知内径和填料层高度的中间实验设备上 或生产装置上进行，用实际操作的物系，选定一定 的操作条件进行实验。
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 8.5 吸收系数
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1
吸收系数的获取途径
吸收系数是吸收过程计算的关键。吸收系数不 仅与物性、设备类型、填料形状和规格等有关，而 且还与塔内流体流动状况、操作条件密切相关。
0.38
略好
8
瓷拉西环填料
0.36
略好
9
————————————————————————
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第八章 气体吸收
8.7 填料塔 8.7.1 塔填料
一、填料的类型 二、填料的性能及其评价
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高温、低压
应用场合
❖溶剂昂贵；不易获得 ❖吸收溶质为目的产物
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二、化工中常用的解吸方法
解吸 方法
气提解吸 √
加入气提气，降低溶质的分压。 减压解吸 √
吸收在加压下进行，通过减压进行解吸。 加热解吸
对吸收液加热，通过升温进行解吸。 加热－减压联合解吸 √
加热－减压联合进行，提高解吸程度。
PeLReLScLdDeA uLB
彼克列数反映混合特 性对吸收过程的影响
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二、吸收系数的准数关联式
气膜吸收系数的准数关联式 SG h A (R G )(e SG ) c (P G )e
液膜吸收系数的准数关联式
SL h A (R L )(S e L ) c (G )(P a L )e
操作气速 u
F
△PF
泛点气速 uF
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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
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二、填料的性能及其评价
9 种填料综合性能评价
Hale Waihona Puke Baidu
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木格栅填料
格里奇格栅填料
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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。
实 际 气
速
空 塔 气 速
G 气相空塔质量速度，kg/(m2·s)
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一、准数关联式中常用的准数
填料塔中液相雷诺数
4W
ReL at L W 液相空塔质量速度，kg/(m2·s)
雷诺数反映流动状况对吸收过程的影响
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一、准数关联式中常用的准数
4.伽利略(Gallilio)数
十字隔 板环
阶梯环
螺旋环 扁环
改变通量，改善气液流动状况
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拉西环
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鲍尔环
阶梯环
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扁环
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
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弧鞍填料
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矩鞍填料
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一、准数关联式中常用的准数
1.施伍德(Sherwood)数
气相施伍德数
特征尺寸
S
hGkG
RTBpm l P DAB
液相施伍德数
ShL
kL
cSm C
l DAB
施伍德数为量纲 为一的吸收系数
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一、准数关联式中常用的准数
2.施密特(Schmidt)数
气相施密特数
ScG
吸收系数的准数关联式公式(选读)
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第八章 气体吸收
8.5 吸收系数 8.6 其他吸收与解吸 8.6.1 其他吸收过程(选读) 8.6.2 解吸(脱吸)
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一、解吸的原理与应用
传质 方向
吸收
气相中的溶质 向液相中溶解
解吸
液相中的溶质 向气相中释放
操作 条件
低温、高压
波纹填料按结构可分为网波纹填料和板波纹填 料两大类。
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金属孔板波纹填料
金属丝网波纹填料
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陶瓷板波纹填料
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塑料板波纹填料
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
填料层空隙截面积 4 润湿周边长
填料层空隙截面填积料层高度
4
塔截面积 填料层高度 润湿周边长填料层高度
塔截面积填料层高度
4 at
填料层空隙率 填料比表面积
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一、准数关联式中常用的准数
填料塔中气相雷诺数
RG e4a ut0 GG4atuG G4 autG Ga4tGG
ReG
4G
at G
1 1
ln A
或
NTln1Aln11AY Y12 Y Y22**1A
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克列姆塞 尔方程
第八章 气体吸收
8.5 吸收系数 8.6 其他吸收与解吸 8.7 填料塔 8.7.1 塔填料
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一、填料的类型
1.散装填料 (1) 环形填料
拉西环
勒辛环 鲍尔环
增加填料比表面积
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三、气提解吸的计算
2.最小气液比和载气流量的计算
在气提解吸的计算中，通常吸收液的量是已 知的，而载气的用量需通过工艺计算来确定。在 液量一定的情况下，确定载气的用量也即确定气
液比 qn,V / qn,L。
气液比 qn,V / qn,L 的确定方法是，先求出气提
解吸过程的最小气液比 (qn,V /qn,L)min，然后再根据 工程经验，确定适宜（操作）气液比。
qn,L qn,V
max
Y2* Y1 X2 X1
qqnn,,VLmin(qn,L/q1n,V)max
X2 X1 mX2 X1
最小气液比
qn,V,minm X2X 2XX11qn,L
最小载气用量
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三、气提解吸的计算
选择适宜的气液比需进行经济权衡，根据生产 实践经验，取
qn,V
qn,L
1.2~2.0(qqnn,,VL)min
适宜气液比
或 q n ,V1 .2~2 .0q n ,V ,min 适宜载气用量
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三、气提解吸的计算
3.填料层高度的计算 气提解吸塔填料层高度的计算方法与逆流吸收
塔填料层高度的计算方法完全相同。 (1)传质单元数法
ZHOLNOL
at
a t ～ 传质面积 ～ 传质效率 a t ～ 流动阻力 ～ 生产能力
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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
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G GDAB
液相施密特数
ScL
L LDAB
施密特数反映物性 对吸收过程的影响
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一、准数关联式中常用的准数
3.雷诺(Reynolds)数
气相雷诺数
ReG
deuGG G
液相雷诺数
填料层当 量直径
ReL
deuLL L
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一、准数关联式中常用的准数
de
4rH
4
S P
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30
(
qn,L q n ,V
) max
( q n,L ) q n ,V
q n ,L
q n ,V
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Y
* 2
T*
Y 2
T
Y2
T
Y1 B
X1
X2
解吸塔的最小气液比 31
(
q q
n ,V n ,L
) min
1
(
q q
n ,L n ,V
) max
三、气提解吸的计算
最小气液比可用图解法求得 ：
填料名称
评估值
评价
排序
————————————————————————
丝网波纹填料
0.86
很好
1
孔板波纹填料
0.61
相当好
2
金属Intalox填料 0.59
相当好
3
金属鞍形环填料 0.57
相当好
4
金属阶梯环填料 0.53
一般好
5
金属鲍尔环填料 0.51
一般好
6
瓷Intalox填料
0.41
较好
7
瓷鞍形环填料
塔底
塔顶
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吸 收
吸收与解吸操作线的比较
解 吸
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作业 书上P 习题: 10、11
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第八章 气体吸收
8.6 其他吸收与解吸 8.6.1 其他吸收过程(选读) 8.6.2 解吸(脱吸)
一、解吸的原理与应用 二、化工中常用的解吸方法 三、气提解吸的计算
液相传质单元高度
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HOL
qn,L KX a
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三、气提解吸的计算
液相传质单元数
NOL1 1Aln1AX X1 2 X X1 1 * *A 或 NOL11Aln1AY Y1 1 Y Y12* *A
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三、气提解吸的计算
（2）等板高度法
ZNT HETP
理论级数
ln A
NT
液相在填料塔内靠重力下流，故与重力场有关。
伽利略数
Ga gl3 L2 L2
重力加 速度
伽利略数反映重力 对吸收过程的影响
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一、准数关联式中常用的准数
5.彼克列(Peclet)数
填料塔内存在气、液两相的返混。
传质
气相彼克列数
效率
降低
PG e RG eS G c dDeuAGB
液相彼克列数
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。
at 3
分析
at
干填料 因子
～ 流动阻力
生产能力 传质效率
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二、填料的性能及其评价
在操作状态下
湿填料 因子
L ～ ～
湿填料因子
P △P
压降填料因子 P 泛点填料因子 F
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三、气提解吸的计算
从原理上，气提解吸与逆流吸收是相同的，只 是在解吸中传质的方向与吸收相反，吸收过程的操 作线在平衡线的上方，而解吸过程的操作线在平衡 线的下方。因此，吸收过程的分析方法和计算方法 均适用于解吸过程。
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2021/1/9
气提2解4 吸过程示意图
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20
2.2 MPa
0.1 MPa
1－吸收塔 2－闪蒸罐 3－溶剂泵 4－解吸塔
0.6 MPa
脱碳系统吸收液的减压解吸工艺流程
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0.1 MPa
2.2 MPa
0.6 MPa
脱碳系统吸收液的减压气提解吸工艺流程
1－吸收塔；2－闪蒸罐；3－溶剂泵；4－解吸塔；5－气提解吸塔