化工原理 第八章4

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三．吸收塔计算（低浓时）
全塔物料衡算式： yb
L G
xb
xa
ya
yb ya 1 ya
yb
yb
操作线方程：
y
L G
x
xa
ya
L (1.2 ~ 2.0) L
G
G min
L G min
yb
x
b
ya xa
填料层高度计算式： H H OG N OG H OL N OL
化工 原理
第五章 吸收
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第五节 填料塔 一、填料塔结构及填料 二、填料塔的流体力学性能 三、 填料塔的传质性能 四、填料塔的附属结构
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化工 原理
第五节 填料塔
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一、填料塔结构及填料
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第五节 填料塔
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填 料 塔
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塔体
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1．填料塔结构
液体分布器
填料 填料支承板 液体收集器
液体再分布器
进气管
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2. 填料
第五节 填料塔
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比表面积 填料特性 空隙率
填料因子
类型： 个体填料
规整填料
在选择填料时，一般要求：
比表面积及空隙率要大，
填料的润湿性要好，
气体通过能力大，阻力小，
二．相平衡关系
亨利定律的三种形式
C p
A
A
HpA Ex A
y
A
m xA
H 溶解度系数，T ，H
E
亨 利 系 数 ，T
，E
m 相平衡常数，T ，m ；P ，m
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本章小结与习题
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三. 费克定律与广义费克定律：
JA
DAB
dCA dz
yb=0.02
xb
化工
本章小结与习题
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原理
1 ya
ya yb 1 0.02 1 99% 0.0002
yb
L G min
yb ya
yb m
xa
0.02 0.0002 0.358 0.02 0.0002 0.36
ya
xa=0.02%
=99%
溶剂用量
L 1.5 L 1.5 0.358 0.537
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第五节 填料塔
二、填料塔的流体力学性能
1.气体通过填料层的压力降
填 料 表 面
填 料 表 面
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L3 L2 — L1液泛区
泛点干塔
—载液区
载点
p，kPa
持液量
—恒持液量区
32 10
L3> L2> L1
u, m/s
填料层的p~u 关系
适宜操作应在载点气速和泛点气速之间
液体滞留量小，
单位体积填料的重量轻，
造价低，并有足够的机械强度。
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（1）个体填料：环形
高度和外径相等； 可用陶瓷和金属制造， 存在严重的壁偏流和沟流现象， 液体滞留量大， 传质效率不高， 气体通过能力低， 阻力大。
拉西环 Rasching ring
S m 1.2m 1.2 0.56 0.672
1.04
L G L G
N O G 4.9
L 2.1 D=1.1m G
N O G
1 1 S
ln1
S 1
1
S
4.9
92.4%
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y=1.18x Kya G0.8
GL
气体流量增加20%
yb xb
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本章小结与习题
属敞开型填料，敞开型 填料的特点是：
表面全部敞开，不分内 外，因而表面利用率高， 不易积液，气体流动阻力 小，制造也方便。
弧鞍形填料是两面对称 结构，在塔内堆积时容易 造成填料相互重叠，从而 产生沟流，目前已较少使 用。
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第五节 填料塔
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（1）个体填料：鞍形
矩鞍 Intalox saddle ring
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（2）规整填料：波纹填料
金属孔板波纹填料 陶瓷孔板波纹填料
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（2）规整填料：波纹填料
金属波纹填料
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（2）规整填料：栅格类填料
格栅填料（格利希填料） Grid Packing
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与散装填料相比，规整填料具有以下优点：
效率高、压降低、处理量大、持液量小、放大效 应不明显、操作弹性大等一系列优点。同时使大塔径 的填料塔工业化成为可能。
从环形填料、鞍形填料到鞍环形填料，从个体填料、 到规整填料，人们千方百计地改进填料结构，目的是增加 填料比表面积以提高传质效率，增加填料的空隙率以降低 流动阻力、加大流体通量，改善填料堆积性能以防止填料 的嵌套叠合，从而有利于液体的均布、降低壁效应。
（双对数坐标系）
u (0.6 ~ 0.8)uF
L---喷淋量
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2、液泛
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埃 克 特 （通Eckert） 用 关 联 图
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三、填料塔的传质性能
填料塔的传质性能常用传质系数、传质单元高 度HTU或等板高度HETP的大小来表示.
四、填料塔的附属结构
1. 填料支承装置
2. 液体分布装置
3. 液体再分布装置
4. 除沫装置
5. 气体分布装置
6. 其它构件
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本章小结与习题
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一．概念
吸收、吸收剂、解吸 物理吸收、化学吸收、单组分吸收、多组分吸收、等温吸收 溶解度、等摩尔相互扩散、单向扩散、分子扩散、双膜理论 传质单元、传质单元高度、传质单元数、影响HTU的因素、 回收率
原工况下：
新工况下：
S m 1.18 0.56 L G 2.1
N OG
1 1 S
ln1
S 1
1
S
1
1 0.56
ln1
0.56
1
1 0.95
0.56
H O Gຫໍສະໝຸດ Baidu
G
0.2
1.20.2
1.04
H OG G
N O G H OG
ya =95%
xa=0
N OG H O G
?
5.1
1 0.96
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（1）个体填料：环形
内十字环
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内螺旋环
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（1）个体填料：环形
其构造大大提高了 环内空间与环内表面的 利用率，而且使气液流 通顺畅，有利于气液进 入环内。
因此，鲍尔环比拉 西环传质效率高、气体 通过能力大。
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(2)单位时间内被吸收的丙酮量增加多少？
G y b Gyb
ya ya
1.2
1.2
0.924 0.95
1.17倍
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例1 常压下，用煤油从苯蒸汽和空气混合物中吸收苯，吸收
率为99%，混合气量为53kmol/h。入塔气中含苯2%（体积
%），入塔煤油中含苯0.02%（摩尔分率）。溶剂用量为最
小用量的1.5倍，在操作温度50℃下，相平衡关系为y* = 0.36x，
总 传 质 系 数 Kya=0.015kmol/(m3s) 填料层高度。
（1）个体填料：环形
DC环 DC ring
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（1）个体填料：环形
扁 环
OX环
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原理
（1）个体填料：环形
共軛环
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第五节 填料塔
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（1）个体填料：鞍形
陶瓷弧鞍 Berl saddle
G H OG K y a
N OG
yb ya y m
N OG
1 1 S
ln1
S
yb ya
y
a
y
a
S
N OL SN OG
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S mG L
化工
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原理
四．解吸塔计算（低浓时）
全塔物料衡算式： yb
L G
xb
xa
ya
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操作线方程：
y
L G
x
xa
ya
G (1.2 ~ 2.0) G
，
塔
径
为
1.1
米
。
ya
试
求所需
xa=0.02%
=99%
解 属于低浓气体吸收
G 1 D 2 3600
H OG
G K ya
4 K ya
53 1 1.12 3600
4
1.03m
0.015
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D=1.1m
溶剂用量 为最小用 量的1.5倍
y* = 0.36x
G= 53kmol/h L
海尔环 Hillis ring
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第五节 填料塔
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（2）规整填料： 以整砌的方式装填在塔内
规整填料已有很多，如波纹填料（金属、陶瓷）、 栅格类填料 。
金属波纹填料主要有： 金属刺孔波纹填料、金属板网波纹填料、 金属孔板波纹填料、金属丝网波纹填料等
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第五节 填料塔
金属鞍环填料综合 了环形填料通量大及鞍 形填料的液体再分布性 能好的优点，其性能优 于环形填料和鞍形填料。
金属鞍环 Intalox saddle ring
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（1）个体填料：
塑料花环 rostte ring
多面空心球 Ball Packing
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G
G min
为最小用 D=1.1m 量的1.5倍
S m 0.36 0.67
y* = 0.36x
L G 0.537
N OG
1 1 S
ln1
S
yb ya
m xa m xa
S
G= 53kmol/h L
yb=0.02
xb
1
1 0.67
ln1
0.67
0.02 0.36 0.0002 0.0002 0.36 0.0002
0.67
11.98
H
H OG
N OG
1.03 11.98 12.4m
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例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（可视为低浓气体）中的丙酮。当操作液
气比为2.1时，丙酮回收率可达95%。已知物系平衡关系为
y=1.18x，吸收过程大致为气膜控制，气相总传质系数Kya G0.8。今气体流量增加20%，而液量及气液进口浓度不变，
属敞开型填料。
矩鞍形填料结构不对称， 堆积时不会重叠，填料均匀性 大为提高。
矩鞍形填料传质性能比拉 西环好，但比鲍尔环差，但在 制造上比鲍尔环方便。
矩鞍形填料的缺点是，因 开放式结构使其强度差，特别 是瓷质填料，易破碎。
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（1）个体填料：鞍环形
L
L min
G L min
xa
y
a
xb yb
填料层高度计算式： H H OG N OG H OL N OL
G H OG K y a
N OG
1 1 S
ln1
S
yb ya
y
a
y
a
S
N OL SN OG
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本章小结与习题
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H HOG N OG
NA
JA
xA N A
NB
DAB
dCA dz
xA N A
NB
NB JB xB NA NB
四. 传质速率方程与总传质系数：
教材第190页8个传质速率方程：（5−32）和（533） 4个总传质系数关系式： （5−37）和（538）
五. 吸收塔与解吸塔的计算：
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试求：
ya
xa=0
(1)回收率变为多少？
=95% ?
(2)单位时间内被吸收的丙酮量增加多少？
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D=1.1m
L 2.1 G
y=1.18x Kya G0G.8 L 气体流量yb增加xb20%
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解： (1)回收率变为多少？
H OG
32/G33 K ya
H HOG N OG
鲍尔环
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（1）个体填料：环形
阶梯环 Cascade ring
高度仅为直径的一半； 环的一端制成喇叭口，这种喇叭结构，使填料个体之间多呈点接触； 与鲍尔环相比，其气体通量高，阻力小，传质效率大。
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第五节 填料塔
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