化工單元操作-吸收課件

化工原理PrinciplesofChemicalEngineering化工原理Principlesof1吸收概述吸收2吸收是傳質(zhì)過(guò)程的一個(gè)基本單元操作過(guò)程傳質(zhì)過(guò)程分為相間傳質(zhì)和相際傳質(zhì)，主要依靠物質(zhì)的擴(kuò)散，又稱(chēng)為擴(kuò)散過(guò)程。吸收是傳質(zhì)過(guò)程的一個(gè)基本單元操作過(guò)程傳質(zhì)過(guò)3本章主要研究氣體混合物的分離操作。

1.1定義：吸收：用適當(dāng)?shù)囊后w吸收劑處理氣體混合物，利用混合氣體中各組分在液體溶劑中溶解度的不同而分離氣體混合物的操作。本章主要研究氣體混合物的分離操作。1.1定義：4吸收的依據(jù)：混合氣中各組分在液體溶劑中溶解度的差異。

操作性質(zhì)：氣—液相間的單向傳質(zhì)過(guò)程。操作目的：？吸收的依據(jù)：混合氣中各組分在液體溶劑中溶解度的51.2吸收和蒸餾的區(qū)別

氣體吸收：選擇一定的溶劑（外界引入第二相）造成兩相，處理氣體混合物。

液體蒸餾：對(duì)液體混合物加熱，使混合物內(nèi)部造成兩相，利用不同組分揮發(fā)性的差異，使得液體混合物得以分離。1.2吸收和蒸餾的區(qū)別氣體吸收：61.3本章節(jié)幾個(gè)名詞本章研究單組份、恒溫、常壓、物理吸收過(guò)程吸收質(zhì)（溶質(zhì)）—可溶組分（A）惰性氣（載體）—不被吸收的組分（B）吸收劑（溶劑）—吸收操作中所用的液體（S）吸收液（富液）—吸收操作中所得到的溶液（A+S）尾氣—吸收操作中所排出的氣體（B+A）1.3本章節(jié)幾個(gè)名詞本章研究單組份、恒溫、常壓、物理吸收過(guò)程72、吸收操作在化工等生產(chǎn)中的應(yīng)用（1）原料氣的凈化（2）回收混合氣中的有用組分

（3）制備某種氣體的溶液作為產(chǎn)品（4）環(huán)境保護(hù)，綜合利用吸收的反過(guò)程稱(chēng)為解吸2、吸收操作在化工等生產(chǎn)中的應(yīng)用（1）原料氣的凈化（2）回收83、吸收操作的分類(lèi)有無(wú)化學(xué)反應(yīng)：物理吸收和化學(xué)吸收被吸收組分?jǐn)?shù)：?jiǎn)谓M分和多組分吸收溫度是否變化：等溫和非等溫吸收操作壓強(qiáng)：常壓吸收和加壓吸收本章主要討論單組分等溫物理吸收3、吸收操作的分類(lèi)有無(wú)化學(xué)反應(yīng)：物理吸收和化學(xué)吸收被吸收組分9二、吸收劑的選擇要求（1）溶解度大；（2）選擇性高；（3）再生容易；（4）揮發(fā)性??；（5）粘度低；（6）化學(xué)穩(wěn)定性高；（7）腐蝕性低；（8）無(wú)毒、無(wú)害、價(jià)廉等。選擇原則：經(jīng)濟(jì)、合理二、吸收劑的選擇要求（1）溶解度大；選擇原則：10吸收過(guò)程及設(shè)備吸收過(guò)程及設(shè)備11吸收質(zhì)（惰性組分）溶劑吸收液吸收尾氣吸收質(zhì)溶劑吸收液吸收尾氣12吸收-解吸流程吸收與解吸流程原料氣含CO230%脫碳?xì)?lt;0.5%乙醇胺CO2冷凝液水蒸汽加熱器冷卻器吸收-解吸流程吸收與解吸流程原料氣含脫碳?xì)?lt;0.5%乙醇胺C13吸收設(shè)備-填料塔吸收設(shè)備-填料塔14第二節(jié)吸收過(guò)程的相平衡關(guān)系一、吸收中常用的相組成表示法：二、氣液相平衡關(guān)系1、氣體在液體中的溶解度2、亨利定律3、吸收平衡曲線第二節(jié)吸收過(guò)程的相平衡關(guān)系一、吸收中常用的相組成表示法：15一、相組成表示方法1．質(zhì)量分?jǐn)?shù)與摩爾分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)：摩爾分?jǐn)?shù)：氣相：液相：一、相組成表示方法1．質(zhì)量分?jǐn)?shù)與摩爾分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)：摩爾分?jǐn)?shù)：16質(zhì)量分?jǐn)?shù)與摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系：質(zhì)量分?jǐn)?shù)與摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系：172.比質(zhì)量分?jǐn)?shù)與比摩爾分?jǐn)?shù)

2.比質(zhì)量分?jǐn)?shù)與比摩爾分?jǐn)?shù)

18一般在應(yīng)用過(guò)程中都省略下標(biāo)一般在應(yīng)用過(guò)程中都省略下標(biāo)19化工單元操作-吸收ppt課件203.質(zhì)量濃度與物質(zhì)的量濃度質(zhì)量濃度：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)所含物質(zhì)的質(zhì)量。

物質(zhì)的量濃度：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)所含物質(zhì)的物質(zhì)的量。

3.質(zhì)量濃度與物質(zhì)的量濃度質(zhì)量濃度：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)所含物質(zhì)的質(zhì)量21質(zhì)量濃度與質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系摩爾濃度與摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系質(zhì)量濃度與質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系摩爾濃度與摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系22對(duì)理想氣體：摩爾分?jǐn)?shù)=壓力分?jǐn)?shù)=體積分?jǐn)?shù)對(duì)理想氣體：23

二、吸收過(guò)程的氣液平衡關(guān)系

吸收相平衡關(guān)系是指，氣液兩相達(dá)到平衡時(shí)，吸收質(zhì)（溶質(zhì)）在兩相中的濃度關(guān)系，即吸收質(zhì)在氣相中的分壓以及吸收質(zhì)在吸收劑中的平衡溶解度的相對(duì)關(guān)系。

本節(jié)主要研究吸收達(dá)到平衡狀態(tài)下的氣液相組成關(guān)系（吸收質(zhì)的組成）二、吸收過(guò)程的氣液平衡關(guān)系

吸收相平衡關(guān)系是指24溶解度曲線（氣體在液體中的溶解度）

平衡狀態(tài)：一定壓力和溫度下，一定量的吸收劑與混合氣體充分接觸，氣相中的易溶組分（溶質(zhì)）向溶劑中轉(zhuǎn)移，長(zhǎng)期充分接觸后，液相中易溶組分的濃度不再增加，而氣相中的易溶組分不再減少。此時(shí)，氣液兩相達(dá)到平衡。

注：此平衡狀態(tài)為動(dòng)態(tài)平衡。溶解度曲線（氣體在液體中的溶解度）平衡狀態(tài)：一定壓力和溫25飽和濃度：平衡時(shí)溶質(zhì)在液相中的濃

度。

（溶解度）平衡分壓pA*：平衡的狀態(tài)下，（即達(dá)到平衡時(shí)）氣相中溶質(zhì)的分壓為平衡分壓。

相平衡關(guān)系：平衡時(shí)溶質(zhì)組分在氣

液兩相中的濃度關(guān)系。

溶解度曲線：氣液相平衡關(guān)系繪成

的關(guān)系曲線。飽和濃度：平衡時(shí)溶質(zhì)在液相中的濃

26液相中氨的摩爾數(shù)氣相中氨的分壓60℃50℃40℃30℃氨在水中的溶解度液相中氨的摩爾數(shù)氣相中氨的分壓60℃50℃40℃30℃氨在水27101.3kPa202.6kPaxy20℃下二氧化硫在水中的溶解度101.3kPa202.6kPaxy20℃下二氧化硫28幾種氣體在水中的溶解度曲線幾種氣體29結(jié)論：1、在相同的吸收劑、溫度和分壓下，不同的溶質(zhì)的溶解度不同；2、同一物系，在相同的溫度下，分壓越高，則溶解度越大；3、同一物系，在分壓一定的情況下，溫度越低，則溶解度越大。結(jié)論：1、在相同的吸收劑、溫度和分壓下，不同的溶質(zhì)的溶解30重要結(jié)論：

加壓和降溫對(duì)吸收操作有利。減壓和升溫對(duì)解吸操作有利重要結(jié)論：

加壓和降溫對(duì)吸收操作有利。減壓和升溫對(duì)解吸操作有312、亨利定律在一定溫度下，吸收達(dá)到平衡時(shí)，氣液相組成符合亨利定律。

意義：在一定溫度下，稀溶液上方氣相中溶質(zhì)的平衡分壓與溶質(zhì)在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)成正比，其比例系數(shù)為亨利系數(shù)。2、亨利定律在一定溫度下，吸收達(dá)到平衡時(shí)，氣液相組32討論：E來(lái)源：實(shí)驗(yàn)測(cè)得，查手冊(cè)，其單位同壓力。

E值的影響因素：溶質(zhì)、溶劑、溫度、壓力。物系一定時(shí)：溫度升高，E值？E值即亨利系數(shù)表示氣體溶解的難易程度。E值越大，溶解度越小，氣體難溶，反之，E值越小，溶解度越大，氣體易溶。討論：E來(lái)源：實(shí)驗(yàn)測(cè)得，查手冊(cè)，其單位同壓力。E值的33亨利定律的其它表達(dá)形式1、用摩爾濃度表示亨利定律的其它表達(dá)形式1、用摩爾濃度表示34H：1)H大，溶解度大，易溶氣體H小，溶解度小，難溶氣體

2)H稱(chēng)溶解度系數(shù)kmol/(m3·Pa)H：1)H大，溶解度大，易溶氣體35用摩爾分?jǐn)?shù)表示

m—相平衡常數(shù)，無(wú)因次。用摩爾分?jǐn)?shù)表示

m—相平衡常數(shù)，無(wú)因次。36m的討論：1）m大，溶解度小，難溶氣體2）升溫不利吸收，加壓有利吸收m的討論：1）m大，溶解度小，難溶氣體37用摩爾比表示將x與X，y與Y的關(guān)系代入y*=mx中，則有它在X-Y坐標(biāo)中是一條經(jīng)原點(diǎn)的曲線，稱(chēng)為吸收平衡線。用摩爾比表示將x與X，y與Y的關(guān)系代入y*=mx中，則有38當(dāng)溶液很稀時(shí)，X≈0，1+（1-m）X≈0此時(shí)它在X-Y坐標(biāo)中是一條直線。此表達(dá)式最常用也最有用。當(dāng)溶液很稀時(shí)，X≈0，1+（1-m）X≈0此時(shí)它在X-Y坐39化工單元操作-吸收ppt課件40·X··ABCYYXY*X*·X··ABCYYXY*X*41相平衡關(guān)系在吸收過(guò)程中的應(yīng)用1．判斷過(guò)程進(jìn)行的方向·AYY*XX*氣相→液相,吸收氣液平衡液相→氣相,解吸相平衡關(guān)系在吸收過(guò)程中的應(yīng)用1．判斷過(guò)程進(jìn)行的方向·AYY*42·AYY*XX*過(guò)程的推動(dòng)力吸收推動(dòng)力：

Y-Y*吸收推動(dòng)力：

X*-X

分析各狀態(tài)點(diǎn)在不同位置的時(shí)候所要進(jìn)行的過(guò)程?！YY*XX*過(guò)程的推動(dòng)力吸收推動(dòng)力：吸收推動(dòng)力：43吸收機(jī)理

&

吸收速率吸收機(jī)理

&

吸收速率44吸收過(guò)程*A由氣相主體到相界面，氣相內(nèi)傳遞；*A在相界面上溶解，溶解過(guò)程；*A自相界面到液相主體，液相內(nèi)傳遞。傳質(zhì)過(guò)程也稱(chēng)為擴(kuò)散過(guò)程。擴(kuò)散的推動(dòng)力是濃度差。吸收機(jī)理吸收過(guò)程傳質(zhì)過(guò)程也稱(chēng)為擴(kuò)散過(guò)程。擴(kuò)散的推動(dòng)力是濃度差。吸收機(jī)45

擴(kuò)散的基本方式有分子擴(kuò)散和渦流擴(kuò)散兩種，而實(shí)際操作中多為對(duì)流擴(kuò)散。分子擴(kuò)散：在靜止或滯流流體內(nèi)部，若某一組分存在濃度差，則因分子無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)使該組分由濃度較高處傳遞至濃度較低處，這種現(xiàn)象稱(chēng)為分子擴(kuò)散。擴(kuò)散的基本方式有分子擴(kuò)散和渦流擴(kuò)散兩種，而實(shí)46渦流擴(kuò)散：在流體作湍流運(yùn)動(dòng)的主體區(qū)時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)造成質(zhì)點(diǎn)的相互碰撞和混合，使組分從高濃度向低濃度方向傳遞，此現(xiàn)象稱(chēng)為渦流擴(kuò)散。渦流擴(kuò)散速率比分子擴(kuò)散速率大得多，其速率決定于流體的流動(dòng)形態(tài)。渦流擴(kuò)散：在流體作湍流運(yùn)動(dòng)的主體區(qū)時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)的無(wú)規(guī)47對(duì)流擴(kuò)散：

對(duì)流擴(kuò)散包括湍流主體的渦流擴(kuò)散和層流內(nèi)層的分子擴(kuò)散。

湍流主體中主要靠渦流擴(kuò)散，

層流內(nèi)層中主要靠分子擴(kuò)散，

過(guò)渡層中兩種擴(kuò)散作用相當(dāng)。所以對(duì)流傳質(zhì)過(guò)程要綜合考慮分子擴(kuò)散及渦流擴(kuò)散作用，總稱(chēng)為對(duì)流擴(kuò)散。

對(duì)流擴(kuò)散：48綜上所述，通過(guò)傳質(zhì)機(jī)理的分析可知，吸收過(guò)程非常復(fù)雜。因此，需要一個(gè)成熟的簡(jiǎn)單理論來(lái)進(jìn)行吸收過(guò)程的分析。

1926年，由劉易斯和惠特曼提出“雙膜理論”，至今應(yīng)用比較廣泛。氣液接觸界面的兩側(cè)分別有一層氣膜和液膜，將所有問(wèn)題的研究集中到這兩層膜內(nèi)。綜上所述，通過(guò)傳質(zhì)機(jī)理的分析可知，吸收過(guò)程非常復(fù)雜。因此，需49雙膜理論的內(nèi)容相互接觸的氣、液兩流體間存在穩(wěn)定的相界面，界面兩側(cè)各有一個(gè)很薄的有效層流膜層。吸收質(zhì)以分子擴(kuò)散方式通過(guò)此二膜層。在相界面處，氣、液兩相達(dá)于平衡。在膜層以外的氣、液兩相中心區(qū)，由于流體充分湍動(dòng)，吸收質(zhì)的濃度是均勻的，即兩相中心區(qū)內(nèi)濃度梯度為零，全部濃度變化集中在兩個(gè)有效膜層內(nèi)。雙膜理論的內(nèi)容相互接觸的氣、液兩流體間存在穩(wěn)定的相界面，界面50雙膜理論示意圖雙膜理論示意圖51通過(guò)分析，我們就把整個(gè)復(fù)雜的吸收過(guò)程，簡(jiǎn)化為吸收質(zhì)只是經(jīng)由氣、液兩膜層的分子擴(kuò)散過(guò)程。因而兩膜層也就成為吸收過(guò)程的兩個(gè)基本阻力，在兩相主體濃度一定的情況下，兩膜層的阻力便決定了傳質(zhì)速率的大小。因此，雙膜理論也可稱(chēng)為雙阻力理論。通過(guò)分析，我們就把整個(gè)復(fù)雜的吸收過(guò)程，簡(jiǎn)化為吸收質(zhì)只52注意：

雙膜理論應(yīng)用范圍為假設(shè)有著固定氣液接觸界面的情況，大大簡(jiǎn)化了吸收過(guò)程的分析過(guò)程和設(shè)計(jì)依據(jù)。注意：

雙膜理論應(yīng)用范圍為假設(shè)有著固定氣液接觸界53吸收速率吸收速率定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)單位傳質(zhì)面積的吸收質(zhì)（溶質(zhì)）的量。用符號(hào)NA表示，其單位為kmol/(㎡·s)

計(jì)算依據(jù)：因此，表達(dá)式類(lèi)似于傳熱速率表達(dá)式。吸收速率吸收速率定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)單位傳質(zhì)面積的吸收質(zhì)（溶54

傳質(zhì)的推動(dòng)力為濃差，而在吸收中表示濃差的方法很多，這里主要討論以摩爾比表示的濃差的表達(dá)式。

根據(jù)雙膜理論假設(shè)可知，傳質(zhì)的阻力和推動(dòng)力集中在了氣、液膜里，研究氣相主體區(qū)與界面氣相濃度差為推動(dòng)力，或界面液相與液相主體區(qū)濃度差為推動(dòng)力的情況；也可研究總濃度差為推動(dòng)力的情況。傳質(zhì)的推動(dòng)力為濃差，而在吸收中表示濃差的方法很55以分系數(shù)（膜系數(shù)）表示的速率1、氣膜吸收速率方程如果分別用Y和Yi表示氣相主體區(qū)和界面處吸收質(zhì)的摩爾比，則有以下表達(dá)式：k氣或kg—?dú)饽の辗窒禂?shù)，kmol/(m2·s)。

1/k氣為氣膜傳質(zhì)阻力以分系數(shù)（膜系數(shù)）表示的速率1、氣膜吸收速率方程k氣或kg—562、液膜吸收速率方程

如果分別用Xi和X表示界面處和液體主體區(qū)吸收質(zhì)的摩爾比，則有以下表達(dá)式：K液或kl—?dú)饽の辗窒禂?shù)，kmol/(m2·s)。

1/k液為液膜傳質(zhì)阻力。2、液膜吸收速率方程K液或kl—?dú)饽の辗窒禂?shù)，k57由以上研究可知，分系數(shù)（膜系數(shù)）表示的吸收速率方程中有Xi、Yi，而實(shí)際操作中氣液界面上的濃度時(shí)無(wú)法測(cè)量的，因此，分系數(shù)法不能應(yīng)用于實(shí)際計(jì)算。此問(wèn)題轉(zhuǎn)向可應(yīng)用型研究，其原理：以同一相中的實(shí)際狀態(tài)濃度X、Y和平衡濃度X*、Y*的差為推動(dòng)力。由以上研究可知，分系數(shù)（膜系數(shù)）表示的吸收速率方程中58以總系數(shù)表示的速率

——總推動(dòng)力分析

·AYY*XX*吸收推動(dòng)力：Y-Y*吸收推動(dòng)力：X*-X以總系數(shù)表示的速率

—59以總系數(shù)表示的速率——表達(dá)式1/KX、1/KY——液、氣相吸收總阻力。KX、KY——液、氣相吸收（傳質(zhì)）質(zhì)總系數(shù)。以總系數(shù)表示的速率——表達(dá)式1/KX、1/KY——液、氣相吸60中的KY、KX如下：中的KY、KX如下：61當(dāng)氣體為難溶組分時(shí)，m很大，此時(shí)：表明難溶氣體的總阻力集中在液膜內(nèi)，這種情況下液膜阻力控制整個(gè)吸收過(guò)程速率，故稱(chēng)為“液膜控制”。當(dāng)氣體為難溶組分時(shí)，m很大，此時(shí)：表明難溶氣體的總阻62當(dāng)氣體為易溶組分時(shí)，m很小，此時(shí)：表明難溶氣體的總阻力集中在氣膜內(nèi)，這種情況下氣膜阻力控制整個(gè)吸收過(guò)程速率，故稱(chēng)為“氣膜控制”。當(dāng)氣體為易溶組分時(shí)，m很小，此時(shí)：表明難溶氣體的總阻63溶解度適中的氣體吸收過(guò)程，氣膜阻力和液膜阻力均不可忽略，要提高過(guò)程速率，必須兼顧氣液兩膜阻力的降低。速率方程的主要目的不在計(jì)算，而在于靈活運(yùn)用。如氣膜控制，在操作中增大氣速可以減小氣膜厚度，從而降低氣膜阻力，增加吸收過(guò)程速率。溶解度適中的氣體吸收過(guò)程，氣膜阻力和液膜阻力均64氣液傳質(zhì)設(shè)備填料塔氣液傳質(zhì)設(shè)備填料塔65氣液傳質(zhì)設(shè)備的基本功能氣液傳質(zhì)設(shè)備的基本功能：形成氣液兩相充分接觸的相界面，使質(zhì)、熱的傳遞快速有效地進(jìn)行，接觸、混合與傳質(zhì)后的氣液兩相能及時(shí)分開(kāi)，互不夾帶等。氣液傳質(zhì)設(shè)備的基本功能氣液傳質(zhì)設(shè)備的基本功能：形成66氣液傳質(zhì)設(shè)備的分類(lèi)：氣液傳質(zhì)設(shè)備的種類(lèi)很多，按接觸方式可分為連續(xù)（微分）接觸式（填料塔）和逐級(jí)接觸式（板式塔）兩大類(lèi)，精餾操作中中用板式塔較多，在吸收操作中應(yīng)用最廣的是填料塔。氣液傳質(zhì)設(shè)備的分類(lèi)：氣液傳質(zhì)設(shè)備的種類(lèi)很多，按接觸方67化工單元操作-吸收ppt課件68溶劑填料塔氣體填料塔溶劑填料塔氣體填料塔69填料塔構(gòu)成塔體填料填料壓板液體分布器支承板氣體除沫器填料塔構(gòu)成塔體70

氣體從塔底送入，經(jīng)氣體分布裝置（小直徑塔一般不設(shè)氣體分布裝置）分布后，與液體呈逆流連續(xù)通過(guò)填料層的空隙.在填料表面上，氣液兩相密切接觸進(jìn)行傳質(zhì)。填料塔屬于連續(xù)接觸式氣液傳質(zhì)設(shè)備，兩相組成沿塔高連續(xù)變化，在正常操作狀態(tài)下，氣相為連續(xù)相，液相為分散相。氣體從塔底送入，經(jīng)氣體分布裝置（小直徑塔一般不設(shè)氣體71當(dāng)液體沿填料層向下流動(dòng)時(shí)，有逐漸向塔壁集中的趨勢(shì)，使得塔壁附近的液流量逐漸增大，這種現(xiàn)象稱(chēng)為壁流。壁流效應(yīng)造成氣液兩相在填料層中分布不均，從而使傳質(zhì)效率下降。因此，當(dāng)填料層較高時(shí)，需要進(jìn)行分段，中間設(shè)置再分布裝置。液體再分布裝置包括液體收集器和液體再分布器兩部分，上層填料流下的液體經(jīng)液體收集器收集后，送到液體再分布器，經(jīng)重新分布后噴淋到下層填料上。

當(dāng)液體沿填料層向下流動(dòng)時(shí)，有逐漸向塔壁集中的趨勢(shì)，使72填料塔具有生產(chǎn)能力大，分離效率高壓降小，持液量小，操作彈性大等優(yōu)點(diǎn)。

填料塔也有一些不足之處，如填料造價(jià)高；當(dāng)液體負(fù)荷較小時(shí)不能有效地潤(rùn)濕填料表面，使傳質(zhì)效率降低；不能直接用于有懸浮物或容易聚合的物料；對(duì)側(cè)線進(jìn)料和出料等復(fù)雜精餾不太適合等。

填料塔具有生產(chǎn)能力大，分離效率高壓降小，持液量小，操73填料塔特點(diǎn)概括氣液兩相接觸并進(jìn)行傳熱、傳質(zhì)備填料塔不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且具有阻力小和便于用耐腐蝕材料制造等優(yōu)點(diǎn)填料塔特點(diǎn)概括氣液兩相接觸并進(jìn)行傳熱、傳質(zhì)備填料塔不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)74尤其適用于塔直徑較小及處理有腐蝕性的物料或要求壓強(qiáng)較小的真空蒸餾系統(tǒng)對(duì)于大流量的情況，也可使用填料塔尤其適用于塔直徑較小及處理有腐蝕性的物料或要求壓強(qiáng)較小的75填料及其特性填料：大致可分為散裝填料和規(guī)整填料兩大類(lèi)，其作用是使氣液兩相的接觸面積增大，并提高液體的湍動(dòng)程度選擇填料的條件：使氣、液接觸面積大、傳質(zhì)系數(shù)高，同時(shí)通量大而阻力小。填料及其特性填料：大致可分為散裝填料和規(guī)整填料76填料的特性參數(shù)比表面積a：?jiǎn)挝惑w積填料層所具有的表面積(m2/m3)。被液體潤(rùn)濕的填料表面就是氣液兩相的接觸面。大的a和良好的潤(rùn)濕性能有利于傳質(zhì)速率的提高。對(duì)同種填料，填料尺寸越小，a越大，但氣體流動(dòng)的阻力也要增加。填料的特性參數(shù)比表面積a：?jiǎn)挝惑w積填料層所具有的表面積(m277空隙率

：?jiǎn)挝惑w積填料所具有的空隙體積(m3/m3)。代表的是氣液兩相流動(dòng)的通道，

大，氣、液通過(guò)的能力大，氣體流動(dòng)的阻力小。

=

0.45—0.95。

空隙率：?jiǎn)挝惑w積填料所具有的空隙體積(m3/m3)。代表的78單位體積內(nèi)堆積填料的數(shù)目n：對(duì)同一種填料，減小填料尺寸則填料數(shù)目增加，單位體積填料的造價(jià)增加，填料層的比表面積增大而空隙率下降，氣體阻力也相應(yīng)增加。反之，填料尺寸若過(guò)大，在靠近壁面處，由于填料與塔壁之間的空隙大，塔截面上這種實(shí)際空隙率分布的不均勻性，引起氣液流動(dòng)沿塔截面分布不均。因此，填料的尺寸不應(yīng)大于塔徑的1/10～1/8。單位體積內(nèi)堆積填料的數(shù)目n：對(duì)同一種填料，減小填料尺寸則填料79填料因子

：填料比表面積與空隙率三次方的比值(1/m)，a/

3，表示填料的流體力學(xué)性能，值越小，流動(dòng)阻力越小。有干填料因子與濕填料因子之分。

填料因子：填料比表面積與空隙率三次方的比值(1/80堆積密度

p

：?jiǎn)挝惑w積填料的質(zhì)量(kg/m3)。在機(jī)械強(qiáng)度允許的條件下，填料壁要盡量薄，以減小填料的堆積密度，從而既可降低成本又可增加空隙率。

機(jī)械強(qiáng)度大，化學(xué)穩(wěn)定性好以及價(jià)格低廉等也是優(yōu)良填料應(yīng)盡量兼有的性質(zhì)。堆積密度p：?jiǎn)挝惑w積填料的質(zhì)量(kg/m3)。在機(jī)械強(qiáng)度81常用填料介紹拉西環(huán)填料：最早使用的一種填料，為高徑比相等的陶瓷和金屬等制成的空心圓環(huán)。

優(yōu)點(diǎn)：易于制造，價(jià)格低廉，且對(duì)它的研究較為充分，所以在過(guò)去較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。

常用填料介紹拉西環(huán)填料：最早使用的一種填料，為高徑比相等的陶82缺點(diǎn)：高徑比大，堆積時(shí)填料間易形成線接觸，故液體常存在嚴(yán)重的溝流和壁流現(xiàn)象。且拉西環(huán)填料的內(nèi)表面潤(rùn)濕率較低，因而傳質(zhì)速率也不高。

在拉西環(huán)基礎(chǔ)上衍生了θ環(huán)、十字環(huán)及螺旋環(huán)等，其基本改進(jìn)是在拉西環(huán)內(nèi)增加一結(jié)構(gòu)，以增大填料的比表面積。缺點(diǎn)：高徑比大，堆積時(shí)填料間易形成線接觸，故液體常存在嚴(yán)重的83鮑爾環(huán)填料在環(huán)的側(cè)壁上開(kāi)一層或兩層長(zhǎng)方形小孔，小孔的母材并不脫離側(cè)壁而是形成向內(nèi)彎的葉片。上下兩層長(zhǎng)方形小孔位置交錯(cuò)。鮑爾環(huán)填料在環(huán)的側(cè)壁上開(kāi)一層或兩層長(zhǎng)方形小84同尺寸的鮑爾環(huán)與拉西環(huán)雖有相同的比表面積和空隙率，但鮑爾環(huán)在其側(cè)壁上的小孔可供氣液流通，使環(huán)的內(nèi)壁面得以充分利用。比之拉西環(huán)，鮑爾環(huán)不僅具有較大的生產(chǎn)能力和較低的壓降，且分離效率較高，溝流現(xiàn)象也大大降低。同尺寸的鮑爾環(huán)與拉西環(huán)雖有相同的比表面積和空85鮑爾環(huán)填料的優(yōu)良性能使它一直為工業(yè)所重視，應(yīng)用十分廣泛?？捎商沾?、金屬或塑料制成。

鮑爾環(huán)填料的優(yōu)良性能使它一直為工業(yè)所重視，應(yīng)用86階梯環(huán)填料階梯環(huán)填料的結(jié)構(gòu)與鮑爾環(huán)填料相似，環(huán)壁上開(kāi)有長(zhǎng)方形小孔，環(huán)內(nèi)有兩層交錯(cuò)45°的十字形葉片，環(huán)的高度為直徑的一半，環(huán)的一端成喇叭口形狀的翻邊。階梯環(huán)填料階梯環(huán)填料的結(jié)構(gòu)與鮑爾環(huán)填料相似，環(huán)壁上87這樣的結(jié)構(gòu)使得階梯環(huán)填料的性能在鮑爾環(huán)的基礎(chǔ)上又有提高，其生產(chǎn)能力可提高約10%，壓降則可降低25%，且由于填料間呈多點(diǎn)接觸，床層均勻，較好地避免了溝流現(xiàn)象。階梯環(huán)一般由塑料和金屬制成，由于其性能優(yōu)于其它側(cè)壁上開(kāi)孔的填料，因此獲得廣泛的應(yīng)用。這樣的結(jié)構(gòu)使得階梯環(huán)填料的性能在鮑爾環(huán)的基礎(chǔ)上又有提88弧鞍形或矩鞍形填料一種表面全部展開(kāi)的具有馬鞍形狀的瓷質(zhì)型填料(馬鞍填料)?；“疤盍显谒?nèi)呈相互搭接狀態(tài)，形成弧形氣體通道?；“靶位蚓匕靶翁盍弦环N表面全部展開(kāi)的具有馬鞍形狀的89優(yōu)點(diǎn)：空隙率高，氣體阻力小，液體分布性能較好，填料性能優(yōu)于拉西環(huán)。

缺點(diǎn)：相鄰填料易相互套疊，使填料有效表面降低，從而影響傳質(zhì)速率。優(yōu)點(diǎn)：空隙率高，氣體阻力小，液體分布性能較好，填料性能優(yōu)于拉90矩鞍填料的兩端為矩形，且填料兩面大小不等?？朔嘶“疤盍舷嗷ブ丿B的缺點(diǎn)，填料的均勻性得到改善。液體分布均勻，氣液傳質(zhì)速率得到提高。瓷矩鞍填料是目前采用最多的一種瓷質(zhì)填料。

矩鞍填料的兩端為矩形，且填料兩面大小不等?？朔?1金屬鞍環(huán)填料有環(huán)形與鞍形的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，生產(chǎn)能力大、壓降低、液體分布性能好、傳質(zhì)速率高及操作彈性大，在減壓蒸餾中其優(yōu)勢(shì)更為顯著。金屬鞍環(huán)填料有環(huán)形與鞍形的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，生產(chǎn)能力大、壓降低、液體92規(guī)整填料—波紋填料減壓操作，填料塔的壓降應(yīng)盡可能小，以維持塔底的真空度和較低的沸點(diǎn)。而散裝填料阻力較大。波紋填料是由許多層波紋薄板或金屬網(wǎng)組成，有高度相同但長(zhǎng)度不等的若干塊波紋薄板搭配排列成波紋填料盤(pán)。波紋與水平方向成45°傾角，相鄰盤(pán)旋轉(zhuǎn)90°后重疊放置，使其波紋傾斜方向互相垂直。每一塊波紋填料盤(pán)的直徑略小于塔體內(nèi)徑，若干塊波紋填料盤(pán)疊放于塔內(nèi)。氣液兩相在各波紋盤(pán)內(nèi)呈曲折流動(dòng)以增加湍動(dòng)速度。規(guī)整填料—波紋填料減壓操作，填料塔的壓降應(yīng)盡可能小，以維持塔93規(guī)整填料—網(wǎng)體填料優(yōu)點(diǎn)：網(wǎng)絲細(xì)密，空隙很高，比表面積很大。由于毛細(xì)管作用，填料表面潤(rùn)濕性能很好。故網(wǎng)體填料氣體阻力小，傳質(zhì)速率高。缺點(diǎn)：造價(jià)很高，故多用于實(shí)驗(yàn)室中難分離物系的分離。規(guī)整填料—網(wǎng)體填料優(yōu)點(diǎn)：網(wǎng)絲細(xì)密，空隙很高，比表面積很大。由94規(guī)整填料特點(diǎn)規(guī)整填料一般由波紋狀的金屬網(wǎng)絲或