资源描述
2020/5/26,1,8.1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,第八章气体吸收,8.5吸收系数,2020/5/26,2,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。,吸收系数的获取途径,实验测定,经验公式计算,准数关联式计算,获取吸收系数途径,2020/5/26,3,8.1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,8.5.1吸收系数的测定,第八章气体吸收,8.5吸收系数,2020/5/26,4,一、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。,2020/5/26,5,水吸收氨过程吸收系数的测定实验流程,2020/5/26,6,二、测定方法,测定数据：,计算进塔气体组成Y1,操作温度t,操作压力P,出塔气体组成Y2,出塔液体组成X1,空气流量,水流量,氨气流量,2020/5/26,7,总体积吸收系数KYa计算公式：,三、吸收系数的计算,2020/5/26,8,8.5.1吸收系数的测定,第八章气体吸收,8.5吸收系数,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,2020/5/26,9,一、准数关联式中常用的准数,1.施伍德(Sherwood)数,气相施伍德数,液相施伍德数,施伍德数为量纲为一的吸收系数,特征尺寸,2020/5/26,10,2.施密特(Schmidt)数,气相施密特数,液相施密特数,施密特数反映物性对吸收过程的影响,一、准数关联式中常用的准数,2020/5/26,11,3.雷诺(Reynolds)数,气相雷诺数,液相雷诺数,一、准数关联式中常用的准数,填料层当量直径,2020/5/26,12,一、准数关联式中常用的准数,填料层空隙率,填料比表面积,2020/5/26,13,填料塔中气相雷诺数,一、准数关联式中常用的准数,空塔气速,实际气速,G,气相空塔质量速度，kg/(m2s),2020/5/26,14,填料塔中液相雷诺数,一、准数关联式中常用的准数,W,液相空塔质量速度，kg/(m2s),雷诺数反映流动状况对吸收过程的影响,2020/5/26,15,4.伽利略(Gallilio)数,伽利略数,伽利略数反映重力对吸收过程的影响,一、准数关联式中常用的准数,重力加速度,液相在填料塔内靠重力下流，故与重力场有关。,2020/5/26,16,5.彼克列(Peclet)数,气相彼克列数,彼克列数反映混合特性对吸收过程的影响,液相彼克列数,一、准数关联式中常用的准数,填料塔内存在气、液两相的返混。,传质效率降低,2020/5/26,17,气膜吸收系数的准数关联式,液膜吸收系数的准数关联式,吸收系数的准数关联式公式(选读),二、吸收系数的准数关联式,2020/5/26,18,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),2020/5/26,19,一、解吸的原理与应用,吸收,解吸,气相中的溶质向液相中溶解,液相中的溶质向气相中释放,低温、高压,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,传质方向,操作条件,2020/5/26,20,二、化工中常用的解吸方法,解吸方法,加热解吸,加入气提气，降低溶质的分压。,吸收在加压下进行，通过减压进行解吸。,对吸收液加热，通过升温进行解吸。,加热减压联合进行，提高解吸程度。,气提解吸,减压解吸,加热减压联合解吸,2020/5/26,21,脱碳系统吸收液的减压解吸工艺流程,1吸收塔2闪蒸罐3溶剂泵4解吸塔,2.2MPa,0.6MPa,0.1MPa,2020/5/26,22,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,2.2MPa,0.6MPa,0.1MPa,2020/5/26,23,三、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。,2020/5/26,24,气提解吸过程示意图,2020/5/26,25,1.操作线方程,气提解吸操作线方程可通过物料衡算获得,三、气提解吸的计算,气提解吸操作线方程,或,2020/5/26,26,直线通过点,操作线方程为直线,直线的斜率,B(X1，Y1),T(X2，Y2),三、气提解吸的计算,塔底,塔顶,2020/5/26,27,吸收与解吸操作线的比较,吸收,解吸,2020/5/26,28,作业,书上P习题:10、11,2020/5/26,29,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,2020/5/26,30,2.最小气液比和载气流量的计算,三、气提解吸的计算,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。,气液比的确定方法是，先求出气提解吸过程的最小气液比，然后再根据工程经验，确定适宜（操作）气液比。,2020/5/26,31,解吸塔的最小气液比,2020/5/26,32,最小气液比可用图解法求得：,三、气提解吸的计算,最小气液比,最小载气用量,2020/5/26,33,选择适宜的气液比需进行经济权衡，根据生产实践经验，取,或,三、气提解吸的计算,适宜气液比,适宜载气用量,2020/5/26,34,3.填料层高度的计算,(1)传质单元数法,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。,三、气提解吸的计算,液相传质单元高度,2020/5/26,35,三、气提解吸的计算,液相传质单元数,或,2020/5/26,36,（2）等板高度法,三、气提解吸的计算,理论级数,或,克列姆塞尔方程,2020/5/26,37,8.7.1塔填料,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,2020/5/26,38,一、填料的类型,(1)环形填料,拉西环,勒辛环,十字隔板环,螺旋环,鲍尔环,阶梯环,扁环,改变通量，改善气液流动状况,增加填料比表面积,1.散装填料,2020/5/26,39,拉西环,鲍尔环,2020/5/26,40,阶梯环,扁环,2020/5/26,41,(2)鞍形填料与环鞍形填料,弧鞍填料,改进矩鞍填料,矩鞍填料,与环形填料相结合,环矩鞍填料,一、填料的类型,2020/5/26,42,弧鞍填料,矩鞍填料,2020/5/26,43,金属环矩鞍填料,2020/5/26,44,(3)球形填料与花环填料,球形填料,多面球填料,花环填料,通常用塑料注塑而成,TRI球形填料,共轭环填料,海尔环填料,纳特环填料,花环填料,一、填料的类型,2020/5/26,45,多面球形填料,TRI球形填料,2020/5/26,46,花环填料,海尔环填料,2020/5/26,47,共轭环填料,纳特环填料,2020/5/26,48,塑料异型环矩鞍填料,2020/5/26,49,(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。,2.规整填料,一、填料的类型,2020/5/26,50,木格栅填料,格里奇格栅填料,2020/5/26,51,(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。波纹填料按结构可分为网波纹填料和板波纹填料两大类。,一、填料的类型,2020/5/26,52,金属孔板波纹填料,金属丝网波纹填料,2020/5/26,53,陶瓷板波纹填料,塑料板波纹填料,2020/5/26,54,二、填料的性能及其评价,(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。,传质面积,传质效率,流动阻力,生产能力,分析,1.填料的几何特性,2020/5/26,55,(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。,流动阻力,塔压降,生产能力,传质效率,流动阻力,分析,二、填料的性能及其评价,2020/5/26,56,(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。,分析,传质效率,流动阻力,生产能力,二、填料的性能及其评价,干填料因子,2020/5/26,57,在操作状态下,湿填料因子,压降填料因子P,泛点填料因子F,二、填料的性能及其评价,L,湿填料因子,P,P,操作气速u,F,PF,泛点气速uF,2020/5/26,58,二、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,2020/5/26,59,9种填料综合性能评价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0.38略好8瓷拉西环填料0.36略好9,二、填料的性能及其评价,2020/5/26,60,8.7.1塔填料,第八章气体吸收,8.7填料塔,一、填料的类型,二、填料的性能及其评价,2020/5/26,61,三、填料的选择,1.填料类型的选择,填料类型的选择考虑因素,填料的传质效率要高,填料的通量要大,填料的压降要低,填料抗污堵性能强,填料便于拆装、检修,2020/5/26,62,2.填料规格的选择,散装填料常用的规格（公称直径）DN16DN25DN38DN50DN76,(1)散装填料规格的选择,填料规格,传质效率,填料层压降,选择原则：D/d8,塔径,填料公称直径,三、填料的选择,2020/5/26,63,(2)规整填料规格的选择,规整填料常用的规格（比表面积）125150250350500700,同种类型的规整填料，其比表面积越大，传质效率越高，但阻力增加，通量减少，填料费用也明显增加。故选用时，应从分离要求、通量要求、场地条件、物料性质以及设备投资、操作费用等方面综合考虑。,三、填料的选择,2020/5/26,64,8.7.1塔填料,第八章气体吸收,8.7填料塔,8.7.2填料塔的流体力学性能与操作特性,2020/5/26,65,一、填料塔的流体力学性能,填料层的持液量是指在一定操作的条件下，在单位体积填料层内所积存的液体体积。,持液量,总持液量Ht,动持液量Ho,静持液量Hs,1.填料层的持液量,HtHoHs,分析,Ht,填料层压降,传质效率,生产能力,2020/5/26,66,填料层的压降形成,液膜与填料表面的摩擦,液膜与上升气体的摩擦,u一定,L,L一定,u,填料塔的流体力学性能,分析,u,单位高度填料层压降,一、填料塔的流体力学性能,2.填料层的压降,2020/5/26,67,填料层的Pu关系,液泛区,载液区,恒持液量区,泛点,载点,2020/5/26,68,二、填料塔的操作特性,气液两相的均匀分布是填料塔设计与操作中十分重要的问题。,气液分布,初始分布,动态分布,1.填料塔内的气液分布,进塔的气液两相通过分布装置所进行的强制分布。,在一定的操作条件下，气液两相在填料层内，依靠自身性质与流动状态所进行的随机分布。,2020/5/26,69,2.液体喷淋密度与填料表面的润湿,单位塔截面积上单位时间内喷淋的液体体积液体喷淋密度。,m3/(m2h),液体体积流量，m3/s,填料塔的截面积，m2,二、填料塔的操作特性,（1）液体喷淋密度,2020/5/26,70,(2)最小液体喷淋密度,为保证填料层的充分润湿，必须保证液体喷淋密度大于某一极限值最小液体喷淋密度。,Umin,最小液体喷淋密度，m3/(m2h),最小喷淋密度计算式,最小润湿速率，m3/(mh),经验值,二、填料塔的操作特性,2020/5/26,71,在泛点气速下，持液量的增多使液相由分散相变为连续相，而气相则由连续相变为分散相，此时气体呈气泡形式通过液层，气流出现脉动，液体被带出塔顶，塔的操作极不稳定，甚至被破坏，此种情况称为液泛。,液泛时的空塔气速,泛点气速uF,二、填料塔的操作特性,3.液泛,(1)填料塔的液泛现象,2020/5/26,72,uF,影响液泛的因素,填料特性,流体物性,L,L,V,液气比,分析,uF,uF,uF,uF,二、填料塔的操作特性,(2)影响液泛的因素,2020/5/26,73,(3)泛点率,散装填料,规整填料,85%,95%,二、填料塔的操作特性,为保证填料塔正常操作，其操作气速应低于泛点气速，操作气速与泛点气速的比值称为泛点率。,安全系数,uF,u,2020/5/26,74,(4)泛点气速的计算,二、填料塔的操作特性,贝恩霍根关联式,A、K关联式常数，由P76表8-9查出。,埃克特(Eckert)通用关联图,散装填料的泛点气速可用埃克特通用关联图计算。,2020/5/26,75,埃克特通用关联图,横坐标,纵坐标,2020/5/26,76,泛点填料因子,二、填料塔的操作特性,a、b关联式常数，由有关手册查出。,为了工程计算方便，将散装填料的泛点填料因子进行归纳整理，得到与液体喷淋密度无关的泛点填料因子平均值，部分散装填料的泛点填料因子平均值见P77表8-10。,2020/5/26,77,在填料塔内，气液两相的逆流并不呈理想的活塞流状态，而是存在着不同程度的返混。,造成返混现象原因,返混的影响,传质推动力变小，传质效率降低放大效应。,填料层内的气液分布不均,气体和液体在填料层内的沟流,气液的湍流脉动使气液微团停留时间不一致,二、填料塔的操作特性,4.填料塔的返混,2020/5/26,78,8.7.1塔填料,第八章气体吸收,8.7填料塔,8.7.2填料塔的流体力学性能与操作特性,8.7.3填料塔的内件,2020/5/26,79,一、填料支承装置,填料支承装置的作用是支承塔内的填料。,填料支承装置类型,栅板型,孔管型,驼峰型,2020/5/26,80,二、填料压紧装置,填料上方安装压紧装置可防止在气流的作用下填料床层发生松动和跳动。,填料压紧装置类型,栅板型,网板型,2020/5/26,81,三、液体分布装置,液体分布装置作用是将进塔液体均匀分布，以喷洒在填料层的上方。,液体分布装置类型,喷头式,盘式,管式,槽式,槽盘式,2020/5/26,82,喷头式液体分布器,2020/5/26,83,盘式液体分布器,2020/5/26,84,管式液体分布器,2020/5/26,85,槽式液体分布器,2020/5/26,86,槽盘式液体分布器,2020/5/26,87,四、液体收集及再分布装置,液体沿填料层向下流动时，有偏向塔壁流动的现象壁流。壁流导致填料层内气液分布不均，使传质效率下降。为减小壁流现象，可间隔一定高度在填料层内设置液体再分布装置。,液体收集及再分布装置类型,截锥式,斜板式,槽盘式液体分布器,2020/5/26,88,截锥式液体收集及再分布器,2020/5/26,89,斜板式液体收集器,2020/5/26,90,课外资料：国内常用的填料手册,1.李锡源等.新型工业塔填料应用手册散装填料部分.西安:化学工业部第六设计院,19892.刘乃鸿等.工业塔新型规整填料应用手册.天津:天津大学出版社,19933.王树楹等.现代填料塔技术指南.北京:中国石化出版社,19984.徐崇嗣等.塔填料产品及技术手册.北京:化学工业出版社,1995,2020/5/26,91,作业,书上习题:14、15,2020/5/26,92,气体在液体中的溶解度,学习指导,本章重点掌握的内容,亨利定律,2020/5/26,93,学习指导,吸收系数的准数关联式中常用的准数,填料塔填料的主要类型填料的几何特性填料塔的流体力学性能与操作特性,
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