1、第四章吸收操作技術(shù)知識(shí)目標(biāo)：I 了解吸收裝置的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)；,I理解吸收單元操作根本概念、吸收傳質(zhì)機(jī)理、相平衡與吸收的關(guān)系；IIIIII掌握吸收操作計(jì)算；I能力目標(biāo)：丿V/能正確選擇吸收操作的條件，對(duì)吸收過(guò)程進(jìn)行正確的調(diào)節(jié)控制；能進(jìn)行吸收裝置的正常開(kāi)停車(chē)操作和事故處理。工業(yè)生產(chǎn)中常常會(huì)遇到均相氣體混合物的別離問(wèn)題。為了別離混合氣體中的各組分，通 常將混合氣體與選擇的某種液體相接觸，氣體中的一種或幾種組分便溶解于液體內(nèi)而形成溶 液，不能溶解的組分那么保存在氣相中，從而實(shí)現(xiàn)了氣體混合物別離的目的。這種利用各組分 溶解度不同而別離氣體混合的操作稱(chēng)為吸收。吸收過(guò)程是溶質(zhì)由氣相轉(zhuǎn)移到液相的相際傳質(zhì) 過(guò)程，

2、那么，溶質(zhì)是如何在相際間轉(zhuǎn)移的，轉(zhuǎn)移的方向、速率如何；用什么設(shè)備實(shí)現(xiàn)吸收操 作；影響吸收過(guò)程的因素有哪些；怎樣對(duì)吸收設(shè)備進(jìn)行正確的操作調(diào)節(jié)等等，這些問(wèn)題將在 這一章分別進(jìn)行討論。第一節(jié)吸收塔的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用吸收過(guò)程通常在吸收塔中進(jìn)行。為了使氣液兩相充分接觸，可以采用板式塔和填料塔。一個(gè)工業(yè)吸收過(guò)程 一般包括吸收和解吸兩個(gè)局部。解吸是吸收的逆過(guò)程，就是將溶質(zhì)從吸收 后的溶液中別離出來(lái)。通過(guò)解吸可以回收氣體溶質(zhì)，并實(shí)現(xiàn)吸收劑的再生循環(huán)使用。一、工業(yè)吸收過(guò)程圖4-1以合成氨生產(chǎn)中 C02氣體的凈化為例，說(shuō)明吸收與解吸聯(lián)合操作的流程。合成氨原料氣含 CO230 %左右從底部進(jìn)入吸收塔，塔頂噴入乙醇胺溶液。

3、氣、液逆流接觸傳質(zhì)，乙醇胺吸收了 C02后從塔底排出，從塔頂排出的氣體中 C02含量可降至0.5%以下。 將吸收塔底排出的含 CO2的乙醇胺溶液用泵送至加熱器，加熱到130C左右后從解吸塔頂噴淋 下來(lái)，與塔底送入的水蒸汽逆流接觸，CO2在高溫、低壓下自溶液中解吸出來(lái)。從解吸塔頂排出的氣體經(jīng)冷卻、冷凝后得到可用的CO2。解吸塔底排出的含少量 CO2的乙醇胺溶液經(jīng)冷卻降溫至50 C左右，經(jīng)加壓仍可作為吸收劑送入吸收塔循環(huán)使用。由此可見(jiàn)，采用吸收操作實(shí)現(xiàn)氣體混合物的別離必須解決以下問(wèn)題：(1) 選擇適宜的吸收劑，選擇性的溶解某個(gè)(或某些)被別離組分；(2) 選擇適當(dāng)?shù)膫髻|(zhì)設(shè)備以實(shí)現(xiàn)氣液兩相接觸，使溶

4、質(zhì)從氣相轉(zhuǎn)移至液相；(3) 吸收劑的再生和循環(huán)使用。吸收操作中，能夠溶解的組分稱(chēng)為吸收質(zhì)或溶質(zhì)，以A表示；不被吸收的組分稱(chēng)為惰性組分或載體，以B表示；吸收操作所用的溶劑稱(chēng)為吸收劑，以S表示；吸收所得到的溶液稱(chēng)為吸收液，其主要成分為溶劑 S和溶質(zhì)A ;吸收排出的氣體稱(chēng)為吸收尾氣，其主要成分是惰 性氣體B和剩余的少量溶質(zhì) A。二、吸收在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用吸收操作在化工生產(chǎn)中的主要用途為：(1 )凈化或精制氣體 例如用水或堿液脫出合成氨原料氣中的二氧化碳，用丙酮脫出石 油裂解氣中的乙炔等。(2)制備某種氣體的溶液例如用水吸收二氧化氮制造硝酸，用水吸收氯化氫制取鹽酸, 用水吸收甲醛制備福爾馬林溶液等。3

5、回收混合氣體中的有用組分例如用硫酸處理焦?fàn)t氣以回收其中的氨，用洗油處理 焦?fàn)t氣以回收其中的苯、二甲苯等，用液態(tài)烴處理石油裂解氣以回收其中的乙烯、丙稀等,4廢氣治理，保護(hù)環(huán)境工業(yè)廢氣中含有 SO2、NO、NO2、H2S等有害氣體，直接排入大氣，對(duì)環(huán)境危害很大?？赏ㄟ^(guò)吸收操作使之凈化，變廢為寶，綜合利用。三、填料塔的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)一填料塔的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)1、填料塔的結(jié)構(gòu)填料塔由塔體、填料、液體分布裝置、填料壓緊裝置、填 料支承裝置、液體再分布裝置等構(gòu)成。如圖4-2所示。填料塔操作時(shí)，液體自塔上部進(jìn)入， 通過(guò)液體分布器均勻噴灑在塔截面上并沿填料外表呈膜狀下流。 當(dāng)塔較高時(shí)，由于 液體有向塔壁面偏流的傾向，

6、使液體分布逐漸變得不均勻， 因 此經(jīng)過(guò)一定高度的填料層以后， 需要液體再分布裝置， 將液體 重新均勻分布到下段填料層的截面上，最后從塔底排出。氣體自塔下部經(jīng)氣體分布裝置送入，通過(guò)填料支承裝置在填料縫隙中的自由空間上升并與下降的液體接觸， 最后從塔頂 排出。為了除去排出氣體中夾帶的少量霧狀液滴， 在氣體出口 處常裝有除沫器。4-2填料塔結(jié)構(gòu)示意圖1-塔體；2-液體分布器；3-填料壓緊裝置；4-填料層；5-液體再分布器；6-支承裝置圖填料層內(nèi)氣液兩相呈逆流接觸，填料的潤(rùn)濕外表即為氣液兩相的主要傳質(zhì)外表，兩相的 組成沿塔高連續(xù)變化。2、填料塔的特點(diǎn)與板式塔相比，填料塔具有以下特點(diǎn)：1 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于

7、安裝，小直徑的填料塔造價(jià)低。2壓力降較小，適合減壓操作，且能耗低。3別離效率高，用于難別離的混合物，塔高較低。4 適于易起泡物系的別離，因?yàn)樘盍蠈?duì)泡沫有限制和破碎作用。5適用于腐蝕性介質(zhì)，因?yàn)榭刹捎貌煌馁|(zhì)的耐腐蝕填料。6適用于熱敏性物料，因?yàn)樘盍纤忠毫康?，物料在塔?nèi)停留時(shí)間短。7操作彈性較小，對(duì)液體負(fù)荷的變化特別敏感。當(dāng)液體負(fù)荷較小時(shí)，填料外表不能和 好地潤(rùn)濕，傳質(zhì)效果急劇下降；當(dāng)液體負(fù)荷過(guò)大時(shí)，那么易產(chǎn)生液泛。8不宜處理易聚合或含有固體顆粒地物料。二填料的類(lèi)型及性能評(píng)價(jià)填料是填料塔的核心局部，它提供了氣液兩相接觸傳質(zhì)的界面，是決定填料塔性能的主 要因素。對(duì)操作影響較大的填料特性有：1 .

8、比外表積單位體積填料層所具有的外表積稱(chēng)為填料的比外表積，以、表示，其單位為 m2/m3。顯然，填料應(yīng)具有較大的比外表積，以增大塔內(nèi)傳質(zhì)面積。同一種類(lèi)的填料，尺寸越小，那么其比表 面積越大。2 .空隙率單位體積填料層所具有的空隙體積，稱(chēng)為填料的空隙率，以表示，其單位為 m3/m3。填料的空隙率大，氣液通過(guò)能力大且氣體流動(dòng)阻力小。3 .填料因子將/與組合成/ 3的形式稱(chēng)為干填料因子，單位為m-1。填料因子表示填料的流體力學(xué)性能。當(dāng)填料被噴淋的液體潤(rùn)濕后，填料外表覆蓋了一層液膜，、與 均發(fā)生相應(yīng)的變化，此時(shí)、：/；3稱(chēng)為濕填料因子，以表示。值小那么填料層阻力小，發(fā)生液泛時(shí)的氣速提高，亦即流體力學(xué) 性

9、能好。4 .單位堆積體積的填料數(shù)目對(duì)于同一種填料，單位堆積體積內(nèi)所含填料的個(gè)數(shù)是由填料尺寸決定的。填料尺寸減小， 填料數(shù)目可以增加，填料層的比外表積也增大，而空隙率減小，氣體阻力亦相應(yīng)增加，填料 造價(jià)提高。反之，假設(shè)填料尺寸過(guò)大，在靠近塔壁處，填料層空隙很大，將有大量氣體由此短1 1路流過(guò)。為控制氣流分布不均勻現(xiàn)象，填料尺寸不應(yīng)大于塔徑 D的。10 8此外，從經(jīng)濟(jì)、實(shí)用及可靠的角度考慮，填料還應(yīng)具有質(zhì)量輕、造價(jià)低，鞏固耐用，不 易堵塞，耐腐蝕，有一定的機(jī)械強(qiáng)度等特性。各種填料往往不能完全具備上述各種條件，實(shí) 際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)依具體情況加以選擇。填料的種類(lèi)很多，大致可分為散裝填料和整砌填料兩大類(lèi)。散

10、裝填料是一粒粒具有一定 幾何形狀和尺寸的顆粒體，一般以散裝方式堆積在塔內(nèi)。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的不同，散裝填料分為環(huán)形填料、鞍形填料、環(huán)鞍形填料及球形填料等。整砌填料是一種在塔內(nèi)整齊的有規(guī)那么排列的填料，根據(jù)其幾何結(jié)構(gòu)可以分為格柵填料、波紋填料、脈沖填料等。下面分別介紹幾種常見(jiàn)的填料，見(jiàn)表 4-1。表4-1常見(jiàn)的填料類(lèi)型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用拉外徑與高度相等的圓環(huán)，如圖拉西環(huán)形狀簡(jiǎn)單，制造容易，操作時(shí)有嚴(yán)重的溝流和壁流現(xiàn)象，氣西環(huán)4-3( a)所示。液分布較差，傳質(zhì)效率低。填料層持液量大， 氣體通過(guò)填料層的阻 力大，通量較低。拉西環(huán)是使用最早的一種填料， 曾得到極為廣泛 的應(yīng)用，目前拉西環(huán)工業(yè)應(yīng)用日趨減少。鮑

11、在拉西環(huán)的側(cè)壁上開(kāi)岀兩排長(zhǎng)鮑爾環(huán)填料的比外表積和空隙率與拉西環(huán)根本相當(dāng)，氣體流動(dòng)阻力爾方形的窗孔，被切開(kāi)的環(huán)壁一側(cè)降低，液體分布比擬均勻。同一材質(zhì)、同種規(guī)格的拉西環(huán)與鮑爾環(huán)環(huán)仍與壁面相連，另一側(cè)向環(huán)內(nèi)彎 曲，形成內(nèi)伸的舌葉，舌葉的側(cè) 邊在環(huán)中心相搭，如圖 4-3 (b) 所示。填料相比，鮑爾環(huán)的氣體通量比拉西環(huán)增大50%以上，傳質(zhì)效率增加30%左右。鮑爾環(huán)填料以其優(yōu)良的性能得到了廣泛的工業(yè)應(yīng) 用。階對(duì)鮑爾環(huán)填料改良，其形狀如圖是目前環(huán)形填料中性能最為良好的一種。填料的空隙率大，填料個(gè)梯環(huán)4-3 ( c)所示。階梯環(huán)圓筒局部 的高度僅為直徑的一半，圓筒一 端有向外翻卷的錐形邊，其高度 為全高的1

12、/5。體之間呈點(diǎn)接觸，使液膜不斷更新，壓力降小，傳質(zhì)效率高。鞍是敞開(kāi)型填料，包括弧鞍與矩弧鞍形填料是兩面對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，有時(shí)在填料層中形成局部疊合或架空形鞍，其形狀如圖4-3 ( d)和(e)現(xiàn)象，且強(qiáng)度較差，容易破碎影響傳質(zhì)效率。矩鞍形填料在塔內(nèi)不填料所示。會(huì)相互疊合而是處于相互勾聯(lián)的狀態(tài)，有較好的穩(wěn)定性，填充密度及液體分布都較均勻，空隙率也有所提高，阻力較低，不易堵塞， 制造比擬簡(jiǎn)單，性能較好。是取代拉西環(huán)的理想填料金如圖4-3 (f)所示，采用極薄的綜合了環(huán)形填料通量大及鞍形填料的液體再分布性能好的優(yōu)點(diǎn)而屬金屬板軋制，既有類(lèi)似開(kāi)孔環(huán)形研制合開(kāi)展起來(lái)的一種新型填料，敞開(kāi)的側(cè)壁有利于氣體和液體通鞍

13、填料的圓環(huán)、開(kāi)孔和內(nèi)伸的葉過(guò)，在填料層內(nèi)極少產(chǎn)生滯留的死角，阻力減小，通量增大，傳質(zhì)環(huán)片，也有類(lèi)似矩鞍形填料的側(cè) 面。效率提高，有良好的機(jī)械強(qiáng)度。金屬鞍環(huán)填料性能優(yōu)于目前常用的 鮑爾環(huán)和矩鞍形填料。球形一般采用塑料材質(zhì)注塑而成，其球體為空心，可以允許氣體、液體從內(nèi)部通過(guò)。填料裝填密度均勻，填料結(jié)構(gòu)有許多種，如圖4-3 (g)和(h)所示。不易產(chǎn)生空穴和架橋，氣液分散性能好。球形填料一般適用于某些 特定場(chǎng)合，工程上應(yīng)用較少。波由許多波紋薄板組成的圓盤(pán)狀優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，比外表積大，傳質(zhì)效率高。填料阻力小，處理能紋填料，波紋與水平方向成45°傾力提高。其缺點(diǎn)是不適于處理粘度大、易聚合或有懸

14、浮物的物料，填角，相鄰兩波紋板反向靠疊，使填料裝卸、清理較困難，造價(jià)也較高。金屬絲網(wǎng)波紋填料特別適用料波紋傾斜方向相互垂直。各盤(pán)填 料垂直疊放于塔內(nèi)，相鄰的兩盤(pán) 填料間交錯(cuò)90°排列。如圖4-3(n )、(o)所示于精密精餾及真空精餾裝置，為難別離物系、熱敏性物系的精餾提 供了有效的手段。金屬孔板波紋填料特別適用于大直徑蒸餾塔。金屬壓延孔板波紋填料主要用于別離要求高，物料不易堵塞的場(chǎng)合。脈脈沖填料是由帶縮頸的中空棱流道收縮、擴(kuò)大的交替重復(fù)，實(shí)現(xiàn)了“脈沖傳質(zhì)過(guò)程。脈沖填料沖柱形單體，按一定方式拼裝而成的特點(diǎn)是處理量大，壓降小。是真空蒸餾的理想填料；因其優(yōu)良的填的一種整砌填料，如圖4-3

15、( p)液體分布性能使放大效應(yīng)減少，特別使用于大塔徑的場(chǎng)合。料所示。(a)拉西環(huán)境科；(b )鮑爾環(huán)填料；(c )階梯環(huán)填料；(d )抓繁填料；(e )矩鞍填料；(f )金用環(huán)矩鞍填料;(g)多面球形填料；(h) TRI球形填料；(n)金屬絲網(wǎng)波紋填料(o)金屬板波紋填料；(p)脈沖填料無(wú)論散裝填料還是整砌填料的材質(zhì)均可用陶瓷、金屬和塑料制造。陶瓷填料應(yīng)用最早， 其潤(rùn)濕性能好，但因較厚，空隙小，阻力大，氣液分布不均勻?qū)е滦瘦^低，而且易破碎， 故僅用于高溫、強(qiáng)腐蝕的場(chǎng)合。金屬填料強(qiáng)度高，壁薄，空隙率和比外表積大，故性能良好。 不銹鋼較貴，碳鋼廉價(jià)但耐腐蝕性差，在無(wú)腐蝕場(chǎng)合廣泛采用。塑料填料價(jià)格

16、低廉，不易破 碎，質(zhì)輕耐蝕，加工方便，但潤(rùn)濕性能差。填料的性能的優(yōu)劣通常根據(jù)效率、通量及壓降來(lái)衡量。在相同的操作條件下，填料塔內(nèi) 氣液分布越均勻，外表潤(rùn)濕性能越優(yōu)良，那么傳質(zhì)效率越高；填料的空隙率越大，結(jié)構(gòu)越開(kāi)放, 那么通量越大，壓降也越低。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)九種常用填料的性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，用模糊數(shù)學(xué)方法得 出了各種填料的評(píng)估值，結(jié)論如表 4-2所示。表4-2幾種填料綜合性能評(píng)價(jià)填料名稱(chēng)評(píng)估值評(píng)價(jià)排序填料名稱(chēng)評(píng)估值評(píng)價(jià)排序絲網(wǎng)波紋填料0.86很好1金屬鮑爾環(huán)0.51一般好6孔板波紋填料0.61相當(dāng)好2瓷鞍環(huán)填料0.41較好7金屬鞍環(huán)填料0.59相當(dāng)好3瓷鞍形填料0.38略好8金屬鞍形填料0.57相當(dāng)好4

17、瓷拉西環(huán)0.369金屬階梯環(huán)0.53一般好5(三) 填料塔的附件填料塔的附件主要有填料支承裝置、填料壓緊裝置、液體分布裝置、液體再分布裝置和 除沫裝置等。合理的選擇和設(shè)計(jì)填料塔的附件，對(duì)保證填料塔的正常操作及良好的傳質(zhì)性能 十分重要，見(jiàn)表 4-3。表4-3填料塔的附件名稱(chēng)作用結(jié)構(gòu)類(lèi)型填料支承塔內(nèi)填料及其持有的液體重量。常用的填料支承裝置有柵板型、孔管型、駝峰型等，如圖4-4支承故支承裝置要有足夠的強(qiáng)度。同時(shí)為所示。裝置使氣液順利通過(guò)，支承裝置的自由截 面積應(yīng)大于填料層的自由截面積，否那么當(dāng)氣速增大時(shí)，填料塔的液泛將首 先在支承裝置發(fā)生。根據(jù)塔徑、使用的填料種類(lèi)及型號(hào)、塔體及填料的材質(zhì)、氣液流速

18、選擇哪種支承裝置填料安裝于填料上方，保持操作中填料床分為填料壓板和床層限制板兩大類(lèi)，每類(lèi)又有不同的型式，如壓緊層高度恒定，防止在高壓降、瞬時(shí)負(fù)圖4-5所示。填料壓板適用于陶瓷、石墨制的散裝填料。床層裝置荷波動(dòng)等情況下填料床層發(fā)生松動(dòng) 和跳動(dòng)。限制板用于金屬散裝填料、塑料散裝填料及所有規(guī)整填料。液體液體分布裝置設(shè)在塔頂，為填料層提常用的液體分布裝置如圖4-6所示。蓮蓬式噴灑器一般適用于分布供足夠數(shù)量并分布適當(dāng)?shù)膰娏茳c(diǎn)，以處理清潔液體，且直徑小于600mm的小塔。盤(pán)式分布器常用裝置保證液體初始均勻的分布。于直徑較大的塔。管式分布器適用于液量小而氣量大的填料塔。槽式液體分布器多用于氣液負(fù)荷大及含有固

19、體懸浮物、粘度大的別離場(chǎng)合。液體壁流將導(dǎo)致填料層內(nèi)氣液分布不均，最簡(jiǎn)單的液體再分布裝置為截錐式再分布器。如圖4-7所示。再分使傳質(zhì)效率下降。為減小壁流現(xiàn)象，圖(a)是將截錐筒體焊在塔壁上。圖(b)是在截錐筒的上方布裝可間隔一定高度在填料層內(nèi)設(shè)置液加設(shè)支承板，截錐下面隔一段距離再裝填料，以便于分段卸岀置體再分布裝置。填料。除沫裝置在液體分布器的上方安裝除沫裝置，去除氣體中夾帶的液體霧沫折板除沫器，絲網(wǎng)除沫器，填料除沫器，見(jiàn)圖4-8(a)柵板型(b)孔管型(c)駝峰型圖4-4填料支承裝置abc4-5填料壓緊裝置a壓緊柵板；b壓緊網(wǎng)板；c905型金屬壓板(c圖4-6液體分布裝置a蓮蓬式；b盤(pán)式篩孔型

20、；c盤(pán)式溢流管式；d 排管式；e 環(huán)管式；f槽式圖4-7液體再分布裝置(a)折板除沫器(b)絲網(wǎng)除沫器(c)填料除沫器圖4-8除沫器活動(dòng)建議進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，了解填料及塔設(shè)備的結(jié)構(gòu)。四、填料塔的流體力學(xué)性能在逆流操作的填料塔內(nèi)，液體從塔頂噴淋下來(lái)，依靠重力在填料外表作膜狀流動(dòng)，液膜 與填料外表的摩擦及液膜與上升氣體的摩擦構(gòu)成了液膜流動(dòng)的阻力。因此，液膜的膜厚取決 于液體和氣體的流量。液體流量越大，液膜越厚；當(dāng)液體流量一定時(shí)，上升氣體的流量越大, 液膜也越厚。液膜的厚度直接影響到氣體通過(guò)填料層的壓力降、液泛氣速及塔內(nèi)持液量等流 體力學(xué)性能。1 氣體通過(guò)填料層的壓力降圖4 - 9填料層的厶P/Z-u示

21、意圖填料層壓降與液體噴淋量及氣速有關(guān)， 在一定的氣速下，液體噴淋量越大，壓降越 大；一定的液體噴淋量下氣速越大，壓降也 越大。不同液體噴淋量下的單位填料層的壓4-9所示的曲線。降厶p/Z與空塔氣速u(mài)的關(guān)系標(biāo)繪在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上，可得到如圖圖4-9中，直線L0表示無(wú)液體噴淋L = 0時(shí)干填料的 p與u關(guān)系，稱(chēng)為干填料壓降 線。曲線Li、L2、L3表示不同液體噴淋量下填料層的p與u的關(guān)系噴淋量Li<L2<L3。從圖中可看出，在一定的噴淋量下， 壓降隨空塔氣速的變化曲線大致可分為三段：當(dāng)氣速低于A點(diǎn)時(shí)，氣體流動(dòng)對(duì)液膜的曳力很小，液體流動(dòng)不受氣流的影響，填料外表上覆蓋的液膜厚度 根本不變，因

22、而填料層的持液量不變，該區(qū)域稱(chēng)為恒持液量區(qū)。此時(shí)在對(duì)數(shù)座標(biāo)圖上厶p與u近似為一直線，且根本上與干填料壓降線平行。當(dāng)氣速超過(guò)A點(diǎn)時(shí)，氣體對(duì)液膜的曳力較大，對(duì)液膜流動(dòng)產(chǎn)生阻滯作用，使液膜增厚，填料層的持液量隨氣速的增加而增大，此現(xiàn)象稱(chēng)攔液。開(kāi)始發(fā)生攔液現(xiàn)象時(shí)的空塔氣速稱(chēng)為載點(diǎn)氣速，曲線上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)A ,稱(chēng)為載點(diǎn)。假設(shè)氣速繼續(xù)增大，到達(dá)圖中 B點(diǎn)時(shí)，由于液體不能順利流下，使填料層的持液量不斷增大，填料層內(nèi) 幾乎充滿(mǎn)液體。氣速增加很小便會(huì)引起壓降的劇增，此現(xiàn)象稱(chēng)為液泛。開(kāi)始發(fā)生液泛現(xiàn)象時(shí) 的空塔氣速稱(chēng)為泛點(diǎn)氣速，以 uf表示。曲線上的點(diǎn) B稱(chēng)為泛點(diǎn)，從載點(diǎn)到泛點(diǎn)的區(qū)域稱(chēng)為載 液區(qū)，泛點(diǎn)以上的區(qū)域稱(chēng)為液泛

23、區(qū)。通常認(rèn)為泛點(diǎn)氣速是填料塔正常操作氣速的上限。影響泛點(diǎn)氣速的因素很多，其中包括填料的特性，流體的物理性質(zhì)以及液氣比等。泛點(diǎn)氣速計(jì)算方法很多，目前最廣泛的是?？颂靥岢龅耐ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖。查閱相關(guān)資料，了解通用關(guān)聯(lián)圖的結(jié)構(gòu)及工業(yè)應(yīng)用。2 .液泛在泛點(diǎn)氣速下，持液量的增多使液相由分散相變?yōu)檫B續(xù)相，而氣相那么由連續(xù)相變?yōu)榉稚?相，此時(shí)氣體呈氣泡形式通過(guò)液層，氣流出現(xiàn)脈動(dòng)，液體被大量帶出塔頂，塔的操作極不穩(wěn) 定，甚至?xí)黄茐?，此種情況稱(chēng)為淹塔或液泛。影響液泛的因素很多，如填料的特性、流體 的物性及操作的液氣比等。填料特性的影響集中表達(dá)在填料因子上。填料因子值在某種程度上能反映填料流體力學(xué)性能的優(yōu)劣。實(shí)踐說(shuō)明

24、，值越小，液泛速度越高，即越不易發(fā)生液泛。流體物性的影響表達(dá)在氣體密度pv、液體的密度 p和粘度4.上。因液體靠重力流下，液體的密度越大，那么泛點(diǎn)氣速越大；氣體密度越大，液體粘度越大，相同氣速下對(duì)液體的阻力 也越大，故均使泛點(diǎn)氣速下降。操作的液氣比愈大，那么在一定氣速下液體噴淋量愈大，填料層的持液量增加而空隙率減小，故泛點(diǎn)氣速愈小。3持液量 因填料與其空隙中所持的液體是堆積在填料支承板上的，故在進(jìn)行填料支承板強(qiáng)度計(jì)算 時(shí)，要考慮填料本身的重量與持液量。持液量小那么氣體流動(dòng)阻力小，到載點(diǎn)以后，持液量隨 氣速的增加而增加。持液量是由靜持液量與動(dòng)持液量?jī)删植拷M成的。靜持液量指填料層停止接受?chē)娏芤后w并

25、 經(jīng)過(guò)規(guī)定的滴液時(shí)間后，仍然滯留在填料層中的液體量，其大小決定于填料的類(lèi)型、尺寸及 液體的性質(zhì)。動(dòng)持液量指一定噴淋條件下持于填料層中的液體總量與靜持液量之差，表示可 以從填料上滴下的那局部液體，亦指操作時(shí)流動(dòng)于填料外表的液體量，其大小不但與填料的 類(lèi)型、尺寸及液體的性質(zhì)有關(guān)，而且與噴淋密度有關(guān)。持液量一般用經(jīng)驗(yàn)公式或曲線圖估算。第二節(jié) 吸收根底知識(shí)對(duì)任何過(guò)程都需要解決兩個(gè)根本問(wèn)題：過(guò)程的極限和過(guò)程的速率。吸收是氣液兩相之間 的傳質(zhì)過(guò)程，因此本節(jié)首先討論吸收的氣液相平衡關(guān)系以及傳質(zhì)的根本概念，以解決這兩個(gè) 根本問(wèn)題。一、氣體吸收的分類(lèi)吸收操作通常有以下分類(lèi)方法：1按過(guò)程有無(wú)化學(xué)反響分類(lèi)1物理吸收

26、 吸收過(guò)程中溶質(zhì)與吸收劑之間不發(fā)生明顯的化學(xué)反響；2化學(xué)吸收 吸收過(guò)程中溶質(zhì)與吸收劑之間有顯著的化學(xué)反響。2按被吸收的組分?jǐn)?shù)目分類(lèi)1單組分吸收 混合氣體中只有一個(gè)組分溶質(zhì)進(jìn)入液相，其余組分皆可認(rèn)為不溶 解于吸收劑的吸收過(guò)程；2多組分吸收 混合氣體中有兩個(gè)或更多組分進(jìn)入液相的吸收過(guò)程。3按吸收過(guò)程有無(wú)溫度變化分類(lèi)1非等溫吸收 氣體溶解于液體時(shí)，常常伴隨著熱效應(yīng)，當(dāng)有化學(xué)反響時(shí)，還會(huì)有反 應(yīng)熱，其結(jié)果是隨吸收過(guò)程的進(jìn)行，溶液溫度會(huì)逐漸變化，那么此過(guò)程為非等溫吸收；2等溫吸收 假設(shè)吸收過(guò)程的熱效應(yīng)較小，或被吸收的組分在氣相中濃度很低，而吸收 劑用量相對(duì)較大時(shí)，溫度升高不顯著，那么可認(rèn)為是等溫吸收。4

27、 按吸收過(guò)程的操作壓力分類(lèi)(1 )常壓吸收(2 )加壓吸收 當(dāng)操作壓力增大時(shí)，溶質(zhì)在吸收劑中的溶解度將隨之增加。本章主要以填料塔為例，著重討論常壓下單組分等溫物理吸收過(guò)程。二、吸收相平衡1.亨利定律在恒定溫度與壓力下，使某一定量混合氣體與吸收劑接觸，溶質(zhì)便向液相中轉(zhuǎn)移，當(dāng)單 位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入液相的溶質(zhì)分子數(shù)與從液相逸出的溶質(zhì)分子數(shù)相等時(shí)，吸收到達(dá)了相平衡。此 時(shí)液相中溶質(zhì)到達(dá)飽和，氣液兩相中溶質(zhì)濃度不再隨時(shí)間改變。在低濃度吸收操作中，對(duì)應(yīng)的氣相中溶質(zhì)濃度與液相中溶質(zhì)濃度之間可用亨利定律描述: 當(dāng)總壓不高，在一定溫度下氣液兩相到達(dá)平衡時(shí)，稀溶液上方氣體溶質(zhì)的平衡分壓與溶質(zhì)在 液相中的摩爾分?jǐn)?shù)成正比，

28、即(4-1)(4-2)*p= Ex*y= mx式中 p*溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓，kPa;E亨利系數(shù)，kPa;y* 相平衡時(shí)溶質(zhì)在氣相中的摩爾分?jǐn)?shù)；x溶質(zhì)在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)；m 相平衡常數(shù)， m= E/P;亨利系數(shù)E的值隨物系而變化。當(dāng)物系一定時(shí)，溫度升高，E值增大。亨利系數(shù)由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，一般易溶氣體的 E值小，難溶氣體的 E值大。由于氣、液相組成表示方法不同，亨利定律可有多種形式。什么是比摩爾分?jǐn)?shù)？用比摩爾分?jǐn)?shù)表示的亨利定律。2 相平衡關(guān)系在吸收過(guò)程中的應(yīng)用(1 )判別過(guò)程的方向?qū)τ谝磺形吹竭_(dá)相際平衡的系統(tǒng)，組分將由一相向另一相傳遞，其結(jié)果是使系統(tǒng)趨于相平衡。所以，傳質(zhì)的方向是使系統(tǒng)向到達(dá)平衡的

29、方向變化。一定濃度的混合氣體與某種溶液 相接觸，溶質(zhì)是由液相向氣相轉(zhuǎn)移？還是由氣相向液相轉(zhuǎn)移？可以利用相平衡關(guān)系作出判斷。 下面舉例說(shuō)明?！纠?-1】設(shè)在101. 3kPa、20C下，稀氨水的相平衡方程為y* = 0.94x，現(xiàn)將含氨摩爾分?jǐn)?shù)為10%的混合氣體與x=0.05的氨水接觸，試判斷傳質(zhì)方向。假設(shè)以含氨摩爾分?jǐn)?shù)為 5% 的混合氣體與x=0.10的氨水接觸，傳質(zhì)方向又如何？解：實(shí)際氣相摩爾分?jǐn)?shù)y =0.10。根據(jù)相平衡關(guān)系與實(shí)際x = 0.05的溶液成平衡的氣相摩爾分?jǐn)?shù) y* =0.94 0.05 = 0.047*由于y > y故兩相接觸時(shí)將有局部氨自氣相轉(zhuǎn)入液相，即發(fā)生吸收過(guò)程。

30、同樣，此吸收過(guò)程也可理解為實(shí)際液相摩爾分?jǐn)?shù)x = 0.05 ,與實(shí)際氣相摩爾分?jǐn)?shù) y = 0.10成平衡的液相摩爾分?jǐn)?shù) x*=y =0.106 , xx故兩相接觸時(shí)局部氨自氣相轉(zhuǎn) 入液相。mx，部反之，假設(shè)以含氨 y = 0.05的氣相與x =0.10的氨水接觸，那么因目 y或xV , YX2圖4 10逆流吸收塔分氨將由液相轉(zhuǎn)入氣相，即發(fā)生解吸。(2 )指明過(guò)程的極限將溶質(zhì)摩爾分?jǐn)?shù)為 y1混合氣體送入某吸收塔的底部，溶劑向塔頂淋人作逆流吸收，如圖 4-10所示。當(dāng)氣、液兩相流量和溫度、壓力一定情況下，設(shè)塔高無(wú)限(即接觸時(shí)間無(wú)限長(zhǎng))，最終完成液中溶質(zhì)的極限濃度最大值是與氣相進(jìn)口摩爾分?jǐn)?shù)y1相平衡

31、的液相組成*x1，即_ * _ 丫1X1max X1m同理，混合氣體尾氣溶質(zhì)含量 y2最小值是進(jìn)塔吸收劑的溶質(zhì)摩爾分?jǐn)?shù)X2相平衡的氣相組成 y2，即 y2min = 丫2 = m/由此可見(jiàn)，相平衡關(guān)系限制了吸收劑出塔時(shí)的溶質(zhì)最高含量和氣體混合物離塔時(shí)最低含量。假設(shè)混合氣體組成一定，采用逆流吸收，減少吸收劑用量，完成液 出塔時(shí)吸收質(zhì)濃度會(huì)上升還是下降？極限值如何計(jì)算？假設(shè)無(wú)限增大吸收劑用量，即使在無(wú)限高的塔內(nèi)，吸收尾氣中吸收質(zhì)濃度會(huì)降為零嗎？最低極限值如何計(jì)算？3計(jì)算過(guò)程的推動(dòng)力相平衡是過(guò)程的極限，不平衡的氣液兩相相互接觸就會(huì)發(fā)生氣體的吸收或解吸過(guò)程。吸收過(guò)程通常以實(shí)際濃度與平衡濃度的差值來(lái)表示

32、吸收傳質(zhì)推動(dòng)力的大小。推動(dòng)力可用氣相推動(dòng)力或液相推動(dòng)力表示，氣相推動(dòng)力表示為塔內(nèi)任何一個(gè)截面上氣相實(shí)際濃度y和與該截面*上液相實(shí)際濃度 x成平衡的y之差，即y - y 其中y二mx液相推動(dòng)力即以液相摩爾分?jǐn)?shù)之差x - X表示吸收推動(dòng)力，其中 x二y。m三、吸收機(jī)理吸收操作是溶質(zhì)從氣相轉(zhuǎn)移到液相的傳質(zhì)過(guò)程，其中包括溶質(zhì)由氣相主體向氣液相界面 的傳遞，和由相界面向液相主體的傳遞。因此，討論吸收過(guò)程的機(jī)理，首先要說(shuō)明物質(zhì)在單 相氣相或液相中的傳遞規(guī)律。一傳質(zhì)的根本方式物質(zhì)在單一相氣相或液相中的傳遞是擴(kuò)散作用。發(fā)生在流體中的擴(kuò)散有分子擴(kuò)散與 渦流擴(kuò)散兩種：一般發(fā)生在靜止或?qū)恿鞯牧黧w里，憑藉著流體分子的

33、熱運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行物質(zhì)傳遞 的是分子擴(kuò)散；發(fā)生在湍流流體里，憑藉流體質(zhì)點(diǎn)的湍動(dòng)和漩渦而傳遞物質(zhì)的是渦流擴(kuò)散。1 分子擴(kuò)散分子擴(kuò)散是物質(zhì)在一相內(nèi)部有濃度差異的條件下，由流體分子的無(wú)規(guī)那么熱運(yùn)動(dòng)而引起的物質(zhì)傳遞現(xiàn)象。習(xí)慣上常把分子擴(kuò)散稱(chēng)為擴(kuò)散。分子擴(kuò)散速率主要決定于擴(kuò)散物質(zhì)和流體的某些物理性質(zhì)。分子擴(kuò)散速率與其在擴(kuò)散方向上的濃度梯度及擴(kuò)散系數(shù)成正比。分子擴(kuò)散系數(shù)D是物質(zhì)性質(zhì)之一。擴(kuò)散系數(shù)大，表示分子擴(kuò)散快。溫度升高，壓力降低， 擴(kuò)散系數(shù)增加。同一物質(zhì)在不同介質(zhì)中擴(kuò)散系數(shù)不同。對(duì)不太大的分子而言，在氣相中的擴(kuò) 散系數(shù)值約為0.11cm2/s的量級(jí)；在液體中約為在氣體中的104105分之一。這主要是因?yàn)橐后w

34、的密度比氣體的密度大得多，其分子間距小，故而分子在液體中擴(kuò)散速率要慢的多。擴(kuò) 散系數(shù)一般由實(shí)驗(yàn)方法求取，有時(shí)也可由物質(zhì)的根底物性數(shù)據(jù)及狀態(tài)參數(shù)估算。2 渦流擴(kuò)散在有濃度差異的條件下，物質(zhì)通過(guò)湍流流體的傳遞過(guò)程稱(chēng)渦流擴(kuò)散。渦流擴(kuò)散時(shí)，擴(kuò)散 物質(zhì)不僅靠分子本身的擴(kuò)散作用，并且借助湍流流體的攜帶作用而轉(zhuǎn)移，而且后一種作用是 主要的。渦流擴(kuò)散速率比分子擴(kuò)散速率大得多。由于渦流擴(kuò)散系數(shù)難于測(cè)定和計(jì)算，常將分 子擴(kuò)散與渦流擴(kuò)散兩種傳質(zhì)作用結(jié)合起來(lái)予以考慮即對(duì)流擴(kuò)散過(guò)程。3 對(duì)流擴(kuò)散與傳熱過(guò)程中的對(duì)流傳熱相類(lèi)似，對(duì)流擴(kuò)散就是湍流主體與相界面之間的渦流擴(kuò)散與分 子擴(kuò)散兩種傳質(zhì)作用過(guò)程。由于對(duì)流擴(kuò)散過(guò)程極為復(fù)雜

35、，影響因素很多，所以對(duì)流擴(kuò)散速率 也采用類(lèi)似對(duì)流傳熱的處理方法，依靠試驗(yàn)測(cè)定。對(duì)流擴(kuò)散速率比分子擴(kuò)散速率大得多，主要取決于流體的湍流程度。想想能舉例說(shuō)明分子擴(kuò)散和對(duì)流擴(kuò)散嗎?二雙膜理論吸收過(guò)程是氣液兩相間的傳質(zhì)過(guò)程，關(guān)于這種相際間的傳質(zhì)過(guò)程的機(jī)理曾提出多種不同的理論,圖4-11雙膜理論示意圖雙膜理論的根本論點(diǎn)如下：，即虛擬的層流膜層，吸收1 .在氣液兩流體相接觸處，有一穩(wěn)定的分界面，叫相界面。在相界面兩側(cè)附近各有一層穩(wěn) 定的氣膜和液膜。這兩層薄膜可以認(rèn)為是由氣液兩流體的滯流層組成質(zhì)以分子擴(kuò)散方式通過(guò)這兩個(gè)膜層。膜的厚度隨流體的流速而變，流速愈大膜層厚度愈小。2 在兩膜層以外的氣、液兩相分別稱(chēng)為

36、氣相主體與液相主體。在氣、液兩相的主體中，由于流體的充分湍動(dòng)，吸收質(zhì)的濃度根本上是均勻的，即兩相主體內(nèi)濃度梯度皆為零，全部 濃度變化集中在這兩個(gè)膜層內(nèi)，即阻力集中在兩膜層之中。3 無(wú)論氣、液兩相主體中吸收質(zhì)的濃度是否到達(dá)相平衡，而在相界面處，吸收質(zhì)在氣、液兩相中的濃度達(dá)成平衡，即界面上沒(méi)有阻力。對(duì)于具有穩(wěn)定相界面的系統(tǒng)以及流動(dòng)速度不高的兩流體間的傳質(zhì)，雙膜理論與實(shí)際情況是相當(dāng)符合的，根據(jù)這一理論的根本概念所確定的吸收過(guò)程的傳質(zhì)速率關(guān)系，至今仍是吸收 設(shè)備設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，這一理論對(duì)生產(chǎn)實(shí)際具有重要的指導(dǎo)意義。但是對(duì)于具有自由相界面 的系統(tǒng)，尤其是高度湍動(dòng)的兩流體間的傳質(zhì)，雙膜理論表現(xiàn)出它的局限性

37、。針對(duì)這一局限性， 后來(lái)相繼提出了一些新的理論，如溶質(zhì)滲透理論、外表更新理論、界面動(dòng)力狀態(tài)理論等。這 些理論對(duì)于相際傳質(zhì)過(guò)程的界面狀態(tài)及流體力學(xué)因素的影響等方面的研究和描述都有所前 進(jìn)，但由于其數(shù)學(xué)模型太復(fù)雜，目前應(yīng)用于傳質(zhì)設(shè)備的計(jì)算或解決實(shí)際問(wèn)題較困難。五、吸收阻力的控制由吸收機(jī)理知，吸收過(guò)程的相際傳質(zhì)是由氣相與界面的對(duì)流傳質(zhì)、界面上溶質(zhì)組分的溶解、液相與界面的對(duì)流傳質(zhì)三個(gè)過(guò)程構(gòu)成。仿照間壁兩側(cè)對(duì)流給熱過(guò)程傳熱速率分析思路，現(xiàn)分析對(duì)流傳質(zhì)過(guò)程的傳質(zhì)速率 Na的表達(dá)式及傳質(zhì)阻力的控制。(一)氣體吸收速率方程式(4-3)1 氣相與界面的傳質(zhì)速率Na *g(P - Pi)或N A = ky(y -

38、 yj(4-3)式中 Na單位時(shí)間內(nèi)組分 A擴(kuò)散通過(guò)單位面積的物質(zhì)的量，即傳質(zhì)速率，kmol/(m 2 s);p、pi溶質(zhì)A在氣相主體與界面處的分壓，kPa;y、yi氣相主體與界面處的摩爾分?jǐn)?shù)；kG以分壓差表示推動(dòng)力的氣相傳質(zhì)系數(shù)，kmol /( s m2 kPa);ky以摩爾分?jǐn)?shù)差表示推動(dòng)力的氣相傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(s m2)。2 液相與界面的傳質(zhì)速率或Na =kx(Xi X)(4-6)式中 c、ci溶質(zhì)a的液相主體濃度和界面濃度，kmol / m3;X、Xi溶質(zhì)A在液相主體與界面處的摩爾分?jǐn)?shù)；kL-一以摩爾濃度差表示推動(dòng)力的液相傳質(zhì)系數(shù),m/s;kx-一以摩爾分?jǐn)?shù)差表示推動(dòng)力的液相傳質(zhì)系

39、數(shù),2kmol/(s m )。相界面上的濃度y, Xi，根據(jù)雙膜理論成平衡關(guān)系，如圖4-11。但是無(wú)法測(cè)取。以上傳質(zhì)速率用不同的推動(dòng)力表達(dá)同一個(gè)傳質(zhì)速率，類(lèi)似于傳熱中的牛頓冷卻定律的形 式，即傳質(zhì)速率正比于界面濃度與流體主體濃度之差。將其他所有影響對(duì)流傳質(zhì)的因素均包 括在氣相或液相傳質(zhì)系數(shù)之中。傳質(zhì)系數(shù)kG、ky、kL、kx的數(shù)據(jù)只有根據(jù)具體操作條件由實(shí)驗(yàn)測(cè)取，它與流體流動(dòng)狀態(tài)和流體物性、擴(kuò)散系數(shù)、密度、粘度、傳質(zhì)界面形狀等因素有 關(guān)。類(lèi)似于傳熱中對(duì)流給熱系數(shù)的研究方法。對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)也有經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，可查閱有關(guān)手 冊(cè)得到。3 .相際傳質(zhì)速率方程吸收總傳質(zhì)速率方程氣相和液相傳質(zhì)速率方程中均涉及到相

40、界面上的濃度Pi、比、g、Xi,由于相界面是變化的，該參數(shù)很難獲取。工程上常利用相際傳質(zhì)速率方程來(lái)表示吸收的速率方程。即Na =Kg P_PK?(4-7)(4-8)(4-9)“Y YNa =2丫-丫=pKyNa = Kl C _CNa 二 Kx(X-X)二*(X -X)(4-10)KxKlr、r*式中 c、X、p、丫 分別與液相主體或氣相主體組成成平衡關(guān)系的濃度;X、 Y用摩爾比表示的液相主體或氣相主體濃度；Kl以液相濃度差為推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)，m/s；Kg以氣相濃度差為推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)，kmol /( m2 s kN/m2);Kx以液相摩爾比濃度差為推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)，kmol/( m2

41、s);Ky以氣相摩爾比濃度差為推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)，kmol/( m 2 s)。采用與對(duì)流傳熱過(guò)程相類(lèi)似的處理方法，氣、液相傳質(zhì)系數(shù)與總傳質(zhì)系數(shù)之間的關(guān)系舉 例推倒如下：Ci cNP - PiCi - CH HP)i - pP - PiPi - Pp - pN A-1 -1 _11- 11 _1 1+kGkLkLHkLHkGkLHkGkLH111故+(4-11)KgkGHkLP - Pi1H p H*PiC -CiCi c*c - cN a-1 -HH ' 1H 1kGkGkGKkGkL11H故Kl -+kLkG(4-12)可見(jiàn)，氣、液兩相相際傳質(zhì)總阻力等于分阻力之和，總推動(dòng)力等于各層推

42、動(dòng)力之和。查一查 由于濃度有許多表示方法，因此吸收速率方程有很多形式，再能舉出幾種嗎？有什么規(guī)律？(二)吸收阻力的控制HkG對(duì)于難溶氣體,H值很小，在kG和kL數(shù)量級(jí)相同或接近的情況下，存在如下關(guān)系，即氣膜阻力可以忽略，因而式(4-12):丄，此時(shí)吸收過(guò)程阻力的絕大局部存在于液膜之中, kL1 1可以化為乙V或KL kL意即液膜阻力控制著整個(gè)吸收過(guò)程，吸收總推動(dòng)力的絕大局部 用于克服液膜阻力。這種吸收稱(chēng)為液膜控制吸收。例如：用水吸收氧氣，二氧化碳等過(guò)程。對(duì)于液膜控制的吸收過(guò)程，要強(qiáng)化傳質(zhì)過(guò)程，提高吸收速率，在選擇設(shè)備型式及確定操作條 件時(shí)，應(yīng)特別注意減小液膜阻力。對(duì)于易溶氣體，H值很大，在kG

43、和kL數(shù)量級(jí)相同或接近的情況下，存在如下關(guān)系，即1 1，此時(shí)吸收過(guò)程阻力的絕大局部存在于氣膜之中，液膜阻力可以忽略，因而式HkLkG1 14-11 可以化為或Kg : kG意即氣膜阻力控制著整個(gè)吸收過(guò)程，吸收總推動(dòng)力的KGkG絕大局部用于克服氣膜阻力。這種吸收稱(chēng)為氣膜控制吸收。例如：用水吸收氨或氯化氫等過(guò)程。 對(duì)于氣膜控制的吸收過(guò)程，要強(qiáng)化傳質(zhì)過(guò)程，提高吸收速率，在選擇設(shè)備型式及確定操作條 件時(shí)，應(yīng)特別注意減小氣膜阻力。對(duì)于具有中等溶解度的氣體吸收過(guò)程，氣膜阻力與液膜阻力均不可忽略。要提高吸收過(guò) 程速率，必須兼顧氣、液兩膜阻力的降低，方能得到滿(mǎn)意的效果。六、吸收劑的選擇在吸收操作中，吸收劑性能

44、的優(yōu)劣，常常是吸收操作是否良好的關(guān)鍵。在選擇吸收劑時(shí)，應(yīng)注意考慮以下幾方面的問(wèn)題：1 溶解度吸收劑對(duì)于溶質(zhì)組分應(yīng)具有較大的溶解度，或者說(shuō)，在一定溫度與濃度下，溶質(zhì)組分的 氣相平衡分壓要低。這樣從平衡的角度講，處理一定量的混合氣體所需的吸收劑數(shù)量較少， 吸收尾氣中溶質(zhì)的極限剩余濃度也可降低。就傳質(zhì)速率而言，溶解度越大、吸收速率越大，所需設(shè)備的尺寸就小。2 選擇性吸收劑要對(duì)溶質(zhì)組分有良好的吸收能力的同時(shí)，對(duì)混合氣體中的其它組分根本上不吸收,或吸收甚微，否那么不能實(shí)現(xiàn)有效的別離。3 揮發(fā)度在操作溫度下吸收劑的揮發(fā)度要小，因?yàn)閾]發(fā)度越大，那么吸收劑損失量越大，別離后氣體中含溶劑量也越大。4 粘度的輸送

45、功耗，吸收劑傳熱阻力亦減小。5.再生吸收劑要易于再生。吸收質(zhì)在吸收劑中的溶解度應(yīng)對(duì)溫度的變化比擬敏感，即不僅低溫 下溶解度要大，而且隨溫度的升高，溶解度應(yīng)迅速下降，這樣才比擬容易利用解吸操作使吸 收劑再生。6 .穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性好，以免在操作過(guò)程中發(fā)生變質(zhì)。7 .其它要求無(wú)毒，無(wú)腐蝕性，不易燃，不易產(chǎn)生泡沫，冰點(diǎn)低，價(jià)廉易得。工業(yè)上的氣體吸收操作中，很多用水作吸收劑，只有對(duì)于難溶于水的吸收質(zhì)，才采用特 殊的吸收劑，如用清油吸收苯和二甲苯；有時(shí)為了提高吸收的效果，也常采用化學(xué)吸收，例 如用銅氨溶液吸收一氧化碳和用堿液吸收二氧化碳等?？傊談┑倪x用，應(yīng)從生產(chǎn)的具 體要求和條件出發(fā)，全面考慮各方

46、面的因素，作出經(jīng)濟(jì)合理的選擇。第三節(jié)吸收計(jì)算吸收過(guò)程既可采用板式塔又可采用填料塔。為了表達(dá)方便，本章將主要結(jié)合連續(xù)接觸的 填料塔進(jìn)行分析和討論。在填料塔內(nèi)，氣液兩相可作逆流也可作并流流動(dòng)。在兩相進(jìn)出口組成相同的情況下，逆 流的平均推動(dòng)力大于并流。逆流時(shí)下降至塔底的液體與剛剛進(jìn)塔的混合氣體接觸，有利于提 高出塔液體的組成，可以減少吸收劑的用量；上升至塔頂?shù)臍怏w與剛剛進(jìn)塔的新鮮吸收劑接 觸，有利于降低出塔氣體的含量，可提高溶質(zhì)的吸收率。因此，逆流操作在工業(yè)生產(chǎn)中較為多見(jiàn)。一、物料衡算與操作線方程(一)物料衡算圖4-12所示為一個(gè)穩(wěn)定操作下的逆流接觸吸收塔。 塔底截面用 1 一一 1表示，塔頂截面用

47、 2 2表示，塔中任一截面用 m - m表示。 圖中各符號(hào)意義如下：V 單位時(shí)間通過(guò)吸收塔的惰性氣體量，kmol ( B)/ s;圖4-12逆流吸收塔示意圖丫1、丫2分別為進(jìn)塔和出塔氣體中溶質(zhì)組分摩爾比，kmol (A) /kmol (B);Xi、X2分別為出塔和進(jìn)塔液體中溶質(zhì)組分的摩爾比，kmo( A)/ kmol(S)。在穩(wěn)定操作條件下，V和L的量沒(méi)有變化；氣相從進(jìn)塔到出塔，吸收質(zhì)的濃度是逐漸減 小；而液相從進(jìn)塔到出塔，吸收質(zhì)的濃度是逐漸增大的。在無(wú)物料損失時(shí)，單位時(shí)間進(jìn)塔物 料中溶質(zhì)A的量等于出塔物料中 A的量。或氣相中溶質(zhì)A減少的量等于液相中溶質(zhì)增加的量, 即V¥ LX 2

48、二 VY2 LXi(4-13)V(Y1 -丫2)= L(Xi -X2)一般工程上，在吸收操作中進(jìn)塔混合氣的組成Yi和惰性氣體流量 V是由吸收任務(wù)給定的。吸收劑初始濃度 X2和流量L往往根據(jù)生產(chǎn)工藝確定，如果溶質(zhì)回收率n也確定，那么氣體離開(kāi)塔組成丫2也是定值：丫2 =丫(1-")(4-14)式中n一一混合氣體中溶質(zhì) A被吸收的百分率，稱(chēng)為吸收率或回收率。= VYi _*2-VX半-丫2丫1-丫1(4-15)這樣，通過(guò)全塔物料衡算(式4-13)便可求得塔底排出吸收液的組成X1。想一想物料衡算式中用氣體或液體總摩爾流量可以嗎?(二)操作線方程與操作線操作線方程，即描述塔內(nèi)任一截面上氣相組成

49、Y和液相組成X之間關(guān)系的方程。從塔底截面與任意截面 mm間作溶質(zhì)組分的物料衡算，得VY1 LX 二 VY LX1整理得L f lYPX WXJ(4-16)在塔頂截面與任意截面 mm間作溶質(zhì)組分的物料衡算，得VY LX2 =VY2 LX整理得f L )2PXJ(4-17)式4-16和式4-17均說(shuō)明塔內(nèi)任一截面上氣、液兩相組成之間關(guān)系是一直線關(guān)系,圖4 - 13逆流吸收塔操作線示意圖都是逆流吸收塔操作線方程。根據(jù)全塔物料衡算可以看 出，兩方程表示的是同一條直線。該直線斜率是L /V ,通過(guò)塔底B Xi、Yi及塔頂T X2、丫2兩點(diǎn)。見(jiàn)圖 4-13。圖4-13為逆流吸收塔操作線和平衡線示意圖。曲線

50、OE為平衡線，BT為操作線。操作線與平衡線之間的距 離決定吸收操作推動(dòng)力的大小，操作線離平衡線越遠(yuǎn)，推 動(dòng)力越大。操作線上任意一點(diǎn) A代表塔內(nèi)相應(yīng)截面上的 氣，液相濃度Y,X之間的關(guān)系。在進(jìn)行吸收操作時(shí)，塔內(nèi)任一截面上，吸收質(zhì)在氣相中的濃度總是要大于與其接觸的液相的氣相平衡濃度，所以吸收 過(guò)程操作線的位置在平衡線上方。想一想能求出并流吸收的操作線方程嗎？二、吸收劑用量在吸收塔的計(jì)算中，需要處理的氣體流量及氣相的初濃度和終濃度均由生產(chǎn)任務(wù)所規(guī)定。吸收劑的入塔濃度那么常由工藝條件決定或由設(shè)計(jì)者選定。但吸收劑的用量尚有待于選擇。一吸收劑用量對(duì)吸收操作的影響如圖4-14所示。當(dāng)混合氣體量 V、進(jìn)口組成

51、出口組成丫2及液體進(jìn)口濃度 X2 一定的情況下，操作 線T端一定，假設(shè)吸收劑量L減少，操作線斜率變小， 點(diǎn)B便沿水平線 Y = Yi向右移動(dòng)，其結(jié)果是使出塔 吸收液組成增大，但此時(shí)吸收推動(dòng)力變小，完成同 樣吸收任務(wù)所需的塔高增大，設(shè)備費(fèi)用增大。當(dāng)吸 收劑用量減少到 B點(diǎn)與平衡線0E相交時(shí)，即塔底流出液組成與剛進(jìn)塔的混合氣組成到達(dá)平衡。這是理論上吸收液所能到達(dá)的最高濃度，但此 時(shí)吸收過(guò)程推動(dòng)力為零，因而需要無(wú)限大相際接觸面積，即需要無(wú)限高的塔。這實(shí)際生產(chǎn)上是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。只能用來(lái)表示吸收到達(dá)一個(gè)極限的情況，此種狀況下吸收操作線BJ的斜率稱(chēng)為最小液氣比，以L /V min表示；相應(yīng)的吸收劑用量即為最

52、小吸收劑用量，以Lmin表示。反之，假設(shè)增大吸收劑用量，那么點(diǎn)B將沿水平線向左移動(dòng)，使操作線遠(yuǎn)離平衡線，吸收過(guò)程推動(dòng)力增大，有利于吸收操作。但超過(guò)一定限度后，使吸收劑消耗量、輸送及回收等操作費(fèi)用急劇增加。由以上分析可見(jiàn)，吸收劑用量的大小，從設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用兩方面影響到吸收過(guò)程的 經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)綜合考慮，選擇適宜的液氣比，使兩種費(fèi)用之和最小。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，一般 情況下取吸收劑用量為最小用量的1.1 2.0倍是比擬適宜的，即V = 1-1 2Vmin或L = 1,1 2 Lmin 4-18二最小液氣比L/V min求取適宜的液氣比，關(guān)鍵求取最小液氣比。最小液氣比可用圖解法求得。平衡曲線符合如圖4

53、-15所示的情況，那么需找到水平線 Y=Yi與平衡線的交點(diǎn)B*，從而讀出的數(shù)值，然后 用下式計(jì)算最小液氣比，即V min¥ -丫2X/ - X2(4-19)平衡曲線如圖4-15所示，最小液氣比求取那么應(yīng)通過(guò)T作相平衡曲線的切線交Y = 丫1直線于B'，讀出B'的橫坐標(biāo)X1'的值，用下式計(jì)算最小液氣比:丫1 -丫2V min(4-20)假設(shè)平衡關(guān)系符合亨利定律，平衡曲線OE是直線,可用Y = mX表示，那么直接用下式計(jì)算最小液氣比，即圖4 15特殊的相平衡曲線丄V minY -丫2丫1 X2m(4-21)假設(shè)平衡關(guān)系符合亨利定律且用新鮮吸收劑吸收X2=0,那么丄V min丫1 丫2(4-22)必須指出：為了保證填料外表能被液體充分潤(rùn)濕，還應(yīng)考慮到單位塔截面上單位時(shí)間流下的液體量不得小于某一最低允許值。吸收劑最低用量要確保傳質(zhì)所需的填料層外表全部潤(rùn)濕。操作液氣比方果小于吸收劑最小用量對(duì)吸收過(guò)程會(huì)有什么影 響？【例4-2】 在一填料塔中，用洗油逆流吸收混合氣體中的苯?；旌蠚怏w的流量為 1600m3/h,進(jìn)塔氣體中含