吸收過程及設(shè)備的選擇與操作

420/169學(xué)習(xí)情景三汲取過程及設(shè)備的選擇與操作學(xué)習(xí)目標學(xué)習(xí)目標1、了解汲取操作在化工生產(chǎn)中的重要應(yīng)用，熟悉工程上常見的氣體汲取與解吸方案，能依照生產(chǎn)任務(wù)選擇正確的汲取與解吸方案；2、掌握汲取與解吸的差不多原理，能依照生產(chǎn)任務(wù)確定合理汲取操作參數(shù)。3、熟悉汲取與解吸過程中常用設(shè)備的結(jié)構(gòu)、性能，會依照任務(wù)進行相關(guān)設(shè)備的選型和簡單設(shè)計。4、掌握汲取與解吸裝置的操作與操縱要點，能熟練操作汲取與解吸裝置。引言前已介紹，非均相混合物系一般用沉降、過濾等方法來分離；那么均相混合物又該如何分離呢？由于均相混合物系有氣態(tài)均相混合物和液態(tài)均相混合物之分，從本學(xué)習(xí)情境三開始介紹均相氣態(tài)混合物的分離方法。均相氣體混合物分離方法目前有汲取法和吸附法二種。吸附法是將多孔性固體物料與氣態(tài)或液態(tài)混合物進行接觸，有選擇地使流體中的一種或幾種組分附著于固體的內(nèi)外表面，從而使混合物中各組分得以分離方法。用于氣相分離時要緊目的是分離和純化氣體混合物，如常溫空氣分離氧氮，酸性氣體脫除，從各種氣體中分離回收H2、CO、CO2、CH4、C2H4等，但這種方法處理氣體的能力有限。關(guān)于大量氣體混合物的分離則普遍使用汲取法。汲取是分離氣體混合物的最常用的單元操作。它利用混合氣體中各組分在所選擇的液體中溶解程度的差異，有選擇的使混合氣體中一種或幾種組分溶于此液體而形成溶液，其它未溶解的組分仍保留在氣相中，以達到從混合氣體中分離出某組分的目的。汲取在化工生產(chǎn)中應(yīng)用甚為廣泛，要緊有以下幾個方面：（1）分離混合氣體以獲得一個或幾個組分。如：從裂化氣或天然氣的高溫裂解氣中分離乙炔，從乙醇催化裂解氣中分離丁二烯等。（2）除去有害組分以凈化氣體。如：合成氨工業(yè)中用水或堿液脫除原料氣中的二氧化碳，用銅氨液除去原料氣中的一氧化碳等。（3）制取成品。如：用水汲取氯化氫以制取鹽酸，用水汲取甲醛以制取福爾馬林等。（4）廢氣處理、尾氣回收。如：磷肥生產(chǎn)中，放出的含氟廢氣具有強烈的腐蝕性，可采納水及其它鹽類經(jīng)汲取制成有用的氟硅酸鈉、冰晶石等，硝酸尾氣中含氮的氧化物能夠用堿汲取制成硝酸鈉等有用物質(zhì)。汲取是一個單向傳質(zhì)過程，即僅有氣相中的易溶組分由氣相向液相轉(zhuǎn)移。在汲取操作過程中，能夠溶解于液體中的氣體組分稱為汲取質(zhì)（或溶質(zhì)）；而不能溶解的氣體組分稱為惰性組分（或載體）；所用的液體稱為汲取劑（或溶劑）；汲取操作所得到的液體稱為溶液（或汲取液），其要緊成分為汲取劑和溶質(zhì)；被汲取后的氣體稱為汲取尾氣，其要緊成分應(yīng)為惰性氣體，還有殘余的汲取質(zhì)。下面我們基于合成氨生產(chǎn)工藝中原料氣脫除CO2分離任務(wù)的完成來學(xué)習(xí)有關(guān)汲取操作的知識。工作任務(wù)氨是重要的無機化工產(chǎn)品之一，在國民經(jīng)濟中占有重要地位，世界每年合成氨產(chǎn)量已達到1億噸以上，其中約有80%的氨用來生產(chǎn)化學(xué)肥料，20%作為硝酸等其它化工產(chǎn)品的原料。合成氨的原料是氮氫混合氣。原料氣中的氫氣要緊由天然氣、石腦油、重質(zhì)油、煤、焦炭、焦爐氣等原料制取。由任何含碳原料制得的原料氣，經(jīng)變換后都含有相當(dāng)數(shù)量的二氧化碳，在合成之前必須清除潔凈。同時二氧化碳是生產(chǎn)尿素、碳酸氫銨和純堿的重要原料，還制成干冰用于食品等其它行業(yè)。因此二氧化碳能夠回收利用。某合成氨廠變換氣通過初脫碳后，原料氣中CO2含量為？？9%（體積），其余要緊成分為N氨是重要的無機化工產(chǎn)品之一，在國民經(jīng)濟中占有重要地位，世界每年合成氨產(chǎn)量已達到1億噸以上，其中約有80%的氨用來生產(chǎn)化學(xué)肥料，20%作為硝酸等其它化工產(chǎn)品的原料。合成氨的原料是氮氫混合氣。原料氣中的氫氣要緊由天然氣、石腦油、重質(zhì)油、煤、焦炭、焦爐氣等原料制取。由任何含碳原料制得的原料氣，經(jīng)變換后都含有相當(dāng)數(shù)量的二氧化碳，在合成之前必須清除潔凈。同時二氧化碳是生產(chǎn)尿素、碳酸氫銨和純堿的重要原料，還制成干冰用于食品等其它行業(yè)。因此二氧化碳能夠回收利用。某合成氨廠變換氣通過初脫碳后，原料氣中CO2含量為？？9%（體積），其余要緊成分為N2、H2和少量CO，已知該廠年產(chǎn)量為24萬噸合成氨（折算原料氣量為100000Nm3/h）?，F(xiàn)工藝要求必須將原料氣中CO2濃度降到1%以下，分離出的二氧化碳氣體可依照需要送往尿素工段作為原料或送往附近某特氣廠生產(chǎn)干冰。請為該企業(yè)擬定一個從原料氣中分離出二氧化碳的方案。這是一個典型的氣體混合物的分離任務(wù)，要完成此任務(wù)，首先我們必須了解工程上常用的脫除合成氨原料氣中二氧化碳的方法有哪些？如前所述工程上脫除氣體混合物中二氧化碳的方法也是吸附法和汲取法二種。吸附法盡管二氧化碳脫除率高，但該方法處理能力較小，有效氣體消耗較大同時能耗較高，是精細分離和純化氣體的操作方法。且這種方法操作壓力低，因此不適宜用于處理量大且雜質(zhì)組分濃度高的混合氣體的分離。本任務(wù)中原料氣的處理量大且CO2的含量也高，因此，應(yīng)選擇目前合成氨廠普遍使用的汲取法來脫除原料氣中二氧化碳。汲取法脫除CO2確實是選取一種溶劑作為汲取劑，利用原料氣中CO2與其它組分在選取的溶劑中溶解度的差異（CO2在其中的溶解度大，而N2、H2在其中幾乎不溶），將CO2選擇汲取，以達到脫除CO2的目的。由于汲取法脫除CO2的工藝方案有多種，要完成總的生產(chǎn)任務(wù)，實現(xiàn)脫除目標必須按序完成以下幾個任務(wù)：1、選擇合理的汲取工藝方案2、在已有汲取方案中進一步選擇合適的汲取劑并確定其用量？3、確定性能好經(jīng)濟合理的汲取設(shè)備4、學(xué)會汲取裝置的操作與運行模塊一汲取方案的選擇要選擇適當(dāng)?shù)募橙》桨福紫纫私饧橙〉姆诸惙椒肮I(yè)常見的汲取二氧化碳方案。工業(yè)生產(chǎn)中利用溶液汲取法脫除二氧化碳的方案有專門多，要緊分為二大類：一類是循環(huán)汲取法，既溶液汲取二氧化碳后在再生塔中解吸出純態(tài)的二氧化碳以提供生產(chǎn)尿素的原料等，再生后的溶液循環(huán)使用。另一類是將汲取二氧化碳與生產(chǎn)產(chǎn)品聯(lián)合起來同時進行，稱為聯(lián)合汲取法，例如碳銨、聯(lián)堿和尿素的生產(chǎn)過程。本學(xué)習(xí)情境只介紹循環(huán)汲取法，有關(guān)聯(lián)合汲取法的知識可查閱化學(xué)肥料和純堿生產(chǎn)工藝學(xué)。一、循環(huán)汲取法的分類循環(huán)汲取法可分為物理汲取法和化學(xué)汲取法等。1、物理汲取法在汲取過程中，假如汲取質(zhì)與汲取劑之間不發(fā)生顯著的化學(xué)反應(yīng)，可認為僅是氣體溶解于液體的物理過程，則稱為物理汲取。物理汲取操作的極限要緊決定于當(dāng)時條件下汲取質(zhì)在汲取劑中的溶解度。利用二氧化碳能溶于水或者有機溶劑的性質(zhì)完成，例如水洗法、低溫甲醇法、碳酸丙烯脂法等。2、化學(xué)汲取法在汲取過程中，汲取質(zhì)與汲取劑之間發(fā)生顯著的化學(xué)反應(yīng)，則稱為化學(xué)汲取?；瘜W(xué)汲取操作的極限要緊決定于當(dāng)時條件下反應(yīng)的平衡常數(shù)。利用二氧化碳具有酸性特征而與堿性物質(zhì)反應(yīng)將其汲取，要緊有：氨水法：CO2+NH3H2O<=>（NH4）HCO3乙醇胺法（改良乙醇胺法）：CO2+H2O+（HOCH2CH2）2NCH3<=>（HOCH2CH2）2CH3NH++HCO3-熱鉀減法（熱的碳酸鉀水溶液）：CO2+H2O+K2CO3<=>KHCO33、物理─化學(xué)汲取法汲取過程既具有物理汲取過程也具有化學(xué)汲取過程。例如環(huán)丁砜法和多胺法。不管物理汲取依舊化學(xué)汲取假如在汲取過程中，混合氣體中只有一個組分進入汲取劑，其余組分皆可認為不溶解于汲取劑，如此的汲取過程稱為單組分汲取。假如混合氣體中有兩個或更多個組分進入液相，則稱為多組分汲取，如用熱鉀堿法中碳酸鉀溶液汲取CO2的同時也會對混合氣體中的H2S進行汲取，這確實是典型的多組分汲取。汲取質(zhì)溶解于汲取劑時，有時會釋放出相當(dāng)大的溶解熱或反應(yīng)熱，結(jié)果使液相溫度逐漸升高。假如放熱量專門小或被汲取的組分在氣相中濃度專門低，而汲取劑的用量相對專門大時，溫度變化并不明顯，則稱為等溫汲取。若放熱量較大，所形成的溶液濃度又高，溫度變化專門劇烈，如此的汲取過程稱為非等溫汲取。通常物理汲取放出熱量是由溶解熱引起的，化學(xué)汲取熱量要緊是由反應(yīng)熱引起的，化學(xué)汲取熱效應(yīng)要比物理汲取大。二、汲取解汲取方案的認識在循環(huán)汲取法中，為了得到較純凈的汲取質(zhì)或回收汲取劑循環(huán)使用，常常需要將汲取質(zhì)從汲取劑中分離出來。使溶解于液相中的氣體釋放出來的操作稱為解吸或脫吸。解吸是汲取的相反過程，通常是使溶液與惰性氣體或水蒸汽在解吸裝置中接觸，氣體溶質(zhì)則逐漸從溶液中釋放出來。在實際生產(chǎn)中往往采納汲取與解吸的聯(lián)合流程，汲取后即進行解吸，在操作中兩者相互阻礙和制約。應(yīng)該注意的是關(guān)于化學(xué)汲取，假如汲取過程中發(fā)生了不可逆的化學(xué)反應(yīng)，解吸就不能發(fā)生。案例一洗油回收煤氣中苯圖3-1是一個回收煤氣中苯的汲取-解吸聯(lián)合裝置流程示意圖。在焦爐煤氣的生產(chǎn)過程中，由于煤氣中含有少量的苯和甲苯類低碳氫化合物的蒸汽，應(yīng)予以回收。所用汲取劑是煤焦油的精制品（煤焦油中230～300℃的餾分），稱為洗油。圖3-1用洗油回收煤氣中苯的汲取與解吸流程含苯煤氣在常溫下由汲取塔底部進入塔內(nèi)，溫度為27～30℃洗油從塔頂淋下，氣液兩相逆流流淌，并在塔內(nèi)填充物（木柵等物）上接觸，進行傳質(zhì)，使苯等轉(zhuǎn)溶到洗油中，含苯量降到規(guī)定要求（煤氣中苯族烴含量<為2g/m3）的脫苯煤氣由塔頂排出。汲取苯的洗油（含苯量約2.5％，稱為富油）從塔底進入富油貯槽。為了分離出富油中溶解的苯等，需對汲取劑進行解吸，目的是回收苯及使洗油循環(huán)使用（亦稱汲取劑的再生）。解吸過程在解吸塔中進行，立即富油用泵從貯槽中抽出，經(jīng)富油加熱器加熱至規(guī)定溫度后，從頂部進入解吸塔，與從解吸塔底部通入的過熱水蒸汽接觸，則富油中的苯等在高溫下解吸出被水蒸汽帶走，經(jīng)冷凝后進入分層槽，由于苯的密度比水小，故在上層，水在下層，將水除去即可得到苯類液體。富油脫苯后（亦稱貧油）從塔底進入洗油貯槽，用泵抽出經(jīng)冷卻器冷卻至規(guī)定溫度，即可作為循環(huán)使用的汲取劑再次送入汲取塔中。1、這是物理汲取過程依舊化學(xué)汲取過程？2、什么緣故貧油進汲取塔前要通過冷卻器降溫，在汲取塔和解汲取塔之間的換熱器有什么作用？案例二堿性栲膠-釩酸鹽水溶液脫除H2S如圖3-2所示的是利用堿性栲膠釩酸鹽水溶液脫除半水煤氣中的硫化氫工藝方案。栲膠是酚類物質(zhì)（丹寧）作為載氧體可焦釩酸鈉氧化成偏釩酸鈉，再生時可由空氣將還原態(tài)栲膠氧化。脫硫原理如下：（TQ氧化型栲膠；THQ還原型栲膠）NaCO3+H2S→NaHS+NaHCO32NaHS+4NaVO3+H2O→Na2V4O9+4NaOH+2SNa2V4O9+TQ+NaOH+H2O=NaVO3+THQTHQ+O2→TH+H2ONaHCO3+NaOH→Na2CO3+H2O從電除塵來的半水煤氣進接力風(fēng)機進口水封，由接力風(fēng)機升壓至1000mmH2O左右進入各風(fēng)機的出口水封，然后氣體從脫硫塔底部進、塔頂出，在塔內(nèi)與從塔頂向下灑的栲膠堿溶液在填料的潤濕表面充分接觸，汲取并脫除H2S，從脫硫塔頂出來的氣體中含H2S應(yīng)＜15毫克/標準米3，分不經(jīng)兩個除沫器，再經(jīng)兩個旋流板除去堿沫后，送往壓縮機一段。一定組份的栲膠溶液（也稱貧液）自循環(huán)槽經(jīng)貧液泵升壓0.6Mpa左右送往脫硫塔頂，溶液自塔頂流向塔底，充分潤濕填料表面與氣體接觸，汲取半水煤氣中的H2S氣體，汲取H2S后的溶（富液）從脫硫塔底流到反應(yīng)槽內(nèi)，進入反應(yīng)槽內(nèi)的液體再經(jīng)富液泵加壓0.6Mpa左右。經(jīng)溶液加熱器加熱進入噴射再生器，自吸空氣，富液與空氣在喉管處混合后進再生槽，再生后的溶液經(jīng)液位調(diào)節(jié)器全部回到循環(huán)槽，以后照此反復(fù)循環(huán)使用。硫泡沫在再生槽內(nèi)浮洗分離，溢流至硫泡沫槽，在硫泡沫槽用蒸汽加熱至70~90℃攪拌沉硫，再經(jīng)分離放入熔硫釜，回收固體硫磺，釜內(nèi)清液靠虹吸作用流至虹吸罐，罐內(nèi)沉渣回釜，清液去循環(huán)槽。圖3-2栲膠法脫除H2S的汲取與再生流程1、這是物理汲取過程依舊化學(xué)汲取過程？2、在這一工藝流程中，H2S最終轉(zhuǎn)變成了什么？案例三乙醇胺法汲取二氧化碳如圖3-3所示的是乙醇胺法汲取二氧化碳的汲取解吸聯(lián)合流程。圖3-3乙醇胺法汲取二氧化碳流程將合成氨原料氣從底部進入汲取塔，塔頂噴乙醇胺液體，乙醇胺汲取了CO2后從塔底排出，從塔頂排出的氣體中含CO2可降到0.2%-0.5%。將汲取塔底排出的含CO2的乙醇胺溶液用泵送至加熱器，加熱(130°C左右)后從解吸塔頂噴淋下來，塔底通入水蒸氣，乙醇在高溫、低壓(約300kPa)下自溶液中解吸。從解吸塔頂排出的氣體經(jīng)冷卻、冷凝后得到可用的CO2。解吸塔底排出的溶液經(jīng)冷卻降溫(約50°C)、加壓(約1800kPa)后仍作為汲取劑。如此汲取劑可循環(huán)使用，溶質(zhì)氣體得到回收。該汲取過程為化學(xué)汲取過程。既然汲取方案有物理汲取與化學(xué)汲取之分，由大量的工程經(jīng)驗資料，可查出它們的各自特點如下。化學(xué)汲取的優(yōu)點是：①由于選用的汲取劑能夠有選擇地與溶解在液相中的溶質(zhì)進行反應(yīng)，使得化學(xué)汲取具有較高的選擇性。②化學(xué)反應(yīng)將溶解在液相中的溶質(zhì)組分轉(zhuǎn)化為另一種物質(zhì)，使得溶解平衡向溶解方向移動，降低了溶質(zhì)在氣相中的分壓，可較完全地除去氣相中的溶質(zhì)，可提高氣體的凈化程度。凈化分離效果好。③反應(yīng)增加了溶質(zhì)在液相中的溶解度，提高了汲取劑對溶質(zhì)的汲取能力，可減少汲取劑用量。④化學(xué)反應(yīng)降低了汲取劑中游離態(tài)溶質(zhì)的濃度，增大了傳質(zhì)推動力，化學(xué)反應(yīng)改變了液相中溶質(zhì)的濃度分布，因而可減小液相傳質(zhì)阻力，提高液相的\o"傳質(zhì)分系數(shù)"傳質(zhì)分系數(shù)。因此，化學(xué)汲取的傳質(zhì)速率高，所需設(shè)備尺寸小。缺點是：①化學(xué)汲取時溶劑的再生比較困難。由既然汲取方案有物理汲取與化學(xué)汲取之分，由大量的工程經(jīng)驗資料，可查出它們的各自特點如下?；瘜W(xué)汲取的優(yōu)點是：①由于選用的汲取劑能夠有選擇地與溶解在液相中的溶質(zhì)進行反應(yīng)，使得化學(xué)汲取具有較高的選擇性。②化學(xué)反應(yīng)將溶解在液相中的溶質(zhì)組分轉(zhuǎn)化為另一種物質(zhì)，使得溶解平衡向溶解方向移動，降低了溶質(zhì)在氣相中的分壓，可較完全地除去氣相中的溶質(zhì)，可提高氣體的凈化程度。凈化分離效果好。③反應(yīng)增加了溶質(zhì)在液相中的溶解度，提高了汲取劑對溶質(zhì)的汲取能力，可減少汲取劑用量。④化學(xué)反應(yīng)降低了汲取劑中游離態(tài)溶質(zhì)的濃度，增大了傳質(zhì)推動力，化學(xué)反應(yīng)改變了液相中溶質(zhì)的濃度分布，因而可減小液相傳質(zhì)阻力，提高液相的\o"傳質(zhì)分系數(shù)"傳質(zhì)分系數(shù)。因此，化學(xué)汲取的傳質(zhì)速率高，所需設(shè)備尺寸小。缺點是：①化學(xué)汲取時溶劑的再生比較困難。由栲膠法脫除H2S的汲取與再生流程可見化學(xué)汲取后的汲取劑再生往往需要消耗較多能量，裝置也較復(fù)雜。②假如化學(xué)反應(yīng)不可逆，則汲取劑無法循環(huán)使用。物理汲取的優(yōu)點是：不可逆程度較低，解吸比較容易，解吸所需要的能耗一般比化學(xué)汲取小。物理汲取法汲取劑價格廉價，熱效應(yīng)較小，設(shè)備簡單。假如采納物理解吸可得到較純凈的溶質(zhì)氣體。缺點是：因物理溶解平衡的限制，氣體凈化程度和分離效果不是專門好，溶質(zhì)的汲取率不是專門高由于本工作任務(wù)對分離要求不高（尾氣CO2濃度降到1%），分離過程要除去CO2，而且又要回收CO2氣體用于制取干冰，因此，可采納：①醇胺法的汲取與解吸聯(lián)合流程，②物理的汲取與解吸法。盡管醇胺法分離效果顯著，凈化氣中二氧化碳含量體積分數(shù)小于100×10-6（0.01%），但由于汲取劑乙醇胺價格高，且再生能耗高[4.3×104kJ/(kmolCO2）]，因此依照經(jīng)濟和適用因素考慮，目前選用物理汲取與解吸方案法。拓展知識物理汲取過程的機理1、汲取機理（1）傳質(zhì)的差不多方式汲取操作是汲取質(zhì)從氣相轉(zhuǎn)移到液相的傳質(zhì)過程，其中包括汲取質(zhì)由氣相主體向氣液相界面的傳遞，及由相界面向液相主體的傳遞。因此，討論汲取過程的機理，首先講明物質(zhì)在單相（氣相或液相）中的傳遞規(guī)律。物質(zhì)在單一相（氣相或液相）中的傳遞是靠擴散作用，發(fā)生在流體中的擴散有分子擴散與渦流擴散兩種。①流體中的分子擴散如將一滴紅墨水滴在一杯水中，會看見紅色慢慢向四周擴散，最終整杯水變紅了，這確實是分子擴散。分子擴散是物質(zhì)在一相內(nèi)有濃度差異的條件下，由流體分子的無規(guī)則熱運動而引起的物質(zhì)傳遞現(xiàn)象。適應(yīng)上常把分子擴散稱為擴散。這種擴散發(fā)生在靜止或滯流流體中相鄰流體層的傳質(zhì)中。分子擴散的速率要緊決定于擴散物質(zhì)和流體溫度以及某些物理性質(zhì)。依照菲克定律，當(dāng)物質(zhì)A在介質(zhì)B中發(fā)生分子擴散時，分子擴散速率與其在擴散方向上的濃度梯度成正比。參照圖3-4所示，這一關(guān)系可表達為：NA=SKIPIF1<0 （3-1）圖3-4分子擴散示意圖式中：NA——組分A的分子擴散速率kmol/（m2·s）；圖3-4分子擴散示意圖CA——組分A的濃度kmol/m3；Z——沿擴散方向的距離m；D——擴散系數(shù)，表示組分A在介質(zhì)B中的擴散能力m2/s。式中負號表示擴散方向與濃度梯度相反。分子擴散系數(shù)D是物質(zhì)的物理性質(zhì)之一。擴散系數(shù)大，表示分子擴散快。對不太大的分子而言，在氣相中的擴散系數(shù)值約為0.1—1cm2/s的量級；在液體中約為在氣體中的104—105分之一。這要緊是因為液體的密度比氣體的密度大的多，其分子間距小，故分子在液體中擴散速率要慢的多。擴散系數(shù)之值須由實驗方法求取，有時也可由物質(zhì)本身的基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)及狀態(tài)參數(shù)估算。氣體的液體擴散系數(shù)可查閱有關(guān)手冊。②流體中的渦流擴散假如在把紅墨水滴入杯子中的同時，用玻璃棒進行攪拌，杯子中的水瞬間就變紅了。這確實是渦流擴散。在湍流流體中，流體質(zhì)點在湍流中產(chǎn)生漩渦，引起各部分流體間的劇烈混合，在有濃度差的條件下，物質(zhì)便朝其濃度降低的方向進行擴散。這種憑藉流體質(zhì)點的湍動和漩渦來傳遞物質(zhì)的現(xiàn)象，稱為渦流擴散。渦流擴散速率決定于流體的湍動程度。實際上，在湍流流體中，由于分子運動而產(chǎn)生的分子擴散是與渦流擴散同時發(fā)揮著作用。但渦流擴散速率比分子擴散速率大得多，因此渦流擴散的效果應(yīng)占要緊地位?，F(xiàn)在，通過一個湍流流體的擴散速率能夠下式表達，即NA=－（D+De）SKIPIF1<0（3—2）式中：NA——組分A的擴散速率kmol/（m2·s）；CA——組分A的濃度kmol/m3；Z——沿擴散方向的距離m；D——分子擴散系數(shù)m2/s；De——渦流擴散系數(shù)m2/s。對流擴散。它與傳熱過程中的對流傳熱類似，由于對流擴散過程極為復(fù)雜，阻礙其因素專門多，因此對流擴散速率，一般難以解析求出，而是采納類似解決對流傳熱的處理方法依靠試驗測定。（2）汲取過程的機理汲取過程中，汲取質(zhì)除了要分不在氣相和液相中進行單一相的傳遞外，還必須通過氣液接觸界面才能由氣相進入液相，但氣液兩相流淌狀態(tài)不同，界面狀態(tài)就不同，流體流淌狀態(tài)不僅決定于流體的物性、流速等參數(shù)，還與設(shè)備的幾何尺寸緊密相關(guān)，由此可知汲取過程的機理是復(fù)雜的，人們已對其進行了長期的深入的研究。曾提出多種不同的關(guān)于汲取如此的相際傳質(zhì)過程的機理的理論，其中應(yīng)用最廣泛的是劉易斯和惠特曼在本世紀二十年代提出的雙膜理論。雙膜理論的差不多論點如下：1、在氣液兩流體相接觸處，有一穩(wěn)定的分界面，叫相界面。在相界面的兩側(cè)附近各有一層穩(wěn)定的作滯流流淌的薄膜層，在氣相一側(cè)的叫氣膜、液相一側(cè)的叫液膜。汲取質(zhì)以分子擴散方式通過這兩個薄膜層。2、兩膜層以外的氣、液兩相分不稱為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，汲取質(zhì)的濃度差不多上是均勻的，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膜層中，即阻力集中在兩膜層之中。3、不管氣、液兩相主體中汲取質(zhì)的濃度是否達到平衡，而在相界面處，汲取質(zhì)在氣、液兩相中的濃度關(guān)系卻已達于平衡。即認為界面上沒有阻力。通過以上假設(shè)，就把汲取那個相際傳質(zhì)的復(fù)雜過程，簡化為汲取質(zhì)只是經(jīng)由氣、液兩膜層的分子擴散過程。提高汲取質(zhì)在膜內(nèi)的分子擴散速率就能有效地提高汲取速率，因而兩膜層也就成為汲取過程的兩個差不多阻力，雙膜理論又稱為雙阻力理論。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。由于膜內(nèi)阻力與膜的厚度成正比，依照流體力學(xué)原理，流速越大，則膜的厚度越薄，因此增大氣液兩流體的相對運動，使流體內(nèi)產(chǎn)生強烈的攪動，都能減小膜的厚度，從而降低汲取阻力，增大汲取傳質(zhì)系數(shù)，提高汲取速率。雙膜理論的假想模型，如圖3-5所示。實際濃度分布線虛擬濃度分布線圖3-5雙膜理論的假想模型示意圖關(guān)于具有固定相界面的系統(tǒng)以及流淌速度不高的兩流體間的傳質(zhì)，雙膜理論與實際情況是相當(dāng)符合的，依照這一理論的差不多概念所確定的汲取過程的傳質(zhì)速率關(guān)系，至今仍是汲取設(shè)備設(shè)計的要緊依據(jù)，這一理論關(guān)于生產(chǎn)實際具有重要的指導(dǎo)意義。然而關(guān)于具有自由相界面的系統(tǒng)，尤其是高度湍動的兩流體間的傳質(zhì)，雙膜理論表現(xiàn)出它的局限性。因為在這種情況下，相界面已不再是穩(wěn)定的、而是處于不斷更新的過程中，現(xiàn)在界面兩側(cè)存在穩(wěn)定的滯流膜層及物質(zhì)以分子擴散方式通過此兩膜層的假設(shè)都專門難成立。針對雙膜理論的局限性，后來相繼提出了一些新的理論，如溶質(zhì)滲透理論、表面更新理論、界面動力狀態(tài)理論等。這些理論關(guān)于相際傳質(zhì)過程中的界面狀況及流體力學(xué)因素的阻礙等方面的研究和描述都有所前進，但目前尚不足據(jù)以進行傳質(zhì)設(shè)備的計算或解決其它實際問題。實踐與練習(xí)101.查找資料，了解合成氨原料氣凈化要緊方法和過程。02.查找工業(yè)上其他汲取實例。分析這些實例是汲取在哪方面的應(yīng)用，汲取過程是物理汲取依舊化學(xué)汲取，是等溫汲取依舊非等溫汲取，是單組分汲取依舊多組分汲取，有沒有采納解吸過程？模塊二汲取劑的選擇與汲取劑用量的確定在模塊一中，我們差不多能夠看得出，用于汲取二氧化碳的方案有專門多，方案的不同關(guān)鍵確實是汲取劑的不同，在汲取操作中，汲取劑性能的優(yōu)劣，常常是汲取操作好壞的關(guān)鍵。那么汲取操作汲取劑是如何選擇的呢？用物理汲取方法來汲取二氧化碳又有哪些汲取劑可用呢？引言里的工作任務(wù)中選擇什么物質(zhì)作為汲取劑比較合適呢？一、汲取劑的選擇假如汲取的目的是制取某種溶液作成品，如用HCl氣體生產(chǎn)鹽酸，溶劑只能用水，自然沒有選擇的余地。假如目的在于把一部分氣體從混合物中分離出來，便應(yīng)考慮選擇適當(dāng)?shù)娜軇?。要想選擇好合適的汲取劑，我們必須首先掌握汲取劑的選擇原則。汲取劑選擇的常用原則為：1、所選用的汲取劑必須有良好的選擇性，即汲取劑對汲取質(zhì)要有較大的溶解度而對其它惰性組分的溶解度要微小或幾乎不溶解。如此能夠提高汲取效果、減小汲取劑的用量；汲取速率也大、設(shè)備的尺寸便小。2、所選擇的汲取劑應(yīng)在較為合適的條件（溫度、壓力）下進行汲取操作。3、汲取劑的揮發(fā)度要小，即在操作溫度下汲取劑的蒸氣壓要小。因為離開汲取設(shè)備的氣體，往往被汲取劑蒸氣所飽和，汲取劑的揮發(fā)度愈高，其損失便愈大。另外所選用的汲取劑應(yīng)盡可能無毒、無腐蝕性、不易燃、不發(fā)泡、價廉易得和具有化學(xué)穩(wěn)定性等。顯然完全滿足上述各種要求的汲取劑是沒有的，實際生產(chǎn)中應(yīng)從滿足工藝要求、符合經(jīng)濟原則的前提動身，依照具體情況全面均衡得失來選擇最合適的汲取劑。工業(yè)上的氣體汲取大多用水作溶劑，難溶于水的氣體才采納專門溶劑。例如，烴類氣體的汲取用液態(tài)烴。為了提高氣體汲取的效果，也常采納與溶質(zhì)氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)作溶劑。例如，CO2的汲取能夠用NaOH溶液、Na2CO3溶液或乙醇胺溶液。表3-1為某些氣體選用的部分汲取劑的實例。表3-1汲取劑選用實例汲取質(zhì)可選用汲取劑汲取質(zhì)選用汲取劑水汽濃硫酸H2S亞砷酸鈉溶液CO2水H2S偏釩酸鈉的堿性溶液CO2碳酸丙烯酯NH3水CO2堿液HCl水CO2乙醇胺HF水SO2濃硫酸CO銅氨液SO2水丁二烯乙醇、乙腈H2S氨水由于二氧化碳在水中和碳酸丙烯酯溶液中的溶解度比原料氣中其它組分如N2、H2和CO在其中的物理溶解度大得多，因此水和碳酸丙烯酯關(guān)于CO2均具有較好的選擇汲取性。水和碳酸丙烯酯均能夠作為物理法汲取二氧化碳的汲取劑?？紤]到碳酸丙烯酯有腐蝕性且價格較高，而水具有無毒、無腐蝕性、不易燃、不發(fā)泡、價廉易得和具有化學(xué)穩(wěn)定性等特點。加上生產(chǎn)任務(wù)對分離要求并不太高，因此，我們可暫選用水作為汲取劑，設(shè)法讓水循環(huán)使用。任務(wù)解決2汲取劑的選擇由于二氧化碳在水中和碳酸丙烯酯溶液中的溶解度比原料氣中其它組分如N2、H2和CO在其中的物理溶解度大得多，因此水和碳酸丙烯酯關(guān)于CO2均具有較好的選擇汲取性。水和碳酸丙烯酯均能夠作為物理法汲取二氧化碳的汲取劑?？紤]到碳酸丙烯酯有腐蝕性且價格較高，而水具有無毒、無腐蝕性、不易燃、不發(fā)泡、價廉易得和具有化學(xué)穩(wěn)定性等特點。加上生產(chǎn)任務(wù)對分離要求并不太高，因此，我們可暫選用水作為汲取劑，設(shè)法讓水循環(huán)使用。選擇完溶劑后就要考慮的是氣、液兩相的流向問題。圖3-6是汲取塔內(nèi)內(nèi)常見的兩種流向示意圖。逆流貧液富液逆流貧液富液混合氣體凈化氣并流貧液富液混合氣體凈化氣圖3-6氣-液兩相逆流和并流接觸示意圖汲取塔內(nèi)，氣、液兩相可作逆流也可作并流流淌。在氣、液兩相進出口濃度相同的情況下，逆流與并流相比有著顯著優(yōu)點：逆流時，傳質(zhì)平均推動力最大，如此可提高汲取速率、減小設(shè)備尺寸；逆流時，塔底引出的溶液在出塔前是與濃度最大的進塔氣體接觸，使出塔溶液濃度可達最大值，從而降低了汲取劑耗用量；逆流時，塔頂引出的氣體出塔前是與純凈的或濃度較低的汲取劑接觸，可使出塔氣體的濃度能達最低值，如此可大大提高汲取率。但并流操作也有其自身優(yōu)點：并流操作能夠防止逆流操作時的縱向攪動現(xiàn)象；提高氣速時不受液泛的限制，可不能限制設(shè)備的生產(chǎn)能力。一般汲取操作均采納逆流，以使過程具有最大的推動力。專門情況下，如汲取質(zhì)極易溶于汲取劑，現(xiàn)在逆流操作的優(yōu)點并不明顯，為提高生產(chǎn)能力，能夠考慮采納并流。考慮到工作任務(wù)中二氧化碳在水中溶解度較低，為了加大傳質(zhì)速率，考慮采納逆流接觸形式。二、汲取過程操作條件的確定工作任務(wù)中用水汲取含有9%（體積）CO2的原料氣過程中，什么時候會發(fā)生汲取現(xiàn)象？汲取過程選擇在多少溫度，多高壓力下進行呢？1、物理過程汲取的條件（1）氣體在液體中的溶解度在一定的溫度下，使某一定量的可溶性氣體溶質(zhì)與一定量的液體溶劑在密閉的容器內(nèi)相接觸，溶質(zhì)便向溶劑轉(zhuǎn)移。通過足夠長的時刻以后，就會發(fā)覺氣體的壓力和該氣體在溶液中的濃度不再變化?，F(xiàn)在并非沒有氣體分子進入液體，而是由于在任何瞬間內(nèi)，氣體進入液體的分子數(shù)與從液體中逸出并返回到氣體中的氣體分子數(shù)相等之故。因此宏觀上，過程就像停止一樣，這種狀況稱為相際動平衡，簡稱相平衡。在此平衡狀態(tài)下，溶液上方氣相中溶質(zhì)的壓力稱為當(dāng)時條件下的平衡壓力，而液相中所含溶質(zhì)氣體的濃度即在當(dāng)時條件下氣體在液體中的溶解度。適應(yīng)上溶解度是以在一定的溫度和溶質(zhì)氣體的平衡壓力下，溶解在單位質(zhì)量的液體溶劑中溶質(zhì)氣體的質(zhì)量數(shù)表示，kg氣體溶質(zhì)/kg液體溶劑。只有處于不平衡狀態(tài)的氣液相接觸，才有可能發(fā)生汲取現(xiàn)象。在氣液系統(tǒng)中，只要液相中汲取質(zhì)的實際濃度小于平衡濃度或氣相中汲取質(zhì)的分壓大于平衡分壓，汲取質(zhì)就從氣相轉(zhuǎn)入液相，汲取過程一直進行到相平衡為止。因此相平衡是物理汲取過程的極限，該極限取決于溶解度。溶解度的大小是隨物系、溫度和壓力而異，通常由實驗測定。如圖3-7（a）、3-7（b）、3-7（c）分不表示出氨、二氧化硫和氧在水中溶解度與其氣相平衡壓力之間的關(guān)系。圖中的關(guān)系線稱為溶解度曲線。將圖3-7（a）、（b）、（c）進行比較，能夠發(fā)覺：溫度、壓力一定時，氨的溶解度最大、二氧化硫其次、氧溶解度最小。這講明氨易溶解于水、氧難溶解于水。我們都明白假如要使一種氣體在溶液中達到一定的濃度，必須在溶液上方維持較高的平衡壓力，由圖可見，溫度一定時，同樣質(zhì)量的氨、二氧化硫、氧各溶解于一定量的水，氨在其溶液上方的平衡壓力最小，二氧化硫的平衡壓力居中，氧在其溶液上方的平衡壓力最大。圖3-7氨、二氧化硫、氧在水中的溶解度曲線顯然：對應(yīng)于同樣濃度的氣體溶液，易溶氣體溶液上方的平衡壓力小，而難溶氣體溶液上方的平衡壓力大。換言之，如欲獲得一定濃度的氣體溶液，關(guān)于易溶氣體所需的平衡壓力較低，而關(guān)于難溶氣體所需的平衡壓力則專門高。由圖3-7還可發(fā)覺，這三種物質(zhì)的溶解度曲線表現(xiàn)出同樣的變化趨勢：當(dāng)壓力一定時，溫度越低，溶解度越大；當(dāng)溫度一定時，壓力越高，溶解度越大。這講明加大壓力和降低溫度能夠提高溶解度，對汲取操作有利；反之，升和氣減小壓力則降低溶解度，對汲取操作不利。溶解度是分析汲取操作過程的基礎(chǔ)，關(guān)于氣體在液體中的溶解度，至今已發(fā)表了許多數(shù)據(jù)，這些實測值載于有關(guān)手冊之中以供查用。（2）亨利定律隨著對氣液間相平衡關(guān)系大量實驗數(shù)據(jù)的積存，人們發(fā)覺當(dāng)總壓力不高時，在一定溫度下，稀溶液上方的氣體溶質(zhì)平衡分壓與溶質(zhì)在液相中的摩爾分率之間存在著如下的關(guān)系：p*=Ex （3-3）式中：p*——溶質(zhì)在氣相中平衡分壓，kN/m2x——溶質(zhì)在液相中的摩爾分率E——亨利系數(shù)，其單位與壓力單位一致。圖3-8圖3-8二氧化碳、二氧化硫及氨在水中的溶解度亨利定律是一個稀溶液定律，因此它對常壓或接近于常壓下的難溶氣體較為適合，關(guān)于易溶氣體適用于低濃度的較小范圍，如圖3-8所示NH3-H2O系統(tǒng)的平衡線的直線部分是專門短的，而關(guān)于難溶氣體如CO2，則在較廣的平衡壓力范圍內(nèi)符合亨利定律。在實際生產(chǎn)中被汲取的氣體，往往是氣體混合物的某組分，而不是單一的純氣體。當(dāng)混合氣體總壓力不超過5標準大氣壓的情況下，被汲取組分在液體中的溶解度，能夠認為與總壓無關(guān)，而只取決于溶質(zhì)氣體的分壓和溫度。由于互成平衡的氣液兩相組成各可采納不同的表示法，因而亨利定律有不同的表達形式。若溶質(zhì)在液相和氣相中的組成分不用摩爾分率x及y表示，亨利定律可寫成如下形式，即：y*=mx （3-4）式中x——液相中溶質(zhì)的摩爾分率y——與該液相成平衡的氣相中溶質(zhì)的摩爾分率m——相平衡常數(shù)若系統(tǒng)的總壓為P，則依道爾頓分壓定律可知溶質(zhì)在混合氣體中的分壓為p=Py同理p*=Py*將上式代入式3-3中可得Py*=Ex將此式與式3-4相比較可知m=E/P （3-5）相平衡常數(shù)m也是依實驗結(jié)果計算出來的數(shù)值。關(guān)于一定物系，它是溫度和壓力的函數(shù)。由m值的大小同樣能夠比較不同氣體溶解度的大小，m值愈大，則表明該氣體的溶解度愈小。由式3-5能夠看出，溫度升高、總壓下降則m值增大，不利于汲取操作。若溶質(zhì)在液相和氣相中的組成分不用比摩爾X及Y表示時，則可知x=SKIPIF1<0（a）y=SKIPIF1<0（b）將式（a）和式（b）代入式（3-4）可得：SKIPIF1<0=mSKIPIF1<0整理后得Y*=SKIPIF1<0（3-6）式中Y*——氣、液相平衡時，每kmol惰性組分中含有氣體溶質(zhì)的kmol數(shù)X——氣、液相平衡時，每kmol汲取劑中含有氣體溶質(zhì)的kmol數(shù)m——相平衡常數(shù)式3-6是用比摩爾分率表示亨利定律的一種形式。此式在Y—X直角坐標系中的圖形總是通過原點的一條直線，如圖3-9所示，此圖線稱為氣、液相平衡線或汲取平衡線。然而，當(dāng)溶液濃度專門低時，式3-6分母趨近于1，因此該式可簡化為式3-7是亨利定律又一形式，它表明當(dāng)液相中溶質(zhì)溶解度足夠低時，氣液相平衡關(guān)系在Y—X圖中，也可近似地表示成通過原點的直線。其斜率為m，如圖3-10所示。Y*=mX（3-7）若氣相組成用分壓，液相組成用物質(zhì)的量濃度時，亨利定律為：p*=SKIPIF1<0（3-8）式中：C——液相中溶質(zhì)的物質(zhì)的量濃度kmol/m3H——溶解度系數(shù)kmol/（kN·m）溶解度系數(shù)H也是溫度的函數(shù)，對一定的溶質(zhì)和汲取劑而言，H值隨著溫度的升高而減小，易溶性氣體H值專門大，難溶性氣體H值專門小。溶解度系數(shù)H與亨利系數(shù)E的關(guān)系為：H=SKIPIF1<0（3-9）式中：ρ——溶液的密度kg/m3MS——汲取劑的摩爾質(zhì)量kg/kmol圖3-9汲取平衡線圖3-10稀溶液汲取平衡線上述亨利定律的各種表達式所表示的差不多上互成平衡的氣、液兩相組成間的關(guān)系，利用它們即可依照液相組成計算平衡的氣相組成，同樣也可依照氣相組成計算平衡的液相組成。從這種意義上講，上述亨利定律的幾種表達形式也可改寫如下：x*=SKIPIF1<0C*=SKIPIF1<0x*=SKIPIF1<0X*=SKIPIF1<0依照汲取操作的特點，我們常用比摩爾濃度來表示相組成，因此在表示氣液相平衡關(guān)系時，也就常常采納式3-6或式3-7。【例3-1】某礦石焙燒爐送出來的氣體，經(jīng)冷卻后將溫度降到20℃，然后送入填料汲取塔中用水洗滌以除去其中SO2，已知平均操作壓力為1標準大氣壓，20℃時SO2在水中的平衡溶解度數(shù)據(jù)如本例附表1例3-1附表1SO2溶解度kgSO2/100kgH2O0.020.01.01.5SO2平衡分壓kN/m20.0670.164.260.7731.131.883.465.27.8612.3試按以上數(shù)據(jù)標繪Y*—X曲線。解：SKIPIF1<0；SKIPIF1<0現(xiàn)以第1組數(shù)據(jù)為例計算如下：SKIPIF1<0SKIPIF1<0各組數(shù)據(jù)計算結(jié)果列于本例附表2例3-1附表2SO2溶液濃度X氣相中SO2平衡濃度YSO2溶液濃度X氣相中SO2平衡濃度Y0.00005620.0006620.000840.0190.000140.001580.00140.0350.000280.00420.001970.0540.000420.00770.00280.0840.000560.01130.00420.138將以上數(shù)據(jù)關(guān)系標繪于本題附圖中，為通過原點O的曲線。例3-1附圖（3）相平衡與汲取操作當(dāng)不平衡的氣液兩相接觸時，溶質(zhì)是被汲取，依舊被解吸，這要由相平衡關(guān)系來決定。人們能夠依據(jù)物系的氣液平衡關(guān)系來判明汲取過程進行的方向、限度和難易程度。①依照氣液相平衡關(guān)系判明過程進行的方向和限度在汲取塔的計算中通常以氣液兩相的實際狀態(tài)與相應(yīng)的平衡狀態(tài)的偏離程度來表示汲取推動力的大小。假如氣液兩相處于平衡狀態(tài)，則兩相的實際狀態(tài)與平衡狀態(tài)無偏離，汲取推動力為0，汲取速率也為0。實際狀態(tài)與平衡狀態(tài)偏離越大，則汲取推動力也越大，汲取推動力可用氣相濃度差ΔY=Y-Y*表示，也可用液相濃度差ΔX=X*-X表示。若Y>Y*或X*>X，從圖3-9或3-10上可看出，實際物系點位于平衡曲線上方，現(xiàn)在溶質(zhì)由氣相向液相傳遞，這確實是汲取。隨著汲取過程的進行，氣相中被汲取組分的含量不斷降低，溶液濃度不斷上升，直到Y(jié)=Y*或X*=X，現(xiàn)在實際物系點與平衡曲線重合，汲取達到了極限。若Y<Y*或X*<X，從圖3-9或3-10上可看出，實際物系點位于平衡曲線下方，現(xiàn)在溶質(zhì)由氣相向液相傳遞，這確實是汲取過程的逆過程——解吸。當(dāng)氣液相濃度用其它形式表示時推動力也可表示成相應(yīng)的形式，如：Δp=p-p*、Δx=x*-x、Δy=y-y*。在汲取塔中沿塔高各處的氣、液相的濃度是不同的，所對應(yīng)的平衡濃度就不同，如此汲取推動力也就不同了，因此所表示出來的推動力只能反映出汲取塔中某一個截面的情況。表3-2汲取過程判據(jù)濃度關(guān)系傳遞過程液相濃度X*-X＞0汲取X*-X＜0解吸X*-X=0平衡氣相濃度Y-Y*>0汲取Y-Y*＜0解吸Y-Y*=0平衡②推斷汲取操作的難易程度在一定壓強和溫度下，關(guān)于一定濃度的溶液，被溶解氣體在氣相中平衡分壓的大小，反映了氣體溶解度的大小即氣體被汲取的難易程度。平衡分壓越小，則溶解度越大氣體越容易被汲取。氣體汲取的難易程度還可從亨利系數(shù)E或相平衡常數(shù)m的值的大小來推斷。E或m越大，氣體的溶解度越小，汲取就越困難。③依照氣液平衡關(guān)系選擇操作條件關(guān)于同一物系，氣體的溶解度隨溫度和壓力而改變。溫度升高，氣體的溶解度減小。因此，汲取操作在較低溫度下進行較為有利，關(guān)于熱效應(yīng)較大的物系，能夠在汲取過程中采取冷卻措施，為此通常要設(shè)置中間冷卻器以降低汲取溫度。但要注意的是操作時假如溫度太低，除了消耗大量冷凍物外，還會增大汲取劑的粘度，甚至?xí)泄腆w結(jié)晶析出，阻礙汲取操作順利進行。因此應(yīng)綜合考慮不同因素，選擇一個最適宜的溫度。提高操作壓力能夠提高混合氣中被汲取組分的分壓，增大汲取的推動力，有利于汲取。但在壓力增高的同時，動力消耗就會隨之增大，對設(shè)備的強度要求也隨之提高，使設(shè)備投資的經(jīng)常性生產(chǎn)費用加大。因此一般能在常壓下進行的汲取操作不必在高壓下進行。除非在常壓下溶解度太小，才采納加壓汲取。若汲取后氣體需進行高壓反應(yīng)，則可采納高壓下汲取操作，既有利于汲取，又增大汲取塔的生產(chǎn)能力。依照二氧化碳-水的平衡關(guān)系，引言工作任務(wù)中操作條件選擇常溫（25C°），10個標準大氣壓（1.013×106Pa）。任務(wù)解決3操作溫度和操作壓力的選擇依照二氧化碳-水的平衡關(guān)系，引言工作任務(wù)中操作條件選擇常溫（25C°），10個標準大氣壓（1.013×106Pa）。三、汲取劑用量的確定汲取劑用量是通過對汲取過程進行物料衡算和操作分析得到的。為完成工作任務(wù)，汲取劑水的用量最小為多少？化工實際生產(chǎn)中通常用量為多少？1、汲取塔的物料衡算與操作線方程（1）物料衡算圖3-11逆流汲取塔操作示意如圖3-11所示為一處于穩(wěn)定操作狀態(tài)下，氣、液兩相逆流接觸的汲取塔，混合氣體自下而上流淌；汲取劑則自上而下流淌。圖3-11逆流汲取塔操作示意在汲取過程中，混合氣體通過汲取塔的過程中，可溶組分不斷被汲取，在氣相中的濃度逐漸減小，氣體總量沿塔高而變；液體因其中不斷溶入可溶組分，液相中可溶組分的濃度是逐漸增大的，液體總量也沿塔高而變。但V和L的量卻沒有變化，假設(shè)無物料損失，對單位時刻內(nèi)進、出汲取塔的汲取質(zhì)進行衡算則得：VY1+LX2=VY2+LX1（3-10）式中：V——單位時刻內(nèi)通過汲取塔惰性氣體量kmol/sL——單位時刻內(nèi)通過汲取塔的汲取劑kmol/sY1、Y2——分不為進塔及出塔氣體中汲取質(zhì)的比摩爾分率kmol汲取質(zhì)/kmol惰性組分X1、X2——分不為出塔及進塔液中汲取質(zhì)的比摩爾分率kmol汲取質(zhì)/kmol汲取劑式3-10可改寫為：V（Y1-Y2）=L（X1-X2）=GA （3-11）式中：GA——汲取塔的汲取負荷（單位時刻內(nèi)的傳質(zhì)量）kmol/s則可得：SKIPIF1<0 （3-12）L/V稱為“液氣比”，即在汲取操作中汲取劑與惰性氣體摩爾流量的比值，亦稱汲取劑的單位耗用量。在汲取操作中，氣相中汲取質(zhì)被汲取的質(zhì)量與氣相中原有的汲取質(zhì)質(zhì)量之比，稱為汲取率。用符號Φ表示。Φ=SKIPIF1<0=SKIPIF1<0=SKIPIF1<0 （3-13）式（3-11）可改寫成：Y2=Y1（1-Φ） （3-14）在汲取塔的計算中，已知V、L、X1、X2、Y1及Y2中的任何5項，即可求出其余的一項。如：已知V、L、X2、Y1及Y2即可依式（3-10）求得塔底排出的溶液濃度X1；已知V、L、X1、X2、Y1即可依式（3-10）求出Y2，后依式（3-13）而求算汲取塔的汲取率Φ是否達到了規(guī)定的指標；已知Y1及Φ可依式（3-14）計算汲取塔的尾氣濃度Y2。（2）汲取塔的操作線方程與操作線參照圖3-11，取任一截面M-M，在M-M與塔底端之間做汲取質(zhì)的物料衡算。設(shè)截面M-M上氣、液兩相濃度分不為Y、X，則得：VY1+LX=VY+LX1 （3-15）將上式可改寫成：Y=SKIPIF1<0X+（Y1-SKIPIF1<0X1）=SKIPIF1<0（X-X1）+Y1（3-15a）式（3-15a）即為逆流汲取塔的操作線方程，它反映了汲取操作過程中汲取塔內(nèi)任一截面上氣相濃度Y與液相濃度X之間的關(guān)系。在穩(wěn)定操作中，式中X1、Y1、L/V差不多上定值，因此該操作線方程為一直線方程，其斜率為L/V。圖3-12逆流汲取塔的操作線由式（3-15）可得：SKIPIF1<0圖3-12逆流汲取塔的操作線同理可得：SKIPIF1<0而由前知：SKIPIF1<0因此：SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0這講明逆流汲取操作的操作線方程過汲取塔的塔頂、塔底截面所對應(yīng)的狀態(tài)點A（X1、Y1）、B（X2、Y2），因此只要找出A、B兩點即可繪制出逆流汲取操作的操作線。依此方法繪出逆流汲取操作的操作線，如圖3-12所示。此操作線上任一點C代表著塔內(nèi)相應(yīng)截面上的氣、液相濃度Y、X之間的對應(yīng)關(guān)系。端點A代表塔底的氣、液相濃度Y、X的對應(yīng)關(guān)系；端點B則代表著塔頂?shù)臍?、液相濃度Y、X的對應(yīng)關(guān)系。圖3-13汲取塔的最小液氣比在進行汲取操作時，在塔內(nèi)任一截面上，汲取質(zhì)在氣相中的分壓總是要高于與其接觸的液相平衡分壓的，因此汲取操作線的位置總是位于平衡線的上方。與之相應(yīng)的是在解吸操作中，汲取質(zhì)在氣相中的分壓小于與其接觸的液相平衡分壓，因此解吸操作線總是位于平衡線的下方。圖3-13汲取塔的最小液氣比2、汲取劑的用量在汲取塔的計算中，需要處理的氣體流量以及氣相的初濃度和終濃度均由生產(chǎn)任務(wù)所規(guī)定。汲取劑的入塔濃度則常由工藝條件決定或由設(shè)計者選定，因此汲取劑的用量仍需選擇。汲取劑的用量通常是依照分離要求和相平衡關(guān)系先確定最小汲取劑用量再乘以一個經(jīng)驗系數(shù)得到。由前知，當(dāng)V、Y1、Y2及X2已知的情況下，汲取塔操作線的一個端點B差不多固定，而另一個端點A在Y=Y1的水平線上移動，且點A的橫坐標X1將取決于操作線的斜率L/V。如圖3-13所示。若增大汲取劑用量，則操作線的斜率L/V將增大，點A將沿Y=Y1的水平線左移，塔底出口溶液的濃度X1減小，操作線遠離平衡線，從而過程推動力X1*-X1增大，減小設(shè)備尺寸、節(jié)約設(shè)備費用（要緊是塔的造價）。但超過一定限度后，則使汲取劑輸送及回收等項操作費用急劇增加。反之，若減少汲取劑用量，則操作線的斜率L/V將減小，點A將沿Y=Y1的水平線右移，塔底出口溶液的濃度X1增大，操作線靠近平衡線，從而過程推動力X1*-X1減小，要在單位時刻內(nèi)汲取同量的溶質(zhì)，設(shè)備也就要大一些，以致設(shè)備費用增大。若汲取劑用量減少到恰好使點A移到水平線Y=Y1與平衡線的交點A*時，則X1*=X1即塔底流出的溶液與剛進塔的混合氣體這兩相中汲取質(zhì)濃度是平衡的，這也是理論上在操作條件下溶液所能達到的最高濃度。但現(xiàn)在的推動力為零，表示取得一定的汲取效果必須要用無限大的接觸面積，顯然這是一種達不到的極限狀況，實際生產(chǎn)是不可能實現(xiàn)的，此種狀況下汲取操作線A*B的斜率稱為最小液氣比，以（L/V）min表示，相應(yīng)的汲取劑用量稱為最小汲取劑用量，以Lmin表示。由以上分析可見，汲取劑用量的大、小的不同，將從設(shè)備費與操作費兩方面阻礙到生產(chǎn)過程的經(jīng)濟效果，因此應(yīng)選擇適宜的液氣比，而使兩種費用之和最小。依照生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，一般情況下認為取汲取劑用量為最小汲取劑用量的1.1-2.0倍是比較適宜的，即：SKIPIF1<0=1.1～2.0（SKIPIF1<0）min或：L=（1.1～2.0）Lmin由式（3-12）可得：（SKIPIF1<0）minSKIPIF1<0 （3-16）或：Lmin=VSKIPIF1<0（3-16a）假如平衡線符合圖3-13中（a）所示的的一般情況，則需找到水平線Y=Y1與平衡線的交點A*，從而讀出X1*之值，然后代入上式即可計算出最小液氣比（L/V）min或最小汲取劑用量Lmin。假如平衡線呈現(xiàn)如圖3-13中（b）所示的形狀，則應(yīng)過點B作平衡曲線的切線，找到水平線Y=Y1與平衡線的交點A*，從而讀出X1*之值，然后代入上式即可計算出最小液氣比（L/V）min或最小汲取劑用量Lmin。假如平衡線為直線，則可用Y=mX*計算出X1*的值，然后代入上式即可計算出最小液氣比（L/V）min或最小汲取劑用量Lmin。必須指出，為了保證填料表面被液體充分潤濕，還應(yīng)考慮到單位塔截面上單位時刻內(nèi)流下的液體量不得小于某一最低值。假如按上式計算出的汲取劑用量不能滿足充分潤濕的起碼要求，則應(yīng)采取更大的液氣比?！纠?-2】洗油汲取焦爐氣中的芳烴。汲取塔內(nèi)溫度為27℃、壓力為800mmHg。焦爐氣流量為850m3操作條件下的平衡關(guān)系可用下式表達，即SKIPIF1<0解：進入汲取塔的惰性氣體摩爾流量為SKIPIF1<0進塔氣體中芳烴的濃度為SKIPIF1<0出塔氣體中芳烴的濃度為SKIPIF1<0進塔洗油中芳烴的濃度為SKIPIF1<0按照已知的平衡關(guān)系式SKIPIF1<0，在Y—X直角坐標系中繪出平衡曲線OG，如本題附圖所示。再按X2、Y2之值在圖上確定操作線的端點B。過點B作平衡曲線OG的切線，交水平線Y=0.0204于點A**，讀出點A**的橫坐標值為X1**=0.176，則例3-2附圖SKIPIF1<0例3-2附圖L=1.5Lmin=1.5×4.04=6.06kmol/h因此每小時送入汲取塔頂?shù)南从土繎?yīng)為：6.06×1/(1-0.005)=6.09kmol/h汲取液濃度可依全塔物料衡算式求出SKIPIF1<0任務(wù)解決4汲取劑水用量的確定解：解：SKIPIF1<0由式3-14知：由式3-14知：SKIPIF1<0依照二氧化碳-水的平衡關(guān)系，引言工作任務(wù)中操作條件選擇25C°，10個標準大氣壓（1.013×106Pa）。汲取操作條件是25℃，1.013×106Pa，查有關(guān)手冊得，CO2在水中的溶解度為0.76×10-6Nm3/g水，液相中CO2極限濃度（摩爾分率）SKIPIF1<0工作任務(wù)中的濃度范圍亨利定律能夠適用已知CO2的分壓SKIPIF1<0，在達到氣、液平衡時，CO2在氣相中分壓即為p*。依亨利定律，亨利系數(shù)為SKIPIF1<0相平衡常數(shù)SKIPIF1<0由式3-16a知SKIPIF1<0實際用水量若選擇最小用水量的1.5倍，則L=1.5Lmin=1.5×5.87×104=8.81×104kmol/h即完成分離任務(wù)所需最小汲取劑用量為5.87×104kmol/h，而通常實際生產(chǎn)用量為8.81×104kmol/h。練習(xí)與實踐201．選擇汲取劑時不需要考慮的是（）A、對溶質(zhì)的溶解度B、對溶質(zhì)的選擇性C、操作條件下的揮發(fā)度D、操作溫度下的密度02．選擇汲取劑時應(yīng)重點考慮的是（）性能。A、揮發(fā)度+再生性；B、選擇性+再生性C、揮發(fā)度+選擇性；D、溶解度+選擇性03．當(dāng)X*>X時，（）A、發(fā)生汲取過程B、發(fā)生解吸過程C、汲取推動力為零D、解吸推動力為零04．能顯著增大汲取速率的是（）A、增大氣體總壓B、增大汲取質(zhì)的分壓C、增大易溶氣體的流速D、增大難溶氣體的流速05．溶解度較小時，氣體在中的溶解度遵守定律。A、拉烏爾；B、亨利；C、開爾文；D、依數(shù)性06．氣體溶解于液體過程中，下述講法錯誤的是（）A、溶解度系數(shù)H值專門大為易溶氣體；B、亨利系數(shù)E值越大，為易溶氣體；C、亨利系數(shù)E值越大，則其溶解度系數(shù)H越??；D、平衡常數(shù)m值越大，為難溶氣體；07．汲取操作中易溶氣體的溶解度大，則（）A、E大，m大B、E大，m小C、E小，m小D、E小，m大08．（）能夠提高溶解度，對汲取操作有利A、減壓降溫B、減壓升溫C、加壓降溫D、加壓升溫01．選擇汲取劑時要緊考慮哪些因素？02．溫度和壓力分不對亨利系數(shù)、溶解度常數(shù)和相平衡常數(shù)分不有什么樣的阻礙。03．若氣液兩相處于平衡狀態(tài)，若溫度降低，則發(fā)生什么過程？04．汲取劑用量對設(shè)備費用和操作費用分不有什么樣的阻礙？01．空氣和氨的混合氣總壓為101.3kN/m2，其中含氨的體積百分率為5%，試以比摩爾分率和比質(zhì)量分率表示該混合氣中的組成。02．100克純水中含有2克SO2，試以比摩爾分率表示該水溶液中SO2的組成。03．含NH310%（體積）的混合氣體，在填料塔中為水所汲取。試求氨溶液的最大濃度。塔內(nèi)絕對壓力為202.6kN/m2。在操作條件下，氣液平衡關(guān)系為p=267x式中：p—氣相中氨的分壓，kN/m2；x—液相中氨的摩爾分率。04．從手冊中查得總壓為101.3kN/m2，，溫度為25℃時，在100克水中含氨1克，該溶液上方蒸氣的平衡分壓p*為7.4mmHg。已知在此濃度范圍內(nèi)，該溶液服從亨利定律，試求溶解度系數(shù)Hkmol/(m3·kN/m2)和相平衡常數(shù)m。（稀氨水溶液的密度可按純水計算）05．某混合氣體中含有CO22%(體積)，其余為空氣?；旌蠚怏w溫度為30℃，壓力為506.5kN/m2。已知在30℃時CO2水溶液的亨利系數(shù)E為1.88×105kN/m2。試求溶解度系數(shù)Hkmol/(m3·kN/m2)和相平衡常數(shù)m，并計算與該氣體平衡時100kg水中，可溶解若干kgCO2。（CO2水溶液的密度，可按純水計算。）06.在303K時，CO2在水中的溶解度如下：CO2在氣相的分壓p，kN/m21.0135.06510.1330.3950.65101.3303.9506.5CO2在水中的溶解度，kg/m3水0.0130.0650.1300.3900.6501.283.756.07試作出總壓P=1722kN/m2(絕壓)下的Y—X平衡曲線。模塊三汲取設(shè)備的確定我們已為生產(chǎn)任務(wù)選取了汲取劑和確定了汲取劑的用量，那么需要選取什么樣的設(shè)備，選取多大的設(shè)備來完成汲取操作呢？一、汲取設(shè)備類型的確定目前工業(yè)生產(chǎn)中使用的汲取塔的要緊類型有填料塔（圖3-14）、板式塔（圖3-15）、湍球塔（圖3-16）、噴灑塔和噴射式汲取器等，其中填料塔與板式塔是廣泛應(yīng)用的兩類傳質(zhì)設(shè)備，各有其一定特點，其要緊特性為：（1）填料塔操作范圍較小，特不的關(guān)于液體負荷的變化更為敏感。當(dāng)液體負荷較小時，填料表面不能專門好的潤濕，使傳質(zhì)效果急劇下降；當(dāng)液體負荷過大時，則容易產(chǎn)生液泛。設(shè)計良好的板式塔，則具有較大的操作范圍。（2）填料塔不宜于處理易聚合或含有固體懸浮物的物料，而某些類型的板式塔（如大孔徑篩板、泡罩塔等）則能夠有效的處理這些物系。另外板式塔比填料塔易于清洗。（3）當(dāng)氣、液接觸過程中需要冷卻以移除反應(yīng)熱或溶解熱時，填料塔因涉及液體均布而使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。板式塔則可較容易地在塔板上安裝冷卻盤管。（4）填料塔適用于生產(chǎn)規(guī)模較小場合。而板式塔一般不小于0.6m，否則安裝困難。（5）板式塔的設(shè)計資料容易得到而且可靠，因此板式塔的設(shè)計比較準確。（6）一般填料塔因結(jié)構(gòu)簡單，因此Φ800以下的造價一般較板式塔造價廉價。直徑大時則昂貴。（7）關(guān)于易起泡物系，填料塔更為合適，因為填料對泡沫有限制和破裂作用。（8）填料塔可處理強腐蝕物系，因可采納瓷質(zhì)填料。（9）對熱敏性物系宜于采納填料塔，因為填料塔內(nèi)持液量比板式塔少，物料在塔內(nèi)停留時刻短。（10）填料塔的壓降比板式塔的壓降小，因而對減壓操作更為適宜。此外也降低能耗。（11）關(guān)于氣膜操縱傳質(zhì)過程、填料塔便于調(diào)整氣速。圖3-14填料塔圖3-15板式塔圖3-16湍球塔任務(wù)解決5汲取設(shè)備類型的確定由于工作任務(wù)中原料氣中的組分為二氧化碳和含硫氣體為酸性物質(zhì)，具有腐蝕性且不含易聚合和固體顆粒物質(zhì)，因此考慮用填料塔作為汲取設(shè)備。由于工作任務(wù)中原料氣中的組分為二氧化碳和含硫氣體為酸性物質(zhì)，具有腐蝕性且不含易聚合和固體顆粒物質(zhì)，因此考慮用填料塔作為汲取設(shè)備。由于某種緣故下面要解決的問題的使用什么時候樣的填料塔？二、填料塔的認識1、填料塔結(jié)構(gòu)如圖3-17所示。填料塔圓筒形外殼一般由鋼板焊接而成。塔體內(nèi)充填一定高度的填料層，下部有支承裝置以支承填料。塔頂液體入口有液體噴灑裝置，以保證液體能均勻地噴淋到整個塔截面上。當(dāng)填料層較高時，塔內(nèi)填料要分段裝填，每段之間設(shè)置液體再分布器。為保證出口氣體盡量少夾帶液沫，在塔頂部裝有捕沫器。另外，還有氣體進口和液體出口裝置。操作時，氣體由塔底引入，在壓強差的推動下穿過填料的間隙，由塔的底部流向頂部；液體由塔頂噴淋裝置噴出分布于填料層上，靠重力作用沿填料表面流下。氣、液兩相在填料的潤濕表面上直接接觸實現(xiàn)熱、質(zhì)的傳遞。填料塔內(nèi)氣相和液相的組成沿塔高而連續(xù)變化，因此可稱填料塔為連續(xù)接觸傳質(zhì)設(shè)備。2、填料的種類和性能(1)填料的性能填料是填料塔的核心，填料塔操作性能的好壞與所選用的填料有直接關(guān)系。對操作阻礙較大的填料特性有以下幾個。圖3-17填料塔結(jié)構(gòu)示意圖①比表面積單位體積填料層所具有的表面積稱為填料的比表面積，以a表示，其單位為m2/m3。顯然，填料應(yīng)具有較大的比表面積，以增大塔內(nèi)傳質(zhì)面積。填料的表面只有被流淌的液相所潤濕，才能構(gòu)成有效的傳質(zhì)面積。因此，若希望有較高的傳質(zhì)速率，除需有大的比表面積之外，還要求填料有良好的潤濕性能及有利于液體均勻分布的形狀。②空隙率單位體積填料層所具有的空隙體積稱為填料的空隙率，以ε表示，其單位為m3/m3。一般講來，填料的空隙率多在0.45—0.95范圍以內(nèi)。當(dāng)填料的空隙率較高時，氣液通過能力大，且氣流阻力小，操作彈性范圍較寬。③填料因子由上面兩填料特性組合面成的a/ε3(單位為1/m)形式，自然數(shù)為干填料因子，它是表示填料阻力及液泛條件的重要參數(shù)之一。但填料經(jīng)液體噴淋后表面被覆蓋了液膜，其a與ε均有所改變，故把有液體噴淋的條件下實測的a/ε3相應(yīng)數(shù)值，稱為濕填料因子，亦稱為填料因子，以φ表示，單位亦為1/m，它更能確切地表示填料被淋濕后的流體力不特性。在下面將介紹的填料塔流體力學(xué)特性中可了解到，φ值小則填料層阻力小，發(fā)生液泛時氣流速度高，亦即流體力學(xué)性能好。④具有適宜的填料尺寸和堆積密度單位體積內(nèi)堆積填料的數(shù)目與填料的尺寸大小有關(guān)。對同一種填料而言，填料尺寸小，堆積的填料數(shù)目多，比表面積大，空隙率小，則氣體流淌阻力大：反之填料尺寸過大，在靠近塔壁處，由于填料與塔壁之間的空隙大，易造成氣體由此短路，使氣體沿塔截面分布不均勻，為此，填料的尺寸不應(yīng)大于塔徑的1/10—1/8。單位體積填料的質(zhì)量為填料的堆積密度，以ρ表示，其單位為kg/m3。在機械強度同意的范圍內(nèi)，希填料壁薄，從而可減小堆積密度ρ值，又可降低成本。(2)填料的種類填料的種類專門多，大致能夠分為實體填料與網(wǎng)體填料兩大類。實體填包括環(huán)形填料（如拉西環(huán)、鮑爾環(huán)和階梯環(huán)）、鞍形填料（如弧鞍、矩鞍）以及柵板填料和波浪填料等，由陶瓷、金屬、塑料等材質(zhì)制成。網(wǎng)體填料要緊是由金屬絲網(wǎng)制成的各種填料，如鞍形網(wǎng)、θ網(wǎng)、波浪網(wǎng)等。一些常見亂堆填料的特性數(shù)據(jù)見附錄。圖3-18常用填料的形狀①拉西環(huán)填料拉西環(huán)是使用最早的一種人造填料，它是一個高度和外徑相等的圓環(huán)，見圖3-18（a）。它除了用陶瓷材料制作外，還可用塑料及石墨等材料制作，以適應(yīng)不同介質(zhì)的要求。拉西環(huán)在塔內(nèi)填充方式有亂堆和整砌兩種。亂堆填料裝卸方便，但氣體阻力大。通常直徑小于50mm的拉西環(huán)采納亂堆方式，直徑大于50mm的拉西環(huán)采納整砌。拉西環(huán)的要緊缺點在于液體的溝流及壁流現(xiàn)象嚴峻，因而效率隨塔徑及層高的增加而顯著下降；對氣體流速的變化敏感、操作彈性范圍較窄；氣體阻力較大。但因其結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，流體力學(xué)及傳質(zhì)方面的特性較清晰，故目前仍在廣泛采納。②鮑爾環(huán)與階梯環(huán)填料鮑爾環(huán)是對拉西環(huán)的要緊缺點加以改進而研制出來的填料。在一般的拉西環(huán)的側(cè)壁上開有兩排長方形窗孔，被切開的環(huán)壁形成葉片，一邊仍與壁相連，另一端向環(huán)內(nèi)彎曲，并在中心與其他葉片相搭，見圖3-18（c）。由于環(huán)上開有小窗，氣體能夠從小窗通過，如此不僅降低了氣體流淌阻力，同時使液體分布得到改善。鮑爾環(huán)與拉西環(huán)相比具有生產(chǎn)能力大、氣體流淌阻力小，操作彈性大，傳質(zhì)效率高等優(yōu)點。鮑爾環(huán)可用金屬、塑料、陶瓷等材料制造。階梯環(huán)是對鮑爾環(huán)進一步改進的產(chǎn)物。階梯環(huán)的總高為直徑的5/8，圓筒一端有向外翻卷的喇叭口，見圖3-18（d）。這種填料的孔隙小和傳質(zhì)效率高等特點。是目前使用的環(huán)形填料中性能最為良好的一種。階梯環(huán)多用金屬及塑料制造。圖3-19瓷質(zhì)弧鞍填料圖3-20金屬矩鞍填料③弧鞍與矩鞍填料弧鞍形填料也稱為伯爾鞍，是一種沒有內(nèi)表面的填料，用陶瓷燒成，形如馬鞍，見圖3-19。這種填料的特點是填料表面利用率好，氣體的壓降小。其缺點是兩側(cè)形狀對稱，裝填后易出現(xiàn)局部疊合或架空現(xiàn)象，從而阻礙填料表面利用率，又因壁較薄，機械強度低而易破裂等。矩鞍形填料是弧鞍形填料的改進形式，即作成兩面不對稱，且大小不等，見圖3-20。在塔內(nèi)可不能互相疊合，而是處于相互勾聯(lián)的狀態(tài)，而且機械強度也有所提高。這種填料處理物料能力大，傳質(zhì)效果較好，液體分布均勻，氣體阻力較小，不易堵塞。矩鞍填料的制造也較簡單，是一種性能優(yōu)良的新型填料。（a）木格柵填料（b）格里奇格柵填料（c）金屬絲網(wǎng)波浪填料（d）金屬孔板波浪填料（e）脈沖填料圖3-21幾種常見的規(guī)整填料④波浪填料與波浪網(wǎng)填料波浪填料是由許多波浪薄板制成，各板高度相同但長短不等，搭配排列而成圓餅狀，波浪與水平方向成45o傾角，相鄰兩板反向疊靠，使其波浪傾斜方向互相垂直。圓餅的直徑略小于塔殼內(nèi)徑，各餅豎直疊放于塔內(nèi)。相鄰的上下兩餅之間，波浪板片排列方向互成90o角。見圖3-21(d)。波浪填料的特點是結(jié)構(gòu)緊湊，比表面積大，流體阻力小，液體每通過一層都得到一次再分布，故流體分布均勻，傳質(zhì)效果好。其缺點是填料裝卸及清理困難，價格較高，不適宜處理有沉淀、粘度大、易結(jié)塊的物料。波浪填料可用金屬、陶瓷、塑料、玻璃鋼等材料制造。依照不同的操作溫度及物料的腐蝕性，選用適當(dāng)?shù)牟牧?。波浪網(wǎng)填料是由金屬絲網(wǎng)波浪片排列組成的波浪填料，屬于網(wǎng)體填料，見圖3-21(c)。它是20世紀60年代以來研究和進展起來的一種性能良好的高效規(guī)整填料。波浪網(wǎng)填料是具有比表面積大、空隙率大、流體阻力小、傳質(zhì)效率高、操作彈性大和氣液分布均勻等優(yōu)點。適用于周密精餾和真空精餾。其缺點是不適宜于處理有沉淀及有雜質(zhì)的物料，清洗、裝卸困難，造價高等，因此其推廣受到一定的限制。其他填料還包括木格柵填料（圖3-21(a)）格里奇格柵填料（圖3-21(b)）和脈沖填料（圖3-21(e)）等。3、填料塔的附件填料塔的附件包括填料支承、填料壓板、液體分布裝置及再分布裝置、氣液體進口及出口裝置等。（1）填料支承裝置填料塔中，支承裝置的作用是支承填料及填料上的持液量，因此支承裝置應(yīng)有足夠的機械強度，為了保證不在支承裝置上首先發(fā)生液泛，其自由截面積應(yīng)大于填料層中的空隙。常用的支承裝置有柵板式和升氣管式，如圖3-22所示。圖3-22填料支承裝置柵板式支承裝置是由豎立的扁鋼條焊接而成，扁鋼條的間距應(yīng)為填料外徑的60~70%。為了解決支承裝置的強度與自由截面積之間的矛盾，特不是為了適應(yīng)高空隙率填料的要求，可采納升氣管支承裝置。氣體由升氣管上升，通過氣道頂部的孔及側(cè)面的齒縫進入填料層，而液體則由支承裝置底板上的上孔流下，氣體、液體分道而行，彼此專門小干擾。升氣管有圓形的，多為瓷制；也有條形的，多為金屬制。此種型式的支承裝置氣體流通面積能夠?qū)ｉT大。（2）液體分布裝置液體分布裝置對填料塔的操作阻礙專門大，若液體分布不均勻，則填料層內(nèi)的有效潤濕面積會減少，并可能出現(xiàn)偏流和溝流現(xiàn)象，阻礙傳質(zhì)效果。常用的液體分布裝置有噴灑分布器、盤式分布器、齒槽式分布器和多孔環(huán)管式分布器等，如圖3-23所示。噴灑式分布器（蓮蓬式）見圖3-23（a）。一般用于直徑小于600mm的塔中。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單。要緊缺點是小孔易于堵塞，因而不適用于處理污濁液體，操作時液體的壓頭必須維持恒定，否則噴淋半徑改變阻礙液體分布的均勻性，此外，當(dāng)氣量較大時，會產(chǎn)生并夾帶較多的液沫。盤式分布器見圖3-23（b）和（c）。液體加至分布盤上，盤底裝有許多直徑及高度均相同的溢流短管，稱為溢流管式。在溢流管的上端開缺口，這些缺口位于同一水平面上，便于液體均勻地流下。盤底開有篩孔的稱為篩孔式，篩孔式的分布效果較溢流管式好，但溢流管式的自由截面積較大，且不易堵塞。圖3-23液體分布裝置盤式分布器常用于直徑較大的塔中，此類分布器制造比較苦惱，但能夠差不多保證液體的均勻分布。齒槽式分布器見圖3-23（d），液體先通過主干齒槽向其下導(dǎo)層各條形齒槽作第一級分布，然后再向填料層上面分布。這種分布器自由截面積大，工作可靠，多為大直徑塔所采納。多孔環(huán)管式分布器見圖3-23（e），由多孔圓形盤管、聯(lián)接管及中央進料管組成。它可知應(yīng)較大的液體流量波動，對氣體的阻力較不。但被分布的液體必須清潔，否則易將管壁上上孔堵塞。（3）液體再分布裝置液體在亂堆填料層向下流淌時，有一種