化工原理講稿

化工原理講稿第一頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/141緒論一、化工原理學(xué)科的發(fā)展歷史二、單元操作及其理論基礎(chǔ)三、化工原理課程內(nèi)容及目標(biāo)四、化工原理中常用的基本概念五、單位與因次第二頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日一、化工原理學(xué)科的發(fā)展歷史1、學(xué)科歸屬化工原理化學(xué)反應(yīng)工程化學(xué)工程與工藝化工熱力學(xué)（一級(jí)學(xué)科）（二級(jí)學(xué)科）化工系統(tǒng)工程化工控制工程等第三頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日一、化工原理學(xué)科的發(fā)展歷史2、化工原理學(xué)科的發(fā)展與化學(xué)工業(yè)發(fā)展的關(guān)系人類(lèi)文明的歷史也是化學(xué)工業(yè)的歷史化學(xué)工業(yè)發(fā)展時(shí)期十八世紀(jì)中期前（技術(shù)特點(diǎn)，人才要求）十八世紀(jì)中期后 化學(xué)工程與工藝學(xué)科的建立只有一百多年的歷史 邊緣學(xué)科3、學(xué)科發(fā)展方向與新技術(shù)學(xué)科交叉生命化學(xué)工程，信息化學(xué)工程，新能源化學(xué)工程第四頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日一、化工原理學(xué)科的發(fā)展歷史4、學(xué)術(shù)團(tuán)體，刊物及專(zhuān)著HandbookofChemicalEngineeringChemicalEngineering(美國(guó)）ChemicalEngineeringScience(英國(guó)）TheChemicalEngineer(英國(guó)）化學(xué)工程化工學(xué)報(bào)第五頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日二、單元操作及其理論基礎(chǔ)1、單元操作根據(jù)操作原理將各種各樣的物理加工歸納為一系列基本操作過(guò)程，即單元操作 流體輸送，攪拌，沉降，過(guò)濾 熱交換，蒸發(fā) 吸收，蒸餾，萃取，吸附，干燥2、舉例3、理論基礎(chǔ) 動(dòng)量傳遞，熱量傳遞，質(zhì)量傳遞第六頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日第七頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日三、化工原理課程內(nèi)容及目標(biāo)內(nèi)容：三傳基本原理單元操作：設(shè)備計(jì)算，選型，實(shí)驗(yàn)研究目標(biāo)：掌握化工生產(chǎn)的一般規(guī)律開(kāi)發(fā)新工藝，創(chuàng)新設(shè)計(jì)對(duì)化工裝置的優(yōu)化操作和合理管理診斷生產(chǎn)過(guò)程，分析解決實(shí)際工程問(wèn)題第八頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日四、化工原理中常用的基本概念物料衡算能量衡算平衡關(guān)系過(guò)程速率Euler法和Lagrange法控制體及控制面系統(tǒng)或物系第九頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日五、單位與因次1、各單位制的基本單位

量的名稱(chēng)國(guó)際單位制物理單位制工程單位制長(zhǎng)度mcmm質(zhì)量Kgg時(shí)間sss電流A熱力學(xué)溫度K℃℃物質(zhì)的量mol發(fā)光強(qiáng)度cd力kgf第十頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日五、單位與因次因次分析 基本量：長(zhǎng)度L，質(zhì)量M，時(shí)間T，溫度 原則：變數(shù)之間的任何一個(gè)方程或關(guān)系式在因次上必須一致第十一頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日機(jī)械能守恒例題例題 如圖示，槽內(nèi)水位維持不變，其底部與內(nèi)徑為100mm的鋼管相連，管路上裝有一個(gè)閘閥，閥的上游距管路入口端15m處安有以汞為指示液的U管壓差計(jì)，其一臂與管道相連，另一臂通大氣。當(dāng)閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，測(cè)得R=600mm，h=1500mm。當(dāng)閥門(mén)部分開(kāi)啟時(shí)測(cè)得R=400mm，h=1400mm，此時(shí)管路的摩擦阻力損失為hf=19.7J/kg。求在管道中每小時(shí)的流出量m3?

已知H2O=1000kg/m3，Hg=13600kg/m3第十二頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日6.2管路計(jì)算例題從自來(lái)水池引一支路AB向居民供水，在站點(diǎn)B分成兩路，分別通向一樓和二樓。已知管AB，BC和BD的長(zhǎng)度（包括管件的當(dāng)量長(zhǎng)度）分別為100m，10m及20m，管內(nèi)徑均為30mm，直管段=0.03，兩支路出口各安裝一球心閥，假設(shè)A點(diǎn)處壓力為3.43×105Pa（表），試求：1.當(dāng)一樓閥全開(kāi)(門(mén)§=6.4),高度為5米的二樓能否供水?此時(shí)AB管內(nèi)流量為多少?2.若將一樓閥門(mén)關(guān)小使其流量減半,二樓最大流量為多少?第十三頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日2.3離心泵的組合操作例題用兩臺(tái)相同的離心泵,從水池向密閉容器供水,單臺(tái)泵的特性曲線可近似表示為He=50-1.1×105qv2(m3/s),適當(dāng)關(guān)閉或開(kāi)啟閥門(mén),兩泵即可串聯(lián)或并聯(lián)工作,已知水池和容器內(nèi)液面間的高度差為10m,容器內(nèi)壓強(qiáng)為98.1KPa(表),管路總長(zhǎng)為20m(包括各種管件的當(dāng)量長(zhǎng)度,但不包括閥A),管徑為50mm,假設(shè)管內(nèi)流動(dòng)已進(jìn)入阻力平方區(qū),其摩擦系數(shù)=0.025,若兩支路皆很短,其阻力損失可忽略,試求閥門(mén)A全開(kāi),哪種組合方式的輸送能力大?§閥A=0.17第十四頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日吸收例題由一直立小玻璃管，底端封死，內(nèi)充丙酮，液面距上端口11mm，上端有一股空氣平緩地吹過(guò)。5小時(shí)后，管內(nèi)液面降到距管口20.5mm。管內(nèi)液體溫度保持為293K，大氣壓為100KN/m2，丙酮的蒸汽壓為24KN/m2，求丙酮在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)。第十五頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日液體精餾例題用一常壓連續(xù)精餾塔分離苯和甲苯混合液。原料混合物中含苯44%（摩爾百分率，以下同），要求塔頂產(chǎn)品中含苯97.4%，塔釜產(chǎn)品中含苯不大于2.35%，進(jìn)料為飽和液體，塔頂采用全凝器。已知操作條件下塔頂?shù)南鄬?duì)揮發(fā)度為2.6，塔釜的相對(duì)揮發(fā)度為2.34，進(jìn)料的相對(duì)揮發(fā)度為2.44。取回流比為最小回流比的2.45倍。試用捷算法確定完成該分離任務(wù)所需的理論塔板數(shù)及加料板的位置。第十六頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日第十章氣液傳質(zhì)設(shè)備氣液傳質(zhì)設(shè)備用于處理氣液傳質(zhì)過(guò)程，包括吸收和精餾過(guò)程，要求設(shè)備提供充分的氣液接觸。氣液傳質(zhì)設(shè)備板式塔填料塔逐級(jí)接觸式微分接觸式第十七頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

第十八頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日Ⅰ板式塔一、性能要求分離效率高氣、液負(fù)荷大有一定的操作彈性塔板壓降小結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造維修方便，造價(jià)低

第十九頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日Ⅰ板式塔二、塔板結(jié)構(gòu)第二十頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日Ⅰ板式塔二、塔板結(jié)構(gòu)有溢流和無(wú)溢流塔板有溢流 無(wú)溢流鼓泡區(qū)受液區(qū)降液區(qū)第二十一頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日Ⅰ板式塔二、塔板結(jié)構(gòu)降液管液流程數(shù)（有溢流塔板）第二十二頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日Ⅰ板式塔二、塔板結(jié)構(gòu)板間距相鄰兩層塔板間的距離為板間距HT。板間距的大小關(guān)系到正常操作氣液流量的高限值，也和塔高相關(guān)。若板間距取得大，允許的氣液流量也大，但對(duì)一定塔板數(shù)而言，需要的塔體也高。板間距的確定還要考慮制造和維修方便.

板間距參考值（單流型）第二十三頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日二、塔板結(jié)構(gòu)氣液接觸元件及塔板型式第二十四頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日二、塔板結(jié)構(gòu)氣液接觸元件及塔板型式第二十五頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日二、塔板結(jié)構(gòu)氣液接觸元件及塔板型式第二十六頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日Ⅰ板式塔二、塔板結(jié)構(gòu)氣液接觸元件及塔板型式篩板塔泡罩塔浮閥塔結(jié)構(gòu)板上開(kāi)孔升氣管和泡罩組成板孔上安裝閥片制造最簡(jiǎn)單復(fù)雜較簡(jiǎn)單造價(jià)低高較高安裝檢修極方便不方便方便操作彈性較小很大最大壓降小最大較小生產(chǎn)能力大小較大第二十七頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日Ⅰ板式塔三、塔板流體力學(xué)狀況氣液接觸狀態(tài)鼓泡狀態(tài)：孔速較低，液體為連續(xù)相，氣體為分散相，兩相接觸傳質(zhì)表面——泡沫狀態(tài)：孔速增加，液體為高度活動(dòng)的泡沫形式存在于氣泡中，連續(xù)相——？分散相——？噴射狀態(tài)：氣流直接穿過(guò)液層，呈噴射狀態(tài)，連續(xù)相——？分散相——？轉(zhuǎn)相點(diǎn)實(shí)際操作狀態(tài)第二十八頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日Ⅰ板式塔三、塔板流體力學(xué)狀況氣體通過(guò)塔板的壓降hf=hd+hl其中干板壓降hd=ξu02/（2g）ρv/ρl液層壓降hl=β(hw+how)液面落差進(jìn)出口液層高度之差Δ﹤hd/2漏液漏液點(diǎn)第二十九頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日Ⅰ板式塔三、塔板流體力學(xué)狀況液泛降液管液泛（溢流液泛）降液管液面Hd=hw+how+Δ+hf+Σhf泡沫層高度Hfd=Hd/Φ其中相對(duì)泡沫層密度Φ=ρf/ρl溢流液泛發(fā)生：泡沫層高度達(dá)到溢流堰上緣時(shí)Hd/Φ=HT+hW

第三十頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日三、塔板流體力學(xué)狀況過(guò)量液沫夾帶當(dāng)氣速增加到某一值時(shí)，塔板壓降急劇上升，液體充滿整個(gè)降液管，直至全塔，發(fā)生過(guò)量液沫夾帶液泛；對(duì)應(yīng)的氣速為液泛氣速（或泛點(diǎn)氣速），是塔操作氣速的最大極限。液沫夾帶量若以每公斤干氣體所夾帶的液沫量ev表示，則實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)ev≥0.1kg液/kg干氣時(shí)，為過(guò)量液沫夾帶，塔處于不正常操作狀況。第三十一頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日三、塔板流體力學(xué)狀況過(guò)量液沫夾帶定義液泛氣相負(fù)荷因子Cf液泛氣相負(fù)荷因子受表面張力、板間距及兩相流動(dòng)的影響，氣相負(fù)荷因子Cf可由經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)圖查到。圖中橫坐標(biāo)為兩相流動(dòng)參數(shù)第三十二頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日Ⅰ板式塔四、塔板負(fù)荷性能圖1、過(guò)量液沫夾帶線規(guī)定液沫夾帶量的最大值ev=0.1kg液/kg干氣，以此為原則，便可作出過(guò)量液沫夾帶線。2、漏液線3、溢流液泛線Hfd=Hd/Φ=HT+hw4、液量下限線當(dāng)溢流堰頂上的液層厚度how等于6mm時(shí)，對(duì)應(yīng)液體流量的下限5、液量上限線由液體在降液管中的停留時(shí)間決定τ=AfHd/Ls≧3~5s操作彈性：VA/VB

負(fù)荷性能圖LV12453AB第三十三頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日Ⅰ板式塔五、塔主要尺寸確定板間距由塔徑、氣液負(fù)荷及制造維修等因素決定取值范圍：0.3~0.8米傳質(zhì)高度H=HT(N實(shí)際-1)篩板塔塔徑計(jì)算兩相流動(dòng)參數(shù)：FLV=LS/VS(ρL/ρV)1/2確定泛點(diǎn)氣速設(shè)計(jì)氣速/泛點(diǎn)氣速=0.8~0.85計(jì)算流通面積計(jì)算塔板總面積（考慮降液管面積影響）塔徑圓整第三十四頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日ⅡPackedcolumnsGeneralarrangementofpackedcolumnTheconstructionofpackedcolumnsLiquiddistributorPackingsRedistributorPackingsupportplateMisteliminatorFluidflowinpackedcolumns第三十五頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

OrificePanDistributor,TroughDistributor第三十六頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日第三十七頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

第三十八頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日Collector/Redistributor第三十九頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日PackingSupportPlateGasInjectionSupportPlate

第四十頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日MistEliminator第四十一頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日Ⅱ填料塔一、填料塔簡(jiǎn)介填料塔最初出現(xiàn)在十九世紀(jì)中葉，在1881年用于精餾操作。填料塔的塔體橫截面有圓形，矩形及多邊形等，但絕大部分是圓形。塔殼材料可以是碳鋼，不銹鋼，聚氯乙烯，玻璃鋼和磚等。塔內(nèi)放置填料（packings）。填料種類(lèi)很多。用于制造填料的材料有碳鋼、不銹鋼、陶瓷、聚丙烯、增強(qiáng)聚丙烯等。由于填料與塔體取材面廣，故易于解決物料腐蝕問(wèn)題。填料塔裝配圖如下第四十二頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

第四十三頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

第四十四頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/1444二、填料的種類(lèi)與特性

填料在填料塔操作中起著重要作用。液體潤(rùn)濕填料表面便增大了氣液接觸面積，填料層的多孔性不僅促使氣流均勻分布，而且促進(jìn)了氣相的湍動(dòng)。填料塔的發(fā)展史中最主要的是填料的發(fā)展史。早期以碎石為填料，碎石比表面積小，空隙率低，堆積密度大，造成塔體很重，逐漸暴露出其缺點(diǎn)。自二十世紀(jì)初至廿世紀(jì)中葉，曾興起了對(duì)填料開(kāi)發(fā)、研制的熱潮。

在這時(shí)期，先后出現(xiàn)了拉西環(huán)、Stedman金屬紗網(wǎng)規(guī)則填料、弧鞍形填料、鮑爾環(huán)及矩鞍形填料等。這些新型填料的出現(xiàn)，使填料塔的操作性能得到顯著改進(jìn)。第四十五頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日1

填料的種類(lèi)

常見(jiàn)填料的形狀可分為四種類(lèi)型。①短管形填料：最早采用的拉西環(huán)是高度與外徑之比為1的短管。該填料易于制造，強(qiáng)度好，取材面廣，但流體力學(xué)及傳質(zhì)性能都不夠理想。

1948年出現(xiàn)的鮑爾環(huán)是對(duì)拉西環(huán)作出重大改進(jìn)的一種填料。該填料是在拉西環(huán)的基礎(chǔ)上，在填料壁面開(kāi)兩層矩形孔。開(kāi)矩形孔的部份只切開(kāi)三條邊，留下一邊仍與填料壁相連，并把切開(kāi)的部份推到填料圈內(nèi)側(cè)。于是，不論填料在塔內(nèi)置于什么方位，流體均可通過(guò)填料，從而使填料內(nèi)、外壁面均成為有效傳質(zhì)區(qū)域。

短管形填料一般是亂堆填料，只有2英寸以上的大填料才可能是整砌填料。第四十六頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日第四十七頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日②鞍形填料鞍形填料不同于短管形填料，其特點(diǎn)是不分內(nèi)、外表面，整個(gè)填料表面由各種曲面組成，填料在塔內(nèi)任意方位均可使流體舒暢流過(guò)。1931年出現(xiàn)的這類(lèi)填料稱(chēng)弧鞍形填料，是因形如馬鞍而得名。這種填料與拉西環(huán)相比，填料表面利用率高，阻力小，但因形狀設(shè)計(jì)尚有缺陷，相鄰填料有重疊傾向，填料層均勻性較差，且填料易碎，故使用不廣。另一種改進(jìn)型填料是1950年出現(xiàn)的矩鞍形填料，矩鞍形填料亦是當(dāng)前應(yīng)用較多的一種填料。這種形狀的填料也有網(wǎng)體的。鞍形填料都是亂堆填料。第四十八頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日③短管形與鞍形填料的結(jié)合型填料現(xiàn)在已開(kāi)發(fā)的這類(lèi)填料有環(huán)矩鞍與共軛環(huán)等，其中共軛環(huán)是1992年我國(guó)自行開(kāi)發(fā)、試驗(yàn)成功的。開(kāi)發(fā)這類(lèi)填料的出發(fā)點(diǎn)是想使之具有短管形與鞍形兩大類(lèi)填料的優(yōu)點(diǎn)。試驗(yàn)表明，共軛環(huán)的阻力比階梯環(huán)低（40～50）%，比鮑爾環(huán)低（50～55）%，其傳質(zhì)單元高度比階梯環(huán)的約低15%，比鮑爾環(huán)的約低30%，可見(jiàn)，新的結(jié)合型填料的優(yōu)點(diǎn)是明顯的。

第四十九頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日④波紋整砌填料這是我國(guó)開(kāi)發(fā)成功并于1971年發(fā)表的填料類(lèi)型。該填料的基本件是沖壓出45度斜波紋槽的薄板。薄板高度通常為40～60mm。若干板片平行組合，但相鄰薄板的波紋反向。當(dāng)塔截面為圓形，則波形板片的組合體為圓柱形。上下相鄰的填料組合體，其薄板方向互呈90度交錯(cuò)。波紋填料的材料有碳鋼、不銹鋼、鋁、陶瓷、玻璃鋼及紙浸樹(shù)脂等。薄板厚度：金屬板一般為0.5～1mm，陶瓷板為1～1.5mm，紙浸樹(shù)脂及玻璃鋼板則為0.1～0.2mm。這種填料為氣、液相提供了一段段帶分支的直通道，氣流阻力小，允許操作氣速較大（如空速可達(dá)2m/s），故處理能力大。近年來(lái)不少工廠采用不銹鋼絲網(wǎng)制作的波紋填料，既保留波紋整砌填料的優(yōu)點(diǎn)，又改善布液的均勻性。這種填料屬高效填料。第五十頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日2、填料的特性填料特性有下列幾方面：（1）

比表面積a——塔內(nèi)單位體積填料層具有的填料表面積，m2/m3。填料比表面積的大小是氣液傳質(zhì)比表面積大小的基礎(chǔ)條件。比表面積與有效的傳質(zhì)比表面積不同：A.操作中有部分填料表面不被潤(rùn)濕，比表面積中只有某個(gè)分率的面積才是潤(rùn)濕面積。B.有的部位填料表面雖然潤(rùn)濕，但液流不暢，液體有某種程度的停滯現(xiàn)象。這種停滯的液體與氣體接觸時(shí)間長(zhǎng)，氣液趨于平衡態(tài)，在塔內(nèi)幾乎不構(gòu)成有效傳質(zhì)區(qū)。第五十一頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日（2）

空隙率ε空隙率ε----塔內(nèi)單位體積填料層具有的空隙體積，m3/m3.ε為一分?jǐn)?shù)。ε值大則氣體通過(guò)填料層的阻力小，故ε值以高為宜。各向同性----對(duì)于亂堆填料，當(dāng)塔徑D與填料尺寸d之比大于8時(shí)，因每個(gè)填料在塔內(nèi)的方位是隨機(jī)的，填料層的均勻性較好，這時(shí)填料層可視為各向同性，填料層的空隙率ε就是填料層內(nèi)任一橫截面的空隙截面分率?？账馑?---當(dāng)氣體以一定流量過(guò)填料層時(shí)，按塔橫截面積計(jì)的氣速u(mài)稱(chēng)為空塔氣速（簡(jiǎn)稱(chēng)空速），而氣體在填料層孔隙內(nèi)流動(dòng)的真正氣速為u1

。二者關(guān)系為：u1=u/ε。第五十二頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日（3）塔內(nèi)單位體積具有的填料個(gè)數(shù)n——根據(jù)計(jì)算出的塔徑與填料層高度，再根據(jù)所選填料的體積，即可確定塔內(nèi)需要的填料數(shù)量。（4）單個(gè)填料的尺寸：一般要求塔徑與填料尺寸之比D/d>8（在8～15之間為宜），以便氣、液分布均勻。若D/d<8----在近塔壁處填料層空隙率比填料層中心部位的空隙率明顯偏高，會(huì)影響氣液的均勻分布。若D/d值過(guò)大----即填料尺寸偏小，氣流阻力增大。

第五十三頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日三、填料層內(nèi)氣液逆流的流體力學(xué)特性

1、填料塔內(nèi)的液體分布液體的偏流稱(chēng)為溝流。產(chǎn)生原因:一方面因操作時(shí)液體并不能全部潤(rùn)濕填料表面，液體只沿潤(rùn)濕表面流下，形成溝流。另一方面相鄰填料都有若干個(gè)接觸點(diǎn)，液體優(yōu)先從接觸點(diǎn)流動(dòng)。即使填料表面全部潤(rùn)濕，仍存在液流不均勻問(wèn)題。塔壁效應(yīng)。在緊靠塔壁處。液體通過(guò)填料與塔壁的接觸點(diǎn)流至塔壁后，即順?biāo)诹飨?，基本上不再返回填料層中。?dǎo)致液體向塔壁流動(dòng)。第五十四頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日放大效應(yīng)----隨著塔徑的增大，塔內(nèi)氣液分布不勻現(xiàn)象更嚴(yán)重。這稱(chēng)為填料塔的放大效應(yīng)。限制了填料塔的大型化。解決填料塔放大效應(yīng)的措施----改進(jìn)塔頂液體原始噴淋的均勻性，多設(shè)噴淋點(diǎn);在填料層中設(shè)置液體再分布器;控制塔徑與填料尺寸的比值;此外新型高效填料的采用使氣液分布情況得到改善。第五十五頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/14552、氣液流速與氣體通過(guò)填料層壓降的關(guān)系氣體流動(dòng)類(lèi)型:填料在塔內(nèi)亂堆，給氣流構(gòu)成了彎曲、分支及變截面的復(fù)雜幾何形狀的流道。這樣的流道促使氣流發(fā)生擾動(dòng)，從而使氣流在實(shí)際操作氣速范圍內(nèi)均為湍流。在對(duì)填料塔內(nèi)氣、液流體力學(xué)特性作測(cè)定時(shí)，通常氣速以空塔氣速u(mài)表示，液體噴淋密度L的單位是m3/（h·m2），氣體流過(guò)一定高度填料層的壓降為Δp。對(duì)一定高度的填料層，在不同噴淋密度下實(shí)驗(yàn)測(cè)得的“l(fā)gΔp—lgu”曲線如下圖。第五十六頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日L=0，即干填料時(shí)，因氣體在填料層呈湍流，Δp∝u1.8~2.0，圖中為一直線.L1：A1點(diǎn)以下線段--氣速較低時(shí)，氣體向上流動(dòng)對(duì)液體沿填料表面膜狀流下的曳力很小，lgΔp與lgu的關(guān)系仍呈直線，且與干填料時(shí)的直線平行，由于液膜有一定厚度使氣體流道變小，該條件下的直線段要高于干填料條件下相應(yīng)的直線。

A1—B1線段--氣流對(duì)液膜流動(dòng)產(chǎn)生影響，使液膜增厚，氣體通道變窄流速增大，Δp隨u的增加而較快增長(zhǎng)。在此階段，液流雖遇到阻礙，但仍可沿填料表面流下，未發(fā)生液體停滯或積液現(xiàn)象.B1點(diǎn)--因液膜已足夠厚，四周的液膜幾乎封閉氣體通道，若氣速再稍增大，氣體對(duì)液體的曳力迅速增加，曲線呈現(xiàn)為垂直向上的直線。這時(shí)，因塔頂不斷進(jìn)液，塔內(nèi)液體又不能暢流而下，塔內(nèi)積液，液位不斷上升，于是液體由氣體出口泛濫出去，塔的正常操作便受到破壞。這種狀況稱(chēng)為液泛。應(yīng)于液泛開(kāi)始狀況的空塔氣速叫做液泛氣速，即圖中B1點(diǎn)對(duì)應(yīng)的空速.第五十七頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/1457當(dāng)u不變，L增加時(shí)，曲線形狀與L1時(shí)的曲線形狀相像，只因L3>L2>L1，故與其相應(yīng)的曲線中L3曲線的位置最高，L2的次之，L1的最低。A點(diǎn)稱(chēng)之“載點(diǎn)”（loadingpoint），B點(diǎn)稱(chēng)為“泛點(diǎn)”。一般認(rèn)為正常操作的空速應(yīng)在載點(diǎn)氣速之上，在泛點(diǎn)氣速的0.8倍之下。因載點(diǎn)從理論上講是在“l(fā)gΔp—lgu”圖中當(dāng)L為定值時(shí)隨氣速增大由直線轉(zhuǎn)為曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，但載點(diǎn)氣速時(shí)的征狀不明顯，而泛點(diǎn)氣速時(shí)的特征明顯，易于辨認(rèn)，故通常由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理成計(jì)算泛速的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)圖。操作氣體空速u(mài)的數(shù)值范圍是：

u=(0.5~0.8)uf式中uf為空塔氣體泛速，m/s。第五十八頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日埃克特（Eckert）在Sherwood和Leva工作的基礎(chǔ)上提出的經(jīng)驗(yàn)泛點(diǎn)關(guān)聯(lián)圖。圖中最上面的三條曲線為亂堆填料、整砌填料及弦柵填料的泛點(diǎn)關(guān)聯(lián)圖線。該圖采用雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)。填料塔泛點(diǎn)及壓降普遍化關(guān)聯(lián)圖3、

泛點(diǎn)與壓降的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)圖橫軸為縱軸為。

第五十九頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，亂堆填料液泛時(shí)單位填料層高度的氣體壓降基本上為一恒值，亦即Eckert圖中亂堆填料的泛點(diǎn)線為一等壓降線。由此推測(cè)，當(dāng)操作氣速低于泛速時(shí)，其它等壓降曲線會(huì)有與泛點(diǎn)關(guān)聯(lián)圖線相像的曲線形狀。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了這一推測(cè)。圖中在亂堆填料泛點(diǎn)線以下的系列曲線均為亂堆填料的等壓降線。使用這些等壓降線時(shí)，縱坐標(biāo)中的uf須改為操作氣速u(mài)。

第六十頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日以亂堆填料為例，泛點(diǎn)與壓降關(guān)聯(lián)圖的使用方法。步驟如下：

已知空塔操作氣速后，可按下式計(jì)算塔徑D：

式中Vs——?dú)庀囿w積流量，m3/s

u——操作空塔氣速，m/s第六十一頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日例題在25℃，123.3kPa下，用水洗滌空氣中少量的HCl，氣體處理量為600m3/h，用水量為13570kg/h，若采用25×25mm的瓷質(zhì)鮑爾環(huán)，試求填料塔塔徑及每米填料層壓降。解：查P199圖10-54，從橫坐標(biāo)0.596處引垂線與亂堆填料泛點(diǎn)線交點(diǎn)的縱坐標(biāo)為0.035，即查得25×25mm的瓷質(zhì)鮑爾環(huán)，填料因子=300第六十二頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/1462例25℃時(shí)溶液的黏度取水的黏度，μL=1mPa·s，則泛點(diǎn)氣速取設(shè)計(jì)氣速為泛點(diǎn)氣速的75%，即u=0.75uf=0.75×0.892=0.669m/s則所需塔徑根據(jù)壓力容器公稱(chēng)直徑標(biāo)準(zhǔn)圓整為DT=0.6m，對(duì)應(yīng)氣速第六十三頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/1463例查P199圖10-54，點(diǎn)（0.596，0.015）對(duì)應(yīng)的壓降為280Pa/m，即每米填料層壓降為280Pa。第六十四頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/14644、填料塔逆流操作時(shí)的持液量填料塔在逆流操作時(shí)，單位填充體積所具有的液體量為持液量m3液/m3塔容積。持液量由兩部分組成：①動(dòng)持液量：在填料塔正常操作時(shí)突然停止噴淋液體和輸入氣體，由填料層流出的液體體積與填料層體積之比。動(dòng)持液量的液體能連續(xù)流過(guò)填料層，可不斷地被上面流下來(lái)的液體置換。對(duì)傳質(zhì)有效。②

靜持液量：當(dāng)停止噴淋液體和輸入氣體后經(jīng)過(guò)一段時(shí)間仍然滯留在填料層內(nèi)的液體體積與填料層體積之比。靜持液量的液體多數(shù)是不流動(dòng)的，只能緩慢地被新鮮液體置換。因與氣相接觸時(shí)間長(zhǎng)而趨近平衡，幾乎失去傳質(zhì)效能。

持液量大則塔體重量增加，氣流通道變狹阻力增大，而且會(huì)延長(zhǎng)所需由開(kāi)工至穩(wěn)定操作的時(shí)間，一般認(rèn)為持液量以小為宜。第六十五頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日五、填料塔的附屬設(shè)備

填料塔的附屬設(shè)備主要有液體噴淋裝置、除沫裝置、液體再分布器及填料支承裝置等。

1、液體噴淋裝置填料塔操作要求液體沿同一塔截面均勻分布。為使液流分布均勻，液體在塔頂?shù)某跏挤植柬毦鶆?。?jīng)驗(yàn)表明，對(duì)塔徑為0.75m以上的塔，每平方米塔橫截面上應(yīng)有40～50個(gè)噴淋點(diǎn)；對(duì)塔徑在0.75m以下的塔，噴淋點(diǎn)密度集至少應(yīng)為160個(gè)/m2塔截面。常見(jiàn)的液體噴淋裝置有多孔管式、槽式及擋板式等，管式布液器是令液體從總管流進(jìn)，分流至各支管，再?gòu)闹Ч艿撞考皞?cè)面的小孔噴出。這種裝置要求液體潔凈，以免發(fā)生小孔堵塞，影響布液的均勻性。槽式分布器不易堵塞，布液較均勻，但因液體是由分槽的V形缺口流出，故對(duì)安裝的水平度有一定要求。擋板式是將管內(nèi)流出的液體經(jīng)檔板反濺灑開(kāi)的液體噴淋裝置，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不會(huì)堵塞，但布液不夠均勻。第六十六頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日液體噴淋裝置

第六十七頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日2、除沫裝置氣體從塔頂流出時(shí)，總會(huì)帶少量液滴出塔。為使氣體夾帶的液滴能重新返回塔內(nèi)，一般在塔內(nèi)液體噴淋裝置上方裝置除沫器。常用的除沫器有折流板式與填料層式。

圖中左圖所示為折流板式除沫器。氣體流過(guò)曲折通道時(shí)，氣流中夾帶的液滴因慣性附于折流板壁，然后流回塔內(nèi)。

第六十八頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日除沫器

第六十九頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日為使流向塔壁的液體能重新流回塔中心部位，一般在液體流過(guò)一定高度的填料層后裝置一個(gè)液體再分布器。液體再分布器形狀如漏斗，如圖7-8所示。在液體再分布器側(cè)壁裝有若干短管，使近塔壁的上升氣流通過(guò)短管與中心氣流匯合，以利氣流沿塔截面均勻分布。通常將整個(gè)填料層分為若干段，段與段間設(shè)置液體再分布器。如令每段填料層的高度為Z，塔徑為D，對(duì)亂堆拉西環(huán)，取。隨著填料性能的改進(jìn)，之值可增大，該值一般在3至10之間。

3、液體再分布器第七十頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的是柵板，由豎立的扁鋼焊在鋼圈上制成。為防止在柵板處積液導(dǎo)致液泛，柵板的自由截面率應(yīng)大于50%。此外，效果較好的是具有圓形或條形升氣管的篩板式支承板，液體從板上篩孔流下，氣體通過(guò)升氣管由管壁的小孔流出，氣液分布較均勻，又因在支承裝置處逆流的氣液相各有通道，可避免因支承裝置而引起的積液現(xiàn)象。填料支承裝置4、填料支承裝置第七十一頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日PackingsversusTrays

Atraycolumnthatisfacingthroughputproblemsmaybede-bottleneckedbyreplacingasectionoftrayswithpackings.Thisisbecause:packingsprovideextrainter-facialareaforliquid-vapourcontactefficiencyofseparationisincreasedforthesamecolumnheightpackedcolumnsareshorterthantrayedcolumnsPackedcolumnsarecalledcontinuous-contactcolumnswhiletrayedcolumnsarecalledstaged-contactcolumnsbecauseofthemannerinwhichvapourandliquidarecontacted.第七十二頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日間歇干燥例題將濕物料由含水量25%干燥至6%（均為濕基）。濕物料的初質(zhì)量為160kg,干燥表面積為0.025m2/kg絕對(duì)干料，設(shè)裝卸時(shí)間為1小時(shí)，試確定每批物