第八章-吸收技術

第八章吸收技術第一節(jié)吸收的主要任務

一、吸收操作及其在制藥生產中的應用分離的對象：氣體混合物。

吸收是分離氣體混合物的單元操作。

吸收操作：

用適當?shù)囊后w吸收劑處理氣體混合物，利用混合氣中各組分在液體溶劑中溶解度的不同而分離氣體混合物

分離的依據(jù)：混合氣中各組分在液體溶劑中溶解度的不同。操作性質：氣—液相間的傳質過程。（單向）

吸收尾氣

溶劑吸收液混合氣吸收質（溶質）——可溶組分（A）；

吸收劑（溶劑）——吸收操作中所用的液體（S）；

惰性氣（載體）——不被吸收的組分（B）

1吸收液——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+S）

吸收操作在制藥生產中主要用于：

1．原料氣的凈化。

2．回收混合氣體中的有用組分。

3．制備氣體的溶液作為產品。

4．環(huán)境保護，綜合利用。

吸收過程的分類：①按有無化學反應：物理吸收和化學吸收

②按被吸收組分的多少：單組分吸收和多組分吸收③按吸收過程溫度變化：等溫吸收和非等溫吸收④按操作壓力：常壓吸收和加壓吸收解吸（脫吸）：從溶液中分離以被吸收的氣體溶質的操作。2二、吸收劑的選擇實踐證明，吸收的好壞與吸收劑用量關系很大，而吸收劑用量又隨吸收劑的種類而變。

可見，選擇吸收劑是吸收操作的重要環(huán)節(jié)。選擇吸收劑時，通常從以下幾個方面考慮：

1．溶解度

2．選擇性

3．揮發(fā)度

4．腐蝕性5．黏性

6．化學穩(wěn)定性，無毒性等第二節(jié)吸收過程的相平衡關系一、吸收中常用的相組成表示法吸收過程特點：吸收前后氣相及液相總量發(fā)生改變，

但惰性氣體及吸收劑的總量在吸收前后不變。

因此，在吸收計算中，相組成以比質量分數(shù)或比摩爾分數(shù)表示較為方便。

（1）比質量分數(shù)1．比質量分數(shù)與比摩爾分數(shù)混合物中某兩個組分的質量之比稱為比質量分數(shù)，用符號表示。

3即：

kgA/kgB（2）比摩爾分數(shù)混合物中某兩個組分的摩爾數(shù)之比稱為比摩爾分數(shù)，用符號（或）

表示。即：

如果混合物是雙組分氣體混合物時，上式則用與的關系表示為：

kmolA/kmolB

kmolA/kmolB

（3）比質量分數(shù)與比摩爾分數(shù)的換算關系式中

、分別為混合物中、組分的千摩爾質量，kg/kmol。

在計算比質量分數(shù)或比摩爾分數(shù)的數(shù)值時，通常以在操作中不轉移到另一相的組分作為4組分。在吸收中，組分是指吸收劑或惰性氣，組分是指吸收質。

2．質量濃度與物質的量濃度

質量濃度是指單位體積混合物內所含物質的質量。對于組分,有式中

——混合物中組分的質量濃度，㎏/m3；——混合物的總體積，m3。

物質的量濃度是單位體積混合物內所含物質的量（用千摩爾數(shù)表示）。對于氣體混合物，

在壓強不太高、溫度不太低的情況下，可視為理想氣體，則組分，有

=

式中

——混合物中組分的物質的量濃度，kmol/m3。5二、氣液相平衡關系吸收的相平衡關系，是指氣液兩相達到平衡時，被吸收的組分（吸收質）在兩相中的濃

度關系，即吸收質在吸收劑中的平衡溶解度。

1．氣體在液體中的溶解度圖8-1氣體溶解度曲線平衡狀態(tài)：在一定壓力和溫度下，當吸收和解吸速率相等時，氣液兩相達到平衡。

相平衡關系：吸收過程中氣液兩相達到平衡時，吸收質在氣相和液相中的濃度關系平衡時溶質在氣相中的分壓稱為平衡分壓，用符號表示；

溶質在液相中的濃度稱為平衡溶解度，簡稱溶解度；

它們之間的關系稱為相平衡關系。

從圖中可見：

在相同的溫度和分壓條件下，

不同的溶質在同一個溶劑中的溶解度不同，

6溶解度很大的氣體稱為易溶氣體，溶解度很小的氣體稱為難溶氣體；同一個物系，在相同溫度下，分壓越高，則溶解度越大；而分壓一定，溫度越低，則溶解度越大。這表明較高的分壓和較低的溫度有利于吸收操作。

所以，加壓和降溫對吸收操作有利。反之，升溫和減壓則有利于解吸。

對于同樣濃度的溶液，易溶氣體在溶液上方的氣相平衡分壓小，

難溶氣體在溶液上方的平衡分壓大。

2．亨利定律（1）亨利定律在一定溫度下，對于稀溶液，在氣體總壓不高（≯500kpa）的情況下，

吸收質在液相中的濃度與其在氣相中的平衡分壓成正比：

式中

——溶質在氣相中的平衡分壓，kPa；

——溶質在溶液中的摩爾分數(shù)；

——亨利系數(shù)，其單位與壓力單位一致。

7亨利系數(shù)的數(shù)值可由實驗測得，表8-1列出了某些氣體水溶液的亨利系數(shù)值。

表8-1某些氣體水溶液的亨利系數(shù)值（E×10-6/kPa）氣體溫度/K273283293303313CO2SO2NH30.07370.001670.0002080.1060.002450.0002400.1440.003550.0002770.1880.004850.0003210.2360.00660-由表8-1中的數(shù)值可知：不同的物系在同一個溫度下的亨利系數(shù)不同；所以亨利系數(shù)值愈大，氣體愈難溶。

在同一溶劑中，難溶氣體的值很大，而易溶氣體的值很小。

當物系一定時，亨利系數(shù)隨溫度升高而增大，溫度愈高，溶解度愈小。

8（2）亨利定律的其他表達形式

①用量濃度表示若將亨利定律表示成溶質在液相中的量濃度與其在氣相中的分壓

之間的關系，則可寫成如下形式，即：

式中

——溶解度系數(shù)，kmol/(m3．Pa)。由實驗測定，其值隨溫度的升高而減小。值的大小反映氣體溶解的難易程度，對于易溶氣體，值很大；對于難溶氣體，值

很小。

溶解度系數(shù)與亨利系數(shù)的關系如下：

式中

——溶劑的密度，kg/m3；——溶劑的千摩爾質量，kg/kmol。

9②用摩爾分數(shù)表示如果氣相中吸收質濃度用摩爾分數(shù)表示,式中稱為相平衡常數(shù)，它與亨利系數(shù)之間的關系為

。由上式可以看出，

值越大，表明該氣體的溶解度越小。

③用比摩爾分數(shù)表示如果氣液兩相組成均以比摩爾分數(shù)表示時，

整理，得當溶液很稀時，必然很小，上式分母中一項可忽略不計，

因此上式可簡化為10（3）吸收平衡線表明吸收過程中氣、液相平衡關系的圖線稱吸收平衡線。在吸收操作中，通常用圖來表示。圖8-2吸收平衡線（4）相平衡在吸收過程中的應用①判斷吸收能否進行。由于溶解平衡是吸收進行的極限，所以，在一定溫度下，吸收若

能進行，則氣相中溶質的實際組成，即

必須大于與液相中溶質含量成平衡時的組成。若出現(xiàn)時，則過程反向進行，為解吸操作。

﹤﹥②確定吸收推動力。

顯然，﹥是吸收進行的必要條件，

而差值則是吸收過程的推動力，差值越大，吸收速率越大。

11三、吸收機理

1．傳質的基本方式吸收過程是溶質從氣相轉移到液相的質量傳遞過程。由于溶質從氣相轉移到液相是通過

擴散進行的，因此傳質過程也稱為擴散過程。擴散的基本方式有兩種：分子擴散及渦流擴散，

而實際傳質操作中多為對流擴散。

（1）分子擴散物質以分子運動的方式通過靜止流體的轉移，或物質通過層流流體，且

傳質方向與流體的流動方向相垂直的轉移，導致物質從高濃度處向低濃度處傳遞，這種傳質

方式稱為分子擴散。分子擴散只是由于分子熱運動的結果，擴散的推動力是濃度差，擴散速率主要決定于擴散物質和靜止流體的溫度及某些物理性質。

（2）渦流擴散在湍流主體中，憑借流體質點的湍動和漩渦進行物質傳遞的現(xiàn)象，稱為渦流擴散。若將一勺砂糖放入杯水之中，用勺攪動，則將甜的更快更均，那便是渦流擴散的

效果了。渦流擴散速率比分子擴散速率大得多，渦流擴散速率主要決定于流體的流動形態(tài)。

12（3）對流擴散對流擴散亦稱對流傳質，對流傳質包括湍流主體的渦流擴散和層流內層的分子擴散。2．雙膜理論雙膜理論的模型如圖8-3所示，雙膜理論的基本要點如下：

圖8-3雙膜理論的假想模型示意圖（1）相互接觸的氣、液兩流體間存在著穩(wěn)定的相界面，界面兩側各有一個很薄的有效層

流膜層。。吸收質以分子擴散方式通過此二膜層。13（2）在相界面處，氣、液兩相達于平衡。（3）在膜層以外的氣、液兩相中心區(qū)，由于流體充分湍動，吸收質的濃度是均勻的，即

兩相中心區(qū)內濃度梯度為零，全部濃度變化集中在兩個有效膜層內。

雙膜理論把復雜的相際傳質過程大為簡化。對于具有固定相界面的系統(tǒng)及速度不高的

兩流體間的傳質，雙膜理論與實際情況是相當符合的。根據(jù)這一理論的基本概念所確定的相

際傳質速率關系，至今仍是傳質設備設計的主要依據(jù)，這一理論對于生產實際具有重要的指

導意義。

四、吸收速率方程吸收速率即指單位傳質面積上單位時間內吸收的溶質量。表明吸收速率與吸收推動力之間關系的數(shù)學式即為吸收速率方程式。

吸收速率=過程推動力/過程阻力=吸收系數(shù)×過程推動力

吸收速率用符號表示，其單位為kmol/(㎡·s)。

14由于吸收的推動力可以用各種不同形式的濃度差來表示，所以，吸收速率方程也有多種形式。1.氣膜吸收速率方程式吸收質從氣相主體通過氣膜傳遞到相界面時的吸收速率方程可表示為：

或

式中、——氣相主體和相界面處吸收質的比摩爾分數(shù)；

——氣膜吸收系數(shù)，kmol/(m2·s)。

氣膜吸收系數(shù)的倒數(shù)即表示吸收質通過氣膜的傳遞阻力，這個阻力的表達形式是與氣膜推動力（）相對應的。

152.液膜吸收速率方程式

吸收質從相界面處通過液膜傳遞進入液相主體的吸收速率方程可表示為：

或式中

、——液相主體和相界面處液相中吸收質的比摩爾分數(shù)；

——液膜吸收系數(shù)，kmol/(m2·s)。

液膜吸收系數(shù)的倒數(shù)

即表示吸收質通過液膜的傳遞阻力，這個阻力的表達形式是與液膜推動力（）相對應的。

3．吸收總系數(shù)及其相應的吸收速率方程式

為了避開難于測定的界面濃度，可以仿效傳熱中類似問題的處理方法。研究傳熱速率時，

16可以避開壁面溫度而以冷、熱兩流體溫度之差來表示傳熱的總推動力。對于吸收過程，同樣可以采用兩相主體濃度的某種差值來表示總推動力而寫出吸收速率方程式。

吸收速率=總推動力/總阻力=兩相主體濃度差/兩膜阻力之和

因此，吸收過程的總推動力應該用任何一相主體濃度與其平衡濃度的差值來表示。

（1）以（）表示總推動力的吸收速率方程式

或式中

——氣相吸收總系數(shù)，，kmol/(m2·s)。

上式即為以（）為總推動力的吸收速率方程式。氣相吸收總系數(shù)的倒數(shù)17為兩膜的總阻力，此阻力由氣膜阻力與液膜阻力組成。即：對溶解度大的易溶氣體，相平衡常數(shù)很小。在和值數(shù)量級相近的情況下,

必然有，相應很小，可以忽略，則式（8-15）可簡化為：

或

此時表明易溶氣體的液膜阻力很小，吸收的總阻力集中在氣膜內。這種情況下氣膜阻力

控制著整個吸收過程速率，故稱為“氣膜控制”。

（2）以（）表示總推動力的吸收速率方程式

18或式中——液相吸收總系數(shù)，，kmol/(m2·s)。

上式即為以（）為總推動力的吸收速率方程式。液相吸收總系數(shù)的

倒數(shù)為兩膜的總阻力，此阻力由氣膜阻力與液膜阻力組成。即：

對溶解度小的難溶氣體，值很大，在和值數(shù)量級相近的情況下，必然有

，很小，

也可以忽略，則上式可簡化為：或19此時表明難溶氣體的總阻力集中在液膜內，這種情況下液膜阻力控制整個吸收過程速率，故稱為“液膜控制”。對于溶解度適中的氣體吸收過程，氣膜阻力與液膜阻力均不可忽略。要提高過程速率，必須兼顧氣、液兩膜阻力的降低。正確判別吸收過程屬于氣膜控制或液膜控制，將給吸收過程的計算和設備的選型帶來方便。由于推動力所涉及的范圍不同及濃度的表示方法不同，吸收速率呈現(xiàn)了上述多種形態(tài)。

所以，各式中吸收系數(shù)與推動力的正確搭配及單位的一致性應特別予以注意。第三節(jié)吸收過程的計算一、吸收塔的物料衡算和操作線方程全塔物料衡算在單組分氣體吸收過程中，吸收質在氣液兩相中的濃度沿著吸收塔高不斷的變化，導致氣液兩相的總量也隨塔高而變化。由于通過吸收塔的惰性氣量和吸收劑量可認為不變，20因而在進行吸收物料衡算時氣、液兩相組成用比摩爾分數(shù)表示就十分方便。圖8-4為穩(wěn)定操作狀態(tài)下、單組分吸收逆流接觸的填料吸收塔。圖中符號如下：——通過吸收塔的惰性氣體量，kmol/s；——通過吸收塔的吸收劑量，kmol/s；、——進塔、出塔氣體中溶質的比摩爾分數(shù)、——出塔、進塔溶液中溶質的比摩爾分數(shù)。（注意：本章中塔底截面一律以下標“1”代表，塔頂截面一律以下標“2”代表）對單位時間內進、出吸收塔的溶質量作物料衡算，可得下式：整理，得21式中為單位時間內全塔吸收的吸收質的量，單位與、一致。一般情況下，進塔混合氣的組成與流量是吸收任務規(guī)定了的，如果吸收劑的組成與流量已經確定，則、、及皆為已知數(shù)。又根據(jù)吸收操作的分離指標吸收率，可以得知氣體出塔時的濃度：

式中，表示氣相中溶質被吸收的百分率，稱為吸收率。2．操作線方程與操作線在逆流操作的填料塔內，氣體自下而上，其組成由逐漸變至，液體自上而下，其組成由逐漸變至。那么，填料層中各個截面上的氣、液濃度與之間的變化關系，需在填料層中的任一截面與塔的任一端面之間作物料衡算。在圖8-4所示的塔內任取-截面與塔底（圖示虛線范圍）作溶質的物料衡算，得：

22整理，得上式稱為吸收塔的操作線方程，

式中——-截面上氣相中溶質的比摩爾分數(shù)；——-截面上液相中溶質的比摩爾分數(shù)。

它表明塔內任一截面上的氣相組成與液相

組成之間成直線關系，直線的斜率為，

且此直線通過（，）及（，）兩點。

標繪在圖8-5中的直線，即為操作線。

圖8-5逆流吸收的操作線操作線上任何一點，代表著塔內相應截面上的液、氣組成，端點代表塔頂稀端，端點

代表塔底濃端。應指出，操作線方程式及操作線都是由物料衡算得來的，與系統(tǒng)的平衡關系、操作溫度和壓力、塔的結構型式等無關。23在進行吸收操作時，塔內任一截面上溶質在氣相中的實際組成總是高于其平衡組成，所以操作線總是位于平衡線的上方。反之，如果操作線位于平衡線的下方，則應進行解吸過程。由圖8-5可知吸收塔內任一截面處氣液兩相間的傳質推動力是由操作線和平衡線的相對位置決定的。操作線上任一點的坐標代表塔內某一截面處氣、液兩相的組成衡線之間的垂直距離即為該截面上以氣相比摩爾分數(shù)表示的吸收）；

與平衡線之間的水平距離則表示該截面上以液相比摩爾分數(shù)（）。

狀態(tài)，該點與平動力（總推表示的吸收總推動力在操作線上至點范圍內，

之間垂直距離（或水平距離）的變化情況，可以看出整個吸收過程中推動力的變化。由操作線與平衡線顯然，操作線與平衡線之間的距離越遠，則傳質推動力越大。二、吸收劑消耗量1．吸收劑的單位耗用量24由逆流吸收塔的物料衡算可知率，如圖8-6所示。

在、、、已知的情況下，吸收塔操作線的一個端點（、）

已經固定，另一個端點則在的水平線上移動，點的橫坐標取決于操作線的斜圖8-6吸收塔的最小液氣比操作線的斜率稱為液氣比，是吸收劑與惰性氣體摩爾流量的比，即處理含單位千摩爾惰性氣的原料氣所用的純吸收劑耗用量大小。液氣比對吸收設備尺寸和操作25費用有直接的影響。當吸收劑用量增大，即操作線的斜率增大，則操作線向遠離平衡線方向偏移，

如圖8-6中AC線所示，此時操作線與平衡線間的距離增大，即各截面上吸收推動力（）增大。

若在單位時間內吸收同樣數(shù)量的溶質時，設備尺寸可以減小，設備費用降低；但是，吸收劑消耗量增加，出塔液體中溶質含量降低，吸收劑再生所需的設備費和操作費均增大。

若減少吸收劑用量，減小，操作線向平衡線靠近，傳質推動力（）

必然減小，所需吸收設備尺寸增大，設備費用增大。當吸收劑用量減小到使操作線的一個端點與平衡線相交，如圖8-6中AD線所示，在交點處相遇的氣液兩相組成已相互平衡，此時傳質過程的推動力為零，因而達到此平衡所需的傳質面積為無限大（塔為無限高）。這種極限情況下的吸收劑用量稱為最小吸收劑用量，用表示，相應的液氣比稱為最小液氣比，用表示。

顯然，對于一定的吸收任務，吸收劑的用量存在著一個最低極限，若實際液氣比小于最小液氣比時，便不能達到設計規(guī)定的分離要求。26由以上分析可見，吸收劑用量的大小，從設備費與操作費兩方面影響到生產過程的經濟效益，應選擇一個適宜的液氣比，使兩項費用之和最小。根據(jù)實踐經驗，一般情況下取操作液氣比為最小液氣比的1.1～2.0倍較為適宜。即；

必須指出，為了保證填料表面能被液體充分潤濕，還應考慮到單位時間每平方米塔截面上流下的液體量（稱為噴淋密度）不得小于某一最低允許值。如果按上式算出的吸收劑用量不能滿足充分潤濕填料的起碼要求，則應采用更大的液氣比。2．最小液氣比的求法最小液氣比可用圖解或計算法求出（1）圖解法一般情況下，平衡線如圖8-6（a）所示的曲線，則由圖讀出與相平衡的

的數(shù)值后，用下式計算最小液氣比：

27最小液氣比：（2）計算法若平衡線為直線并可表示為時，則上式可表示為如果平衡線為圖8-6（b）所示的曲線，則應過點作平衡曲線的切線，由圖讀出點的橫坐標的數(shù)值，代入式（8-25）計算最小液氣比。

三、填料塔直徑的計算吸收塔的塔徑可根據(jù)圓形管道直徑計算公式確定，即式中——吸收塔的內徑，m；28——操作條件下混合氣體的體積流量，m3/s；——空塔氣速，即按空塔截面積計算的混合氣速度，m/s。其值約為到

m/s不等，適宜的數(shù)值由實驗或經驗式求得。在吸收過程中，由于吸收質不斷進入液相，故混合氣量由塔底至塔頂逐漸減小。在計算塔徑時，一般應以入塔時氣量為依據(jù)。四、填料層高度的計算為了達到指定的分離要求，吸收塔必須提供足夠的氣液兩相接觸面積。填料塔提供接觸面積的元件為填料，因此，塔內的填料裝填量或一定直徑的塔內填料層高度將直接影響吸收結果。就基本關系而論，填料層高度等于所需的填料層體積除以塔截。

面積塔截面積已由塔徑確定，填料層體積則取決于完成規(guī)定任務所需的總傳質

面積和每m3填料層所能提供的氣液有效接觸面積。即：

29上式總傳質面積應等于塔的吸收負荷（單位時間內的傳質量）與塔內傳質速率（單位時間內單位氣液接觸面積上的傳質量）的比值。計算塔的吸收

負荷要依據(jù)物料衡算關系，計算傳質速率要依據(jù)吸收速率方程式，而吸收速率方程中

的推動力總是實際濃度與某種平衡濃度的差額，因此又要知道相平衡關系。所以，填料層高度的計算將涉及物料衡算、傳質速率與相平衡這三種關系式的應用。

填料層高度的確定，可由前述的吸收速率方程式引出，但上述吸收速率方程式中的推動力均表示吸收塔某個截面上的數(shù)值。而對整個吸收過程，氣液兩相的吸收質濃度在吸收塔內各個截面上都不同，顯然各個截面上的吸收推動力也不相同。全塔范圍內的吸收推動力可仿照傳熱一樣用平均推動力表示。前面所述此時為全塔范圍內的吸收速率,它的意義為：單位時間內全塔吸收的吸收質的量

與吸收塔提供的傳質面積的比值,即30即=填料層高度為的填料塔所提供的傳質面積（氣液接觸面積）為：或

將以上二式分別代入上式并整理，得總推動力以氣相組成表示時的公式為：總推動力以液相組成表示時的公式為：31上二式中單位體積填料層內的有效接觸面積a（稱為有效比表面積）值不僅與填料的形狀、尺寸及充填狀況有關，而且受流體物性及流體狀況的影響。a的數(shù)值很難直接測定。

為了避開難以測得的有效比表面積a，常將它與吸收系數(shù)的乘積視為一體，作為一個完

整的物理量來看待，這個乘積稱為“體積吸收總系數(shù)”。譬如及分別稱為氣相體積吸收總系數(shù)及液相體積吸收總系數(shù)，其單位均為kmol/(m3·s)。

當吸收過程的平衡線為直線或操作范圍內平衡線段為直線時，平均推動力取吸收塔頂與吸收塔底推動力的對數(shù)平均值。即==32第四節(jié)填料塔一、填料塔的構造填料塔由塔體、填料、液體分布裝置、填料壓板，等構成，如圖8-7所示。圖8-7填料塔的典型結構填料支承裝置、液體再分布裝置填料塔操作時，液體自塔上部進入，通過液體分布器均勻噴灑在塔截面上并沿填料表面成膜狀流下。當塔較高時，由于液體有向塔壁面偏流的傾向，使液體分布逐漸變得不均勻，因而經過一定高度的填料層需要設置液體再分布器，將液體重新均勻分布到下段填料層的截面上，最后液體經填料支承裝置由塔下部排出。氣體自塔下部經氣體分布裝置送入，通過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相接觸，最后從塔33上部排出。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。填料層內氣液兩相呈逆流接觸，填料的潤濕表面即為氣液兩相接觸的有效傳質面積。二、填料及其特性

1．填料特性填料是具有一定幾何形體結構的固體元件。填料的作用是使氣液兩相的接觸面積增大。料塔操作性能的優(yōu)劣，與所選擇的填料密切相關，因此，根據(jù)填料特性，合理選擇填料顯得猶為重要。填料的主要性能可由以下特征參數(shù)表示。（1）比表面積

（2）空隙率

（3）單位體積內堆積填料的數(shù)目

（4）填料因子（5）堆積密度

除以上特性外，還要從經濟性、適應性等方面去考察各種填料的優(yōu)劣。盡量選用造價低、堅固耐用、機械強度高、化學穩(wěn)定性好及耐腐蝕的填料。342．常用填料常用填料分為實體填料和網體填料兩大類。實體填料包括環(huán)形填料、鞍形填料和波紋填料等；網體填料有鞍形網、網環(huán)等。

用于制造填料的材料可以用金屬，也可以用陶瓷、塑料等非金屬材料。金屬填料強度高，壁薄，空隙率和比表面積均較大，多用于無腐蝕性物料的分離。陶瓷填料應用的最早，其潤濕性能好，但因壁厚，空隙小，阻力大，氣液分布不均勻，傳質效率低，且易破碎，僅用于高溫、強腐蝕場合。塑料填料近年來發(fā)展很快，因其價格低廉，質輕耐腐，加工方便，在工業(yè)上應用日趨廣泛，但潤濕性能差。填料的填充方法可采用散裝或整砌兩種方式。前者分散隨機堆放，后者在塔中成整齊的有規(guī)則排列。裝散裝填料前先在塔內灌滿水，然后從人孔或塔頂將填料倒入，邊倒邊將填料表面扒平，填料裝至規(guī)定高度后，放凈35塔內的水。裝整砌填料，人進入塔內進行排列，直裝到規(guī)定的高度。早期使用的填料為碎石、焦炭等天然塊狀物，后來廣泛使用瓷環(huán)和木柵等人造填料。據(jù)文獻報道，目前散裝填料中金屬環(huán)矩鞍形填料綜合性能最好，而整砌填料以波紋填料為最優(yōu)，下面分別介紹。（1）拉西環(huán)拉西環(huán)是最早的一種填料，為外徑與高度相等的空心圓柱體，如圖8-8（a）圖8-8幾種填料的外形（a）拉西環(huán)；（b）鮑爾環(huán)；（c）階梯環(huán)；（d）弧鞍；（e）矩鞍；（f）金屬矩鞍36所示，它是具有內外表面的環(huán)狀實壁填料。拉西環(huán)形狀簡單，制造容易，但當拉西環(huán)橫臥放置時，內表層不易被液體潤濕且氣體不能通過，而且彼此容易重疊，使部分

表面互相屏蔽，因而氣液有效接觸面積降低，流體阻力增大。（2）鮑爾環(huán)鮑爾環(huán)填料是在拉西環(huán)填料的基礎上加以改進而研制的填料，如圖8-8（b）所示。其結構是在拉西環(huán)的側壁上開出一排或兩排位置交錯的窗口，窗口的一邊仍與圓環(huán)本體相連，其余邊向內彎向環(huán)的中心以形成舌片，而在環(huán)上形成開孔。無論鮑爾環(huán)如何堆積，其氣液流通順暢，氣體阻力大大降低，液體有多次聚集、滴落和分散的機會，并且內外表層均可有效利用。此外，使用鮑爾環(huán)填料不會產生嚴重的偏流和溝流現(xiàn)象，因此，即使填料層較高，一般也不需要分段，并無須設置液體再分布裝置。（3）階梯環(huán)階梯環(huán)填料是在鮑爾環(huán)填料的基礎上加以改進而發(fā)展起來的一種新型填料，如圖8-8（c）所示。其結構與鮑爾環(huán)相似，只是長徑比略小，其高度通常只有直徑的一半，環(huán)上也有開孔和內彎的舌片。因階梯環(huán)的一端有向外翻的喇叭口，故散裝堆37積過程中環(huán)與環(huán)之間呈點接觸，互相屏蔽的可能性大為減少，使床層均勻且空隙率增大，是目前使用的環(huán)形填料中性能最佳的一種。（4）鞍形填料鞍形填料有弧鞍與矩鞍兩種。鞍形填料是敞開型填料，其特點為表面全部敞開，不分內外，液體在表面兩側均勻流動，流體通道為圓弧形，使流體阻力減小。（5）金屬鞍環(huán)填料金屬鞍環(huán)填料是綜合了鮑爾環(huán)填料通量大及鞍形填料的液體再分布性能好的優(yōu)點而開發(fā)出的新型填料，如圖8-8（f）所示。（6）波紋填料波紋填料是一種整砌結構的新型高效填料，。由許多層波紋薄板或金屬圖8-9波紋填料的結構網組成，有高度相同但長度不等的若干塊波紋薄板配排列成波紋填料盤（其結構如圖8-9所示）。波紋與水平方向成45°傾角，相鄰盤旋轉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38盤的直徑略小于塔體內徑，若干塊波紋填料盤疊放于塔內。氣液兩相在各波紋盤內呈曲折流動以增加湍動速度。三、填料塔的附屬設備1.填料支承板支承填料的構件稱為填料支承板。氣體流經支承板的通道截面積不能低于填料層的空隙率，否則將增大壓力降，降低生產能力，其機械強度應足以支承填料的重量。常用的填料支承板有柵板式式及升氣管式。2.液體噴淋器一般填料塔塔頂都應裝設液體噴淋器，以保證從塔頂引入的液體能沿整個塔截面均勻的分布進入填料層，否則部分填料得不到潤濕，將會降低填料層的有效利用率，影響傳質效果。常見的噴淋器有管式噴淋器、蓮蓬式噴灑器及盤式分布器。3.液體再分布器填料塔操作時，因為塔壁面阻力小，液體沿填料層向下流動的過程中有逐漸離開中心向39塔壁集中的趨勢。這樣，沿填料層向下距離愈遠，填料層中心的潤濕程度就愈差，形成了所謂“干錐體”的不正常現(xiàn)象，減小了氣、液相有效接觸面積。當填料層很高時，克服“干錐體”現(xiàn)象的措施是沿填料層高度每隔一定距離，裝設液體再分布器，使沿塔壁流下的液體再流向填料層中心。常用的液體再分布器有錐形及槽形兩種形式。4.氣體分布器填料塔的氣體進口裝置應能防止淋下的液體進入進氣管，同時能使氣體分布均勻。對于直徑500mm以下的小塔，可使進氣管伸到塔的中心，管端切成45°向下的斜口即可。對于大塔可采用喇叭形擴大口或多孔盤管式分布器。5.排液裝置塔內液體從塔底排出時，應采取措施既能使液體順利流出，又能保證塔內氣體不會從排液管排出。為此可在排液管口安裝調節(jié)閥門或采用不同的排液阻氣液封裝置。6.除霧器若經吸收處理后的氣體為下一工序的原料，或吸收劑價昂、毒性較大時，從塔頂排出40的氣體應盡量少夾帶吸收劑霧沫，需在塔頂安裝除霧器，常用的除霧器有折板除霧器、填料除霧器及絲網除霧器。四、填料塔內的流體力學特征圖8-10壓降與空塔氣速關系圖填料塔內的流體力學特性包括氣體通過填料層的壓降、液泛速度、持液量（操作時單位體積填料層內持有的液體體積）及氣液兩相流體的分布等。氣體通過填料層的壓降圖8-10在雙對數(shù)坐標系下給出了在不同液體噴淋量下單位填料層高度的壓降與空塔氣速的定性關系。圖中最右邊的直線為無液體噴淋時的干填料，即噴淋密度L=0時的情形；其余三條線為有液體噴淋到填料表面時的情形，并且從左至右噴淋密度遞減，即L3>L2>L1。由于填料層內的部分空隙被液體占據(jù)，使氣體流動的通道截面減小，同一氣速下，噴淋密度越大，41壓降也越大。對于不同的液體噴淋密度，其各線所在位置雖不相同，但其走向是一致的，線上各有兩個轉折點，即圖中、各點，

（、、…）點稱為“截點”，

(、、…)點稱為“泛點”。

這兩個轉折點將曲線分成三個區(qū)域：（1）恒持液量區(qū)這個區(qū)域位于點以下