第10章-气液传质设备(定稿)

1、第10章气液传质设备知识要点用于蒸馏和吸收塔的塔器分别称为蒸馏塔和吸收解吸塔。通称气液传质设备。本章应重点掌握板式塔和填料塔的根本结构、流体力学与传质特性包括板式塔的负荷性能图。1. 概述高径比很大的设备叫塔器。蒸馏与吸收作为别离过程，基于不同的物理化学原理，但其均属于气液两相间的传质过程，有 共同的特点可在同样的设备中进行操作。1塔设备设计的根本原那么 使气液两相充分接触，以提供尽可能大的传质面积和传质系数，接触后两相又能及时完善别离。 在塔内气液两相最大限度地接近逆流，以提供最大的传质推动力。2气液传质设备的分类 按结构分为板式塔和填料塔 按气液接触情况分为逐级式与微分式通常板式塔为逐级接

2、触式塔器，填料塔为微分接触式塔器。2. 板式塔1板式塔的设计意图：总体上使两相呈逆流流动，每一块塔板上呈均匀的错流接触。2筛孔塔板的构造 筛孔塔板上的气体通道，筛孔直径通常为38mm。 溢流堰为保证塔板上有液体。 降液管一一液体自上层塔板流至下层塔板的通道。3筛板上的气液接触状态筛板上的气液接触状态有鼓泡接触、泡沫接触、喷射接触，比拟见表10-1。表10-1气液接触状态比拟项目鼓泡接触状态泡沫接触状态喷射接触状态孔速很低较咼高两相接触面气泡外表液膜液滴外外表两相接触量少多多传质阻力较大小小传质效率低高高连续相液体液体气体分散相气体气体液体适用物系轻重轻重正系统负系统工业上经常采用的两种接触状态

3、是泡沫接触与喷射接触。由泡沫状态转为喷射状态的临界点称 为转相点。4气体通过塔板的压降包括塔板本身的干板阻力即板上各部件所造成的局部阻力、气体克服板上充气液层的静压力所产生的压力降、气体克服液体外表张力所产生的压力降一般较小，可忽略不计。5筛板塔内气液两相的非理想流动 空间上的反向流动与主体流动方向相反的液体或气体的流动：液沫夹带与气泡夹带。 空间上的不均匀流动：气体沿塔板的不均匀流动与液体沿塔板的不均匀流动。6板式塔的不正常操作现象：液泛夹带液泛与溢流液泛、严重漏液、严重液沫夹带和气泡夹带。7塔板的负荷性能图塔板的负荷性能图用来检验塔的工艺设计是否合理，考核该塔正常操作的气液流量范围，了解

4、塔的操作弹性，判断塔有无增产能力，减负荷能否正常操作等。图10-2塔板的负荷性能图图10-2所示的负荷性能图由以下几条线组成。 液相负荷下限线该线为一垂直线，对于平顶直堰，其位置可根据h°w=6mm确定。假设操作的液相负荷低于此下限时，说明液体流量过低，板上液体流动不能均匀分布，气液接触不良，易产生干吹、偏流等现象， 导致塔板效率急剧下降。 液相负荷上限线液量超过此上限，液体在降液管内停留时间过短，进入降液管内的气泡来不及与液相别离而被 带入下层塔板，造成气相返混，使塔板效率下降，以致出现溢流液泛。此线可根据液体在降液管内 的实际平均停留时间不小于 35s来确定。漏液线气相负荷下限线

5、 漏液线由不同流量下的漏液点组成，其位置漏液点气速确定。实际气相负荷应高于此线，否那么将发生 严重的漏液现象。 过量液沫夹带线气相负荷上限线该线通常以 色=液/kg气为依据确定。假设气液负荷点位于此线上方，说明液沫夹带现象严重， 已不宜米用。 溢流液泛线假设操作的气液负荷超过此线时，塔内将发生液泛现象，使塔不能正常操作。对负荷性能图须了解以下概念。 适宜操作区：由五条线所包围的区域 操作点：操作时气相负荷 V与液相负荷L在负荷性能图上的坐标点。 操作线：通过原点，斜率为 V/L的直线。 塔的上下操作极限：操作线与负荷性能图上两条边界线的交点。 操作弹性：两极限的气相流量之比，即Vmax/Vmi

6、n 。设计时应使操作点位于操作区的中央。假设操作点紧靠某一条边界线，那么负荷稍有波动时，塔 的正常操作即被破坏，此时应调整塔的结构参数或改变气液负荷，使操作点居中。对图 3 个操作点，以 B 为最正确。(8) 全塔效率10-2 所示的ET=N T/N式中：Nt 完成一定别离任务所需的理论板数； N完成一定别离任务所需的实际板数。精馏塔的全塔效率可用 O'Conell 关联式估算，即0.245式中：塔顶与塔底平均温度下的相对挥发度；(10-8)(10-9)ET0.49( L ) 0.245L 塔顶与塔底平均温度下的液相粘度，mPa?s。(9) 塔板类型 有泡罩塔板、浮阀塔板、筛孔塔板、舌

7、形塔板、网孔塔板、垂直筛板、多降液管塔板等。(10) 塔板的性能评价 塔板的性能评价指标有以下几方面： 生产能力大即单位塔截布气体和液体的通量大 塔板效率高即完成一定别离任务所需的板数少 压降低即气体通过的压降低，能耗低。对于精馏系统那么可降低釜温，这对于热敏性物系的别 离尤其重要。 操作弹性大 当操作的气液负荷波动时仍能维持板效率的稳定 结构简单，制造维修方便，造价低廉3. 填料塔(1) 填料塔的特点： 生产能力大； 别离效率高； 压力降小，一般情况下，板式塔的每 个理论级压降约在 MPa，填料塔约为0.01 kPa :持液量小； 操作弹性大，填料塔的操作弹性 决定于塔内件的设计，特别是液体

8、分布器的设计，板式塔的操作弹性那么受到塔板液泛、液沫夹带及 降液管能力的限制。(2) 填料的类型 散装填料 如拉西环填料、鲍尔环填料、球形填料、阶梯环填料、弧鞍填料、矩鞍填料、 金属环矩鞍填料等。 规整填料 如格栅填料、波纹填料、脉冲填料。(3) 填料的性能评价指标：压降通量效率(4) 填料的几何特性 比外表积 单位体积填料层的填料比外表积，m2/m3； 空隙率 空隙率越大，气体通过的能力大且压降低。 填料因子33和&均发生相应的变化,a. 干填料因子 / 3 ：填料未被液体润湿时的 / 3 ，反映填料的几何特性。b. 湿填料因子 ：填料被液体润湿时，填料外表覆盖了一层液膜， 它反映填

9、料的流体力学性能。(4) 填料塔的流体力学特性 p/Zu关系曲线当无液体喷淋，即 L 0时，干填料的p/Z u为直线，其斜率为1.82.0。当有一定喷淋量时，p/Z u的关系变成折线，两个转折点将折线分为3个区。a. 恒持液量区：下转折点 A以下的线段。该区的直线段与L=0线平行。在该区域，气速小，气体流动对液膜的曳力很小，液体流动不受气流的影响，填料外表上覆盖的液膜厚度根本不变，因而 填料层的持液量不变。当气速超过A点时，气体对液膜的曳力较大，对液膜流动产生阻滞作用，使液膜增厚，填料层的持液量随气速的增加而增大，此现象称为拦液。开始发生拦液现象时的空塔气速称为载点气速，曲线上的转折点A,称为

10、载点。B点时，由于液体不能顺利向下 气速增加很小便会引起压降的剧增，UF表示，曲线上的点 B,称为泛点。 10以上。泛点以后，持液量的急骤增b. 载液区：两转折点间的线段。假设气速继续增大，到达图中 流动，使填料层的持液量不断增大，填料层内几乎充满液体。此现象称为液泛，开始发生液泛现象时的气速称为泛点气速，以c. 液泛区：上转折点 B以上的线段。该线段的斜率可达加使液相从分散相变为连续相，而气相那么由连续相变为分散相在液体中鼓泡。因此，泛点又称转相 点。 p/Z Uf的经验关联对于各种乱堆填料，目前工程设计计算中广泛使用Eckert通用关联图计算填料塔的泛点气速中与适宜气速u下的压强降p/Z。

11、通常u (0.50.8)uF。 填料塔内液体的喷淋量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，该极限值称为最小喷淋密 度。U min通常用下式计算Umin=(Lw)min a(10-11)式中：(Lw)min 最小润湿速率，m3/(m h); a 填料的比外表积，m2/m3。最小润湿速率指在塔截面上单位长度的填料周边的最小液体体积流量。通常，dpw 75mm的散装填料，(Lw) min= m3/(m h) ； dp > 75mm 的散装填料，(Lw) min= m3/(m h)。(5) 填料塔的内件填料支承装置注意该装置必须有足够的强度与钢度，能承受填料的质量，填料层的

12、持液量以及操作中附加的压力等；具有大于填料层空隙率的开孔率，防止在此首先发生液泛进而导致整个填料层的液泛；结构合理。 填料压紧装置 液体分布装置 液体收集及再分布装置 除沫器(6) 填料塔的工艺设计计算 填料层的有效高度a. H=HTU< NTUb. H=Nt(HETP) 塔径D(10-12)式中：u操作气速。 核算工艺设计完成后要核算如下工程：a. 填料层的总压降b. 喷淋密度是否大于最小喷淋密度c. 塔径与填料尺寸之比应在 8以下，以保证填料的润湿均匀。d. 填料层有效高度 H与塔径D之比大于某规定值要将填料分段，并增设液体再分布装置。根底知识测试题、选择题1 .以下参数中，属于板式

13、塔结构参数的是()；属于操作参数的是()(A) 板间距(B)孔数(C)孔速(D)板上清液层高度2 以下3类塔板中，操作弹性最大的是()，单板压降最小的是()(A) 筛孔塔板(B)泡罩塔板(C)浮阀塔板3 设计筛板塔时，假设改变某一结构参数，会引起负荷性能图的变化。下面表达中正确的一组(A) 板间距降低，使雾沫夹带线上移(B) 板间距降低，使液泛线下移(C)塔径增大，使液泛线下移(D)降液管面积增加，使雾沫夹带线下移4. O'Connel关联式中粘度与相对挥发度的计算以() 温度为准。D(A)塔顶温度(C)原料温度(B) 塔釜温度(D)塔顶与塔底的算术平均温度5.塔板上设置入口安定区的目

14、的是()，设置出口安定区的目的是 ()。AC(A) 防止气体进入降液管(C)防止越堰液体的气体夹带量过大(B) 防止严重的液沫夹带(D)防止板上液流不均匀6 以下属于散装填料的有()，属于规整填料的有()。(A)格栅填料(B)鲍尔环填料(C)矩鞍填料(D)波纹填料(E)弧鞍填料(F)阶梯环填料7 填料的静持液量与()有关，动持液量与() 有关。(A)填料特性(B)液体特性(C) 气相负荷(D)液相负荷8 对于填料塔的附属结构，以下说法不.正确的选项是()。(A) 支承板的自由截面积必须大于填料层的自由截面积(B) 液体再分布器可改善壁流效应造成的液体不均匀分布(C) 除沫器是用来除去由填料层顶

15、部逸出的气体中的液滴(D) 液泛不可能首先发生于支承板9. 用填料吸收塔别离某气体混合物，以下说法正确的.选项是.()。(A) 气液两相流动参数相同，填料因子增大，液泛气速减小(B) 气液两相流动参数相同，填料因子减小，液泛气速减小(C) 填料因子相同，气液两相流动参数增大，液泛气速减小(D) 填料因子相同，气液两相流动参数减小，液泛气速减小10. 以下说法正确.的选项是.()。(A) 等板高度是指别离效果相当于1m填料的塔板数(B) 填料塔操作时出现液泛对传质无影响(C) 填料层内气体的流动一般处于层流状态(D) 液泛条件下单位高度填料层的压降只取决于填料种类和物系性质二、填空题1 .板式塔

16、是 接触式气液传质设备；填料塔是 接触式气液传质设备，操作时为连续相。2. 从塔板的水力学性能的角度来看，引起塔板效率不高的原因可能是、等现象。3. 在传质设备中，塔板上的气液两相之间可能的接触状态有：、和。板式塔操作的转相点是指 。4. 在对筛板塔进行流体力学校核计算时，如发现单板压降偏大，那么可通过改变等结构参数(任举一种)的方法，使之减小。5. 在设计或研制新型气液传质设备时，要求设备具有 、。6. 对给定的别离任务，板式塔设计得不好会导致液泛。请从设计角度指出可能导致液泛的两个原因：。7 .对逆流操作的填料塔，液体自塔 部进入，在填料外表呈 状流下。8. 通常根据 、和评价填料性能的优

17、劣。9. 液体在填料塔中流下时，造成较大尺度上的分布不均匀性的原因有：和10 .填料操作压降线(p/zu)大致可分为三个区域，即 、和。填料塔操作时应控制在区域。此时，连续相是 ，分散相是。根底知识测试题参考答案一、选择题1. AB ; CD6. BCEF ; AD2. C ; A7. AB ; ABCD3.D8. D4.D5.A ; C9.AC10. D二、填空题1. 逐级；微分或连续；连续2. 过量雾沫夹带，严重漏液，气、液流分布不均匀3. 鼓泡；泡沫；喷射；由泡沫状态转为喷射状态的临界点4. 增大开孔率开孔区面积等5. 传质效率高、生产能力大、操作弹性宽、塔板压降小、结构简单以上答案中任

18、选三个6. 板间距过小，开孔率过小，堰高太低，降液管面积或溢流堰长度太小中任写两个7. 上；膜8比外表积；空隙率；填料的几何形状9.初始分布不均匀；填料层内液流的不均匀性10恒持液量区；载液区；液泛区；载液区。气体；液体解题实例10-1默弗里湿板效率某筛板塔在常压下以苯-甲苯为试验物系，在全回流下操作以测定板效率。今测得由第 两块板自上往下数均为苯的摩尔分数思路分析：。试求第10块板的默弗里湿板效率。9、第 10解：EmV,10X9=0.652mV,10*1ry10y1110全回流Y10X9T操作x 10=0.489YuX10实际板Yw为未知变量且与x 10呈 干衡关系%。yn9Y10Y10Y

19、11yn全回流操作:ynx100.489，Y10X90.653Y10*01 x102.48咤 0.7041 1.48 0.489EmV,100.6530.4890.7040.4890.75810-2精馏塔的总塔效率甲醇-水精馏塔在设计时规定原料组成 关联图估计精馏塔的总塔效率。Xf,均为甲醇的摩尔分数，常压操作。试用O connell思路分析：只要求出 l便可据O conn ell关联图求Et。塔顶与塔底平均温度下轻重组分的相对挥发度-按塔顶与塔底平均温度和加料组成计算的混合液的粘度y=XDX=X W+塔顶温度一一*塔底温度T平均温度平衡气相组成*平衡液相组成相对挥发度解：由教材下册p269附

20、录所给的甲醇-水物系的相平衡数据，查得： t底=93 C, t顶C 平均温度tm= t底+ t顶Ct=804C 时，y488, x301t C时,y 1 x 0.6488 1 0.2301 a1 y x 1 0.6488 0.2301口水3mPa- s, 口甲醇=275mP0S,nl x i 0.4 0.275 0.6 0.353i 16.180.322 mPa'sl 6.18 0.3221.99查教材下册图10-20 O'Connel关联图ET=41%。10-3估计筛板塔的塔径某厂常压操作下的甲苯-邻二甲苯精馏塔拟采用筛板塔。经工艺计算知某塔板的气相流量为2900m3/h,

21、m3/h。试用弗尔的泛点关联图估计塔径。有关物性数据：m3，液相密度为770 kg/m3 mN/m。根据经验选取板间距为 450mm，泛点百分率为80%，单流型塔板，溢流堰长度为75%塔径。思路分析：FlvLh / L 0.5板间距An /u 0.8u fCf20 f (FLV , H T )At AfAnAf/Atf (lw/D) lW/D一0.2 L V、0.5 Uf Cf20F(T)解：Flv5()0.5VhV9.22900(益。.5O.。449查弗尔泛点关联图，得Cf20Uf520(2/2(V)0.50.083(17.5、0.220)(7703.85)0.51.14 m/s3.850.

22、8uf0.8 1.14 0.912 m/sAnVs沁型 0.883 m2lw0.750.912，由教材图10-40查得AfAT AAtAt0.12圆整塔径,0.8830.881.00 m2()0.51.13 m此时AtD241.221.13 m24气体通过面积aAt(1 0.12) 1.13 0.88 0.994 m2Vs 2900An 3600 0.9940.81 m/s液沫夹带量f(Fa)FaUaVs /(At2Af)5.7 10 6 / 即休Un)3.27)泛点百分率 竺 100% 71.0%Uf 1.1410-4估计筛板塔的塔径与塔板流体力学性能验算拟在常压下设计一筛板塔别离甲醇-水混

23、合液。原料中甲醇浓度为40% 摩尔分数，下同，塔顶得到几乎纯的甲醇产品，塔底几乎为纯水。要求年产甲醇4万吨，一年生产300天，每天生产24 h。初步设计结果为：回流比3.5，单流型塔板，板间距 500 mm，弓形降液管，平直堰，堰高50 mm,堰长与塔径之比为 0.75，筛板厚度3 mm，筛孔按正三角形排列，孔径6mm，孔间距18mm。试计算：1泛点率与塔径；2塔板压降；3液沫夹带量；4降液管内泡沫层高度。思路分析：塔径的计算思路同10-4。泛点率为u/Uf。塔板压降的计算思路见下：Unf( , /do)/D)E f(Lh/lWAlW103E(Lh/lw)2/3降液管内泡沫层高度的计算思路见下

24、:Hfhwhowthf hfhf0.153(hw; h°w, hf已求出；液面落差可忽略 Ls )2 需估计Uo lwho?olw Uo解：甲醇与水的物性塔顶产品几乎为纯甲醇，故塔顶温度塔等于常压下甲醇的沸点，塔顶馏出液的物性按纯甲醇计。查教材C。CV 叫 10.325 32041.16 kg/m3RT 8.314 (273.1564.7)101.325 32.04查教材上册p272-273 C下甲醇的密度为 753 kg/m3C下甲醇的外表张力为 塔顶气液两相的体积流量18.3 mN/m。Dm44 101000300 241.54 kg/s(R 1)Dm/ V(3.5 1) 1.5

25、4/1.165.97m3/sRDm / L 3.51.54/ 75337.16 10 m3/s=25.77 m3/h1塔径教材下册p129图10-42中横坐标LSVsRVR 1L3.53.5需 °.0304板间距Ht 500mm。查图10-42得Cf200.096。0.2/ L V、0.5 Uf 5临)(0.096(空严(753 行6)。52.40 m/s20 1.16泛点率取80%，以气体流通面积为基准的净速度气体流通面积lWD0.75，由教材图AtAT0.8uf 0.8Vs5.97u 1.9210-40查得1 0.124At 0 5_D42.40 1.92 m/s3.11m2Af

26、3.11誉 °.123.53 m20.88(3)。.52.12 m-2.223.80 m24气体流通面积Ar(1Al) 3.80 (1 0.12) 3.34 m2At泛点百分率UnAn3.341.79 m/sUnUf1 79100%2.4074.6%(2) 塔板压降a.干板压降 筛孔按正三角形排列，开孔率为d o 220.907()20.907 (6/18)210.08%孔速1.790.100817.76 m/s据 和/do 3/6 0.5,查教材下册图10-45得，孔流系数Co 0.74。故干板压降为b.hd丄卡爲2g L Co證(需)2 0.045 2 m=45.2 mm堰上液层

27、咼度Iw 0.75D0.75 2.2 1.65 mLh/lW.525.77/1.652"7.37 , Q/D0.75，查教材下册图10-48得液流收缩系数E 1.017。堰上液层高度hw 2.84103E(Lh/lW)2/32.84 103 1.017 (25.77/1.65)2/30.018 m=18 mmc. 液层阻力UaVsAt2Af5.973.80 (1 20.12)2.07m/s动能因子 Fa2.23据Fa查教材下册图10-46得充气系数0.57。据堰高hw 50 mm，故hl(hw how)0.57(50 18) 38.8 mm单板压降hf m h 45.2 38.8 =

28、84.0mm(3) 液沫夹带量据亨特经验式5.7 10 6 ( un(Ht Hf3.25.7 1018.3 101.790.5 2.5 0.0388)3'20.0368 kg 液/kg 气塔板不设进口堰，取流体流过降液管底隙的流速Uo0.15 m/s降液管底隙高度3.Ls 7.16 10ho0.029 m=29 mml wuo1.65 0.15降液管阻力Ls 2hf 0.153严)0.153J16 10 3 )20.003 4 m=3.4 mmhf hf4降液管内泡沫层高度 降液管内清液层高度Hdlwh°1.65 0.029液面落差忽略不计，所以降液管内清液层高度Hd hw

29、howhf hf 50 18 0 3.4 84.0 155.4 mm对甲醇-水物系，相对泡沫密度取0.5，那么降液管内泡沫层高度H.空厶310.8 mm0.510-5塔板上的气液接触状态与板上不正常操作现象据习题10-4所作设计，试答复以下问题；1选择板上的气液接触状态。2该塔操作时是否会发生溢流液泛现象？为什么？3塔板在操作时是否会发生严重的气泡夹带现象？为什么？4假设提馏段的塔径及塔板结构与精馏段相同，试计算自塔底算起的第一板的单板压降。当气相流量 增加时，精馏塔的哪一段先出现液泛现象？解：1板上气液两相接触状态选择C下 b水=65.3mN/m, o甲醇=18.3 mN/m ; 100C下

30、 水=58.84mN/m, 甲醇=mN/m。对甲醇一水物系， 6水 o甲醇，为正系统，所以板上的气液两相宜选用泡沫接触状态。2判断是否会发生溢流液泛现象发生溢流液泛的条件是:HdH ThwHdH d据习题 10-4,- 310.8 mm , Ht hw 500 50 550 mm，显然 Ht hw，操作时塔板不会发生溢流液泛现象。3判断塔板在操作时是否会发生严重的气泡夹带现象 液体在降液管内的停留时间为AHHdApAf/厲LsLs0.1554 3.8 0.127.16 109.9 s> 35s故塔板在操作时不会发生严重的气泡夹带现象。4提馏段最后一板的板压降水的物性查教材上册p270，水

31、的摩尔质量 kg/kmol，常压沸点为100 C。查教材上册p265，水的密度为 0.597 kg/m3。塔顶产品D1.54/32.040.048 kmol/s据全塔物料衡算FD/xF 0.048/0.4 0.12 kmol/s塔釜产品WF D 0.12 0.0480.072 kmol/s据恒摩尔假设，有提馏段上升蒸汽量V(R 1)D 4.5 0.048 0.216 kmol/s塔底上一板的气相体积流量 Vs 0.216 18.02/0.597=6.52 m3/s提馏段下降液体量 L RD F 3.5 0.0480.120.288kmol/s塔底上一板的液相体积流量 LS 0.288 18.0

32、2/958.4=5.41 10-3 m3/sL,5.41 10-3 360019.48m3/ha.干板压降UnVsAn型 1.95 m/s3.34孔速UoUn1.950.100819.34 m/s和/do 3/ 6 0.5,查教材下册图10-45得,孔流系数Co 0.74。故干板压降为b.1 v Uo 2 hdV(-)堰上液层咼度Lh/lW.50.5972 g L Co2 9.81958.4(l94)2 0.021 7 m=21.7 mm0.742 519.48/1.655.57 , Q/D0.75 ,查教材下册图10-48得液流收缩系数E 1.018。堰上液层高度%2.8410 3E(Lh/

33、lw)2/32.84 103 1.018 (19.48/1.65)2/30.015 m=15 mmc.液层阻力6.52UaAt 2Af3.80 (1 2 0.12)2.26动能因子Fa2.26. 0.597 1.75据Fa查教材下册图10-46得充气系数0.58。据堰高hw 50 mm，故单板压降hl(hw h°w) 0.58 (50 15) 37.7 mmhfhdhl21.7 37.7 =59.4 mm< 84.0 mm(塔顶单板压降)又溢流液泛的条件为Hd-HThw，Hdhw%whf hf。当气相流量增加时，how根本不变，液面落差忽略不计，降液管阻力hf较小，但干板压降约

34、与气量呈2次方关系，气量增加，干板压降亦增大。但因精馏段板压降高于提馏段，故气量增加时，精馏段首先出现液泛现象。10-6填料的理论板当量高度某填料精馏塔用以以别离氯仿 -1,1-二氯乙烷，在全回流下测得回流液组成 XD X 10-3，残液组成 XWX 10-4均为1, 1-二氯乙烷的摩尔分数。该塔的填充高度 8m，物系的相对挥发度 a=1.1。问该种 填料的理论板当量高度HETP是多少？©(严二N minxdXwlg解：由Fenske方程lg( 8.05 10 3 1 8.65 10 4、lg(34 )18.05 108.65 10122.5(不包括塔釜)lg1.1理论板当量高度 H

35、ETP0.356 mNt 22.510-7估算填料塔直径与每米填料层的压降在装填乱堆25mm 25mm 2mm瓷质拉西环之填料塔内，拟用水吸收空气一丙酮混合气中的 丙酮。混合气的体积流量为 量流量与气体质量流量之比是 气速可取泛点气速的解：M 丙酮 =58.1800 m3/h,内含丙酮体积分数 5%假设kPa、30C下操作，且知液体质2. 34。试估算填料塔直径为多少米？每米填料层的压降是多少？设计60%kg/kmol ,M 空气=29kg/kmol , p=1000kg/m 3yMj0.05 58.1 0.95 29 30.5pMRT101.3 30.58.3141.23(273 30)查教

36、材下册图V)0.5L2.34(!)0.50.082 11 00010-53 得2Uf0.20.15对于水 1.0, L0.801 2 mPa s。查填料的特性数据得450 m-1Uf卫159.810.801 21000、 11.23450 11.67 m/su 0.6uf 0.6 1.67 1.00 m/s4V；4 800/3 6001.000.532m圆整塔径，取实际气气速4 800/3600实际气速下的4VsD2Eckert关联图横坐标值为0.620.786 m/s查教材下册图10-53 得0.20.7862LI9.81450 1 需°.80 1 20.2 °.

37、6;33 3p / Z=245 Pa/m10-8估算每米填料层的压降一个直径为2.4m的填料塔内充填 6m高乱堆25mm的瓷质矩鞍环填料。清水自塔顶通过填料 层流下，温度为30C、压力为1.5 atm的空气自塔下部入塔流过填料层时，塔内气液两相传质接近 液泛。液体质量流量是气体质量流量的8.5倍。假设将填料改为乱堆50 mm钢质Intalox 填料,试估算每米填料层的压降。解：温度为30C、压力为1.5 atm的空气的密度为pMV1.5 101.325 2931.75 kg/m3RT8.314 273 3030 C下水的物性：粘度3l 0.801 2 mPa s,密度 l 995.7 kg/m

38、。对于水1.0。查教材下册表10-4,乱堆25mm的瓷质矩鞍环填料的填料因子320 m-1。Eckert泛点关联图的横坐标值X%0.5 8.5 丄互0.50.356W L995.7查教材下册图10-53中乱堆填料泛点线，得 Y 0.052。故气体流速雪宀丄LV0.0529.81995.710.801 20.2 1.75 320 10.974 m/s查教材下册表10-4 ,乱堆50 mm钢质Intalox 填料时的填料因子140 m-1，其它操作条件不变，故0.2V L2 0 29.81 995.7°974 140 1 亿 0.8012.0.023据X=0.356和Y值，查教材下册图1

39、0-53得每米填料层压降为329 Pa。10-9别离任务，估算塔径和填料层高度矿石焙烧炉出来的锅炉烟气冷却到 30C后送入填料塔。塔内充填25mm瓷质鲍尔环填料。用20 C 清水洗涤空气中的少量 SO2。入塔的炉气流量为 2 000m3/h, SO2的体积分数为2%，要求尾气中SO2 的浓度不超过800 mg/m3(i0i.3kPa, 0C)。试估算塔径和填料层高度。解：气相与液相的物性M so2=64 kg/kmol ,M 空气=29kg/kmol20 C下水的物性：p=998.2 kg/m 3,L 1.004 mPa s,72.67 mN/m。(1)估算塔径入塔气体摩尔质量MyiMi0.0

40、2 64 0.98 29 29.7入塔气体的的密度RT100 29.78.314 (273 30)1.18 kg/m3尾气浓度入塔气摩尔流量y20.8/ 64 8.314 2732.80 10 4101.3 103G100 20007Q QQkmol/h7 9.398.314 303V查教材下册附录(p268) 20 C下 SO2相平衡常数m E/p 3.55/ 0.135.54最小液气比(G)min0.0002855035.0Gx1e x20.02/ 35.5实际液气比(丄)1.5(丄)min1.5 35.0 52.5G G液相摩尔流量L52.5G52.5 79.394 168 kmol/h

41、液相质量流量WL4 16818 7.502 104kg/h气相质量流量W79.3929.7 2.358 104 kg/h查教材下册表10-4,25mm瓷质乱堆鲍尔环的特性数据：比外表积220 m2/m3,填料因子300。流动参数也()0.5W/L7.502 1 041.18 0.54 ()2.358 10998.20.109查教材下册图10-53得对于水1.0，故0.2L0.14Uf0.14g .19.81998.21g ( L)0 1.0040.2 ( 1.18 )300 11/S0.2L V0.7uf0.7 1.97 1.38 m/sDD=0.8m4VsD242 000/3 6000.72

42、m1.38圆整塔径，取实际气速 u4 2000/36001.11 m/s0.82(2)求填料层高度查教材下册(p267)20 C SO2在水中的扩散系数Dl 1.4710 9 m2/s查教材上册(p284)气体粘度共线图，30 C SO2的粘度 SO0.123mPa'；查教材上册(p268)干空气的物理性质,30C空气的粘度air 0.0186 mPa - s；低压下气体混合物的粘度1/2yi iMi1/2yiMi1/20.02 0.123 640.98 0.01860.02 640.981/229垒 0.0217 mPa - s查教材下册表8-1，SO2在空气中的扩散系数Dg0.122 10 4 m2/s查教材下册表10-5，陶瓷填料的临界外表张力61 mN/m。a.传质单元数mG/L 35.5/ 52.50.676(%mx2)/( y2 mx2) y1 / y2 0.02/(2.80104)71.43Nog1In (1 mG八 1 -L1ln(10.676mG) y mx2 mG L y2 mx2L0.676) 71.43 0.676 9.79b.求GlWL0.785D247.502 10 /360041.49 kg/(m2. s)0.785 0.82(c )0.75(61(72.67)0.750.87741