2016化工单元操作（高教版 朱建民主编）教案：模块六项目2 填料塔流体力学特性的测定.docVIP

模块六 气体吸收操作 项目2 填料塔流体力学特性的测定 【教材版本】李祥新、朱建民主编《化工单元操作》，高等教育出版社2009年3月出版。 【教学目标】 1．通过填料塔流体力学性能的测定，学会填料塔流体力学性能的测定方法。 2．掌握吸收过程的有关工艺计算。 【教学重点、难点】 重点：填料塔流体力学性能的测定 难点：吸收过程工艺计算 【教学方法】 采用项目教学法，以行动导向来进行学习，调动学生的学习积极性，注重培养学生规范操作、观察分析、团结合作的能力。根据本项目特点，采用“导入——演示——实训——评价——讲授——讨论”的教学过程，先让学生在完成具体项目的过程中熟悉相应单元操作，然后通过相关知识的学习达到教学目标。 【学时安排】8学时 【教学建议】 先明确本项目的工作任务，根据要求布置实训任务，演示实训操作方法，指导学生按步骤完成实训项目。然后，在学生预习的基础上学习气体吸收的相关知识。 【教学过程】 一、1．填料层的持液量 一定操作条件下，在单位体积填料层内所积存的液体体积，以m3液体/m3填料表示。持液量小则气体流通阻力小，到载点后，持液量随气速的增加而增加。 适当的持液量对填料塔操作的稳定性和传质是有益的。但持液量过大，将减少填料层的空隙和气相流通截面，使压降增大，处理能力下降。 2．填料层的压降 在逆流操作填料塔中，上升气体与下降液膜的摩擦阻力形成了填料层的压降。 在一定的气速下，液体喷淋量越大，压降越大； 在一定的液体喷淋量下，气速越大，压降也越大。 图6-14 填料层的-u关系示意图 图中：直线L0——无液体喷淋（qn，L＝0），称为干填料压力降线。 曲线qn，L 1，qn，L 2，qn，L 3——不同液体喷淋量下填料层的Δp与u的关系（喷淋量qn，L 1＜qn，L 2＜qn，L 3）。 从图中可看出，在一定的喷淋量下，压力降随空塔气速的变化曲线大致可分为三段： （1）恒持液量区 当气速低于A点时，Δp与u近似为一直线，且基本与干填料压力降线平行。 （2）载液区 当气速增大至超过A点时，气体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大而增大，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，A点称为载点。曲线上A点至B点的区域称为载液区。 （3）液泛区 若气速继续增大，到达图中B点时，由于液体不能顺利向下流动，使填料层的持液量不断增大，填料层内几乎充满液体。气速增加很小便会引起压降的剧增，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uF表示。曲线上的B点称为泛点，泛点以上的区域称为液泛区。 通常认为泛点气速是填料塔正常操作气速的上限。 3．液泛 在泛点气速下，液相由分散相变为连续相，而气相则由连续相变为分散相，此时气体呈气泡形式通过液层，气流出现脉动，液体被大量带出塔顶，塔的操作极不稳定，甚至会被破坏，此种情况称为淹塔或液泛。 影响液泛的因素很多，如填料的特性、流体的物性及操作的液气比等。 气体密度越小，液体的密度越大、黏度越小，则泛点气速越大。操作的液气比越大，则在一定气速下液体喷淋量越大，填料层的持液量增加而空隙率减小，故泛点气速越小。 想一想 填料塔操作过程中，怎样判断是载点气速和泛点气速？填料塔液泛应如何处理？ 二、 吸收计算 1．全塔物料衡算 图6-15 逆流吸收塔示意图 qn，V——惰性气的摩尔流量，kmol/h； qn，L——吸收剂的摩尔流量，kmol/h； Y1，Y2——分别为进塔、出塔气相中吸收质的摩尔比； X1，X2——分别为出塔和进塔液相中吸收质的摩尔比。 单位时间内进塔物料中溶质A的量等于出塔物料中溶质A的量 （6-4） 或气相中溶质A减少的量等于液相中溶质A增加的量 （6-4a） 若吸收率η（溶质回收率）确定，气体离开塔的组成Y2为定值： （6-5） （6-6） 这样，通过全塔物料衡算式（6-4a），便可求得塔底排出吸收液的组成X1。 【例6-1】用水作吸收剂，回收空气和丙酮蒸气混合气中的丙酮。已知混合气中丙酮蒸气的体积分数为6%，所处理的混合气中的空气量为1400m3/h，操作在293K和101.3kPa下进行，要求丙酮的回收率达98%。若吸收剂用量为3m3/h，试问吸收塔溶液出口含量为多少？ 解： 按题意，先将组成换算成摩尔比 塔底： 塔顶： 入塔空气流量：kmol/h 吸收剂用量： kmol/h 根据全塔物料衡算式 溶液出口含量为 kmol丙酮/kmol水 2．操作线方程 在m-m截面与塔底间做物料衡算，得