化工原理第八篇第五节、第六节、第七节
化工原理课件(天大版)第八章 干燥
t 湿球温度计
天津商学院本科生课程 化工原理
12/22
§8.1 湿空气的性质及湿度图
6．绝热饱和温度tas 在与外界绝热情况下，空气 与大量水经过无限长时间接触后， 空气温度与水温相等，称这一稳 定的温度为湿空气的绝热饱和温 度，用tas表示。
tas
补充水 tas 饱和空气
tas,Has, Ias
天津商学院本科生课程 化工原理
2/22
§8 概述
传导干燥 热能通过传热壁面以传导方式传给物料，产生的湿 分蒸气被气相（又称干燥介质）带走，或用真空泵 排走。例如纸制品可以铺在热滚筒上进行干燥。 对流干燥
以干燥介质：热空气、 湿分：水为例
干 燥 法
热能以对流方式加入物料，产生的蒸气被干燥介质所带走。
cH cg cv H 1.01 1.88 H
c H f H
天津商学院本科生课程 化工原理
9/22
§8.1 湿空气的性质及湿度图
4．湿空气的焓I
kJ/kg 干气
焓----kJ/kg
I I g Iv H
cg cv H t r0 H
1.01 1.88H t 2490H
50％ 为宜；室温达18℃ 时，相对湿 度应控制在30%—40％ 。 7/22
pv p s H 0.622 0.622 相对湿度代表湿空气的不饱和程度。 P p s P pv
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§8.1 湿空气的性质及湿度图
1kg干空 气的体积 Hkg水气 体积 H 1kg干空 气
传质、传热同时发生
本章重点讨论以空气作干燥介质，以水为湿份的对流干燥过程。
天津商学院本科生课程 化工原理
化工原理-8章总结
b 级式接触
图9-2 填料塔和板式塔
规整填料 散装填料 塑料丝网波纹填料 塑料鲍尔环填料
本章所做基本假定：
（1）气体混合物中只有一个组分溶于溶剂，其余组分可
视为一个惰性组分。
（2）溶剂的蒸气压很低，挥发损失可忽略不计。
——气相中仅包括一个惰性组分和一个可溶组分 液相中包含可溶组分和溶质
第二节 气液相平衡
8.4 相际传质
8.4.1 相际传质速率（总传质速率）
气膜控制:
当1/ky>>m/kx时，Ky≈ky，传质阻力主要集中于气相， 称为“气膜控制”，若要提高吸收速率，即增大气相湍动程度。
液膜控制:
当1/kx>>1/mky时，Kx≈kx，传质阻力主要集中于液相，
称为“液膜控制”，若要提高吸收速率，即增大液相湍动程度。
反，通过截面净物质量为零，则称此扩散为等分子反向扩散。
2、主体流动
A可溶于液相 B完全不溶于液相 液相不挥发
主体移动：在压力差的作用下，单相主体向界面移动称为 总体流动，总体流动造成A，B向同一方向移动。 ——只要不满足等分子反向扩散条件，都必然出现主体流动
三、分子扩散的速率方程
漂流因子恒大与1，因此单向扩散传质速率大于等摩尔反向扩散。
物理吸收：吸收过程溶质与溶剂不发生显著的化学反应。
如用水吸收二氧化碳、用水吸收乙醇或丙醇蒸
汽、用洗油吸收芳烃等。 化学吸收：溶质与溶剂有显著的化学反应发生。 如用NaOH溶液吸收CO2、用稀硫酸吸收氨等过 程。化学反应能大大提高单位体积液体所能吸
收的气体量并加快吸收速率。但溶液解吸再生
较难。 ——被利用的条件：可逆性；较高的反 应速率
吸收速率方程式小结
1、以传质分系数表示的吸收速率方程式：
化工原理,第8-9章
第八章 传质过程导论第一节 概述8-1 化工生产中的传质过程均相物系的分离（提纯，回收）1.吸收2.气体的减湿3.液－液萃取4.固－液萃取（浸沥，浸取）5.结晶6.吸附（脱附）7.干燥 8精馏 目的：湿分离或混合8-2 相组成的表示法1. 质量分率和摩尔分率m m a A A =m ma B B = mm a C C = ………. ......+++=C B A m m m mA,B 两组分 a a -1 n n x A A =n nx B B = nn x C C = ……. ......+++=C B A n n n n .......1+++=C B A x x x互换 A A A A A m m a m m x ==BB B m ma x = ……. ∑=++=i i i B B A A m a m m m a m m a n ...... ()....,,C B A i = 故 ∑==i iiAAA A m a m a n n x iiiA A A m x m a a ∑=2.质量比和摩尔比质量比 B A m m a /=摩尔比 B A n n X =()a a a -=1 ()x x X -=1()X X x -=13．浓度质量浓度 V m C A A = 3/m kg摩尔浓度 V n C A A = 3/m k m o l均相混合物的密度ρ即为各组分质量浓度的总和（体积与混合物相等）∑=++=i B A C C C ........ρρA V ma V m C A A A ===C x V n x V n C A A A A ===混合气体 RTp V n C A A A ==RTp M V n M V m C AA A A A A ===气体总摩尔浓度 RTpV n C ==摩尔分率与分压分率相等 pp n n y AA A ==气体混合物摩尔比可用分压比表示 BB AA B B A A B A M p M p M n M n n n Y ===第二节 扩散原理8-3 基本概念和费克定律分子扩散： 扩散速率与浓度梯度成正比 费克定律： 对双组分物系下表达为： dzdl D J AABA -= A J —分子A 的扩散通量 s m kmol ⋅2/ 方向与浓度样应相反 AB D —比例系数 组分A 在介质B 中的扩散系数 s m /2A c —组分A 浓度，3/m kmoldz dc A —组分A 的浓度梯度 4/m kmol RT p c A A =得 dzdp RT D J AAB A -= 定义A J 通过得截面是“分子对称”得，即有一个A 分子通过某一截面，就有一个B 分子反方向通过这一截面，填补原A 分子得空部位，这种分子对称面为固定时，较为简便。
化工原理课程教学大纲
《化工原理》课程教学大纲（2002年制订，2004年修订）课程编号：200042英文名：Principle of Chemical Engineering课程类别：专业主干课前置课：高等数学、物理学、物理化学后置课：化工设计与概算学分：6学分课时：108学时主讲教师：马云选定教材：姚玉英主编，化工原理，天津：天津科学技术出版社，2004年版课程概述：以化工生产中的物理加工过程为背景，按其操作原理的共性归纳成的若干“单元操作”，其中有流体流动与输送、沉降、过滤、传热、蒸发、蒸馏、吸收、萃取、干燥等，使学生通过学习，掌握单元操作的基本原理以及典型设备的构造与工艺尺寸的计算，以便在化工生产、科研和设计工作中达到强化生产过程，提高设备能力及效率，降低设备投资及产品成本，提高产品质量。
本教学大纲适用于应用化学专业学生。
教学目的：本课程是在学生学完预修课程: 高等数学、物理学和物理化学等课程学习的基础上开设的一门专业基础课，是一门工程学科的课程。
使学生掌握研究化工生产中各种单元操作的基本原理，过程设备和计算方法。
培养学生具有运用课程有关理论来分析和解决化工生产过程中常见实际问题的能力。
并为后续专业课程的学习打下必要的基础。
教学方法：本课程涉及的面较广，半经验和经验的东西较多，内容又比较庞杂，学生学起来有一定难度。
因此，需要合理继承传统媒体和恰当引入现代教学媒体，将不同的教学媒体类型进行优化组合，各展其长，让教学媒体发挥最大的效能。
并且采用开放式的教学方法：1、引导式教学的关键是提出问题，教师通过提出问题引出主题，解释相关概论，提出具体问题的重点。
提出问题可以激发学生学习的兴趣和活跃学生的思维。
2、讨论式教学是打开学生思维大门的钥匙，采用自学讨论式和启发讨论式，可以充分发挥学生的主体作用。
3、反馈式教学是教师挑那些既是重要概论又是学生易出错的题目，每章学完后让学生做练习，然后教师做讲评，使学生练得多、见得多，因而能够举一反三。
化工原理ppt
2-2
1-1
Ws1
Ws2
如上图所示：
根据质量守恒定律，有：
Ws1=Ws2
而 Ws1=u1·A1·ρ1 Ws2=u2·A2·ρ2
A1=d12·π/4
A2=d22·π/4
代入有： u1/u2= d22/ d12 ， 此式即为连续性方程。
三、能量守恒与柏努利方程 流体在做定态流动时，根据能量守恒定律，对任意截面进行能量衡算。 1、定态流动时的总能量衡算 A、内能 物质内部能量的总和，用U表示。单位是:kJ/kg B、位能 物体因受重力作用，在不同的高度所具有的能量。m.g.z(kJ/kg) C、动能 物体因运动而具有的能量。m·u2/2 D、静压能 流体的静压强是推动流体流动的动力，即静压强对流体做功。p·Vs（kJ/kg） E、热 流体温度变化，而带来的热能的变化，被加热则为为正，被冷却则为负。 用Q来表示。（kJ/kg） F、功 流体流动获得机械能为正（用We来表示）；流体损失机械能为负(用Hf表示)。
对一般工程问题我们不需要讨论单个分子的运动。而是将流体看成由 无数个质点（或微团）所组成的一个连续介质。这就是我们所谓的连续性 假设。
实践证明，在绝大部分情况下是成立的。
1.1 流体的基本性质
一、流体的密度
单位体积的流体所具有的质量。
表达式：
m
V
式中： m－流体的质量（kg） Ｖ－流体的体积（m３） ρ－流体的密度（kg·m－３）
实验证明：F∝ u S
y
引入比例系数μ
F=μ u S μ就是流体的粘度。 y
单位面积上的内摩擦力：
τ=
F μ du S dy
2）、流体的粘度
根据上式可以看出：流体粘度的物理含义是：使流体产生单位
陈敏恒化工原理课件第八章
即回收率要求愈高，塔高愈高
8.5.4 吸收塔的操作型计算 一、操作型计算的命题
（1）第一类命题
给定条件：H , L,G, x2, y1, y f (x) 流动方式，K ya 或 K xa
计算目的： y2 ( ) ，x1
（2）第二类命题
给定条件：H ,G, y1, y2, x2, y f (x) 流动方式，K ya 或 K xa
试比较 H1, H2, H3 的大小
解：HOG C H NOG x2 0
y1 mx2 y1 1 y2 mx2 y2 1 η
NOG
1 1 mG
ln 1
mG L
1
1
mG L
L
mG C L
当1 2 时 ，NOG1 NOG2 即 H1 H 2
当 1 3 时 ，NOG1 NOG3 即 H1 H3
L G
(1.1~
2.0)( L G
)min
四、解吸塔的最小气液比
G L
min
x1 x2 y1e y2
五、吸收剂再循环
入塔吸收剂浓度：
x2
'
θx1 x2 1 θ
吸收剂再循环，塔内实际 L G , x2 ' 。若分 离要求 y2不变，则 x1 不变，但 Δym ，对吸
收过程不利。
但在下列两种情况下是有利的： （1）吸收过程有显著的热效应 （2）吸收目的在于获得浓度较高的液相产品 六、塔内返混的影响
六、传质单元数与传质单元高度
令：H OG
G Kya
，NOG
y1 dy y2 y ye
H HOG NOG
令：H OL
L Kxa
化工原理完整教材课件
(下标"0"表示标准状态)
(1-3a)
1.2.1.2 气体的密度
或
1.2.2 流体的压强及其特性
垂直作用于单位面积上的表面力称为流体的静压强,简称压强。流体的压强具有点特性。工程上习惯上将压强称之为压力。 在SI中，压强的单位是帕斯卡，以Pa表示。但习惯上还采用其它单位，它们之间的换算关系为： （2） 压强的基准 压强有不同的计量基准：绝对压强、表压强、真空度。
1.1.2 流体流动的考察方法
流体是由大量的彼此间有一定间隙的单个分子所组成。在物理化学（气体分子运动论）重要考察单个分子的微观运动，分子的运动是随机的、不规则的混乱运动。这种考察方法认为流体是不连续的介质，所需处理的运动是一种随机的运动，问题将非常复杂。 1.1.2.1 连续性假设(Continuum hypotheses) 在化工原理中研究流体在静止和流动状态下的规律性时，常将流体视为由无数质点组成的连续介质。 连续性假设:假定流体是有大量质点组成、彼此间没有间隙、完全充满所占空间连续介质，流体的物性及运动参数在空间作连续分布，从而可以使用连续函数的数学工具加以描述。
图１－２压强的基准和量度
1.2.1.2 流体压强的特性
流体压强具有以下两个重要特性： ①流体压力处处与它的作用面垂直，并且总是指向流体的作用面； ②流体中任一点压力的大小与所选定的作用面在空间的方位无关。
熟悉压力的各种计量单位与基准及换算关系，对于以后的学习和实际工程计算是十分重要的。
2 本章应掌握的内容 （1） 流体静力学基本方程式的应用； （2） 连续性方程、柏努利方程的物理意义、适用条件、解题要点； （3） 两种流型的比较和工程处理方法； （4） 流动阻力的计算； （5） 管路计算。 3. 本章学时安排 授课14学时，习题课4学时。
化工原理 第八章
（8-11）
第二节 吸收过程的相平衡关系
（3）吸收平衡线 表明吸收过程中气、液相平衡关系 的图线称吸收平衡线。在吸收操作中，通常用图来表示。
图8-2吸收平衡线
第二节 吸收过程的相平衡关系
式（8-10）是用比摩尔分数表示的气液相平衡关系。 它在坐标系中是一条经原点的曲线，称为吸收平衡线，如 图8-2（a）所示；式（8-11）在图坐标系中表示为一条经 原点、斜率为m的直线。如图8-2（b）所示。 （4）相平衡在吸收过程中的应用 ①判断吸收能否进行。由于溶解平衡是吸收进行的极 限，所以，在一定温度下，吸收若能进行，则气相中溶质 的实际组成 YA 必须大于与液相中溶质含量成平衡时的组 成 Y ，即YA > Y 。若出现 YA < Y 时，则过程反向进行，为 解吸操作。图8-2中的A点，为操作（实际状态）点，若A Y 点位于平衡线的上方， A > Y 为吸收过程；点在平衡线上，
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化工原理
第八章
吸收
第一节 概述
一、吸收剂的选择
实践证明，吸收的好坏与吸收剂用量关系很大，而吸 收剂用量又随吸收剂的种类而变。可见，选择吸收剂是吸 收操作的重要环节。选择吸收剂时，通常从以下几个方面 考虑： 1．溶解度 吸收剂对于溶质组分应具有较大的溶解度，这样可以 加快吸收过程并减少吸收剂本身的消耗量。 2．选择性 吸收剂要在对溶质组分有良好吸收能力的同时，对混 合气体中的其他组分却能基本上不吸收或吸收甚微，否则 不能实现有效的分离。
第二节 吸收过程的相平衡关系
表8-1某些气体水溶液的亨利系数值（E×10-6/kPa）
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0.38
略好
8
瓷拉西环填料
0.36
略好
9
————————————————————————
2021/1/9
59
第八章 气体吸收
8.7 填料塔 8.7.1 塔填料
一、填料的类型 二、填料的性能及其评价
2021/1/9
60
2021/1/9
30
(
qn,L q n ,V
) max
( q n,L ) q n ,V
q n ,L
q n ,V
2021/1/9
Y
* 2
T*
Y 2
T
Y2
T
Y1 B
X1
X2
解吸塔的最小气液比 31
(
q q
n ,V n ,L
) min
1
(
q q
n ,L n ,V
) max
三、气提解吸的计算
最小气液比可用图解法求得 ：
三、气提解吸的计算
1.操作线方程 气提解吸操作线方程可通过物料衡算获得
Yqn,L qn,V
(XX2)Y2
或
Y
qn,L qn,V
(X
X1)Y1
气提解吸操 作线方程
2021/1/9
25
三、气提解吸的计算
操作线方 程为直线
直线的斜率 q n , L q n ,V
直线通过点
B (X1，Y1) T (X2，Y2)
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20
2.2 MPa
0.1 MPa
1－吸收塔 2－闪蒸罐 3－溶剂泵 4－解吸塔
0.6 MPa
脱碳系统吸收液的减压解吸工艺流程
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21
0.1 MPa
2.2 MPa
0.6 MPa
脱碳系统吸收液的减压气提解吸工艺流程
1－吸收塔；2－闪蒸罐；3－溶剂泵；4－解吸塔；5－气提解吸塔
at
a t ～ 传质面积 ～ 传质效率 a t ～ 流动阻力 ～ 生产能力
2021/1/9
54
二、填料的性能及其评价
(2)空隙率
单位体积填料层的空隙体积称为空隙率，以
表示，其单位为 m3/m3，或以%表示。
分析
～ 流动阻力 ～ 塔压降 ～ 生产能力
～流动阻力 ～ 传质效率
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55
qn,L qn,V
max
Y2* Y1 X2 X1
qqnn,,VLmin(qn,L/q1n,V)max
X2 X1 mX2 X1
最小气液比
qn,V,minm X2X 2XX11qn,L
最小载气用量
2021/1/9
32
三、气提解吸的计算
选择适宜的气液比需进行经济权衡，根据生产 实践经验，取
qn,V
液相在填料塔内靠重力下流，故与重力场有关。
伽利略数
Ga gl3 L2 L2
重力加 速度
伽利略数反映重力 对吸收过程的影响
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一、准数关联式中常用的准数
5.彼克列(Peclet)数
填料塔内存在气、液两相的返混。
传质
气相彼克列数
效率
降低
PG e RG eS G c dDeuAGB
液相彼克列数
PeLReLScLdDeA uLB
彼克列数反映混合特 性对吸收过程的影响
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二、吸收系数的准数关联式
气膜吸收系数的准数关联式 SG h A (R G )(e SG ) c (P G )e
液膜吸收系数的准数关联式
SL h A (R L )(S e L ) c (G )(P a L )e
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4
水吸收氨过程吸收系数的测定实验流程
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5
二、测定方法
测定数据：
操作温度 t
操作压力 P
空气流量 q n ,V
氨气流量 q n , A 水流量 q n , L
计算进塔气体组成 Y1
出塔气体组成 Y2
出塔液体组成 X1
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6
三、吸收系数的计算
总体积吸收系数KY a 计算公式：
填料名称
评估值
评价
排序
————————————————————————
丝网波纹填料
0.86
很好
1
孔板波纹填料
0.61
相当好
2
金属Intalox填料 0.59
相当好
3
金属鞍形环填料 0.57
相当好
4
金属阶梯环填料 0.53
一般好
5
金属鲍尔环填料 0.51
一般好
6
瓷Intalox填料
0.41
较好
7
瓷鞍形环填料
金属环矩鞍填料
43
一、填料的类型
(3)球形填料与花环填料
球形填料
❖ 多面球填料 ❖ TRI球形填料
花环填料
❖ 花环填料 ❖ 共轭环填料 ❖ 海尔环填料 ❖ 纳特环填料
通常用塑料注塑而成
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多面球形填料
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45
TRI 球形填料
花环填料
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海尔环填料
共轭环填料
吸收系数的准数关联式公式(选读)
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17
第八章 气体吸收
8.5 吸收系数 8.6 其他吸收与解吸 8.6.1 其他吸收过程(选读) 8.6.2 解吸(脱吸)
2021/1/9
18
一、解吸的原理与应用
传质 方向
吸收
气相中的溶质 向液相中溶解
解吸
液相中的溶质 向气相中释放
操作 条件
低温、高压
十字隔 板环
阶梯环
螺旋环 扁环
改变通量，改善气液流动状况
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2021/1/9
拉西环
39
鲍尔环
阶梯环
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40
扁环
一、填料的类型
(2)鞍形填料与环鞍形填料
弧鞍填料
矩鞍填料
改进矩鞍填料
与环形填 料相结合
环矩鞍填料
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弧鞍填料
2021/1/9
42
矩鞍填料
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Z qn,V Y1Y2 KYa Ym
KYaqn,V (Y1Y mY2)VqPn ,G YAm
q n ,G A q n ,V ( Y 1 Y 2 ) q n ,L ( X 1 X 2 )
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7
第八章 气体吸收
8.5 吸收系数 8.5.1 吸收系数的测定 8.5.2 吸收系数的经验公式(选读) 8.5.3 吸收系数的准数关联式
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木格栅填料
格里奇格栅填料
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50
一、填料的类型
(2)波纹填料
目前工业上应用的规整填料绝大部分为波纹填 料，它是由许多波纹薄板组成的圆盘状填料，波纹 与塔轴的倾角有30°和45°两种，组装时相邻两波 纹板反向靠叠。各盘填料垂直装于塔内，相邻的两 盘填料间交错90°排列。
1 1
ln A
或
NTln1Aln11AY Y12 Y Y22**1A
2021/1/9
36
克列姆塞 尔方程
第八章 气体吸收
8.5 吸收系数 8.6 其他吸收与解吸 8.7 填料塔 8.7.1 塔填料
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37
一、填料的类型
1.散装填料 (1) 环形填料
拉西环
勒辛环 鲍尔环
增加填料比表面积
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29
三、气提解吸的计算
2.最小气液比和载气流量的计算
在气提解吸的计算中，通常吸收液的量是已 知的，而载气的用量需通过工艺计算来确定。在 液量一定的情况下，确定载气的用量也即确定气
液比 qn,V / qn,L。
气液比 qn,V / qn,L 的确定方法是，先求出气提
解吸过程的最小气液比 (qn,V /qn,L)min，然后再根据 工程经验，确定适宜（操作）气液比。
获取吸收 系数途径
实验测定 经验公式计算 准数关联式计算
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2
第八章 气体吸收
8.1 吸收过程概述 8.2 吸收过程的相平衡关系 8.3 吸收过程的速率关系 8.4 低组成气体吸收的计算 8.5 吸收系数 8.5.1 吸收系数的测定
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3
一、实验装置与流程
实验测定是获得吸收系数的根本途径。实验测 定一般在已知内径和填料层高度的中间实验设备上 或生产装置上进行，用实际操作的物系，选定一定 的操作条件进行实验。
波纹填料按结构可分为网波纹填料和板波纹填 料两大类。
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金属孔板波纹填料
金属丝网波纹填料
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陶瓷板波纹填料
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塑料板波纹填料
二、填料的性能及其评价
1.填料的几何特性
(1)比表面积
单位体积填料层的表面积称为比表面积，以
表示，其单位为 m2/m3。
分析
qn,L
1.2~2.0(qqnn,,VL)min
适宜气液比
或 q n ,V1 .2~2 .0q n ,V ,min 适宜载气用量
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33
三、气提解吸的计算
3.填料层高度的计算 气提解吸塔填料层高度的计算方法与逆流吸收
塔填料层高度的计算方法完全相同。 (1)传质单元数法
ZHOLNOL
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