气体吸收(改)课件.ppt

1、 质量传递质量传递热量传递热量传递动量传递动量传递三传三传 是指物质在浓度差、温度差、压力差等推动力作是指物质在浓度差、温度差、压力差等推动力作用下，从一处向另一处的转移，包括相内传质和相用下，从一处向另一处的转移，包括相内传质和相际传质两类。际传质两类。第八章第八章 气体吸收气体吸收本章内容：本章内容：l气液相平衡气液相平衡l分子扩散与分子扩散与FickFick定律定律l吸收过程的传质机理（三种基本理论）吸收过程的传质机理（三种基本理论）l吸收过程中速率的确定吸收过程中速率的确定l通过相平衡和物料衡算分析吸收过程，以及主要操通过相平衡和物料衡算分析吸收过程，以及主要操作参数对吸收过程的影响作

2、参数对吸收过程的影响l运用基础理论，进行吸收塔的设计计算与操作计算运用基础理论，进行吸收塔的设计计算与操作计算l常用吸收塔的结构与选型设计计算常用吸收塔的结构与选型设计计算 固固系系统统：如如干干燥燥操操作作气气操操作作固固系系统统：如如结结晶晶、浸浸取取液液作作液液系系统统：如如液液液液萃萃取取操操液液操操作作液液系系统统：如如蒸蒸馏馏、精精馏馏汽汽等等单单元元操操作作液液系系统统：如如吸吸收收、解解吸吸气气 相相界界面面 水水 pG 气气相相主主体体 pe 液液相相主主体体 传传质质方方向向 Ce CL 空空气气+氨氨气气 吸吸收收 气相气相（乙醇（乙醇-水）水）乙醇乙醇 水水液相液相（乙

3、醇（乙醇-水）水）蒸馏蒸馏8.1 气液传质概述气液传质概述 化工生产中的传质过程化工生产中的传质过程空气空气水水湿物料湿物料干燥干燥 相相界界面面 苯苯 CG 液液相相主主体体 Ce 液液相相主主体体 传传质质方方向向 CL 煤煤焦焦油油（含含苯苯酚酚）液液液液萃萃取取 非均相混合物非均相混合物均相混合物均相混合物分分离离场、电场、磁场等加场，如浓度场、温度加入能量分离剂加入另外一种物质作为方法8.1 气液传质概述气液传质概述吸收的目的吸收的目的（1 1）分离和净化原料气。原料气在加工以前，其）分离和净化原料气。原料气在加工以前，其中无用的或有害的成分都要预先除去。中无用的或有害的成分都要预先

4、除去。（2 2）分离和吸收气体中的有用组分。如从合成氨）分离和吸收气体中的有用组分。如从合成氨厂的放空气中用水回收氨。厂的放空气中用水回收氨。（3 3）某些产品的制取。如制酸工业中用水分别吸）某些产品的制取。如制酸工业中用水分别吸收混合气体中的收混合气体中的HClHCl、SOSO3 3制取盐酸、硫酸。制取盐酸、硫酸。（4 4）废气的治理。生产过程中排放的废气往往含）废气的治理。生产过程中排放的废气往往含有对人体和环境有害的物质，如有对人体和环境有害的物质，如SOSO3 3、H H2 2S S等这类等这类环境保护问题已愈来愈受重视。环境保护问题已愈来愈受重视。吸收的原理吸收的原理 物理吸收和化学

5、吸收：物理吸收和化学吸收：物理吸收是利用混合气中各组分在溶剂中的溶物理吸收是利用混合气中各组分在溶剂中的溶解度的差异分离气体混合物；解度的差异分离气体混合物；化学吸收则是以气体混合物各组分能否在溶剂化学吸收则是以气体混合物各组分能否在溶剂中发生化学反应来分离混合气体。中发生化学反应来分离混合气体。吸收操作中所用的溶剂称为吸收剂（或溶剂吸收操作中所用的溶剂称为吸收剂（或溶剂)，用用S S表示；能溶解的组分称为溶质气体或吸收质，表示；能溶解的组分称为溶质气体或吸收质，以以A A表示，不被吸收的组分称为惰性气体，以表示，不被吸收的组分称为惰性气体，以B B表表示。示。吸收的工业过程吸收的工业过程吸收

6、与解吸流程吸收与解吸流程含苯煤气含苯煤气脱苯煤气脱苯煤气洗油洗油苯苯水水过热蒸汽过热蒸汽加热器加热器冷却器冷却器吸收设备吸收设备填料塔填料塔微分接触微分接触板式塔板式塔级式接触级式接触 吸收的分类吸收的分类1 1、物理吸收和化学吸收、物理吸收和化学吸收2 2、单组分吸收和多组分吸收。如制取盐酸、硫、单组分吸收和多组分吸收。如制取盐酸、硫酸等为单组分吸收，回收苯、治理酸等为单组分吸收，回收苯、治理NONO等为多组等为多组分吸收。分吸收。3 3、等温吸收和非等温吸收、等温吸收和非等温吸收4 4、低浓度气体吸收和高浓度气体吸收、低浓度气体吸收和高浓度气体吸收 相相界界面面 水水 pG 气气相相主主体

7、体 pe 液液相相主主体体 传传质质方方向向 Ce CL 空空气气+氨氨气气 吸吸收收-相际间传质的最终状态相际间传质的最终状态 相平衡相平衡与热平衡不同之处：与热平衡不同之处：达到相平衡时，一般两相浓度达到相平衡时，一般两相浓度不相等。不相等。达到相平衡时，传质过程仍在达到相平衡时，传质过程仍在进行，只不过通过相界面的某一进行，只不过通过相界面的某一组分的净传质量为零，因此属动组分的净传质量为零，因此属动态平衡。态平衡。8.2 气液相平衡气液相平衡 吸收过程进行时，必定存在一定的推动力，这一吸收过程进行时，必定存在一定的推动力，这一推动力与体系的平衡关系有关。混合气体和溶剂在一推动力与体系的

8、平衡关系有关。混合气体和溶剂在一定温度和压力下，经长期充分接触后，达到一种动态定温度和压力下，经长期充分接触后，达到一种动态平衡，即：吸收速率平衡，即：吸收速率=解吸速率。这种状态被称为气液解吸速率。这种状态被称为气液相平衡。相平衡。当吸收速率当吸收速率=解吸速率解吸速率mol/(m2 s)气液两相达到相平衡，此时，溶质在溶液中的浓度用气液两相达到相平衡，此时，溶质在溶液中的浓度用平衡浓度（平衡浓度（xe、ce）来表示；溶质在气相中的浓度用）来表示；溶质在气相中的浓度用平衡分压（平衡分压（ye、pe）来表示。）来表示。气液相平衡气液相平衡气体的溶解度气体的溶解度 由图可以看出：由图可以看出：温

9、度升高，温度升高，气体的溶解度下降；气体的溶解度下降；压力升高，压力升高，气体的溶解度上升。气体的溶解度上升。结论：低温高压有利结论：低温高压有利于吸收，高温低压有于吸收，高温低压有利于解吸。利于解吸。氨在水中的溶解度氨在水中的溶解度液相中氨的摩尔数液相中氨的摩尔数气相中氨的分压气相中氨的分压60504030亨利定律亨利定律 体系：一定温度；混合气体总压不高（体系：一定温度；混合气体总压不高（Ppe=E x(or x xe)时，过程为吸收过程。时，过程为吸收过程。当当p xe)时，时，过程为解吸过程。过程为解吸过程。2、过程的推动力、过程的推动力浓度差的计算浓度差的计算 平衡是过程的极限，只有

10、不平衡的两相互平衡是过程的极限，只有不平衡的两相互相接触才会发生气体的吸收或解吸。相接触才会发生气体的吸收或解吸。结论：实际浓度偏离平衡浓度越远，过程推动力越大，结论：实际浓度偏离平衡浓度越远，过程推动力越大，过程的速率也越快。过程的速率也越快。以气相分压差表示吸收过程的推动力：以气相分压差表示吸收过程的推动力：p=p pe 或或 y=y ye 以液相分压差表示吸收过程的推动力：以液相分压差表示吸收过程的推动力：x=xe x 或或 c=ce c前提：逆流吸收，塔高无限前提：逆流吸收，塔高无限2,2min2,mxyyLemyxL1max,13、确定过程的极限、确定过程的极限过程的方向、极限过程的

11、方向、极限 相平衡相平衡过程的速率过程的速率？填填料料表表面面气气液液界面界面溶质分子运动过程溶质分子运动过程气相主体气相主体 界面界面 （扩散）（扩散）界面上溶解界面上溶解 （溶解）（溶解）界面界面 液相主体液相主体（扩散）（扩散）吸收包括三个步骤吸收包括三个步骤 合理简化：合理简化：上述过程中，第二步即界面上发生的溶解过程上述过程中，第二步即界面上发生的溶解过程很容易进行，其阻力极小。因此，通常认为截面上很容易进行，其阻力极小。因此，通常认为截面上气、液两相的溶质浓度满足平衡关系，即我们可以气、液两相的溶质浓度满足平衡关系，即我们可以认为在气、液两相截面上总保持两相的平衡。认为在气、液两相

12、截面上总保持两相的平衡。总过程速率将由两个单相即气相和液相内的传总过程速率将由两个单相即气相和液相内的传质速率所决定。质速率所决定。气相中的传质速率：气相中的传质速率：根据物质在单相中的传递机理分：根据物质在单相中的传递机理分：分子扩散（靠分子运动）分子扩散（靠分子运动）：静止、层流：静止、层流对流传质（分子扩散对流传质（分子扩散+涡流扩散）涡流扩散）：湍流：湍流对流传质的速率对流传质的速率 分子扩散的速率分子扩散的速率z 流体内部存在某一组分的浓度差，分子的微流体内部存在某一组分的浓度差，分子的微观运动使组分由浓度高处传递至浓度较低处。观运动使组分由浓度高处传递至浓度较低处。流体的宏观运动也

13、将导致物质的传递，对流流体的宏观运动也将导致物质的传递，对流传质与对流传热相类似，通常发生于流体与某一传质与对流传热相类似，通常发生于流体与某一界面之间的传质。界面之间的传质。dzdCDJAABzA ,相相界界面面 气气相相 液液相相 传传质质方方向向 扩扩散散通通量量，kmol/m2 s表示扩散方向与浓度梯度方向相反表示扩散方向与浓度梯度方向相反A 在在 B 中中的的扩扩散散系系数数 m2/s 一费克定律一费克定律 8.3 分子扩散分子扩散费克定律的其它表达形式：费克定律的其它表达形式：dzdpRTDdzRTpdDdzdxCDJAABAABAABzA ,说明：说明：（1）JA,z是相对扩散通

14、量是相对扩散通量（绝对扩散通量用（绝对扩散通量用NA,z表示）表示）（2）DA,B是物性之一是物性之一),(,xTPfDBA 一费克定律一费克定律 DA,B（气）（气）10-5m2/sDA,B（液）（液）10-9m2/s DA,B（固）（固）1）代表总体流动的影响代表总体流动的影响 三双组分、一维、稳态分子扩散过程举例三双组分、一维、稳态分子扩散过程举例 阻阻力力推推动动力力 CDzCCCCCCCzzDNmmBAABBBzA212112,NB=0 NA A相相界界面面 单向扩散对对照照：等等摩摩尔尔相相互互扩扩散散 2112,AAzACCzzDN 思考：思考：混合气中混合气中A A组分的浓度愈

15、高，漂流因数则组分的浓度愈高，漂流因数则愈如何变化？为什么？愈如何变化？为什么？NB BNAA相相界界面面等摩尔相互扩散 2112,AABzACCCCzzDNm 漂流因数漂流因数（1）代表总体流动的影响代表总体流动的影响 三双组分、一维、稳态分子扩散过程举例三双组分、一维、稳态分子扩散过程举例若若在在1,1ACz，ACz,范范围围内内积积分分得得：AACCAAzzzACCdCCDdzN11,11lnln11,BBAAzACCzzCDCCCCzzCDN 121121lnlnzzzzCCCCBBBB 1212lnln1212,BBAAzACCzzCDCCCCzzCDN CB2 CB1CA1 CA2

16、 z 相界面相界面 三双组分、一维、稳态分子扩散过程举例三双组分、一维、稳态分子扩散过程举例传传质质系系数数的的确确定定：类类比比法法边边界界层层积积分分解解边边界界层层分分析析解解解解析析法法实实验验方方法法影影响响对对 流流传传 质质系系 数数的的因因 素素：流流体体 物物性性、流流动动状状 况况、界界 面面几几 何何形形状状 等等因因 素素。传质系数传质系数8.4 对流传质对流传质 对流传质通常指运动流体与界面（固体壁面或流对流传质通常指运动流体与界面（固体壁面或流体界面）间由于涡流或脉动作用所造成的质量传递，体界面）间由于涡流或脉动作用所造成的质量传递，是相际间传质的基础。是相际间传质

17、的基础。2121ppkCCkNGLA对流传质方程：对流传质方程：表面更新模型溶质渗透模型双膜模型）停滞膜模型(1、传质理论简介、传质理论简介 一、实验关联法一、实验关联法 pG pi 传传质质方方向向 Ci 气气相相主主体体 液液相相主主体体 CL G L z 距距离离 双双膜膜模模型型 组组成成（1）双膜理论模型）双膜理论模型 要点：要点：(1)相界面两侧流体的对流相界面两侧流体的对流传质阻力全部集中在界面两传质阻力全部集中在界面两侧的两个停滞膜内，膜内传侧的两个停滞膜内，膜内传质方式为分子扩散。质方式为分子扩散。(2)相界面上没有传质阻力，相界面上没有传质阻力，即可认为所需的传质推动力即可

18、认为所需的传质推动力为零，或气液两相在相界面为零，或气液两相在相界面处达到平衡。处达到平衡。1、传质理论简介、传质理论简介气膜气膜 液膜液膜 气气膜膜 液液膜膜 pG pe 传传质质方方向向 Ce 气气相相主主体体 液液相相主主体体 CL G L z 距距离离 双双膜膜模模型型 组组成成 1、传质理论简介、传质理论简介双膜模型缺陷：双膜模型缺陷：只适用与有固定相界面的情形只适用与有固定相界面的情形；由由 BmLLLCCDk 知知LLDk，与实际不符，与实际不符 界面阻力不计，这是一个尚有争议的问题界面阻力不计，这是一个尚有争议的问题 1、传质理论简介、传质理论简介界面界面 CAi 23 4 C

19、A0 10 距界面距离距界面距离经推导，得经推导，得LLDk，与实验结果相吻合。与实验结果相吻合。特点：强调形成稳定浓度梯度的过特点：强调形成稳定浓度梯度的过 渡阶段渡阶段 缺陷：认为各批旋涡与气相接触的缺陷：认为各批旋涡与气相接触的 时间相同时间相同（2）溶质渗透模型：希格比（）溶质渗透模型：希格比（Higbie）1935年提出，年提出，1、传质理论简介、传质理论简介相界面微团cAeC0AC（Higbie）认为流体在相界面上暴露的时间很短，溶质不可能）认为流体在相界面上暴露的时间很短，溶质不可能在膜内建立起如双膜理论假设的那种稳定的浓度分布。在膜内建立起如双膜理论假设的那种稳定的浓度分布。（

20、3）表面更新模型：）表面更新模型：由丹克沃茨（由丹克沃茨（Danckwerts）1951年提出，是溶质渗透年提出，是溶质渗透模型的修正。模型的修正。1、传质理论简介、传质理论简介ABcSDk 2、对流传质系数的经验关联式、对流传质系数的经验关联式传质过程中的重要准数：传质过程中的重要准数：通过因次分析发现，对流传质中涉及的准数共有以下几个：通过因次分析发现，对流传质中涉及的准数共有以下几个：Re-雷诺数雷诺数 Sc-施米特（施米特（Schmidt）准数，）准数，（与传热中的（与传热中的Pr相当）相当）Sh-谢伍德（谢伍德（Sherwood）准数，）准数，（表示分子扩散阻力与对流传质阻力之比，与

21、对流传（表示分子扩散阻力与对流传质阻力之比，与对流传 热中的热中的Nu相当）相当）ABABDD ScABDkL Sh2323Gr AAABgLgL GrAB-格拉晓夫（格拉晓夫（Grashof）数）数 （表示由于密度差所引起的自然对流流动）（表示由于密度差所引起的自然对流流动）对流传质系数的关联式举例：对流传质系数的关联式举例：管内湍流流动传质管内湍流流动传质 ScfShRe,ScGrfShAB,通过无因次分析，可得通过无因次分析，可得 强制对流传质：强制对流传质：自然对流传质：自然对流传质：2、对流传质系数的经验关联式、对流传质系数的经验关联式Sh=0.023Re0.83Sc0.33二解析法

22、二解析法由传质微分方程，求得浓度分布。由传质微分方程，求得浓度分布。牛顿粘性定律：牛顿粘性定律：dydu 傅立叶定律：傅立叶定律：ntkq 费克定律：费克定律：dzdCDJAABzA ,dydCDJdyTcdaqdyudAAByApyxyx,)()(dydCDDJdyTcdaaqdyudAEABAByApEyxEyx)()()()()(,动量传递、热量传递、质量传递的类似性：动量传递、热量传递、质量传递的类似性：三类比法三类比法湍流时：湍流时：一维传递一维传递 气膜气膜 液膜液膜 pG pi 传质方向传质方向 Ci 气相主体气相主体 液相主体液相主体 CL G L z 距离距离 双膜模型双膜模

23、型组成 GiGiGGAGkppppkN1 LLiLiLALkCCCCkN1 8.5 吸收过程模型及吸收速率方程吸收过程模型及吸收速率方程 LLiGiGAkCCkppN11 xiyiAkxxkyyN11 类似地：类似地：-分吸收速率方程 分分传传质质阻阻力力分分推推动动力力 NAGNALNAG=NAL假假设设气气液液相相平平衡衡关关系系满满足足亨亨利利定定律律，则则又又根根据据膜膜模模型型的的假假定定，可可知知 iiHpC LLiGiGAkCCkppN11 GLGKpp1 8.5 吸收过程模型及吸收速率方程吸收过程模型及吸收速率方程-以分压差为推动力的以分压差为推动力的 气相总吸收速率方程气相总

24、吸收速率方程 气膜气膜 液膜液膜 pG pi 传质方向传质方向 Ci 气相主体气相主体 液相主体液相主体 CL G L z 距离距离 双膜模型双膜模型组成总总传传质质阻阻力力总总推推动动力力 LpHPCL*LLGLGLLikHkppkHpp1*LGGkHkK11xyAkmkyyN 1xyAkmkxxN11 yKyy1 xKxx1 气膜气膜 液膜液膜 pG pi 传质方向传质方向 Ci 气相主体气相主体 液相主体液相主体 CL G L z 距离距离 双膜模型双膜模型组成8.5 吸收过程模型及吸收速率方程吸收过程模型及吸收速率方程-以摩尔浓度差为推动以摩尔浓度差为推动力的力的气相总吸收速率方程气相

25、总吸收速率方程-以摩尔分率差为推动以摩尔分率差为推动力的力的气相总吸收速率方程气相总吸收速率方程HpCGG/mxy myx 传质速率方程的各种表达形式传质速率方程的各种表达形式相平衡方程相平衡方程吸收传质速吸收传质速率方程率方程吸收或解吸吸收或解吸的总传质系的总传质系数数 amxyxxK yyK xxk yykNexeyixiyAxyxxyykmkKkmkK11111xyKmKbHcpccK ppK cck ppkNeLeGiLiGALGLLGGkHkKkHkK11111LGKHKLMxGyLMxGyKcKpKKkckpkk吸吸收收速速率率方方程程的的分分析析:1 关关于于传传质质推推动动力力

26、 P E pG P O CL C 传传质质推推动动力力的的图图示示 操作点操操作作点点 P 离离平平衡衡线线越越近近，则则总总推推动动力力就就越越小小8.5 吸收过程模型及吸收速率方程吸收过程模型及吸收速率方程 ipic液相总传质推动力气相总传质推动力气相分传质推动力液相分传质推动力 Lp GcLLiGiGAkCCkppN11 GLGKpp1 LLGKCC1 气膜气膜 液膜液膜 pG pi 传质方向传质方向 Ci 气相主体气相主体 液相主体液相主体 CL G L z 距离距离 双膜模型双膜模型组成2关关于于传传质质阻阻力力8.5 吸收过程模型及吸收速率方程吸收过程模型及吸收速率方程 气膜气膜

27、液膜液膜 pG pi 传质方向传质方向 Ci 气相主体气相主体 液相主体液相主体 CL G L z 距离距离 双膜模型双膜模型 组成 xyykmkK 11mkkKyxx111 LGGkHkK11LGLkkHK11 xykmk 1LGkHk1气膜控制（易溶体系）：气膜控制（易溶体系）：故故 GGkK11 yykK11 8.5 吸收过程模型及吸收速率方程吸收过程模型及吸收速率方程 气膜气膜 液膜液膜 pG pi 传质方向传质方向 Ci 气相主体气相主体 液相主体液相主体 CL L G z 距离距离 双膜模型双膜模型 组成 yxmkk11 GLkHk 1液膜控制（难溶体系）：液膜控制（难溶体系）：故

28、故 LLkK11 xxkK11 xyykmkK 11mkkKyxx111 LGGHkkK111 LGLkHkK1118.5 吸收过程模型及吸收速率方程吸收过程模型及吸收速率方程 双膜控制：双膜控制：气膜阻力和液膜阻力均不气膜阻力和液膜阻力均不可忽略，称其为可忽略，称其为双膜控制双膜控制。气膜气膜 液膜液膜 pG pi 传质方向传质方向 Ci 气相主体气相主体 液相主体液相主体 CL G L z 距离距离 双膜模型双膜模型组成xyykmkK 11mkkKyxx111 LGGHkkK111 LGLkHkK1118.5 吸收过程模型及吸收速率方程吸收过程模型及吸收速率方程 影响传质阻力的因素：影响传

29、质阻力的因素：v气液流动状况气液流动状况如如 降膜湿壁塔、圆盘塔等：降膜湿壁塔、圆盘塔等：kG G0.75，kL L0.7，填料塔：填料塔：kL L0.75 0.95v操作条件（温度、压力）操作条件（温度、压力）v物性（扩散系数、粘度等）物性（扩散系数、粘度等）例例2在总压为在总压为101.3kPa、温度为、温度为303K用水吸收混合气中的氨，用水吸收混合气中的氨，操作条件下的气液平衡关系为操作条件下的气液平衡关系为y=1.20 x。已知气相传质系数。已知气相传质系数ky=5.3110-4kmol/s m2，液相传质系数，液相传质系数kx=5.3310-3kmol/s m2，并在塔的某一截面上

30、测得氨的气相浓度并在塔的某一截面上测得氨的气相浓度y=0.05，液相浓度，液相浓度x=0.012（均为摩尔分数）。试求该截面上的传质速率及气液界（均为摩尔分数）。试求该截面上的传质速率及气液界面上的两相的浓度。面上的两相的浓度。例例1在吸收塔某处，气相主体浓度在吸收塔某处，气相主体浓度y=0.025,液相主体浓度液相主体浓度x=0.01，气相传质分系数，气相传质分系数ky=2kmol/m2.h,气相总传质系数气相总传质系数Ky=1.5kmol/m2.h，则该处气液界面上气相浓度，则该处气液界面上气相浓度yi应为应为(),平衡关系平衡关系y=0.5X。(A)0.02 (B)0.01 (C)0.0

31、15 (D)0.005 2434/1074.4 1033.520.11031.511 11mSkmolkmkKxyY总传质系数解：解：0144.0012.020.1 mxye关系的气相浓度为与实际液相浓度成平衡254eYAms/kmol1069.10144.005.01074.4yyKN ）（）（传质速率传质速率iiixiymxyxxkyyk)()(求解截面上两相的浓度，必须联立求解以下两式求解截面上两相的浓度，必须联立求解以下两式可得：可得：0152.020.1/0182.0myx0182.020.11031.51033.51012.01031.51033.505.0mkk1xkkyyii4

32、343yxyxi G2 y2 L2 x2 D H G1 y1 L1 x1 逆流吸收塔的物料衡算逆流吸收塔的物料衡算 8.6 二元低浓气体吸收（或脱吸）的计算二元低浓气体吸收（或脱吸）的计算计算项目主要有：计算项目主要有：（1）吸收剂用量）吸收剂用量（2）塔的主要工艺尺寸：）塔的主要工艺尺寸：包括塔径包括塔径D、填料层高度、填料层高度H或塔板数或塔板数NG、L-kmol/s or kmol/(m2s)；y（或（或x）-摩尔分率；摩尔分率；G2 y2 L2 x2 G1 y1 L1 x1 逆流吸收塔的物料衡算逆流吸收塔的物料衡算 对溶质对溶质 A，有，有液液相相的的增增加加速速率率气气相相的的减减少

33、少速速率率 2121xxLyyGSB2211yxxGLyBS 8.6.1物料衡算和操作线方程物料衡算和操作线方程GB-kmolB/s or kmolB/(m2s)；LS-kmolS/s or kmolS/(m2s)；Y（或（或X）-摩尔比；摩尔比；2211221xLxLyGGy全塔物料衡算：全塔物料衡算：G2 y2 L2 x2 G y L x G1 y1 L1 x1 逆流吸收塔的物料衡算逆流吸收塔的物料衡算 液液相相量量的的增增加加速速率率气气相相量量的的减减少少速速率率 22xxLyyGSB22yxxGLyBS对塔上部任一段的对塔上部任一段的A组分作质量衡算：组分作质量衡算：-操作线方程操作

34、线方程 y1 B Y P y2 A O X2 X X1 逆逆流流吸吸收收塔塔操操作作线线 2211yxxGLy操作线斜率越小，越靠近平衡线，传质推动力越小，对传操作线斜率越小，越靠近平衡线，传质推动力越小，对传质不利。质不利。操作点操作点 Y Y B B Yb BB B Yb P YE E Ya A Ya A 0 Xa Xb 0Xa XE XbLS BSGL min BSGL最小液气比min)0.22.1(BSBSGLGL G y2 L x2 G y L x G y1 L x1 逆流吸收塔的物料衡算逆流吸收塔的物料衡算 8.6.2吸收剂用量的确定吸收剂用量的确定吸收塔设计中，吸收剂用量改变对吸

35、收过程的影响吸收塔设计中，吸收剂用量改变对吸收过程的影响：8.6.2吸收剂用量的确定吸收剂用量的确定思考题：思考题：若实际操作时，液气比小于或等于最小液气若实际操作时，液气比小于或等于最小液气比，吸收塔是否能操作？将会发生什么现象？比，吸收塔是否能操作？将会发生什么现象？最小液气比只对设计型问题有意义。最小液气比只对设计型问题有意义。能，但达不到指定的吸收要求能，但达不到指定的吸收要求 G y2 L x2 G y L x G y1 L x1 逆流吸收塔的物料衡算逆流吸收塔的物料衡算 Y Y B B Yb BB B Yb YE E Ya A Ya A 0 Xa Xb 0Xa XE Xb2121m

36、inxxyyGLBSeeBSxxyyGL11min 8.6.2吸收剂用量的确定吸收剂用量的确定最小液气比的计算：最小液气比的计算：低浓时：低浓时：2121minxxyyGLeexxyyGL11minuVDS 4 8.6.3塔径的计算塔径的计算u为空塔气速，为空塔气速，m/s，Vs为混合气体的体积流量，为混合气体的体积流量，m3/s。G y2 L x2 G y L x G y1 L x1 逆流吸收塔的物料衡算逆流吸收塔的物料衡算 ya xa y x h G-dG dh H G y+dy x+dx A Gb yb xb 微微元元填填料料段段的的物物料料衡衡算算 气气相相中中溶溶质质 A 的的减减少

37、少速速率率 =液液相相中中溶溶质质 A 的的增增加加速速率率=从从气气相相到到液液相相的的传传质质速速率率 引引入入填填料料体体积积质质面面积积填填料料层层所所具具有有的的有有效效传传 aG、L-kmol/(m2 s)AydGGdyyG)()(GyAd 8.6.4低浓气体吸收时填料层高度低浓气体吸收时填料层高度一填料层高度的一般计算式一填料层高度的一般计算式 LxAd AN aAdh 底底顶顶底底顶顶aNLxdaNGyddhHAAH0 底底顶顶底底顶顶xxaKLxdyyaKGydHxyakmakaKxyy 11vKy、Kx可视为常数可视为常数将总吸收速率方程将总吸收速率方程 代入得：代入得：x

38、xKyyKNxyA 二低浓气体吸收时二低浓气体吸收时vG、L为常数为常数va也可视为常数：也可视为常数：a与填料形状、尺寸及填充状况有关与填料形状、尺寸及填充状况有关 aNLxdaNGyddhAA ya xa y x h G-dG dh H G y+dy x+dx A Gb yb xb 气相、液相气相、液相总体积传质系数总体积传质系数12yyyyydyaKGHOGOGNH 12xxxxxdxaKLHOLOLNH GGNH 12yyiyyydyakGH12xxixxxdxakLHLLNH 12yyOGyydyN气相总传质单元数，无因次气相分传质单元高度，m 气相分传质单元数，无因次aKGHyOG

39、气相总传质单元高度气相总传质单元高度H，m（Height of Transfer Unit）HOG:气相总传质单元高度，气相总传质单元高度，ml传质单元高度的意义传质单元高度的意义:完成一个传质单元分离效果所需的填料层高度，反完成一个传质单元分离效果所需的填料层高度，反映了吸收设备效能的高低。映了吸收设备效能的高低。l影响因素：影响因素：流动状况、物系、填料特性和操作条件流动状况、物系、填料特性和操作条件 传质单元高度传质单元高度HOG、HOL与设备形式，操作条件有关。与设备形式，操作条件有关。Kya表示推动力为一个单元的条件下，单位时间单位体表示推动力为一个单元的条件下，单位时间单位体积填料

40、层内吸收的溶质量。积填料层内吸收的溶质量。aKGHyOG20308070G,.y.yGaKGaK什么是传质单元高度？什么是传质单元高度？总平均传质推动力或液相该段气相组成的变化量或液相每一段气相)()(kmkkyyyy,1 一个（气相总）传质单元 1,kkyykOGyydyN ya xa 1 y 2 yb yk xk-1 yk+1 (y-y*)m,k k HOG yk yk+1 xk ya yN ,xN-1 N x yb xb 气气相相总总传传质质单单元元o相平衡关系相平衡关系 1,1 kmkkyyyy12yyOGyydyNaKGHyOG ya xa 1 y 2 yb yk xk-1 yk+1

41、 (y-y*)m,k k HOG yk yk+1 xk ya yN ,xN-1 N x yb xb 气气相相总总传传质质单单元元)(111个个N bNkkayyyyyyyyyydyyydyyydyyydy1211 bayyOGyydyN二低浓气体吸收时二低浓气体吸收时 1 y-y*0 ya yb y 传质单元数传质单元数传质单元数的物理意义？传质单元数的物理意义？二低浓气体吸收时二低浓气体吸收时12yyOGyydyNOGOGNHH y1 B y2 A x2 x1 22yxxGLybmxy yyy与与 y 关系也为直线函数关系关系也为直线函数关系2121yyyydyyd2121212121ln1

42、12yyyyyyydyyyyyNyyOG2121lnyyyyymmOGyyyN21对数平均推动力法 y1 B y2 A x2 x1 y1=y1 y1 y2=y2 y2 (1)平衡线为直线时平衡线为直线时OGOGNHH aKGHyOG 12yyOGyydyN二低浓气体吸收时二低浓气体吸收时mOLxxxN21imGyyyN21imLxxxN212121lnxxxxxm111xxx222xxx同理，得：同理，得：式中：二低浓气体吸收时二低浓气体吸收时22xyyLGx22yxxGLybmxyyLGmbmxy2222yyySLmGS 脱吸因数，无因次mGLA 吸收因数，无因次吸收因数法吸收因数法(1)平

43、衡线为直线时平衡线为直线时12yyOGyydyN二低浓气体吸收时二低浓气体吸收时代入代入 中积分得：中积分得：12yyOGyydyNSyyyySSNOG22211ln11OGOLSNN 2222212211ln1111212ySyySySyySSySyySdyyydyNyyyyOG二低浓气体吸收时二低浓气体吸收时12221yyyyNOGSyyyySSNOG22211ln11思考：当思考：当S=1时，时，NOG=？分析脱吸因数分析脱吸因数S对吸收过程的影响（图见对吸收过程的影响（图见P24,8-22）对数平均推动力法与吸收因数法的对比：对数平均推动力法与吸收因数法的对比：相同点相同点：都适用于都

44、适用于低浓、平衡线为直线低浓、平衡线为直线的情况的情况 不同点：不同点：前者涉及四个浓度，后者涉及三个浓度，前者涉及四个浓度，后者涉及三个浓度，故后者特别适用于操作型问题的求解。故后者特别适用于操作型问题的求解。mOGyyyN21SyyyySSNOG22211ln11二低浓气体吸收时二低浓气体吸收时 y 1 y-y*y1 B E A y-y*B y2 A O x2 x1 x O y2 y1 y 图解法求 NOG 图解（或数值）积分法、近似梯级法(2)平衡线不为直线时平衡线不为直线时12yyOGyydyN二低浓气体吸收时二低浓气体吸收时mOGyyyN21GLmSSyyyySSNOG/1ln112

45、2212121)(xxLyyGaKGHyOG/OGOGNHH min)0.22.1(GLGL习题课习题课基本公式：基本公式：或低浓时：低浓时：2121minxxyyGL指吸收设备和流程已给定，考察操作条件指吸收设备和流程已给定，考察操作条件的变化对吸收效果的影响的变化对吸收效果的影响 操作型操作型设计型设计型指吸收任务给定，求塔径、塔高等。指吸收任务给定，求塔径、塔高等。y2 x2 G y1 L x1 习题课习题课操作条件：操作条件：气液流量、气液流量、气液进口浓度、气液进口浓度、操作温度、压力等操作温度、压力等解解 属于低浓气体吸收属于低浓气体吸收aKDGy 3600412 m03.1015

46、.036001.141532 例例1 常压下，用煤油从苯蒸汽和空气混合物中吸收苯，吸收常压下，用煤油从苯蒸汽和空气混合物中吸收苯，吸收率为率为99%，混合气量为，混合气量为53kmol/h。入塔气中含苯。入塔气中含苯2%（体积（体积%），入塔煤油中含苯），入塔煤油中含苯0.02%（摩尔分率）。溶剂用量为最（摩尔分率）。溶剂用量为最小用量的小用量的1.5倍，在操作温度倍，在操作温度50下，相平衡关系为下，相平衡关系为y*=0.36x，总传质系数总传质系数Kya=0.015kmol/(m3 s)，塔径为，塔径为1.1米。试求所需填米。试求所需填料层高度。料层高度。OGOGNHH 设计型举例设计型举

47、例aKGHyOG ya xa=0.02%=99%D=1.1m G=53kmol/h L yb=0.02 xb 溶剂用量溶剂用量为最小用为最小用量的量的1.5倍倍y*=0.36x121yy0002.0%99102.0112yy2121minxmyyyGLGLmS 537.0358.05.1 67.0537.036.0 SmxymxySSNOG22211ln11 98.1167.00002.036.00002.00002.036.002.067.01ln67.011 设计型举例设计型举例 y2 x2=0.02%=99%D=1.1m G=53kmol/h L y1=0.02 x1 溶剂用量溶剂用量为

48、最小用为最小用量的量的1.5倍倍y*=0.36xmin5.1 GLGL358.00002.036.002.00002.002.0mNHHOGOG4.1298.1103.1 设计型举例设计型举例1、调节方法：、调节方法：（1）L的调节的调节 12。，aKxyNLyAL增大对操作结果的影响增大对操作结果的影响吸收塔的操作和调节吸收塔的操作和调节吸收剂用量调节的限度吸收剂用量调节的限度myxmGLH1max12min2mxymGL，气液两相在塔底平衡，气液两相在塔底平衡，气液两相在塔顶平衡，气液两相在塔顶平衡有限塔高有限塔高 L/G m，L，y2下降不明显，此时操作调节应改变下降不明显，此时操作调节

49、应改变 x2 或或 t。吸收操作中吸收操作中L/G的调节作用的调节作用（2）x2的调节的调节。，122xyNyxAm x2的调节主要受解吸的调节主要受解吸过程的限制。过程的限制。x2降低对操作结果的影响降低对操作结果的影响(3)t 的调节的调节。，；，122xyNmtA，气体溶解度增大；，气体溶解度增大；温度调节在技术温度调节在技术上受冷却器能力的上受冷却器能力的限制；在经济上受限制；在经济上受能耗的优化约束。能耗的优化约束。T降低对操作结果的影响降低对操作结果的影响2.2.吸收剂再循环与反混吸收剂再循环与反混 1221xxx 设吸收剂再循环量与新鲜吸设吸收剂再循环量与新鲜吸收剂加入量收剂加入

50、量 L L 的比值为的比值为(1)(1)吸收剂再循环吸收剂再循环 通常，再循环降低了推动力，因而对吸收来说是不通常，再循环降低了推动力，因而对吸收来说是不利的。利的。再循环用于：再循环用于：放热显著，外配冷却器，有利于相平衡，可提高放热显著，外配冷却器，有利于相平衡，可提高 推动力；推动力；L L量太小，不足以使液体均布。量太小，不足以使液体均布。(2)(2)返混：设备内少量流体自身由下游返回上游返混：设备内少量流体自身由下游返回上游 结果结果推动力下降推动力下降操作型操作型定性分析定性分析举例举例例例1 在逆流操作的填料吸收在逆流操作的填料吸收塔中，对某一低浓气体中的溶塔中，对某一低浓气体中