1、1第二节第二节 气液相平衡气液相平衡第五章第五章 气体吸收气体吸收第一节第一节 概述概述第三节第三节 吸收过程的传质速率吸收过程的传质速率第四节第四节 吸收塔的计算吸收塔的计算第五节第五节 填料塔填料塔2第一节第一节 概述概述一、吸收操作的应用一、吸收操作的应用 二、吸收过程与设备二、吸收过程与设备 三、吸收过程分类三、吸收过程分类四、四、吸收剂的选择吸收剂的选择3 吸收操作吸收操作 利用混合气体各组分在溶利用混合气体各组分在溶剂中剂中溶解度不同溶解度不同，来，来分离分离气体混合物气体混合物的操作。的操作。吸收剂吸收剂S混合气体混合气体（A+B)吸收液吸收液（A+S)吸收尾气吸收尾气吸吸收收塔
2、塔吸收操作示意图吸收操作示意图何为吸收何为吸收操作？操作？吸收的依据：吸收的依据：混合物各组分在某种溶混合物各组分在某种溶剂中剂中溶解度的差异溶解度的差异。溶质惰性气体又叫溶剂4（2 2）分离混合气体分离混合气体，是最主要的应用。，是最主要的应用。例如：用硫酸例如：用硫酸回收回收焦炉气中的焦炉气中的NHNH3 3（3 3）气体净化、处理工业废气气体净化、处理工业废气，除去有害组分。除去有害组分。例如：用水脱除合成氨原料气中的例如：用水脱除合成氨原料气中的COCO2 2（1 1）制备液体产品。制备液体产品。例如：用水吸收例如：用水吸收NONO2 2制造制造HNOHNO3 3.一、气体操作的应用一
3、、气体操作的应用5二、吸收过程与设备二、吸收过程与设备6吸收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7按有无化学反应按有无化学反应物理吸收物理吸收*化学吸收化学吸收按溶质气体的数目按溶质气体的数目单组分吸收单组分吸收*多组分吸收多组分吸收按有无明显热效应按有无明显热效应等温吸收等温吸收*非等温吸收非等温吸收三、吸收过程的分类三、吸收过程的分类8选择原则：选择原则：经济、合理。经济、合理。（2 2）选择性高；）选择性高；（5 5）再生容易）再生容易(解吸解吸)；（4 4）挥发性小；）挥发性小；（6 6）粘度低；）粘度低；（7
4、 7）化学稳定性高；）化学稳定性高；（8 8）腐蚀性低；）腐蚀性低；（9 9）无毒、易得、价廉等。）无毒、易得、价廉等。（1 1）溶解度大；）溶解度大；四、吸收剂的选择四、吸收剂的选择（3 3）根据溶质含量，选择不同的吸收剂；）根据溶质含量，选择不同的吸收剂；9第二节第二节 气液相平衡气液相平衡一、一、平衡溶解度平衡溶解度二、二、亨亨利定律利定律三、三、气液相平衡关系在吸收中的应用气液相平衡关系在吸收中的应用10一、平衡溶解度一、平衡溶解度气液平衡状态：气液平衡状态：溶解度：溶解度：平衡时溶质在液相中的平衡时溶质在液相中的饱和浓度饱和浓度。进入液相的溶质数量进入液相的溶质数量 =逸出液相的溶质
5、数量逸出液相的溶质数量平衡分压：平衡分压：平衡时气相中溶质的分压，又叫平衡时气相中溶质的分压，又叫饱和分压饱和分压。11溶解度的表示方法：溶解度的表示方法：溶解度溶解度(x)=f（P、T、y()）；*pkg溶质溶质kg溶剂溶剂kmol溶质溶质kmol溶剂溶剂摩尔分率摩尔分率x*12氨在水中的溶解度*AApTx（一）平衡分压、温度与溶解度的关系（一）平衡分压、温度与溶解度的关系13几种气体在水中的溶解度曲线3222*NHSOCOOxxxx（二）不同气体在同一吸收剂中的溶解度（二）不同气体在同一吸收剂中的溶解度（1）14（2）不同气体用同一吸收剂吸收，所得溶液浓度相不同气体用同一吸收剂吸收，所得溶
6、液浓度相同时，同时，易溶气体易溶气体在溶液上方的在溶液上方的平衡分压平衡分压低低，而，而难溶难溶气体气体在溶液上方的在溶液上方的平衡分压平衡分压大大。1520下下SO2在水中的溶解度在水中的溶解度（三）总压对溶解度的影响（三）总压对溶解度的影响*AAAyPpx16【讨论讨论】1）吸收温度吸收温度T，溶解度，溶解度x。3）对同样浓度的溶液，对同样浓度的溶液，易溶易溶气体溶液上方气体溶液上方的的分压小分压小，而，而难溶难溶气体溶液上方气体溶液上方分压大分压大。2）加压加压和和降温降温对对吸收有利吸收有利；升温升温和和减压减压对对解吸有利解吸有利。4）气相中溶质的摩尔分数气相中溶质的摩尔分数y一定时
7、，一定时，总压总压p，溶质分压，溶质分压pA，溶解度，溶解度x。17（一）亨利定律（一）亨利定律 总压不高总压不高时，在时，在一定温度一定温度下，下，稀溶液稀溶液上方上方气相中气相中溶质的溶质的平衡分压平衡分压与溶质在与溶质在液相中液相中的的摩尔分率摩尔分率成正比，其成正比，其比例系数为比例系数为亨利系数亨利系数。Exp*A二、亨利定律二、亨利定律*Ap溶质在气相中的平衡分压，溶质在气相中的平衡分压，kPa；x溶质在液相中的摩尔分率；溶质在液相中的摩尔分率；E亨利常数，单位同压强单位。亨利常数，单位同压强单位。18E的讨论：的讨论：2）T，E 1）E大的，溶解度小，难溶气体大的，溶解度小，难溶
8、气体 E小的，溶解度大，易溶气体小的，溶解度大，易溶气体3）E的来源：实验测得；查手册的来源：实验测得；查手册191)HcpA*A（二）其它形式的亨利定律（二）其它形式的亨利定律H溶解度系数溶解度系数，kmol/（m3kPa）cA摩尔浓度，摩尔浓度，kmol/m3；cHEE与与H的关系：的关系：20H的讨论：的讨论：1）H大，溶解度大，易溶气体大，溶解度大，易溶气体 2）P对对H影响小，影响小，HT21m的讨论：的讨论：1）m大，溶解度小，难溶气体大，溶解度小，难溶气体 2）mT mp2)mxy*m相平衡常数，无因次。相平衡常数，无因次。EmpE与与m的关系：的关系：22*1(1)mXYm X
9、3）mXY*当溶液组成当溶液组成X很小时，有：很小时，有：23【例例5-1】书书P19124作作 业业 P231 5-425三、三、相平衡关系在吸收中的应用相平衡关系在吸收中的应用扩散扩散扩散扩散传质传质*yy时*yy时(*)yy推动力(*)yy推动力用气相组成表示的推动力用气相组成表示的推动力气相气相主体主体y液相液相主体主体x相界面相界面吸收吸收解吸解吸26气相气相主体主体y液相液相主体主体x相界面相界面扩散扩散扩散扩散传质传质吸收吸收解吸解吸*xx时*xx时(*)xx推动力(*)xx推动力用液相组成表示的推动力用液相组成表示的推动力27（一）（一）判断过程进行的方向判断过程进行的方向 y
10、 y*或或x*x或或 A*Acc*AAppA由气相向液相传质，吸收过程由气相向液相传质，吸收过程*AApp 平衡状态平衡状态*AApp A由液相向气相传质，解吸过程由液相向气相传质，解吸过程吸收过程：吸收过程：相平衡相平衡关系在吸收中关系在吸收中的应用的应用：28（二）（二）确定过程的推动力确定过程的推动力（1）吸收过程推动力的表达式：吸收过程推动力的表达式：*AApp y y*或或 x*x 或或A*Acc29图图5-6 5-6 传质方向与推动力传质方向与推动力yxoy*=f(x)Oyxy*x*（y-y*）（x*-x）yxox*=f(y)Oyxy*x*（y*-y）（x-x*）a.吸收吸收b.解
11、吸解吸（2）在在xy相图上相图上 30（1）吸收液的最大组成吸收液的最大组成x1,min2*2min2,mxyyL V，y2V，y1L，x2L，x1*11,max1yLxxm（三）（三）指明过程进行的极限指明过程进行的极限（吸收塔的吸收液及尾气的极限浓度）（吸收塔的吸收液及尾气的极限浓度）过程极限：过程极限：相平衡相平衡。（2）吸收尾气的最小组成吸收尾气的最小组成y2,min假设，假设，逆流吸收，塔高无限。逆流吸收，塔高无限。31【例例5-2】书书P19232作作 业业 P231 5-933第三节第三节 吸收过程的传质速率吸收过程的传质速率一、一、分子扩散与菲克定律分子扩散与菲克定律六、六、两
12、相间两相间的双模理论的双模理论四、四、分子扩散系数分子扩散系数七、七、总传质速率方程总传质速率方程二、二、等摩尔逆向扩散等摩尔逆向扩散三、三、组分组分A A通过静止组分通过静止组分B B的扩散的扩散五、五、单相内对流传质单相内对流传质34吸收过程：吸收过程：（1 1）A A由气相主体到相界面，由气相主体到相界面，气相内传递气相内传递；（2 2）A A在相界面上溶解，溶解过程；在相界面上溶解，溶解过程；（3 3）A A自相界面到液相主体，自相界面到液相主体，液相内传递液相内传递。相界面与气相或液相之间的传质称为相界面与气相或液相之间的传质称为对流传质对流传质，包括：包括：分子扩散分子扩散 和和
13、湍流扩散湍流扩散35湍流扩散湍流扩散分子扩散分子扩散在在静止静止或或层流层流流体内部，若某一组流体内部，若某一组分存在浓度差，因分存在浓度差，因微观微观的分子无规的分子无规则则热运动热运动使该组分从浓度高处扩散使该组分从浓度高处扩散到浓度低处的现象。到浓度低处的现象。当流体当流体运动运动或或搅拌搅拌时，由于流体质时，由于流体质点的点的宏观宏观随机运动随机运动（湍流）（湍流），使该使该组分从浓度高处传递至浓度低处的组分从浓度高处传递至浓度低处的现象。现象。36分子扩散分子扩散：在在静止静止或或层流层流流体内部，若某一组分存流体内部，若某一组分存 在浓度差，因在浓度差，因微观微观的分子热运动使该组
14、的分子热运动使该组 分由分由浓度高处浓度高处扩散到扩散到浓度低处浓度低处的现象。的现象。一、一、分子扩散与菲克定律分子扩散与菲克定律AB37扩散速率扩散速率：单位时间通过单位面积单位时间通过单位面积扩散的扩散的物质量物质量，用用J表示，表示，单位为单位为kmol/(m2s)。费克定律费克定律：温度、总压一定，组分温度、总压一定，组分A在扩散方向上任一点在扩散方向上任一点 处的扩散速率与该处处的扩散速率与该处A的浓度梯度成正比。的浓度梯度成正比。AABAdcJDdz JA组分组分A扩散速率（扩散速率（扩散通量扩散通量），），kmol/（m2s）；）；组分组分A在扩散方向在扩散方向z上的浓度梯度（
15、上的浓度梯度（kmol/m3）/m；A/dcdz DAB组分组分A在在B组分中的组分中的扩散系数扩散系数，m2/s。ABAADdpJRTdz 或理想气体，有：理想气体，有：传质速率38分子扩散两种形式：分子扩散两种形式：等摩尔逆向扩散等摩尔逆向扩散;组分组分A通过静止组分通过静止组分B的扩散。的扩散。39JAJBT PpA2pB2T PpA1pB112二、等摩尔逆向扩散二、等摩尔逆向扩散ppA1pB1pA2pB2A扩散的量扩散的量nA=B扩散的量扩散的量nB40等摩尔逆向扩散：等摩尔逆向扩散：任一截面处两个组分的扩散速率任一截面处两个组分的扩散速率 大小相等，方向相反。大小相等，方向相反。zp
16、RTDJddAABABpppA总压一定时，总压一定时，zpddA=zpddB JA=JB DAB=DBA=D BABddBDpJRTz BpppA41等摩尔逆向扩散传质速率方程等摩尔逆向扩散传质速率方程传质速率定义：传质速率定义：单位时间通过单位面积单位时间通过单位面积传递的传递的物质物质 量，记作量，记作N,单位单位kmol/(m2 s)。NA=zpRTDJddAA扩散速率AA1A2A1A2()()DDNppccRTZZ气相气相液相液相42讨讨 论论1）21AAAppN2）组分的浓度与扩散距离组分的浓度与扩散距离z成直线关系。成直线关系。3）等摩尔逆向扩散发生在等摩尔逆向扩散发生在蒸馏蒸馏过
17、程中。过程中。ppA1pB1pA2pB20z扩散距离扩散距离z43 传动传动第一章第一章 流体流动流体流动 传热传热第四章第四章 传热传热 传质传质第五章第五章 吸收吸收（组分（组分A通过静止通过静止 组分组分B的扩散）的扩散）第六章第六章 蒸馏蒸馏（等摩尔逆向扩散）（等摩尔逆向扩散）44整体移动：整体移动：因溶质扩散到界面因溶质扩散到界面溶解于溶剂中，造成溶解于溶剂中，造成界面与主体的微小压界面与主体的微小压差，使得混合物差，使得混合物整体整体向界面流动向界面流动。三、三、组分组分A A通过静止组分通过静止组分B B的扩散的扩散整体移动中整体移动中B的传递的传递NBMB扩散扩散气相主体气相主
18、体JB整体移动中整体移动中A的传递的传递NAMA扩散扩散液相液相总压总压ppA1pA2扩散距离扩散距离z0z相界面相界面JApB1pB2BMBNJ AAMANNJ45在气相扩散在气相扩散:B1B2AlnZppRTDpN)(A2A1BmAppppRTZDNA A单方向扩散时的传质速率方程单方向扩散时的传质速率方程或或B1B2B1B2Bmlnppppp 46AA1A2Bm()D cNccZ c在液相扩散：在液相扩散：RTpcAA RTpc BmBmpcRTB2B1BmB2B1lnccccc47讨讨 论论1）因为因为p/pBm1,单方向扩散单方向扩散的传质速率的传质速率NA 比比等摩尔逆向扩散等摩尔
19、逆向扩散的传质速率的传质速率NA大大。Bmpp2）Bmcc、漂流因子，漂流因子，无因次。无因次。漂流因子意义：漂流因子意义：其大小反映了其大小反映了整体移动整体移动对传质速率对传质速率的影响程度，其值为的影响程度，其值为总体流动总体流动使传质速率较使传质速率较单纯的单纯的分子扩散分子扩散增大的倍数。增大的倍数。1Bm ppBm1cc48漂流因子的影响因素：漂流因子的影响因素：a.气相中气相中A A浓度高时，漂流因数大，总体流动的影响大。浓度高时，漂流因数大，总体流动的影响大。b.b.气相中气相中A A低浓度时，漂流因数近似等于低浓度时，漂流因数近似等于1 1，总体流动的，总体流动的影响小。影响
20、小。3）单向扩散体现在单向扩散体现在吸收吸收过程中。过程中。49扩散系数的意义：扩散系数的意义：单位浓度梯度下的扩散系数，反映单位浓度梯度下的扩散系数，反映 某组分在一定介质中的某组分在一定介质中的扩散能力扩散能力，是物质，是物质特性常特性常 数数之一；之一；D，m2/s。D的影响因素：的影响因素：介质种类、介质种类、T、P、浓度、浓度D的来源：的来源：查手册；半经验公式；测定查手册；半经验公式；测定四、分子扩散系数四、分子扩散系数50（1）在气相中扩散的）在气相中扩散的D范围：范围：0.11.0cm2/s 经验公式经验公式D pDTpTDpTfD )(5.1，（2）在液相中扩散的）在液相中扩
21、散的D范围：范围：10-5510-5cm2/s D DTTDTfD )(，51【例例5-3】书书P19752五、五、单相内的对流传质单相内的对流传质湍流扩散（涡流扩散）：湍流扩散（涡流扩散）：当流体当流体流动流动或或搅拌搅拌时，时，由于流体质点的宏观随机运动（由于流体质点的宏观随机运动（湍流湍流），使组分），使组分从从浓度高处浓度高处向向浓度低处浓度低处移动的现象。移动的现象。对流传质：对流传质：指流体与气液两相界面之间的传质，指流体与气液两相界面之间的传质，其中有其中有分子扩散分子扩散和和湍流扩散湍流扩散同时存在。同时存在。53湍流扩散湍流扩散分子扩散分子扩散在在静止静止或或层流层流流体内部
22、，若某一组流体内部，若某一组分存在浓度差，因分存在浓度差，因微观微观的分子无规的分子无规则则热运动热运动使该组分从浓度高处扩散使该组分从浓度高处扩散到浓度低处的现象。到浓度低处的现象。当流体当流体运动运动或或搅拌搅拌时，由于流体质时，由于流体质点的点的宏观宏观随机运动随机运动（湍流）（湍流），使该使该组分从浓度高处传递至浓度低处的组分从浓度高处传递至浓度低处的现象。现象。54A,eJ涡流扩散速率，涡流扩散速率，kmol/(mkmol/(m2 2s)s)；eD涡流扩散系数，涡流扩散系数，m m2 2/s/s。注意：注意：涡流扩散系数与分子扩散系数不同，涡流扩散系数与分子扩散系数不同，不是物性不是
23、物性 常数常数，其值与流体流动状态及所处的位置有关，其值与流体流动状态及所处的位置有关。总扩散速率总扩散速率：zc)D(DJeddAA zcDJeeddA,A 仅由涡轮仅由涡轮扩散引起扩散引起的扩散速率的扩散速率J JA,eA,e为：为：补充内容补充内容55TTWtWt热流体热流体冷流体冷流体pAGpAicAicAL气相气相液相液相zTztzGzLE（一）单相内对流传质的有效膜模型（一）单相内对流传质的有效膜模型单相内对流传质过程单相内对流传质过程对流传对流传热热有效膜模型有效膜模型对流传对流传质质有效膜模型有效膜模型561 1）靠近相界面处层流内层：）靠近相界面处层流内层：传质机理传质机理仅
24、为分仅为分 子扩散子扩散，溶质，溶质A的浓度梯度较大，的浓度梯度较大，pA随随z的的 变化较陡。变化较陡。2 2）湍流主体：）湍流主体：涡流扩散远远大于分子扩散涡流扩散远远大于分子扩散，溶质浓度均一化，溶质浓度均一化，pA随随z的变化近似为水的变化近似为水 平线。平线。3 3）过渡区：）过渡区：分子扩散分子扩散+涡流扩散涡流扩散，pA随随z的的 变化逐渐平缓。变化逐渐平缓。57有效膜模型有效膜模型 单相对流传质的传质单相对流传质的传质阻力阻力全部集中在一层全部集中在一层虚虚拟的膜层拟的膜层（叫叫“有效层流膜有效层流膜”或或“虚拟膜虚拟膜”、“气膜气膜”）内，膜层内的传质形式内，膜层内的传质形式
25、仅为分子扩散仅为分子扩散。有效膜厚有效膜厚Z ZG G由层流内层浓度梯度线延长线与流由层流内层浓度梯度线延长线与流体主体浓度线相交于一点体主体浓度线相交于一点E E，则厚度，则厚度z zG G为为E E到相界面到相界面的垂直距离。的垂直距离。58AAGAiGBm()DpNppRTZp 以以分压差分压差表示推动力的表示推动力的气膜传质系数气膜传质系数，单位单位kmolkmol/（m m2 2s skPakPa）。）。Gk（二）（二）气相气相传质速率方程传质速率方程)(iAAGGAppkN GGBmDpkRTz p AGAiG()N1Appk气膜传质推动力气膜传质阻力59气相对流传质速率方程有以下
26、两种形式：气相对流传质速率方程有以下两种形式：A()GAiNkpp)(AiyyykNyk以以气相摩尔分率气相摩尔分率表示推动力的表示推动力的气膜传质系数气膜传质系数，单位单位kmolkmol/（m m2 2s s）；）；各气相传质系数之间的关系：各气相传质系数之间的关系：yGkpk60AAiALLBm()DcNccZc（二）（二）液相液相传质速率方程传质速率方程kL以以液相摩尔浓度液相摩尔浓度表示推动力的表示推动力的液膜传质系数液膜传质系数，单位单位kmolkmol/（m m2 2s skmol/mkmol/m3 3）；）；)(ALiALAcckN LLBmDckz c 61xk以以液相摩尔分
27、率液相摩尔分率表示推动力的表示推动力的液膜传质系数液膜传质系数，单位单位kmolkmol/（m m2 2s s）；）；各液相传质分系数之间的关系：各液相传质分系数之间的关系：Lckkx 注意：注意：对流传质系数对流传质系数=f(操作条件、流动状态、物性）操作条件、流动状态、物性）液相传质速率方程有以下两种形式：液相传质速率方程有以下两种形式：)(AxxkNix )(AiLAcckN62六、六、两相间传质的两相间传质的双模双模理论理论pAGpAicAicAL气相气相液相液相zGzLE63双膜模型的基本假设双膜模型的基本假设 （1）气液两相存在一个气液两相存在一个稳定的相界面稳定的相界面，界面两侧
28、存，界面两侧存 在稳定的在稳定的气膜和液膜气膜和液膜。膜内为。膜内为层流层流，A以以分子扩分子扩 散散方式通过气膜和液膜。方式通过气膜和液膜。（2）相界面相界面处两相达平衡，处两相达平衡，无扩散阻力无扩散阻力。（3）有效有效膜以外膜以外主体中，充分湍动，溶质主要以主体中，充分湍动，溶质主要以 涡流扩散涡流扩散的形式传质。的形式传质。双膜模型也称为双膜模型也称为双膜阻力双膜阻力模型模型 64（一）（一）气相总传质速率方程气相总传质速率方程)()(*AYYmkYYkNiXiYYK以以气相摩尔比差气相摩尔比差表示推动力的气相总传质系数，表示推动力的气相总传质系数，kmolkmol/（m m2 2s
29、s）；七、总传质速率方程七、总传质速率方程气相一侧：气相一侧：)(AiYYYkN稳态传质过程有：稳态传质过程有：液相一侧：液相一侧：)(AXXkNiX)(*AmYmYkNiX总传质速率方程：总传质速率方程：)(*AYYKNY 65（一）（一）气相总传质速率方程气相总传质速率方程)(*AAGAppKN )(*AyyKNy )(*AYYKNY GK以以气相分压差气相分压差表示推动力的气相总传质系数，表示推动力的气相总传质系数，kmolkmol/（m m2 2s skPakPa）；yK以以气相摩尔分率差气相摩尔分率差表示推动力的气相总传质系数，表示推动力的气相总传质系数，kmolkmol/（m m2
30、 2s s）；YK以以气相摩尔比差气相摩尔比差表示推动力的气相总传质系数，表示推动力的气相总传质系数，kmolkmol/（m m2 2s s）；七、总传质速率方程七、总传质速率方程66（二）（二）液相总传质速率方程液相总传质速率方程)(A*ALAccKN )(*AXXKNX )(*AxxKNx LK以以液相浓度差液相浓度差表示推动力的液相总传质系数表示推动力的液相总传质系数kmol/mkmol/m2 2s skmol/mkmol/m3 3）；xK以以液相摩尔分率差液相摩尔分率差表示推动力的液相总传质系数，表示推动力的液相总传质系数，kmolkmol/（m m2 2s s）；XK以以液相摩尔比差
31、液相摩尔比差表示推动力的液相总传质系数表示推动力的液相总传质系数，kmolkmol/（m m2 2s s）；67GLG111kHkK GLL11kHkK LGHKK xyykmkK 11yxxmkkK111 xyKmK 根据双膜理论：根据双膜理论：（三）（三）总传质系数与单相传质分系数之间的关系总传质系数与单相传质分系数之间的关系系统服从亨利定律或平衡关系，在计算范围为直线系统服从亨利定律或平衡关系，在计算范围为直线 68（四）（四）总传质系数之间的关系总传质系数之间的关系 yKpK GxKcK LXYYkmkK 11YXXmkkK111 XYKmK YKpK GXKcK LLGHKK xyK
32、mK XYKmK 69（五）传质速率的控制（五）传质速率的控制相间传质总阻力相间传质总阻力=液相液相(膜膜)阻力阻力+气相气相(膜膜)阻力阻力1.传质阻力传质阻力注意：注意：传质系数、传质阻力传质系数、传质阻力 与推动力一一对应与推动力一一对应！702.传质速率的控制步骤传质速率的控制步骤（1 1）气膜控制）气膜控制:传质传质阻力阻力主要集中在主要集中在气相气相，此吸收，此吸收 过程为气相阻力控制（气膜控制）。过程为气相阻力控制（气膜控制）。GkK11GH 较大易溶气体较大易溶气体 气膜控制的特点：气膜控制的特点：AiA*AApppp )(*AAppkNGA .pAI（界面）（界面）pAicA
33、cAi*Ac*Ap斜率：斜率：1/H71提高传质速率的措施：提高传质速率的措施：提高气体流速；提高气体流速；加强气相湍流程度。加强气相湍流程度。72（2 2）液膜控制）液膜控制:传质传质阻力阻力主要集中在主要集中在液相液相，此吸收过，此吸收过程为液相阻力控制（液膜控制）。程为液相阻力控制（液膜控制）。液膜控制的特点：液膜控制的特点：LL11kK H较小难溶气体较小难溶气体 AAiA*Acccc )(A*ALAcckN .ApAip*ApAcAic*Ac斜率：斜率：1/HI（界面）（界面）73提高传质速率的措施：提高传质速率的措施：提高液体流速；提高液体流速；加强液相湍流程度。加强液相湍流程度。
34、74YYkK1 1 同理：同理：气膜控制：气膜控制：XXkK1 1 液膜控制：液膜控制：iYYYY *m小易溶气体小易溶气体)(*YYkNYA m大难溶气体大难溶气体XXXXi *)(*XXkNXA 75（3 3）中等溶解度的溶质）中等溶解度的溶质:传质总阻力传质总阻力同时同时由气膜阻力和液膜阻由气膜阻力和液膜阻力控制。力控制。要提高传质速率，需要提高传质速率，需同时加大同时加大气相和气相和液相的液相的湍动程度湍动程度。76（4 4）气体在水中溶解度的难易程度区分）气体在水中溶解度的难易程度区分:当当m1m100m100时，可认为是难溶气体；时，可认为是难溶气体；当当m=1m=1100100时
35、，可认为是中等溶解度时，可认为是中等溶解度的气体。的气体。77【例例5-5】书书P20678作作 业业 P231 5-12,5-1379第四节第四节 吸收塔的计算吸收塔的计算一、物料衡算与操作线方程一、物料衡算与操作线方程二、吸收剂的用量最小液气比二、吸收剂的用量最小液气比三、填料层高度的计算三、填料层高度的计算四、四、吸收塔的操作计算吸收塔的操作计算五、解吸塔的计算五、解吸塔的计算80传质设备：传质设备：81拉西环拉西环鲍尔环鲍尔环阶梯环阶梯环 环环82 操作型：操作型：核算；核算；操作条件与吸收结果的关系。操作条件与吸收结果的关系。计算依据：计算依据：物料衡算物料衡算 相平衡相平衡 吸收速
36、率方程吸收速率方程 填料层高度计算式填料层高度计算式吸收塔的计算内容：吸收塔的计算内容：设计型：设计型：流向、吸收剂用量、流向、吸收剂用量、吸收剂浓度、塔高、塔径。吸收剂浓度、塔高、塔径。83一、物料衡算与操作线方程一、物料衡算与操作线方程1.1.全塔物料衡算全塔物料衡算定态，假设定态，假设S S不挥发，不挥发，B B不溶于不溶于S S全塔全塔范围内，对范围内，对A A作物料衡算作物料衡算 ：GY1+LX2=GY2+LX1 G（Y1Y2）=L（X1X2）121211()G YYYYGYY G,Y2G,Y1L,X2L,X1 A A被吸收的百分率，称为被吸收的百分率，称为回收率回收率或或吸收率吸收
37、率。L吸收剂流量吸收剂流量,kmol/sG惰性气体流量惰性气体流量,kmol/s稀端稀端浓端浓端84X1=X2G（Y1Y2）/L可根据全塔物料衡算式计算可根据全塔物料衡算式计算出塔顶气出塔顶气相中相中A A的摩尔比的摩尔比，以及，以及出塔底液相中出塔底液相中A A的摩尔比：的摩尔比：Y2=Y1（1）852.2.操作线方程式及操作线操作线方程式及操作线（1）逆流吸收）逆流吸收GY+LX2 =GY2+LX22()LLYXYXGG 对塔中某一截面对塔中某一截面0-0物料衡算：物料衡算：G，Y2G，Y1L，X2L，X1G，YL，X0011()LLYXYXGG 同理：同理：L/G液气比液气比86逆流吸收
38、操作线具有如下特点：逆流吸收操作线具有如下特点：XY1Y2X1X2TBLG)(*XfY Y操作线平衡线X*Y*O斜率：873）操作线操作线仅与仅与液气比液气比、浓端浓端及及稀端组成稀端组成有关，与系有关，与系 统的平衡关系、塔型及操作条件统的平衡关系、塔型及操作条件T、p无关。无关。2）操作线通过塔顶操作线通过塔顶（稀端）（稀端）A（X2，Y2）及及塔底塔底 （浓端）（浓端）B（X1，Y1）;1）定态，定态，L、G、Y1、X2恒定，操作线在恒定，操作线在XY 坐标上为一直线，斜率为坐标上为一直线，斜率为L/G。L/G为吸收为吸收 操作的操作的液气比液气比；885）平衡线与操作线共同决定吸收推动
39、力。操作线平衡线与操作线共同决定吸收推动力。操作线 离平衡线离平衡线愈远愈远吸收的吸收的推动力愈大推动力愈大；4）吸收操作线吸收操作线在平衡线的在平衡线的上方上方，解吸操作线解吸操作线在平在平 衡线衡线下方下方。TB)(*XfYOYXX*Y*.89（2）并流吸收）并流吸收G,Y2G,Y1L,X2L,X1V,Y L,XGY+LX=GY2+LX222()LLYXYXGG Y2Y1X2X1TB)(*XfY90逆流与并流的比较：逆流与并流的比较：1）逆流推动力均匀，且逆流推动力均匀，且并流并流逆流逆流mmYY 2）Y1大大，逆流时，逆流时Y1与与X1在在塔底相遇塔底相遇有利于有利于提高提高X1；X2小
40、小，逆流时，逆流时Y2与与X2在在塔顶相遇塔顶相遇有利于有利于降低降低Y2。91Y3 X2X1Y1 Y2X2Y2X3C CD DA AB BY1Y2Y3X1X2X3C CD DA AB B逆流与并流操作线练习逆流与并流操作线练习92二、吸收剂的二、吸收剂的用量用量与最小与最小液气比液气比B1Y1Y2TBOEX2X1X*1PB*X1X1=液气比液气比L/G减小减小向平衡线靠近向平衡线靠近传质推动力减小；传质推动力减小；要达到一定吸收要达到一定吸收要求要求所需填料所需填料层需加高。层需加高。93（一）最小液气比（一）最小液气比 针对一定的分离任务，操作条件和吸收物系一针对一定的分离任务，操作条件和
41、吸收物系一定，塔内某截面定，塔内某截面吸收推动力吸收推动力为为零零，达到分离程度，达到分离程度所需塔高无穷大所需塔高无穷大时的时的液气比液气比。minLG 9412*min12YYLGXX X*1与与Y1相平衡的液相组成。相平衡的液相组成。平衡关系符合亨利定律时：平衡关系符合亨利定律时：121min2YYLYGXm 最小液气比的计算最小液气比的计算1.平衡曲线一般情况平衡曲线一般情况 9512min1,max2YYLGXX 2.平衡曲线为凸形曲线情况平衡曲线为凸形曲线情况（了解）（了解）96（二）操作液气比（二）操作液气比,LYZG 设备费,L,LYZG 设备费，并不总有效再生费(1.12.0
42、)LG minLG97【例例5-6】书书P210结论：结论：在维持相同回收率的情况下，在维持相同回收率的情况下，进塔进塔X2溶剂用量溶剂用量L，出塔，出塔X1。98三、填料层高度的计算三、填料层高度的计算传质单元数法传质单元数法（一）填料层高度的基本计算式（一）填料层高度的基本计算式dAadZ ZYY+dYXX+dXZdZY2X2X1Y1气液两相接触面积：气液两相接触面积：塔横截面积，塔横截面积，m2;a单位体积填料层内气液两单位体积填料层内气液两相的有效传质面积，相的有效传质面积，m m2 2/m/m3 3。99 a=f(设备大小，填料特性，流体物性，流动状况设备大小，填料特性，流体物性，流
43、动状况)100*()AYN dAKYYadZ稳态稳态吸收时，单位时间，吸收时，单位时间，d dZ Z内内 溶质溶质A A的传质量的传质量 =气相中气相中A A的减少量的减少量 =液相中液相中A A的增加量的增加量GdYLdX其中，其中，叫叫体积传质系数体积传质系数，单位单位kmol/(m3.s)。对对低浓度低浓度气体的吸收，体积传质系数全塔气体的吸收，体积传质系数全塔近似为近似为常数常数，或，或取平均值取平均值处理。处理。,YXYXK a K a k a k aZYY+dYXX+dXZdZY2X2X1Y1101*dd()YGYZK aYY 12*dYYYGYZK aYY 填料层高度：填料层高度
44、：OGOGZNH 12 *OGdYYYYYN传质单元数OGYGHK a传质单元高度102同理：同理：OLOLHNZ GGHNZ LLHNZ aKLHX OL 12 *OLdXXXXXNGYGHk a 12 GdYYiYYYN akLHX L 12dLXXiXXXN103气相气相总总体积传质系数，体积传质系数，kmolkmol/（m m3 3s s）YK aXK a液相液相总总体积传质系数，体积传质系数，kmolkmol/（m m3 3s s）填料层高度计算通式：填料层高度计算通式：Z =传质单元高度传质单元高度 传质单元数传质单元数体积传质系数的物理意义：体积传质系数的物理意义：在单位推动力下
45、，单位时间、单位体积在单位推动力下，单位时间、单位体积填料层内填料层内吸收的溶质的量吸收的溶质的量。气相体积传质系数，气相体积传质系数，kmolkmol/（m m3 3s s）Yk aXk a液相体积传质系数，液相体积传质系数，kmolkmol/（m m3 3s s）104OLHOLN、液相液相总总传质单元高度传质单元高度、总总传质单元数传质单元数GGHN、气相传质单元高度气相传质单元高度 、传质单元数、传质单元数LLHN、液相传质单元高度液相传质单元高度 、传质单元数、传质单元数OGOGHN、气相气相总总传质单元高度传质单元高度、总总传质单元数传质单元数（二）传质单元数与传质单元高度（二）传
46、质单元数与传质单元高度 10512*dYYYGYZK aYY 以以为例为例（1）传质单元数）传质单元数定定义义：气相总传质单元数气相总传质单元数 12 *OGdYYYYYN12 12OG*md()YYYYYNYYYY组成变化平均传质推动力106传质单元数的意义：传质单元数的意义：反映了取得一定吸收效果时的反映了取得一定吸收效果时的传质难易程度传质难易程度。气体流经一段填料，气体流经一段填料，溶质组成变化溶质组成变化（Y1 Y2）等等于于该段填料该段填料平均吸收推动力平均吸收推动力（YY*）m时，该段填料时，该段填料为一个传质单元。为一个传质单元。OG1N的意义：107（2）传质单元高度）传质单
47、元高度 定义定义：OGYGHK a 气相总传质单元高度气相总传质单元高度，单位，单位m。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完成一个传质单元分离效果所需所需的的填料层填料层高度高度，反映了，反映了设备效能的高低设备效能的高低。108传质单元高度影响因素传质单元高度影响因素：填料性能、流动状况填料性能、流动状况 体积总传质系数与传质单元高度的关系体积总传质系数与传质单元高度的关系:传质单元高度变化范围：传质单元高度变化范围：0.101.0m。0.7 0.8,YK aG 0.3 0.2GYGK a 109各种传质单元高度之间的关系各种传质单元高度之间的关系:平衡线斜率为平
48、衡线斜率为m时，时，XYYkmkK 11YYXGGmGLK ak ak a L OGGLmGHHHL 110OLLGLHHHmG 同理同理：OGOLmGHHL OGGLmGHHHL 111（三）传质单元数的计算（三）传质单元数的计算1.1.对数平均推动力法对数平均推动力法适用于，气液平衡线为适用于，气液平衡线为直线直线 bmXY *操作线也为操作线也为直线直线的情况。的情况。11()LLYXYXGG 11212mOGYYNY*111YYY *222YYY 同理：同理：12mOLXXNX1*11XXX 2*22XXX 2121mlnYYYYY 2121mlnXXXXX Y2 Y1 X2Y2*X1
49、Y1*113平衡线与操作线平衡线与操作线平行时平行时，*22*11*YYYYYY OGN *1121YYYY*2221YYYY 当当 、时，对数平均推动力可用时，对数平均推动力可用算术平均算术平均推动力推动力 。122YY122XX注意：注意：平均推动力法适用于平均推动力法适用于平衡线为直平衡线为直线线的情况，的情况，逆流逆流、并流吸收、并流吸收皆可皆可。1142.2.吸收因数法（或叫脱吸因数法）吸收因数法（或叫脱吸因数法）平衡线为平衡线为通过原点通过原点的的直线直线 ，服从亨利定律服从亨利定律 。mXY*22()GYmYYXL 12 *OGdYYYYYN12221ln11OGYmXmGmGN
50、mGLYmXLL逆流：逆流：115mGSL令解吸因数（脱吸因数）解吸因数（脱吸因数）12OG221ln11 SYmXNSSYmXA=LmG令吸收因数吸收因数12OG22111ln11AA1AYmXNYmX1162212YmXYmXNOG参变量参变量:吸收因数吸收因数A A结论结论:取得一定吸收取得一定吸收效果时，效果时，吸收因数吸收因数A所所需需NOG塔高塔高Z 117注意：注意：图的适用范围为图的适用范围为 1。2212YmXYmX 比较比较对数平均推动力法对数平均推动力法与与吸收因数法吸收因数法的应用的应用118 操作线上任取一点（操作线上任取一点（X X,Y Y），其推动力为），其推动力
