第六章吸收(化工傳遞過程)

1、1第六章第六章 吸收吸收(Absorption)2第六章第六章 吸收吸收(Absorption)第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第二節(jié)第二節(jié) 吸收過程的相平衡關(guān)系吸收過程的相平衡關(guān)系第三節(jié)第三節(jié) 傳質(zhì)機理與吸收速率傳質(zhì)機理與吸收速率第四節(jié)第四節(jié) 吸收塔的計算吸收塔的計算第五節(jié)第五節(jié) 解吸解吸第六節(jié)第六節(jié) 吸收系數(shù)吸收系數(shù)3 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 吸收是依據(jù)混合氣體中各組分在同一種液體中的吸收是依據(jù)混合氣體中各組分在同一種液體中的溶解度溶解度差異，分離差異，分離氣體混合物氣體混合物的一種單元操作。的一種單元操作。能溶解氣體的液體組分能溶解氣體的液體組分吸收劑（吸收劑（S） 被溶解的組分被溶解的組分吸收質(zhì)

2、或溶質(zhì)（吸收質(zhì)或溶質(zhì)（A） 不被溶解的組分不被溶解的組分惰性組分（惰性組分（B）一、吸收一、吸收氣體混合物中氣體混合物中4吸收液吸收液（A+S）吸收劑（吸收劑（S） 吸收尾氣吸收尾氣（B+微量微量A）混合氣體混合氣體（A+B） 吸收的工藝流程吸收的工藝流程 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述5二、吸收的工業(yè)應(yīng)用二、吸收的工業(yè)應(yīng)用 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述(1) 制制取產(chǎn)品取產(chǎn)品 用吸收劑吸收氣體中某些組分而獲得產(chǎn)品。用吸收劑吸收氣體中某些組分而獲得產(chǎn)品。如硫如硫酸酸吸收吸收SO3制濃硫酸，水吸收甲醛制福爾馬林液，用水吸收制濃硫酸，水吸收甲醛制福爾馬林液，用水吸收氯化氯化氫氫制鹽酸等制鹽酸等 。 (2) 分離

3、混合氣體分離混合氣體 吸收劑選擇性地吸收氣體中某些組分吸收劑選擇性地吸收氣體中某些組分以達到以達到分離分離目的。例如石油餾分裂解生產(chǎn)出來的乙烯、丙烯，還與目的。例如石油餾分裂解生產(chǎn)出來的乙烯、丙烯，還與氫、氫、甲烷甲烷等混在一起，可用分子量較大的液態(tài)烴把乙烯、丙烯等混在一起，可用分子量較大的液態(tài)烴把乙烯、丙烯吸收，吸收，使使與甲烷、氫分離開來與甲烷、氫分離開來 。 (3) 原料氣凈化原料氣凈化 一類是原料氣的凈化，即除去混合氣體中一類是原料氣的凈化，即除去混合氣體中的雜的雜質(zhì)質(zhì)，如合成氨原料氣脫，如合成氨原料氣脫H2S、脫、脫CO2等；另一類是尾氣處理等；另一類是尾氣處理和廢和廢氣氣凈化以保護

4、環(huán)境，如燃煤鍋爐煙氣，冶煉廢氣等脫除凈化以保護環(huán)境，如燃煤鍋爐煙氣，冶煉廢氣等脫除SO2，硝，硝酸酸尾氣脫除尾氣脫除NO2等。等。 6三、吸收的分類三、吸收的分類 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述1. 按有無化學反應(yīng)：按有無化學反應(yīng)：n物理吸收物理吸收 吸收過程溶質(zhì)與溶劑不發(fā)生顯著的化學吸收過程溶質(zhì)與溶劑不發(fā)生顯著的化學反應(yīng)，可視為單純的氣體溶解于液相的過程。如用反應(yīng)，可視為單純的氣體溶解于液相的過程。如用水吸收二氧化碳、用水吸收乙醇或丙醇蒸汽、用洗水吸收二氧化碳、用水吸收乙醇或丙醇蒸汽、用洗油吸收芳烴等。油吸收芳烴等。n化學吸收化學吸收 溶質(zhì)與溶劑有顯著的化學反應(yīng)發(fā)生。如溶質(zhì)與溶劑有顯著的化學反應(yīng)發(fā)生

5、。如用氫氧化鈉或碳酸鈉溶液吸收二氧化碳、用稀硫酸用氫氧化鈉或碳酸鈉溶液吸收二氧化碳、用稀硫酸吸收氨等過程。吸收氨等過程。7 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述2. 按溶質(zhì)數(shù)目：按溶質(zhì)數(shù)目：n單組分吸收單組分吸收：混合氣體中只有單一組分被液相吸收，：混合氣體中只有單一組分被液相吸收，其余組分因溶解度甚小其吸收量可忽略不計。其余組分因溶解度甚小其吸收量可忽略不計。n多組分吸收多組分吸收：有兩個或兩個以上組分被吸收。：有兩個或兩個以上組分被吸收。3. 按有無明顯熱效應(yīng)：按有無明顯熱效應(yīng)：n非等溫吸收非等溫吸收：體系溫度發(fā)生明顯變化的吸收過程。：體系溫度發(fā)生明顯變化的吸收過程。n等溫吸收等溫吸收：體系溫度變化不顯

6、著的吸收過程。：體系溫度變化不顯著的吸收過程。8 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述9四、吸收流程舉例四、吸收流程舉例洗油吸收苯流程洗油吸收苯流程 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述洗油洗油10 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述乙醇胺吸收乙醇胺吸收CO2流程流程11第二節(jié)第二節(jié) 吸收過程的相平衡關(guān)系吸收過程的相平衡關(guān)系氣液兩相的接觸方式氣液兩相的接觸方式連續(xù)接觸連續(xù)接觸( (也稱微分接觸也稱微分接觸) )：氣、液兩：氣、液兩相的濃度呈連續(xù)變化。如填料塔。相的濃度呈連續(xù)變化。如填料塔。溶劑b 級式接觸a a 微分接觸圖9-2 填料塔和板式塔氣體溶劑氣體級式接觸：氣、液兩相逐級接觸傳級式接觸：氣、液兩相逐級接觸傳質(zhì)，兩相的組成呈階

7、躍變化。質(zhì)，兩相的組成呈階躍變化。 如板如板式塔。式塔。散裝填料散裝填料塑料鮑爾環(huán)填料塑料鮑爾環(huán)填料規(guī)整填料規(guī)整填料 塑料絲網(wǎng)波紋填料塑料絲網(wǎng)波紋填料 12（6）價廉易得，無毒，無腐蝕，不易燃，化學穩(wěn)定）價廉易得，無毒，無腐蝕，不易燃，化學穩(wěn)定 性好。性好。五、吸收劑的選擇五、吸收劑的選擇（1）溶解度大）溶解度大（2）選擇性好）選擇性好（3）便于再生）便于再生（4）不易揮發(fā)）不易揮發(fā)（5）粘度低，比熱小，不發(fā)泡）粘度低，比熱小，不發(fā)泡 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述13六、吸收與蒸餾的區(qū)別六、吸收與蒸餾的區(qū)別 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述n蒸餾改變狀態(tài)參數(shù)產(chǎn)生第二相，吸收從外界引入另蒸餾改變狀態(tài)參數(shù)產(chǎn)生第二

8、相，吸收從外界引入另一相形成兩相系統(tǒng)；一相形成兩相系統(tǒng)；n蒸餾直接獲得輕、重組分，吸收混合液經(jīng)脫吸才能蒸餾直接獲得輕、重組分，吸收混合液經(jīng)脫吸才能得到較純組分；得到較純組分；n蒸餾中氣相中重組分向液相傳遞，液相中輕組分向蒸餾中氣相中重組分向液相傳遞，液相中輕組分向氣相傳遞，是氣相傳遞，是雙相傳遞雙相傳遞；吸收中溶質(zhì)分子由氣相向；吸收中溶質(zhì)分子由氣相向液相液相單相傳遞單相傳遞，惰性組分及溶劑組分處于，惰性組分及溶劑組分處于“停滯停滯”狀態(tài)。狀態(tài)。 14第二節(jié)第二節(jié) 吸收過程的相平衡關(guān)系吸收過程的相平衡關(guān)系6.2.1 氣體在液體中的溶解度氣體在液體中的溶解度6.2.2 亨利定律亨利定律6.2.3

9、吸收過程的分析吸收過程的分析15l 相際動平衡，簡稱相平衡相際動平衡，簡稱相平衡 將同時發(fā)生氨將同時發(fā)生氨分子從溶液逸出分子從溶液逸出-氨的分子穿越兩相氨的分子穿越兩相界面進入水中兩個界面進入水中兩個相反過程。相反過程。 把氨氣和水共同封存在容器中。把氨氣和水共同封存在容器中。6.2.1 氣體在液體中的溶解度氣體在液體中的溶解度16 當氨分子從氣相進入液相的速率當氨分子從氣相進入液相的速率=它從液相返回氣相它從液相返回氣相的速率的速率-這種狀態(tài)稱為這種狀態(tài)稱為相際動平衡，簡稱相平衡或平衡相際動平衡，簡稱相平衡或平衡。氣相主體氣相主體 液相主體液相主體 相界面相界面溶解溶解氣相擴散氣相擴散 液相

10、擴散液相擴散 解吸解吸6.2.1 氣體在液體中的溶解度氣體在液體中的溶解度17l 平衡分壓和平衡濃度平衡分壓和平衡濃度： 相平衡時氣相中溶質(zhì)的分壓稱為平衡分壓相平衡時氣相中溶質(zhì)的分壓稱為平衡分壓 P*； 相平衡時液相中的溶質(zhì)濃度稱相平衡時液相中的溶質(zhì)濃度稱平衡濃度（溶解度）。平衡濃度（溶解度）。 l 溶解度溶解度 n在恒定溫度與壓強下，氣體與吸收劑接觸，達到平衡在恒定溫度與壓強下，氣體與吸收劑接觸，達到平衡狀態(tài)時氣體在吸收劑中的飽和濃度稱為溶解度。狀態(tài)時氣體在吸收劑中的飽和濃度稱為溶解度。n表示方法：單位質(zhì)量或體積的液體中所含溶質(zhì)的質(zhì)量表示方法：單位質(zhì)量或體積的液體中所含溶質(zhì)的質(zhì)量n通過實驗，

11、將平衡分壓與溶解度之間的關(guān)系作成對應(yīng)通過實驗，將平衡分壓與溶解度之間的關(guān)系作成對應(yīng)曲線曲線溶解度曲線溶解度曲線。 6.2.1 氣體在液體中的溶解度氣體在液體中的溶解度186.2.1 氣體在液體中的溶解度氣體在液體中的溶解度1) 1) 同一溶劑，同一溶劑，T T和和P P相同，不同氣體溶解度差別很大相同，不同氣體溶解度差別很大; ;2) 2) 同一溶質(zhì)，同一溶質(zhì)，P P相同，相同，T T，溶解度減小，溶解度減小; ; 3) 3) 同一溶質(zhì)，同一溶質(zhì)，T T相同，相同，PP，溶解度增大。，溶解度增大。 加壓加壓和和降溫降溫利于吸收利于吸收19 當總壓不高時（當總壓不高時（5105Pa），在恒定溫度

12、下，），在恒定溫度下，稀稀溶液溶液上方溶質(zhì)的平衡分壓與該溶質(zhì)在液相中的平衡濃度上方溶質(zhì)的平衡分壓與該溶質(zhì)在液相中的平衡濃度成正比成正比亨利定律。亨利定律。Exp *1.l E反映溶解度大小。反映溶解度大小。E大，溶解度小，為難溶氣體。大，溶解度小，為難溶氣體。6.2.2 亨利定律（亨利定律（Henrys law）l E由實驗測定（由實驗測定（見表見表）l 物系一定，物系一定，T，E p* 溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓，溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓，kPa； x 溶質(zhì)在液相中的摩爾分數(shù)；溶質(zhì)在液相中的摩爾分數(shù)； E 亨利系數(shù)，亨利系數(shù)，kPa。 20l 易溶氣體易溶氣體H 值大；難溶氣體值大；難溶氣體H 值

13、小值小HcEcMMMccMEMcVMVcVcVEExpSASSSA)(*sEMHHcp *2.H溶解度系數(shù)，溶解度系數(shù)，kmol/（m3kPa）溶液密度，很稀的溶液可取純?nèi)軇┟芏热芤好芏?，很稀的溶液可取純?nèi)軇┟芏萻l 物系一定，物系一定，T，H。Kmol/m3E和和 H之間的關(guān)系之間的關(guān)系21m：相平衡常數(shù)，無因次：相平衡常數(shù)，無因次 PEm mxy *3.（1）m大，溶解度小，為難溶氣體。大，溶解度小，為難溶氣體。（2）物系一定，）物系一定，T，m；P，m。y* 與組成為與組成為 x 的液相呈平衡的氣相中溶質(zhì)的的液相呈平衡的氣相中溶質(zhì)的 摩爾分數(shù)；摩爾分數(shù)； m和和 E之間的關(guān)系之間的關(guān)系6

14、.2.2 亨利定律（亨利定律（Henrys law）Exp *224. 以摩爾比濃度表示氣、液相組成以摩爾比濃度表示氣、液相組成 xxSAX1的摩爾數(shù)液相中溶劑的摩爾數(shù)液相中溶質(zhì)XXx1yyBAY1的摩爾數(shù)氣相中惰性組分的摩爾數(shù)氣相中溶質(zhì)YYy1mxy *mXY *當當 m 趨近趨近 1 或當或當 X 很小時很小時,XmmXY)1 (1*XXmYY11*6.2.2 亨利定律（亨利定律（Henrys law）23總結(jié)：總結(jié)：Hcp *Exp*mxy *mXY*Epx *myx *mYX *Hpc *6.2.2 亨利定律亨利定律sEMHPEm 24【例】【例】某空氣系統(tǒng)溫度為某空氣系統(tǒng)溫度為10，

15、總壓，總壓101.3kPa，求此條，求此條件下與空氣充分接觸后的水中，每件下與空氣充分接觸后的水中，每m3水中溶解了多少克水中溶解了多少克氧氣？氧氣？解：解：kPapyp27.2121. 03 .101*ASSEMHA*AHpc 查得查得10時，氧氣在水中的時，氧氣在水中的E為為3.31106kPaSAS*AEMpc346*A/1057. 3181031. 327.211000mkmolcmA=3.5710-4321000=11.42g/m36.2.2 亨利定律亨利定律25【例】【例】含有含有30（體積）（體積）CO2的某種混合氣與水接觸，系的某種混合氣與水接觸，系統(tǒng)溫度為統(tǒng)溫度為30，總壓為

16、，總壓為101.33kPa。試求液相中。試求液相中CO2的平的平衡濃度衡濃度ci*為若干為若干kmol/m3。6.2.2 亨利定律亨利定律101.33 0.330.4iipPykPaiicHpSHEM535100030.48.98 10/1.88 1018iiScpkmol mEM解：解：26n吸收是物質(zhì)自吸收是物質(zhì)自氣相到液相氣相到液相的轉(zhuǎn)移，這是一種的轉(zhuǎn)移，這是一種傳質(zhì)過程傳質(zhì)過程。n混合氣體中某一組分能否進入溶液里，既取決于該組混合氣體中某一組分能否進入溶液里，既取決于該組分分在氣相中在氣相中的的分壓分壓，也取決于也取決于溶液里該組分的平衡蒸溶液里該組分的平衡蒸汽壓汽壓。若混合氣體中該氣

17、體的分壓大于溶液。若混合氣體中該氣體的分壓大于溶液里該組分里該組分的平衡蒸汽壓，該組分便可自氣相轉(zhuǎn)移至液相的平衡蒸汽壓，該組分便可自氣相轉(zhuǎn)移至液相吸吸收。轉(zhuǎn)移的結(jié)果收。轉(zhuǎn)移的結(jié)果是是溶液里這個組分的濃度增高，它的溶液里這個組分的濃度增高，它的平衡蒸汽壓也隨著增高，到最后，可以增高到等于它平衡蒸汽壓也隨著增高，到最后，可以增高到等于它在氣相中的分壓，傳質(zhì)過程于是停止，達到在氣相中的分壓，傳質(zhì)過程于是停止，達到氣液兩相氣液兩相達到平衡達到平衡。6.2.3 吸收過程的分析吸收過程的分析27n反之，如果溶液中的某一組分的平衡蒸汽壓大于混合反之，如果溶液中的某一組分的平衡蒸汽壓大于混合氣體中該組分的分壓

18、，這個組分便要從溶液中釋放出氣體中該組分的分壓，這個組分便要從溶液中釋放出來，即從液相轉(zhuǎn)移到氣相，這種情況稱為來，即從液相轉(zhuǎn)移到氣相，這種情況稱為解吸（或脫解吸（或脫吸）吸）。*ppF 0 ，吸收，吸收 0 ，解吸，解吸 = 0 ，相平衡，傳質(zhì)停止，相平衡，傳質(zhì)停止 6.2.3 吸收過程的分析吸收過程的分析28n所以根據(jù)兩相的所以根據(jù)兩相的平衡關(guān)系平衡關(guān)系可以判斷可以判斷傳質(zhì)過程的方向傳質(zhì)過程的方向與極限與極限，而且，兩相的濃度，而且，兩相的濃度距離平衡愈遠距離平衡愈遠，則傳質(zhì)，則傳質(zhì)的的推動力愈大，傳質(zhì)速率也愈大推動力愈大，傳質(zhì)速率也愈大。n通過對吸收操作的分析，可以從通過對吸收操作的分析，

19、可以從氣液兩相的平衡關(guān)氣液兩相的平衡關(guān)系系推進到推進到傳質(zhì)速率問題上傳質(zhì)速率問題上。6.2.3 吸收過程的分析吸收過程的分析29第三節(jié)第三節(jié) 傳質(zhì)機理與吸收速率傳質(zhì)機理與吸收速率n平衡關(guān)系平衡關(guān)系只能回答混合氣體中只能回答混合氣體中溶質(zhì)能否進入液相溶質(zhì)能否進入液相這這個問題，個問題，至于進入液相速率大小至于進入液相速率大小，卻無法解決，后，卻無法解決，后者屬于者屬于傳質(zhì)的機理問題傳質(zhì)的機理問題。n本節(jié)的內(nèi)容是結(jié)合吸收操作來說明本節(jié)的內(nèi)容是結(jié)合吸收操作來說明傳質(zhì)的基本原理傳質(zhì)的基本原理，并導出并導出傳質(zhì)的速率關(guān)系傳質(zhì)的速率關(guān)系，作為分析吸收操作與計算，作為分析吸收操作與計算吸收設(shè)備的依據(jù)。吸收設(shè)

20、備的依據(jù)。30第三節(jié)第三節(jié) 傳質(zhì)機理與吸收速率傳質(zhì)機理與吸收速率n氣體吸收是溶質(zhì)先從氣相主體擴散到氣液界面，再氣體吸收是溶質(zhì)先從氣相主體擴散到氣液界面，再從氣液界面擴散到液相主體的傳質(zhì)過程。從氣液界面擴散到液相主體的傳質(zhì)過程。 氣相主體氣相主體 液相主體液相主體 相界面相界面溶解溶解氣相擴散氣相擴散 液相擴散液相擴散 31 第三節(jié)第三節(jié) 傳質(zhì)機理與吸收速率傳質(zhì)機理與吸收速率6.3.1 氣液相際傳質(zhì)理論氣液相際傳質(zhì)理論 相對于氣相濃度相對于氣相濃度 y 而言，液而言，液相濃度欠飽和相濃度欠飽和(x y*)，溶，溶質(zhì)質(zhì)A由氣相向液相轉(zhuǎn)移。由氣相向液相轉(zhuǎn)移。 氣、液相濃度氣、液相濃度(x, y)在平

21、衡在平衡 線上方線上方(P點點)：結(jié)論：結(jié)論：若系統(tǒng)氣、液相濃度（若系統(tǒng)氣、液相濃度（x，y）在平衡線上方，則）在平衡線上方，則體系將發(fā)生從氣相到液相的傳質(zhì)，即吸收過程。體系將發(fā)生從氣相到液相的傳質(zhì)，即吸收過程。yxoy*=f(x)Pyxy*x*釋放溶質(zhì)釋放溶質(zhì)吸收溶質(zhì)吸收溶質(zhì)32相對于氣相濃度而言實際相對于氣相濃度而言實際液相濃度過飽和液相濃度過飽和(xx*)，故，故液相有釋放溶質(zhì)液相有釋放溶質(zhì) A 的能力。的能力。相對于液相濃度相對于液相濃度 x 而言氣而言氣相濃度為欠飽和相濃度為欠飽和(yy*)，溶，溶質(zhì)質(zhì) A 由液相向氣相轉(zhuǎn)移。由液相向氣相轉(zhuǎn)移。氣、液相濃度氣、液相濃度(x, y)在平

22、衡在平衡線下方線下方(Q點點)：結(jié)論：結(jié)論：若系統(tǒng)氣、液相濃度（若系統(tǒng)氣、液相濃度（x，y）在平衡線下方，則）在平衡線下方，則體系將發(fā)生從液相到氣相的傳質(zhì)，即解吸過程。體系將發(fā)生從液相到氣相的傳質(zhì)，即解吸過程。第三節(jié)第三節(jié) 傳質(zhì)機理與吸收速率傳質(zhì)機理與吸收速率yxoy*=f(x)Qyxy*x*釋放溶質(zhì)釋放溶質(zhì)吸收溶質(zhì)吸收溶質(zhì)33 相對于氣相濃度而言液相相對于氣相濃度而言液相濃度為平衡濃度濃度為平衡濃度(x=x*)，故，故液相不釋放或吸收溶質(zhì)液相不釋放或吸收溶質(zhì) A。 相對于液相濃度相對于液相濃度 x 而言氣而言氣相濃度為平衡濃度相濃度為平衡濃度(y=y*)，溶質(zhì)溶質(zhì) A 不發(fā)生轉(zhuǎn)移。不發(fā)生轉(zhuǎn)移

23、。 氣、液相濃度氣、液相濃度(x, y)處于平處于平衡線上衡線上(R點點)：結(jié)論：結(jié)論：若系統(tǒng)氣、液相濃度（若系統(tǒng)氣、液相濃度（x ，y ）處于平衡線上，則）處于平衡線上，則 體系從宏觀上講將不會發(fā)生相際間的傳質(zhì)，即系體系從宏觀上講將不會發(fā)生相際間的傳質(zhì)，即系 統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。第三節(jié)第三節(jié) 傳質(zhì)機理與吸收速率傳質(zhì)機理與吸收速率yxoy*=f(x)Ryxy*x*34第三節(jié)第三節(jié) 傳質(zhì)機理與吸收速率傳質(zhì)機理與吸收速率 傳質(zhì)推動力的表示方法傳質(zhì)推動力的表示方法可以不同，但效果一樣?？梢圆煌?，但效果一樣。 (x*-x)：以液相摩爾分數(shù)差：以液相摩爾分數(shù)差表示的傳質(zhì)推動力。表示的傳質(zhì)推動

24、力。 對吸收過程：對吸收過程：(y-y*)：以氣相摩爾分數(shù)差：以氣相摩爾分數(shù)差表示的傳質(zhì)推動力；表示的傳質(zhì)推動力；二、傳質(zhì)過程的推動力二、傳質(zhì)過程的推動力 未達平衡的兩相接觸會發(fā)生相際間傳質(zhì)，離平衡濃度越遠，未達平衡的兩相接觸會發(fā)生相際間傳質(zhì)，離平衡濃度越遠，過程傳質(zhì)推動力越大，傳質(zhì)過程進行越快。過程傳質(zhì)推動力越大，傳質(zhì)過程進行越快。可用氣相或液相濃度可用氣相或液相濃度遠離平衡的程度來表征氣液相際傳質(zhì)過程的推動力遠離平衡的程度來表征氣液相際傳質(zhì)過程的推動力。yxoy*=f(x)Pyxy*x*（y-y*）（x*-x）35yxoy*=f(x)Pyxy*x*第三節(jié)第三節(jié) 傳質(zhì)機理與吸收速率傳質(zhì)機理與

25、吸收速率三、傳質(zhì)過程的限度三、傳質(zhì)過程的限度 若保持液相濃度若保持液相濃度x不變，不變，氣相濃度氣相濃度y最低只能降到與最低只能降到與之相平衡的濃度之相平衡的濃度 y*， 即即 ymin= y*； 若保持氣相濃度若保持氣相濃度 y 不變，不變，則液相濃度則液相濃度 x 最高也只能升最高也只能升高到與氣相濃度高到與氣相濃度 y 相平衡的相平衡的濃度濃度 x*，即，即 xmax= x*。對吸收而言：對吸收而言：36第三節(jié)第三節(jié) 傳質(zhì)機理與吸收速率傳質(zhì)機理與吸收速率yxoy*=f(x)Qyxy*x* 若保持液相濃度若保持液相濃度 x 不變，不變，氣相濃度氣相濃度 y 最高只能升到與最高只能升到與之相

26、平衡的濃度之相平衡的濃度 y*，即即 ymax=y*； 若保持氣相濃度若保持氣相濃度 y 不變，不變，則液相濃度則液相濃度 x 最高也只能降最高也只能降到與氣相濃度到與氣相濃度 y 相平衡的濃相平衡的濃度度 x*，即，即 xmin=x*。對解吸而言：對解吸而言：37第三節(jié)第三節(jié) 傳質(zhì)機理與吸收速率傳質(zhì)機理與吸收速率四、吸收傳質(zhì)理論四、吸收傳質(zhì)理論 38第三節(jié)第三節(jié) 傳質(zhì)機理與吸收速率傳質(zhì)機理與吸收速率 吸收過程可分為三個步驟：吸收過程可分為三個步驟： 氣相主體氣相主體 液相主體液相主體 相界面相界面溶解溶解氣相擴散氣相擴散 液相擴散液相擴散 (1) (1) 溶質(zhì)由氣相主體擴散至兩相界面氣相側(cè)溶

27、質(zhì)由氣相主體擴散至兩相界面氣相側(cè)( (氣相內(nèi)傳質(zhì)氣相內(nèi)傳質(zhì)) )；(2) (2) 溶質(zhì)在界面上溶解溶質(zhì)在界面上溶解( (通過界面的傳質(zhì)通過界面的傳質(zhì)) )；(3) (3) 溶質(zhì)由相界面液相側(cè)擴散至液相主體溶質(zhì)由相界面液相側(cè)擴散至液相主體( (液相內(nèi)傳質(zhì)液相內(nèi)傳質(zhì)) )。 類似傳熱類似傳熱39第三節(jié)第三節(jié) 傳質(zhì)機理與吸收速率傳質(zhì)機理與吸收速率無論是氣相還是液相，物質(zhì)的傳遞機理包括以下兩種無論是氣相還是液相，物質(zhì)的傳遞機理包括以下兩種:五、吸收傳質(zhì)基本方式五、吸收傳質(zhì)基本方式 1、分子擴散、分子擴散 在一相內(nèi)部有濃度差的條件下，由于分子的無規(guī)則在一相內(nèi)部有濃度差的條件下，由于分子的無規(guī)則熱運動而造

28、成的物質(zhì)傳遞現(xiàn)象。熱運動而造成的物質(zhì)傳遞現(xiàn)象。(類似傳導類似傳導)菲克菲克(Fick)定律定律JA:分子擴散通量，分子擴散通量，kmol/(m2 s)DAB:擴散系數(shù)擴散系數(shù),m2/s；dCA/dz:物質(zhì)物質(zhì)A的濃度梯度的濃度梯度,kmol/m4;dzdCDJAABAdxdtq40第三節(jié)第三節(jié) 傳質(zhì)機理與吸收速率傳質(zhì)機理與吸收速率 2、渦流擴散、渦流擴散 憑藉流體質(zhì)點的湍動和旋渦來傳遞物質(zhì)的現(xiàn)象。（憑藉流體質(zhì)點的湍動和旋渦來傳遞物質(zhì)的現(xiàn)象。（類似對流類似對流）dzdcDDJAE 3、對流傳質(zhì)、對流傳質(zhì) 發(fā)生在流動著的流體與相界面之間的傳質(zhì)過程。在滯流內(nèi)層主發(fā)生在流動著的流體與相界面之間的傳質(zhì)過

29、程。在滯流內(nèi)層主要是分子擴散。在過渡層既有分子擴散要是分子擴散。在過渡層既有分子擴散,也有對流擴散。在湍流主體也有對流擴散。在湍流主體中主要是對流擴散，阻力很小中主要是對流擴散，阻力很小,可以忽略，即認為濃度一致。可以忽略，即認為濃度一致。物質(zhì)物質(zhì)Dm2s-1物質(zhì)物質(zhì)Dm2s-l 物質(zhì)物質(zhì)Dm2s-1乳糖乳糖麥芽糖麥芽糖葡萄糖葡萄糖棉子糖棉子糖蔗糖蔗糖4.310-104.310-106.010-103.710-104.510-10甘露醇甘露醇甘油甘油氨基甲酸酯氨基甲酸酯醋酸醋酸氯化鈉氯化鈉5.810-107.210-109.210-101.9210-91.3510-9 二氧化碳二氧化碳 氯氯

30、氧氧 氨氨 氮氮1.7710-91.2210-91.8010 -91.7610-91.6410-9 一些組分在水中的擴散系數(shù)值（一些組分在水中的擴散系數(shù)值（20） 41第三節(jié)第三節(jié) 傳質(zhì)機理與吸收速率傳質(zhì)機理與吸收速率42 6.3.2 雙膜理論（雙膜理論（Two-film Theory)的基本論點：的基本論點：2. 相界面處兩相互成平衡，界相界面處兩相互成平衡，界 面上沒有阻力。面上沒有阻力。 3. 兩停滯膜以外的氣液相主體中兩停滯膜以外的氣液相主體中 流體充分湍動，濃度均勻。流體充分湍動，濃度均勻。1. 相互接觸的兩流體間存在著穩(wěn)定的相界面，界面兩側(cè)各存在相互接觸的兩流體間存在著穩(wěn)定的相界面

31、，界面兩側(cè)各存在 著一個很?。ê穸确謩e為著一個很?。ê穸确謩e為 1 和和 2 ）的滯流膜層。溶質(zhì)以）的滯流膜層。溶質(zhì)以 分子擴散方式通過此兩膜層。分子擴散方式通過此兩膜層。第三節(jié)第三節(jié) 傳質(zhì)機理與吸收速率傳質(zhì)機理與吸收速率 由由W.K.Lewis 和和 W.G.Whitman 在上世紀二十年代提出，是在上世紀二十年代提出，是最早出現(xiàn)的傳質(zhì)理論。雙膜理論的基本論點是：最早出現(xiàn)的傳質(zhì)理論。雙膜理論的基本論點是： 氣相主體氣相主體 液相主體液相主體 相界面相界面pi = ci / Hp 12pi ci c 氣氣膜膜液液膜膜雙膜阻力理論。雙膜阻力理論。氣相主體氣相主體 液相主體液相主體 相界面相界面p

32、i = ci / Hp 12pi ci c 氣氣膜膜液液膜膜43第三節(jié)第三節(jié) 傳質(zhì)機理與吸收速率傳質(zhì)機理與吸收速率向向雙膜理論（雙膜理論（Two-film Theory)模型模型ci=Hpi44第三節(jié)第三節(jié) 傳質(zhì)機理與吸收速率傳質(zhì)機理與吸收速率45一、氣膜和液膜吸收速率方程式一、氣膜和液膜吸收速率方程式)(iGAppkN1. 氣膜：吸收速率吸收速率NA：單位時間內(nèi)單位相際傳質(zhì)面積上吸收的溶單位時間內(nèi)單位相際傳質(zhì)面積上吸收的溶質(zhì)量。質(zhì)量。Gikpp1第三節(jié)第三節(jié) 傳質(zhì)機理與吸收速率傳質(zhì)機理與吸收速率氣膜的傳質(zhì)阻力46第三節(jié)第三節(jié) 傳質(zhì)機理與吸收速率傳質(zhì)機理與吸收速率BmGgpPRTDk12. 液

33、膜：)(LcckNiA液膜的傳質(zhì)阻力BmmLlccDk2DG、DL 溶質(zhì)組分在氣膜與液膜中的分子擴散系數(shù)；溶質(zhì)組分在氣膜與液膜中的分子擴散系數(shù)；P/pBm 氣相擴散漂流因子；氣相擴散漂流因子；cm/cBm 液相擴散漂流因子；液相擴散漂流因子； 1、 2 界面兩側(cè)氣液相等效膜層厚度，待定參數(shù)。界面兩側(cè)氣液相等效膜層厚度，待定參數(shù)。 L1kcci47二、總吸收速率方程式及其對應(yīng)的總吸收系數(shù)二、總吸收速率方程式及其對應(yīng)的總吸收系數(shù)（一）（一） 以氣相組成表示的吸收速率方程式以氣相組成表示的吸收速率方程式1. 以（p-p*）表示總推動力Hcp Hcpii)(cckNiLA)(iGAppkN)(ppHk

34、iL第三節(jié)第三節(jié) 傳質(zhì)機理與吸收速率傳質(zhì)機理與吸收速率 以上兩式中均用到了以上兩式中均用到了相界面相界面處溶質(zhì)的濃度，很處溶質(zhì)的濃度，很難難直直接準確測定，因此一般希望能夠直接用接準確測定，因此一般希望能夠直接用氣液兩相主體濃度氣液兩相主體濃度來計算傳質(zhì)速率。來計算傳質(zhì)速率。 48)(ppKNGA則ppkHkNGLA)11(GLGkHkK111令KG：氣相總吸收系數(shù)，：氣相總吸收系數(shù)，kmol/(m2.s.kPa)GGkK易溶氣體易溶氣體H很大，很大，氣膜控制氣膜控制第三節(jié)第三節(jié) 傳質(zhì)機理與吸收速率傳質(zhì)機理與吸收速率例如例如:用水吸收氨氣、用水吸收氨氣、HCl等。等。492. 以以( Y-Y*

35、 )表示總推動力表示總推動力Pyp *11)(YYYYPKppKNGGAPKKGY當當Y、Y*很小時，很小時， )(YYKNYA)()1)(1 (*YYYYPKG)1)(1 (*YYPKKGY令：YYP1第三節(jié)第三節(jié) 傳質(zhì)機理與吸收速率傳質(zhì)機理與吸收速率50)(ccKNLALGLkkHK11令：（二）以液相組成表示的吸收速率方程式（二）以液相組成表示的吸收速率方程式 1. 以以(C*-C)表示的吸收速率方程表示的吸收速率方程)()(*iGiGAccHkppkNcckNiLAcckkHNLGA*1LLkK 對于難溶氣體對于難溶氣體H很小，很小，液膜控制液膜控制第三節(jié)第三節(jié) 傳質(zhì)機理與吸收速率傳質(zhì)

36、機理與吸收速率KL液相總傳質(zhì)系數(shù)液相總傳質(zhì)系數(shù), m/s 例如例如:用水吸收氧氣、用水吸收氧氣、CO2等。等。51)(XX 2. 以 表示的吸收速率方程XXCCxc1ccKNLA*XXXXCKL11*當X、X*很小時， CKKLX)()1)(1 (*XXXXCKL)(*XXKXAN第三節(jié)第三節(jié) 傳質(zhì)機理與吸收速率傳質(zhì)機理與吸收速率)1)(1 (*XXCKLXK令：52 、 為為推動力推動力 、 為推動為推動力力 、 為推為推動力動力 氣氣 膜膜 NA=KG(p-pi ) NA=kY(Y-Yi) kY=PkG/(1+Y)(1+Yi) NA=ky(y-yi) ky=PkG 液液 膜膜 NA=kL(

37、Ci-C) NA=kX(Xi-X) kX=kLC/(1+Xi)(1+X) NA=kX(xi -x) kX=CkL 氣氣 相相 NA=KG(P-P*) KG=1/(1/kG+1/HkL) 氣膜控制氣膜控制 KG=kG NA=KY(Y-Y*) KY=PKG/(1+Y)(1+Y*) KY=1/(1/kY+m/kX) 氣膜控制時氣膜控制時KY=kY NA=Ky(y-y*) Ky=PKG Ky=1/(1/ky+m/kX) 氣膜控制時氣膜控制時Ky=ky 液相液相 NA=KL(C*-C) KL=1/(H/kG+1/kL) 液膜控制時液膜控制時KL=kL NA=KX(X* -X) KX=KL. /(1+X*

38、)(1+X) KX=1/(1/mky+1/kx) 液膜控制時液膜控制時 KX=kX NA=Kx(x*-x) Kx=CKL Kx=1/(1/mky+1/kx) 液膜控制時液膜控制時Kx=kx 531. 吸收系數(shù)的單位均為吸收系數(shù)的單位均為 kmol/(m2s單位推動力單位推動力)，注意，注意吸收系數(shù)（倒數(shù)為吸收阻力）與吸收推動力的一致性；吸收系數(shù)（倒數(shù)為吸收阻力）與吸收推動力的一致性；2. 吸收速率方程適于描述定態(tài)操作的吸收塔任一橫截吸收速率方程適于描述定態(tài)操作的吸收塔任一橫截面上的關(guān)系；面上的關(guān)系；3. 采用總系數(shù)表達的條件：符合亨利定律。采用總系數(shù)表達的條件：符合亨利定律。 54)()(cc

39、kppkNiLiGAGLiikkccpp上式表明，在分壓上式表明，在分壓 濃度圖上，濃度圖上，pi-ci關(guān)系為過定點關(guān)系為過定點D（c，p），斜），斜率為率為-kG/kL的直線。根據(jù)雙膜理論，的直線。根據(jù)雙膜理論，界面處的氣液濃度符合平衡關(guān)系，界面處的氣液濃度符合平衡關(guān)系，所以該直線與氣液平衡線的交點所以該直線與氣液平衡線的交點即為點（即為點（ ci，pi ）對于定態(tài)吸收傳質(zhì)，氣液兩膜中的傳質(zhì)速率應(yīng)當相等，即：對于定態(tài)吸收傳質(zhì)，氣液兩膜中的傳質(zhì)速率應(yīng)當相等，即：（三）界面濃度的計算（三）界面濃度的計算第三節(jié)第三節(jié) 傳質(zhì)機理與吸收速率傳質(zhì)機理與吸收速率0 c ciD(c,p)(ci,pi) p=

40、f(c) p pi55本節(jié)習題本節(jié)習題練習練習1：兩組份的等分子反相擴散體現(xiàn)在兩組份的等分子反相擴散體現(xiàn)在 操作操作中，而中，而A組份通過組份通過B組份的單相擴散體現(xiàn)在組份的單相擴散體現(xiàn)在 操操作中；作中；練習練習2：壓力壓力 ，溫度，溫度 ，將有利于解吸的進行，將有利于解吸的進行 ； 練習練習3：易溶氣體溶液上方的分壓易溶氣體溶液上方的分壓 ，難溶氣體溶，難溶氣體溶液上方的分壓液上方的分壓 ，只要組份在氣相中的分壓，只要組份在氣相中的分壓 液液相中該組分的平衡分壓，吸收就會繼續(xù)進行。相中該組分的平衡分壓，吸收就會繼續(xù)進行。精餾精餾吸收吸收減小減小升高升高小小大大大于大于56本節(jié)習題本節(jié)習題練

41、習練習5：根據(jù)雙膜理論，當被吸收組分在液相中溶解度根據(jù)雙膜理論，當被吸收組分在液相中溶解度 很小時，以液相濃度差表示的總傳質(zhì)系數(shù)很小時，以液相濃度差表示的總傳質(zhì)系數(shù) 。A、大于液相傳質(zhì)分系數(shù)、大于液相傳質(zhì)分系數(shù) B、 近似等于液相傳質(zhì)分系數(shù)近似等于液相傳質(zhì)分系數(shù)C、小于氣相傳質(zhì)分系數(shù)、小于氣相傳質(zhì)分系數(shù) D、 近似等于氣相傳質(zhì)分系數(shù)近似等于氣相傳質(zhì)分系數(shù)練習練習4：已知已知SO2水溶液在三種溫度水溶液在三種溫度t1、t2、t3下的亨利下的亨利 系數(shù)分別為系數(shù)分別為:E1=0.0035atm、E2=0.011atm、 E3=0.00625atm，則，則 A t1t2 C t1t2 D t3t1A

42、B57本節(jié)習題本節(jié)習題【例】【例】已知某低濃度氣體溶質(zhì)被吸收時，平衡關(guān)系服從已知某低濃度氣體溶質(zhì)被吸收時，平衡關(guān)系服從亨利定律，氣膜吸收系數(shù)亨利定律，氣膜吸收系數(shù)kG=2.74107kmol/(m2.s.kPa)，液膜吸收系數(shù)液膜吸收系數(shù)kL=6.9410-5m/s，溶解度系，溶解度系H=1.5kmol/ (m3.kPa)。試求總氣相吸收系數(shù)。試求總氣相吸收系數(shù)KG ，并分析該吸收過程，并分析該吸收過程的控制因素。的控制因素。解：解：75111112.74 101.5 6.94 10GGLKkHk63623.65 109.6 103.66 10 ()/ms kPakmol 72612.73 1

43、0/()3.66 10GKkmolms kPa 6213.65 10 ()/Gms kPakmolk 3219.6 10 ()/Lms kPakmolHk 58第四節(jié)第四節(jié) 吸收塔的計算吸收塔的計算6.4.1 吸收塔的物料衡算與操作線方程吸收塔的物料衡算與操作線方程6.4.2 吸收劑用量的確定吸收劑用量的確定6.4.3 填料層高度的計算填料層高度的計算6.4.4 塔徑的計算塔徑的計算6.4.5 吸收塔的操作和調(diào)節(jié)吸收塔的操作和調(diào)節(jié)59第四節(jié)第四節(jié) 吸收塔的計算吸收塔的計算l總吸收系數(shù)為常數(shù)l惰性氣體B的流量和溶劑S的流量在整個塔中均為常量 l氣液兩相呈逆流傳質(zhì)l 物料衡算l 氣液平衡關(guān)系l 速

44、率關(guān)系適用模型：適用模型：計算依據(jù)：計算依據(jù)：60)()(2121XXLYYV)1 (12AYY一、全塔物料衡算一、全塔物料衡算1221LXVYLXVY12121YY1YYYA隨氣體進塔的溶質(zhì)量被吸收的溶質(zhì)量 V惰氣流量，kmol(B)/s L純吸收劑流量， kmol(S)/s Y氣體中溶質(zhì)的摩爾比濃度, kmol(A)/kmol(B) X液體中溶質(zhì)的摩爾比濃度, kmol(A)/kmol(S) 1,YV2,YV2,XL1,XL1塔底，2塔頂6.4.1 吸收塔的物料衡算與操作線方程吸收塔的物料衡算與操作線方程回收率A61二、吸收塔的操作線方程二、吸收塔的操作線方程)(11XVLYXVLY在在

45、m-n 截面與塔底作溶質(zhì)組分物料衡算截面與塔底作溶質(zhì)組分物料衡算:LXVYLXVY11)(22XVLYXVLY同理，在同理，在 m-n 與塔頂：與塔頂：6.4.1 吸收塔的物料衡算與操作線方程吸收塔的物料衡算與操作線方程1,YV2,YV2, XL1, XLmnYXL/V：液氣比：液氣比)()(11XXLYYV或：62l 吸收吸收操作線操作線位于位于平衡線平衡線上方，上方，線上任一點的坐標（線上任一點的坐標（Y,X Y,X ）代表了）代表了塔內(nèi)該截面上氣、液兩相的組成。塔內(nèi)該截面上氣、液兩相的組成。l 當當 L/V 一定，操作線方程在一定，操作線方程在 Y-X 圖上為以液氣比圖上為以液氣比 L/

46、V為斜率，過塔為斜率，過塔頂、底的氣、液兩相組成點頂、底的氣、液兩相組成點(Y2，X2)和和(Y1，X1)的直線，稱為吸收操的直線，稱為吸收操作線。作線。6.4.1 吸收塔的物料衡算與操作線方程吸收塔的物料衡算與操作線方程l 兩線間垂直距離（兩線間垂直距離（Y-YY-Y* *）或水平距離（）或水平距離（X X* *-X-X）的變化顯示了吸）的變化顯示了吸收過程推動力沿塔高的變化規(guī)律。收過程推動力沿塔高的變化規(guī)律。操操作線離平衡線越遠，傳質(zhì)推作線離平衡線越遠，傳質(zhì)推動力越大。動力越大。YXoY*=f(X)AY1X1X2Y2BYXX*Y*PY- Y*X*-X636.4.2 吸收劑用量的確定吸收劑用

47、量的確定1. 液氣比液氣比 L/V 操作線的斜率操作線的斜率反映單位氣體處理量的溶劑耗用量大小。反映單位氣體處理量的溶劑耗用量大小。 L / V ，操作線斜率，操作線斜率 ，操作線與平衡線的距離，操作線與平衡線的距離 ，塔內(nèi)傳，塔內(nèi)傳質(zhì)推動力質(zhì)推動力 ，完成一定分離任務(wù)所需塔高，完成一定分離任務(wù)所需塔高 ； L / V ，吸收劑用量，吸收劑用量 ，吸收劑出塔濃度，吸收劑出塔濃度 X1 ，循環(huán)和再生，循環(huán)和再生費用費用 ； 若若L / V ，吸收劑出塔濃度，吸收劑出塔濃度 X1 ，塔內(nèi)傳質(zhì)推動力，塔內(nèi)傳質(zhì)推動力 ，完，完成相同任務(wù)所需塔高成相同任務(wù)所需塔高 ，設(shè)備費用，設(shè)備費用 。 可知吸收劑出

48、塔濃度可知吸收劑出塔濃度 X1 與吸收劑用量與吸收劑用量 L 是相互制約的。是相互制約的。2211VXYYLX由全塔物料衡算式得：由全塔物料衡算式得： 646.4.2 吸收劑用量的確定吸收劑用量的確定*2. 最小液氣比最小液氣比(L/V)min定義：操作線與平衡線相交或相切時的斜率。定義：操作線與平衡線相交或相切時的斜率。YXoY*=f(X)AY1X1X2Y2BL/VY- Y*AX1(L/V)X1,max(L/V)minC 當塔底流出的吸當塔底流出的吸收液與剛進塔的混合收液與剛進塔的混合氣體呈平衡狀態(tài)時氣體呈平衡狀態(tài)時（圖中圖中C點點），吸），吸收的推動力為零。此收的推動力為零。此種狀況下，吸

49、收操作種狀況下，吸收操作線的斜率稱為線的斜率稱為最小液最小液氣比氣比，以，以(L/V)min。656.4.2 吸收劑用量的確定吸收劑用量的確定* 平衡關(guān)系為上凹曲線 圖解法或解析法：確定操作線與平衡線交點坐標B*12min12YYLVXX12min12YYLVXX 最小液氣比最小液氣比(L/V)min的求法：的求法：666.4.2 吸收劑用量的確定吸收劑用量的確定*平衡關(guān)系為下凹曲線 圖解法：操作線與平衡線切線，確定切線與Y1線 交點B*坐標12min12YYLVXX12min12YYLVXXB*676.4.2 吸收劑用量的確定吸收劑用量的確定*平衡關(guān)系符合亨利定律 解析法：121min2YY

50、LYVXm12min12YYLVYXm12min12YYLVXX68 * 但要保證填料表面能被液體充分潤濕。6.4.2 吸收劑用量的確定吸收劑用量的確定適宜液氣比需根據(jù)經(jīng)濟指標優(yōu)化計算：適宜液氣比需根據(jù)經(jīng)濟指標優(yōu)化計算：經(jīng)驗值經(jīng)驗值:min(1.1 2.0)LLVVmin(1.1 2.0)LL在最小液氣比下操作時，在塔的某截面上（塔底或塔內(nèi)）氣、在最小液氣比下操作時，在塔的某截面上（塔底或塔內(nèi)）氣、液兩相達平衡，傳質(zhì)推動力為零，完成規(guī)定傳質(zhì)任務(wù)所需的液兩相達平衡，傳質(zhì)推動力為零，完成規(guī)定傳質(zhì)任務(wù)所需的塔高為無窮大。對一定高度的塔而言，在最小液氣比下操作塔高為無窮大。對一定高度的塔而言，在最小液

51、氣比下操作則不能達到分離要求。則不能達到分離要求。 實際液氣比應(yīng)在大于最小液氣比的基礎(chǔ)上，兼顧設(shè)備費用和實際液氣比應(yīng)在大于最小液氣比的基礎(chǔ)上，兼顧設(shè)備費用和操作費用兩方面因素，按總費用最低的原則來選取。操作費用兩方面因素，按總費用最低的原則來選取。696.4.2 吸收劑用量的確定吸收劑用量的確定11331329.49)08. 01 ()(104 .22)(20. 1smolmolmsmV【例】【例】在一逆流操作的吸收塔中，用清水吸收混合氣體在一逆流操作的吸收塔中，用清水吸收混合氣體中的中的SO2。氣體處理量為。氣體處理量為1.20m3s-1 （標準）（標準） ，進塔氣體，進塔氣體中含中含SO2

52、 8%（體積百分數(shù)），要求（體積百分數(shù)），要求SO2的吸收率為的吸收率為85%，在該吸收操作條件下的相平衡關(guān)系在該吸收操作條件下的相平衡關(guān)系Y*=26.7X，用水量為，用水量為最小用量的最小用量的1.5倍。試求：（倍。試求：（1）用水量為多少？（）用水量為多少？（2）若）若吸收率提高至吸收率提高至90%，用水量又為多少？，用水量又為多少？解：解：惰性氣體量為：惰性氣體量為： 087. 008. 0108. 01111yyY706.4.2 吸收劑用量的確定吸收劑用量的確定（1）當吸收率為）當吸收率為85%時時 68.22010258. 30131. 0087. 0X)(32*121minXYYV

53、L實際液氣比實際液氣比 最小液氣比最小液氣比 Y2=Y1（1-A）= 0.087(1-0.85) = 0.0131 X1*=Y1/26.7 = 0.087/26.7 = 3.258 10-3 X2=0（清水）（清水）L=34.02V=34.02 49.29=1677mols-1=0.03m3 s-1L/V=1.5(L/V)min =1.5 22.68=34.02實際用水量實際用水量 716.4.2 吸收劑用量的確定吸收劑用量的確定（2）若吸收率提高至）若吸收率提高至90%，出塔氣體濃度為，出塔氣體濃度為Y2，則最小液氣比，則最小液氣比 03.247 .269 . 00)1 ()(1112*12

54、1minmmYYYXXYYVLAA實際液氣比實際液氣比L =36.05V=36.05 49.29=1777mols-1=0.032m3 s-1 從計算結(jié)果可知，在其他條件相同時，吸收率提高，最小液從計算結(jié)果可知，在其他條件相同時，吸收率提高，最小液氣比增大，所需的吸收劑用量也增大。氣比增大，所需的吸收劑用量也增大。(L/V)=1.5(L/V) min =1.5 24.03=36.05 實際用水量實際用水量 726.4.2 吸收劑用量的確定吸收劑用量的確定【例】【例】用洗油吸收焦爐氣中的芳烴。吸收塔內(nèi)的溫度用洗油吸收焦爐氣中的芳烴。吸收塔內(nèi)的溫度27、壓強為、壓強為106.7kPa。焦爐氣流量為

55、。焦爐氣流量為850m3/h，其中所，其中所含芳烴的摩爾分率為含芳烴的摩爾分率為0.02，要求芳烴回收率不低于，要求芳烴回收率不低于95。進入吸收塔頂?shù)南从椭兴紵N的摩爾分率為進入吸收塔頂?shù)南从椭兴紵N的摩爾分率為0.005。若。若取溶劑用量為理論最小用量的取溶劑用量為理論最小用量的1.5倍，求每小時送入吸收倍，求每小時送入吸收塔頂?shù)南从土考八琢鞒龅奈找簼舛取２僮鳁l件下的塔頂?shù)南从土考八琢鞒龅奈找簼舛?。操作條件下的平衡關(guān)系可用下式表達，即：平衡關(guān)系可用下式表達，即：0.1251 0.875XYX解：850273106.7(1 0.02)35.63/22.427327101.33Vk

56、mol h10.020.02041 0.02Y 736.4.2 吸收劑用量的確定吸收劑用量的確定20.0204 (1 0.95)0.00102Y 20.0050.005031 0.005X 10.0204Y 10.176X12min12()35.63(0.02040.00102)4.04/0.1760.00503YYLVkmol hXX 746.4.2 吸收劑用量的確定吸收劑用量的確定min1.51.5 4.046.06/LLkmol h16.066.09/1 0.005kmol h1212()35.63(0.02040.00102)0.005030.11906.06V YYXXL756.4.

57、3 填料層高度的計算填料層高度的計算填料層高度的基本計算式：填料層高度的基本計算式：aAA/aVZP式中：式中： Z 填料層的高度（填料層的高度（m）；）； Vp 填料層的體積（填料層的體積（m3）；）； A 吸收所需的傳質(zhì)面積（吸收所需的傳質(zhì)面積（m2）；）； 塔的截面積（塔的截面積（m2）；）；單位體積填料的有效傳質(zhì)面積（單位體積填料的有效傳質(zhì)面積（m2/m3）。）。 Z766.4.3 填料層高度的計算填料層高度的計算l 物料衡算l 氣液平衡關(guān)系l 速率關(guān)系計算依據(jù)：計算依據(jù)：77一、填料層高度的計算：一、填料層高度的計算：6.4.3 填料層高度的計算填料層高度的計算 填料塔內(nèi)氣、液組成填

58、料塔內(nèi)氣、液組成Y、X和傳質(zhì)和傳質(zhì)推動力推動力 Y（或（或 X）均隨塔高變化，故）均隨塔高變化，故塔內(nèi)各截面上的吸收速率也不相同。塔內(nèi)各截面上的吸收速率也不相同。dXVdYL對高度為對高度為 dz 的微分段作物料衡算：的微分段作物料衡算： 若若 dz 微元段內(nèi)傳質(zhì)速率為微元段內(nèi)傳質(zhì)速率為NA，填，填料提供的傳質(zhì)面積為料提供的傳質(zhì)面積為 dA=a dz，則通則通過傳質(zhì)面積過傳質(zhì)面積 dA 溶質(zhì)溶質(zhì) A 的傳遞量為：的傳遞量為： dzdaNANAA786.4.3 填料層高度的計算填料層高度的計算此傳質(zhì)量也就是在此傳質(zhì)量也就是在 dz 段內(nèi)溶質(zhì)段內(nèi)溶質(zhì) A 由氣相轉(zhuǎn)入液相的量。因此：由氣相轉(zhuǎn)入液相的

59、量。因此： dzVdYaNAdzdXaNLAX)-(XK)Y-(YKN*X*YAdZaXXKLdXdZaYYKVdY*X*Y796.4.3 填料層高度的計算填料層高度的計算對上兩式沿塔高（全塔）積分得：對上兩式沿塔高（全塔）積分得： 12YYYYYdYaKVz12XXXXXdXaKVzKYa， KXa 氣相或液體總體積吸收系數(shù)，氣相或液體總體積吸收系數(shù)， kmol/(m3s) ZXXXZYYYdZLaKXXdYdZVaKYYdY0*0*1212806.4.3 填料層高度的計算填料層高度的計算LOOLXXXNHXXdXaKVz12二、傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)二、傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)12YYY

60、YYdYaKVzOGOGNH傳質(zhì)單元數(shù)傳質(zhì)單元高度則：填料層高度VKYaV816.4.3 填料層高度的計算填料層高度的計算1. 傳質(zhì)單元高度傳質(zhì)單元高度 HOG 或或 HOL 代表了吸收塔傳質(zhì)性能的代表了吸收塔傳質(zhì)性能的高低，與填料的性能和塔中氣、液兩相的流動狀況高低，與填料的性能和塔中氣、液兩相的流動狀況有關(guān)。有關(guān)。HOG 或或 HOL 值小，表示設(shè)備的性能高，完成值小，表示設(shè)備的性能高，完成相同傳質(zhì)單元數(shù)的吸收任務(wù)所需塔的高度小。相同傳質(zhì)單元數(shù)的吸收任務(wù)所需塔的高度小。2. 傳質(zhì)單元數(shù)傳質(zhì)單元數(shù) NOG 或或 NOL 反映吸收過程的難易程度，反映吸收過程的難易程度，其大小取決于分離任務(wù)和整