第二篇第八章吸收

1、第二篇第八章吸收1第1頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日四川農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生課程環(huán)工原理2/2008.1 吸收的基本概念 一、什么是吸收？第2頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日四川農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生課程環(huán)工原理3/200二吸收的應(yīng)用吸收操作的用途：(1) 制取產(chǎn)品 用吸收劑吸收氣體中某些組分而獲得產(chǎn)品。如硫酸吸收SO3制濃硫酸，水吸收甲醛制福爾馬林液，碳化氨水吸收CO2制碳酸氫氨等。 (2) 分離混合氣體 吸收劑選擇性地吸收氣體中某些組分以達(dá)到分離目的。如從焦?fàn)t氣或城市煤氣中分離苯，從乙醇催化裂解氣中分離丁二烯等。 (3) 氣體凈化 一類是原料氣的凈化

2、，即除去混合氣體中的雜質(zhì)，如合成氨原料氣脫H2S、脫CO2等；另一類是尾氣處理和廢氣凈化以保護(hù)環(huán)境，如燃煤鍋爐煙氣，冶煉廢氣等脫除SO2，硝酸尾氣脫除NO2等。 第3頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日四川農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生課程環(huán)工原理4/200三吸收分類液相溫度是否明顯升高溶質(zhì)與吸收劑是否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)按混合氣體中被吸收組分的數(shù)目分第4頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日四川農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生課程環(huán)工原理5/200 8.2 物理吸收 一物理吸收的熱力學(xué)基礎(chǔ)過程發(fā)生的方向過程發(fā)生的極限過程發(fā)生的推動(dòng)力氣液相平衡第5頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)3

3、4分，星期日（一）氣液相平衡和亨利定律1.氣液平衡溶解揮發(fā)氣相液相動(dòng)態(tài)平衡時(shí)：溶質(zhì)組分在氣相中的分壓稱為平衡分壓；在液相中的飽和濃度稱為平衡濃度（溶解度）。溶質(zhì)氣、液兩相組成的平衡關(guān)系如何描述？第6頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日2.亨利定律 在稀溶液條件下，溫度一定，總壓不大時(shí)，氣體溶質(zhì)的平衡分壓和溶解度成正比，其相平衡曲線是一條通過原點(diǎn)的直線，這一關(guān)系稱為亨利（henry）定律，即亨利系數(shù)，Pa溶解度系數(shù)，kmol/（m3Pa）相平衡常數(shù)，無量綱小于5105Pa第7頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日四川農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生課程環(huán)工原理8/200當(dāng)

4、溶液濃度很低，XA很小第8頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日（二）相平衡關(guān)系在吸收過程中的應(yīng)用1.判斷傳質(zhì)過程的方向吸收解吸第9頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日四川農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生課程環(huán)工原理10/2002.計(jì)算相際傳質(zhì)過程的推動(dòng)力yA2xA2yA1xA1yAxAyAy*AxAx*AA兩相實(shí)際含量如點(diǎn)A所示平衡線吸收推動(dòng)力（實(shí)際含量與平衡含量的偏離程度）第10頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日四川農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生課程環(huán)工原理11/2003.確定傳質(zhì)過程的極限yA2xA2yA1xA1yAxA相平衡關(guān)系限制了溶劑離塔時(shí)的最高溶質(zhì)

5、含量和氣體混合物離塔時(shí)的最低溶質(zhì)含量。第11頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日四川農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生課程環(huán)工原理12/200二、物理吸收的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)（一）吸收過程機(jī)理溶質(zhì)由氣相主體 傳遞至氣液兩相界面的氣相一側(cè)，即氣相內(nèi)的傳遞溶質(zhì)在兩相界面由氣相溶解于液相，即相際傳遞溶質(zhì)在相界面的液相一側(cè)傳遞至液相主體，即液相內(nèi)的傳遞第12頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日（二）雙膜理論基本論點(diǎn)：1.相互接觸的氣、液兩相流體間存在著穩(wěn)定的相界面。界面兩側(cè)分別有一層虛擬的停滯氣膜和停滯液膜。溶質(zhì)分子以穩(wěn)態(tài)的分子擴(kuò)散連續(xù)通過這兩層膜。2.在相界面處，氣液兩相在瞬間就達(dá)到

6、平衡，界面上不存在傳質(zhì)阻力。 3.在膜層以外，氣液兩相流體都充分湍 動(dòng)，不存在濃度梯度，沒有傳質(zhì)阻力； 溶質(zhì)在每一相中的傳質(zhì)阻力都集中在虛 擬的停滯膜內(nèi)。第13頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日(三）吸收（傳質(zhì)）速率方程吸收（傳質(zhì)）速率是指單位時(shí)間內(nèi)單位相際傳質(zhì)面積上吸收的溶質(zhì)的量。吸收傳質(zhì)速率與吸收推動(dòng)力之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式稱為吸收傳質(zhì)速率方程式。吸收（傳質(zhì)）速率吸收（傳質(zhì)）系數(shù)吸收推動(dòng)力或吸收（傳質(zhì)）速率吸收推動(dòng)力/吸收阻力由于吸收推動(dòng)力及吸收系數(shù)的表達(dá)方式及范圍不同，吸收傳質(zhì)速率方程式有多種形式。第14頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日1.

7、氣膜吸收（傳質(zhì)）速率方程第15頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日2.液膜吸收（傳質(zhì)）速率方程第16頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日四川農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生課程環(huán)工原理17/200 從以上的氣膜或液膜的吸收速率方程式可以看出：要想計(jì)算傳質(zhì)速率，需要知道兩相界面的組成，即pi、yi、Yi或ci、xi、Xi及氣液相傳質(zhì)系數(shù)。但兩相界面處溶質(zhì)的組成很難確定，所以，要想求出傳質(zhì)速率，最好是想辦法把界面處溶質(zhì)的組成消去，正是這一思路，才產(chǎn)生了我們的總傳質(zhì)速率方程。第17頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日3.總吸收（傳質(zhì)）速率方程推導(dǎo)見書上

8、第18頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日推導(dǎo)：若氣液相平衡符合亨利定律，則有：代入液相傳質(zhì)速率方程式：又氣相傳質(zhì)速率方程式：在穩(wěn)態(tài)傳質(zhì)過程中，溶質(zhì)通過氣相的傳質(zhì)速率與通過液相的傳質(zhì)速率恒等，則有：第19頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日將上式加和消去Yi，得第20頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日四川農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生課程環(huán)工原理21/2001.氣膜控制（易溶體系）： 故 （四）傳質(zhì)阻力分析第21頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日四川農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生課程環(huán)工原理22/2002.液膜控制（難溶體系）： 故

9、第22頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日四川農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生課程環(huán)工原理23/2003.雙膜控制： 氣膜阻力和液膜阻力均不可忽略，稱其為雙膜控制。第23頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日四川農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生課程環(huán)工原理24/200 8.3 化學(xué)吸收化學(xué)吸收過程示意圖距離zp或c氣相主體液相主體氣膜液膜相界面產(chǎn)物M活性組分BcBcMcA,ipA溶質(zhì)ApA,i反應(yīng)區(qū)一、特點(diǎn)第24頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日四川農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生課程環(huán)工原理25/200二、化學(xué)吸收的平衡關(guān)系氣、液兩相之間的相平衡（與溶質(zhì)氣相濃度平衡的是液相中物理

10、溶解態(tài)的溶質(zhì)濃度）液相中的化學(xué)反應(yīng)平衡假設(shè)溶質(zhì)A與吸收劑或其中一種活性組分B反應(yīng)，反應(yīng)的關(guān)系式寫為：aA + bBmM則反應(yīng)的化學(xué)平衡關(guān)系式可寫為：K化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)；A液相中未反應(yīng)的，以物理溶解態(tài)存在的溶質(zhì)濃度。第25頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日四川農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生課程環(huán)工原理26/200由化學(xué)反應(yīng)平衡關(guān)系，得：代入亨利定律：化學(xué)吸收時(shí)的小于僅有物理吸收時(shí)溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓。溶質(zhì)與吸收劑和溶質(zhì)與活性組分反應(yīng)的不同情形（同學(xué)自學(xué)）。第26頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日四川農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生課程環(huán)工原理27/200三、化學(xué)吸收的傳質(zhì)速率化學(xué)

11、吸收的傳質(zhì)模型也以雙膜模型為基礎(chǔ)，在氣相一側(cè)，溶質(zhì)的傳質(zhì)速率方程與物理吸收過程相同。在氣液兩相界面處，溶質(zhì)的氣液兩相組成符合平衡關(guān)系。但，在夜相一側(cè)，總的來說，化學(xué)反應(yīng)增加了液相一側(cè)的傳質(zhì)推動(dòng)力或傳質(zhì)系數(shù)，使得液相的傳質(zhì)速率增大，從而增大了總傳質(zhì)過程的速率?？梢杂迷龃髠髻|(zhì)推動(dòng)力或增大傳質(zhì)系數(shù)兩種方法來表示化學(xué)反應(yīng)的液相傳質(zhì)速率的影響。第27頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日四川農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生課程環(huán)工原理28/200如果認(rèn)為傳質(zhì)系數(shù)不變，傳質(zhì)推動(dòng)力增加，則如果認(rèn)為傳質(zhì)推動(dòng)力不變，傳質(zhì)系數(shù)增加，則增強(qiáng)系數(shù)。第28頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日四川

12、農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生課程環(huán)工原理29/200一、吸收設(shè)備工藝簡述8.4 吸收設(shè)備的主要工藝計(jì)算第29頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日四川農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生課程環(huán)工原理30/200吸收設(shè)備的計(jì)算，按給定條件、任務(wù)和要求的不同，一般可分為設(shè)計(jì)型計(jì)算和操作型（校核型）計(jì)算兩大類。設(shè)計(jì)型計(jì)算：按給定的生產(chǎn)任務(wù)和工藝條件來設(shè)計(jì)滿足任務(wù)要求的單元設(shè)備。操作型計(jì)算：根據(jù)已知的設(shè)備參數(shù)和工藝條件來求算所能完成的任務(wù)。兩種計(jì)算所遵循的基本原理及所用關(guān)系式都相同，只是具體的計(jì)算方法和步驟有些不同而已。本章著重討論吸收塔的設(shè)計(jì)型計(jì)算。吸收塔的設(shè)計(jì)型計(jì)算是按給定的生產(chǎn)任務(wù)及條件（已知待分離氣體的處理量

13、與組成，以及要達(dá)到的分離要求），設(shè)計(jì)出能完成此分離任務(wù)所需的吸收塔。第30頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日四川農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生課程環(huán)工原理31/200設(shè)計(jì)計(jì)算的主要內(nèi)容與步驟 計(jì)算依據(jù)：物料衡算、氣液相平衡關(guān)系和傳質(zhì)速率(1) 吸收劑的選擇及用量的計(jì)算；(2) 設(shè)備類型的選擇；(3) 塔徑計(jì)算；(4) 填料層高度的計(jì)算；本節(jié)重點(diǎn)介紹填料塔的工藝計(jì)算。幾點(diǎn)假設(shè)：吸收為低濃度等溫物理吸收 惰性組分在溶劑中完全不溶解，溶劑在操作條件 下不揮發(fā)，惰性氣體和吸收劑在整個(gè)吸收塔中為常量 氣液兩相逆向流動(dòng)第31頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日四川農(nóng)業(yè)大學(xué)本科

14、生課程環(huán)工原理32/200以逆流操作的填料塔為例：下標(biāo)“1”代表塔內(nèi)填料層下底截面，下標(biāo)“2”代表填料層上頂截面。qnG 惰性氣體B的摩爾流量kmol/s；qnL qnL純吸收劑S的摩爾流量kmol/s；Y 溶質(zhì)A在氣相中的比摩爾分?jǐn)?shù)； X 溶質(zhì)A在液相中的比摩爾分?jǐn)?shù)。（一）全塔物料衡算 qnG, Y2qnG, Y1qnL, X1qnL, X2二、填料塔吸收過程的物料衡算與操作線方程第32頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日進(jìn)塔氣量 qnG 和組成 Y1 是吸收任務(wù)規(guī)定的，進(jìn)塔吸收劑溫度和組成 X2 一般由工藝條件所確定，出塔氣體組成 Y2 則由任務(wù)給定的吸收率 求出qn

15、G, Y2qnG, Y1qnL, X1qnL, X2第33頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日（二）操作線方程與操作線同理，若在任一截面與塔頂端面間作溶質(zhì)A的物料衡算，有(常用） 上兩式均稱為吸收操作線方程，代表逆流操作時(shí)塔內(nèi)任一截面上的氣、液兩相組成 Y 和 X 之間的關(guān)系。（qnL/qnG）稱為吸收塔操作的液氣比。若取填料層任一截面與塔的塔底端面之間的填料層為物料衡算的控制體，則所得溶質(zhì) A 的物料衡算式為 qnG, Y2qnG, Y1qnL, X1qnL, X2mnYX第34頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日操作線方程與操作線當(dāng) qnL/qn

16、G一定，操作線方程在 Y-X 圖上為以液氣比 qnL/qnG 為斜率，過塔進(jìn)、出口的氣、液兩相組成點(diǎn)A(X2，Y2)和B(X1，Y1) 的直線，稱為吸收操作線。YXoY*=f(X)BY1X1X2Y2AYXX*Y*P線上任一點(diǎn)的坐標(biāo)(X，Y)代表了塔內(nèi)該截面上氣、液兩相的組成。操作線上任一點(diǎn) P 與平衡線間的垂直距離 (Y-Y*) 為塔內(nèi)該截面上以氣相為基準(zhǔn)的吸收傳質(zhì)推動(dòng)力；與平衡線的水平距離 (X*-X) 為該截面上以液相為基準(zhǔn)的吸收傳質(zhì)推動(dòng)力。兩線間垂直距離（Y-Y*）或水平距離（X*-X）的變化顯示了吸收過程推動(dòng)力沿塔高的變化規(guī)律。 Y- Y*X*-X第35頁，共69頁，2022年，5月2

17、0日，20點(diǎn)34分，星期日四川農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生課程環(huán)工原理36/200三、吸收劑用量的計(jì)算 吸收劑用量 qnL 或液氣比 qnL/qnG 在吸收塔的設(shè)計(jì)計(jì)算和塔的操作調(diào)節(jié)中是一個(gè)很重要的參數(shù)。吸收塔的設(shè)計(jì)計(jì)算中，氣體處理量qnG，以及進(jìn)、出塔組成 Y1、Y2 由設(shè)計(jì)任務(wù)給定，吸收劑入塔組成 X2 則是由工藝條件決定或設(shè)計(jì)人員選定?？芍談┏鏊舛?X1 與吸收劑用量 qnL 是相互制約的。由全塔物料衡算式 選取的 qnL/qnG ，操作線斜率 ，操作線與平衡線的距離 ，塔內(nèi)傳質(zhì)推動(dòng)力 ，完成一定分離任務(wù)所需塔高 ；qnL/qnG ，吸收劑用量 ，吸收劑出塔濃度 X1 ，循環(huán)和再生費(fèi)用 ；若qn

18、L/qnG ，吸收劑出塔濃度 X1 ，塔內(nèi)傳質(zhì)推動(dòng)力 ，完成相同任務(wù)所需塔高 ，設(shè)備費(fèi)用 。第36頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日四川農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生課程環(huán)工原理37/200吸收劑用量的確定 不同液氣比 qnL/qnG下的操作線圖直觀反映了這一關(guān)系。YXoY*=f(X)BY1X1X2Y2AqnL/qnGY- Y*BX1(qnL/qnG)X1,max(qnL/qnG)minC最小液氣比(qnL/qnG)min要達(dá)到規(guī)定的分離要求，或完成必需的傳質(zhì)負(fù)荷量 GA=qnG (Y1-Y2)， qnL/qnG的減小是有限的。當(dāng) qnL/qnG 下降到某一值時(shí)，操作線將與平衡線相交或

19、者相切，此時(shí)對(duì)應(yīng)的qnL/qnG稱為最小液氣比，用(qnL/qnG)min表示，相應(yīng)的吸收劑用量即為最小溶劑用量，而對(duì)應(yīng)的 X1 則用 X1,max 表示第37頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日四川農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生課程環(huán)工原理38/200最小液氣比(L/V)min 隨 qnL/qnG 的減小，操作線與平衡線是相交還是相切取決于平衡線的形狀。YXoY*=f(X)Y1X2Y2AX1,max=X1*(qnL/qnG )minCYXoY*=f(X)Y1X2Y2AX1*CX1,max兩線在 Y1 處相交時(shí)，X1,max=X1*；兩線在中間某個(gè)濃度處相切時(shí)， X1,maxX1* 。

20、最小液氣比的計(jì)算式：(qnL/qnG )min（濃溶液）（稀溶液）第38頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日四川農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生課程環(huán)工原理39/200吸收劑用量的確定 在最小液氣比下操作時(shí)，在塔的某截面上（塔底或塔內(nèi)）氣、液兩相達(dá)平衡，傳質(zhì)推動(dòng)力為零，完成規(guī)定傳質(zhì)任務(wù)所需的塔高為無窮大。對(duì)一定高度的塔而言，在最小液氣比下操作則不能達(dá)到分離要求。 實(shí)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(fèi)用和操作費(fèi)用兩方面因素，按總費(fèi)用最低的原則來選取。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，一般取 注意：以上由最小液氣比確定吸收劑用量是以熱力學(xué)平衡為出發(fā)點(diǎn)的。從兩相流體力學(xué)角度出發(fā)，還必須使填料表面能被

21、液體充分潤濕以保證兩相均勻分散并有足夠的傳質(zhì)面積，因此所取吸收劑用量還應(yīng)不小于所選填料的最低潤濕率，即單位塔截面上、單位時(shí)間內(nèi)的液體流量不得小于某一最低允許值。第39頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日四川農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生課程環(huán)工原理40/200四、填料層高度的基本計(jì)算 填料塔中，氣液傳質(zhì)是在填料層中完成的，填料層的高度實(shí)際上是反映了氣、液兩相在塔內(nèi)傳質(zhì)時(shí)的有效接觸面積，為完成氣體的吸收任務(wù)，必須保證填料層具有一定的高度。填料層高度的計(jì)算要以吸收過程的物料平衡、傳質(zhì)速率方程和相平衡關(guān)系為基礎(chǔ)。第40頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日四川農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生

22、課程環(huán)工原理41/200（一）填料層高度的基本計(jì)算式 傳質(zhì)面積：若塔的截面積為 （m2），填料層高度為Z（m），單位體積的填料所提供的有效比表面積為a（m2/m3），則該塔所能提供的傳質(zhì)面積 F（m2）為 塔截面積或塔徑：主要由與填料的流體力學(xué)特性相關(guān)的空塔氣速?zèng)Q定。塔截面積確定后，求傳質(zhì)面積就轉(zhuǎn)化為求所需的填料層高度。 第41頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日四川農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生課程環(huán)工原理42/200此傳質(zhì)量也就是在 dh 段內(nèi)溶質(zhì) A 由氣相轉(zhuǎn)入液相的量。因此 若 dh 微元段內(nèi)傳質(zhì)速率為NA，填料提供的傳質(zhì)面積為 dA=adh，則通過傳質(zhì)面積 dA的溶質(zhì) A 的傳

23、遞量為 對(duì)填料層中高度為 dh 的微分段作物料衡算可得溶質(zhì) A 在單位時(shí)間內(nèi)由氣相轉(zhuǎn)入液相的量 dqn 1.填料層高度的基本計(jì)算式 填料塔內(nèi)氣、液組成 Y、X 和傳質(zhì)推動(dòng)力Y（或X）均隨塔高變化，故塔內(nèi)各截面上的吸收速率也不相同。qnG, Y2qnG, Y1qnL, X1qnL, X2YXZY+dYdhX+dX第42頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日將dh微元填料層物料衡算方程和傳質(zhì)速率方程聯(lián)立，可得到dh的微分方程為：對(duì)上兩式沿塔高積分得 第43頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日低濃度氣體吸收（y110%）因吸收量小，由此引起的塔內(nèi)溫度和流動(dòng)狀

24、況的改變相應(yīng)也小，吸收過程可視為等溫過程，各截面上體積傳質(zhì)系數(shù) KYa、KXa 沿塔高變化小，可視為常數(shù)。填料層高度 h 的計(jì)算式： 對(duì)高濃度氣體，若在塔內(nèi)吸收的量并不大（如高濃度難溶氣體吸收），吸收過程具有低濃度氣體吸收的特點(diǎn)，也可按低濃度吸收處理。若在塔內(nèi)吸收的量大（高濃度易溶）各截面上KYa、KXa 沿塔高變化顯著，不能視為常數(shù)。體積傳質(zhì)系數(shù)：實(shí)際應(yīng)用中，常將傳質(zhì)系數(shù)與比表面積 a 的乘積（Kya 及 KXa）作為一個(gè)完整的物理量看待，稱為體積傳質(zhì)系數(shù)或體積吸收系數(shù)，單位為 kmol/(s.m3) 。體積傳質(zhì)系數(shù)的物理意義：傳質(zhì)推動(dòng)力為一個(gè)單位時(shí)，單位時(shí)間，單位體積填料層內(nèi)吸收的溶質(zhì)摩爾

25、量。 第44頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日對(duì)氣相總傳質(zhì)系數(shù)和推動(dòng)力：HOG 氣相總傳質(zhì)單元高度，m；NOG 氣相總傳質(zhì)單元數(shù)，無因次。 HOL 液相總傳質(zhì)單元高度，m；NOL 液相總傳質(zhì)單元數(shù)，無因次。 若令 對(duì)液相總傳質(zhì)系數(shù)和推動(dòng)力：若令 2.傳質(zhì)單元數(shù)與傳質(zhì)單元高度 第45頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日定義傳質(zhì)單元高度和傳質(zhì)單元數(shù)來表達(dá)填料層高度 h，從計(jì)算角度而言，并無簡便之利，但卻有利于對(duì) h 的計(jì)算式進(jìn)行分析和理解。下面以NOG 和 HOG 為例給予說明。 NOG 中的 dY 表示氣體通過一微分填料段的氣相濃度變化，(Y-Y*）

26、為該微分段的相際傳質(zhì)推動(dòng)力。如果用 (Y-Y*)m 表示在某一高度填料層內(nèi)的傳質(zhì)平均推動(dòng)力，且氣體通過該段填料層的濃度變化 (Ya-Yb) 恰好等于 (Y-Y*)m，即有 由 h=HOGNOG 可知，這段填料層的高度就等于一個(gè)氣相總傳質(zhì)單元高度HOG。因此，可將 NOG 看作所需填料層高度 h 相當(dāng)于多少個(gè)傳質(zhì)單元高度 HOG。 第46頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日四川農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生課程環(huán)工原理47/200傳質(zhì)單元數(shù)與傳質(zhì)單元高度 傳質(zhì)單元數(shù) NOG 或 NOL 反映吸收過程的難易程度，其大小取決于分離任務(wù)和整個(gè)填料層平均推動(dòng)力大小兩個(gè)方面。NOG 與氣相或液相進(jìn)、

27、出塔的濃度以及物系的平衡關(guān)系有關(guān)，而與設(shè)備形式和設(shè)備中氣、液兩相的流動(dòng)狀況等因素?zé)o關(guān)。在設(shè)備選型前可先計(jì)算出過程所需的 NOG 或 NOL。NOG 或 NOL 值大，分離任務(wù)艱巨，為避免塔過高應(yīng)選用傳質(zhì)性能優(yōu)良的填料。若 NOG 或 NOL 值過大，就應(yīng)重新考慮所選溶劑或液氣比 是否合理。 第47頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日四川農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生課程環(huán)工原理48/200總傳質(zhì)單元高度 HOG 或 HOL 則表示完成一個(gè)傳質(zhì)單元分離任務(wù)所需的填料層高度，代表了吸收塔傳質(zhì)性能的高低，主要與填料的性能和塔中氣、液兩相的流動(dòng)狀況有關(guān)。HOG 或 HOL 值小，表示設(shè)備的性能高

28、，完成相同傳質(zhì)單元數(shù)的吸收任務(wù)所需塔的高度小。 用傳質(zhì)單元高度 HOG、HOL 或傳質(zhì)系數(shù) KYa、KXa 表征設(shè)備的傳質(zhì)性能其實(shí)質(zhì)是相同的。但隨氣、液流率改變 KYa 或 KXa 的值變化較大，一般流率增加，KYa（或KXa）增大。HOG 或 HOL 因分子分母同向變化的緣故，其變化幅度就較小。一般吸收設(shè)備的傳質(zhì)單元高度在 0.151.5m 范圍內(nèi)。 傳質(zhì)單元數(shù)與傳質(zhì)單元高度 第48頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日四川農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生課程環(huán)工原理49/200 傳質(zhì)單元數(shù)的表達(dá)式中涉及氣相或液相的平衡組成，需要用相平衡關(guān)系確定。根據(jù)相平衡曲線的不同，傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算有不

29、同的方法。以下對(duì)平衡關(guān)系是直線時(shí)的情況進(jìn)行討論。（二）傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算 第49頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日四川農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生課程環(huán)工原理50/2001.對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法 設(shè)平衡線段方程為 逆流吸收操作線方程為 上兩式相減得 取微分 第50頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日以氣相為基準(zhǔn)的全塔的對(duì)數(shù)平均傳質(zhì)推動(dòng)力上式說明了 NOG 的含意：對(duì)低濃度氣體吸收是以全塔的對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力 Ym 作為度量單位，量衡完成分離任務(wù)（Y1-Y2）所需的傳質(zhì)單元高度的數(shù)目。若分離程度（Y1-Y2）大或平均推動(dòng)力 Ym 小，NOG 值就大，所需的填料層就高。 對(duì)數(shù)

30、平均推動(dòng)力法 第51頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日四川農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生課程環(huán)工原理52/200同理，可以求得液相總傳質(zhì)單元數(shù)為： 由以上表示可知，傳質(zhì)單元數(shù)為塔底和塔頂?shù)慕M成與塔底和塔頂?shù)膫髻|(zhì)推動(dòng)力對(duì)數(shù)平均值之比。第52頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日四川農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生課程環(huán)工原理53/200令S=qnL/(mqnG)即吸收因子代入 NOG 定義式并積分2. 吸收因子法 （當(dāng)S1 時(shí)）第53頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日四川農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生課程環(huán)工原理54/200為了計(jì)算方便，將此式繪制成以 1/S為參數(shù)的曲線圖吸收

31、因子 qnL/(mqnG) 是操作線斜率與平衡線斜率的比值。S 值越大，兩線相距越遠(yuǎn)，傳質(zhì)推動(dòng)力越大，越有利于吸收過程，NOG 越小。S的倒數(shù) (mqnG)/qnL 稱為解吸因子，其值越大，對(duì)吸收越不利，由圖可知， NOG 越大。 吸收因子法 1/S第54頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日四川農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生課程環(huán)工原理55/200當(dāng)用（X*-X）作傳質(zhì)推動(dòng)力時(shí)，對(duì)平衡線為直線的情況，用完全類似的方法可導(dǎo)出與 NOG 計(jì)算式并列的 NOL 計(jì)算式 第55頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日四川農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生課程環(huán)工原理56/200補(bǔ)充1：平衡線為曲線

32、時(shí)傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算當(dāng)平衡線為曲線不能用較簡單確切的函數(shù)式表達(dá)時(shí)，通?？刹捎脠D解積分法或數(shù)值積分法求解傳質(zhì)單元數(shù)。 圖解積分法 圖解積分法的關(guān)鍵在于找到若干點(diǎn)與積分變量 Y 相對(duì)應(yīng)的被積函數(shù)的值。其步驟為(1)在操作線和平衡線上得若干組與 Y 相應(yīng)的值 1/(Y-Y*) ；YXoY*=f(X)AY1X1X2Y2BYXX*Y*PY- Y*X*-X第56頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日四川農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生課程環(huán)工原理57/200圖解積分法(2) 在 Y1 到 Y2 的范圍內(nèi)作 Yf(Y) 曲線；YoY1Y21/(Y-Y*)(3)計(jì)算曲線下陰影面積，此面積的值即為傳質(zhì)單元數(shù) N

33、OG第57頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日四川農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生課程環(huán)工原理58/200數(shù)值積分法將積分區(qū)間 (Y1,Y2) 等分為 n 個(gè)子區(qū)間 = (Y1-Y2)/n ，采用直觀易行的復(fù)化梯形公式對(duì)函數(shù)曲線 f(Y)=1/(Y-Y*) 求積分值該式具有 n+1 次代數(shù)精度，因此 n 的取值大些，計(jì)算精度會(huì)更高。一般情況下取 n=1012 已經(jīng)可以滿足工程計(jì)算的精度要求。 YoY1Y21/(Y-Y*)Y2+第58頁，共69頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)34分，星期日四川農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生課程環(huán)工原理59/200例1：在一逆流操作的吸收培中用清水吸收氨空氣混合物中的氨，混合氣流量為0.025mol/s，入塔混合氣中氨的摩爾分?jǐn)?shù)為0.02，出塔尾氣中含氨摩爾分?jǐn)?shù)為0.001。吸收塔操作時(shí)總壓為101.3kPa，溫度為293K。在操作溫度范圍內(nèi)，氨水系統(tǒng)的相平衡方程為Y1.2X，總傳質(zhì)系數(shù)KYa為0.0522kmol/(m2 s)。若塔徑為1m，實(shí)際液氣比為最小液氣比的1.2倍，計(jì)算所需的塔高為多少米?設(shè)計(jì)型計(jì)算 舉例第59頁，共69頁，2022年，5月20日，2