化工原理第五章-氣體吸收第節(jié)(-)課件

2022/11/22第5章氣體吸收5.5.1物料衡算與操作線方程5.5.2吸收劑用量的確定5.5.3塔徑的計算5.5.4填料層高度的計算5.5.5高濃度氣體的吸收5.5.6解吸過程及其計算5.5

吸收塔的計算2022/11/21第5章氣體吸收5.5.1物料衡算與操2022/11/22吸收塔的設計計算，一般的已知條件是：

1）氣體混合物中溶質(zhì)A的組成（mol分率）以及流量kmol/(m2.s)

2）吸收劑的種類及T、P下的相平衡關系；

3）出塔的氣體組成

需要計算：1）吸收劑的用量kmol/(m2.s)；2）塔的工藝尺寸，塔徑和填料層高度2022/11/21吸收塔的設計計算，一般的已知條件是：2022/11/222022/11/212022/11/22一、吸收塔的物料衡算與操作線方程

1、物料衡算

目的：確定各物流之間的量的關系以及設備中任意位置兩物料組成之間的關系假設：定態(tài)、溶劑不揮發(fā)、惰性氣體不溶解對單位時間內(nèi)進出吸收塔的溶質(zhì)A的物質(zhì)的量作衡算

2022/11/21一、吸收塔的物料衡算與操作線方程1、物2022/11/222、吸收塔的操作線方程式與操作線在m—n截面與塔底截面之間作組分A的衡算吸收率混合氣中溶質(zhì)A被吸收的百分率

2022/11/212、吸收塔的操作線方程式與操作線在m—2022/11/22——逆流吸收塔操作線方程在m—n截面與塔頂截面之間作組分A的衡算——逆流吸收塔操作線方程2022/11/21——逆流吸收塔操作線方程在m—n截面與塔2022/11/22說明：（1）定態(tài)連續(xù)操作時，若L、V一定，則吸收操作線為通過塔頂和塔底的一條直線（2）操作線與吸收操作的液－氣比、塔底及塔頂溶質(zhì)的組成有關（3）吸收操作線總是位于平衡線的上方，操作線位于平衡線下方，則應進行脫吸過程。

2022/11/21說明：2022/11/22二、吸收劑用量的確定液氣比Y1L/VBB*最小液氣比2022/11/21二、吸收劑用量的確定液氣比Y1L/VBB2022/11/22計算法適用條件：平衡線符合亨利定律，或可用

表示

最小液氣比的求法2022/11/21計算法平衡線符合亨利定律，或可用表示2022/11/22圖解法正常的平衡線

2022/11/21圖解法2022/11/22平衡線為上凸形時2022/11/21平衡線為上凸形時例：用清水洗滌含SO2氣體，吸收塔的操作溫度為20oC，壓力為101.3kPa，混合氣的流量為1000m3/h，其中SO2體積分數(shù)為9%，要求SO2的回收率為90%。若吸收劑用量為理論最小用量的1.2倍，試計算：（1）吸收劑用量及塔底吸收液的組成X1；（2）當用含SO2

0.0003（摩爾比）的水溶液作吸收劑時，保持SO2回收率不變，吸收劑用量為多少？塔底吸收液的組成？解：2022/11/22例：用清水洗滌含SO2氣體，吸收塔的操作溫度為20oC，壓力由表5-9中X－Y數(shù)據(jù)，采用插入法得到與氣相進口組成Y1相平衡的液相組成X1*=0.00322022/11/22實際吸收劑用量L＝1.2Lmin=1.2×1054=1265kmol/h塔底吸收液的組成X1由全塔物料衡算求得：X1=X2+V(Y1-Y2)/L=0+37.85(0.099-0.0099)/1265=0.00267(2)吸收率不變，即Y2＝0.0099，而X2＝0.0003由表5-9中X－Y數(shù)據(jù)，采用插入法得到與氣相進口組成Y1相平2022/11/22實際吸收劑用量L＝1.2Lmin=1.2×1163=1395kmol/h塔底吸收液的組成X1由全塔物料衡算求得：X1=X2+V(Y1-Y2)/L=0.0003+37.85(0.099-0.0099)/1395=0.00272在（2）的基礎上，如果將SO2吸收率提高到95%，其他條件不變，則吸收劑用量為多少？塔底吸收液的組成將如何變化？L＝1473kmol/h；X1＝0.002722022/11/21實際吸收劑用量L＝1.2Lmin=1.2022/11/22三、塔徑的計算

—空塔氣速

2022/11/21三、塔徑的計算—空塔氣速2022/11/22四、填料層高度的計算

1、填料層高度的基本計算式

對溶質(zhì)A作物料衡算

單位時間內(nèi)由氣相轉(zhuǎn)入液相的A的物質(zhì)量為：2022/11/21四、填料層高度的計算1、填料層高度的基2022/11/22微元填料層內(nèi)的吸收速率方程式為：

2022/11/21微元填料層內(nèi)的吸收速率方程式為：2022/11/22低濃度氣體吸收時填料層的基本關系式為

氣相總體積傳質(zhì)系數(shù)及液相總體積傳質(zhì)系數(shù)

物理意義：在單位推動力下，單位時間、單位體積填料層內(nèi)吸收的溶質(zhì)量。2、傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)

1）傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)的概念

－－填料層高度計算基本公式2022/11/21低濃度氣體吸收時填料層的基本關系式為氣2022/11/22的單位

稱為“氣相總傳質(zhì)單元高度”，用

表示

——氣相總傳質(zhì)單元數(shù)

2022/11/21的單位稱為“氣相總傳質(zhì)單元高度”，用2022/11/22—液相總傳質(zhì)單元高度，m；—液相總傳質(zhì)單元數(shù)，無因次；依此類推，可以寫出通式：填料層高度=傳質(zhì)單元高度×傳質(zhì)單元數(shù)

2022/11/21—液相總傳質(zhì)單元高度，m；—液相總傳質(zhì)傳質(zhì)單元數(shù)NOG、NOL等計算式（積分式）中的分子為氣相或液相組成變化，即分離效果（分離要求）；分母為吸收過程的推動力。所以傳質(zhì)單元數(shù)反映了吸收過程的難易程度。2022/11/22傳質(zhì)單元數(shù)NOG、NOL等計算式（積分式）中的分子為2022/11/22傳質(zhì)單元的意義當氣體流經(jīng)一段填料，其氣相（或液相）中溶質(zhì)組成變化（Y1－Y2）等于該段填料平均吸收推動力（Y－Y*)m，即NOG=1或NOL=1，該段填料即為一個傳質(zhì)單元。2022/11/21傳質(zhì)單元的意義當氣體流經(jīng)一段填料，2022/11/22傳質(zhì)單元高度完成一個傳質(zhì)單元分離效果所需的填料高度。它反映了吸收設備傳質(zhì)效能的高低。傳質(zhì)單元高度越小，吸收設備傳質(zhì)效能越高，完成一定分離任務所需的填料層高度越小。體積總傳質(zhì)系數(shù)(KYα)與傳質(zhì)單元高度(HOG)的關系傳質(zhì)單元高度在工程中應用更加廣泛，主要是由于：（1）傳質(zhì)單元高度的單位與填料層高度單位相同，避免了傳質(zhì)系數(shù)單位的復雜換算；（2）流體流量對HOG的影響較小，一般Kyα∝V0.7~0.8，而HOG∝V0.2~0.3。2022/11/21傳質(zhì)單元高度完成一個傳質(zhì)單元分離2022/11/22各種傳質(zhì)單元高度之間的關系當氣－液平衡關系符合亨利定律或在操作范圍內(nèi)平衡線為直線，則有：2022/11/21各種傳質(zhì)單元高度之間的關系當氣－液2022/11/223、傳質(zhì)單元數(shù)的求法

平衡線為直線時

對數(shù)平均推動力法脫吸因數(shù)法平衡線為曲線時

圖解積分法近似梯級法2022/11/213、傳質(zhì)單元數(shù)的求法平衡線為直線時對2022/11/221）平衡線為直線時a）對數(shù)平均推動力法

前提：吸收的操作線為直線，當平衡線也為直線時

——直線函數(shù)

2022/11/211）平衡線為直線時前提：吸收的操作線為直2022/11/222022/11/212022/11/22其中：

——塔頂與塔底兩截面上吸收推動力的對數(shù)平均，稱為對數(shù)平均推動力。時，

當

相應的對數(shù)平均推動力可用算術平均推動力代替。2022/11/21其中：——塔頂與塔底兩截面上吸收推動力2022/11/222022/11/212022/11/22b）脫吸因數(shù)法

平衡關系用直線

表示時，將代入2022/11/21b）脫吸因數(shù)法平衡關系用直線表示時2022/11/222022/11/212022/11/22——解吸因數(shù)(脫吸因數(shù))。平衡線斜率和操作線斜率的比值，無因次。S愈大，越不易吸收?！找驍?shù)

令

2022/11/21——解吸因數(shù)(脫吸因數(shù))。平衡線斜率和操2022/11/222022/11/212022/11/22液相總傳質(zhì)單元數(shù)NOL2022/11/21液相總傳質(zhì)單元數(shù)NOL2022/11/22例：在一塔徑為0.8m的填料塔內(nèi)，用清水逆流吸收空氣中的氨，要求氨的吸收率為98%，已知空氣和氨的混合氣質(zhì)量流量為1400kg/h，氣體總壓為101.3kPa，其中氨的分壓為1.333kPa。若實際吸收劑用量為最小用量的1.4倍，操作溫度（293K）下的汽－液平衡關系為Y*=0.75X，氣相總體積吸收系數(shù)為0.088kmol/(m3·s)，試求：（1）每小時用水量；（2）用平均推動力法求出所需填料層高度；（3）用吸收因數(shù)法求出所需填料層高度。(4)當氨的吸收率提高到99.5%時，請問該填埋塔是否還適用？2022/11/21例：在一塔徑為0.8m的填料塔內(nèi)，用清水解2022/11/22解2022/11/212022/11/222022/11/212022/11/22如果改用HOL、NOL計算，結(jié)果如何？2022/11/21如果改用HOL、NOL計算，結(jié)果如何？2022/11/222022/11/212022/11/222）平衡線不為直線－－圖解積分法

AA*YY*XYY2Y12022/11/212）平衡線不為直線AA*YY*XYY2Y高濃度氣體吸收的特點氣液兩相的摩爾流量沿塔高變化較大這種變化對吸收過程的傳質(zhì)系數(shù)帶來較大的影響過程常伴有顯著的熱效應溫度的變化會導致物性參數(shù)發(fā)生變化，從而影響傳質(zhì)系數(shù)高濃度氣體吸收的計算吸收過程的相平衡和操作線方程不在是直線，而是曲線。因此它的計算需要對系統(tǒng)的物料衡算、熱量衡算、氣液相間的傳質(zhì)速率方程和傳熱速率方程以及相平衡方程聯(lián)立求解2022/11/225.5.5高濃度氣體的吸收高濃度氣體吸收的特點2022/11/215.5.5高濃度氣解吸的目的獲得所需的較純的氣體溶質(zhì)使溶劑再生解吸過程的推動力解吸過程的推動力及必要條件與吸收過程相反解吸的必要條件：yA<yA*或pA<pA*解吸過程的推動力：（yA*-yA）或（pA*-pA）2022/11/225.5.7解吸過程及其計算解吸的目的2022/11/215.5.7解吸過程及其計算氣提解吸（載氣解吸）吸收液從解吸塔塔頂噴淋而下，載氣從解吸塔底靠壓差自下而上與吸收液逆流接觸，載氣不含溶質(zhì)或含溶質(zhì)量極少減壓解吸

若吸收過程是在加壓條件下進行的，可通過對吸收液降壓處理來實現(xiàn)解吸加熱解吸

通常溶質(zhì)在溶劑中的溶解度隨溫度的升高而降低，因而將吸收液加熱，降低它的溶解度，即提高它的平衡分壓，使其滿足解吸條件2022/11/225.5.7.1解吸方法氣提解吸（載氣解吸）吸收液從解吸塔塔頂噴淋而下，載氣從最小氣－液比和載氣流量的確定操作線方程2022/11/225.5.7.2解吸過程的計算′′最小氣－液比實際氣－液比最小氣－液比和載氣流量的確定2022/11/215.5.7.解吸填料層高度傳質(zhì)單元數(shù)法2022/11/22當平衡線和解吸操作線均為直線時，傳質(zhì)單元數(shù)可以采用平均推動力法計算或吸收因數(shù)法計算解吸填料層高度2022/11/21當平衡線和解吸操作線均為直例：在一吸收－解吸聯(lián)合流程中，吸收塔內(nèi)用洗油逆流吸收煤氣中含苯蒸氣。入塔氣體中苯的濃度為0.03（摩爾分數(shù)，下同），吸收操作條件下，平衡關系為Y*=0.125X，吸收操作液－氣比為0.2444，進塔洗油中苯的濃度為0.007，出塔煤氣中苯的濃度降到0.0015，氣相總傳質(zhì)單元高度為0.6。從吸收塔排出的液體升溫后在解吸塔內(nèi)用過熱蒸氣逆流解吸，解吸塔內(nèi)操作氣－液比為0.4，解吸條件下的相平衡關系為Y*=3.16X，氣相總傳質(zhì)單元高度為1.3m。試求：（1）吸收塔填料層高度；（2）解吸塔填料層高度。2022/11/22例：在一吸收－解吸聯(lián)合流程中，吸收塔內(nèi)用洗油逆流吸收煤氣中含解：（1）吸收塔2022/11/22解：（1）吸收塔2022/11/21(2)解吸塔2022/11/22(2)解吸塔2022/11/212022/11/222022/11/212022/11/22第5章氣體吸收5.5.1物料衡算與操作線方程5.5.2吸收劑用量的確定5.5.3塔徑的計算5.5.4填料層高度的計算5.5.5高濃度氣體的吸收5.5.6解吸過程及其計算5.5

吸收塔的計算2022/11/21第5章氣體吸收5.5.1物料衡算與操2022/11/22吸收塔的設計計算，一般的已知條件是：

1）氣體混合物中溶質(zhì)A的組成（mol分率）以及流量kmol/(m2.s)

2）吸收劑的種類及T、P下的相平衡關系；

3）出塔的氣體組成

需要計算：1）吸收劑的用量kmol/(m2.s)；2）塔的工藝尺寸，塔徑和填料層高度2022/11/21吸收塔的設計計算，一般的已知條件是：2022/11/222022/11/212022/11/22一、吸收塔的物料衡算與操作線方程

1、物料衡算

目的：確定各物流之間的量的關系以及設備中任意位置兩物料組成之間的關系假設：定態(tài)、溶劑不揮發(fā)、惰性氣體不溶解對單位時間內(nèi)進出吸收塔的溶質(zhì)A的物質(zhì)的量作衡算

2022/11/21一、吸收塔的物料衡算與操作線方程1、物2022/11/222、吸收塔的操作線方程式與操作線在m—n截面與塔底截面之間作組分A的衡算吸收率混合氣中溶質(zhì)A被吸收的百分率

2022/11/212、吸收塔的操作線方程式與操作線在m—2022/11/22——逆流吸收塔操作線方程在m—n截面與塔頂截面之間作組分A的衡算——逆流吸收塔操作線方程2022/11/21——逆流吸收塔操作線方程在m—n截面與塔2022/11/22說明：（1）定態(tài)連續(xù)操作時，若L、V一定，則吸收操作線為通過塔頂和塔底的一條直線（2）操作線與吸收操作的液－氣比、塔底及塔頂溶質(zhì)的組成有關（3）吸收操作線總是位于平衡線的上方，操作線位于平衡線下方，則應進行脫吸過程。

2022/11/21說明：2022/11/22二、吸收劑用量的確定液氣比Y1L/VBB*最小液氣比2022/11/21二、吸收劑用量的確定液氣比Y1L/VBB2022/11/22計算法適用條件：平衡線符合亨利定律，或可用

表示

最小液氣比的求法2022/11/21計算法平衡線符合亨利定律，或可用表示2022/11/22圖解法正常的平衡線

2022/11/21圖解法2022/11/22平衡線為上凸形時2022/11/21平衡線為上凸形時例：用清水洗滌含SO2氣體，吸收塔的操作溫度為20oC，壓力為101.3kPa，混合氣的流量為1000m3/h，其中SO2體積分數(shù)為9%，要求SO2的回收率為90%。若吸收劑用量為理論最小用量的1.2倍，試計算：（1）吸收劑用量及塔底吸收液的組成X1；（2）當用含SO2

0.0003（摩爾比）的水溶液作吸收劑時，保持SO2回收率不變，吸收劑用量為多少？塔底吸收液的組成？解：2022/11/22例：用清水洗滌含SO2氣體，吸收塔的操作溫度為20oC，壓力由表5-9中X－Y數(shù)據(jù)，采用插入法得到與氣相進口組成Y1相平衡的液相組成X1*=0.00322022/11/22實際吸收劑用量L＝1.2Lmin=1.2×1054=1265kmol/h塔底吸收液的組成X1由全塔物料衡算求得：X1=X2+V(Y1-Y2)/L=0+37.85(0.099-0.0099)/1265=0.00267(2)吸收率不變，即Y2＝0.0099，而X2＝0.0003由表5-9中X－Y數(shù)據(jù)，采用插入法得到與氣相進口組成Y1相平2022/11/22實際吸收劑用量L＝1.2Lmin=1.2×1163=1395kmol/h塔底吸收液的組成X1由全塔物料衡算求得：X1=X2+V(Y1-Y2)/L=0.0003+37.85(0.099-0.0099)/1395=0.00272在（2）的基礎上，如果將SO2吸收率提高到95%，其他條件不變，則吸收劑用量為多少？塔底吸收液的組成將如何變化？L＝1473kmol/h；X1＝0.002722022/11/21實際吸收劑用量L＝1.2Lmin=1.2022/11/22三、塔徑的計算

—空塔氣速

2022/11/21三、塔徑的計算—空塔氣速2022/11/22四、填料層高度的計算

1、填料層高度的基本計算式

對溶質(zhì)A作物料衡算

單位時間內(nèi)由氣相轉(zhuǎn)入液相的A的物質(zhì)量為：2022/11/21四、填料層高度的計算1、填料層高度的基2022/11/22微元填料層內(nèi)的吸收速率方程式為：

2022/11/21微元填料層內(nèi)的吸收速率方程式為：2022/11/22低濃度氣體吸收時填料層的基本關系式為

氣相總體積傳質(zhì)系數(shù)及液相總體積傳質(zhì)系數(shù)

物理意義：在單位推動力下，單位時間、單位體積填料層內(nèi)吸收的溶質(zhì)量。2、傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)

1）傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)的概念

－－填料層高度計算基本公式2022/11/21低濃度氣體吸收時填料層的基本關系式為氣2022/11/22的單位

稱為“氣相總傳質(zhì)單元高度”，用

表示

——氣相總傳質(zhì)單元數(shù)

2022/11/21的單位稱為“氣相總傳質(zhì)單元高度”，用2022/11/22—液相總傳質(zhì)單元高度，m；—液相總傳質(zhì)單元數(shù)，無因次；依此類推，可以寫出通式：填料層高度=傳質(zhì)單元高度×傳質(zhì)單元數(shù)

2022/11/21—液相總傳質(zhì)單元高度，m；—液相總傳質(zhì)傳質(zhì)單元數(shù)NOG、NOL等計算式（積分式）中的分子為氣相或液相組成變化，即分離效果（分離要求）；分母為吸收過程的推動力。所以傳質(zhì)單元數(shù)反映了吸收過程的難易程度。2022/11/22傳質(zhì)單元數(shù)NOG、NOL等計算式（積分式）中的分子為2022/11/22傳質(zhì)單元的意義當氣體流經(jīng)一段填料，其氣相（或液相）中溶質(zhì)組成變化（Y1－Y2）等于該段填料平均吸收推動力（Y－Y*)m，即NOG=1或NOL=1，該段填料即為一個傳質(zhì)單元。2022/11/21傳質(zhì)單元的意義當氣體流經(jīng)一段填料，2022/11/22傳質(zhì)單元高度完成一個傳質(zhì)單元分離效果所需的填料高度。它反映了吸收設備傳質(zhì)效能的高低。傳質(zhì)單元高度越小，吸收設備傳質(zhì)效能越高，完成一定分離任務所需的填料層高度越小。體積總傳質(zhì)系數(shù)(KYα)與傳質(zhì)單元高度(HOG)的關系傳質(zhì)單元高度在工程中應用更加廣泛，主要是由于：（1）傳質(zhì)單元高度的單位與填料層高度單位相同，避免了傳質(zhì)系數(shù)單位的復雜換算；（2）流體流量對HOG的影響較小，一般Kyα∝V0.7~0.8，而HOG∝V0.2~0.3。2022/11/21傳質(zhì)單元高度完成一個傳質(zhì)單元分離2022/11/22各種傳質(zhì)單元高度之間的關系當氣－液平衡關系符合亨利定律或在操作范圍內(nèi)平衡線為直線，則有：2022/11/21各種傳質(zhì)單元高度之間的關系當氣－液2022/11/223、傳質(zhì)單元數(shù)的求法

平衡線為直線時

對數(shù)平均推動力法脫吸因數(shù)法平衡線為曲線時

圖解積分法近似梯級法2022/11/213、傳質(zhì)單元數(shù)的求法平衡線為直線時對2022/11/221）平衡線為直線時a）對數(shù)平均推動力法

前提：吸收的操作線為直線，當平衡線也為直線時

——直線函數(shù)

2022/11/211）平衡線為直線時前提：吸收的操作線為直2022/11/222022/11/212022/11/22其中：

——塔頂與塔底兩截面上吸收推動力的對數(shù)平均，稱為對數(shù)平均推動力。時，

當

相應的對數(shù)平均推動力可用算術平均推動力代替。2022/11/21其中：——塔頂與塔底兩截面上吸收推動力2022/11/222022/11/212022/11/22b）脫吸因數(shù)法

平衡關系用直線

表示時，將代入2022/11/21b）脫吸因數(shù)法平衡關系用直線表示時2022/11/222022/11/212022/11/22——解吸因數(shù)(脫吸因數(shù))。平衡線斜率和操作線斜率的比值，無因次。S愈大，越不易吸收?！找驍?shù)

令

2022/11/21——解吸因數(shù)(脫吸因數(shù))。平衡線斜率和操2022/11/222022/11/212022/11/22液相總傳質(zhì)單元數(shù)NOL2022/11/21液相總傳質(zhì)單元數(shù)NOL2022/11/22例：在一塔徑為0.8m的填料塔內(nèi)，用清水逆流吸收空氣中的氨，要求氨的吸收率為98%，已知空氣和氨的混合氣質(zhì)量流量為1400kg/h，氣體總壓為101.3kPa，其中氨的分壓為1.333kPa。若實際吸收劑用量為最小用量的1.4倍，操作溫度（293K）下的汽－液平衡關系為Y*=0.75X，氣相總體積吸收系數(shù)為0.088kmol/(m3·s)，試求：（1）每小時用水量；（2）用平均推動力法求出所需填料層高度；（3）用吸收因數(shù)法求出所需填料層高度。(4)當氨的吸收率提高到99.5%時，請問該填埋塔是否還適用？2022/11/21例：在一塔徑為0.8m的填料塔內(nèi)，用清水解2022/11/22解2022/11/212022/11/222022/11/212022/11/22如果改用HOL、NOL計算，結(jié)果如何？2022/11/21如果改用HOL、NOL計算，結(jié)果如何？2022/11/222022/11/212022/11/222）平衡線不為直線－－圖解積分法

AA*YY*XYY2Y12022/11/212）平衡線不為直線AA*YY*XYY2Y高濃度氣體吸收的特點氣液兩相的摩爾流量沿塔高變化較大這種變化對吸收過程的傳質(zhì)系數(shù)帶來較大的影響過程常伴有顯著的熱效應溫度的變化會導致物性參數(shù)發(fā)生變化，從而影響傳質(zhì)系數(shù)高濃度氣體吸收的計算吸收過程的相平衡和操作線方程不在是直線，而是曲線。因此它的計算需要對系統(tǒng)的物料