傳質(zhì)過程化工基礎(chǔ)化學(xué)

傳質(zhì)過程化工基礎(chǔ)化學(xué)第一頁，共六十三頁，2022年，8月28日

傳質(zhì)過程在化學(xué)工程中占有極其重要的地位:

它廣泛應(yīng)用于混合物的分離操作；它常與化學(xué)反應(yīng)共存，影響化學(xué)反應(yīng)過程，甚至成為化學(xué)反應(yīng)的控制因素。

另外，在環(huán)境保護(hù)、生命現(xiàn)象及許多工程和工業(yè)實(shí)踐中都涉及物質(zhì)的傳遞過程。第二頁，共六十三頁，2022年，8月28日

5.1傳質(zhì)過程及塔設(shè)備簡介

1.傳質(zhì)過程的類型

兩相間的傳質(zhì)過程，根據(jù)相態(tài)不同，可分為流體相間和流固相間的傳質(zhì)兩類。

（l）流體相間的傳質(zhì)過程

①氣相—液相：包括氣體的吸收、液體的蒸餾、氣體的增濕等單元操作。②液相一液相：在均相液體混合物中加入具有選擇性的溶劑，系統(tǒng)形成兩個液相。

由于原溶液中各組分在溶劑中溶解度的不同，它們將在兩個液相之間進(jìn)行分配，即發(fā)生相間傳質(zhì)過程，這就是通常所說的液一液萃取。第三頁，共六十三頁，2022年，8月28日（2）流固相間的傳質(zhì)過程

①氣相一固相：有固體干燥、氣體吸附等操作。②液相一固相：包括液體結(jié)晶、固體浸?。ㄒ步泄桃狠腿。?、液體吸附、離子交換等單元操作。第四頁，共六十三頁，2022年，8月28日2．傳質(zhì)過程的共性（1）傳質(zhì)的方式與歷程

單相物系內(nèi)的物質(zhì)傳遞是依靠物質(zhì)的擴(kuò)散作用來實(shí)現(xiàn)的。常見的擴(kuò)散方式有：

分子擴(kuò)散：物質(zhì)靠分子運(yùn)動從高濃度處轉(zhuǎn)移到低濃度處，物質(zhì)在靜止或滯流流體中的擴(kuò)散便是此種。

渦流擴(kuò)散：因流體的湍動和旋渦產(chǎn)生質(zhì)點(diǎn)位移，使物質(zhì)由高濃度處轉(zhuǎn)移到低濃度處的過程。實(shí)際上，湍流流動有湍流主體和滯流底層之分，所以其中物質(zhì)傳遞既靠渦流擴(kuò)散也靠分子擴(kuò)散，兩者統(tǒng)稱對流擴(kuò)散。第五頁，共六十三頁，2022年，8月28日

無論哪種類型的均相混合物，要將其分離成純凈或幾乎為純態(tài)物質(zhì)，必須造成一個兩相物系，利用原物系中各組分間某種特性的差異，使其中某個組分在兩相間進(jìn)行傳質(zhì)。第六頁，共六十三頁，2022年，8月28日

物質(zhì)在兩相中的傳質(zhì)歷程物質(zhì)首先從一相主體擴(kuò)散到兩相界面的該相一側(cè)，然后通過相界面進(jìn)入另一相，最后從此相的界面向主體擴(kuò)散。例如氣體吸收，氣相主體中溶質(zhì)擴(kuò)散經(jīng)過氣相到達(dá)氣液相界面，溶解進(jìn)入液相，然后擴(kuò)散進(jìn)入液相主體。第七頁，共六十三頁，2022年，8月28日（2）傳質(zhì)過程的方向與極限相間傳質(zhì)和相際平衡所共有的幾點(diǎn)規(guī)律：

①一定條件下，處于非平衡狀態(tài)的兩相體系內(nèi)組分會自動地進(jìn)行旨在使體系的組成趨于平衡態(tài)的傳遞。經(jīng)過足夠長的時間，體系最終將達(dá)到平衡態(tài)，此時相間沒有凈的質(zhì)量傳遞；②條件的改變可破壞原有的平衡狀態(tài)。如改變后的條件保持恒定，一定時間后，體系又可達(dá)到新的平衡。③在一定條件下（如溫度、壓力），兩相體系必然存在著一個平衡關(guān)系。第八頁，共六十三頁，2022年，8月28日

相間傳質(zhì)過程的方向和極限可用組分在一相中的實(shí)際濃度與另一相實(shí)際濃度所要求的平衡濃度的相對大小來判斷：①若物質(zhì)在一相（A相）實(shí)際濃度大于其在另一相（B相）實(shí)際濃度所要求的平衡濃度，則物質(zhì)將由A相向B相傳遞；②物質(zhì)在A相實(shí)際濃度小于其在B相實(shí)際濃度所要求的平衡濃度，則傳質(zhì)過程向相反方向進(jìn)行，即從B相向A相傳遞；③若物質(zhì)在A相實(shí)際濃度等于B相實(shí)際濃度所要求的平衡濃度，則無傳質(zhì)過程發(fā)生，體系處于平衡狀態(tài)。第九頁，共六十三頁，2022年，8月28日

對于空氣中的氨向水中傳遞的過程，若以氨的分壓p表示氣相中氨的實(shí)際濃度，p*表示液相實(shí)際濃度所要求的氣相平衡分壓，則：p＞p*時，氨從氣相向液相傳遞；p＜p*時，氨由液相向氣相轉(zhuǎn)移；p=p*時，體系達(dá)到平衡狀態(tài)。第十頁，共六十三頁，2022年，8月28日（3）傳質(zhì)過程推動力與速率

組分偏離平衡狀態(tài)的程度是傳質(zhì)過程的推動力。由于相組成的表示方法不同，推動力的形式便不一樣，可以是壓力差、濃度差等等上述空氣中氨向水中傳遞過程的例子，氣相氨濃度用分壓表示時，過程推動力為p一p*。第十一頁，共六十三頁，2022年，8月28日

傳質(zhì)過程中，物質(zhì)傳遞的快慢常以傳質(zhì)速率來表示，其定義為；單位時間內(nèi)，單位相接觸面上被傳遞組分的物質(zhì)的量。傳質(zhì)速率與傳質(zhì)推動力的大小有關(guān)，與其它過程速率一樣，傳質(zhì)速率可以寫為：

傳質(zhì)推動力

傳質(zhì)速率=——————

傳質(zhì)阻力

實(shí)際上，常把傳質(zhì)阻力看成是傳質(zhì)系數(shù)的倒數(shù)，即傳質(zhì)速率=傳質(zhì)系數(shù)×傳質(zhì)推動力第十二頁，共六十三頁，2022年，8月28日3、塔設(shè)備傳質(zhì)過程有通用的傳質(zhì)設(shè)備。氣體吸收和液體精餾兩種氣液傳質(zhì)過程通常在塔設(shè)備內(nèi)進(jìn)行。塔設(shè)備的基本功能在于提供氣、液兩相充分接觸的機(jī)會，使質(zhì)、熱兩種傳遞過程能夠迅速有效地進(jìn)行，同時還能使接觸的氣、液兩相及時分開，互不夾帶。常見塔設(shè)備分為填料塔與板式塔兩種。第十三頁，共六十三頁，2022年，8月28日（1）填料塔①填料塔的結(jié)構(gòu)塔體為圓筒形，里面充填一定高度的填料；填料的下方有支承板，上方為填料壓網(wǎng)及液體分布裝置。操作時，液體經(jīng)塔頂?shù)囊后w分布器分散后沿填料表面流下而潤濕填料；氣體從塔底進(jìn)入，在壓強(qiáng)差推動下，通過填料間的空隙與氣體逆向接觸，在填料表面進(jìn)行傳質(zhì)。氣、液兩相的組成沿塔高連續(xù)地變化。第十四頁，共六十三頁，2022年，8月28日②填料塔內(nèi)的流體力學(xué)狀況在設(shè)計(jì)填料塔時，首先要考慮填料塔的流體力學(xué)性能：包括氣體通過填料層的壓降、液泛氣速、持液量（單位體積填料所持有的液體體積）、氣液分布等。例如，確定動力消耗需知壓降；確定塔徑以液泛速度為依據(jù)；持液量關(guān)系著填料支承裝置的強(qiáng)度；氣液分布情況影響著傳質(zhì)效率等。第十五頁，共六十三頁，2022年，8月28日L=0（當(dāng)沒有液體噴淋時），即氣體通過干填料層時，Δp/H～u呈直線關(guān)系，直線的斜率為1.8～2.O，表明H與u的1.8～2次方成比例，氣流狀態(tài)為湍流。

當(dāng)有液體噴淋時，填料層內(nèi)的部分空隙為液體所占據(jù)。相同的空塔氣速下，隨著液體噴淋密度的增加，填料的持液量增加，氣流的自由通道減少，氣流的壓降增加，Δp/H～u關(guān)系變成曲線。第十六頁，共六十三頁，2022年，8月28日

氣速較低時，由于逆向氣流的牽制小，填料層內(nèi)液體向下流動幾乎與氣速無關(guān)，填料表面上覆蓋的液體膜層厚度基本不變，填料層的持液量也就基本不變，所以Δp／H～u線幾乎與干填料的直線平行。

隨著氣速的增大，兩相流體間的摩擦力增大。當(dāng)氣速增大至某一數(shù)值時，液體的流動開始受到兩相流體間的摩擦力的阻礙，使填料層的持液量開始隨氣速的增加而增加，這種現(xiàn)象稱為攔液現(xiàn)象。

通常將開始攔液的轉(zhuǎn)折點(diǎn)稱為載點(diǎn)。載點(diǎn)對應(yīng)的空塔氣速稱為載點(diǎn)氣速。第十七頁，共六十三頁，2022年，8月28日

超過載點(diǎn)氣速后，Δp/H～u關(guān)系線的斜率加大，但填料層內(nèi)的液流分布和填料表面的潤濕程度均大有改變，兩相湍動的程度也加劇，這有利于傳質(zhì)速率的提高。繼續(xù)增大氣速至下一轉(zhuǎn)折點(diǎn)，填料層內(nèi)持液量不斷增多，液體充滿整個填料層的自由空間，致使壓降急劇升高。此時，液體開始由分散相轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)相，氣體開始由連續(xù)相轉(zhuǎn)變?yōu)榉稚⑾?，并以鼓泡狀通過液層和把液體大量帶出塔頂，塔的操作極不穩(wěn)定，甚至被完全破壞，這種現(xiàn)象稱為液泛。

開始發(fā)生液泛的轉(zhuǎn)折點(diǎn)為泛點(diǎn)，相應(yīng)的空塔氣速稱為液泛氣速或泛點(diǎn)氣速。第十八頁，共六十三頁，2022年，8月28日

泛點(diǎn)氣速是填料塔正常操作氣速的上限，實(shí)際操作氣速通常取泛點(diǎn)氣速的50～85％。第十九頁，共六十三頁，2022年，8月28日（2）板式塔①塔板的結(jié)構(gòu)型式板式塔的殼體通常為圓筒形，里面沿塔高裝有若干塊水平的塔板。液體靠重力作用自上而下逐板流向塔底，并在各塊塔板的板面上形成流動的液層；氣體則在壓差推動下經(jīng)塔板上的開孔由下而上穿過塔板上液層最后由塔頂排出。氣、液兩相主要在塔板上進(jìn)行傳質(zhì)，由于傳質(zhì)過程沿塔板逐級進(jìn)行，兩相的組成沿塔高呈階梯式變化。塔板是板式塔的核心構(gòu)件，其功能是使氣、液兩相保持密切而充分的接觸，使之能在良好的條件下進(jìn)行質(zhì)、熱傳遞。塔板上的氣液兩相流動方式有錯流、逆流兩種。第二十頁，共六十三頁，2022年，8月28日5．2氣體的吸收

1、概述氣體混合物的分離在化工生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，例如工業(yè)生產(chǎn)中原料氣的凈化，氣體中有用組分的回收，液體產(chǎn)品的制取以及廢氣的治理等。吸收是用于分離氣體混合物的一種常見的單元操作，根據(jù)氣體混合物中各組分在某種溶劑中溶解度的不同而使它們得到分離。第二十一頁，共六十三頁，2022年，8月28日吸收操作所用的液體溶劑——吸收劑S被溶解吸收的組分——吸收質(zhì)A不被溶解吸收的組分——惰性組分B第二十二頁，共六十三頁，2022年，8月28日

吸收操作中吸收劑的性能至關(guān)重要，選擇吸收劑應(yīng)當(dāng)從以下幾方面考慮：①對吸收質(zhì)有較大的溶解度，以加速吸收、減少吸收劑用量；②對所處理氣體必須有較高的選擇性，即吸收質(zhì)在吸收劑中的溶解度大，而其它組分幾乎不溶解；③吸收質(zhì)在吸收劑中的溶解度隨溫度的變化有較大的差異，以便吸收劑再生；④蒸汽壓要低，以減少吸收和再生過程中的揮發(fā)損失；⑤化學(xué)穩(wěn)定性好，粘度小，價廉、易得、無毒、不易燃燒。實(shí)際上，能滿足這些條件的的吸收劑很難找到。因此，對可供選用的吸收劑應(yīng)作技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價后合理選擇。第二十三頁，共六十三頁，2022年，8月28日

物理吸收與化學(xué)吸收物理吸收中，當(dāng)操作條件改變，解吸便會發(fā)生，而化學(xué)吸收能否可逆進(jìn)行由化學(xué)反應(yīng)是否可逆決定。一般氣體在吸收劑中的溶解度不高，因物理吸收能力有限，如有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，可大幅度地提高吸收劑對氣體的吸收能力，同時化學(xué)吸收的選擇性較高。

第二十四頁，共六十三頁，2022年，8月28日

吸收操作中的溶解過程會放出溶解熱，若是化學(xué)吸收還伴隨有反應(yīng)熱——非等溫吸收。

如果吸收質(zhì)在混合氣中濃度相當(dāng)?shù)?，吸收劑用量又很大，吸收過程溫度變化不大，可視為——等溫吸收。第二十五頁，共六十三頁，2022年，8月28日2．吸收的相平衡（1）氣體在液體中的溶解度在一定的溫度、總壓下．混合氣體與一定量吸收劑充分接觸，吸收質(zhì)在氣液兩相中的分配將趨于穩(wěn)定，吸收劑中吸收質(zhì)濃度達(dá)到飽和，即達(dá)到相平衡。飽和濃度（溶解度）：平衡時溶質(zhì)在液相中的濃度。平衡分壓：平衡時氣相中溶質(zhì)的分壓。第二十六頁，共六十三頁，2022年，8月28日

實(shí)際上，當(dāng)總壓不大（＜0.5MPa）時，氣體在液體中的溶解度隨溫度和吸收質(zhì)在氣相的組成而變化，這種關(guān)系可通過實(shí)驗(yàn)測定。

不同氣體在同一吸收劑中的溶解度有很大差異。相同溫度下，二氧化硫的溶解度較小，氨氣和氯化氫的溶解度較大。第二十七頁，共六十三頁，2022年，8月28日氨在水中的溶解度

總壓一定，溫度下降，在同一溶劑中，溶質(zhì)的溶解度隨之增加，有利于吸收。第二十八頁，共六十三頁，2022年，8月28日20℃下SO2在水中的溶解度溫度一定時，總壓增加，在同一溶劑中，溶質(zhì)的溶解度x隨之增加，有利于吸收。第二十九頁，共六十三頁，2022年，8月28日總壓及摩爾分率相同，cO2

<cCO2

<cSO2

<cNH3

對于同樣濃度的溶液，易溶氣體在溶液上方的平衡分壓小，難溶氣體在溶液上方的平衡分壓大，即要得到一定濃度的溶液，易溶氣體所需分壓較低，難溶氣體所需分壓則很高。第三十頁，共六十三頁，2022年，8月28日

總壓不高（<0.5MPa）時，在一定溫度下，稀溶液（<10％）上方氣相中溶質(zhì)的平衡分壓與溶質(zhì)在液相中的摩爾分率成正比，其比例系數(shù)為亨利系數(shù)。（2）亨利定律第三十一頁，共六十三頁，2022年，8月28日

亨利系數(shù)的大小與吸收質(zhì)和吸收劑的種類及吸收溫度有關(guān)。

不同的吸收質(zhì)，亨利系數(shù)越大，越難溶解；

同一吸收質(zhì)，溫度升高，亨利系數(shù)增大，溶解度下降。

亨利系數(shù)的大小能夠反映氣體溶解的難易程度。第三十二頁，共六十三頁，2022年，8月28日

由于相組成的表示方法有多種，亨利定律也有多種不同的數(shù)學(xué)表達(dá)形式：

p*=c/HH－溶解度系數(shù)。

y*=mxm一相平衡常數(shù)。

Y*=mX第三十三頁，共六十三頁，2022年，8月28日

吸收過程中，氣相中的吸收質(zhì)進(jìn)入液相，氣、液相的量都發(fā)生變化，使吸收計(jì)算變得復(fù)雜。為簡化計(jì)算，工程上采用在吸收過程中數(shù)量不發(fā)生變化的氣相中的惰性組分和液相中的純吸收劑為基準(zhǔn)。以混合物中吸收質(zhì)摩爾數(shù)與惰性物質(zhì)摩爾數(shù)的比來表示氣相中吸收質(zhì)的含量，稱為氣相摩爾比，用Y表示；以液相中吸收質(zhì)摩爾數(shù)與純吸收劑摩爾數(shù)的比來表示液相中吸收質(zhì)的含量，稱為液相摩爾比，用X表示。摩爾比與摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系是：

Y=y/(1-y)X=x/(1-x)第三十四頁，共六十三頁，2022年，8月28日吸收計(jì)算中，有時需要在亨利定律各系數(shù)之間進(jìn)行變換。E=ρs/HMs

m=E/PP:總壓第三十五頁，共六十三頁，2022年，8月28日3、吸收速率（1）單相內(nèi)的擴(kuò)散吸收質(zhì)在某一相中的擴(kuò)散有分子擴(kuò)散與渦流擴(kuò)散兩種。滯流流體中，吸收質(zhì)在垂直于流體流動方向的擴(kuò)散依靠分子運(yùn)動完成；在湍流流體主體，吸收質(zhì)主要憑借流體質(zhì)點(diǎn)不規(guī)則運(yùn)動的渦流實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散，而在滯流底層內(nèi)則仍是分子擴(kuò)散。第三十六頁，共六十三頁，2022年，8月28日①分子擴(kuò)散速率吸收質(zhì)A在液相內(nèi)的分子擴(kuò)散速率與其濃度梯度成正比，可用費(fèi)克定律來表示。

式中負(fù)號表示擴(kuò)散方向沿組分A濃度降低的方向進(jìn)行

DAB—比例系數(shù)，組分A在介質(zhì)B中的擴(kuò)散系數(shù)第三十七頁，共六十三頁，2022年，8月28日

擴(kuò)散系數(shù)是物質(zhì)的物性常數(shù)，表示物質(zhì)在介質(zhì)中的擴(kuò)散能力，隨擴(kuò)散物質(zhì)、介質(zhì)種類、體系溫度和壓力的變化而變化，其值由實(shí)驗(yàn)測定。常見物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)可從有關(guān)手冊中查到。氣體的擴(kuò)散系數(shù)較大，而液體的擴(kuò)散系數(shù)很小。第三十八頁，共六十三頁，2022年，8月28日②對流擴(kuò)散速率渦流擴(kuò)散速率遠(yuǎn)大于分子擴(kuò)散速率，但由于對渦流流動中擴(kuò)散認(rèn)識上的不充分，只能仿照費(fèi)克定律將渦流擴(kuò)散速率表示為：

DE—渦流擴(kuò)散系數(shù)。渦流擴(kuò)散系數(shù)不是物質(zhì)的特性常數(shù)，它與湍流程度有關(guān)，且隨質(zhì)點(diǎn)位置而異。第三十九頁，共六十三頁，2022年，8月28日湍流流體中，渦流擴(kuò)散和分子擴(kuò)散同時起著傳質(zhì)作用，對流擴(kuò)散速率為：式中DAB與DE的相對大小隨位置而變。湍流主體以渦流擴(kuò)散為主，DE》DAB，滯流底層為分子擴(kuò)散，DAB》DE，DE≈0；在過渡層，DAB和DE數(shù)量級相當(dāng)，都不能忽略。化工生產(chǎn)中的流動多為湍流，對流擴(kuò)散最常見。然而由于DE

很難測定，上式并無實(shí)用價值。第四十頁，共六十三頁，2022年，8月28日（2）兩相間傳質(zhì)吸收操作中吸收質(zhì)從氣相轉(zhuǎn)移至液相經(jīng)歷了氣相擴(kuò)散、界面溶解和液相擴(kuò)散三個步驟。

一般情況下，氣、液流主體呈湍流。在氣、液兩相界面兩側(cè)形成兩個滯流底層，層內(nèi)為分子擴(kuò)散，濃度梯度在穩(wěn)定條件下為常數(shù)；在過渡層，渦流擴(kuò)散開始起作用，分壓或濃度變化減慢；在湍流主體，渦流擴(kuò)散起主導(dǎo)作用，分壓或濃度幾為均一。pAGpAicAicAL氣相液相zGzLE第四十一頁，共六十三頁，2022年，8月28日

對于吸收這一典型的傳質(zhì)過程，研究者先后提出了許多物理模型，其中的雙膜理論，經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，具有可用性，長期以來被廣泛使用。雙膜理論的要點(diǎn)為：a、氣、液兩相間有一個穩(wěn)定的相界面，其兩側(cè)分別存在穩(wěn)定的氣膜和液膜；膜內(nèi)流體呈滯流狀態(tài)，膜外的流體呈湍流狀態(tài)；b、相界面上氣液兩相處于平衡，即相界面上沒有傳質(zhì)阻力；c、吸收質(zhì)在兩個膜內(nèi)以分子擴(kuò)散形式通過。湍流主體中濃度分布均勻，不存在濃度梯度和傳質(zhì)阻力，故吸收的阻力全部集中在氣、液兩個膜內(nèi)。第四十二頁，共六十三頁，2022年，8月28日（3）吸收速率方程在穩(wěn)定操作下，氣、液相傳質(zhì)速率相等．整個吸收過程的速率，即吸收速率只有一個。但由于考察的范圍（氣相或液相一側(cè)，氣液兩相整個吸收過程）及推動力表示形式不同，將吸收速率方程分為兩類。①單相吸收速率方程氣相N=kG(p-pi)液相N=kL(ci-c)②總吸收速率方程由于氣液相界面濃度pi，ci不容易測定，故吸收速率采用跨越相界面濃度的總推動力進(jìn)行計(jì)算。

N=KG（p-p*)N=KY(Y-Y*)N=KL(c*-c)N=KX(X*-X)KY=KGPKX=KLc0第四十三頁，共六十三頁，2022年，8月28日

吸收總阻力為氣相阻力和液相阻力之和第四十四頁，共六十三頁，2022年，8月28日

氣膜控制當(dāng)氣體容易溶解時，溶解度系數(shù)H較大，液相阻力非常小，可忽略，KG≈kG，即易溶氣體的吸收阻力主要集中在氣膜內(nèi)，稱為氣膜控制。

例，氨氣溶于水，氯化氫溶于水等吸收過程。

可以采用提高氣相湍動程度的辦法使總阻力降低。第四十五頁，共六十三頁，2022年，8月28日

液膜控制當(dāng)氣體難于溶解時，溶解度系數(shù)H很小，氣膜阻力非常小，KL≈kL，即難溶氣體的吸收阻力主要集中在液膜內(nèi)，稱為液膜控制。

例如，水吸收氧或氫等吸收操作。

可增大液相湍動程度以提高吸收速率。第四十六頁，共六十三頁，2022年，8月28日

對于中等溶解度的溶質(zhì)，在傳質(zhì)總阻力中氣膜和液膜阻力均不可忽略，要提高總傳質(zhì)系數(shù)，必須同時增大氣相和液相的湍動程度。第四十七頁，共六十三頁，2022年，8月28日4、填料吸收塔的計(jì)算吸收操作根據(jù)吸收塔內(nèi)氣液流動的方向可分為逆流吸收與并流吸收。由于逆流吸收速率快，吸收劑用量少，故一般多采用逆流吸收。為計(jì)算方便，可對塔內(nèi)的吸收過程如下假設(shè)：

a、氣相中的惰性氣體與液相中吸收劑的摩爾流量不變;b、塔內(nèi)的溫度始終相同;c、傳質(zhì)總系數(shù)在整個塔為常量。如此簡化處理方法適用于低濃度氣體吸收，以及混合氣體吸收質(zhì)的濃度雖然高，但被吸收的量不大的場合。第四十八頁，共六十三頁，2022年，8月28日（1）物料衡算與吸收操作線方程通過吸收塔的物料衡算可獲得塔內(nèi)氣液兩相的操作關(guān)系。上式稱為吸收操作線方程，它反映了塔內(nèi)任一截面上氣液兩相濃度的關(guān)系。第四十九頁，共六十三頁，2022年，8月28日XY1Y2X1X2ABY操作線通過塔頂A（X2，Y2）及塔底B（X1，Y1）

操作線僅與液氣比、濃端及稀端組成有關(guān)，與系統(tǒng)的平衡關(guān)系、塔型及操作條件T、p無關(guān)。

在定態(tài)操作的條件下，qn,L、qn,V、Y1、X1均不隨時間發(fā)生變化，故吸收操作線為在X-Y坐標(biāo)上為一條直線，直線的斜率為qn,L/qn,V。第五十頁，共六十三頁，2022年，8月28日吸收操作線位于相平衡線的上方。操作線上任一點(diǎn)K的Y和X值代表塔中任一截面K-K′的氣、液相組成。K點(diǎn)與相平衡線的水平距離代表液相推動力X*-X，K點(diǎn)與相平衡線的垂直距離代表氣相推動力Y-Y*。操作線離相平衡線越遠(yuǎn)，吸收推動力越大。YXX*XABYK.Y*第五十一頁，共六十三頁，2022年，8月28日（2）吸收劑用量吸收劑用量大小直接影響著操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用。以整個吸收塔作為衡算范圍，對吸收質(zhì)進(jìn)行物料衡算:式中qn,L/qn,V是每摩爾惰性組分所用吸收劑的摩爾數(shù)，稱為吸收液氣比。第五十二頁，共六十三頁，2022年，8月28日

通常，qn,V

、Y1、Y2、X2作為吸收工藝條件都已確定。Y2有時通過吸收率間接給出。吸收率η的定義為氣體經(jīng)過吸收塔被吸收的吸收質(zhì)的量與進(jìn)入吸收塔的吸收質(zhì)的量之比。

η=（Y1-Y2

）/Y1

Y2=（1-η）Y1第五十三頁，共六十三頁，2022年，8月28日B'Y1Y2ABOX1'X2X1X*1P

增大吸收劑用量，操作線斜率qn,L/qn,V增大，操作線遠(yuǎn)離平衡線，吸收推動力增大，吸收速率加快，完成同等分離任務(wù)所需的氣液接觸面積減小，塔高減低，設(shè)備費(fèi)用降低；但吸收劑消耗增加，輸送吸收劑所需的功率增加，并且由于液相出口濃度下降，再生費(fèi)用也增加，故操作費(fèi)用上升。若減小吸收劑用量,情況正相反。第五十四頁，共六十三頁，2022年，8月28日

當(dāng)吸收劑用量減小到一定程度，操作線與平衡線將相交。此時氣液兩相達(dá)到平衡。吸收推動力為零，要完成規(guī)定的氣液分離任務(wù)塔高必須無窮大。此時吸收劑的用量為所允許用量的最低值，稱為最小吸收劑用量，以qn,L,m表示。相應(yīng)的液氣比稱為最小液氣比，以qn,L,m/qn,V表示,X1*為吸收液最大出口濃度X1，maxB'Y1Y2ABOX1'X2X1X*1P第五十五頁，共六十三頁，2022年，8月28日第五十六頁，共六十三頁，2022年，8月28日吸收劑用量大，設(shè)備費(fèi)用低，操作費(fèi)用高；吸收劑用量小，設(shè)備費(fèi)用高，操作費(fèi)用低，各有利弊。通常取總費(fèi)用（設(shè)備費(fèi)與操作費(fèi)之和）最低時的吸收劑用量為適宜吸收劑用量，此時的液氣比稱為適宜液氣比。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，一般情況下取吸收劑用量為最小吸收劑用量的1.1－2.0倍較為適宜。最小吸收劑用量可用下式計(jì)算：若氣液平衡關(guān)系服從亨利定律，X1*可通過計(jì)算得出，即X1*=Y1/m。第五十七頁，共六十三頁，2022年，8月28日（3）塔徑的計(jì)算塔徑的大小