化工原理第六章吸收

第二章吸收§1氣體吸收的相平衡關(guān)系§2傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率§3吸收塔的計算§4吸收系數(shù)§5脫吸及其他條件下的吸收概述1、定義吸收：利用混合氣體各組分在液體中溶解度差異，使某些易溶組分進(jìn)入液相形成溶液，不溶或難溶組分仍留在氣相，實現(xiàn)混合氣體分離。解吸：也稱為脫吸，與吸收相反的過程，即溶質(zhì)從液相中分離而轉(zhuǎn)移到氣相的過程?；旌蠚庵心承┙M分在氣液相界面溶解、在氣相和液相內(nèi)由濃度差推動的傳質(zhì)過程。1.定義：氣相液相2.依據(jù)：溶解度不同NH3:氣相液相吸收質(zhì)(溶質(zhì))：A尾氣：B+(A)惰性組分(載體)：B吸收劑：S吸收液：S+A2、吸收分離操作的目的與任務(wù)制取液體產(chǎn)品：如鹽酸、硝酸，碳化氨水吸收CO2制碳酸氫氨等。分離混合氣體吸收獲得某些組分：如用液態(tài)烴吸收裂解氣中的乙烯、丙烯等。氣體凈化除去混合氣體中雜質(zhì)：如合成氨原料氣脫CO2等；尾氣處理和廢氣凈化：脫SO2、NOx等分離基礎(chǔ)：各組分溶解度的差異3、吸收分離操作的分類物理吸收與化學(xué)吸收：H2O吸收CO2NaOH溶液吸收CO2單組分吸收與多組分吸收：H2O吸收乙醇液態(tài)烴吸收氣態(tài)烴等溫吸收與非等溫吸收：H2O吸收丙酮H2O吸收SO3低濃度吸收與高濃度吸收：溶質(zhì)在氣液兩相摩爾分?jǐn)?shù)均<10%4、吸收與蒸餾的差別分離基礎(chǔ)不同：揮發(fā)度與溶解度；引入新相的方式不同：改變狀態(tài)參數(shù)（加熱、冷卻）與外界引入；產(chǎn)品獲得的直接程度不同：精餾可直接獲得較純的組分，而吸收不能直接獲得較純的組分。傳質(zhì)不同：精餾中進(jìn)行雙向傳質(zhì)，而吸收中進(jìn)行單向傳質(zhì)§2

氣體吸收的相平衡關(guān)系吸收過程與蒸餾一樣，涉及相際傳質(zhì)過程。平衡問題：物質(zhì)傳遞的方向和限度；傳質(zhì)速率問題：傳質(zhì)推動力和阻力。相平衡：相間傳質(zhì)已達(dá)到動態(tài)平衡，從宏觀上觀察傳質(zhì)已不再進(jìn)行。吸收中的相平衡關(guān)系描述的是溶解度的影響因素，是處理吸收問題的關(guān)鍵。2.1.1氣體的溶解度一定操作溫度和壓力下，平衡狀態(tài)下溶質(zhì)在氣相中的分壓稱為平衡分壓或飽和分壓，相應(yīng)的液相濃度稱為平衡濃度或氣體在液體中的溶解度。定義：氣體在指定液體（溶劑）中的飽和濃度常用單位：kg(A)/kg(S)或kg(A)/m3(S)。它決定了吸收的極限（終點）；推動力：偏離平衡狀態(tài)的程度→過程速率。2.影響因素：溫度、壓力、溶質(zhì)在氣相中的濃度。對于單組分物理吸收：自由度=3-2+2=3總壓不高（<5atm）→理想氣體→溶解度∝氣相分壓，可以認(rèn)為與總壓無關(guān)。恒溫：3、溶解度曲線與溶解性：加壓和降溫對吸收操作有利。吸收劑、溫度T、P一定時，不同物質(zhì)的溶解度不同。

溫度、溶液的濃度一定時，溶液上方分壓越大的物質(zhì)越難溶。易溶（NH3）；中等（SO2）；難溶（O2）對于同一種氣體，分壓一定，溫度T越高，溶解度越小對于同一種氣體，溫度T一定，分壓P越大，溶解度越大2.1.2亨利定律體系：單組分、低濃、恒溫、物理吸收?？倝篜<5×105Pa，一定溫度下溶質(zhì)在液相中的溶解度（平衡）與其在氣相中的分壓成正比。亨利系數(shù)（E）：（單位與分壓單位一致）①理想溶液：P不高，T恒定，亨利定律與拉烏爾定律一致，即：E=p0②非理想溶液：E≠p0，但在一定濃度范圍內(nèi)（低濃），E=const.E=f(T)。

③一定體系，E=f(T），T↑，E↑；易溶體系E小，難溶體系E大。④數(shù)值取得：實驗測定，外推x→0（低濃）；查有關(guān)手冊。亨利定律的其他形式

1）p*~C：H——溶解度系數(shù)，單位：kmol/m3·Pa或kmol/m3·atm。

H是溫度的函數(shù)，H值隨溫度升高而減小。易溶氣體H值大，難溶氣體H值小。2)x~y(溶質(zhì)在氣液兩相中的組成)：y*—與組成為x的液相呈平衡的氣相中溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)；m—相平衡常數(shù)（或分配系數(shù)），無因次總壓P，pA*=PyA*=ExA3)X~Y（摩爾比）吸收過程中，B、S不參與傳質(zhì)，摩爾流量不變，可分別作為基準(zhǔn)來表示A的濃度。當(dāng)溶液濃度很低時，X≈0，上式簡化為：【例1】已知10℃時，1atm下氨水的濃度為10gNH3/100gH2O,其平衡氣相分壓,pNH3=5.57kPa氨水密度：ρ≈1000kg/m3求：E、H、m。例2:已知20℃時，1atm下氨在水中的溶解度數(shù)據(jù)（p85）。繪制p*～x及Y*～X曲線，計算E、m，并指出服從亨利定律的范圍。2.1.3吸收劑的選擇選擇的原則：①溶解度大：溶解度↑，溶劑用量↓，傳質(zhì)速率↑；隨工藝條件變化大；若有反應(yīng)應(yīng)可逆。②選擇性好：對溶質(zhì)的溶解度大；③不易揮發(fā)，以減少溶劑損失；④粘度低，改善流動狀態(tài)，阻力小，降低能耗。⑤無毒、腐蝕性小、不易燃、價廉、不發(fā)泡、冰點低、化學(xué)穩(wěn)定等。2.1.4相平衡關(guān)系在吸收過程中的應(yīng)用（1）判斷傳質(zhì)進(jìn)行的方向

例：在101.3kPa，20℃下,稀氨水的氣液相平衡關(guān)系為：，若含氨0.094摩爾分?jǐn)?shù)的混合氣和組成的氨水接觸,確定過程的方向。此外，用氣液相平衡曲線圖也可判斷兩相接觸時的傳質(zhì)方向具體方法：已知相互接觸的氣液相的實際組成y和x，在x-y坐標(biāo)圖中確定狀態(tài)點，若點在平衡曲線上方，則發(fā)生吸收過程；若點在平衡曲線下方，則發(fā)生解吸過程。

（2）確定傳質(zhì)的推動力以氣相組成差表示的吸收推動力；以液相組成差表示的吸收推動力。

（3）指明傳質(zhì)過程進(jìn)行的極限所謂過程的極限是指兩相充分接觸后，各相組成變化的最大可能性。

§2傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率質(zhì)量傳遞：在具有濃度差的體系中，組分從一處轉(zhuǎn)移到另一處的過程，簡稱為傳質(zhì)過程。吸收過程：3個①溶質(zhì)由氣相主體傳遞到兩相界面，即氣相內(nèi)的物質(zhì)傳遞（單相傳遞）；②溶質(zhì)在相界面上的溶解，由氣相轉(zhuǎn)入液相，即界面上發(fā)生的溶解過程（相間傳遞）；③溶質(zhì)自界面被傳遞至液相主體，即液相內(nèi)的物質(zhì)傳遞（單相傳遞）。通常，第②步即界面上發(fā)生的溶解過程很容易進(jìn)行，其阻力很小，故認(rèn)為相界面上的溶解推動力亦很小，這樣總過程的速率將由兩個單相即①步氣相和③步液相內(nèi)的傳質(zhì)速率所決定。單相內(nèi)物質(zhì)傳遞的機(jī)理分子擴(kuò)散

渦流擴(kuò)散

1、分子擴(kuò)散

原因：混合物中存在濃度梯度。

方式：分子無規(guī)則熱運動。

方向：沿組成降低的方向。

過程：不穩(wěn)定過程（濃度差↓→推動力↓→速率↓）

范圍：發(fā)生在靜止或?qū)恿髁黧w里。

終點：濃度均勻，動態(tài)平衡。2.2.1分子擴(kuò)散與菲克定律2.菲克定律：擴(kuò)散通量：單位面積上單位時間內(nèi)擴(kuò)散傳遞的物質(zhì)的量，以J表示，單位：kmol/(m2·s)因此，只要流體內(nèi)部有濃度梯度，就會產(chǎn)生分子擴(kuò)散，在恒溫恒壓下，一維分子擴(kuò)散通量用菲克定律表達(dá)：對于雙組分混合物，在總壓不高，各處溫度均勻的前提下，也有2.2.2氣相中的穩(wěn)態(tài)分子擴(kuò)散1、等分子反方向擴(kuò)散(擴(kuò)散通量相等，方向相反)如前圖所設(shè)，且設(shè)如圖實驗裝置中的兩個容器為無限大，則抽掉隔板并經(jīng)過一個不穩(wěn)定擴(kuò)散后，(1)由于1、2截面上的A、B組分的分壓維持不變，所以在聯(lián)通管中的分子擴(kuò)散是穩(wěn)定的。

(2)由于聯(lián)通管中任一截面上A、B兩組分傳遞的分子數(shù)都相等，所以聯(lián)通管中的分子擴(kuò)散是等分子反向擴(kuò)散。傳質(zhì)速率（傳質(zhì)通量

N

）：任一固定的空間位置上，單位時間、單位面積上通過的物質(zhì)量，單位：kmol/(m2·s)。此時(等分子反方向擴(kuò)散)：

NA=JA=-JB=const.分離變量并進(jìn)行積分，積分限為：

【例3】兩容器裝有不同濃度的NH3和N2。連通管長0.61m，內(nèi)徑24.4mm，系統(tǒng)溫度25℃,壓強(qiáng)101.3kPa，左側(cè)容器NH3分壓20kPa，右側(cè)容器NH3分壓6.67kPa，已知25℃、101.3kPa時，NH3-N2的擴(kuò)散系數(shù)2.30×10-5

m2/s。求：⑴單位時間內(nèi)自容器1向容器2傳遞的

NH3量，kmol/s；⑵連通管中與截面1相距0.305m處NH3

分壓，kPa。2.一組分通過另一停滯組分的擴(kuò)散

若截面2（氣液界面）只允許A通過（B、S不能），A擴(kuò)散后會留下空位，必須由左側(cè)聯(lián)通管中的氣體（A+B）來補(bǔ)充，以保證P=const.,此時，產(chǎn)生一個趨向于界面的遞補(bǔ)流動——總體流動，其方向與A的擴(kuò)散方向一致?？傮w流動通量為N，混合氣總濃度為C，則綜合傳質(zhì)效果（擴(kuò)散+總體流動）：B的擴(kuò)散方向與總體流動相反，而界面上無B通過，穩(wěn)定狀態(tài)下聯(lián)通管內(nèi)各界面上NB=0，即擴(kuò)散與總體流動相抵——停滯?？傮w流動量等于組分A的傳質(zhì)通量等分子反方向擴(kuò)散類似于精餾過程傳質(zhì)：兩組分潛熱近乎相等，一個A進(jìn)入汽相，必有一個B進(jìn)入液相，不會造成空位而產(chǎn)生總體流動；吸收則屬于一組分通過另一停滯組分的擴(kuò)散：A不斷進(jìn)入液相，而B不能進(jìn)入，溶劑S也不汽化?！纠?】上題中，若截面2只允許NH3通過，且維持兩截面上的其他條件NH3分壓及系統(tǒng)溫度、壓力不變，再求：⑴單位時間內(nèi)那自容器1向容器2傳遞的NH3

量，kmol/s

⑵連通管中與截面1相距0.305m處

NH3分壓，kPa。2.2.3液相中的穩(wěn)定分子擴(kuò)散

一般，液相擴(kuò)散系數(shù)比氣相低105倍，但液相ρ大，濃度高，濃度梯度大，故擴(kuò)散通量差不多。由于對液體的分子運動規(guī)律遠(yuǎn)不及對氣體研究得充分，因此，只能仿效氣相中的分子擴(kuò)散速率方程寫出液相中的相應(yīng)方程。（一組分通過另一停滯組分）2.2.4.擴(kuò)散系數(shù)

D（D′)是物質(zhì)傳遞性質(zhì)的度量參數(shù)，表達(dá)組分?jǐn)U散難易程度。物理意義：單位濃度梯度下的擴(kuò)散通量。D=f(介質(zhì)、T、P、C)≈f(介質(zhì)、T、P)D′≈f(介質(zhì)、T、C)物質(zhì)在不同條件下的擴(kuò)散系數(shù)一般需要通過實驗測定。經(jīng)驗式

1、物質(zhì)在氣體中的擴(kuò)散系數(shù)氣體A在氣體B中（或B在A中）的擴(kuò)散系數(shù)，可按馬克斯韋爾—吉利蘭（Maxwell-Gilliland）公式進(jìn)行估算2、物質(zhì)在液體中的擴(kuò)散系數(shù)物質(zhì)在液體中的擴(kuò)散系數(shù)與組分的性質(zhì)、溫度、粘度以及濃度有關(guān)。對于很稀的非電解溶液，物質(zhì)在液體中的擴(kuò)散系數(shù)用下式估算：2.2.5.對流傳質(zhì)1.渦流擴(kuò)散：憑借流體質(zhì)點的湍動和旋渦來傳遞物質(zhì)。湍流主體擴(kuò)散通量：DE——渦流擴(kuò)散系數(shù)，m2/s：不是物性參數(shù)，與湍動程度有關(guān)，且隨位置變化。

2、對流傳質(zhì)對流傳質(zhì)：流動的流體與相界面之間的傳質(zhì)過程（類似對流傳熱）1）固定界面氣固兩相或液固兩相間的界面2）流動界面氣液兩相和液液兩相間的界面有效層流膜示意圖有效膜：層流底層濃度分布線延線一湍流主體區(qū)濃度分布線延線交點與相界面的距離，zG，zL，m。3)對流傳質(zhì)速率方程設(shè)有效膜的流體按層流流動，則有效膜內(nèi)的傳質(zhì)方式為一組分通過另一停滯組份的擴(kuò)散，所以2.2.6吸收過程的機(jī)理1、雙膜理論1)氣液兩相間存在穩(wěn)定的相界面，界面兩側(cè)各有一層有效膜，溶質(zhì)以分子擴(kuò)散的傳質(zhì)方式由氣相主體進(jìn)入液相主體。2)在相界面處，氣液兩相達(dá)到平衡。3)在氣液兩相主體中，溶質(zhì)濃度均勻。2.溶質(zhì)滲透理論：

工業(yè)設(shè)備，氣、液高度湍動，相界面不穩(wěn)定。1935年Higbie認(rèn)為：流體在相界面暴露時間很短，溶質(zhì)不可能在膜內(nèi)建立起如雙膜理論假設(shè)的那種穩(wěn)定的濃度分布。流體微元暴露→被新單元取代，舊單元返回主體→溶質(zhì)逐漸向主體滲透。θ=0:z≥0，cA=c0θ>0:z=0，cA=cAi；z>0，形成濃度分布；θ↑，界面附近濃度梯度逐漸減?。沪?∝時，cA=cAi溶質(zhì)滲透速度正比于界面處的濃度梯度，θ↑，梯度↓，速度↓；接觸伊始速度最大。3.表面更新理論：液面由無數(shù)微元流體組成，但液面上每個微元與氣相接觸的時間不同，其服從某個分布函數(shù)，各種年齡（接觸時間）的微元被置換下去的機(jī)率與年齡無關(guān)，而與該年齡的微元數(shù)成正比。s——表面更新率，常數(shù)，實驗測定。雖然溶質(zhì)滲透理論和表面更新理論比雙膜理論更接近實驗結(jié)果，但還不能用于設(shè)計計算，所以吸收設(shè)備的設(shè)計仍以雙膜理論為基礎(chǔ)。2.2.7吸收速率方程確定設(shè)備尺寸及核算吸收程度。吸收速率=推動力/阻力=吸收系數(shù)×推動力穩(wěn)定操作：兩膜中的傳質(zhì)速率相同，可用任一有效膜中的傳質(zhì)速率代表——氣膜或液膜吸收速率方程式，相應(yīng)的吸收系數(shù)即為膜系數(shù)或分系數(shù)，以k表示。與傳熱中的α相當(dāng)。1.氣膜吸收速率方程：溶質(zhì)由氣相主體到相界面的對流傳質(zhì)速率①氣相有效滯流膜內(nèi)：以氣相分壓差為推動力zG

與流體流動狀態(tài)有關(guān)，不易確定，但傳質(zhì)條件（物系、P、T）一定時可認(rèn)為kG不變。令——氣膜吸收速率方程式——氣膜吸收系數(shù)，kmol/(m2.s.kPa)。

也可寫成：

②以氣相摩爾分率為推動力：y——主體中A的摩爾分率yi——界面處A的摩爾分率2.液膜吸收速率方程：

界面→液相主體

①液相有效滯流膜內(nèi)：以液相濃度差為推動力

令

或

——液膜吸收速率方程②以液相摩爾分率表示：四個分傳質(zhì)系數(shù)，各有相應(yīng)的阻力和推動力。3.界面組成的確定：

氣液平衡+穩(wěn)定傳質(zhì)

當(dāng)已知兩相組成的平衡關(guān)系，如

和上式聯(lián)立便可

求出

4.總吸收系數(shù)及相應(yīng)的吸收速率方程：界面濃度難求，與傳熱處理壁溫一樣，可采用總推動力避開。即采用兩相主體濃度的某種差值為推動力，相應(yīng)引入總吸收系數(shù)(K)及總阻力(1/K)。吸收推動力形式與傳熱的差別：表示方法不同，不能直接相減，即使轉(zhuǎn)換成同一形式，其差值也并不能代表推動力。是否有推動力要與平衡濃度比較。相等不一定平衡。推動力形式：主體濃度與另一相對應(yīng)的平衡濃度的差值。①以(p-p*)為總推動力——p*與液相主體濃度平衡—以為推動力的氣相總吸收系數(shù)，kmol/(m2.s.Pa)—與液相主體濃度c成平衡的氣相分壓，Pa。易溶氣體：H很大，若kG、kL數(shù)量級接近，則對于氣膜阻力控制的吸收過程：平衡線斜率小，欲提高傳質(zhì)速率，在選擇設(shè)備形式及確定操作條件時需設(shè)法提，即減小氣膜阻力，這類似于對流傳熱時為提高傳熱傳熱速率需設(shè)法提高小的

易溶氣體溶解度大，其吸收過程往往是氣膜阻力控制，如用水吸收氨或氯化氫，用濃硫酸吸收水蒸汽等均為氣膜控制。②以(c*-c)為總推動力——c*與氣相分壓p平衡KL

——液相總吸收系數(shù)，m/s難溶氣體：H很小，若kG、kL數(shù)量級接近，————液膜控制對于液膜阻力控制的吸收過程：平衡線斜率大，欲提高傳質(zhì)速率，在選擇設(shè)備形式及確定操作條件時需設(shè)法提高

。

難溶氣體溶解度小，其吸收過程往往是液膜阻力控制，如用水吸收氧氣，氫氣或二氧化碳等均為液膜控制。用水吸收二氧化硫及丙酮蒸汽，氣膜阻力和液膜阻力各占一定比例，此時應(yīng)同時設(shè)法減小氣膜阻力和液膜阻力，傳質(zhì)速率才會有明顯提高，我們稱這種情況為“雙膜控制”。

③以(Y-Y*)為總推動力——Y*與液相組成X平衡據(jù)分壓定律代入

令

—以

為推動力的氣相總吸收系數(shù)，kmol/(m2.s)

④以(X*-X)為總推動力——X*與氣相組成Y平衡小結(jié)：吸收速率方程

與膜系數(shù)相對應(yīng)的吸收速率式與總系數(shù)對應(yīng)的速率式

用一相主體與界面的濃度差表示推動力用一相主體的濃度與其平衡濃度之差表示推動力【例7】低濃吸收，平衡關(guān)系符合亨利定律，kG=2.74×10-7

kmol/(m2·s·kPa)，kL=6.94×10-5m/s，H=1.5。求KG，并分析吸收過程的控制因素。2.3吸收塔計算——填料塔板式塔：逐級接觸；填料塔：連續(xù)(微分)接觸填料中很大的空隙，提供曲徑→湍動↑，表面形成液膜→表面積↑；可逆流或并流操作，但一般采用逆流：提高出塔吸收液濃度和降低尾氣濃度。計算內(nèi)容：吸收劑用量、塔的工藝尺寸等。吸收塔的設(shè)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(guān)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2.3.1吸收塔的物料衡算及操作線方程1.物料衡算穩(wěn)定、逆流下標(biāo)“1”——塔底（濃端）；下標(biāo)“2”——塔頂（稀端）；V——B的摩爾流率，kmol/s；L——S的摩爾流率，kmol/s；Y——氣相中A的摩爾比；X——液相中A的摩爾比。V和Y1由吸收任務(wù)規(guī)定，吸收劑流量L和組成X2由工藝條件確定，出塔氣體組成Y2由任務(wù)規(guī)定的吸收率φA

求出：可算出吸收液的濃度X12.操作線方程：塔內(nèi)任意截面上的物料衡算關(guān)系在m—n截面與塔底截面之間作組分A的衡算——逆流吸收塔操作線方程L/V：塔操作的液氣比表明：塔內(nèi)任一截面的氣相濃度Y與液相濃度X之間成直線關(guān)系，直線的斜率為L/V。

操作線：在Y-X圖上為以L/V為斜率，過塔進(jìn)、出口氣、液兩相組成點B(X1，Y1)和T(X2，Y2)的直線逆流：濃、稀端；操作線與平衡關(guān)系、操作條件及設(shè)備結(jié)構(gòu)無關(guān)；吸收：Y>Y*，操作線在平衡線上方。并流操作線方程：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(yīng)進(jìn)行脫吸過程。

吸收塔內(nèi)流向的選擇1、逆流沿塔高能保持較大推動力；并流從頂?shù)降籽厮咄苿恿u小，塔頂、底推動力相差大。2、若兩相進(jìn)、出塔濃度相同，逆流平均推動力大于并流，對傳質(zhì)速率有利。與傳熱時一樣。3、工業(yè)吸收一般多用逆流，后面討論中若無說明，均為逆流吸收。4、逆流時上升的氣體將阻礙借重力往下流動的液體，限制了吸收塔所允許的液體流率和氣體流率，這是逆流操作不利的一面。2.3.2吸收劑用量的決定吸收劑用量L或液氣比L/V在吸收塔的設(shè)計計算和塔的操作調(diào)節(jié)中是一個很重要的參數(shù)。吸收塔的設(shè)計計算中，V、Y1、Y2由設(shè)計任務(wù)給定，X2則是由工藝條件決定或設(shè)計人員選定?？梢?，X1與吸收劑用量L相互制約！操作線的一個端點(X2,Y2)已定，另一端點隨L不同→液氣比L/V不同，而在Y=Y1水平線上移動。L↑→L/V↑→推動力↑→X1↓；設(shè)備費↓，操作費用↑；L↓→L/V↓→X1↑→推動力↓→設(shè)備費用↑，操作費用↓。到C點X1=X*，X1與Y1平衡，推動力=0，X1=X1,max，傳質(zhì)面積無限大，設(shè)備費用無窮→Lmin,→(L/V)min。一般：L=(1.1～2.0)Lmin(L/V)min的確定：確定操作線與平衡線的交點或切點。例：空氣與氨的混合氣體，總壓101.33kPa，其中氨的分壓為1333Pa，用20℃的水吸收混合氣中的氨，要求氨的回收率為99%，每小時的處理量為1000kg空氣。物系的平衡關(guān)系列于本例附表中，若吸收劑用量取最小用量的2倍，試求每小時送入塔內(nèi)的水量。溶液濃度(gNH3/100gH2O)22.53分壓Pa160020002427解：1）平衡關(guān)系

2）最小吸收劑用量：其中：其中：3）每小時用水量

【例】用洗油吸收焦?fàn)t氣中的芳烴。塔溫度27℃、壓強(qiáng)為106.7kPa，焦?fàn)t氣流量850m3/h，芳烴的摩爾分率為0.02，回收率不低于95%。洗油中芳烴的摩爾分率0.005。溶劑用量為最小用量的1.5倍，求洗油流量及X1。2.3.3塔徑的計算Vs——混合氣體積流量，m3/s；按塔底為準(zhǔn)；u——混合氣空塔氣速，m/s；流體力學(xué)問題。2.3.4填料層高度的計算1.基本方法與計算式②計算式—各截面濃度變→傳質(zhì)速率變對組分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：微元填料層內(nèi)的吸收速率方程式為：

a:有效比表面，受填料形狀、尺寸、裝填方式、流體物性及流動狀態(tài)影響，難以確定，將之與傳質(zhì)系數(shù)合二為一：KYa、KXa

——總體積吸收系數(shù)或總體積傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(s.m3)。低濃度氣體吸收時填料層的基本關(guān)系式為

2、傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)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)

HOG的物理意義：

HOG

或HOL

表示完成一個傳質(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，是由過程條件決定的：吸收過程的傳質(zhì)阻力越大，填料層的有效比面積越小，每個傳質(zhì)單元所相當(dāng)?shù)奶盍蠈痈叨仍酱蟆ｋm然(Y-Y*)為一變量，但積分值一定，總可找到一個(Y-Y*)m

（常量）使積分值不變。此時填料層高度就是一個總傳質(zhì)單元高度。傳質(zhì)單元數(shù)反映吸收過程的難度，任務(wù)所要求的氣體濃度變化越大，過程的平均推動力越小，則意味著過程難度越大，此時所需的傳質(zhì)單元數(shù)越大。3、傳質(zhì)單元數(shù)的求法1）平衡線為直線時a）脫吸因數(shù)法

平衡關(guān)系用直線

表示時，將代入——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，脫吸愈易進(jìn)行?！找驍?shù)

分析：橫坐標(biāo)

值的大小，反映了溶質(zhì)吸收率的高低。

在氣液進(jìn)口濃度一定的情況下，吸收率愈高，Y2愈小，橫坐標(biāo)的數(shù)值愈大，對應(yīng)于同一S值的NOG愈大。S反映吸收推動力的大小

在氣液進(jìn)出口濃度及溶質(zhì)吸收率已知的條件下，若增大S值，也就是減小液氣比L/V，則溶液出口濃度提高，塔內(nèi)吸收推動力變小，NOG值增大。

對于一固定的吸收塔來說，當(dāng)NOG已確定時，S值越小，愈大，愈能提高吸收的程度。

減小S增大液氣比

吸收劑用量增大，能耗加大，吸收液濃度降低。適宜的S值：

ii)對數(shù)平均推動力法：——平衡關(guān)系：Y*=mX+b

例：某生產(chǎn)車間使用一填料塔，用清水逆流吸收混合氣中有害組分A，已知操作條件下，氣相總傳質(zhì)單元高度為1.5m，進(jìn)料混合氣組成為0.04（組分的Amol分率，下同），出塔尾氣組成為0.0053，出塔水溶液濃度為0.0128，操作條件下的平衡關(guān)系為Y=2.5X（X、Y均為摩爾比），試求：1）L/V為(L/V)min的多少倍？2）所需填料層高度。3）若氣液流量和初始組成均不變，要求最終的尾氣排放濃度降至0.0033，求此時所需填料層高度為若干米？解：

1）L/V為(L/V)min的倍數(shù)2）所需填料層高度脫吸因數(shù)法

對數(shù)平均推動力法

3）尾氣濃度下降后所需的填料層高度

尾氣濃度

例：某吸收塔在101.3kPa，293K下用清水逆流吸收丙酮空氣混合物中的丙酮，操作液氣比為2.1時，丙酮回收率可達(dá)95%。已知物系的濃度較低，丙酮在兩相間的平衡關(guān)系為y=1.18x，吸收過程為氣膜控制，總傳質(zhì)系數(shù)Kya與氣體流率的0.8次方成正比，1）今氣體流率增加20%，而流體及氣液進(jìn)出口組成不變，試求：a）丙酮的回收率有何變化？b）單位時間內(nèi)