第八章氣體吸收改

第八章氣體吸收教學要求§8-1氣液相平衡§8-2物料衡算關系§8-3吸收塔的計算§8-4吸收系數(shù)§8-5脫吸及其他條件下的吸收本章小結化工原理1第五章氣體吸收教學要求重點：傳質速率方程，低濃吸收填料層高度的計算。覆蓋內(nèi)容：分子擴散及渦流擴散的概念，菲克定律，一維定常分子擴散速率，等分子反向擴散，單向擴散，總體流動；濃度的不同表示法及其關系，模型，相內(nèi)傳質速率式；相平衡關系，傳質的方向、限度和推動力、雙膜模型及傳質理論簡介；相際傳質速率式，傳質阻力，氣膜控制、液膜控制；吸收操作的基本概念，典型吸收設備與流程，吸收過程的相平衡關系（溶解度曲線，亨利定律），影響平衡的主要因素；吸收過程的物料衡算，操作線方程，吸收劑的選擇及用量的確定，最小溶劑用量的概念；傳質單元數(shù)及傳質單元高度的概念，吸收因子（解吸因子）的概念，低濃吸收填料層高度的計算（平衡線為直線及曲線兩種情況）；傳質系數(shù)的測定與準數(shù)關聯(lián)式；高濃度吸收的特點及計算的主要方程及步驟；非等溫吸收的特點及平衡關系的確定?；ぴ?第五章氣體吸收定義：利用混合氣體各組分在溶劑溶解度差異而實現(xiàn)氣體分離的操作。

1.氣體吸收以雙組分（A+B）混合氣為例原料氣A＋B吸收劑S尾氣B(含微量A)溶液S+A吸收塔溶質（或吸收質）:能溶解于溶劑中的組分，以“A”表示；惰性氣體：不能溶解的組分，以“B”表示；吸收劑：所用的液相溶劑，用“S”表示；§8-0概述吸收液—S+A；吸收尾氣—（A）+B?；ぴ?第五章氣體吸收傳質方向（溶質組分）：解吸（脫吸）—與吸收相反的操作：液相氣相

凈化或精制氣體示例：合成氨工藝中合成氣中的凈化脫碳。示例：用水吸收氯化氫氣體制取鹽酸。

回收混合氣體中所需的組分

示例：用洗油處理焦爐氣以回收芳烴。2.氣體吸收的應用場合制取某種氣體的液態(tài)產(chǎn)品工業(yè)廢氣的治理示例：廢氣中含有SO2、H2S等有害氣的脫除。吸收：氣相液相化工原理4第五章氣體吸收等溫吸收、非等溫吸收（4）按溶液溶質組分濃度高低分：

低濃度吸收、高濃度吸收（3）按溶液溫度是否發(fā)生變化分：4.吸收操作的示意流程圖及典型的傳質設備：A.示意流程圖如下：單組分吸收：只有一個溶質組分進入液相；多組分吸收：有兩個及其以上的組分進入液相。（2）按溶質組分多少分：3.分類（1）有無化學反應：物理吸收、化學吸收化工原理5第五章氣體吸收示意流程圖（p26)化工原理6第五章氣體吸收B.傳質設備分類及典型的傳質設備整個過程的經(jīng)濟性主要由解吸塔決定。如：用Na2CO3（不用NaOH）水溶液吸收混合氣中的CO2，生成NaHCO3,可以將NaHCO3溶液升溫使其分解，從而循環(huán)利用Na2CO3水溶液。a、傳質設備的分類按所處理物系相態(tài)分類傳質設備氣液傳質設備液液傳質設備氣固傳質設備液固傳質設備傳質設備按兩相的接觸方式分類逐級接觸式設備微分接觸式設備化工原理7第五章氣體吸收b、典型的傳質設備吸收操作在塔設備內(nèi)進行，工業(yè)上主要有兩類型塔設備（板式塔和填料塔）：（1）填料塔：在填料塔內(nèi)氣、液接觸是連續(xù)進行的。（2）板式塔：在板式塔內(nèi)氣、液接觸逐級進行的?；ぴ?第五章氣體吸收板式吸收塔填料吸收塔化工原理9第五章氣體吸收板式塔為逐級接觸式的氣液傳質設備，它主要由圓柱形殼體、塔板、溢流堰、降液管及受液盤等部件構成。板式塔的結構1.殼體2.塔板3.溢流堰4.受液盤5.降液管（1）、板式塔化工原理10第五章氣體吸收填料塔為連續(xù)接觸式的氣液傳質設備，它主要由圓柱形殼體、液體分布器、填料支承板、塔填料、填料壓板及液體再分布裝置等部件構成。1.塔殼體；2.液體分布器；3.填料壓板；填料塔結構示意圖（2）、填料塔4.填料；5.液體再分布器；6.填料支承板?；ぴ?1第五章氣體吸收傳質單元操作的計算，通常包括以下幾項內(nèi)容：物料衡算；平衡關系；速率關系（已介紹）；能量衡算?；ぴ?2第五章氣體吸收§8-1吸收過程的相平衡

溶質在氣、液相間的平衡關系是分析判斷溶質在相間傳遞過程中的方向、極限以及確定傳遞過程推動力大小的依據(jù)。由f＝3知：氣液兩相平衡時，變量P、t、yA、xA中只有三個是獨立變量。1.相律，單組分物理吸收體系的自由度f應為：f＝C－P＋2；相數(shù)P＝2（為V、L）、組分數(shù)C＝3（分別為A、B、S），f=3t和總壓P一定下，氣液相平衡時，氣相組成是液相組成的單值函數(shù)，即y=f(x)。化工原理13第五章氣體吸收液體S氣體（A＋B）A

溶解A

逸出平衡方程達平衡狀態(tài)時氣體在液體中的溶解度氣相分壓液相組成在一定溫度和壓力下，令某氣體混合物（A＋B）與液體S接觸。溶解度曲線如圖：化工原理14第五章氣體吸收用二維坐標繪的氣、液相平衡關系曲線，又稱為溶解度曲線。一.氣體的溶解度曲線1）t1>t2>t3，x1<x2<x3。即同一分壓下，溶液溫度越高，溶質在液相中的溶解度越小。結論：加壓及降溫有利于氣體吸收；升溫及減壓有利于解吸。x1x2x3pipt1t2t3kPa2）另外，當t=const時，若P↑，則x↑?；ぴ?5第五章氣體吸收查圖：P＝60kPa、t＝20℃時，氨、

二氧化硫

、

氧在水中的溶解度為：390g/

1000g、68g/

1000g

、0.025g/1000g

。化工原理16第五章氣體吸收描述了當總壓不高時，在恒定溫度下，稀溶液上方的氣體溶質與溶液中溶質組分的濃度之間的關系。

E——亨利系數(shù)，kpa(atm),

E=f(T,物系），與P無關（體系壓強不高時）。T↑，E↑;

E的大小反映了氣相組分在該溶劑中溶解度的大小。在同一溶劑中，

E↑，溶解度↓。P*A=CA/HH與E相反，H↑，溶解度↑。二.亨利定律H=f(T，物系），T↑，H↓1.p～x關系PA*=ExA2.p～c關系H——溶解度系數(shù)，

CA：kmol/m3；H：(kmol/m3)/(mmHg或atm或kPa)化工原理17第五章氣體吸收y*A=mxA

溫度T↑，P↓,m↑

,溶解度愈小，不利于吸收。E和H的關系：m與E的關系：3.y～x關系m—相平衡常數(shù)，無因次?；ぴ?8第五章氣體吸收注：一般認為總壓在5atm以下，E、H值與總壓P無關。同理H～m關系4.Y～X關系化工原理19第五章氣體吸收塔內(nèi)氣、液兩相的流動方式塔內(nèi)氣、液兩相的流動方式主要有兩種:（1）并流；(2）逆流，通常采用逆流?！?-2填料吸收塔的物料衡算及塔徑（雙組分）亨利定律表達式可改寫為以下形式：化工原理20第五章氣體吸收在相同條件下，逆流能獲得更大的推動力，從而提高傳質速率；能提高吸收劑的出口濃度，減小吸收劑的用量，或降低尾氣濃度，提高吸收效果?；ぴ?1第五章氣體吸收在工業(yè)中，吸收操作多采用塔式設備，既可采用氣液兩相在塔內(nèi)逐級接觸的板式塔，也可采用氣液兩相在塔內(nèi)連續(xù)接觸的填料塔。工業(yè)中以采用填料塔為主，故本節(jié)對于吸收過程計算的討論結合填料塔進行。一.吸收塔的物料衡算與操作線方程前提：載氣B不參與傳質；溶劑S不揮發(fā)。1.全塔物料衡算范圍：全塔；基準：單位時間(1h）為基準；對象：溶質——A?；ぴ?2第五章氣體吸收V(qn,v）：惰性組分B的摩爾流量kmol/h；L(qn,L)：純?nèi)軇㏒的摩爾流量kmol/h；Y1、Y2：kmol(A)/kmol(B)；X1、X2：：kmol(A)/kmol(S)。VA：吸收負荷kmol/h。若已知混合氣總體積流量vs（T，p）m3/h，怎樣換算成V?化工原理23第五章氣體吸收吸收率A

：混合氣體中溶質A被吸收的百分率，也稱回收率。2.吸收塔的操作線方程與操作線A.逆流：

上部：V(Y-Y2)=L(X-X2)

Y=(L/V)X+(Y2-(L/V)X2)——目的：找塔的任一截面上氣、液兩相組成間的關系，稱操作線方程。以單位時間為基準，對溶質A作物衡算?！媪鲿r的操作線方程下部：V(Y1-Y)=L(X1-X)

Y=(L/V)X+(Y1-(L/V)X1)—化工原理24第五章氣體吸收則式、均為直線方程，其斜率為L/V，過點塔頂（X2，Y2)及塔底(X1，Y1)。B.并流:上部：V(Y1-Y)=L(X-X2)

Y=-(L/V)X+[Y1+(L/V)X2

]

下部：

Y=-(L/V)X+[Y2+(L/V)X1]

——并流時的操作線方程也為直線方程，其斜率為-L/V，過點塔頂（X2，Y1)及塔底(X1，Y2)。假設已知分離任務：Y1，Y2，V，溶劑用量L，X2也已確定，則由全塔物料衡算可求得X1?；ぴ?5第五章氣體吸收L/V－L/VT(X2,Y2),B(X1,Y1)T’(X2,Y1),B’(X1,Y2)注意：操作線應在平衡線的上方，保證Y>Y*，才能保證吸收操作的正常進行。意義：a找出塔上任一截面氣液相組成間的關系；b.通過操作線圖，很容易找出傳質推動力大小?；ぴ?6第五章氣體吸收A.逆流：（X1,Y1)(X2,Y2)ΔY1ΔY2ΔYB.并流(X2,Y1)(X1,Y2)ΔY1ΔY2任一截面總推動力：ΔY=Y-Y*,塔頂：ΔY1=Y2-Y2*塔底：ΔY2=Y1-Y1*各截面的傳質推動力不同，當Y=mX，且m=L/V時，ΔY=const（逆流）。并流時兩端傳質推動力相差較大，故整個塔的平均推動力ΔYm逆>ΔYm并3.傳質推動力化工原理27第五章氣體吸收兩塔聯(lián)合操作的操作線化工原理28第五章氣體吸收化工原理29第五章氣體吸收化工原理30第五章氣體吸收二.吸收劑用量的確定在吸收塔的計算中，通常氣體處理量是已知的，而吸收劑的用量需通過工藝計算來確定。在氣量一定的情況下，確定吸收劑的用量也即確定液氣比。液氣比的確定方法是，先求出吸收過程的最小液氣比，然后再根據(jù)工程經(jīng)驗，確定適宜（操作）液氣比?；ぴ?1第五章氣體吸收1.吸收劑的選擇原則a.溶解度吸收劑對于溶質應具有較大的溶解度，從而減少吸收劑的用量。b.選擇性對溶質有較大的溶解度，而對混合氣體中的惰性組分卻基本不溶解。c.揮發(fā)性低，操作溫度下的飽和蒸汽壓要低。d.粘性盡可能的小。e.化學穩(wěn)定性、毒性、易燃性、發(fā)泡性、冰點、價格、來源?；ぴ?2第五章氣體吸收V、Y1、Y2或(A)等一定，選擇合適的操作條件、吸收劑及其進口濃度X2。即已知V、Y1、Y2，X2→L=?2.用量的確定（以逆流為例）反之，L↓,L/V↓,X1↑,ΔY

↓,NA↓,F↑,設備費↑，操作費↓。特殊的，當X1→X1*時，L→Lmin，此時塔內(nèi)某一截面處ΔY為0，故傳質面積F→∞,所需填料層高度為∞（線4）。(3)(4)X1*

如圖：若L↑，則L/V↑,由于Y1為定值，故X1↓，操作線遠離平衡線，則ΔY↑,NA↑傳質面積↓，故設備費↓，操作費↑，當L→Lmax時，X1→X2(線3)；化工原理33第五章氣體吸收最小溶劑用量Lmin：完成該吸收任務的填料層高度恰好為無窮高時的溶劑用量，此時的(L/V)——最小液氣比(L/V)min?？傇瓌t：總費用最小時的點所對應的L為最合適的溶劑用量。（1）L的選擇原則min(L/V)合適（2）工業(yè)上根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，合適的吸收劑的用量：L=(1.1~2.0)Lmin，即(L/V)=(1.1~2.0)(L/V)min（3）Lmin的求?、僬Ｆ胶怅P系曲線化工原理34第五章氣體吸收如上左圖，若已知Y*=f(X)，則將Y1代入就可求出X1*,從而求得Lmin.②不正常平衡關系如上右圖，此時當L↓,操作線靠近平衡線，但當X1未達到X1*時，兩操作線就在某一點相交，如圖中TB’，此時對應塔的某一截面ΔY=0,F→∞,故所對應的溶劑用量即為Lmin。C化工原理35第五章氣體吸收由圖可知③特殊的，X2=0，Y=mX，定義吸收率逆流三.塔徑的計算Vs：操作條件下混合氣體的體積流量(m3/s)；D：塔徑(m)；u：選擇的操作流速(m/s)。操作流速(u)：按空塔截面積計算的操作狀態(tài)下混合氣體(A+B)的線速度(m/s)。常以塔的氣體入口端計算?；ぴ?6第五章氣體吸收將計算的塔徑按標準系列圓整，并重新核算操作流速。液泛根據(jù)所選設備、氣液兩相的流量和性質uf（恰好發(fā)生液泛的操作流速，也是保持塔正常操作的氣體空塔流速上限）取u=(0.5~0.8)uf確定操作流速。例1.已知：混合氣中，y1=7%,Vs=1500Nm3/h,A

=97%,溶劑為水，逆流操作，平衡關系Y*=1.68X。問（1）能吸收的溶質量？（2）Lmin=?T/h（3）若L=3200kg/h，X1=?,ΔY1=?,ΔY2=?注意計算塔徑時，一般應以塔底的氣量為依據(jù)。計算塔徑的關鍵在于確定適宜的空塔氣速u

。

計算塔徑時，Vs采用操作狀態(tài)下的數(shù)據(jù)。

化工原理37第五章氣體吸收討論的前提：1.貫穿填料層（以后簡稱全塔）的氣液相摩爾流率V、L均可視為常量，其單位為：kmol/(m2.s)；2.全塔可視為等溫吸收（略去了溶解熱效應）；3.傳質分系數(shù)ky、kx在全塔不同截面處均可視為常量。設計型計算：給定混合氣體處理量、Y1和回收率(Y2)選擇適宜的吸收劑、操作條件吸收劑的最小用量實際用量選擇填料操作流速塔徑傳質系數(shù)填料層高度……。計算類型：設計型計算、操作型計算§8-3.低濃吸收填料層高度的計算（y1≤10%）化工原理38第五章氣體吸收確定填料層高度有兩種方法：傳質速率模型法——傳質單元數(shù)和傳質單元高度法根據(jù)吸收速率方程，求填料層高度Z。著重討論該法如何應用吸收速率方程求解連續(xù)逆流操作的填料層高度Z。理論級模型法：理論板（級）與等板高度（物系的物性、操作條件及填料的結構參數(shù)）。由達到分離要求所需的理論板數(shù)NT，求出填料層高度：Z＝HETP×NT式中：HETP影響因素較多，可由實際吸收裝置的實測數(shù)據(jù)求取，一般取0.5～1.0m?；ぴ?9第五章氣體吸收一、填料層高度的基本計算式填料塔為連續(xù)接觸式設備，隨著吸收的進行，沿填料層高度氣液兩相的組成均不斷變化，塔內(nèi)各截面上的吸收速率并不相同。為解決填料層高度的計算問題，需要對微元填料層進行物料衡算?；ぴ?0第五章氣體吸收氣相減少的量：

dGA=V[(Y+dY)－Y)=VdY液相增加的量：

dGA=L((X+dX)－X)=LdX以單位時間，dz微元體內(nèi)的傳質量為基準計算：

:m2

Z:m

a:m2/m3;

NA

:koml/m2.s；

V:koml/m2.s；

L:koml/m2.s；對微元體：dZ0，微元體內(nèi)傳質速率：

NA=KY(Y-Y*)=kY(Y-Yi)=KX(X*-X)=kX(Xi-X)化工原理41第五章氣體吸收微元體內(nèi)吸收的溶質：dGA=NA

adZ=

KY(Y-Y*)adZ=kY(Y-Yi)adZ

=

VdYdGA=NA

adZ=KX(X*-X)adZ=kX(Xi-X)adZ=LdX以氣相為例，將上式整理：A.當體系滿足以下條件時，KY=const。a.T,P=const,低濃傳質（k=const）；b.Y=mX或氣膜控制體系（易溶物系）。HOG：氣相總傳質單元高度；NOG：氣相總傳質單元數(shù)化工原理42第五章氣體吸收B.當體系不滿足以上條件時，KY≠const，故不能提到積分符號外，此時應選擇單相傳質速率式進行計算。HOL：液相總傳質單元高度；NOL：液相總傳質單元數(shù)HG(HL)：氣相（液相）傳質單元高度；NG(NL)：氣相（液相）傳質單元數(shù)。因此：Z=HGNG=HLNL?；ぴ?3第五章氣體吸收二、傳質單元高度與傳質單元數(shù)填料層高度Z＝傳質單元高度×傳質單元數(shù)A.傳質單元高度理解為由過程條件所決定的某種單元高度。

HOG、HOL數(shù)值大小說明填料的分離性能的優(yōu)劣，越小越好，一般在0.5m～1.5m范圍內(nèi)。常采用半理論半實驗方法或實驗辦法測定。H=f[流量、操作條件（T，P，濃度）、設備（a,Ω）]化工原理44第五章氣體吸收填料的形狀、尺寸、充填方式、流體物性和流動狀況。所以a的值很難直接測定。在單位推動力(Y-Y*=1或X*-X=1)下，單位時間、單位體積填料層中吸收的溶質量。其值可由實驗測定。a（有效比表面積）的影響因素處理方法：將KY（或KX）與a的乘積作為一個物理量，稱為總體積吸收系數(shù)(kmol/m3.s)。KYa：氣相總體積吸收系數(shù)。Kxa：液相總體積吸收系數(shù)?？傮w積吸收系數(shù)的物理意義當T，P，濃度一定時，KYa主要與氣速、液速有關。氣膜控制體系：KY=kY,一般kYa與液速無關，與氣速的關系是kYaV0.8，則：HOG＝V/KYaV0.2?；ぴ?5第五章氣體吸收B.傳質單元數(shù)分離任務傳質推動力分離任務↑，傳質推動力↓，則所需NOG↑。它綜合反映出完成該吸收過程的難易程度。代表所需填料層高度相當于氣相總傳質單元高度的倍數(shù)。若令NOG=1,表示氣流經(jīng)過一段填料層前后的濃度變化（Y1-Y2)恰等于此段填料層內(nèi)以氣相濃度差表示的總推動力的平均值（平均推動力），則該段填料稱為一個傳質單元，對應的填料層高度稱為傳質單元高度?；ぴ?6第五章氣體吸收分離要求、平衡關系、液氣比?！鄠髻|單元數(shù)NOG的影響因素：三、傳質單元數(shù)的求?。?.平衡線為直線時NOG的求取指在討論的區(qū)間為直線，而整個平衡線則不一定為直線如圖中MN段可視為直線，直線方程為Y*=mX+B（不一定過原點）。要能求NOG，則需找出dY與d(Y-Y*)的關系?；ぴ?7第五章氣體吸收A.傳質單元數(shù)的基本計算式：已知逆流時操作線方程：思路：找Y與（Y－Y*）的關系，再代入NOG的定義式?；ぴ?8第五章氣體吸收用此式求NOG，需知：①平衡關系；②X1、X2、Y2、Y1→V/LB.平均推動力式：由前圖知：已知條件和A同X1化工原理49第五章氣體吸收意義：已知一個NOG表示氣流經(jīng)過一段填料前后的濃度變化與該段填料層內(nèi)以氣相濃度差表示的平均推動力(Y-Y*)m的比值為1，則此填料層稱為一個傳質單元。而NOG表示全塔范圍內(nèi)氣相濃度變化與全塔內(nèi)以氣相濃度差表示的平均推動力的比值，故比值為幾，就表示幾個這樣的傳質單元?；ぴ?0第五章氣體吸收A、B兩式用于計算具有如下特點：已知條件：①平衡關系；②X1、X2、Y2、Y1→V/L，故若用于設計型計算，即直接求NOG(Z)較方便；但反之，若已知Z，求操作條件，通常需試差。C.吸收因子法：（變X1）適用于已知Z，求其它操作條件的情況?；ぴ?1第五章氣體吸收Y2*化工原理52第五章氣體吸收當氣液進口濃度一定時（即Y1,X2一定)，要求的吸收率↑，Y2↓，則橫坐標值↑，對應NOG↑。參數(shù)S反應了吸收推動力大小。當Y1,X2及φ一定時，則橫坐標值也一定，若S↑,即L/V↓，結果使X1↑ΔYm↓故NOG↑。其中橫坐標反映溶質吸收率的大小?；ぴ?3第五章氣體吸收例：已知D=800mm,Z=6m,Vs=2000Nm3/h,y1=5%,清水吸收y2=0.263%,塔底濃度（61.2g溶質/kg溶液），混合氣為空氣—丙酮(M=58g/mol)。求：（1）KYa=?已知Y*=2.0X；（2）VA=?（吸收的溶質量）；（3）V,L不變，Z’=(Z+3)m,ΔVA=?。化工原理54第五章氣體吸收A.圖解積分2.平衡線為曲線時NG的求?。哼m用范圍寬，基本無限制條件，故為傳質單元數(shù)最基本的求法。此時，KYa≠const，但kY=const，故有Z=HGNG。需求界面濃度Yi,再計算一系列1/(Y-Yi)，將這些點標會在圖上，所得曲線與Y1,Y2包圍的面積即為所求的NG。界面濃度的求?。夯ぴ?5第五章氣體吸收-kx/kyXi1,Yi1Xi2,Yi2Xn,YinXn,YnYY2……YnY1YiYi2……YinYi11/(Y-Yi)1/(Y2-Yi2)……1/(Yn-Yin)1/(Y1-Yi1)Y2Y1化工原理56第五章氣體吸收以下證明一個梯級代表一個NOG。證明：過點F,F’分別作鉛垂線HH*,AA*,∵ΔTF’A與ΔTFH相似，且TF’=2TF,∴AF’=2HF條件：平衡彎曲程度不大；氣膜控制系統(tǒng)（KYa=kYa)?？捎肸=NOGHOG計算。B.近似梯級法：步驟：NM：操作線與平衡線間的中點連線。作NM線TFF’ASS’D，直至超過B點，所畫的梯級數(shù)即為NOG?；ぴ?7第五章氣體吸收又2HF=HH*,∴AF’=HH*?！咂叫芯€彎曲程度不大,故將平衡線的T*A*段近似為直線，即TT*A*A可近似為梯形（HH*為中心線）。通過該段填料的濃度變化＝此段填料層內(nèi)的算術平均推動力(Y-Y*)m，∴ΔTF’A為一個傳質單元數(shù)。表示此段填料層內(nèi)的算術平均推動力(Y-Y*)m。AF’：指混合氣通過該段填料的濃度變化(YA-YT)?；ぴ?8第五章氣體吸收C.辛普森(Simpson)數(shù)值積分法若需求液相NOL(NL)，與求氣相的NOG(NG)方法一樣?；ぴ?9第五章氣體吸收例：已知一填料吸收塔中Z=6m，擬用洗油逆流吸收煤氣中的苯，V/=200kmol(B)/m2.h、Y1=0.02；X2=0、L/=40kmol(S)/m2.h。KYa=0.05kmol/m2.s，且與L無關，Y*=0.13X。要求吸收率不小于0.95。問該塔能否滿足要求。解：Y2=Y1(1-A)Y2=0.001；X1=V(Y1-Y2)/L+X2=0.095Y1=Y1-mX1=0.00765；Y2=Y2-mX2=0.001Ym=(Y1-Y2)/ln(Y1/Y2)=0.00327NOG=(Y1-Y2)/Ym=5.81S=m/(L/V)=0.65；X2=0；A=0.95NOG=(1/(1-S))ln[(1-S)(1/(1-A))+S)=5.7HOG=[(V/)/3600]/(KYa)=1.11mZ’=HOGNOG=6.5(6.33)m>6m所以：該吸收塔不能完成生產(chǎn)任務?；ぴ?0第五章氣體吸收例：已知P＝1atm,T=293K,清水吸收丙酮，Y*=1.8X,氣膜控制，KYa∝V0.8，當L/V=2.1時，

=95%,問：（1）當V’=1.2V時，’=?（2）當L↑,”=98%，L’/L=?分析：此題以設備不變（即填料層高度不變）為出發(fā)點，Z=HOGNOG=HOG’NOG’∵X2=0,∴Y2*=0,

=(Y1-Y2)/Y1Y1/Y2=1/(1-)∴NOG=5.1原工況：新工況：化工原理61第五章氣體吸收（2）變L，V不變查圖2-18，得S’（∵變，∴橫坐標的值也變）∴S’/S=L/L’化工原理62第五章氣體吸收例：已知：清水吸收空氣—氨氣混合氣中的氨氣，y1=0.05,

=95%,x1=0.05,Y*=0.95X,求：（1）逆流操作，混合氣量Vs=0.02kmol/m2.s,KYa=2×10-2Kmol/m3.s，Z=?（2）若用部分吸收劑再循環(huán)，L/LR=20，vs不變，KYa不變，Z’=?Vs,y1y2x1LRL,x2L+LRx2’化工原理63第五章氣體吸收例：已知吸收過程的平衡線和操作線如圖，問當溫度T↑時，平衡線和操作線如何變化？假設溫度的變化對k的影響可以忽略。Y1Y2’Y2X2X1L/VL/VT↑,m↑;假設設備不變，即Z=HOGNOG=HOG’NOG’化工原理64第五章氣體吸收四、理論板層數(shù)NT的計算1.理論板（級）：不處于相平衡狀態(tài)的氣液兩相進行熱、質傳遞后，離開時的兩相滿足相平衡關系。（傳熱阻力和傳質阻力均為0）填料塔：Z=NT×HETP；板式塔：H=(NT/ET-1)×HT。HETP—等板高度，指相當于一塊理論板傳質效果的填料層高度。經(jīng)驗公式求。HT—塔板間距；ET—全塔效率。2.理論板NT的求?。篈.圖解法NT的求取只需平衡關系、物料衡算關系，不需速率關系，故比傳質單元數(shù)法更簡單?；ぴ?5第五章氣體吸收a.操作線的求?。媪鳎㎎—塔板序號。已知條件：Yt,Yb,V,L,Xt以虛線框為物料衡算范圍，對溶質組分作物料衡算。x2化工原理66第五章氣體吸收b.NT的求取理論板可以取小數(shù)，但實際板不能為小數(shù)?；ぴ?7第五章氣體吸收B.解析法已知平衡關系：Y*=mX+B推導思路：交替使用平衡關系、操作關系，其結果為：與求NOG的吸收因子法比較：NT與A及(Y1-Y2*)/(Y2-Y2*)間的關系見下頁圖。傳質單元數(shù)法與理論板層數(shù)法的比較?；ぴ?8第五章氣體吸收化工原理69第五章氣體吸收§8-4吸收系數(shù)

主要介紹：吸收系數(shù)的實驗測定、經(jīng)驗公式、準數(shù)關聯(lián)、吸收系數(shù)與傳熱系數(shù)的比較：吸收傳熱膜速率方程NA=kG(p-pi)=kL(ci-c)Q/S=1(T-Tw)=2(tw-t)總速率方程NA=KG(p-p*)=KL(c*-c)Q/S=K(T-t)膜系數(shù)kG、kL1、2總系數(shù)KG、KLK吸收系數(shù)的因素影響：物系性質、設備結構、填料類型與尺寸、流體的流動狀況、操作溫度壓強等。獲取吸收系數(shù)的途徑：實驗測定、選用適當?shù)慕?jīng)驗公式計算、選用適當?shù)臏蕯?shù)關聯(lián)式計算?；ぴ?0第五章氣體吸收Z=(V(Y1-Y2))/(KYaYm)KYa=(V(Y1-Y2))/(ZYm)一.吸收系數(shù)的實驗測定GA（吸收負荷）：單位時間內(nèi)塔內(nèi)吸收的溶質量(kmol/s)；VP=Z：填料層體積(m3)；Ym：塔內(nèi)氣相平均推動力?？偽障禂?shù)膜吸收設法在另一相的阻力可以忽略不計或可以推算出來的條件下來進行。如測量用水吸收低濃度的氨氣的體積吸收系數(shù)：化工原理71第五章氣體吸收水吸收氨過程吸收系數(shù)的測定實驗流程化工原理72第五章氣體吸收用水吸收氨：kGa=6.0710-4G0.9W0.39.kGa：氣膜體積吸收系數(shù)(kmol/(m3.h.kPa))；G：氣相空塔質量流速(kg/m2.s)；W：液相空塔質量流速(kg/m2.s)。條件：1）在填料塔中用水吸收氨；2）直徑為12.5mm的陶瓷環(huán)行填料。常壓下用水吸收二氧化碳：kLa=2.57U0.96

kLa：液膜體積吸收系數(shù)(kmol/(m3.h.kPa))；U：噴淋密度（單位時間內(nèi)噴淋在單位塔截面積上的液體體積(m3/(m2.h))。條件：1）常壓下填料塔中用水吸收二氧化碳；2）直徑10~32mm的陶瓷環(huán)；3）U=3~20m3/(m2.h)；4）G=130~580kg/(m2.h)；5）21~27℃.二.吸收系數(shù)的經(jīng)驗公式化工原理73第五章氣體吸收用水吸收二氧化硫kGa=9.81×10-4G-0.7W0.25(kmol/(m3.h.kPa))kLa=W0.82(1/h)溫度10℃20℃30℃40℃50℃0.00930.01020.01160.01280.0143條件：1）G=320~4150kg/(m2.h)；2）W=4400~58500kg/(m2.h)；3）直徑25mm的環(huán)行填料?；ぴ?4第五章氣體吸收三.吸收系數(shù)的準數(shù)關聯(lián)傳質過程中常用的幾個準數(shù)1.修伍德（Sherwood)準數(shù)L：特征尺寸，可以是填料直徑或塔徑（濕壁塔）等，依據(jù)不同關聯(lián)式而定(m)。2.施密特（Schmidt)準數(shù)反應物性的影響?；ぴ?5第五章氣體吸收3.雷諾準數(shù)流體流過填料層，填料層的比表面積為(m2/m3)，空隙率為，則當量直徑de：A0：填料層中空隙截面積；A：塔的截面積；Z：填料層高度；：潤濕周邊長度。u0——流體通過填料層的實際速度化工原理76第五章氣體吸收4.伽利略準數(shù)（Gallilio）伽利略準數(shù)Ga反映液體受重力作用而沿填料表面向下流動時，所受重力與粘滯力之比的相對關系。l：特征尺寸(m)；L：液體的粘度(Pa)；：液體密度(kg/m3)；g：重力加速度(m/s2)。計算氣膜吸收系數(shù)的準數(shù)關聯(lián)式：條件：濕壁塔，ReG=2×103~3.5×104；ScG=0.6~2.5；P=10.1~303kPa（絕壓）。式中：=0.066；=0.83；=0.44；l：特征尺寸，濕壁塔的塔徑。當用于拉西環(huán)的填料塔時：=0.066；=0.8；=0.33；l為拉西環(huán)的外徑?；ぴ?7第五章氣體吸收計算液膜吸收系數(shù)的準數(shù)關聯(lián)式特征尺寸l為填料直徑（m）。

氣相及液相傳質單元高度的計算化工原理78第五章氣體吸收在有些資料中可以查到氣相及液相傳質單元高度的計算式。如：、、：可從書及相關手冊中查取；1、1：可從相關手冊中查取。相同操作條件下，對不同溶質時的液相傳質單元高度換算：化工原理79第五章氣體吸收§8-5脫吸及其他條件下的吸收化工原理80第五章氣體吸收解吸是吸收的逆過程，溶質由液相氣相，傳質推動力是：P*-P，(吸收時P-P*)；或C-C*

，(吸收時C*-C)當氣液在塔內(nèi)逆流解吸時，操作線在平衡之下。一.解吸使溶解于液相中的溶質組分釋放出來的操作。升溫和降壓有利于解吸操作。2.應用場合溶劑昂貴；不易獲得吸收溶質為目的產(chǎn)物1.氣體解吸的特點化工原理81第五章氣體吸收3.常用的解吸方法通入惰性氣體——惰氣從塔底引入，溶液則自塔頂加入，溶質自溶液傳遞至惰性氣體。采用降壓法或升溫法。通入過熱水蒸汽——當溶質是不溶于水的可凝性蒸汽，較純的產(chǎn)品。氣提解吸吸收在加壓下進行，通過減壓進行解吸。減壓解吸√加熱解吸對吸收液加熱，通過升溫進行解吸。加熱－減壓聯(lián)合解吸加熱－減壓聯(lián)合進行，提高解吸程度?！袒ぴ?2第五章氣體吸收氣、液逆流解吸塔的計算與逆流吸收塔的計算方式相同，但過程的推動力不同。4.逆流氣體解吸塔的計算

塔頂“1”（高濃）塔底“2”（低濃）以圖中框內(nèi)為物料衡算范圍，對溶質組分A作物料衡算，有Y~X為一直線，斜率為L/V’,過點（X1,Y1)(X2,Y2)，如下圖。A.物料衡算化工原理83第五章氣體吸收當分離任務（即L,X1,X2)一定時，惰性組分V’的用量如何確定？（Y2通常已知）B.V’的確定如上圖，當V’↑，L/V’↓,操作線遠離平衡線，推動力ΔY=Y*-Y↑,故設備費↓，操作費↑；反之，V’↓,

L/V’↑,操作線靠近平衡線，推動力ΔY=Y*-Y↓,故設備費↑，操作費↓。當Y1→Y1*時，V’→Vmin,此時塔的某一截面ΔY→0,傳質面積F→∞。Y合適的費用由操作費和設備費共同決定，工業(yè)上常取經(jīng)驗值，即取V’=倍數(shù)×V’minY*=f(X)(X1,Y1)(X2,Y2)X0Y1*化工原理84第五章氣體吸收有了平衡關系、操作關系及速率關系就可以進行塔的計算其計算過程與吸收相似，推導出來的結果也相似。對于解吸，以液相進行計算。即Z=HOL×NOL=HLNL當平衡關系為直線Y*=mX時，有NOL=[1/(1－A)]Ln[(1－A)(X1－X2*)/(X2－X2*)+A]式中：吸收因數(shù)A＝L/(mV)，解吸因數(shù)S=1/A＝mV/L當平衡線不為直線時，用圖解法求NL?；ぴ?5第五章氣體吸收例如圖所示的吸收與解吸聯(lián)合操作。在吸收塔內(nèi)用煤油吸收混合氣體中的苯，Y*=0.25X，吸收過程為氣膜控制過程。解吸塔中用水蒸汽解吸，Y*=2X，為液膜控制過程。已知：Yb1=0.06，吸收塔：L/V=0.8，解吸塔：L/V=1。此時Xa=0.004，Ya1=0.005。若將解吸塔中蒸汽量增加50%（兩塔仍處于正常操作狀態(tài)）而其他條件不變。求：吸收塔、解吸塔氣、液兩相的出口濃度?；ぴ?6第五章氣體吸收工況Ⅱ：對吸收塔，由于氣液兩相流量等不變HOG=HOG’NOG=NOG’且SX=SX’利用解吸因數(shù)法公式可得：解吸塔：液膜控制，即KXa與過熱蒸汽流量無關HOL=HOL’NOL=NOL’(1)(2)化工原理87第五章氣體吸收(3)(4)將上述的（1）、（2）、（3）、（4）式連解，