化工原理第八章吸收

關于化工原理第八章吸收第1頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三8.1概述吸收在化工中的應用：

1．制取化工產品

將氣體中需要的成分用指定的溶劑吸收出來，成為液態(tài)產品。如：用水吸收HCl、NO2制取工業(yè)鹽酸和硝酸。

2．分離氣體混合物

工業(yè)上利用吸收分離氣體混合物。熱甲堿法吸收二氧化碳。

3．從氣體中回收有用組分

用洗油回收粗苯或二氯乙烷。

4．氣體凈化

①原料氣的凈化。

②尾氣、廢氣的凈化以保護環(huán)境。

5．生化工程

菌體在發(fā)酵罐中培養(yǎng)。發(fā)酵罐中要給予大量的空氣以維持微生物的正常代謝，要應用空氣中的氧在水中吸收這一過程。第2頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三吸收過程分類8.1概述第3頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三8.1概述1、吸收設備－塔設備（板式塔、填料塔）

2、吸收流程

（1）單一吸收流程

（2）多塔吸收流程

第4頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三8.1概述3）吸收劑在吸收塔內再循環(huán)流程4）吸收－解吸流程

第5頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三8.1概述3、吸收劑的選擇（1）溶解度

對溶質組分有較大的溶解度（2）選擇性

對溶質組分有良好的選擇性

對其它組分基本不吸收或吸收甚微（3）揮發(fā)性

不易揮發(fā)（4）黏性

粘度要低（5）其它

無毒，無腐蝕性，不易燃燒，不發(fā)泡。

價廉易得，化學穩(wěn)定性等第6頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三8.2.1氣液相平衡關系

一、汽液溶解平衡

氣液溶解相平衡：氣體混合物與溶劑接觸，溶質氣體向液相轉移，使溶液中溶質(A)的濃度cA增加，直到達到飽和，濃度不再發(fā)生變化，這種狀態(tài)稱為汽液溶解平衡。

平衡狀態(tài)下氣相中的溶質分壓稱為平衡分壓pA*，液相中的溶質濃度稱為平衡濃度cA*，簡稱為溶解度。第7頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三二、相律

自由度F＝

組分數－相數+2

單組分物系（1個溶質）：組分數3個(溶質、惰性氣體和溶劑)，相數2個(氣、液)F＝

組分數－相數+2＝3－2+2=3

即在溫度、總壓和氣、液組成四個變量中，三個是自變量。將溶解度cA*表示成溫度t、總壓P和氣相組成的函數，即cA*＝f(t、P、氣相組成)，這個關系式稱為相平衡關系。

在總壓不很高的情況下，認為溶解度cA*與總壓無關，則

cA*＝f(t、pA)；

pA*＝f(t、cA)

8.2.1氣液相平衡關系

第8頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三①在相同的溫度和分壓下，不同氣體溶解度有很大的差別。②O2、CO2，溶解度很小，稱難溶氣體；③NH3，溶解度很大，稱易溶氣體；④介乎兩者之間SO2稱溶解度適中氣體。

⑤加壓和降溫可以提高氣體溶解度，cA*＝f(t、pA)

，對吸收有利。8.2.1氣液相平衡關系

第9頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三8.2.2

亨利定律

平衡關系：pA*＝f(t、cA)一、亨利定律：

稀溶液、低壓和一定溫度下，氣、液達到溶解相平衡

pA*＝ExA

二、亨利定律三種表達式

pA*=ExA

E為亨利系數

單位

Pa

cA*=HpA

H為溶解度系數 單位kmol/（m3·Pa）

y*=mx

m為相平衡常數 單位

無因次

第10頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三三、亨利系數

亨利系數由實驗確定，它隨物性和溫度而變化。對于一定氣體溶于一定溶劑，溫度升高，E增大。8.2.2

亨利定律

第11頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三四、三個系數間的關系

E=C/H

m=E/P

8.2.2

亨利定律

第12頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三亨利定律H：溶解度常數，kmol/(m3Pa)1）H越大，溶解度越大2）T越大，H越小E：亨利常數，Pa1）E越大，溶解度越小2）T越大，E越大m：相平衡常數，無因次1）m越大，溶解度越小2）T越大，m越大P越大，m越?。ㄟm用于稀溶液）E＝C/Hm=E/P難溶氣體易溶氣體EHmEHm><>8.2.2

亨利定律

第13頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三8.3吸收過程模型及傳質速率方程一、總傳質速率方程二、界面濃度的求取

三、傳質阻力分析

第14頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三1、氣相中的溶質傳遞到液相，分為三個步驟： 1）氣相與界面的對流傳質； 2）溶質在界面上的溶解； 3）界面與液相的對流傳質。8.3.1雙膜模型在吸收中的應用第15頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三令：界面上氣液兩相濃度為yi、xi

1.氣相與界面的對流傳質；

NA=kG(pG－pi)=ky(y－yi)

3.界面與液相的對流傳質；

NA=kL(ci－cL)=kx(xi－x)

2.溶質在界面上的溶解；

yi=f(xi)

采用yi=mxi

雙膜模型：(y－yi)代表氣相傳質推動力，(xi－x)

代表液相傳質推動力，穿過界面的傳質阻力可以忽略，氣、液在界面達到平衡。

一、分傳質速率方程第16頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三2、分傳質速率方程NA=kG(pG－pi)=ky(y－yi)1）氣相側氣相側分傳質速率方程氣相側分傳質阻力氣相側分傳質推動力一、分傳質速率方程NA=kG(pG－pi)=ky(y－yi)氣相側分傳質速率方程第17頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三NA=kL(ci－cL)=kx(xi－x)2）液相側液相側分傳質速率方程液氣相側分傳質阻力液相側分傳質推動力一、分傳質速率方程第18頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三氣相與界面的對流傳質：NA=kG(pG－pi)=ky(y－yi)。界面與液相的對流傳質：NA=kL(ci－cL)=kx(xi－x)溶質在界面上的溶解：yi=mxi一、總傳質速率方程第19頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三3、總傳質速率方程NA=KG(pG－pL*)=Ky(y－y*)1）以氣相濃度表示氣相總傳質速率方程氣相總傳質阻力氣相總傳質推動力PG-PL*=PG-CL/Hy-y*=y-mx一、總傳質速率方程第20頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三NA=KL(cG*－cL)=Kx(x*－x)2）以液相濃度表示液相總傳質速率方程液氣相總傳質阻力液氣相總傳質推動力CG*-CL=HPG-CLx*

-x=y/m-x一、總傳質速率方程第21頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三Ky和Kx的關系：mKy=Kx

Ky和Kx的單位：Ky:

kmol/(m2.s.△y)

Kx

:

kmol/(m2.s.△x)

一、總傳質速率方程第22頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三一、總傳質速率方程用總傳質系數表示的速率方程一、總傳質速率方程第23頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三氣膜液膜pG氣相主體濃度pi氣體界面濃度液體界面濃度Ci液相主體濃度CL一、總傳質速率方程第24頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三分傳質速率方程總傳質速率方程總傳質系數與分傳質系數的關系各傳質系數之間的關系一、總傳質速率方程第25頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三一、總傳質速率方程用總傳質系數表示的速率方程討論一：各推動力的圖示1、吸收：操作點在平衡線上方解吸：操作點在平衡線下方2、氣相分傳質推動力：線ab氣相總傳質推動力：線aB液相分傳質推動力：線ac液相總傳質推動力：線aAbc點a（x，y）：操作點，表示吸收塔某橫截面上氣相濃度y和液相濃度x。點p（xi，yi）：表示吸收塔某橫截面上氣、液兩相相界面上的濃度。第26頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三討論二：界面濃度的求取相平衡關系：yi＝mxi

聯立方程求解（xi，yi）方法一：方法二：從a(x,y)出發(fā)，作斜率為-kx/ky的一條直線，此直線與平衡線的交點即為界面濃度(xi,yi)。第27頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三討論三：傳質阻力分析氣相阻力控制(氣膜控制)：1/ky＞＞m/kx，則1/Ky≈1/ky，此時傳質阻力集中于氣相。氣膜控制的條件：(1)

ky＜＜kx。直線ab的斜率－kx/ky。直線ab很陡。(2)

m很小，相平衡線OE平坦，表明溶質在吸收劑中的溶解度很大，如水吸收NH3、HCl。第28頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三液相阻力控制(液膜控制)：當1/mky＜＜1/kx，則1/Kx≈1/kx。此時傳質阻力集中于液相。液膜控制的條件：(1)

ky＞＞kx。直線ab平坦。(2)

m很大，相平衡線OE很陡，表明溶質在吸收劑中的溶解度很小，如以水吸收O2、CO2。三、傳質阻力分析第29頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三

ky∝G0.7；ky∝L0.7對于氣膜控制，增加氣體流率，可有效增加總傳質系數Ky≈ky，加快吸收過程。對于液膜控制，增加液體流率，可有效增加總傳質系數Kx≈kx，加快吸收過程。三、傳質阻力分析第30頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三

板式塔吸收

填料塔（本章采用填料塔分析和討論吸收過程）并流吸收

逆流（通常采用逆流操作，因為逆流的傳質推動力大）已知（給定任務）：

1、處理的氣流量G

2、氣體混合物的初(yb)、終濃度(ya)

3、選定吸收劑

4、吸收劑的入塔濃度

5、相平衡關系吸收塔的主要計算項目：

1、吸收劑用量

2、溶液的出塔濃度

3、所需填料層高度。吸收塔計算：8.4吸收塔計算：第31頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三8.4.1物料衡算和操作線方程一、全塔物料衡算

吸收塔內氣、液流率和組成如圖所示，下標a代表塔頂，b代表塔底。氣體：混合氣體的總流量G變化，惰性氣體B的流率GB不變

液體：溶液的總流量L變化，溶劑(吸收劑)S的流率Ls不變GB=G(1-y)，Ls=L(1-x)氣、液組成采用摩爾比：

Y=y/1-y

，X=x/1-x

第32頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三物料衡算關系：對溶質A，氣相的減少＝液相的增加

①全塔物料衡算：

GB(Yb-Ya)=LS(Xb-Xa)

吸收率η：

＝被吸收的溶質/進塔氣中的溶質＝(Ya－Yb)/Yb＝1－Ya/Yb8.4.1物料衡算和操作線方程第33頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三②對塔頂與任意截面間作物料衡算：

GB(Y-Ya)=LS(X-Xa)操作線方程：

吸收操作時，表征吸收程度有兩種方式：(1)吸收的目的是為了回收有用物質，用吸收率表示。

(2)吸收的目的是為了除去氣體混合物中的有害物質，直接規(guī)定出塔氣體有害物質的濃度Ya

8.4.1物料衡算和操作線方程第34頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三操作線方程:

1、直線斜率：Ls/GB（稱為液氣比）2、過A（塔頂、Xa,Ya）、B（塔底、Xb,Yb）兩點3、A點（塔頂、Xa,Ya）在B點（塔底、Xb,Yb）的左下方。4、直線AB上任一點P代表塔內相應截面上氣、液濃度Y、X。5、PR代表液相摩爾比差表示的總推動力(X*-X)，PQ代表氣相摩爾比差表示的總推動力(Y-Y*)。6、操作線離平衡線越遠，氣相（或液相）總推動力越大。8.4.1物料衡算和操作線方程第35頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三8.4.2

吸收劑用量的確定設計時：

由吸收任務和要求可以確定GB、Yb、Ya。

由工藝條件可知道Xa。因此，點A(Xa，Ya)(表示塔頂狀態(tài))固定，GB也固定。點B(Xb，Yb)(表示塔底狀態(tài))Yb固定，B點在水平線上移動，由斜率確定，即由Ls確定。若Ls減小，B點向C點靠近，Xb增大，即出塔液體濃度增大，推動力減少。第36頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三最小液氣比當B點到達C點，出塔液體和入塔氣體達到平衡，推動力為零。這意味著塔高要無限高才能實現指定的分離要求。這在實際上行不通。B點到達C點，表示一種極限情況，即最小液氣比(Ls/GB)min的情況。根據生產經驗，實際液氣比是最小液氣比的1.1～2.0倍。即：

Ls/GB＝1.1～2.0(Ls/GB)min

8.4.2

吸收劑用量的確定第37頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三最小液氣比用圖解法求出。即

8.4.2

吸收劑用量的確定第38頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三液氣比也不是越大越好。液氣比越大，固然推動力越大，對傳質有利；但吸收劑用量隨之增大，因而輸送、回收等操作費用增加。液氣比越小，推動力越小，對傳質不利，因而設備費用增加。實際液氣比的選定，是操作費用和設備費用的權衡。思考：若實際操作時的液氣比小于或等于最小液氣比，吸收塔是否能操作？將會發(fā)生什么現象？8.4.2

吸收劑用量的確定第39頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三擬設計一常壓填料吸收塔，用清水處理3000m3/h、含NH35%(體積)的空氣，要求NH3的回收率為99%，取塔底空塔氣速為1.1m/s，實際用水量為最小水量的1.5倍。已知塔內操作溫度為25℃，平衡關系為y=1.3x，氣相體積總傳質系數Kya為270kmol/(m3·h)，試求：(1)用水量和出塔溶液濃度；(2)填料層高度；(3)若水中已含氨0.1%(摩爾分率)，所需填料層高度可隨意增加，能否達到99%的回收率？(說明理由)。例題1G=3000m3/hyb=0.05xb=?η=0.99xa=0Ls=?第40頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三解(1)：(L/G)min=(yb-ya)/(xb*-xa)xa=0yb=0.05(低濃度氣體吸收）xb*=yb/m=0.05/1.3＝0.03846η=(yb-ya)/yb=0.99ya=yb(1-η)=0.0005＝(0.05-0.0005)/(0.03846－0）＝1.287G=PV/RT=1.013×105×3000/(8.31×298.15)＝122.6kmol/hxyBAxayaybxbxb*L/G=1.5(L/G)min＝1.9305L=236.8kmol/h第41頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三解2：例題1第42頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三對數平均推動力法第43頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三吸收因素法第44頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三解3：L/G不變，L/G=1.9305任務不變：回收率不變,η＝0.99yb不變,yb=0.05操作條件：Xa’＝0.001L/G=(yb-ya)/(xb’-xa’)ya不變，ya＝0.0005xb’＝(yb-ya)×(G/L)+xa’=0.02664xb*=yb/m=0.05/1.3＝0.03846xb’<xb*可以yaybxaxbxa’xb’xb*xa’xb’比較xb’<xb*≥？第45頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三8.4.3低濃度氣體吸收時的填料層高度對于低濃氣體（通常yb<10%）：(1)氣、液流率視為常數

G≈Ga≈

Gb≈

GB，L≈

La≈

Lb≈

LS，

(2)以摩爾分率y、x代替摩爾比Y、X

Y≈

y，X≈x

(3)傳質系數kx和ky在全塔各截面處不變

(4)等溫吸收

第46頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三1）操作線方程：

2）最小液氣比變?yōu)椋?/p>

8.4.3低濃度氣體吸收時的填料層高度第47頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三最大回收率思考題：如果填料層高度可以無限高，在液汽比一定的情況下，填料塔能夠達到的最大回收率可以到多少？第48頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三最大回收率xayby=mxL/G>m最大回收率：汽液兩相在塔頂達到平衡；第49頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三最大回收率xayby=mxL/G<m最大回收率：汽液兩相在塔底達到平衡；第50頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三低濃度氣體的吸收涉及下列幾個方面：

一、填料層高度的計算二、傳質單元數與傳質單元高度三、傳質單元數的計算8.4.3低濃度氣體吸收時的填料層高度第51頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三一、 低濃氣體吸收時填料層高度物料衡算式氣相中溶質A的減少速率液相中溶質A的增加速率溶質從氣相到液相的傳質速率第52頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三傳質速率方程一、 低濃氣體吸收時填料層高度第53頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三a也可視為常數：a與填料形狀、尺寸及填充狀況有關，而且還受流體物性和流動狀況的影響。Kya、Kxa也可視為常數-------氣相、液相總體積傳質系數二．低濃氣體吸收時G、L為常數二．低濃氣體吸收第54頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三一、 低濃氣體吸收時填料層高度第55頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三思考：影響傳質單元高度HTU的因素？物系、填料特性、流動狀況和操作條件二、傳質單元數與傳質單元高度第56頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三什么是傳質單元？二、傳質單元數與傳質單元高度第57頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三二、傳質單元數與傳質單元高度第58頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三傳質單元高度的物理意義？常用吸收設備的HOG約為0.151.5m，思考：HOG越大越好，還是越小越好？HOG：一個傳質單元的填料層高度HOG與設備的形式有關，是吸收設備效能高低的反應。HOG越小，傳質效果越好。二、傳質單元數與傳質單元高度第59頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三影響傳質單元的因素（HOG或HTU）的因素：填料特性（大小、形狀、均勻性）、填充情況物系形狀（密度、粘度、與填料的潤濕情況）流動狀況操作條件（氣、液兩相流量等）二、傳質單元數與傳質單元高度第60頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三傳質單元數的物理意義？二、傳質單元數與傳質單元高度第61頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三NOG只與相平衡以及進出口的濃度有關，而與設備的形式無關。如果NOG太大，說明吸收劑性能太差，或說明分離要求過高。影響傳質單元的因素（HOG或HTU）的因素：二、傳質單元數與傳質單元高度第62頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三三、傳質單元數的計算1）對數平均推動力法相平衡線為直線，即

y*=mx采用對數平均推動力法，需要知道4個濃度：xa，xb，ya和yb

第63頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三

令

S=mG/L，S為脫吸因素，是相平衡線斜率m與操作線斜率L/G的比值。

NOG可以用變量S和(yb-mxa)/(ya-mxa)來表示，見課本368頁圖8-13。

當xa=0，且已知吸收率η=1-ya/yb，公式則變?yōu)椋?/p>

非常簡單。

當S=1，公式則變?yōu)椋?/p>

2）吸收因數法

相平衡線為直線，即

y*=mx

2）吸收因數法相平衡線為直線，即

y*=mx令

S=mG/L，S為脫吸因素，是相平衡線斜率m與操作線斜率L/G的比值。NOG可以用變量S和(yb-mxa)/(ya-mxa)來表示三、傳質單元數的計算第64頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三當S=1，公式則變?yōu)椋?/p>

當xa=0，且已知吸收率η=1-ya/yb，公式則變?yōu)椋喝?、傳質單元數的計算第65頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三§8.4.5高濃氣體吸收時填料層高度計算特點：(1)氣相流率G沿塔高有明顯變化。操作線不為直線。(2)氣相傳質系數在全塔范圍內不再為一常數。平衡線可能不為直線。(3)熱效應對相平衡關系的影響不可忽略。溶解熱導致液相溫度升高，相平衡常數增大，不利于吸收。第66頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三§8.4.5高濃氣體吸收時填料層高度計算G≠GB，L≠Ls，Y≠y，X≠xG，L，m，kya，kxa，Kya，Kxa沿塔高不是一個常數第67頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三吸收填料塔板式塔氣、液相濃度沿塔高呈階躍式變化氣、液相濃度沿塔高呈連續(xù)式變化填料層高度＝傳質單元高度×傳質單元數塔高＝板間距×塔板數理論塔板數/全塔效率理論板：汽液兩相在這種塔板上相遇時，因接觸良好、傳質充分，以至兩相在離開塔板時已達到平衡等板高度HETP：相當于一塊理論板的填料層高度?！?.4.6塔板數第68頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三傳質方向§8.4.7解吸（脫吸）特點：*全塔物料衡算、操作線方程、填料層高度計算式與吸收時的完全相同*最小氣液比第69頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三多組分吸收是指氣體混合物中有幾個組分同時被吸收的過程。如將焦爐氣中的粗苯再分為苯、甲苯、二甲苯等。特點：在進、出塔的氣體或液體中，各個組分的濃度互不相同而各有一物料衡算式，但這些衡算式在同一截面上的液氣比則是相同的。貧氣吸收－進塔氣體中各溶質組分的濃度都低于10％）

特點：1、液氣比L／G沿塔高的變化可以忽略

2、這些組分的操作線就是相互平行的直線富氣吸收－進塔氣體中各溶質組分的濃度高于10％特點：1、各組分的溶解平衡關系相互影響

2、塔內氣液兩相流率不能看作一成不變

3、氣體溶解熱所引起的溫度變化不能忽略。8.5.1多組分吸收第70頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三化學吸收：溶質氣體A溶于溶劑S后，與其中不揮發(fā)的反應劑B進行化學反應的過程。這是一種傳質與反應同時進行的過程。

主要優(yōu)點：

1.吸收劑的容量(單位體積液體能吸收的溶質量)可以大為增加，故能大大減少其用量或循環(huán)量，從而降低能耗及有價值惰性氣體的溶解損失。

2.加快傳質速率，從而降低傳質設備的投資，并能提高吸收率。

3.化學吸收有較高的選擇性。1、對液膜控制的物系（難溶、難吸收、吸收容量小等物系），化學吸收可以減小液膜傳質阻力從而減小總傳質阻力。

2、對氣膜控制的物系（易吸收、易溶、吸收容量大等物系），液膜阻力的降低對總阻力的影響不大。8.5.2化學吸收第71頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三在吸收過程中總會產生溶解熱，特別是伴有化學反應時常會釋放更大量的反應熱。當吸收時熱效應甚，應當考慮溫度變化的影響：1、改變平衡線的位置—液溫上升，平衡分壓增大，平衡線就向上移動。2、減小液體的粘度，增大其擴散系數，從而提高液相的傳質系數。3、吸收塔內液體溫度是在沿塔下流中逐漸上升的，特別流到近塔底處，氣體濃度大、吸收速率快，液溫的上升也最明顯，使平衡曲線越來越陡。8.5.3非等溫吸收第72頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三8.4.4

填料塔的設計型計算和操作型分析一、填料塔的設計型計算設計型計算的特點:給定任務：進口氣體的溶質濃度、進料混合氣的流率、相平衡關系及分離要求（ya或η）計算：吸收劑用量；出塔溶液中溶質的濃度；達到指定分離要求所需要的填料層高度1）氣、液流向的選擇：氣、液逆流2）吸收劑進口濃度的確定：題目會告訴，已知條件3）根據回收率計算尾氣濃度4）計算最小液汽比第73頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三7）確定傳質系數5）吸收劑用量的確定：吸收劑用量是最小用量的**倍。

6）出塔溶液濃度的確定：全塔物料衡算8）傳質單元高度9）傳質單元數的計算對數平均推動力法吸收因素法第74頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三例1：在一填料吸收塔中，用煤油逆流吸收含苯5％（體積百分比）的煤氣，煤氣的流量為41kmol/h，要求苯的回收率為92％。已知塔頂進入的煤油含苯0.2％（摩爾分率），煤油的耗用量是最小耗用量的1.6倍。氣液平衡關系y=0.14x，總體積傳質系數Kya=0.035kmol/m3s。已知塔徑0.6m，問塔高為多少？yb=0.05，ya=(1-η)yb=0.004，xa=0.002

最小液氣比：氣相流率

G=(41/3600)/(0.25·π·d2)=0.04kmol/(m2·s)

解：xb*=yb/m=0.05/0.14=0.3571第75頁，講稿共90頁，2023年5月2日，星期三液相流率

L=1.6Lmin=1.6×0.04×0.13＝0.0083kmol/(m2·s)

平均推動力法xb＝(G/L)(yb－ya)+xa塔頂推動力Δya=ya－ya*=ya－mxa塔底推動力Δyb=yb－yb*=yb－mxb全塔平均推動力Δym=(Δyb－Δya)/ln(Δyb/Δya）氣相總傳質單元數NOG=(yb－ya)/Δym氣相總傳質單元高度HOG=G/Kya所需填料層高度h=NOG·HOG=5.67m=1.14m=4.97=9.26×10-3＝0.224=0.00372=