化工原理第八章吸收

關(guān)于化工原理第八章吸收第1頁(yè)，講稿共90頁(yè)，2023年5月2日，星期三8.1概述吸收在化工中的應(yīng)用：

1．制取化工產(chǎn)品

將氣體中需要的成分用指定的溶劑吸收出來(lái)，成為液態(tài)產(chǎn)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(hù)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(yīng)用空氣中的氧在水中吸收這一過(guò)程。第2頁(yè)，講稿共90頁(yè)，2023年5月2日，星期三吸收過(guò)程分類(lèi)8.1概述第3頁(yè)，講稿共90頁(yè)，2023年5月2日，星期三8.1概述1、吸收設(shè)備－塔設(shè)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(yè)，講稿共90頁(yè)，2023年5月2日，星期三8.1概述3）吸收劑在吸收塔內(nèi)再循環(huán)流程4）吸收－解吸流程

第5頁(yè)，講稿共90頁(yè)，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(duì)溶質(zhì)組分有較大的溶解度（2）選擇性

對(duì)溶質(zhì)組分有良好的選擇性

對(duì)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(wú)毒，無(wú)腐蝕性，不易燃燒，不發(fā)泡。

價(jià)廉易得，化學(xué)穩(wěn)定性等第6頁(yè)，講稿共90頁(yè)，2023年5月2日，星期三8.2.1氣液相平衡關(guān)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(zhì)氣體向液相轉(zhuǎn)移，使溶液中溶質(zhì)(A)的濃度cA增加，直到達(dá)到飽和，濃度不再發(fā)生變化，這種狀態(tài)稱(chēng)為汽液溶解平衡。

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

自由度F＝

組分?jǐn)?shù)－相數(shù)+2

單組分物系（1個(gè)溶質(zhì)）：組分?jǐn)?shù)3個(gè)(溶質(zhì)、惰性氣體和溶劑)，相數(shù)2個(gè)(氣、液)F＝

組分?jǐn)?shù)－相數(shù)+2＝3－2+2=3

即在溫度、總壓和氣、液組成四個(gè)變量中，三個(gè)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(shù)，即cA*＝f(t、P、氣相組成)，這個(gè)關(guān)系式稱(chēng)為相平衡關(guān)系。

在總壓不很高的情況下，認(rèn)為溶解度cA*與總壓無(wú)關(guān)，則

cA*＝f(t、pA)；

pA*＝f(t、cA)

8.2.1氣液相平衡關(guān)系

第8頁(yè)，講稿共90頁(yè)，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(chēng)難溶氣體；③NH3，溶解度很大，稱(chēng)易溶氣體；④介乎兩者之間SO2稱(chēng)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(duì)吸收有利。8.2.1氣液相平衡關(guān)系

第9頁(yè)，講稿共90頁(yè)，2023年5月2日，星期三8.2.2

亨利定律

平衡關(guān)系：pA*＝f(t、cA)一、亨利定律：

稀溶液、低壓和一定溫度下，氣、液達(dá)到溶解相平衡

pA*＝ExA

二、亨利定律三種表達(dá)式

pA*=ExA

E為亨利系數(shù)

單位

Pa

cA*=HpA

H為溶解度系數(shù) 單位kmol/（m3·Pa）

y*=mx

m為相平衡常數(shù) 單位

無(wú)因次

第10頁(yè)，講稿共90頁(yè)，2023年5月2日，星期三三、亨利系數(shù)

亨利系數(shù)由實(shí)驗(yàn)確定，它隨物性和溫度而變化。對(duì)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(yè)，講稿共90頁(yè)，2023年5月2日，星期三四、三個(gè)系數(shù)間的關(guān)系

E=C/H

m=E/P

8.2.2

亨利定律

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

亨利定律

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

三、傳質(zhì)阻力分析

第14頁(yè)，講稿共90頁(yè)，2023年5月2日，星期三1、氣相中的溶質(zhì)傳遞到液相，分為三個(gè)步驟： 1）氣相與界面的對(duì)流傳質(zhì)； 2）溶質(zhì)在界面上的溶解； 3）界面與液相的對(duì)流傳質(zhì)。8.3.1雙膜模型在吸收中的應(yīng)用第15頁(yè)，講稿共90頁(yè)，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(duì)流傳質(zhì)；

NA=kG(pG－pi)=ky(y－yi)

3.界面與液相的對(duì)流傳質(zhì)；

NA=kL(ci－cL)=kx(xi－x)

2.溶質(zhì)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(zhì)推動(dòng)力，(xi－x)

代表液相傳質(zhì)推動(dòng)力，穿過(guò)界面的傳質(zhì)阻力可以忽略，氣、液在界面達(dá)到平衡。

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

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

Ky和Kx的單位：Ky:

kmol/(m2.s.△y)

Kx

:

kmol/(m2.s.△x)

一、總傳質(zhì)速率方程第22頁(yè)，講稿共90頁(yè)，2023年5月2日，星期三一、總傳質(zhì)速率方程用總傳質(zhì)系數(shù)表示的速率方程一、總傳質(zhì)速率方程第23頁(yè)，講稿共90頁(yè)，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(zhì)速率方程第24頁(yè)，講稿共90頁(yè)，2023年5月2日，星期三分傳質(zhì)速率方程總傳質(zhì)速率方程總傳質(zhì)系數(shù)與分傳質(zhì)系數(shù)的關(guān)系各傳質(zhì)系數(shù)之間的關(guān)系一、總傳質(zhì)速率方程第25頁(yè)，講稿共90頁(yè)，2023年5月2日，星期三一、總傳質(zhì)速率方程用總傳質(zhì)系數(shù)表示的速率方程討論一：各推動(dòng)力的圖示1、吸收：操作點(diǎn)在平衡線(xiàn)上方解吸：操作點(diǎn)在平衡線(xiàn)下方2、氣相分傳質(zhì)推動(dòng)力：線(xiàn)ab氣相總傳質(zhì)推動(dòng)力：線(xiàn)aB液相分傳質(zhì)推動(dòng)力：線(xiàn)ac液相總傳質(zhì)推動(dòng)力：線(xiàn)aAbc點(diǎn)a（x，y）：操作點(diǎn)，表示吸收塔某橫截面上氣相濃度y和液相濃度x。點(diǎn)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(yè)，講稿共90頁(yè)，2023年5月2日，星期三討論二：界面濃度的求取相平衡關(guān)系：yi＝mxi

聯(lián)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(xiàn)，此直線(xiàn)與平衡線(xiàn)的交點(diǎn)即為界面濃度(xi,yi)。第27頁(yè)，講稿共90頁(yè)，2023年5月2日，星期三討論三：傳質(zhì)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(shí)傳質(zhì)阻力集中于氣相。氣膜控制的條件：(1)

ky＜＜kx。直線(xiàn)ab的斜率－kx/ky。直線(xiàn)ab很陡。(2)

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

ky＞＞kx。直線(xiàn)ab平坦。(2)

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

ky∝G0.7；ky∝L0.7對(duì)于氣膜控制，增加氣體流率，可有效增加總傳質(zhì)系數(shù)Ky≈ky，加快吸收過(guò)程。對(duì)于液膜控制，增加液體流率，可有效增加總傳質(zhì)系數(shù)Kx≈kx，加快吸收過(guò)程。三、傳質(zhì)阻力分析第30頁(yè)，講稿共90頁(yè)，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(guò)程）并流吸收

逆流（通常采用逆流操作，因?yàn)槟媪鞯膫髻|(zhì)推動(dòng)力大）已知（給定任務(wù)）：

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(guān)系吸收塔的主要計(jì)算項(xiàng)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(jì)算：8.4吸收塔計(jì)算：第31頁(yè)，講稿共90頁(yè)，2023年5月2日，星期三8.4.1物料衡算和操作線(xiàn)方程一、全塔物料衡算

吸收塔內(nèi)氣、液流率和組成如圖所示，下標(biāo)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(yè)，講稿共90頁(yè)，2023年5月2日，星期三物料衡算關(guān)系：對(duì)溶質(zhì)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(zhì)/進(jìn)塔氣中的溶質(zhì)＝(Ya－Yb)/Yb＝1－Ya/Yb8.4.1物料衡算和操作線(xiàn)方程第33頁(yè)，講稿共90頁(yè)，2023年5月2日，星期三②對(duì)塔頂與任意截面間作物料衡算：

GB(Y-Ya)=LS(X-Xa)操作線(xiàn)方程：

吸收操作時(shí)，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(zhì)，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(zhì)，直接規(guī)定出塔氣體有害物質(zhì)的濃度Ya

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

1、直線(xiàn)斜率：Ls/GB（稱(chēng)為液氣比）2、過(guò)A（塔頂、Xa,Ya）、B（塔底、Xb,Yb）兩點(diǎn)3、A點(diǎn)（塔頂、Xa,Ya）在B點(diǎn)（塔底、Xb,Yb）的左下方。4、直線(xiàn)AB上任一點(diǎn)P代表塔內(nèi)相應(yīng)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(dòng)力(X*-X)，PQ代表氣相摩爾比差表示的總推動(dòng)力(Y-Y*)。6、操作線(xiàn)離平衡線(xiàn)越遠(yuǎn)，氣相（或液相）總推動(dòng)力越大。8.4.1物料衡算和操作線(xiàn)方程第35頁(yè)，講稿共90頁(yè)，2023年5月2日，星期三8.4.2

吸收劑用量的確定設(shè)計(jì)時(shí)：

由吸收任務(wù)和要求可以確定GB、Yb、Ya。

由工藝條件可知道Xa。因此，點(diǎn)A(Xa，Ya)(表示塔頂狀態(tài))固定，GB也固定。點(diǎn)B(Xb，Yb)(表示塔底狀態(tài))Yb固定，B點(diǎn)在水平線(xiàn)上移動(dòng)，由斜率確定，即由Ls確定。若Ls減小，B點(diǎn)向C點(diǎn)靠近，Xb增大，即出塔液體濃度增大，推動(dòng)力減少。第36頁(yè)，講稿共90頁(yè)，2023年5月2日，星期三最小液氣比當(dāng)B點(diǎn)到達(dá)C點(diǎn)，出塔液體和入塔氣體達(dá)到平衡，推動(dòng)力為零。這意味著塔高要無(wú)限高才能實(shí)現(xiàn)指定的分離要求。這在實(shí)際上行不通。B點(diǎn)到達(dá)C點(diǎn)，表示一種極限情況，即最小液氣比(Ls/GB)min的情況。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，實(shí)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(yè)，講稿共90頁(yè)，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(yè)，講稿共90頁(yè)，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(dòng)力越大，對(duì)傳質(zhì)有利；但吸收劑用量隨之增大，因而輸送、回收等操作費(fèi)用增加。液氣比越小，推動(dòng)力越小，對(duì)傳質(zhì)不利，因而設(shè)備費(fèi)用增加。實(shí)際液氣比的選定，是操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用的權(quán)衡。思考：若實(shí)際操作時(shí)的液氣比小于或等于最小液氣比，吸收塔是否能操作？將會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？8.4.2

吸收劑用量的確定第39頁(yè)，講稿共90頁(yè)，2023年5月2日，星期三擬設(shè)計(jì)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(shí)際用水量為最小水量的1.5倍。已知塔內(nèi)操作溫度為25℃，平衡關(guān)系為y=1.3x，氣相體積總傳質(zhì)系數(shù)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(dá)到99%的回收率？(說(shuō)明理由)。例題1G=3000m3/hyb=0.05xb=?η=0.99xa=0Ls=?第40頁(yè)，講稿共90頁(yè)，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(yè)，講稿共90頁(yè)，2023年5月2日，星期三解2：例題1第42頁(yè)，講稿共90頁(yè)，2023年5月2日，星期三對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法第43頁(yè)，講稿共90頁(yè)，2023年5月2日，星期三吸收因素法第44頁(yè)，講稿共90頁(yè)，2023年5月2日，星期三解3：L/G不變，L/G=1.9305任務(wù)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(yè)，講稿共90頁(yè)，2023年5月2日，星期三8.4.3低濃度氣體吸收時(shí)的填料層高度對(duì)于低濃氣體（通常yb<10%）：(1)氣、液流率視為常數(shù)

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(zhì)系數(shù)kx和ky在全塔各截面處不變

(4)等溫吸收

第46頁(yè)，講稿共90頁(yè)，2023年5月2日，星期三1）操作線(xiàn)方程：

2）最小液氣比變?yōu)椋?/p>

8.4.3低濃度氣體吸收時(shí)的填料層高度第47頁(yè)，講稿共90頁(yè)，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(wú)限高，在液汽比一定的情況下，填料塔能夠達(dá)到的最大回收率可以到多少？第48頁(yè)，講稿共90頁(yè)，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(dá)到平衡；第49頁(yè)，講稿共90頁(yè)，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(dá)到平衡；第50頁(yè)，講稿共90頁(yè)，2023年5月2日，星期三低濃度氣體的吸收涉及下列幾個(gè)方面：

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

y*=mx采用對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法，需要知道4個(gè)濃度：xa，xb，ya和yb

第63頁(yè)，講稿共90頁(yè)，2023年5月2日，星期三

令

S=mG/L，S為脫吸因素，是相平衡線(xiàn)斜率m與操作線(xiàn)斜率L/G的比值。

NOG可以用變量S和(yb-mxa)/(ya-mxa)來(lái)表示，見(jiàn)課本368頁(yè)圖8-13。

當(dāng)xa=0，且已知吸收率η=1-ya/yb，公式則變?yōu)椋?/p>

非常簡(jiǎn)單。

當(dāng)S=1，公式則變?yōu)椋?/p>

2）吸收因數(shù)法

相平衡線(xiàn)為直線(xiàn)，即

y*=mx

2）吸收因數(shù)法相平衡線(xiàn)為直線(xiàn)，即

y*=mx令

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

當(dāng)xa=0，且已知吸收率η=1-ya/yb，公式則變?yōu)椋喝?、傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算第65頁(yè)，講稿共90頁(yè)，2023年5月2日，星期三§8.4.5高濃氣體吸收時(shí)填料層高度計(jì)算特點(diǎn)：(1)氣相流率G沿塔高有明顯變化。操作線(xiàn)不為直線(xiàn)。(2)氣相傳質(zhì)系數(shù)在全塔范圍內(nèi)不再為一常數(shù)。平衡線(xiàn)可能不為直線(xiàn)。(3)熱效應(yīng)對(duì)相平衡關(guān)系的影響不可忽略。溶解熱導(dǎo)致液相溫度升高，相平衡常數(shù)增大，不利于吸收。第66頁(yè)，講稿共90頁(yè)，2023年5月2日，星期三§8.4.5高濃氣體吸收時(shí)填料層高度計(jì)算G≠GB，L≠Ls，Y≠y，X≠xG，L，m，kya，kxa，Kya，Kxa沿塔高不是一個(gè)常數(shù)第67頁(yè)，講稿共90頁(yè)，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(zhì)單元高度×傳質(zhì)單元數(shù)塔高＝板間距×塔板數(shù)理論塔板數(shù)/全塔效率理論板：汽液兩相在這種塔板上相遇時(shí)，因接觸良好、傳質(zhì)充分，以至兩相在離開(kāi)塔板時(shí)已達(dá)到平衡等板高度HETP：相當(dāng)于一塊理論板的填料層高度?！?.4.6塔板數(shù)第68頁(yè)，講稿共90頁(yè)，2023年5月2日，星期三傳質(zhì)方向§8.4.7解吸（脫吸）特點(diǎn)：*全塔物料衡算、操作線(xiàn)方程、填料層高度計(jì)算式與吸收時(shí)的完全相同*最小氣液比第69頁(yè)，講稿共90頁(yè)，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(gè)組分同時(shí)被吸收的過(guò)程。如將焦?fàn)t氣中的粗苯再分為苯、甲苯、二甲苯等。特點(diǎn)：在進(jìn)、出塔的氣體或液體中，各個(gè)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(jìn)塔氣體中各溶質(zhì)組分的濃度都低于10％）

特點(diǎn)：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(xiàn)就是相互平行的直線(xiàn)富氣吸收－進(jìn)塔氣體中各溶質(zhì)組分的濃度高于10％特點(diǎn)：1、各組分的溶解平衡關(guān)系相互影響

2、塔內(nèi)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(yè)，講稿共90頁(yè)，2023年5月2日，星期三化學(xué)吸收：溶質(zhì)氣體A溶于溶劑S后，與其中不揮發(fā)的反應(yīng)劑B進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程。這是一種傳質(zhì)與反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行的過(guò)程。

主要優(yōu)點(diǎn)：

1.吸收劑的容量(單位體積液體能吸收的溶質(zhì)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(jià)值惰性氣體的溶解損失。

2.加快傳質(zhì)速率，從而降低傳質(zhì)設(shè)備的投資，并能提高吸收率。

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

2、對(duì)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(duì)總阻力的影響不大。8.5.2化學(xué)吸收第71頁(yè)，講稿共90頁(yè)，2023年5月2日，星期三在吸收過(guò)程中總會(huì)產(chǎn)生溶解熱，特別是伴有化學(xué)反應(yīng)時(shí)常會(huì)釋放更大量的反應(yīng)熱。當(dāng)吸收時(shí)熱效應(yīng)甚，應(yīng)當(dāng)考慮溫度變化的影響：1、改變平衡線(xiàn)的位置—液溫上升，平衡分壓增大，平衡線(xiàn)就向上移動(dòng)。2、減小液體的粘度，增大其擴(kuò)散系數(shù)，從而提高液相的傳質(zhì)系數(shù)。3、吸收塔內(nèi)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(xiàn)越來(lái)越陡。8.5.3非等溫吸收第72頁(yè)，講稿共90頁(yè)，2023年5月2日，星期三8.4.4

填料塔的設(shè)計(jì)型計(jì)算和操作型分析一、填料塔的設(shè)計(jì)型計(jì)算設(shè)計(jì)型計(jì)算的特點(diǎn):給定任務(wù)：進(jìn)口氣體的溶質(zhì)濃度、進(jìn)料混合氣的流率、相平衡關(guān)系及分離要求（ya或η）計(jì)算：吸收劑用量；出塔溶液中溶質(zhì)的濃度；達(dá)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(jìn)口濃度的確定：題目會(huì)告訴，已知條件3）根據(jù)回收率計(jì)算尾氣濃度4）計(jì)算最小液汽比第73頁(yè)，講稿共90頁(yè)，2023年5月2日，星期三7）確定傳質(zhì)系數(shù)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(zhì)單元高度9）傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法吸收因素法第74頁(yè)，講稿共90頁(yè)，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(jìn)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(guān)系y=0.14x，總體積傳質(zhì)系數(shù)Kya=0.035kmol/m3s。已知塔徑0.6m，問(wèn)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(yè)，講稿共90頁(yè)，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(dòng)力法xb＝(G/L)(yb－ya)+xa塔頂推動(dòng)力Δya=ya－ya*=ya－mxa塔底推動(dòng)力Δyb=yb－yb*=yb－mxb全塔平均推動(dòng)力Δym=(Δyb－Δya)/ln(Δyb/Δya）氣相總傳質(zhì)單元數(shù)NOG=(yb－ya)/Δym氣相總傳質(zhì)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=