《化工原理教學資料》第五章氣體吸收（郭鍇）

1、化工原理化工原理II第第5章章 氣體吸收氣體吸收5.1 概述概述5.2 吸收過程的氣吸收過程的氣-液相平衡關系液相平衡關系5.3 分子擴散與單相傳質(zhì)分子擴散與單相傳質(zhì)5.4 相際對流傳質(zhì)及總傳質(zhì)速率方程相際對流傳質(zhì)及總傳質(zhì)速率方程5.5 吸收塔的計算吸收塔的計算5.1 概述概述5.1.1 化工生產(chǎn)中的傳質(zhì)過程化工生產(chǎn)中的傳質(zhì)過程 5.1.2 相組成表示法相組成表示法 5.1.3 氣體吸收過程氣體吸收過程5.1.1 化工生產(chǎn)中的傳質(zhì)過程化工生產(chǎn)中的傳質(zhì)過程 傳質(zhì)分離過程：傳質(zhì)分離過程： 依靠物質(zhì)從一相到另一相傳遞過程，叫傳質(zhì)依靠物質(zhì)從一相到另一相傳遞過程，叫傳質(zhì)分離過程。分離過程。傳質(zhì)分離依據(jù)：

2、傳質(zhì)分離依據(jù)： 依據(jù)混合物中各組分在兩相間平衡分配不同。依據(jù)混合物中各組分在兩相間平衡分配不同。（1 1）氣體吸收氣體吸收 選擇一定的溶劑（外界引入第二相）造成兩相，選擇一定的溶劑（外界引入第二相）造成兩相，處理氣體混合物。處理氣體混合物。 （2 2）液體蒸餾液體蒸餾 對于液體混合物加熱，使混合物內(nèi)部造成兩對于液體混合物加熱，使混合物內(nèi)部造成兩相，利用不同組分揮發(fā)性的差異，使得液體混合相，利用不同組分揮發(fā)性的差異，使得液體混合物得以分離。物得以分離。（3 3）固體干燥固體干燥 對含一定濕分的固體提供一定的熱量，使溶對含一定濕分的固體提供一定的熱量，使溶劑汽化，利用濕分壓差，使?jié)穹謴墓腆w表面或內(nèi)

3、劑汽化，利用濕分壓差，使?jié)穹謴墓腆w表面或內(nèi)部轉移到氣相，從而將含濕分的固體部轉移到氣相，從而將含濕分的固體 物料得以凈物料得以凈化?；?。5.1.2 相組成表示法相組成表示法 一、質(zhì)量分數(shù)與摩爾分數(shù)一、質(zhì)量分數(shù)與摩爾分數(shù)質(zhì)量分數(shù)：質(zhì)量分數(shù)：在混合物中某組分的質(zhì)量占混合物總在混合物中某組分的質(zhì)量占混合物總 質(zhì)量的分數(shù)。質(zhì)量的分數(shù)。質(zhì)量分數(shù)：質(zhì)量分數(shù)：mmwAAmA：某組分：某組分A在衡算體系中的質(zhì)量在衡算體系中的質(zhì)量 kgm： 在衡算體系中全部物質(zhì)的總質(zhì)量在衡算體系中全部物質(zhì)的總質(zhì)量 kg摩爾分數(shù)摩爾分數(shù)：在混合物中某組分的物質(zhì)的量占混：在混合物中某組分的物質(zhì)的量占混合物總物質(zhì)的量的分數(shù)。合物總物

4、質(zhì)的量的分數(shù)。nA:某組分某組分A在衡算體系中的物質(zhì)的量在衡算體系中的物質(zhì)的量 moln: 在衡算體系中全部物質(zhì)的物質(zhì)的量在衡算體系中全部物質(zhì)的物質(zhì)的量 mol氣相：氣相：nnyAA 液相：液相：nnxAA 1NBA yyy1NBA xxx換算思路：按原單位取一體系，分子分母同時換算思路：按原單位取一體系，分子分母同時換算成新單位。換算成新單位。 例如：例如： 某二元體系，某二元體系，xA=0.3, MA-1, MB-1,換算成質(zhì)量分數(shù)。換算成質(zhì)量分數(shù)。 取取1mol混合物作為衡算體系，其中含混合物作為衡算體系，其中含A0.3mol, 含。含。 17955. 0507 . 0303 . 050

5、7 . 02045. 0g507 . 0303 . 0g303 . 0BABBAABBBBBAAAAAwwMxMxMxwMxMxMxw 反之：反之： 某二元體系，某二元體系，wA=0.3, MA-1, MB-1,換算成摩爾分數(shù)。換算成摩爾分數(shù)。 取取1kg混合物作為衡算體系，其中含混合物作為衡算體系，其中含A0.3kg, 含。含。15833. 050/7 . 030/3 . 050/7 . 0/4167. 0kmol50/7 . 030/3 . 0kmol30/3 . 0/BABBAABBBBBAAAAAxxMwMwMwxMwMwMwx二、質(zhì)量比與摩爾比二、質(zhì)量比與摩爾比質(zhì)量比：質(zhì)量比：混合物

6、中某組分混合物中某組分A的質(zhì)量與惰性組分的質(zhì)量與惰性組分B B （不參加傳質(zhì)的組分）的質(zhì)量之比。（不參加傳質(zhì)的組分）的質(zhì)量之比。BAAmma 摩爾比：摩爾比：混合物中某組分的物質(zhì)的量與惰性組分混合物中某組分的物質(zhì)的量與惰性組分物質(zhì)的量之比。物質(zhì)的量之比。BAAnnY 氣相：氣相：BAAnnX 液相：液相：質(zhì)量分數(shù)與質(zhì)量比的關系：質(zhì)量分數(shù)與質(zhì)量比的關系：AAA1aaw AAA-1 wwa 摩爾分數(shù)與摩爾比的關系：摩爾分數(shù)與摩爾比的關系：AAA1XXxAAA1xxXAAA1 YYyAAA1yyY三、質(zhì)量濃度與物質(zhì)的量濃度三、質(zhì)量濃度與物質(zhì)的量濃度質(zhì)量濃度：質(zhì)量濃度：單位體積混合物中某組分的質(zhì)量。單

7、位體積混合物中某組分的質(zhì)量。 AAVmG 物質(zhì)的量濃度（摩爾濃度）：物質(zhì)的量濃度（摩爾濃度）：單位體積混合物中某組分單位體積混合物中某組分的物質(zhì)的量。的物質(zhì)的量。 AAVnc 質(zhì)量濃度與質(zhì)量分數(shù)的關系：質(zhì)量濃度與質(zhì)量分數(shù)的關系： AAwG 物質(zhì)的量濃度與摩爾分數(shù)的關系：物質(zhì)的量濃度與摩爾分數(shù)的關系：cxcAA c混合物在液相中的總摩爾濃度，混合物在液相中的總摩爾濃度，kmol/m3； 混合物液相的密度，混合物液相的密度，kg/m3。四、氣體總壓與理想氣體中組分的分壓四、氣體總壓與理想氣體中組分的分壓總壓與某組分分壓之間的關系總壓與某組分分壓之間的關系:摩爾比與分壓之間的關系摩爾比與分壓之間的關

8、系:AAApppY 物質(zhì)的量濃度與分壓之間的關系物質(zhì)的量濃度與分壓之間的關系:RTpVncAAA AApyp 【例例5-1】在壓力為常壓、溫度為在壓力為常壓、溫度為298K的吸收塔內(nèi)，用水的吸收塔內(nèi)，用水吸收混合氣中的吸收混合氣中的NH3。已知混合氣體其中含。已知混合氣體其中含NH3的體積分的體積分數(shù)為數(shù)為20%，其余組分可以看做惰性氣體，出塔氣體中含，其余組分可以看做惰性氣體，出塔氣體中含NH3的體積分數(shù)為的體積分數(shù)為0.2%，試分別用摩爾分數(shù)、摩爾比和物，試分別用摩爾分數(shù)、摩爾比和物質(zhì)的量濃度表示出塔氣體中質(zhì)的量濃度表示出塔氣體中NH3的組成。的組成。 解解 混合氣可視為理想氣體，以下標混

9、合氣可視為理想氣體，以下標2表示出塔氣體的狀態(tài)。表示出塔氣體的狀態(tài)。3-5-A2A2A22A22222kmol.m10177. 8298314. 82026. 0kPa20260.002. 03 .101002. 0002. 0-1002. 0-1002. 0RTpVncpypyyYy5.1.3 氣體吸收過程氣體吸收過程一、氣體吸收的目的一、氣體吸收的目的1.1.分離混合氣體以獲得一定的組分分離混合氣體以獲得一定的組分; ; 2.2.除去有害組分以凈化或精制氣體除去有害組分以凈化或精制氣體; ;3.3.制備某種氣體的溶液制備某種氣體的溶液; ; 4.4.工業(yè)廢氣的治理。工業(yè)廢氣的治理。二、吸收

10、的依據(jù)二、吸收的依據(jù)混合物各組分在某種溶劑中溶解度的差異?；旌衔锔鹘M分在某種溶劑中溶解度的差異。三、吸收過程及設備三、吸收過程及設備 四、吸收流程四、吸收流程 吸收與解吸流程吸收與解吸流程含苯煤氣含苯煤氣脫苯煤氣脫苯煤氣洗油洗油苯苯水水過熱蒸汽過熱蒸汽加熱器加熱器冷卻器冷卻器五、吸收分類五、吸收分類1.1.物理吸收物理吸收和化學吸收；和化學吸收； 2.2.單組分吸收單組分吸收和多組分吸收；和多組分吸收；3.3.等溫吸收等溫吸收和非等溫吸收；和非等溫吸收；4.4.高濃度吸收和高濃度吸收和低濃度吸收。低濃度吸收。1.1.溶解度大；溶解度大；2.2.選擇性高；選擇性高；3.3.再生容易；再生容易；4

11、.4.揮發(fā)性??；揮發(fā)性小； 5.5.粘度低；粘度低； 6.6.化學穩(wěn)定性高；化學穩(wěn)定性高；7.7.腐蝕性低；腐蝕性低； 8.8.無毒、無害、價廉等。無毒、無害、價廉等。六、吸收劑的選擇要求：六、吸收劑的選擇要求：經(jīng)濟、合理經(jīng)濟、合理5.2 吸收過程的氣液平衡關系吸收過程的氣液平衡關系5.2.1 氣體在液體中的溶解度氣體在液體中的溶解度5.2.2 相平衡關系在吸收過程中的應用相平衡關系在吸收過程中的應用5.2.1 氣體在液體中的溶解度氣體在液體中的溶解度溶質(zhì)：氣相中能夠被液相溶解的成分溶質(zhì)：氣相中能夠被液相溶解的成分惰性組分：氣相中不能被液相溶解的成分惰性組分：氣相中不能被液相溶解的成分溶劑（吸

12、收劑）：用來溶解氣體溶質(zhì)的液體溶劑（吸收劑）：用來溶解氣體溶質(zhì)的液體平衡狀態(tài)：平衡狀態(tài)： 一定壓力和溫度，一定量的吸收劑與混合氣體一定壓力和溫度，一定量的吸收劑與混合氣體充分接觸，氣相中的溶質(zhì)向溶劑中轉移，充分接觸，氣相中的溶質(zhì)向溶劑中轉移，長期充分長期充分接觸接觸后，液相中溶質(zhì)的濃度不再增加，此時，氣液后，液相中溶質(zhì)的濃度不再增加，此時，氣液兩相達到平衡。兩相達到平衡。從熱力學角度看，氣液兩相的化學位相等。從熱力學角度看，氣液兩相的化學位相等。一、溶解度曲線一、溶解度曲線飽和濃度：飽和濃度：平衡時溶質(zhì)在液相中的濃度。平衡時溶質(zhì)在液相中的濃度。平衡分壓：平衡分壓：平衡時氣相中溶質(zhì)的分壓。平衡時

13、氣相中溶質(zhì)的分壓。相律分析：組分數(shù)相律分析：組分數(shù)C=3，相數(shù)，相數(shù) =2，自由度自由度FC- +2=3-2+2=3分別為：溫度、總壓、氣相或液相組成分別為：溫度、總壓、氣相或液相組成當壓力不太高、溫度一定時當壓力不太高、溫度一定時氨在水中的溶解度氨在水中的溶解度液相中氨的摩爾數(shù)液相中氨的摩爾數(shù)氣相中氨的分壓氣相中氨的分壓60504030A3*AA2*AA1*AcfPxfyxfP2020下下SOSO2 2在水中的溶解度在水中的溶解度101.3kPa202.6kPaxyT=293KCO2NH3cA, kmol.m-3pA, kPa幾種氣體在水中的溶解度曲線幾種氣體在水中的溶解度曲線討論：討論：（

14、2）溫度、）溫度、y一一定，定，總壓增加總壓增加，在同一溶劑中，在同一溶劑中，溶質(zhì)的溶解度溶質(zhì)的溶解度x隨之增加，隨之增加，有利于吸收有利于吸收 。（1）p、y一一定，定，溫度下降溫度下降，在同一溶劑中，溶，在同一溶劑中，溶質(zhì)的溶解度質(zhì)的溶解度x隨之增加，隨之增加，有利于吸收有利于吸收 。（3）相同的總壓及摩爾分數(shù)，）相同的總壓及摩爾分數(shù)， cO2 cCO2 cSO2 x 或或 A*Acc *AApp A由氣相向液相傳質(zhì)，吸收過程由氣相向液相傳質(zhì)，吸收過程*AApp 平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)*AApp A由液相向氣相傳質(zhì)，解吸過程由液相向氣相傳質(zhì)，解吸過程吸收過程：吸收過程：yyxABCxy*y*y二

15、、指明過程進行的極限二、指明過程進行的極限過程極限：相平衡過程極限：相平衡1. 逆流吸收，塔高無限逆流吸收，塔高無限2*2min2,2mxyyyL2. 逆流吸收，塔高無限逆流吸收，塔高無限myxxL1max, 11V，y2V，y1L，x2L，x1三、確定過程的推動力三、確定過程的推動力1. 吸收過程推動力的表達式吸收過程推動力的表達式*A*A*AAYYccxxyypp2. 在在XY圖上圖上 APYY*XX*【例例5-25-2】某系統(tǒng)溫度為某系統(tǒng)溫度為10，總壓，試求此條件，總壓，試求此條件下在與空氣充分接觸后的水中，每立方米水溶解了下在與空氣充分接觸后的水中，每立方米水溶解了多少克氧氣？多少克

16、氧氣？pyp *A=101.30.21=21.27kPa 查得查得10時，氧氣在水中的亨利系數(shù)時，氧氣在水中的亨利系數(shù)E為為3.31106kPa。SSEMH SAS*AEMpc 181031. 327.2110006*Ac3.5710-4-3 W=3.5710-4-3A*AHpc 【例例5-X】（習題（習題5-6）在總壓，溫度）在總壓，溫度30的條件的條件下下, SO2摩爾分數(shù)為的混合氣體與摩爾分數(shù)為的混合氣體與SO2摩爾分數(shù)為摩爾分數(shù)為的水溶液相接觸，試問：的水溶液相接觸，試問：（1）SO2的傳質(zhì)方向；的傳質(zhì)方向；（2）其它條件不變，溫度降到）其它條件不變，溫度降到0時時SO2的傳質(zhì)的傳質(zhì)方

17、向；方向；（3）其它條件不變，總壓提高到時）其它條件不變，總壓提高到時SO2的傳質(zhì)方的傳質(zhì)方向，并計算以液相摩爾分數(shù)差及氣相摩爾數(shù)差表向，并計算以液相摩爾分數(shù)差及氣相摩爾數(shù)差表示的傳質(zhì)推動力。示的傳質(zhì)推動力。解：解：(1) (1) 查得在總壓，溫度查得在總壓，溫度30條件下條件下SO2在水在水中的亨利系數(shù)中的亨利系數(shù)E=4850kPa 所以所以 pEm9 .473 .1014850從液相分析從液相分析0.01 0063. 09 .473 . 0*xmyx故故SO2必然從液相轉移到氣相，進行解吸過程必然從液相轉移到氣相，進行解吸過程。（2 2）查得在總壓，溫度查得在總壓，溫度0的條件下，的條件下

18、， SO2在水中的亨利系數(shù)在水中的亨利系數(shù)E=1670kPa 5 .163 .1011670 pEm從氣相分析從氣相分析y*=mx=y=故故SO2必然從氣相轉移到液相，進行吸收過程必然從氣相轉移到液相，進行吸收過程。（3）在總壓，溫度）在總壓，溫度30條件下，條件下， SO2在水中的亨利系數(shù)在水中的亨利系數(shù)E=4850kPa 94.236 .2024850 pEm 從氣相分析從氣相分析 y*=mx=23.940.01=0.24y=故故SO2必然從氣相轉移到液相，進行吸收過程。必然從氣相轉移到液相，進行吸收過程。0125. 094.233 . 0*myx以液相表示的吸收推動力為以液相表示的吸收推

19、動力為:x=x*x以氣相摩爾分數(shù)表示的吸收推動力為以氣相摩爾分數(shù)表示的吸收推動力為: y= y y*5.3.1 單相內(nèi)物質(zhì)的分子擴散單相內(nèi)物質(zhì)的分子擴散5.3.2 分子擴散系數(shù)分子擴散系數(shù)5.3.3 單相對流傳質(zhì)機理單相對流傳質(zhì)機理5.3.4 單相對流傳質(zhì)速率方程單相對流傳質(zhì)速率方程5.3 單相內(nèi)傳質(zhì)單相內(nèi)傳質(zhì)吸收過程：吸收過程： （1）A由氣相主體到相界面，由氣相主體到相界面，氣相內(nèi)傳遞氣相內(nèi)傳遞；（2）A在相界面上溶解，溶解過程；在相界面上溶解，溶解過程；（3）A自相界面到液相主體，自相界面到液相主體，液相內(nèi)傳遞液相內(nèi)傳遞。單相內(nèi)傳遞方式：分子擴散；對流擴散單相內(nèi)傳遞方式：分子擴散；對流擴

20、散一、分子擴散與菲克定律一、分子擴散與菲克定律5.3.1 單相內(nèi)物質(zhì)的分子擴散單相內(nèi)物質(zhì)的分子擴散分子擴散現(xiàn)象：分子擴散現(xiàn)象：分子擴散：分子擴散：在靜止或滯流流體內(nèi)部，若某一組分存在在靜止或滯流流體內(nèi)部，若某一組分存在濃度差，則因分子無規(guī)則的熱運動使該組分由濃度較濃度差，則因分子無規(guī)則的熱運動使該組分由濃度較高處傳遞至濃度較低處，這種現(xiàn)象稱為分子擴散。高處傳遞至濃度較低處，這種現(xiàn)象稱為分子擴散。擴散通量：擴散通量：單位時間內(nèi)通過垂直于擴散方向的單位截單位時間內(nèi)通過垂直于擴散方向的單位截面積擴散的物質(zhì)量，以面積擴散的物質(zhì)量，以J表示，表示， -2s-1。 菲克定律：菲克定律：溫度、總壓一定，組分

21、溫度、總壓一定，組分A在擴散方向上任在擴散方向上任一點處的擴散通量與該處一點處的擴散通量與該處A的濃度梯度成正比。的濃度梯度成正比。zcDJddAABA JA組分組分A擴散速率擴散速率(擴散通量擴散通量)，-2s-1； 組分組分A在擴散方向在擴散方向z上的濃度梯度上的濃度梯度-3)m-1； zcddA DAB組分組分A在在B組分中的擴散系數(shù)，組分中的擴散系數(shù)，m2.s-1。 負號：表明擴散方向與濃度梯度方向相反，擴散沿負號：表明擴散方向與濃度梯度方向相反，擴散沿 著濃度降低的方向進行著濃度降低的方向進行 理想氣體：理想氣體：RTpcAA zcddAzpRT dd1A= =zpRTDJddAAB

22、A 分子擴散兩種形式：等摩爾反向擴散，單向擴散。分子擴散兩種形式：等摩爾反向擴散，單向擴散。一、等摩爾反向擴散及定常態(tài)傳質(zhì)速率方程一、等摩爾反向擴散及定常態(tài)傳質(zhì)速率方程 1.1.等摩爾反向擴散等摩爾反向擴散JAJBT ppA2pB2T ppA1pB112等摩爾反向擴散：等摩爾反向擴散：任一截面處兩個組分的擴散速率任一截面處兩個組分的擴散速率 大小相等，方向相反。大小相等，方向相反。 zpRTDJddAABA zpRTDJddBBAB BAppp 總壓一定總壓一定 zpddA=zpddB JA=JB DAB=DBA=D 2. 等摩爾反向擴散定常態(tài)傳質(zhì)速率方程等摩爾反向擴散定常態(tài)傳質(zhì)速率方程傳質(zhì)速

23、率定義：傳質(zhì)速率定義：任一固定的空間位置上，任一固定的空間位置上， 單位時間單位時間內(nèi)通過單位面積的物質(zhì)的量，記作內(nèi)通過單位面積的物質(zhì)的量，記作N-2s-1。 zpRTDJNddAAA氣相：氣相：)(A2A1AcczDNzcDJNddAAA)(A2A1AppRTzDN液相：液相：3. 討論討論（1）2A1AAppN （2）組分的濃度與擴散距離組分的濃度與擴散距離z成直線關系。成直線關系。 pB1pA1pA2pB2擴散距離擴散距離z0zp（3）等摩爾反向擴散發(fā)生在蒸餾過程中。）等摩爾反向擴散發(fā)生在蒸餾過程中。 二、單向擴散及速率方程二、單向擴散及速率方程1. 總體流動：因溶質(zhì)總體流動：因溶質(zhì)A擴

24、散到擴散到界面溶解于溶劑中，靠近界面界面溶解于溶劑中，靠近界面附近附近B的分壓的分壓(濃度濃度)較高，必較高，必然會有然會有B向反方向擴散。而這向反方向擴散。而這種擴散會造成界面附近總壓的種擴散會造成界面附近總壓的下降，從而引起混合物向界面下降，從而引起混合物向界面附近運動。這種運動稱為總體附近運動。這種運動稱為總體流動。流動。NA12JAJBNMcA/cNMcB/c總體流動總體流動 混合物主體AB2. 總體流動的特點：總體流動的特點： （1）因分子本身擴散引起的宏觀流動。）因分子本身擴散引起的宏觀流動。 （2）A、B在總體流動中方向相同，流動速度正在總體流動中方向相同，流動速度正比于摩爾分數(shù)

25、。比于摩爾分數(shù)。 ccNNAMMA ccNNBMMB M: mixture3. 單向擴散傳質(zhì)速率方程單向擴散傳質(zhì)速率方程ccNJNAMAA ccNJNBMBBccNJBMB0 ccNJBMB ccNJJJBMABA-MBAMAMBMANcccNccNccNN MANN B在宏觀上是靜止的在宏觀上是靜止的（穩(wěn)定傳質(zhì)過程）（穩(wěn)定傳質(zhì)過程）ccNAMAJ擴散引起總體流動引起B(yǎng)JccNBMccNzcDNAAAAdd zcccDcNddAAA 微分式微分式在氣相擴散在氣相擴散 RTpcAA RTpc zpppRTDpNdd)(AAA A2A1)-(ddAA0AppzpppRTDpzNzpRTzcdd1d

26、dAAA1A2AlnppppRTzDpN B1B2AlnppRTzDpN 積分式積分式B2A2B1A1ppppp )(lnlnB1B2B1B2A2A1B1B2B1B2B1B2ppppppRTzDpppppppRTzDpNAA2A1B1B2-ppppB1B2B1B2Bmlnppppp S1S2S1S2Smlnccccc )(A2A1SmAcccczDN積分式積分式)(A2A1BmAppppRTzDN積分式積分式液相：液相：BmA2A1A)(ppppRTzDN對照等摩爾反方向)(A2A1AcczDN對照等摩爾反方向s: solventm: mean4. 討論討論（1）組分）組分A的濃度與擴散距離的

27、濃度與擴散距離z為指數(shù)關系為指數(shù)關系 Bmpp（2）Smcc、漂流因數(shù)，漂流因數(shù)，無因次無因次 漂流因數(shù)意義漂流因數(shù)意義：其大小反映了總體流動對傳質(zhì)速率：其大小反映了總體流動對傳質(zhì)速率的影響程度，其值為總體流動使傳質(zhì)速率較單純分的影響程度，其值為總體流動使傳質(zhì)速率較單純分子擴散增大的倍數(shù)。子擴散增大的倍數(shù)。 1Bm pp1Sm cc（3）單向擴散體現(xiàn)在吸收過程中。）單向擴散體現(xiàn)在吸收過程中。【例例5-6】有一直立的玻璃管，底端封死，內(nèi)充丙酮，有一直立的玻璃管，底端封死，內(nèi)充丙酮，液面距上端管口液面距上端管口11mm，上端有一股空氣通過，上端有一股空氣通過，5小小時后，管內(nèi)液面降到距管口，管內(nèi)液

28、體溫度保持時后，管內(nèi)液面降到距管口，管內(nèi)液體溫度保持293K，大氣壓為，大氣壓為100kPa，此條件下，丙酮的飽和蒸，此條件下，丙酮的飽和蒸氣壓為氣壓為24kPa。求丙酮在空氣中的擴散系數(shù)。求丙酮在空氣中的擴散系數(shù)。z空氣空氣丙酮丙酮ddddddddddAAAAAAAAAAzMzAMAVAMAMmAn設氣化時間為設氣化時間為單位面積液面汽化的速率用液面高度變化的速率表示：單位面積液面汽化的速率用液面高度變化的速率表示： B1B2AAAlnddppRTzDpzMNzzzzppRTDpM0ddlnB1B20AA解：解：B1B2AlnppRTzDpN對液體丙酮：2ln202B1B2AAzzppRTD

29、pM2ln202B1B2AAzzpppRTMD1 -2522sm101180002011. 00205. 024-100100ln100293314. 858790擴散系數(shù)的意義：擴散系數(shù)的意義：單位濃度梯度下的擴散通量，單位濃度梯度下的擴散通量，反映某組分在一定介質(zhì)中的擴散能力，是物質(zhì)特反映某組分在一定介質(zhì)中的擴散能力，是物質(zhì)特性常數(shù)之一；性常數(shù)之一；D，m2.s-1。 D的影響因素的影響因素：A、B、T、p、濃度、濃度D的來源：的來源：查手冊；半經(jīng)驗公式；測定查手冊；半經(jīng)驗公式；測定5.3.2 5.3.2 分子擴散系數(shù)分子擴散系數(shù)1. 氣相中的氣相中的D范圍：范圍：10-510-4m2.s

30、-1 經(jīng)驗公式之一：麥克斯維爾經(jīng)驗公式之一：麥克斯維爾-吉利蘭公式吉利蘭公式 103559. 421BABA231B31A235MMMMvvpTD？ 10013. 121BABA231B31A75. 15MMMMvvpTD經(jīng)驗公式之二：福勒（經(jīng)驗公式之二：福勒（fuller）公式）公式D pDTpTDpTfD )(75. 1，2. 液相中的液相中的D范圍：范圍：10-1010-9m2.s-1 D DTTDTfD )( ， 104 . 76 . 0A5 . 0B8vTMD經(jīng)驗公式之一：威爾基經(jīng)驗公式之一：威爾基-張公式張公式5.3.3 單相對流傳質(zhì)機理單相對流傳質(zhì)機理一、渦流擴散一、渦流擴散渦流

31、擴散：渦流擴散：流體作湍流運動時，若流體內(nèi)部存在濃流體作湍流運動時，若流體內(nèi)部存在濃度梯度，流體質(zhì)點便會靠質(zhì)點的無規(guī)則運動，相互度梯度，流體質(zhì)點便會靠質(zhì)點的無規(guī)則運動，相互碰撞和混合，組分從高濃度向低濃度方向傳遞，這碰撞和混合，組分從高濃度向低濃度方向傳遞，這種現(xiàn)象稱為渦流擴散。種現(xiàn)象稱為渦流擴散。 zcDJddAee ,Ae ,AJ渦流擴散速率，渦流擴散速率，-2s-1； eD渦流擴散系數(shù)，渦流擴散系數(shù)，m2.s-1。e: eddy注意：注意：渦流擴散系數(shù)與分子擴散系數(shù)不同，不是物性渦流擴散系數(shù)與分子擴散系數(shù)不同，不是物性 常數(shù)，其值與流體流動狀態(tài)及所處的位置有關常數(shù)，其值與流體流動狀態(tài)及所

32、處的位置有關 ?？倲U散通量：總擴散通量：zcDDJddAeATTWtWt熱流體熱流體冷流體冷流體 T tpApAicAicA氣相氣相液相液相 G LE二、有效膜模型二、有效膜模型1. 單相內(nèi)對流傳質(zhì)過程單相內(nèi)對流傳質(zhì)過程（1）靠近相界面處層流內(nèi)層：傳質(zhì)機理僅為分子擴散，）靠近相界面處層流內(nèi)層：傳質(zhì)機理僅為分子擴散，溶質(zhì)溶質(zhì)A的濃度梯度較大，的濃度梯度較大，pA隨隨z的變化較陡。的變化較陡。 （2）湍流主體：渦流擴散遠遠大于分子擴散，溶質(zhì)）湍流主體：渦流擴散遠遠大于分子擴散，溶質(zhì)濃度均一化，濃度均一化，pA隨隨z的變化近似為水平線。的變化近似為水平線。 （3）過渡區(qū)：分子擴散）過渡區(qū)：分子擴散+

33、渦流擴散，渦流擴散，pA隨隨z的變化逐的變化逐漸平緩。漸平緩。2. 2. 有效膜模型有效膜模型 單相對流傳質(zhì)的傳質(zhì)單相對流傳質(zhì)的傳質(zhì)阻力阻力全部集中在一層全部集中在一層虛虛擬的膜擬的膜層內(nèi)，膜層內(nèi)的傳質(zhì)形式層內(nèi)，膜層內(nèi)的傳質(zhì)形式僅為分子擴散僅為分子擴散 。三、單相對流傳質(zhì)速率方程三、單相對流傳質(zhì)速率方程1. 1. 氣相對流傳質(zhì)速率方程氣相對流傳質(zhì)速率方程 有效膜厚有效膜厚G由層流內(nèi)層濃度梯度線延長線與流由層流內(nèi)層濃度梯度線延長線與流體主體濃度線相交于一點體主體濃度線相交于一點E，則厚度，則厚度G為為E到相界到相界面的垂直距離。面的垂直距離。iAAGBmGApppRTDpN)(iAAGGAppk

34、NBmGGpRTDpk 以分壓差表以分壓差表示推動力的氣相示推動力的氣相傳質(zhì)分系數(shù)，傳質(zhì)分系數(shù)，-2s-1kPa-1 Gk=傳質(zhì)系數(shù)傳質(zhì)系數(shù)吸收的推動力吸收的推動力 AN氣相對流傳質(zhì)速率方程有以下幾種形式：氣相對流傳質(zhì)速率方程有以下幾種形式：iAAGGAppkNiAyykNyyk以氣相摩爾分率表示推動力的氣相傳質(zhì)分系數(shù)，以氣相摩爾分率表示推動力的氣相傳質(zhì)分系數(shù)， -2s-1； iAYYkNY 以氣相摩爾比差表示推動力的氣相傳質(zhì)分系數(shù)，以氣相摩爾比差表示推動力的氣相傳質(zhì)分系數(shù)， -2s-1； Yk各氣相傳質(zhì)分系數(shù)之間的關系：各氣相傳質(zhì)分系數(shù)之間的關系： pyp AGiAipyp Gpkky 帶入

35、上式帶入上式)(iAAGGAppkN 與與)(iAyykNy 比較比較)(ALiAmLAccccDNS )(ALiALAcckN 2. 液相對流傳質(zhì)速率方程液相對流傳質(zhì)速率方程SmLLccDk 液相傳質(zhì)速率方程有以下幾種形式：液相傳質(zhì)速率方程有以下幾種形式：)(iAxxkNx )(ALiALAcckN )(AXXkNiX kL以液相組成摩爾濃度表示推動力的液相以液相組成摩爾濃度表示推動力的液相 對流傳質(zhì)分系數(shù)，對流傳質(zhì)分系數(shù)，-1； xk以液相組成摩爾分率表示推動力的液相以液相組成摩爾分率表示推動力的液相 對流傳質(zhì)分系數(shù)，對流傳質(zhì)分系數(shù)，-2s-1； 液相傳質(zhì)分系數(shù)之間的關系：液相傳質(zhì)分系數(shù)之

36、間的關系： Lckkx 注意：注意：對流傳質(zhì)系數(shù)對流傳質(zhì)系數(shù)=f (操作條件、流動狀態(tài)、物性）操作條件、流動狀態(tài)、物性）以液相摩爾比差表示推動力的液相傳質(zhì)分系數(shù)，以液相摩爾比差表示推動力的液相傳質(zhì)分系數(shù)，-2s-1 Xk5.3.4 5.3.4 界面上的濃度界面上的濃度前提：定態(tài)傳質(zhì)前提：定態(tài)傳質(zhì) ，kG, kL及平衡關系已知及平衡關系已知)()(ALiALiAAGGAcckppkN =f（cAi） iAp、cAi iAp一、一般情況一、一般情況二、平衡關系滿足亨利定律二、平衡關系滿足亨利定律 )()(ALiALiAAGGAcckppkN iHpcAAi 、cAi iAp三、圖解三、圖解GLiA

37、ALiAAGkkccpp )()(ALiALiAAGGAcckppkN GLkk I（pAi，cAi） 操作操作點點OI（界面）（界面）斜斜率率）(GLkk H1斜率平衡線cA/kmol.m-3cAL*Ac*ApipAGpicpA/kPa0操作操作點點OI（界面）（界面）斜斜率率）(GLkk H1斜率平衡線cA/kmol.m-3cAL*Ac*ApipAGpicpA/kPa05.4 相際對流傳質(zhì)及總傳質(zhì)速率方程相際對流傳質(zhì)及總傳質(zhì)速率方程5.4.1 雙膜理論雙膜理論5.4.2 吸收過程的總傳質(zhì)速率方程吸收過程的總傳質(zhì)速率方程5.4.3 傳質(zhì)阻力與傳質(zhì)速率的控制傳質(zhì)阻力與傳質(zhì)速率的控制5.4.1

38、雙膜理論雙膜理論相際對流傳質(zhì)三大模型：雙膜模型相際對流傳質(zhì)三大模型：雙膜模型 溶質(zhì)滲透模型溶質(zhì)滲透模型 表面更新模型表面更新模型一、雙膜模型一、雙膜模型pApAicAicA氣相氣相液相液相 G LE二、雙膜模型的基本論點（假設）二、雙膜模型的基本論點（假設） 1. 氣液兩相存在一個氣液兩相存在一個穩(wěn)定的相界面穩(wěn)定的相界面，界面兩側存，界面兩側存在穩(wěn)定的在穩(wěn)定的氣膜和液膜氣膜和液膜。膜內(nèi)為。膜內(nèi)為層流層流，A以以分子擴分子擴散散方式通過氣膜和液膜。方式通過氣膜和液膜。2. 相界面相界面處兩相達平衡，處兩相達平衡，無擴散阻力無擴散阻力。 3. 有效有效膜以外膜以外主體中，充分湍動，溶質(zhì)主要以主體中

39、，充分湍動，溶質(zhì)主要以渦渦流擴散流擴散的形式傳質(zhì)。的形式傳質(zhì)。 雙膜模型也稱為雙膜模型也稱為雙膜阻力雙膜阻力模型模型 5.4.2 吸收過程的總傳質(zhì)速率方程吸收過程的總傳質(zhì)速率方程一、用氣相組成表示吸收推動力一、用氣相組成表示吸收推動力 )(*ALAGGAppKN )(*AyyKNy GK以氣相分壓差表示推動力的氣相總傳質(zhì)以氣相分壓差表示推動力的氣相總傳質(zhì) 系數(shù)，系數(shù)，-2s-1kPa-1； yK以氣相摩爾分數(shù)差表示推動力的氣相以氣相摩爾分數(shù)差表示推動力的氣相 總傳質(zhì)系數(shù)，總傳質(zhì)系數(shù)，-2s-1；)(*AYYKNY YK以氣相摩爾比的差表示推動力的氣相以氣相摩爾比的差表示推動力的氣相 總總傳質(zhì)系

40、數(shù)，傳質(zhì)系數(shù)，-2s-1；iAYYkNY對照* 與液相相平衡的氣相組成 二、用液相組成表示吸收推動力二、用液相組成表示吸收推動力 )(AL*AGLAccKN )(*AxxKNx LK 以液相濃度差表示推動力的液相總傳質(zhì)系以液相濃度差表示推動力的液相總傳質(zhì)系 數(shù)，數(shù)，-2s-1-3)-1)； xK以液相摩爾分數(shù)差表示推動力的液相以液相摩爾分數(shù)差表示推動力的液相 總傳質(zhì)系數(shù)，總傳質(zhì)系數(shù)，-2s-1； )(*AXXKNX XK以液相摩爾比的差表示推動力的液相總傳以液相摩爾比的差表示推動力的液相總傳 質(zhì)系數(shù)，質(zhì)系數(shù)，-2s-1； *ALALHpc 根據(jù)雙膜理論根據(jù)雙膜理論 iHpcAAi )(*ALi

41、ALAppHkN )(ALiALAcckN *ALiAAL1ppNHk iAAGAG1ppNk *ALAGAGL11ppNkHk 系統(tǒng)服從亨利定律或平衡關系在計算范圍為直線系統(tǒng)服從亨利定律或平衡關系在計算范圍為直線 三、總傳質(zhì)系數(shù)與單相傳質(zhì)分系數(shù)之間的關系三、總傳質(zhì)系數(shù)與單相傳質(zhì)分系數(shù)之間的關系LGGLLGLG11111HKKkHkKkHkK同理：同理：用類似的方法得到用類似的方法得到 xyyxxxyyKmKmkkKkmkK11111)(111*ALAGGLAppkHkNXYXYYYXXKmKkmkKmkkK11111四、總傳質(zhì)系數(shù)之間的關系四、總傳質(zhì)系數(shù)之間的關系 yKpK GxKcK LL

42、GHKK xyKmK XYKmK 傳質(zhì)阻力傳質(zhì)阻力GLG1 1 1kHkK GLL 1 1kHkK 1 1yxykkmK yxxmkkK1 1 1 相間傳質(zhì)總阻力相間傳質(zhì)總阻力 = 液相液相(膜膜)阻力阻力 +氣相氣相(膜膜)阻力阻力注意注意: :傳質(zhì)系數(shù)、傳質(zhì)阻力與推動力一一對應。傳質(zhì)系數(shù)、傳質(zhì)阻力與推動力一一對應。傳質(zhì)速率的控制步驟傳質(zhì)速率的控制步驟1. 1. 氣膜控制氣膜控制氣膜控制：氣膜控制：傳質(zhì)阻力主要集中在氣相，此吸收過程傳質(zhì)阻力主要集中在氣相，此吸收過程 為氣相阻力控制（氣膜控制）。為氣相阻力控制（氣膜控制）。 G1KG1kH 較大，易溶氣體較大，易溶氣體 氣膜控制的特點氣膜控制

43、的特點：AiAG*ALAGpppp .pAGIpAicAcAi*AGc*ALp)(*ALAGGAppkN 提高傳質(zhì)速率的措施：提高氣體流速；提高傳質(zhì)速率的措施：提高氣體流速； 加強氣相湍流程度。加強氣相湍流程度。 2. 2. 液膜控制液膜控制液膜控制：液膜控制：傳質(zhì)阻力主要集中在液相，此吸收過程傳質(zhì)阻力主要集中在液相，此吸收過程 為液相阻力控制（液膜控制）為液相阻力控制（液膜控制） 液膜控制的特點：液膜控制的特點：LL11kK H較小，難溶氣體較小，難溶氣體 ALAiAL*AGcccc .AGpAip*ALpALcAic*AGc)(AL*AGLAcckN 提高傳質(zhì)速率的措施：提高液體流速；提高

44、傳質(zhì)速率的措施：提高液體流速； 加強液相湍流程度。加強液相湍流程度。 yykK1 1 同理：同理：氣膜控制：氣膜控制：xxkK1 1 液膜控制：液膜控制：iyyyy *m小，易溶氣體小，易溶氣體)(*AyykNy m大，難溶氣體大，難溶氣體xxxxi *)(*xxkNxA 操作操作點點OI（界面）（界面）斜斜率率）(GLkk H1斜率平衡線cA/kmol.m-3cAL*AGc*ApipAGpicpA/kPa0氣膜控制-易溶氣體的吸收解吸操作操作點點OI（界面）（界面）斜斜率率）(GLkk H1斜率平衡線cA/kmol.m-3cAL*AGc*ApipAGpicpA/kPa0液膜控制-難溶氣體的吸

45、收解吸【例例5-X】110kPa下操作的氨吸收塔，某截面上，含下操作的氨吸收塔，某截面上，含氨摩爾分數(shù)的氣體與氨濃度為氨摩爾分數(shù)的氣體與氨濃度為1kmol/m3的氨水接觸，的氨水接觸，已知氣相傳質(zhì)系數(shù)已知氣相傳質(zhì)系數(shù)kG=510-9kmol/(m2sPa)，液相傳，液相傳質(zhì)系數(shù)質(zhì)系數(shù)kL=1.510-4m/s，氨水的平衡關系可用亨利定，氨水的平衡關系可用亨利定律表示，律表示，H=7.310-4kmol/(m3Pa)，試計算：，試計算：1）氣液界面上的兩相組成；）氣液界面上的兩相組成；2）以分壓差和摩爾濃度差）以分壓差和摩爾濃度差 表示的總推動力、總傳質(zhì)表示的總推動力、總傳質(zhì)系數(shù)、傳質(zhì)速率；系數(shù)

46、、傳質(zhì)速率；3）以摩爾分數(shù)差表示總推動力的氣相總傳質(zhì)系數(shù)；）以摩爾分數(shù)差表示總推動力的氣相總傳質(zhì)系數(shù)；4）氣膜與液膜阻力的相對大小。）氣膜與液膜阻力的相對大小。 解：3-4AiAiAi94449GLALLAGGAi3AGALLAiLAiGAGGAiAiALAiLAiAGGkmol.m062. 11454103 . 7Pa1454105103 . 7105 . 11105 . 13300105Pa330003. 0101101HpcpkHkckpkppckHpkpkpkHpccckppk12-69AGA16L944GLL112-9G944GLG3-4ALAGA4ALAGAskmol.m1023.

47、 9193010782. 4sm10550. 6105103 . 7105 . 1111Pasmkmol10782. 41051105 . 1103 . 71111kmol.m409. 11103 . 73300Pa1930103 . 7133002pKNKkHkKKkHkKcHpcHcpp12-46*Ay*yA43*A*A*skmol.m1026. 501245. 003. 01023. 901245. 0103 . 71011013yyNKyyKNypHcypyHcp%63.959563. 010510782. 411%37. 40437. 0105 . 1103 . 710782. 41

48、1105 . 1103 . 71110782. 411499GG449GL44L9GKkKHkHkK氣相阻力占液相阻力占 【例5-7】在填料吸收塔內(nèi)用水吸收混合于空氣中的甲醇，已知某截面上氣液兩相組成為pA=5kPa, cA-3,設在一定的操作溫度、壓力下，甲醇在水中的溶解度系數(shù)H-3kPa-1，液相傳質(zhì)分系數(shù)為kL=210-5-1,氣相傳質(zhì)分系數(shù)kG=1.5510-5-2s-1kPa-1。 （1）試求以分壓表示吸收總推動力、總阻力、總傳質(zhì)速率及液相阻力分配。 （2）若吸收溫度降低，甲醇在水中的溶解度系數(shù)H變?yōu)?3kPa-1，設氣液相傳質(zhì)分系數(shù)與兩相濃度近似不變，試求液相阻力分配為多少？并分析

49、其結果。 解 （1）以分壓表示吸收總推動力kPa145kPa45 . 02*AAAA*ApppHcp 總阻力12555GLGkmolkPasm10645. 11055. 111025 . 01111kHkK 總傳質(zhì)速率1 -2-5*AAGAsmkmol08. 6110645. 11ppKN 液相的阻力分配%8 .60608. 010645. 11025 . 011155GLKHk 為液膜傳質(zhì)控制 （2）吸收溫度降低時 傳質(zhì)總阻力12455GLGkmolkPasm1031. 71055. 111028 . 51111kHkK 液相的阻力分配%79.111179. 01031. 71028 . 5

50、11145-GLKHk 為氣膜傳質(zhì)控制5.5 吸收塔的計算吸收塔的計算5.5.1 物料衡算與操作線方程物料衡算與操作線方程5.5.2 吸收劑用量與最小液氣比吸收劑用量與最小液氣比5.5.3 填料層高度的計算填料層高度的計算5.5.4 吸收塔的計算吸收塔的計算操作型：操作型：核算；核算；操作條件與吸收結果的關系。操作條件與吸收結果的關系。計算依據(jù)：計算依據(jù)：物料恒算；物料恒算； 相平衡；相平衡； 吸收速率方程。吸收速率方程。吸收塔的計算內(nèi)容：吸收塔的計算內(nèi)容：設計型：設計型：流向、流程、吸收劑用量、流向、流程、吸收劑用量、 吸收劑濃度、塔高、塔徑。吸收劑濃度、塔高、塔徑。5.5.1 物料衡算與操

51、作線方程物料衡算與操作線方程一、物料衡算一、物料衡算定態(tài)，假設定態(tài)，假設S不揮發(fā)，不揮發(fā)，B不溶于不溶于S全塔范圍內(nèi)，對全塔范圍內(nèi)，對A作物料衡算作物料衡算 ：VY1+LX2=VY2+LX1 V（Y1Y2）=L（X1X2） V，Y2V，Y1L，X2L，X1121121)(YYYVYYYV（下標（下標1和和2分別表示分別表示塔底和塔頂）塔底和塔頂）X1=X2V（Y1Y2）/L二、操作線方程式及操作線二、操作線方程式及操作線1. 逆流吸收逆流吸收V，Y2V，Y1L，X2L，X1V，YL，XVY+LX2=VY2+LX)(22XVLYXVLY Y2=Y1（1 ） A被吸收的百分數(shù)，稱為回收率或吸收率。

52、被吸收的百分數(shù)，稱為回收率或吸收率。 )(21XVLYXVLY 同理：同理：逆流吸收操作線具有如下特點：逆流吸收操作線具有如下特點： XY1Y2X1X2ABVL)(*XfY Y（3）操作線僅與液氣比、濃端及稀端組成有關，與系）操作線僅與液氣比、濃端及稀端組成有關，與系 統(tǒng)的平衡關系、塔型及操作條件統(tǒng)的平衡關系、塔型及操作條件T、p無關。無關。 （2）操作線通過塔頂（稀端）操作線通過塔頂（稀端） A （X2，Y2）及及塔底塔底 （濃端）（濃端） B （X1， Y1）;（1）定態(tài)，）定態(tài)，L、V、Y1、X2恒定，操作線在恒定，操作線在XY 坐標上為一直線，斜率為坐標上為一直線，斜率為L/V 。 L

53、/V為吸收為吸收 操作的操作的液氣比液氣比； （5）平衡線與操作線共同決定吸收推動力。操作線）平衡線與操作線共同決定吸收推動力。操作線 離平衡線愈遠吸收的推動力愈大；離平衡線愈遠吸收的推動力愈大；（4）吸收操作線在平衡線的上方，解吸操作線在平）吸收操作線在平衡線的上方，解吸操作線在平 衡線衡線OE下方。下方。 XAB)(*XfYYK.YXX*Y*OE2. 并流吸收并流吸收V，Y2V，Y1L，X2L，X1V，YL，XVY+LX=VY2+ LX2)(22XVLYXVLY Y2Y1X2X1ABXY逆流與并流的比較：逆流與并流的比較：1）逆流推動力均勻，且）逆流推動力均勻，且并流逆流mmYY2） Y1

54、大，逆流時大，逆流時Y1與與X1在塔在塔 底相遇有利于提高底相遇有利于提高X1； X2小，逆流時小，逆流時Y2與與X2在塔在塔 頂相遇有利于降低頂相遇有利于降低Y2。逆流與并流操作線練習逆流與并流操作線練習Y3 X2X1Y1 Y2X2Y2X3C CD DA AB BY1Y2Y3X1X2X3C CD DA AB B5.5.2 吸收劑用量與最小液氣比吸收劑用量與最小液氣比B1Y1Y2ABOEXYX2X1X*1P一、最小液氣比一、最小液氣比最小液氣比定義：最小液氣比定義：針對一定的分離任務，操作條針對一定的分離任務，操作條件和吸收物系一定，塔內(nèi)某截面吸收推動力為零，件和吸收物系一定，塔內(nèi)某截面吸收推

55、動力為零，達到分離程度所需塔高無窮大時的液氣比。達到分離程度所需塔高無窮大時的液氣比。 min VL最小液氣比的計算最小液氣比的計算1. 平衡曲線一般情況平衡曲線一般情況 2*121minVXXYYL X*1為與為與Y1相平衡的液相組成。相平衡的液相組成。 平衡關系符合亨利定律時：平衡關系符合亨利定律時： 2121minVXmYYYL 2. 平衡曲線為凸形曲線情況平衡曲線為凸形曲線情況 2max, 121minXXYYVL )(*XfY 1Y2Y2X1Xmax, 1X二、操作液氣比二、操作液氣比 設備費設備費,ZY VL 再生費再生費，并不總有效，并不總有效設備費設備費,L ZYVL,min0

56、 . 21 . 1VLVL【例例5-8】某礦石焙燒爐排出含某礦石焙燒爐排出含SO2的混合氣體，除的混合氣體，除SO2外其余組分可看作惰性氣體。冷卻后送入填料外其余組分可看作惰性氣體。冷卻后送入填料吸收塔中，用清水洗滌以除去其中的吸收塔中，用清水洗滌以除去其中的SO2。吸收塔。吸收塔的操作溫度為的操作溫度為20，壓力為。混合氣的流量為，壓力為。混合氣的流量為1000m3h-1，其中含，其中含SO2體積百分數(shù)為體積百分數(shù)為9%，要求，要求SO2的回收率為的回收率為90%。若吸收劑用量為理論最小用。若吸收劑用量為理論最小用量的倍，試計算：量的倍，試計算： （1）吸收劑用量及塔底吸收液的組成）吸收劑用

57、量及塔底吸收液的組成X1； （2）當用含）當用含SO2（摩爾比）的水溶液作吸收劑時，（摩爾比）的水溶液作吸收劑時，保持二氧化硫回收率不變，吸收劑用量比原情況保持二氧化硫回收率不變，吸收劑用量比原情況增加還是減少？塔底吸收液組成變?yōu)槎嗌?？增加還是減少？塔底吸收液組成變?yōu)槎嗌伲?已知，已知，20條件下條件下SO2在水中的平衡數(shù)據(jù)在水中的平衡數(shù)據(jù) ：SO2溶液摩爾比X氣相中SO2平衡摩爾比YSO2溶液摩爾比X氣相中SO2平衡摩爾比Y0.00005620.000660.000840.0190.000140.001580.00140.0350.000280.00420.001970.0540.00042

58、0.00770.00280.0840.000560.01130.00420.138解：解： 按題意進行組成換算：按題意進行組成換算：進塔氣體中進塔氣體中SOSO2 2的組成為的組成為 099. 009. 0109. 01111yyY出塔氣體中出塔氣體中SOSO2 2的組成為的組成為 0099. 0)9 . 01 (099. 0)1 (12AYY進吸收塔惰性氣體的摩爾流量為進吸收塔惰性氣體的摩爾流量為1 -hkmol85.37)09. 01 (202732734 .221000V根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，用內(nèi)插法得到與氣相進口組成相根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，用內(nèi)插法得到與氣相進口組成相平衡的液相組成：平衡的液相

59、組成：0032. 0*1X0.00280.0840.00420.138（1） 1 -20121minhkmol105400032. 0)0099. 0099. 0(85.37XXYYVL實際吸收劑用量LLmin-100266. 01265)0099. 0099. 0(85.3702121YYLVXX（2）吸收率不變，即出塔氣體中SO2的組成Y2不變，0099. 02Y，而X2kmol/h11630003. 00032. 0)0099. 0099. 0(85.3720121minXXYYVL實際吸收劑用量LLmin-100272. 01395)0099. 0099. 0(85.370003. 0

60、2121YYLVXX計算結果可見，當保持溶質(zhì)回收率不變，進口吸收劑所計算結果可見，當保持溶質(zhì)回收率不變，進口吸收劑所含溶質(zhì)越低，所需溶劑量越小，塔底吸收液濃度越低。含溶質(zhì)越低，所需溶劑量越小，塔底吸收液濃度越低。5.5.3 吸收塔填料層高度的計算吸收塔填料層高度的計算 兩種方法（傳質(zhì)單元數(shù)法、等板高度法），思路相同。 填料塔的塔高受兩種因素的影響。 一是傳質(zhì)推動力，即分離要求，分離的難度、汽液兩相的濃度差。（設備無關） 二是流體的物性和塔設備，包括粘度、表面張力等，以及填料狀況、汽液兩相流速等。（設備相關）一、傳質(zhì)單元數(shù)法一、傳質(zhì)單元數(shù)法 1. 1. 塔高計算基本關系式塔高計算基本關系式單位時