化工原理 第八章 氣體吸收

1、本文由zhengwei200106貢獻(xiàn) ppt文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機(jī)查看。 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 1 第八章 8.1 概述 氣體吸收 8.2 吸收過程相平衡基礎(chǔ) 8.3 吸收過程模型及傳質(zhì)速率方程 8.4 吸收（或脫吸）塔計(jì)算 8.5 其他類型吸收 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 2 一、氣體吸收在化工中的應(yīng)用 吸收是將氣體混合物與適當(dāng)?shù)囊后w接觸，利用個(gè)組 分在液體中溶解度的差異而使氣體中不同組分分離的操 作?；旌蠚怏w中，能夠溶解于液體中的組分稱為吸收質(zhì) 或溶質(zhì)；不能溶解的組分稱為惰性氣體；吸收操

2、作所用 的溶劑稱為吸收劑；溶有溶質(zhì)的溶液稱為吸收液或簡(jiǎn)稱 溶液；派出的氣體稱為吸收尾氣。 吸收操作是氣體混合物的主要分離方法，化工生產(chǎn) 中它有以下幾種具體的應(yīng)用： 化工產(chǎn)品 分離氣體混合物 從氣體中回收有用組分 氣體凈化(原料氣的凈化和尾氣、廢氣的凈化 生化工程 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 3 二、吸收過程分類 按照吸收過程是否伴有化學(xué)反應(yīng)將吸收區(qū)分為化學(xué) 吸收和物理吸收兩大類。 在氣體吸收中，若混合氣體中只有一個(gè)組分在吸收 劑中有一定的溶解度，其余的組分的溶解度可以忽略， 這樣的吸收過程稱為單組分吸收。如果有兩個(gè)或更多的 組分能溶解于吸收劑中，這一過程稱為多組分吸收

3、。 在吸收過程中，當(dāng)氣體溶解于液體中時(shí)，通常有溶 解熱產(chǎn)生，若進(jìn)行伴有放熱的化學(xué)吸收時(shí)，還要放出反 應(yīng)熱，因此隨著吸收過程的進(jìn)行液相溫度要逐漸增高， 這樣的吸收稱為非等溫吸收。但若熱效應(yīng)很小，或被吸 收的組分濃度很低，且吸收劑的用量較大，則溫度的變 化不顯著，此時(shí)吸收過程可認(rèn)為是等溫吸收。 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 4 三、工業(yè)吸收過程 工業(yè)的吸收過程常在吸收塔中進(jìn)行。生產(chǎn)中除少部分直 接獲得液體產(chǎn)品的吸收操作外，一般的吸收過程都要求 對(duì)吸收后的溶劑進(jìn)行再生，即在另一稱之為解析他的設(shè) 備中進(jìn)行于吸收相反的操作解吸。因此，一個(gè)完整地 吸收分離過程一般包括吸收和解吸兩部

4、分。 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 5 8.2 吸收過程相平衡基礎(chǔ) 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 6 8.2.1氣液相平衡關(guān)系 氣體混合物與溶劑S相接觸時(shí)，將發(fā)生溶質(zhì)氣體向 液相的轉(zhuǎn)移，使得溶液中溶質(zhì)（A）的濃度增加。充分 接觸后的氣液兩相，液相中溶質(zhì)達(dá)到飽和，此時(shí)瞬間內(nèi) 進(jìn)入液相的溶質(zhì)分 子數(shù)與從液相逸出的溶質(zhì)分子數(shù)恰好 相抵，在宏觀上過程就像停止一樣，這種狀態(tài)稱為相際 動(dòng)平衡，簡(jiǎn)稱相平衡或平衡。 對(duì)于單組分物理吸收，組分?jǐn)?shù)c=3（溶質(zhì)A、惰性 氣體B、溶劑S），相數(shù)（氣、液），自由度數(shù)F應(yīng)為 F = c ? + 2 = 3? 2+ 2 = 3

5、 即在溫度、總壓和氣、液組成共四個(gè)變量中，有三個(gè)是 自變量，另一個(gè)是它們的函數(shù)。 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 7 在一定的操作溫度和壓力下，溶質(zhì)在液相中的溶解 度由其相中的組成決定。在總壓不很高的情況下，可以 認(rèn)為氣體在液體中的溶解度只取決于該氣體的分壓 pA ， c 而與總壓無關(guān)。于是，A*與 pA 得函數(shù)關(guān)系可寫成 c A* = f ( p A 當(dāng)然，也可以選擇液相的濃度 c 作自變量，這時(shí)，在 * 一定溫度下的氣相平衡分壓 p A 和 cA 的函數(shù)： A p A* = f ( c A 氣液平衡關(guān)系一般通過實(shí)驗(yàn)方法對(duì)具體物系進(jìn)行測(cè)定。 返回 西 安 交 大 化 工

6、 原 理 電 子 課 件 8 8.2.2亨利定律 亨利定律是稀溶液重要的經(jīng)驗(yàn)定律，在低壓（通常 指總壓小于0.5MPa）和一定溫度下，氣液相達(dá)到平衡狀 態(tài)時(shí)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下： p A* = Ex A 若溶質(zhì)在液相中的濃度用物質(zhì)的量濃度表示，則亨 利定律可表示成： p A* = cA H 若溶質(zhì)在液相和氣相中的濃度分別用摩爾分率x與y表 示，則亨利定律可表示成 y * = mx 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 9 8.3 吸收過程模型及傳質(zhì)速率方程 返回 西 氣體吸收是把氣相中的溶質(zhì)傳到液相的過程，即相際 安 交 間的傳質(zhì)。它由氣相與界面的對(duì)流傳質(zhì)、界面上溶質(zhì)組 分的溶解

7、、界面與液相的對(duì)流傳質(zhì)三個(gè)步驟串聯(lián)而成。 大 吸收劑 化 y 工 yi 原 yi 理 N xi xi 電 x 子 N 課 氣 （ b濃 度 分 布 (a吸 收 塔 件 10 8.3.1雙膜模型在吸收中的應(yīng)用 返回 西 由膜模型傳質(zhì)理論，氣相傳質(zhì)速率可表示為 安 p p N A = kG ( pG ? pi = kG P ( G ? i P P 交 令 k y = kG P 大 N = k (y ? y 化 得 工 原 同理，由膜模型理論，液相傳質(zhì)速率式為 c c 理 N = k (c ? c = k C ( ? C C 電 k x = k LC 令 子 N A = k x ( xi ? x 課

8、 得 件 A y i i L A L i L L 11 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 12 8.3.2傳質(zhì)速率方程 一、傳質(zhì)速率方程 E a y 斜率 A 如圖所示，吸收塔一截面氣 y P y?x 液兩相主體濃度在 y B 上可用一點(diǎn)a表示。此點(diǎn)一般 0 不在平衡線上。如雙膜模型 x x x 圖 8 4 主 體 濃 度 與 截 面 濃 度 示 意 圖 假設(shè)成立，表示界面上兩相 組成關(guān)系的點(diǎn)必位于平衡 線上。若在點(diǎn)附近兩項(xiàng)組成x，y所涉及的范圍內(nèi)，平 衡 縣可近似看成斜率為m的直線（若服從亨利定律，則為 相平衡常數(shù)）則 m( xi ? x = yi ? y * i * *

9、 i 或 ( y ? yi / m = x* ? xi 返回 西 不同的推動(dòng)力所對(duì)應(yīng)的不同傳質(zhì)系數(shù)和速率方程。 安 表81 傳質(zhì)速率方程的各種形式 交 濃度組成表示法 摩爾分率 物質(zhì)得量濃度或分壓 大 化 N = k (p ? p N = k (y ? y K =C K = k (c ? c 工 = k ( x ? x 傳質(zhì)速率方程 K =P K = k (p ? p 原 = k (y ? y k =C k = k (c ? c 其中 = k ( x ? x k =P k c = Hp , c = Hp 理 1 1 電 K = K = 1 m 1 1 + + k k K m=K k Hk 總傳

10、質(zhì)系數(shù) 子 1 K = HK 1 K = K = H 1 課 1 1 + + k k k m k 件 A y i A G x G i x L i L x i * * G L G L y G y * G L x L * x * * G G L L y G y L y x G L y x L G L x G L y x 13 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 14 二、界面濃度的求取 當(dāng)隨濃度變化時(shí)，用分傳質(zhì)速率方程式計(jì)算更加方 便，界面濃度 xi 與 yi 存在關(guān)系有： （1）有雙膜模型理論，yi 與 xi 在平衡線上。如果平衡線以 y = f ( x 表示，則 yi = f

11、 ( xi 。 （2）可導(dǎo)出 y ? yi k x = x ? xi k y 平衡關(guān)系與上式聯(lián)立可求解界面濃度 xi 與 yi 。在用作圖 法求解時(shí)，從氣、液兩相的實(shí)際濃度點(diǎn)出發(fā)，作斜率為 的一條直線，此直線與平衡線的交點(diǎn)即為所 求的界面濃度（ xi , yi ）。 k x / k y 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 15 三、傳質(zhì)阻力分析 總傳質(zhì)阻力為氣相分傳質(zhì)阻力與液相分傳質(zhì)阻力之和。若 1 1 1 m 分傳質(zhì)阻力 k k 中，則總傳質(zhì)阻力 K k 。此時(shí)的傳質(zhì)阻 力集中于氣相，稱為氣相阻力控制（亦稱氣膜控制）。氣 相阻力控制的條件是： y y y x （） 或 k

12、k 。此時(shí)若描繪于圖上，則連接氣、液實(shí) 際濃度點(diǎn)（x，y）與界面濃度點(diǎn)（ x , y ）的直線ab很 陡。 y kx ky 1 x i i （）溶質(zhì)在吸收劑中的溶解度很大，即平衡線斜率很 小，相平衡曲線平坦。 返回 西 y b 安 斜率m a y 交 大 y* y b y 化 0 x x x 0 x x x （ b）液 相 阻 力 控 制 (a氣 相 阻 力 控 制 工 圖 兩相中的吸收傳質(zhì)阻力示意圖 原 理 同時(shí)由圖(a可知，在氣相阻力控制條件下，以氣相摩 電 爾分率差表示的分傳質(zhì)推動(dòng)力 ( y ? y接近于總推動(dòng)力 ( y ?， y 子 總推動(dòng)力主要用于克服氣相阻力。 課 件 y i a

13、i * i * * i * i 16 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 17 液相阻力控制的條件是： 1 （） 。圖（b）中連接氣、液實(shí)際濃 ,y 度（x，y）與界面濃度（ x ）的直線ab較平坦。 ky kx ，或 kx ky i i （2）溶質(zhì)在吸收劑中的溶解度很小，即平衡線斜率m很大 ，相平衡曲線OE很陡。 同時(shí)，由圖（b）可知，在液相阻力控制條件下，以 液相摩爾分率差表示的分傳質(zhì)推動(dòng)力 ( x ? x 接近于總傳質(zhì)推 動(dòng)力 ( x ? x ，總推動(dòng)力主要用于克服液相阻力。 i * 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 18 8.4 吸收（或脫吸）塔計(jì)

14、算 返回 Ga ya La xa 西 8.4.1物料恒算和操作線方程 安 一、全塔物料恒算 交 穩(wěn)定操作的逆流吸收塔內(nèi)氣 G， y L， x 大 、液流率和組成如圖所示 化 ，其中以下標(biāo)代表塔頂，下標(biāo) 代表塔底，A、B、S分別代表 G L 工 y x 溶質(zhì)、惰性氣體和溶劑。 圖 8 7 吸 收 塔 氣 、 液 原 流率及組成 以不變的量作為物料恒算的基準(zhǔn)：對(duì)于氣體，是其中惰性 氣體的流 理 率 G L ；而對(duì)于液體，則是其中溶劑的流率 ： 電 G = G (1 ? y LS = L(1 ? x 子 與此相應(yīng)，氣液相組成應(yīng)采用摩爾比表示： 課 x y X= Y= 1? y 1? x 件 b b

15、b b B S B 19 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 20 對(duì)圖所示的吸收過程作全塔物料恒算，如下： GB (Yb ? Ya = Ls ( X b ? X a Ls = La (1 ? xa = Lb (1 ? xb 式中 a a b GB = Ga (1 ? ya = Gb (1 ? yb X Y X ，Y 分別代表塔頂、塔底氣液相摩爾比。 b 吸收操作時(shí)，表征吸收程度有兩種方式，即： （）吸收目的是為回收有用物質(zhì)，通常以吸收率 表示： = Y ?Y Y 被吸收的溶質(zhì) = b a = 1? a Yb Yb 進(jìn)塔氣中的溶質(zhì) （）吸收的目的是為了除去氣體混合物中的有害物

16、質(zhì)，一 般直接規(guī)定出塔氣中有害物質(zhì)的殘余濃度Y 。 a 返回 西 二、操作線方程及操作線 安 為確定吸收塔內(nèi)任一塔截面上相互接觸的氣、液組成間的關(guān)系，可對(duì)吸 交 收塔塔頂和任一截面間（即圖種虛線所示的范圍）作物料恒算如 大 下，即為逆流吸收塔的操作線方程式： G (Y ? Y = L ( X ? X 化 工 整理得 L L Y= X + (Y ? X G G 原 理 同理，亦可對(duì)塔底與任一截面間作物料恒算，得 GB (Yb ? Y = LS ( X b ? X 電 子 整理得 L L Y= X + (Y ? X 課 G G 件 B a S a S S a a B B S S b b B B 2

17、1 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 22 8.4.2吸收劑用量的確定 關(guān)于吸收劑用量，從能耗的角度考慮，希望流量要小，但限于氣體在液 體中的溶解度，流率小到一定程 度則達(dá)不到吸收要求，故需合理選取。 根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，一般情況下取吸收劑用量為最小用量的1.22.0倍是 比較適宜的，即 L ? LS = (1.1 2.0 ? S ? GB ? GB ?min 或 LS = (1.1 2.0 ( LS min 最小液氣比可用圖解法或計(jì)算求出 C ( X b* , Yb 。操作線與平衡線在點(diǎn)相 交，從而 LS ? Yb ? Ya ? ? = * ? GB ?min X b ?

18、X a 或 ( LS min = GB Yb ? Ya * Xb ? Xa 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 23 Y Yb LS1 B1 LS2 B2 C E Y Yb B B' (LS min T Ya A A Ya Xa Xb Xb' X 圖 8 10 特 殊 平 衡 線 下 的 最 小 液 氣 比 0 Xb 0 Xa Xb' X'b X 圖 8 9 吸 收 劑 用 量 對(duì) 操 作 線 的 影 響 及 最 小 液 氣 比 如果平衡曲線呈現(xiàn)如圖種所示的形狀，則應(yīng)過點(diǎn)A作平衡 Y B 曲線的切線 Y =，找到水平線與此切線的交點(diǎn) ，按下式計(jì)

19、算最小 液氣比，即 ' b LS ? Y ? Ya = b' ? ? ? GB ?min X b ? X a ( LS min = GB 或 Yb ? Ya X b' ? X a 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 24 8.4.3低濃度氣體吸收時(shí)的填料層高度 當(dāng)進(jìn)塔混合氣中的溶質(zhì)濃度不高（例如小于）時(shí)， 通常稱為低濃度氣體吸收。計(jì)算此類吸收問題時(shí)可作如下假設(shè)而不 致引入顯著誤差（對(duì)應(yīng)于圖種的流程）： （1）氣液相流量可視為常量。 （2）吸收過程可視為等溫吸收。 （3）傳質(zhì)系數(shù)可視為常量。 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 25 對(duì)

20、于低濃度氣體的吸收，可近似的用氣、液流經(jīng)全塔的混合氣體 與液體的流率、代替惰性組分的流率 G ，并以摩爾分 、 L x 率 y 、 代替摩爾比、，有： B S G ( y ? ya = L( x ? xa 或 y= L L x + ( ya ? xa G G 物料恒算式也可作： y= L L x + ( yb ? xb G G 返回 西 一、填料層高度的計(jì)算 安 進(jìn)行填料計(jì)算時(shí)，傳質(zhì)速率方程和物料恒算式應(yīng)對(duì)填料層的微分高度 交 列出，然后幾分得到填料層總高度。 大 液 體 進(jìn) L,x 化 氣體出 G， y 工 y x 原 dh h 理 y+dy 電 x+dx 氣體進(jìn) G， y 子 圖 8 11

21、 填 料 層 高 度 計(jì) 算 示 意 課 件 a a b 26 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 27 若以氣、液相摩爾分率差為總傳質(zhì)推動(dòng)力計(jì)算傳質(zhì)速率 h= xbxa NA ，得： Ldy K x ( x* ? x a ，h = yb ya Gdy K y ( y ? y* a 對(duì)于穩(wěn)定的低濃度氣體的吸收過程，、均不隨時(shí)間而變，且 在塔內(nèi)不同截面位置上均為定值，總傳質(zhì)系數(shù) K 、K 在全塔范圍內(nèi)也可 視為常數(shù)，則 y x h= G yb dy K y a ya ( y ? y* ， h = L xb dy K x a xa ( x* ? x A 若選用氣、液相摩爾分率差作

22、為分傳質(zhì)推動(dòng)力來計(jì)算傳質(zhì)速率 N ，同 理可得 h= G yb dy k y a ya ( y ? yi , h= L xb dx k x a xa ( x ? xi 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 28 二、傳質(zhì)單元數(shù)與傳質(zhì)單元高度 令 N OG = yb ya dy ( y ? y* H OG = G Kya 則以氣相摩爾分率差為總傳質(zhì)推動(dòng)力的填料層高度計(jì)算式可寫成： h = N OG ? H OG 若將傳質(zhì)單元的概念應(yīng)用于以業(yè)相摩爾分率差作為總船只推動(dòng)力的 情形，則可得 h = NOL ? H OL 式中， H OL L = Kxa N OL = xb xa dx

23、( x* ? x 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 29 相應(yīng)的傳質(zhì)單元數(shù)及傳質(zhì)單元高度表示如下表。 表82 傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù) 填 料層 高度 計(jì)算 式 傳質(zhì)單元高度 傳質(zhì)單元數(shù) 相互關(guān)系 h = H OG NOG h = H OL NOL 氣相總傳質(zhì)單元高度 氣相總傳質(zhì)單元數(shù) N OG = yb ya H OG = G K ya dy y ? y* 由式（818）、（8 21）可得 H OG = H G + mG HL L L HG mG 液相總傳質(zhì)單元高度 L H OL = Kxa 氣相傳質(zhì)單元高度 液相總傳質(zhì)單元數(shù) xb dx N OL = * xa x ?

24、x 氣相傳質(zhì)單元數(shù) NG = yb ya h = H G NG h = H L NL H OL = H L + HG = G kya dy y ? yi 液相傳質(zhì)單元高度 L HL = kx a 液相傳質(zhì)單元數(shù) xb dx NL = xa x ? x i H OG = mG H0L L 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 30 三、傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算 （）對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法 在吸收操作所涉及的組成范圍內(nèi)，若相平衡關(guān)系可用直線方程表示，即 相平衡關(guān)系服從亨利定律；或在操作組成范圍內(nèi)平衡關(guān)系為直線，此時(shí) 傳質(zhì)推動(dòng)力 ?y = ( y ? y 和 ?x = ( x ? x 分別隨和x呈

25、線性變化，推動(dòng)力?y 或 ?x 相 對(duì)于x或y的變化率均為常數(shù)，從而 * * N OG = yb ya yb dy y ? ya dy = = b y ? y* ya ?y ?yb ? ?ya yb ya y ? ya d ( ?y = b ?yb ? ?ya ?y ?y ln b ?y a 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 31 ya G y La xa y yb M x ya A ?ya yb G （ a） xb L 0 xa (b xb x y y* x* x B ?yb 圖 8 12 對(duì) 數(shù) 平 均 推 動(dòng) 力 法 求 傳 質(zhì) 單 元 數(shù) 示 意 圖 令 ym =

26、yb ? ? ya ? yb ln ? ya ym 稱為氣相對(duì)數(shù)平均傳質(zhì)推動(dòng)力 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 32 用同樣的方法，可得 N OL = xb ? xa x ?x = b a ?xb ? ?xa ?xm ?x ln b ?xa 式中 xm = xb ? ?xa ?x ln b ?xa 稱為液相對(duì)數(shù)平均傳質(zhì)推動(dòng)力。 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 33 ）吸收因數(shù)法 除對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法，也可將相平衡關(guān)系與操作線方程代入 y 中，直接積分求取得： N OG = 1 mG yb ? mxa mG ln(1 ? + mG L ya ? mxa

27、L 1? L yb a dy y ? y* 也常寫成 N OG = 1 y ? mxa 1 A ln(1 ? b + A ?1 A ya ? mxa A 同理也可以推出以液相濃度為總傳質(zhì)推動(dòng)力的傳質(zhì)單元數(shù)的表達(dá)式 N OL = y ? mxd S ln(1 ? S b + S = SN OG ya ? mxa 1? S 返回 西 當(dāng)平衡關(guān)系不滿足亨利定律，但可近似地以 安 變成 * yb ? ya 1 N OG = ln(1 ? S + S * 交 1? S ya ? ya 大 * yb ? ya S N OL = ln(1 ? S + S 化 * 1? S ya ? ya 工 原 式中， S

28、 = mG / L ，y = mx + b 理 電 子 課 件 * a a y = mx 直線表示時(shí)，則 +b 34 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 35 （3）其他計(jì)算方法 傳質(zhì)單元數(shù)的求解，其實(shí)質(zhì)為如何確定定積分的值。當(dāng)平 衡線不能作為直線。顯然上述對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法和吸收因數(shù)法 已不能適用。此時(shí)，除按照定積分的物理意義用圖解積分外， 還可采用數(shù)值積分，后者隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及相關(guān)工 程計(jì)算軟件的開發(fā)和利用，已變得易于實(shí)現(xiàn)并得到廣泛應(yīng)用。 返回 yb 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 36 8.4.4填料塔的設(shè)計(jì)型計(jì)算和操作型分析 填料吸收塔的計(jì)算問

29、題可分為設(shè)計(jì)型和操作型兩類，兩類問題均可通 過聯(lián)立全塔物料恒算式、填料層高度計(jì)算式及相平衡關(guān)系式求解。 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)是給定進(jìn)口溶質(zhì)濃度、進(jìn)塔混合氣的流率G、相平 衡關(guān)系及分離要求，計(jì)算所需要的填料層高度。在給定條件下，要完 成設(shè)計(jì)型計(jì)算尚需解決以下幾方面的問題： （1）為計(jì)算塔高，必須確定傳質(zhì)系數(shù)。 （2）氣、液流向的選擇。 （3）吸收劑進(jìn)口濃度的確定。 （4）吸收劑用量的確定。 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 37 二、填料塔的吸收型計(jì)算 吸收操作型計(jì)算特點(diǎn)是塔設(shè)備已給定（對(duì)填料塔則填料層高度h已知） 計(jì)算的基本類型有： （1）校核現(xiàn)有的塔設(shè)

30、備對(duì)制定的生產(chǎn)任務(wù)是否適用。如已知T、P、h x x 、G、L、b 、 a ，校核 ya 是否滿足要求； （2）考察某一操作條件改變時(shí)，吸收結(jié)果的變化情況或?yàn)檫_(dá)到制定的 生產(chǎn)任務(wù)應(yīng)采取的調(diào)節(jié)措施。 返回 西 8.4.5高濃度氣體吸收時(shí)填料層高度的計(jì)算 安 當(dāng)入塔氣體的溶質(zhì)含量較高（例如超過10%），對(duì)低濃度氣體的簡(jiǎn)化 交 處理方法顯然不在適用，高濃度氣體吸收時(shí)，按膜模型理論，氣相傳 質(zhì)分系數(shù)表示為： 大 DG P 1 ' ky = ? = ky RT G (1 ? y m (1 ? y m 化 也與液相濃度有關(guān)。 工 同理，若液相濃度較高澤液相傳質(zhì)分系數(shù) kx 綜上所述，可知高濃度氣體

31、吸收的計(jì)算要比低濃的復(fù)雜得多。 原 為考慮傳質(zhì)系數(shù)變化的影響，常選用氣相傳質(zhì)速率方程 ( y ? y 作為 N =k 理 計(jì)算的基礎(chǔ)。有： y dy 1 1 ? ya 電 N G ,C = + ln y (y ? y 2 1 ? yb i 子 課 件 A y i b a 38 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 39 ya=y1 8.4.6塔板數(shù) 吸收操作除用填料塔外， 也可采用板式塔。板式塔 的主要特點(diǎn)是：氣液兩相 的接觸是在塔板上進(jìn)行的 ，故組成沿著塔高呈階躍 式而不是連續(xù)式的變化。 為計(jì)算板式塔完成吸收任 務(wù)所需的塔板數(shù)，要應(yīng)用 物料恒算和氣液平衡量關(guān) 系，其常用方法是

32、圖解法 。 xa=x0 y1 1 x1 x2 x3 y2 y3 y4 2 3 4 n-1 n yN-1 xN-1 yN xN N-1 N A yn xn-1 A' xb=xN 圖 8 14 板 式 吸 收 塔 示 意 圖 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 40 一、梯級(jí)圖解法求理論塔板數(shù) 在塔設(shè)備內(nèi)任一取一截面 A ? A，設(shè)其位置落在第n-1與n塊板之間， 對(duì) 于塔頂、底作溶質(zhì)物料恒算，可得到操作線方程如下： A? A ' ' yn = yn = L L xn ?1 + ( yb ? xb G G L L xn ?1 + ( ya ? xa G G

33、 在板式吸收塔計(jì)算中，為簡(jiǎn)明計(jì)，常引用“理論塔板”的概念，其 定義是：氣液兩相在這種塔板上相遇時(shí)，因接觸良好、傳質(zhì)充分， 以致兩相在離開塔板時(shí)已達(dá)到平衡。 返回 y ,y 西 代表離開各層理論板氣、液組成的點(diǎn) E ( x ,、 E ( x ， 安 都在圖的平衡線OE之上。 交 y 大 yn+1 B P2 y3 化 P1 y2 工 E2 原 A y1 E1 理 電 0 子 x0 x1 x2 xN x 圖 8 15 圖 解 法 理 論 塔 板 數(shù) 示 意 圖 課 件 1 1 1 2 2 2 EN ( xN , y N ， 41 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 42 二、解析法

34、求理論塔板數(shù) 當(dāng)平衡關(guān)系符合 y = mx 、操作線為直線時(shí)，用克列姆塞爾（Kremeser） 等人提出的解析方法求理論塔板數(shù)。由于離開任一層理論塔板的液、氣 組成 * (x ( x1 , y1 ， N , yN 符合相平衡式，故有 y y1 = mx1 ，N = mxN 有 y2 = ya + L ya L ( ? xa = ya + Aya ? ( mxa = ( A + 1 ya ? Amxa G m mG 一直類推到第 N 層理論板之下（塔底），得到 y N +1 = ( A N + A N ?1 + + A + 1 ya ? ( A N + A N ?1 + + Amxa 即 A N

35、 +1 ? 1 A N +1 ? 1 yN +1 = ya ? mxa + mxa ( A ? 1 A ?1 A ?1 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 43 對(duì)板式吸收塔而言，塔板上的事跡傳質(zhì)情況遠(yuǎn)不如理論塔板完善，故 所需的實(shí)際塔板數(shù) Ne 較理論塔板數(shù)為多，常用塔板效率來衡量這 E0 種差別。定義全塔板效率或總板效率 為 E0 = N Ne E0 包括了傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)因數(shù)，其值與 物系和塔板結(jié)構(gòu)、操作條件有關(guān)。 板式吸收塔的全塔板效率可由實(shí)驗(yàn)測(cè)定或經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)圖確定，通常吸收 塔的 E0 范圍約為 10% 50% 。 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 44 8.4.7解吸（脫吸） 把溶液中的氣體溶質(zhì)釋放出來的過程稱為脫吸或解吸，其傳質(zhì)方向 與吸收相反，為吸收的逆過程。其目的是為了實(shí)現(xiàn)溶劑再生，并回 收溶質(zhì)。若吸收的目的是為了制取溶液成品，就不需要脫吸。 化工生產(chǎn)中常見的脫吸方法有以下幾種： 1、通入惰性氣體（氣提法） 2、通入直接水蒸氣（汽提或提留） 3、降低壓力 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 45 8.5 其他類型吸收 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 46 8.5.1多組分吸收 多組分吸收是指其體混合物中有幾個(gè)組 分同時(shí)被吸收的過程。多