第五章 氣體吸收

1、Unit Operations of Chemical Engineering 化 工 原 理化 工 原 理（ 下 ）（ 下 ）主講：楊 虎Tel-mail:四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收2/105課程考核課程考核課程成績課程成績: (6070%)卷面成績卷面成績+(4030%)平時(shí)成績平時(shí)成績期末考試期末考試:閉卷閉卷 統(tǒng)一命題統(tǒng)一命題 流水作業(yè)方式閱卷流水作業(yè)方式閱卷平時(shí)成績平時(shí)成績:作業(yè)作業(yè)+課堂考核課堂考核教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容: 第五章第五章 氣體吸收氣體吸收 第六章第六章 精餾精餾 第七章第七章 精餾

2、和吸收塔設(shè)備精餾和吸收塔設(shè)備 第八章第八章 干燥干燥第五章第五章 氣體吸收氣體吸收教學(xué)要求教學(xué)要求5-0 5-0 概述概述5-1 5-1 氣液相平衡氣液相平衡5-2 5-2 傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率5-3 5-3 吸收塔的計(jì)算吸收塔的計(jì)算5-4 5-4 吸收系數(shù)吸收系數(shù)5-55-5脫吸及其他條件下的脫吸及其他條件下的 吸收吸收復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收4/105教學(xué)要求教學(xué)要求重重 點(diǎn)：點(diǎn)：傳質(zhì)速率方程，低濃吸收填料層高度的計(jì)算傳質(zhì)速率方程，低濃吸收填料層高度的計(jì)算。覆蓋內(nèi)容：分子擴(kuò)散及渦流擴(kuò)散的概念，菲克定

3、律，一維定常分覆蓋內(nèi)容：分子擴(kuò)散及渦流擴(kuò)散的概念，菲克定律，一維定常分子擴(kuò)散速率，子擴(kuò)散速率，等分子反向擴(kuò)散，單向擴(kuò)散，等分子反向擴(kuò)散，單向擴(kuò)散，總體流動(dòng)；濃度的不總體流動(dòng)；濃度的不同表示法及其關(guān)系同表示法及其關(guān)系，模型，相內(nèi)傳質(zhì)速率式；，模型，相內(nèi)傳質(zhì)速率式；相平衡關(guān)系，傳質(zhì)相平衡關(guān)系，傳質(zhì)的方向、限度和推動(dòng)力、雙膜模型及傳質(zhì)理論簡介；的方向、限度和推動(dòng)力、雙膜模型及傳質(zhì)理論簡介；相際傳質(zhì)速相際傳質(zhì)速率式，傳質(zhì)阻力，氣膜控制、液膜控制率式，傳質(zhì)阻力，氣膜控制、液膜控制；吸收操作的基本概念，；吸收操作的基本概念，典型吸收設(shè)備與流程，典型吸收設(shè)備與流程，吸收過程的相平衡關(guān)系吸收過程的相平衡關(guān)系（

4、溶解度曲線，亨（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，利定律），影響平衡的主要因素；吸收過程的物料衡算，操作線操作線方程，吸收劑的選擇及用量的確定方程，吸收劑的選擇及用量的確定，最小溶劑用量的概念；傳質(zhì)，最小溶劑用量的概念；傳質(zhì)單元數(shù)及傳質(zhì)單元高度的概念，吸收因子（解吸因子）的概念，單元數(shù)及傳質(zhì)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(jì)算低濃吸收填料層高度的計(jì)算（平衡線為直線及曲線兩種情況）；（平衡線為直線及曲線兩種情況）；傳質(zhì)系數(shù)的測定與準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式；高濃度吸收的特點(diǎn)及計(jì)算的主要傳質(zhì)系數(shù)的測定與準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式；高濃度吸收的特點(diǎn)及計(jì)算的主要方程及步驟

5、；非等溫吸收的特點(diǎn)及平衡關(guān)系的確定。方程及步驟；非等溫吸收的特點(diǎn)及平衡關(guān)系的確定。四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收5/1055-0 5-0 概述概述 混合物混合物非均相混合物非均相混合物有明顯的相界面有明顯的相界面 機(jī)械分離機(jī)械分離均相混合物均相混合物以分子狀態(tài)分散以分子狀態(tài)分散 溶液：液態(tài)、氣態(tài)溶液：液態(tài)、氣態(tài)引入添加劑引入添加劑（物質(zhì)或能量）（物質(zhì)或能量）傳質(zhì)分離傳質(zhì)分離氣體吸收氣體吸收、精餾精餾、萃取、干燥、浸取、萃取、干燥、浸取某種力場作用下速率差異實(shí)現(xiàn)混合物的某種力場作用下速率差異實(shí)現(xiàn)混合物的分離分離速率分離過程速率分離過程

6、反滲透、滲析、膜分離反滲透、滲析、膜分離四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收6/1055-0 5-0 概述概述 按生產(chǎn)按生產(chǎn)目的分類目的分類1.提取和回收提取和回收從從混合物中提取某種或混合物中提取某種或某幾種有用的組分。某幾種有用的組分。 按組分在兩相間按組分在兩相間的分配差大小的分配差大小2.純化純化除去混合物中少量雜質(zhì)。除去混合物中少量雜質(zhì)。3.濃縮：將含有組分少的稀溶液增濃。濃縮：將含有組分少的稀溶液增濃。兩相分配差很大兩相分配差很大吸收、萃取、吸收、萃取、浸取、干燥、蒸餾、吸附等。浸取、干燥、蒸餾、吸附等。特點(diǎn)：引入一股物流特點(diǎn)

7、：引入一股物流兩相分配差很小兩相分配差很小精餾、回流萃取精餾、回流萃取特點(diǎn)：引入兩股物流特點(diǎn)：引入兩股物流四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收7/1055-0 5-0 概述概述吸收：溶質(zhì)吸收：溶質(zhì)氣相氣相 液相液相解吸（脫吸）：溶質(zhì)解吸（脫吸）：溶質(zhì)液相液相 氣相氣相 氣體吸收氣體吸收 術(shù)語術(shù)語 溶質(zhì)溶質(zhì) A；惰性氣體；惰性氣體 B溶解的組份）溶解的組份）；S溶劑溶劑；吸收液吸收液S+AS+A；吸收尾氣；吸收尾氣（A A）+B+B。 分類分類物理吸收、化學(xué)吸收物理吸收、化學(xué)吸收單組分吸收、多組分吸收單組分吸收、多組分吸收等溫吸收、非等溫吸

8、收等溫吸收、非等溫吸收低濃度吸收、高濃度吸收低濃度吸收、高濃度吸收四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收8/1055-1 5-1 氣氣液相平衡液相平衡 溶質(zhì)在氣、液相間的平衡關(guān)系是分析判斷溶質(zhì)在相間傳遞溶質(zhì)在氣、液相間的平衡關(guān)系是分析判斷溶質(zhì)在相間傳遞過程中的方向、極限以及確定傳遞過程推動(dòng)力大小的依據(jù)。過程中的方向、極限以及確定傳遞過程推動(dòng)力大小的依據(jù)。一一.氣體的溶解度氣體的溶解度氣相氣相A +B，液相，液相A+S 兩個(gè)組分。兩個(gè)組分。強(qiáng)度性質(zhì)：強(qiáng)度性質(zhì)： P、t、yA、 yB 、 xA、xS歸一方程：歸一方程：yA yB 1 xA xS

9、 1P,T一定，則：一定，則：yA =f( xA ) 相律相律 FC 2； 2 、 C 3 F=3四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收9/1055-1 5-1 氣氣液相平衡液相平衡總壓總壓P不很高時(shí)，溶解度只不很高時(shí)，溶解度只取決于該氣體在氣相中的分取決于該氣體在氣相中的分壓，與壓，與P無關(guān)無關(guān)。溶解度曲線與物系、溶解度曲線與物系、溫度溫度、壓壓力力等因素有關(guān)，從溶解度曲線等因素有關(guān)，從溶解度曲線可以得出：降低溫度、增大壓可以得出：降低溫度、增大壓強(qiáng)都能使氣體的溶解度增大，強(qiáng)都能使氣體的溶解度增大，即有利于吸收過程，反之則有即有利于吸收過

10、程，反之則有利于解吸過程。利于解吸過程。 溶解平衡溶解平衡動(dòng)態(tài)平衡動(dòng)態(tài)平衡氣相分壓氣相分壓平衡分壓平衡分壓 （飽和分壓）；液相中溶質(zhì)的組成（飽和分壓）；液相中溶質(zhì)的組成平衡組成平衡組成 （溶解度：以單位質(zhì)量（體積）溶劑中的溶質(zhì)）（溶解度：以單位質(zhì)量（體積）溶劑中的溶質(zhì)）四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收10/1055-1 5-1 氣氣液相平衡液相平衡查圖：查圖：P 60kPa、 t20 時(shí)，時(shí)，氨氨、 二氧化硫二氧化硫 、 氧在水中的氧在水中的溶解度為：溶解度為：390g / 1 000g、68g / 1 000g 、0.025g/ 1

11、 000g 。四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收11/1055-1 5-1 氣氣液相平衡液相平衡二二.亨利定律亨利定律氣液平衡數(shù)據(jù)的表示方法：列表、圖示法、關(guān)系式。氣液平衡數(shù)據(jù)的表示方法：列表、圖示法、關(guān)系式。氣相分壓氣相分壓pA(kPa)氣相氣相質(zhì)量比質(zhì)量比 x溶質(zhì)溶質(zhì)A與溶劑與溶劑S（或惰氣（或惰氣B）質(zhì)量比）質(zhì)量比 ；物質(zhì)量濃度物質(zhì)量濃度 Ckmol/m3；摩爾分率；摩爾分率yA、xAmol/mol；摩爾比摩爾比(Y 、 X)被考查組分的物質(zhì)量被考查組分的物質(zhì)量/除該組分外所有組除該組分外所有組分的物質(zhì)量之和。分的物質(zhì)量之和。不同

12、溶質(zhì)濃度間的關(guān)系：不同溶質(zhì)濃度間的關(guān)系：xA=( x/MA)/(x/MA +1000/ MS )；C=( x/MA)/(x +1000)/ ；C= xA/（xA MA + (1xA) MS / ）Y=y/(1-y)；X=x/(1-x) 相組成的表示相組成的表示四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收12/1055-1 5-1 氣氣液相平衡液相平衡 P*A= E xA E:kPaE=f (物特性、溫度）物特性、溫度） T，E E反映了氣相組分在該溶劑中溶解度的大小。反映了氣相組分在該溶劑中溶解度的大小。在同一溶劑中，在同一溶劑中， E越大，溶解

13、度越小。越大，溶解度越小。 P*A=CA/H CA：kmol/m3；H：(kmol/m3 )/(mmHg 或或 atm 或或 kPa) 亨利定律亨利定律H與與E相反，相反，H愈大，溶解度愈大，且愈大，溶解度愈大，且T，H y*A=m xA m相平衡常數(shù)，相平衡常數(shù)，m=E/P。Y*/(1+Y*)=mX/(1+X)Y*=mX/(1+(1-m)X),對(duì)稀溶液：對(duì)稀溶液：Y*=m X四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收13/1055-1 5-1 氣氣液相平衡液相平衡E=C/H m=C/（HP） C：總濃度：總濃度SEMH稀溶液稀溶液(CCS)：

14、注意：對(duì)于稀溶液，注意：對(duì)于稀溶液，CA很小，很小，C= /MS；一般認(rèn)；一般認(rèn)為總壓在為總壓在5atm以下，以下，E、H值與總壓無關(guān)。值與總壓無關(guān)。三三.過程方向判斷與過程的推動(dòng)力過程方向判斷與過程的推動(dòng)力1.過程方向過程方向a) 平衡；平衡；b) 吸收；吸收；c) 解吸解吸2.推動(dòng)力表示方法：推動(dòng)力表示方法：y yx xb(xb(x1 1,y,y1 1) )y y1 1x x1 1x x* *1 1a ac cy*=mxy ya ay yc c(y1-y1*）氣相氣相 濃差濃差 (x1*-x1 ) 液相濃差液相濃差四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理

15、氣體吸收氣體吸收14/1055-1 5-1 氣氣液相平衡液相平衡四四.吸收劑的選擇吸收劑的選擇 溶解度溶解度吸收劑對(duì)于溶質(zhì)應(yīng)具有較大的溶解度，從而減少吸收劑對(duì)于溶質(zhì)應(yīng)具有較大的溶解度，從而減少吸收劑的用量。吸收劑的用量。 選擇性選擇性對(duì)溶質(zhì)有較大的溶解度，而對(duì)混合氣體中的氣體對(duì)溶質(zhì)有較大的溶解度，而對(duì)混合氣體中的氣體組分卻基本不溶解。組分卻基本不溶解。 揮發(fā)性揮發(fā)性 操作溫度下的飽和蒸汽壓要低。操作溫度下的飽和蒸汽壓要低。 粘性粘性盡可能的小。盡可能的小。 化學(xué)穩(wěn)定性、毒性、易燃性、發(fā)泡性、冰點(diǎn)、價(jià)格、來源化學(xué)穩(wěn)定性、毒性、易燃性、發(fā)泡性、冰點(diǎn)、價(jià)格、來源四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教

16、研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收15/1055-2 5-2 傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率一一. .相間傳質(zhì)步驟相間傳質(zhì)步驟 物質(zhì)從氣相主體到兩相界面；物質(zhì)從氣相主體到兩相界面； 在界面上溶解；在界面上溶解； 從界面到液相主體。從界面到液相主體。二二.分子擴(kuò)散與菲克定律分子擴(kuò)散與菲克定律 分子擴(kuò)散分子擴(kuò)散定義定義 機(jī)理機(jī)理濃度差濃度差+分子擴(kuò)散分子擴(kuò)散物質(zhì)傳遞物質(zhì)傳遞 相相界界面面 水水 pG 氣氣相相主主體體 pi 液液相相主主體體 傳傳質(zhì)質(zhì)方方向向 Ci CL 空空氣氣+氨氨氣氣 吸吸收收靜止流體靜止流體 層流的流體層流的流體 湍流的流體湍流的流體物質(zhì)傳遞：物質(zhì)

17、傳遞：高濃度高濃度低濃度低濃度四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收16/1055-2 5-2 傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率 分子擴(kuò)散速率方程分子擴(kuò)散速率方程費(fèi)克（費(fèi)克（Fick）定律）定律擴(kuò)散通量擴(kuò)散通量(JA) mol/m2.s （kmol/m2.h)費(fèi)克（費(fèi)克（Fick）定律）定律在在1855年由費(fèi)克（年由費(fèi)克（Fick）在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出的。）在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出的。dZdpRTDJdzdCDJAABZAAABzA,四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收17/1055-2

18、5-2 傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率 DAB和和DBA關(guān)系關(guān)系: :氣相：氣相：DAB =DBA液相：液中相組分的擴(kuò)散系數(shù)通常不存在上述類似的關(guān)系。液相：液中相組分的擴(kuò)散系數(shù)通常不存在上述類似的關(guān)系。擴(kuò)散速度擴(kuò)散速度JA=CA uD A CA:該點(diǎn)處組分該點(diǎn)處組分A的濃度的濃度(kmol/m3)；uDA：擴(kuò)散速度：擴(kuò)散速度(m/s) 三傳比較三傳比較費(fèi)克定律形式：費(fèi)克定律形式： JA =DAB(dCA/dz)牛頓粘性定律：牛頓粘性定律： = - (du/dy)=-( /)(du /dy)付立葉定律：付立葉定律： q = (dT/dz) 四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院

19、化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收18/1055-2 5-2 傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率三三. .氣相中的定態(tài)分子擴(kuò)散氣相中的定態(tài)分子擴(kuò)散 傳質(zhì)速率（傳質(zhì)速率（N NA A) )：mol/mmol/m2 2.s (kmol/m.s (kmol/m2 2.h) .h) 。 等分子反向擴(kuò)散等分子反向擴(kuò)散pA1pB1P,TpA2pB2P,T12pA1pA2ABz1z2pA1pB1KL NA1NA2 = - NB1 - NB2 無主體流動(dòng)，即無主體流動(dòng)，即N 0據(jù)：據(jù)：NA = JA +N(CA / C )=JA NB = JB +N(CB / C) =JB得：得：NA = JA =

20、DAB(dCA/dz)=Constant，CA（PA）z為直線。為直線。得：得：NA = JA =DAB(dCA/dZ) =ConstantCA（PA）Z為直線為直線NA = (D /Z)(CA1_CA2) =(D / (ZRT) (PA1PA2)四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收19/1055-2 5-2 傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率pA1pB1P,TpA2pB2P,T12pA1pA2ABz1z2pA1pB1KLN 單向擴(kuò)散單向擴(kuò)散物料衡算：物料衡算：NA1NA2 NB1NB2 0總體流動(dòng)總體流動(dòng) ：N （kmol/m2.S）

21、NA =JA+N(CA / C ) NB=JB+N (CB / C ) 0B在設(shè)備空間沒有流動(dòng)，稱停滯組分在設(shè)備空間沒有流動(dòng)，稱停滯組分 NA=NJA=NA（C-CA）/C= DAB（dC/dZ）NA =DABC /(C CA)(dCA/dZ) =constantNA =(DAB/RT)P/(PPA)(dPA/dZ) constant四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收20/1055-2 5-2 傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率得：得： NA =(DAB P /ZRT) ln (PPA2)/ (PPA1 )121221ln)(BBBB

22、BmAABmAppppppppPRTZDN漂流因子漂流因子當(dāng)當(dāng)A的的CA較低時(shí)，較低時(shí)，PBm 1.0液相的傳質(zhì)液相的傳質(zhì)C為常數(shù)：為常數(shù)：C為常數(shù)：對(duì)于非等摩爾反向擴(kuò)散和單向擴(kuò)散，也可根據(jù)以下為常數(shù)：對(duì)于非等摩爾反向擴(kuò)散和單向擴(kuò)散，也可根據(jù)以下三式：三式： NA =JA+N (CA / C ) 、NB=JB+N(CB / CM )及及 N N+ JA+ JB 求出：求出： NA和和NB。)(21AABmACCCCZDN四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收21/1055-2 5-2 傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率 研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀擴(kuò)

23、散系數(shù)與組分的性質(zhì)、溫度以及濃度有關(guān)。擴(kuò)散系數(shù)與組分的性質(zhì)、溫度以及濃度有關(guān)。 液相中分子擴(kuò)散系數(shù)的量級(jí)液相中分子擴(kuò)散系數(shù)的量級(jí)液體中的擴(kuò)散系數(shù)液體中的擴(kuò)散系數(shù)DL要比在氣體中小的多，一般相差要比在氣體中小的多，一般相差104-105倍，倍，但由于氣體中組分的摩爾濃度比但由于氣體中組分的摩爾濃度比liquid中小，所以氣體中的擴(kuò)中小，所以氣體中的擴(kuò)散通量只比散通量只比liquid 大大10-102倍。倍。五五.擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù) 定義：擴(kuò)散系數(shù)是物質(zhì)很重要的傳遞特性，它表示物質(zhì)分定義：擴(kuò)散系數(shù)是物質(zhì)很重要的傳遞特性，它表示物質(zhì)分子擴(kuò)散速度的大小，擴(kuò)散系數(shù)大，表示分子擴(kuò)散快。子擴(kuò)散速度的大小，擴(kuò)散

24、系數(shù)大，表示分子擴(kuò)散快。四四.液相中的穩(wěn)態(tài)分子擴(kuò)散液相中的穩(wěn)態(tài)分子擴(kuò)散四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收22/1055-2 5-2 傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率 單位單位DAB、 / / 、 /(/( C CP P ) )： m2 / s 或或 cm2 / s 影響因素影響因素組分組分本身本身 介質(zhì)介質(zhì)、組分、組分濃度濃度、溫度溫度、壓力壓力 獲取方法獲取方法實(shí)驗(yàn)測定實(shí)驗(yàn)測定 常見物系的常見物系的D D可在手冊(cè)中查取可在手冊(cè)中查取( (半半) )經(jīng)驗(yàn)公式，如：經(jīng)驗(yàn)公式，如：對(duì)氣體：對(duì)氣體：T ，D ；P ， D ；濃度影響很小；

25、濃度影響很小D D0 (P0 / P)(T / T0 ) 1.5對(duì)液體：對(duì)液體： T ，D ；壓強(qiáng)的影響很小，但濃度的影響不可忽略；壓強(qiáng)的影響很小，但濃度的影響不可忽略23131505151110364)vv(P)MM(T.DBA.BA. 四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收23/1055-2 5-2 傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率六六.對(duì)流傳質(zhì)對(duì)流傳質(zhì) 渦流擴(kuò)散渦流擴(kuò)散定義定義 原因原因 擴(kuò)散通量擴(kuò)散通量dzdCDDJAEA)(渦流擴(kuò)散系數(shù)DE=f(系統(tǒng)的幾何形狀，尺寸、位置、流速、流體物性系統(tǒng)的幾何形狀，尺寸、位置、流速、流體物

26、性） 對(duì)流傳質(zhì)對(duì)流傳質(zhì)流動(dòng)流體流動(dòng)流體相界面相界面流體流動(dòng)對(duì)傳質(zhì)的貢獻(xiàn)：流體流動(dòng)對(duì)傳質(zhì)的貢獻(xiàn)：流流體流動(dòng)會(huì)強(qiáng)化質(zhì)量傳遞體流動(dòng)會(huì)強(qiáng)化質(zhì)量傳遞氣液相界面zyz1z1+dzuCAu,CA-dCANA|z1NA|z1+dzgasliquiddy四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收24/1055-2 5-2 傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率mn液體氣體氣相有效膜厚度層流層厚度pipAzGzG)()(iGiBmGAppkpppRTzDPN濕壁塔濕壁塔有效膜（厚度為有效膜（厚度為ZG，ZL）)()(cckccczCDNiLiSmLAkG：氣膜傳質(zhì)系

27、數(shù)，：氣膜傳質(zhì)系數(shù)，kmol/s.m2.kPa；kL：液膜傳質(zhì)系數(shù)液膜傳質(zhì)系數(shù),m/s七七.吸收過程的機(jī)理吸收過程的機(jī)理 吸收過程的步驟：吸收過程的步驟：氣體內(nèi)單相對(duì)流傳質(zhì)氣體內(nèi)單相對(duì)流傳質(zhì)相界面的溶解相界面的溶解液相內(nèi)的單相傳質(zhì)液相內(nèi)的單相傳質(zhì)。四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收25/1055-2 5-2 傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率 研究進(jìn)展：已有三種著名的吸收機(jī)理模型提出研究進(jìn)展：已有三種著名的吸收機(jī)理模型提出。 處理方法處理方法工程處理方法、理論方法工程處理方法、理論方法雙膜模型雙膜模型氣相主體 液相主體 相界面pi =

28、 ci / Hp zGzLpi ci c 氣膜液膜1) 1) 穩(wěn)定的相界面穩(wěn)定的相界面，兩側(cè)各有一，兩側(cè)各有一很?。ê鼙。▃ zG G 和和 z zL L ）的）的流體膜層流體膜層，膜層內(nèi)膜層內(nèi)分子擴(kuò)散。分子擴(kuò)散。2)2) 界面界面溶解溶解無阻力無阻力3 3）膜層外區(qū)域膜層外區(qū)域的傳質(zhì)阻力不計(jì)。的傳質(zhì)阻力不計(jì)。雙膜模型雙膜模型兩膜層的穩(wěn)定分子兩膜層的穩(wěn)定分子擴(kuò)散的擴(kuò)散的串聯(lián)過程串聯(lián)過程。四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收26/1055-2 5-2 傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率)()(iGiBmGAppkpppPRTZDN)()(

29、cckcccCZDNiLiBmLA缺陷：缺陷：1 1）kG，kLD，DL ；2）ZG ZL pi ci 難以確定難以確定；3）穩(wěn)定相界面穩(wěn)定相界面、分子擴(kuò)散問題分子擴(kuò)散問題優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：模型簡單模型簡單傳質(zhì)過程的計(jì)算中得到了廣泛承認(rèn)，仍是傳質(zhì)傳質(zhì)過程的計(jì)算中得到了廣泛承認(rèn)，仍是傳質(zhì)過程及設(shè)備設(shè)計(jì)的依據(jù)。過程及設(shè)備設(shè)計(jì)的依據(jù)。溶質(zhì)滲透模型溶質(zhì)滲透模型 1935 1935年年 HiVbieHiVbie( (希格比希格比) ) 提出溶質(zhì)滲透模型：微小的液體單提出溶質(zhì)滲透模型：微小的液體單元元相界面；置換取代與暴露時(shí)間；界面的溶解無阻力存在。相界面；置換取代與暴露時(shí)間；界面的溶解無阻力存在。四川理工學(xué)院

30、四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收27/1055-2 5-2 傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率界面c i液相表面濃度c0z溶質(zhì)滲透模型的示意圖界面cAicA0距相界面的距離液相濃度cA 增加 22ZcDc )0(, 0,);0(, 000 zccccZccZi 四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收28/1055-2 5-2 傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率NA|Z=0 = (D/ 0 ) (C iC0 ) （注意（注意: 0增大，增大， NA減小）減?。﹌L =2 (D/ 0 ) 0

31、溶質(zhì)滲透時(shí)間。溶質(zhì)滲透時(shí)間。意義：意義：kLDD0.5 0.5 ； 非定態(tài)特性非定態(tài)特性表面更新模型表面更新模型 1951 1951年年 DanckwertsDanckwerts ( (丹克沃茲丹克沃茲) ) 提出：不同暴露時(shí)間的液提出：不同暴露時(shí)間的液體微元體微元液體表面；各年齡微元體被置換下去的幾率液體表面；各年齡微元體被置換下去的幾率該年該年齡的微元體數(shù)；年齡分布齡的微元體數(shù)；年齡分布 =se=se-s -s 。模型中引入一個(gè)參數(shù)模型中引入一個(gè)參數(shù)S S -表面更新頻率。表面更新頻率。結(jié)論：結(jié)論：kL = (D S ) 1/2兩者區(qū)別兩者區(qū)別: : 溶質(zhì)滲透模型溶質(zhì)滲透模型周期性（周期性

32、（ 0）更新更新；表面更性；表面更性模型模型 不固定，不固定，更新是隨時(shí)進(jìn)行更新是隨時(shí)進(jìn)行的過程。的過程。四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收29/1055-2 5-2 傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率 局限性與意義局限性與意義局限性局限性用于設(shè)計(jì)過程還有一定的距離。用于設(shè)計(jì)過程還有一定的距離。意義意義有助于深刻理解過程的物理實(shí)質(zhì)，即：非定態(tài)有助于深刻理解過程的物理實(shí)質(zhì)，即：非定態(tài)過程和表面更新，指明了強(qiáng)化傳質(zhì)的途徑。過程和表面更新，指明了強(qiáng)化傳質(zhì)的途徑。八八.吸收速率方程吸收速率方程 吸收速率吸收速率吸收速率吸收速率=推動(dòng)力（濃度差

33、）推動(dòng)力（濃度差）/阻力阻力 =吸收系數(shù)吸收系數(shù)推動(dòng)力推動(dòng)力氣膜液膜傳質(zhì)方向ppiccimndh穩(wěn)態(tài)操作穩(wěn)態(tài)操作任意截面（任意截面（mn，dh0) ，相界面兩側(cè)的氣、液膜層的吸收速率相等。相界面兩側(cè)的氣、液膜層的吸收速率相等。四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收30/1055-2 5-2 傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率 膜（相內(nèi)）吸收速率：膜（相內(nèi)）吸收速率：氣膜：氣膜：NA = kG (p pi ) = k y (y y i ) kG=(DP)/(RTZGpBm)： kmol/m2.s.kPa；ky：kmol/m2.s氣膜阻力：氣

34、膜阻力：1/kG；1/ky當(dāng)系統(tǒng)總壓不太高（氣相服從分壓定律）時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)總壓不太高（氣相服從分壓定律）時(shí)，y=p/P、yi=pi/P，因此：因此：ky=PkG。液膜：液膜：NA= kL (c ic)= k x (x ix)kL =DC/(zLcSm) ：kmol/(m2.s.kmol/m3)或或m/s；kx：kmol/m2.s液膜阻力：液膜阻力：1/kL，1/kx當(dāng)液相總濃度恒定，則當(dāng)液相總濃度恒定，則xi=ci/C、x=c/C，得：，得：kx=C kL。四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收31/1055-2 5-2 傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率傳

35、質(zhì)機(jī)理與吸收速率相界面的組成相界面的組成（NA ）G= (NA) L kG (pp i ) = kL (cic)故故: (pp i)/(cic)=kL/kG 當(dāng)此當(dāng)此kL/kG已知時(shí)，可已知時(shí)，可求出界求出界面的濃度面的濃度p i 、ci 。 總（相間）吸收速率方程總（相間）吸收速率方程以氣相總濃度差表示以氣相總濃度差表示YyGLGGYyGAKKPKHkkKYYKyyKppKN111)()()(*四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收32/1055-2 5-2 傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率KG：氣相總吸收系數(shù)：氣相總吸收系數(shù)(kmo

36、l/m2.s.kPa)Ky：氣相總吸收系數(shù)：氣相總吸收系數(shù)(kmol/m2.s)過程總阻力：過程總阻力：1/KG 氣膜阻力：氣膜阻力：1/kG 液膜阻力：液膜阻力：1/(H kL )過程總阻力：過程總阻力：1/Ky 氣膜阻力：氣膜阻力：1/ky 液膜阻力：液膜阻力：m/kx 氣膜控制氣膜控制特點(diǎn)：易容性氣體，當(dāng)特點(diǎn)：易容性氣體，當(dāng)kG、kL數(shù)量級(jí)相同，數(shù)量級(jí)相同，H很大，使很大，使1/ kG 1/(HkL)，KG kG措施：減小氣膜阻力措施：減小氣膜阻力系統(tǒng)壓力不太高的低濃度吸收：系統(tǒng)壓力不太高的低濃度吸收：KY K y=PKG四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原

37、理化工原理氣體吸收氣體吸收33/1055-2 5-2 傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率)()()(*XXKxxKccKNXxLA以液相總濃度差表示以液相總濃度差表示xyxLGLkmkKkkHK11111KL：m/sKx：kmol/m2.s液膜控制液膜控制減小液膜阻力減小液膜阻力當(dāng)液相濃度恒定，低濃度吸收有當(dāng)液相濃度恒定，低濃度吸收有KX Kx=CKL四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收34/1055-2 5-2 傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率 小結(jié)小結(jié))()()()(xxkyykcckppkNixiyiLiGA smLbmGcz

38、CDLLxpRTzDPGGykCkkkPkk; 液膜：氣膜：)()()()()()(*XXKYYKxxKyyKccKppKNXYxyLGA xyxxyyLGLLGGkmkKkmkKkkHKHkkK1111111111 ;LxXGyYCKKKPKKK 收：壓力不太高的低濃度吸四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收35/1055-3 5-3 吸收塔的計(jì)算吸收塔的計(jì)算 概述概述塔的類型塔的類型填料塔填料塔氣、液連續(xù)接觸；氣、液連續(xù)接觸；板式塔板式塔氣、液逐級(jí)接觸氣、液逐級(jí)接觸。 兩相的流動(dòng)方式兩相的流動(dòng)方式流動(dòng)方式兩種流動(dòng)方式兩種: :并流、并流

39、、逆流逆流。逆流V,Y1L,X1V,Y2L,X2并流L,X1V,Y1L,X2V,Y2nmkl相同條件下，逆流能獲得相同條件下，逆流能獲得更大更大的推動(dòng)力的推動(dòng)力，從而提高傳質(zhì)速率；，從而提高傳質(zhì)速率；能能提高吸收液的出口濃度提高吸收液的出口濃度，減，減小吸收劑的用量；小吸收劑的用量；降低尾氣濃降低尾氣濃度度，提高吸收效果。，提高吸收效果。四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收36/1055-3 5-3 吸收塔的計(jì)算吸收塔的計(jì)算 低濃度氣體吸收的特點(diǎn)低濃度氣體吸收的特點(diǎn)貫穿填料層（以后簡稱全塔）的氣液相摩爾流率貫穿填料層（以后簡稱全塔）的氣液

40、相摩爾流率V、L均均可視為常量可視為常量，其單位為：，其單位為：kmol/(m2.s) ；全塔可視為全塔可視為等溫吸收等溫吸收（略去了溶解熱效應(yīng)）；（略去了溶解熱效應(yīng)）；傳質(zhì)分系數(shù)傳質(zhì)分系數(shù)k y 、 k x在全塔不同截面處均可視為在全塔不同截面處均可視為常量常量。設(shè)計(jì)型計(jì)算：給定混合氣體處理量、設(shè)計(jì)型計(jì)算：給定混合氣體處理量、Y1和回收率和回收率(Y2)選選擇適宜的吸收劑、操作條件擇適宜的吸收劑、操作條件吸收劑的最小用量吸收劑的最小用量實(shí)際實(shí)際用量用量選擇填料選擇填料操作流速操作流速塔徑塔徑傳質(zhì)系數(shù)傳質(zhì)系數(shù)填料層填料層高度高度。 計(jì)算類型：設(shè)計(jì)型計(jì)算、操作型計(jì)算計(jì)算類型：設(shè)計(jì)型計(jì)算、操作型計(jì)

41、算四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收37/1055-3 5-3 吸收塔的計(jì)算吸收塔的計(jì)算一一.吸收塔的物料衡算與操作線方程吸收塔的物料衡算與操作線方程1.全塔物料衡算全塔物料衡算范圍范圍 基準(zhǔn)基準(zhǔn) 對(duì)象對(duì)象 目的目的V：kmol(B)/h；L：kmol(S)/h；Y1、Y2：kmol(A)/kmol(S)；X1、X2：kmol(A)/kmol(S)。VA：吸收負(fù)荷：吸收負(fù)荷kmol/h。)()(21211221XXLYYVLXVYLXVY 對(duì)對(duì)溶溶質(zhì)質(zhì)：四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收

42、氣體吸收38/1055-3 5-3 吸收塔的計(jì)算吸收塔的計(jì)算并流吸收塔V,Y1L,X2V,Y2L,X1mnXY吸收率吸收率)(YYAYYYVY)YY(VA 1121211212.吸收塔的操作線方程與操作線吸收塔的操作線方程與操作線 逆流逆流 上部：上部： Y=(L/V)X+(Y2-(L/V)X2)下部：下部： Y=(L/V)X+(Y1-(L/V)X1)假設(shè)：對(duì)低濃度吸收，惰性氣體假設(shè)：對(duì)低濃度吸收，惰性氣體不容解且溶劑不揮發(fā)。不容解且溶劑不揮發(fā)。特點(diǎn)：直線特點(diǎn)：直線 并流并流上部：上部：Y= - (L/V)X+Y1+(L/V)X2 下部：下部：Y= - (L/V)X+（Y2+(L/V)X1）

43、YY1Y2X2X1Y=mXBTTBXY*Y并Y逆四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收39/1055-3 5-3 吸收塔的計(jì)算吸收塔的計(jì)算a塔b塔Y1aX1aX2aY2aY2bY1bX2bX1bX1aY1aX2a=X1bX2bY2a=Y2bY1babXYY*=f(X) 兩塔聯(lián)合操作的操作線兩塔聯(lián)合操作的操作線a塔b塔Y1aX1aX2aY2aY2bY1bX2bX1bX1aY1aX1bX2b=X2aY2a=Y2bY1babXYY*=f(X)a塔b塔Y1aX1aX2aY2aY2bY1bX2bX1bX1aY1aX1bX2b=X2aY2a=Y1bY2

44、babXYY*=f(X)四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收40/1055-3 5-3 吸收塔的計(jì)算吸收塔的計(jì)算二二.吸收劑用量的確定吸收劑用量的確定V、Y1、Y2或或( A)、T、P、 X2 等一定，則：等一定，則：L ，X1 。 對(duì)對(duì)Y*=mX；則；則(L/V)min=(Y1-Y2)/(X1*-X2) = (Y1-Y2)/(Y1/m)-X2)當(dāng)當(dāng)X2=0 (L/V)min=mA最小液氣比最小液氣比(L/V)min最小溶劑用量最小溶劑用量LminYY1Y2X2X1X1X1LLLY*=mX四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院

45、化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收41/1055-3 5-3 吸收塔的計(jì)算吸收塔的計(jì)算 當(dāng)平衡曲線不為直線時(shí)當(dāng)平衡曲線不為直線時(shí) 從從(X2,Y2)出發(fā)做平衡曲線的切線，讀出切線與出發(fā)做平衡曲線的切線，讀出切線與Y=Y1的的交點(diǎn)的交點(diǎn)的X值（即為值（即為X1 ，但，但X1 ( Y1 )） 。四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收42/1055-3 5-3 吸收塔的計(jì)算吸收塔的計(jì)算吸收劑的用量吸收劑的用量 (L/V)=(1.12.0)(L/V)min或：或：L= (1.12.0)Lmin飽和度：飽和度：X1/X1*設(shè)備費(fèi)用操作費(fèi)用總費(fèi)

46、用L/V(L/V)min費(fèi)用前提：完成吸收任務(wù)前提：完成吸收任務(wù)L ，操作費(fèi)，操作費(fèi) L ，設(shè)備費(fèi)先迅速減，設(shè)備費(fèi)先迅速減小而后趨于增加。小而后趨于增加。原則：總費(fèi)用最小原則：總費(fèi)用最小四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收43/1055-3 5-3 吸收塔的計(jì)算吸收塔的計(jì)算三三.塔徑的計(jì)算塔徑的計(jì)算操作流速操作流速(u)：操作狀態(tài)下混合氣體：操作狀態(tài)下混合氣體(A+B)的線速度的線速度(m/s)。常。常以塔的氣體入口端計(jì)算。以塔的氣體入口端計(jì)算。5 . 04uVDsVs：操作條件下混合氣體的體積流量：操作條件下混合氣體的體積流量(m3/s

47、)；D：塔徑：塔徑(m)；u：選擇的操作流速：選擇的操作流速(m/s)。將計(jì)算的塔徑按標(biāo)準(zhǔn)系列圓整，并重新核算操作流速。將計(jì)算的塔徑按標(biāo)準(zhǔn)系列圓整，并重新核算操作流速。 液泛（液泛（填料塔填料塔、板式塔板式塔）根據(jù)所選設(shè)備、氣液兩相的流量和性質(zhì)根據(jù)所選設(shè)備、氣液兩相的流量和性質(zhì)uF（恰好發(fā)生液泛（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）的操作流速，也是保持塔正常操作的氣體空塔流速上限） 取取u=(0.50.8)uF確定操作流速。確定操作流速。四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收44/1055-3 5-3 吸收塔的計(jì)算

48、吸收塔的計(jì)算四四.填料層高度的計(jì)算填料層高度的計(jì)算 傳質(zhì)速率模型法傳質(zhì)速率模型法 吸收速率方程吸收速率方程 填料層高度填料層高度Z 理論級(jí)模型法理論級(jí)模型法 理論板（級(jí)）理論板（級(jí)） 等板高度等板高度ZHETPNT1.填料層高度的基本計(jì)算式填料層高度的基本計(jì)算式 : m2 ； Z :m ； a : m2/ m3 ;NA :koml/m2.s； V :koml/m2.s ；L :koml/m2.s ；對(duì)任意一微元高度對(duì)任意一微元高度dZ的塔段，的塔段，氣相減少的量：氣相減少的量： dVA=V(Y+dY) Y )= V dY液相增加的量：液相增加的量： dVA=L(X+dX) X )=L dX四川

49、理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收45/1055-3 5-3 吸收塔的計(jì)算吸收塔的計(jì)算對(duì)微元體：對(duì)微元體：dZ0，則：，則：NA=KY(Y-Y*)=KX(X*-X) 微元體內(nèi)吸收的溶質(zhì)：微元體內(nèi)吸收的溶質(zhì)：dVA= KY(Y-Y*) a dZ=VdY dVA= KX(X*-X) a dZ=LdX ZVaKXXXXdXVaKXXdXZVaKYYYYdYVaKYYdYdZdZdZdZX*X*Y*Y*001212 1212XX*XYY*YXXdXaKLZYYdYaKVZ 將上述兩式整理：將上述兩式整理：四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材

50、化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收46/1055-3 5-3 吸收塔的計(jì)算吸收塔的計(jì)算 填料的填料的形狀、尺寸、充填方式、流體物性和流動(dòng)狀況形狀、尺寸、充填方式、流體物性和流動(dòng)狀況。 a（有效比表面積）的影響因素（有效比表面積）的影響因素 處理方法處理方法將將KY（或（或KX）與）與a的乘積作為一個(gè)物理量，稱為的乘積作為一個(gè)物理量，稱為總體積吸收總體積吸收系數(shù)系數(shù)(kmol/m3.s)。KYa：氣相總體積吸收系數(shù)。：氣相總體積吸收系數(shù)。Kxa：液相總體積吸收系數(shù)。：液相總體積吸收系數(shù)。 在單位推動(dòng)力在單位推動(dòng)力(Y-Y*=1或或X*-X=1)下，單位時(shí)間、單位體積下，單位時(shí)間、單

51、位體積填料層中吸收的溶質(zhì)量。填料層中吸收的溶質(zhì)量。 總體積吸收系數(shù)的物理意義總體積吸收系數(shù)的物理意義四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收47/1055-3 5-3 吸收塔的計(jì)算吸收塔的計(jì)算2.傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù) aKLOLaKVOGs .mkmolskmolaKLs .mkmolskmolaKVXYXYH,Hmm,mm 令：令：2233HOG：氣相總傳質(zhì)單元高度；：氣相總傳質(zhì)單元高度；HOL：液相總傳質(zhì)單元高度：液相總傳質(zhì)單元高度 1212XXXXdXOLYYYYdYOG*N,N令：令：NOG：氣相總傳質(zhì)單元

52、數(shù)；：氣相總傳質(zhì)單元數(shù)；NOL：液相總傳質(zhì)單元數(shù)：液相總傳質(zhì)單元數(shù) Z=HOG NOG=HOL NOL四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收48/1055-3 5-3 吸收塔的計(jì)算吸收塔的計(jì)算 1212xxxxdxLakLLyyyydyGakVGixiyN,HN,H ；Z=HG NG=HL NLHOGY1Y2XYY=mXX1X2Y2*Y2Y1*Y1(Y-Y*)m 傳質(zhì)單元高度（傳質(zhì)單元高度（HOG 、 HO L）的物理意義）的物理意義Y1-Y2=(Y1-Y1*)+(Y2-Y2*)/2四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研

53、室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收49/1055-3 5-3 吸收塔的計(jì)算吸收塔的計(jì)算 傳質(zhì)單元高度的影響因素：傳質(zhì)單元高度的影響因素：設(shè)備設(shè)備 氣、液兩相的流動(dòng)氣、液兩相的流動(dòng)HOG (V/ )/ KYa 一般在一般在0.2m1.2m范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。V/ :氣相的流率，氣相的流率，kmol/m2.s ； 1/ KYa ：反映傳質(zhì)阻力的大小，與設(shè)備、氣速、液速有關(guān)。對(duì)：反映傳質(zhì)阻力的大小，與設(shè)備、氣速、液速有關(guān)。對(duì)于氣膜控制體系，于氣膜控制體系，KY=ky , 若若kya與液速無關(guān)，與氣速的關(guān)系是與液速無關(guān)，與氣速的關(guān)系是kya V0.8 ，則：，則： HOG V/ KY a V0. 2HOG

54、說明填料的分離性能優(yōu)劣說明填料的分離性能優(yōu)劣 傳質(zhì)單元數(shù)的意義傳質(zhì)單元數(shù)的意義綜合反映出完成該吸收過程的難易程度綜合反映出完成該吸收過程的難易程度影響因素：分離要求、影響因素：分離要求、 平衡關(guān)系、液氣比平衡關(guān)系、液氣比dXXXNdYYYNXX*OLYY*OG 121211四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收50/1055-3 5-3 吸收塔的計(jì)算吸收塔的計(jì)算3.傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算傳質(zhì)單元數(shù)的求解：圖解積分?jǐn)?shù)值積分）法、近似圖解法傳質(zhì)單元數(shù)的求解：圖解積分?jǐn)?shù)值積分）法、近似圖解法 、對(duì)數(shù)平均濃度差法對(duì)數(shù)平均濃度差法( (推動(dòng)

55、力法推動(dòng)力法) )、吸收因數(shù)法、吸收因數(shù)法 。 1.1.圖解積分與數(shù)值積分法圖解積分與數(shù)值積分法積分的幾何意義積分的幾何意義12*YYOGYYdYN計(jì)算：計(jì)算：YXY=f(X)Y1Yj*Y2YjX2XjX1 圖解積分圖解積分四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收51/1055-3 5-3 吸收塔的計(jì)算吸收塔的計(jì)算1/(Yj-Yj*)1/(Y-Y*)Y2Y1NOGYj 數(shù)值積分?jǐn)?shù)值積分令令 Y=(Y1-Y2)/n、Y0=Y2、Yj=Y2+ j Y 、Yn=Y1Xj Yj* fj(1/(Yj-Yj*)。利用辛普森公式：。利用辛普森公式：)fff

56、()fff(ff(dY)(fnnnYYYYYn*242131031240 若無平衡關(guān)系的表達(dá)式，可以采用擬合或內(nèi)插的方法。若無平衡關(guān)系的表達(dá)式，可以采用擬合或內(nèi)插的方法。也可以用于求解也可以用于求解NOL，但計(jì)算量大。，但計(jì)算量大。四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收52/1055-3 5-3 吸收塔的計(jì)算吸收塔的計(jì)算2.2.平均推動(dòng)力法平均推動(dòng)力法對(duì)間壁兩側(cè)的對(duì)流傳熱過程：對(duì)間壁兩側(cè)的對(duì)流傳熱過程：Q=WhCph(T1 - T2)=KS tm；（平衡線為直線（平衡線為直線（T=t)、無熱損失、操作線為直線）、無熱損失、操作線為直線）對(duì)吸

57、收過程是否有：對(duì)吸收過程是否有：VA=V(Y1-Y2)=KYa ZYm Z=(V/ )/(KYa)(Y1-Y2)/ Ym ，如果能成立，則：，如果能成立，則：HOG=V/(KYa )、NOG=(Y1 - Y2)/ Ym，其條件是什么？是其條件是什么？是否也要求平衡線為直線、無質(zhì)量損失、操作線為直線？否也要求平衡線為直線、無質(zhì)量損失、操作線為直線？設(shè)：設(shè)：Y*=mX+b；對(duì)逆流吸收塔，其操作線：；對(duì)逆流吸收塔，其操作線：)YX(YX)XY(X)(YLVLVVLVL2222 bmXYYYY* 四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收53/1035

58、-3 5-3 吸收塔的計(jì)算吸收塔的計(jì)算)bmXY(Y)(YLmVLmV 221 )(YdLmVLmVdYdY)(Yd 11 2112121111YYLmVYYYYYYYdLmVYYdYOGln)()(N* 21212121211YY)bbXX(mYYLmVYYXXLV)( , 212121212111YYln)YY(YYOGYYYYLmVN)( 2121YYln)YY(mY 2121XXln)XX(m X同理：同理：四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收54/1035-3 5-3 吸收塔的計(jì)算吸收塔的計(jì)算2112121111YYLmVYYY

59、YYYYdLmVYYdYOGln)()(N* SYYYY)Sln(SN,LmVS*OG 2221111令：令： Ym 、 Xm：對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力。：對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力。操作線與平衡線平行操作線與平衡線平行 Y1 = Y2 = Yj Ym = Y1 = Y2 = Yj 3.3.脫吸因數(shù)法脫吸因數(shù)法設(shè)：設(shè)：Y*=mX+b；逆流操作線：；逆流操作線：)YX(YXLVLV22 S)Sln(SN,AOGY)YY(Y)YY(A* 11111121121則則相對(duì)吸收率相對(duì)吸收率四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收55/1035-3 5-3 吸收塔的計(jì)算吸收塔

60、的計(jì)算 NOG(Y1-Y2*)/(Y2-Y2*)(Y1-Y2*)/(Y2-Y2*) 分離要求分離要求的影響。的影響。 S、X2不變，不變，A，Y2，NOG S：反映：反映(Y-Y*)的大小。當(dāng)?shù)拇笮?。?dāng)Y1、X2、 A一定，一定，S （L/V） X1 (Y-Y*)m NOG 吸收操作多著眼于溶質(zhì)的吸吸收操作多著眼于溶質(zhì)的吸收率，因此收率，因此S6m所以：該所以：該吸收塔不能完成生產(chǎn)任務(wù)吸收塔不能完成生產(chǎn)任務(wù)。四川理工學(xué)院四川理工學(xué)院材化學(xué)院化工教研室材化學(xué)院化工教研室化工原理化工原理氣體吸收氣體吸收59/1035-3 5-3 吸收塔的計(jì)算吸收塔的計(jì)算例：生產(chǎn)過程中產(chǎn)生兩股含有例：生產(chǎn)過程中產(chǎn)生