化工原理(下)第2章吸收

1、第2章 氣體吸收 通過本章學習，應掌握吸收的基本概念和吸收過程的平衡關(guān)系與速率關(guān)系；掌握低組成氣體吸收的計算方法；了解吸收系數(shù)的獲取途徑和解吸過程的概念與計算方法。學習目的與要求2.1 吸收過程概述 2.1.1 吸收的原理與流程第2章 氣體吸收原料氣AB吸收劑S尾氣B(含微量A)溶液S+A一、氣體吸收的原理吸收塔形成兩相體系的方法引入一液相（吸收劑） 各組分在吸收劑中溶解度不同。分離物系氣體混合物傳質(zhì)原理二、氣體吸收的流程吸收過程吸收過程：溶質(zhì)溶解于吸收劑中逆流操作解吸過程：溶質(zhì)從溶液中釋放出并流操作氣體吸收過程在吸收塔中進行。吸收解吸具有吸收劑再生的連續(xù)吸收流程2.1 吸收過程概述 2.1.

2、1 吸收的原理與流程2.1.2 氣體吸收的分類與應用 第2章 氣體吸收一、氣體吸收的分類氣體吸收按被吸收組分數(shù)目單組分吸收按吸收有無化反按溶質(zhì)組成的高低 低組成吸收多組分吸收物理吸收化學吸收高組成吸收氣體吸收過程的分類方法一、氣體吸收的分類氣體吸收按氣液接觸方式 常規(guī)吸收按吸收的溫度變化 膜基吸收等溫吸收非等溫吸收本章討論重點單組分低組成的常規(guī)等溫物理吸收過程。二、氣體吸收的工業(yè)應用v凈化或精制氣體示例：合成氨工藝中合成氣中的凈化脫碳。示例：用水吸收氯化氫氣體制取鹽酸。 v回收混合氣體中所需的組分 示例：用洗油處理焦爐氣以回收芳烴。 v工業(yè)廢氣的治理 示例：廢氣中含有SO2、H2S等有害氣的脫

3、除。 氣體吸收的應用場合v制取某種氣體的液態(tài)產(chǎn)品2.1 吸收過程概述 2.1.1 吸收的原理與流程2.1.2 氣體吸收的分類與應用 2.1.3 吸收劑的選擇第2章 氣體吸收吸收劑的選擇 吸收劑選擇的原則v溶解度v選擇性v揮發(fā)度v黏度v其它吸收劑對溶質(zhì)組分的溶解度要大。吸收劑應對溶質(zhì)組分有較大溶解度，而對混合氣體中的其它組分溶解度甚微。吸收劑的蒸汽壓要低，即揮發(fā)度要小。吸收劑在操作溫度下的黏度要低。無毒、無腐蝕、不易燃易爆、不發(fā)泡、冰點低、價廉易得，且化學性質(zhì)穩(wěn)定。 2.1 吸收過程概述 2.2 吸收過程的相平衡關(guān)系 2.2.1 氣體在液體中的溶解度第2章 氣體吸收一、溶解度曲線 液體 S氣體（

4、AB）A 溶解 A 逸出)(AAxfpAx 平衡方程達平衡狀態(tài)時氣體在液體中的溶解度氣相分壓液相組成Ap 在一定溫度和壓力下，令某氣體混合物（AB）與液體 S 接觸。Ap曲線Ax 溶解度曲線 氨在水中的溶解度40050易溶 二氧化硫在水中的溶解度5068中等溶解度 氧在水中的溶解度500.002難溶二、溫度和壓力對溶解度的影響溫度的影響 v 加壓和降溫 對同一溶質(zhì)，在相同的氣相分壓下，溶解度隨溫度的升高而減小。 對同一溶質(zhì)，在相同的溫度下，溶解度隨氣相分壓的升高而增大。壓力的影響 注意 v 減壓和升溫有利于吸收操作有利于解吸操作2.1 吸收過程概述 2.2 吸收過程的相平衡關(guān)系 2.2.1 氣

5、體在液體中的溶解度2.2.2 亨利定律第2章 氣體吸收一、亨利定律的表達式 若溶質(zhì)在氣、液相中的組成分別以分壓p、摩爾分數(shù)x表示，亨利定律為E 亨利系數(shù)，kPa 溶解度亨利系數(shù)1. p x關(guān)系 Exp v 易溶氣體注意 v 難溶氣體E 小E 大 若溶質(zhì)在氣、液相中的組成分別以分壓p、摩爾濃度 c 表示，亨利定律為H 溶解度系數(shù)，kmol/(m3kPa)溶解度溶解度系數(shù)2. p c關(guān)系 Hcp *一、亨利定律的表達式 v 易溶氣體注意 v 難溶氣體H 大H 小 若溶質(zhì)在氣、液相中的組成分別以摩爾分數(shù)y、x表示 ，亨利定律為m 相平衡常數(shù)溶解度相平衡常數(shù)3. y x關(guān)系 mxy *一、亨利定律的表

6、達式 v 易溶氣體注意 v 難溶氣體m 小m 大xXX1yYY1XXmYY1*1*由得整理得對于低組成吸收1 m X 1 簡化得mXY *一、亨利定律的表達式 XmmXY11*4. Y X關(guān)系 亨利定律表達式可改寫為以下形式：Epx *Hpc *myx *mYX*一、亨利定律的表達式 二、各系數(shù)的換算關(guān)系 推導可得亨利定律表達式各系數(shù)間的關(guān)系如下： HEMS總pEm mMpHS1總EH 關(guān)系Em 關(guān)系Hm 關(guān)系溶液密度溶劑 S 的摩爾質(zhì)量2.1 吸收過程概述 2.2 吸收過程的相平衡關(guān)系 2.2.1 氣體在液體中的溶解度2.2.2 亨利定律2.2.3 相平衡關(guān)系在吸收中的應用第2章 氣體吸收一

7、、判斷傳質(zhì)進行的方向 設某瞬時，氣相中溶質(zhì)的實際組成為y，溶液中溶質(zhì)的實際組成為x。若傳質(zhì)方向由氣相到液相進行吸收過程若傳質(zhì)方向由液相到氣相進行解吸過程*yy *xx *yy *xx 二、確定傳質(zhì)的推動力以氣相表示的傳質(zhì)推動力以液相表示的傳質(zhì)推動力*yyyxxx*吸收推動力示意圖*x*y*yyyxxx*y*=mx三、指明傳質(zhì)進行的極限對于逆流吸收塔液相出口最大組成氣相出口最低組成x2x1y1y2min2ymax1x2*2mxymy1*1xWednesday, February 09, 202229n設在1atm，20下稀氨水的相平衡方程為：n使含氨y=10的混合氣和x=0.05的氨水接觸n 發(fā)

8、生吸收過程舉例發(fā)生吸收過程Wednesday, February 09, 202230n反之，若以y=0.05的含氨混合氣與x=0.1的氨水接觸所以：發(fā)生解吸過程舉 例2.1 吸收過程概述 2.2 吸收過程的相平衡關(guān)系 2.3 吸收過程的速率關(guān)系第2章 氣體吸收2.3.1 分子擴散與菲克定律AB擴散現(xiàn)象菲克定律dzdC-DJAABA當物質(zhì)A在介質(zhì)B中發(fā)生擴散時，任一點處的擴散通量與該位置上A的濃度梯度成正比。而且任一時刻內(nèi)任一組分沿任意方向z的濃度梯度與組分B沿z的濃度梯度互為相反值。dzdC-dzdCBABA-JJ2.3.2 氣相中的穩(wěn)態(tài)分子擴散分子擴散兩種形式：等分子反向擴散，單向擴散。1

9、等分子反向擴散及速率方程 JAJB(1)等分子反向擴散T PpA2pB2T PpA1pB112等分子反向擴散：任一截面處兩個組分的擴散速率 大小相等，方向相反。 zpRTDJddAABAzpRTDJddBBABBpppA總壓一定 zpddA=zpddB（2）等分子反向擴散傳質(zhì)速率方程傳質(zhì)速率定義：任一固定的空間位置上， 單位時間 內(nèi)通過單位面積的物質(zhì)量，記作N, kmol/(m2 s) 。 NA= zpRTDJddAA氣相：)(A2A1AcczDNNA= zcDJddAABA)(A2A1AppRTzDN液相：（3）討論1）21AAAppN2）組分的濃度與擴散距離z成直線關(guān)系。 ppB1pA1p

10、A2pB2擴散距離z0zp12JAJBNMcA/cNMcB/c總體流動NMNA（1）總體流動：因溶質(zhì)擴散 到界面溶解于溶劑中，造 成界面與主體的微小壓差， 使得混合物向界面處的流動。（2）總體流動的特點：1）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，流動速度正比于摩爾 分率。 2單向擴散及速率方程ccNNAMMAccNNBMMB（3）單向擴散傳質(zhì)速率方程ccNJNAMAAccNJNBMBBccNJBMB0ccNJBMBccNJBMAMBAMAMBMANcccNccNccNNMANNccNzcDNAAAAddzcccDcNddAAA微分式在氣相擴散 RTpcAARTpc zp

11、ppRTDpNdd)(AAAA1A2AlnppppRTzDpNB1B2AlnppRTzDpN積分式21)-(ddAA0AAAppzpppRTDpzNB2A2B1A1pppppB1B2B1B2Bmlnppppp)(lnlnB1B2B1B2A2A1B1B2B1B2B1B2ppppppRTzDpppppppRTzDpNAS1S2S1S2Smlnccccc)(A2A1SmAcczcDcN積分式)(A2A1BmAppRTzpDpN積分式液相：（4）討論1）組分A的濃度與擴散距離z為指數(shù)關(guān)系 Bmpp2）Smcc、漂流因數(shù)，無因次 漂流因數(shù)意義：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

12、質(zhì)速率較單純分子擴散增大的倍數(shù)。 1Bmpp1Smcc漂流因數(shù)的影響因素： 濃度高，漂流因數(shù)大，總體流動的影響大。 低濃度時，漂流因數(shù)近似等于1，總體流動的影響小。 2.3.4 擴散系數(shù)擴散系數(shù)的意義：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)特性常數(shù)之一；D，m2/s。 D的影響因素：A、B、T、P、濃度D的來源：查手冊；半經(jīng)驗公式；測定（1）氣相中的D范圍：10-510-4m2/s 經(jīng)驗公式D pDTpTDpTfD )(75. 1，（2）液相中的D范圍：10-1010-9m2/s D DTTDTfD )( ，【例5-3】有一直立的玻璃管，底端封死，內(nèi)充丙酮，液面距

13、上端管口11mm，上端有一股空氣通過，5小時后，管內(nèi)液面降到距管口20.5mm，管內(nèi)液體溫度保持293K，大氣壓為100kPa，此條件下，丙酮的飽和蒸氣壓為24kPa。求丙酮在空氣中的擴散系數(shù)。z空氣丙酮ddddddddddAAAAAAAAAAzMzAMAVAMAMmAn單位面積液面汽化的速率用液面高度變化的速率： ddAAzMB1B2lnppRTzDp=zzzzppRTDpM0ddlnB1B20AA解B1B2AlnppRTzDpN2/ )(ln202B1B2AAzzppRTDpM2ln202B1B2AAzzpppRTMD/sm10118002011. 00205. 076100ln10029

14、3314. 85879025222.3.5 2.3.5 單相對流傳質(zhì)單相對流傳質(zhì)1渦流擴散渦流擴散：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。 zcDJeeddA,AeJ,A渦流擴散速率，kmol/(m2s)； eD渦流擴散系數(shù)，m2/s。注意：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(guān) ?？倲U散通量：zc)D(DJeddAATTWtWt熱流體冷流體pApAicAicA氣相液相 T tGLE2有效膜模型（1）單相內(nèi)對流傳質(zhì)過程1）靠近相界面處層流

15、內(nèi)層：傳質(zhì)機理僅為分 子擴散，溶質(zhì)A的濃度梯度較大，pA隨z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)濃度均一化，pA隨z的變化近似為水 平線。 3）過渡區(qū)：分子擴散+渦流擴散，pA隨z的 變化逐漸平緩。（2）有效膜模型 單相對流傳質(zhì)的傳質(zhì)阻力全部集中在一層虛擬的膜層內(nèi)，膜層內(nèi)的傳質(zhì)形式僅為分子擴散 。3單相對流傳質(zhì)速率方程（1）氣相對流傳質(zhì)速率方程 有效膜厚G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E，則厚度G為E到相界面的垂直距離。一、氣膜吸收速率方程 氣膜內(nèi)的吸收速率方程可表示為)(iGAppkNNkyyAyiGiAkppN/1yiAkyyN/1Gk/1氣

16、膜阻力yk/12.3.7 吸收速率方程比較得Gykpk總由道爾頓分壓定律 ypp總iiypp總)()()(iGiGiGAyypkypypkppkN總總總一、氣膜吸收速率方程 )(cckNiLAxxkNixALiAkccN/1xiAkxxN/1Lk/1xk/1二、液膜吸收速率方程 液膜阻力液膜內(nèi)的吸收速率方程可表示為比較得Lxkck總)()()(xxckxcxckcckNiiiALLL總總總由iixcc總xcc總二、液膜吸收速率方程 練 習 題 目思考題作業(yè)題: 1、21.溫度和壓力對吸收過程的平衡關(guān)系有何影響？2.亨利定律為何具有不同的表達形式 ？3.亨利定律的適用條件是什么 ？4.相平衡關(guān)系

17、在吸收過程中有何作用？2.3 吸收過程的速率關(guān)系2.3.1 膜吸收速率方程一、氣膜吸收速率方程 第2章 氣體吸收二、液膜吸收速率方程穩(wěn)態(tài)下，氣、液兩膜中的傳質(zhì)速率相等，即NkppkccAGiLi)(iGLicckkpp直線通過定點A (c，p)斜率kL / kG三、界面組成的確定 界面組成的確定2.3 吸收過程的速率關(guān)系2.3.7 膜吸收速率方程第2章 氣體吸收2.3.8 總吸收速率方程一、以(p- p*)表示的總吸收速率方程 設吸收系統(tǒng)服從亨利定律或平衡關(guān)系在過程所涉及的濃度范圍內(nèi)為直線 Hcp*根據(jù)雙膜模型，相界面上兩相互成平衡 pcHii)(iGAppkN*ppHkcckNiLiLA*p

18、pHkNiLA由此得整理得由相加得*11ppkHkNGLA)(iGAppkN一、以(p- p*)表示的總吸收速率方程 令則*ppKNGAKGGLGkHkK111氣相總吸收系數(shù)，kmol/(m2skPa)總阻力液膜阻力氣膜阻力氣相總吸收速率方程式一、以(p- p*)表示的總吸收速率方程 對于易溶氣體，H值很大 GLkHk11液膜阻力氣膜阻力控制整個吸收過程的速率氣膜控制示例：水吸收氨GGkK11氣膜阻力氣膜控制示意圖ipppp *一、以(p- p*)表示的總吸收速率方程 設吸收系統(tǒng)服從亨利定律或平衡關(guān)系在過程所涉及的濃度范圍內(nèi)為直線 Hcp*根據(jù)雙膜模型，相界面上兩相互成平衡 pcHii二、以(

19、c*- c)表示的總吸收速率方程 )(cckNiLAiGiGAccHkppkN*/iGAcckHN*由此得整理得由相加得cckHkNGLA*1)(cckNiLA二、以(c*- c)表示的總吸收速率方程 令則ccKNLA*KLLGLkkHK11液相總吸收系數(shù)，m/s 總阻力氣膜阻力液膜阻力液相總吸收速率方程式二、以(c*- c)表示的總吸收速率方程 對于難溶氣體，H值很小 LGkkH1氣膜阻力示例：水吸收氧11KkLL液膜阻力液膜控制示意圖cccci*液膜阻力控制整個吸收過程的速率液膜控制二、以(c*- c)表示的總吸收速率方程 *yyKNyA同理，可導出KyPKKGy氣相總吸收系數(shù)，kmol/

20、(m2s) 氣相總吸收速率方程式三、以(y- y*)表示的總吸收速率方程 xxKNxA*同理，可導出KxCKKLx液相總吸收系數(shù)，kmol/(m2s) 液相總吸收速率方程式四、以(x*- x)表示的總吸收速率方程 *YYKNYA同理，可導出KY總pKKKGyY對于低濃度吸收氣相總吸收系數(shù)，kmol/(m2s) 氣相總吸收速率方程式五、以(Y- Y*)表示的總吸收速率方程 XXKNXA*同理，可導出KX總cKKKLxX對于低濃度吸收液相總吸收系數(shù)，kmol/(m2s) 液相總吸收速率方程式六、以(X*- X)表示的總吸收速率方程 2.3 吸收過程的速率關(guān)系2.3.1 膜吸收速率方程第2章 氣體吸

21、收2.3.2 總吸收速率方程2.3.3 吸收速率方程小結(jié)吸收速率方程小結(jié)使用吸收速率方程式應注意以下幾點: （1）上述的各種吸收速率方程式是等效的。采用任何吸收速率方程式均可計算吸收過程速率。 （2）任何吸收系數(shù)的單位都是kmol/(m2s單位推動力)。 （3）必須注意各吸收速率方程式中的吸收系數(shù)與吸收推動力的正確搭配及其單位的一致性。 （4）上述各吸收速率方程式都是以氣液組成保持不變?yōu)榍疤岬?，因此只適合于描述穩(wěn)態(tài)操作的吸收塔內(nèi)任一橫截面上的速率關(guān)系，而不能直接用來描述全塔的吸收速率。在塔內(nèi)不同橫截面上的氣液組成各不相同，其吸收速率也不相同。 （5）在使用與總吸收系數(shù)相對應的吸收速率方程式時，

22、在整個過程所涉及的濃度范圍內(nèi)，平衡關(guān)系須為直線。吸收速率方程小結(jié)2.1 吸收過程概述 2.2 吸收過程的相平衡關(guān)系 2.3 吸收過程的速率關(guān)系2.4 低組成氣體吸收的計算 2.4.1 物料衡算與操作線方程 第2章 氣體吸收一、全塔物料衡算 在工業(yè)中，吸收操作多采用塔式設備，既可采用氣液兩相在塔內(nèi)逐級接觸的板式塔，也可采用氣液兩相在塔內(nèi)連續(xù)接觸的填料塔。工業(yè)中以采用填料塔為主，故本節(jié)對于吸收過程計算的討論結(jié)合填料塔進行。逆流吸收塔的物料衡算原料氣：AB吸收劑：S尾氣：B(含微量A)溶液：S+AV (kmolB/s)Y1 (kmolA/kmolB)L (kmolS/s)X2 (kmolA/kmol

23、S)L(kmolS/s)X1(kmolA/kmolS)mnYXV (kmolB/s)Y2 (kmolA/kmolB)填料塔在吸收塔的兩端面間，對溶質(zhì)A作物料衡算1221LXVYLXVY2121XXLYYV溶質(zhì)A的吸收率121YYYA氣體出塔時的組成Y2 AYY112一、全塔物料衡算二、操作線方程與操作線 吸收塔內(nèi)任一橫截面上，氣液組成Y與X之間的關(guān)系稱為操作關(guān)系，描述該關(guān)系的方程即為操作線方程。LXVYLXVY1111VLXVLYXY 在 m-n 截面與塔底端面之間對組分 A 進行衡算，可得 逆流吸收塔操作線方程 同理，在 m-n 截面與塔頂端面之間作組分 A 的衡算，得 22LVLXVYXY

24、操作線方程為直線斜率B (X1，Y1)T (X2，Y2)二、操作線方程與操作線 逆流吸收塔操作線方程VL過點塔底塔頂 逆流吸收塔中的操作線2X2Y1Y1XTBXY*YY*=f(X)操作線推動力 斜率（液氣比） VL/2.4 低組成氣體吸收的計算 2.4.1 物料衡算與操作線方程 第2章 氣體吸收2.4.2 吸收劑用量的確定一、最小液氣比 在吸收塔的計算中，通常氣體處理量是已知的，而吸收劑的用量需通過工藝計算來確定。在氣量一定的情況下，確定吸收劑的用量也即確定液氣比 。 VL/ 液氣比 的確定方法是，先求出吸收過程的最小液氣比 ，然后再根據(jù)工程經(jīng)驗，確定適宜（操作）液氣比。 V/Lmin)/L(

25、V 吸收塔的最小液氣比2X2Y1YT1XBB1X*B*1XVLmin)L(VY*=f(X）)VL( 最小液氣比可用圖解法求得 ：21212*121min/XmYYYXXYYVLVXXYYL2*121minAmYYYm121min)(VL一、最小液氣比最小液氣比最小溶劑用量純?nèi)軇┪?吸收塔的最小液氣比（非正常曲線）2121minXXYYVLVnqXXYY,2121minLY*=mX二、適宜的液氣比操作費用設備費用填料層高度根據(jù)生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，取 min)VL(0.21.1VLmin0.21.1LL推動力適宜液氣比適宜溶劑用量Lnq,VnLnqq,處理量 一定Vnq,動力消耗練 習 題 目思考題1

26、.如何判斷吸收過程是屬于哪種過程控制？2.總吸收速率方程與膜吸收速率方程有何不同？3.何為吸收過程的操作線，操作線如何獲得？4.吸收劑的用量如何確定？2.4 低組成氣體吸收的計算 2.4.1 物料衡算與操作線方程 第2章 氣體吸收2.4.2 吸收劑用量的確定2.4.3 塔徑的計算塔徑的計算 工業(yè)上的吸收塔通常為圓柱形，故吸收塔的直徑可根據(jù)圓形管道內(nèi)的流量公式計算： 注意v計算塔徑時，一般應以塔底的氣量為依據(jù)。 uVDS4v計算塔徑的關(guān)鍵在于確定適宜的空塔氣速u 。 吸收塔直徑計算式v計算塔徑時， 采用操作狀態(tài)下的數(shù)據(jù)。 VVq,2.4 低組成氣體吸收的計算 2.4.1 物料衡算與操作線方程 第

27、2章 氣體吸收2.4.2 吸收劑用量的確定2.4.3 塔徑的計算2.4.4 吸收塔有效高度的計算一、傳質(zhì)單元數(shù)法 1. . 基本計算公式 填料塔為連續(xù)接觸式設備，隨著吸收的進行，沿填料層高度氣液兩相的組成均不斷變化，塔內(nèi)各截面上的吸收速率并不相同。為解決填料層高度的計算問題，需要對微元填料層進行物料衡算。微元填料層的物料衡算在微元填料層內(nèi)對組分A作物料衡算： LdXVdYdGAdZaNdANdGAAA填料總比表面積填料潤濕比表面積aW填料有效比表面積ata一、傳質(zhì)單元數(shù)法 填料有效比表面積m2/m3吸收塔截面積m2由吸收速率方程式 XXKYYKNXYA*代入可得VdYdZaYYKdGYA*Ld

28、XdZaXXKdGXA*一、傳質(zhì)單元數(shù)法 整理可得 dZVaKYYdYY*dZLaKXXdXX*在全塔范圍內(nèi)積分12*YYYYYdYaKVZ12*XXXXXdXaKLZ一、傳質(zhì)單元數(shù)法 填料層高度基本計算公式2. . 傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)21ttpcctTdtdKncWL12TphhTtTdTdKncWL比較：換熱器的換熱管長度基本計算公式ccNTUHL)(hhNTUHL)(一、傳質(zhì)單元數(shù)法 傳熱單元長度傳熱單元數(shù)傳熱單元長度傳熱單元數(shù)一、傳質(zhì)單元數(shù)法 分析令aKVHYOG氣相總傳質(zhì)單元高度氣相總傳質(zhì)單元數(shù)ZHNOGOG12*YYOGYYdYN m)(m/ms)(m(kmol/m(kmol

29、/s)2322aKVY令aKLHXOL12*XXOLXXdXN液相總傳質(zhì)單元高度液相總傳質(zhì)單元數(shù)OLOLNHZ 一、傳質(zhì)單元數(shù)法 填料的有效比表面積 a 很難確定，通常將 KY a 及KX a 作為一體kmol/(m3s) KX a 液相總體積吸收系數(shù)KY a 氣相總體積吸收系數(shù)HOG 的物理意義aKHYOG1KYNAHOG HOG 是反映吸收速率大小因數(shù)，HOG 越小，吸收速率越大。*)(YYKNYA一、傳質(zhì)單元數(shù)法 NOG 是反映吸收分離難易程度的因數(shù)，NOG 越大，吸收分離的難度越大。OGOGNHZ ZNOGHOG 一定吸收分離的難度一、傳質(zhì)單元數(shù)法 NOG 的物理意義3. . 傳質(zhì)單元

30、數(shù)的求法(1) 解析法 脫吸因數(shù)法 設平衡關(guān)系為bmXY*由操作線方程，可得 2,2YYqqXXLnVn一、傳質(zhì)單元數(shù)法 直線關(guān)系12*YYOGYYdYN1222YYOGbXYYLVmYdYN一、傳質(zhì)單元數(shù)法 由代入得LmVS令脫吸因數(shù)為平衡線斜率與操作線斜率的比值 。一、傳質(zhì)單元數(shù)法 脫吸因數(shù)12)(1*22YYOGYSYYSdYN則積分并化簡，可得 SYYYYSSNOG*22*211ln11適用條件一、傳質(zhì)單元數(shù)法 同理，可導出AYYYYAANOL*11*211ln11mVLA吸收因數(shù)吸收因數(shù)為操作線斜率與平衡線斜率的比值 。平衡關(guān)系為直線 NOG *22*21YYYY關(guān)系曲線圖OGN2Y

31、S計算填料層高度計算尾氣濃度計算吸收劑用量 對數(shù)平均推動力法 由于21*2*1212121*2*1YYYYYYXXXXYYLVmS 212121*22*111YYYYYYYYYYS所以一、傳質(zhì)單元數(shù)法 212121lnYYYYYYNOG可導出令 *22*11*22*112121lnlnYYYYYYYYYYYYYm則mOGYYYN21一、傳質(zhì)單元數(shù)法 對數(shù)平均推動力SYYYYSSNOG*22*211ln11 同理，可導出NXXXOLm12 2*21*12*21*12121lnlnXXXXXXXXXXXXXm其中一、傳質(zhì)單元數(shù)法 適用條件平衡關(guān)系為直線 若221YYYm一、傳質(zhì)單元數(shù)法 22121

32、YY 或22121XX 則 或221XXXm可用算術(shù)平均值代替對數(shù)平均值(2) 數(shù)值積分法 辛普森(Simpson)數(shù)值積分法 Nf Y dYOGYYn0 1314 nYfYfYf nYfYfY03/YYYnn0 *1YYYf2422 nYfYfYf一、傳質(zhì)單元數(shù)法 適用條件平衡關(guān)系為曲線二、等板高度法 1. . 基本計算式 等板高度法是依據(jù)理論級的概念來計算填料層高度，故又稱為理論級模型法。 設填料層由N級組成，在每一級上氣液兩相密切接觸，溶質(zhì)組分由氣相向液相轉(zhuǎn)移。若離開某一級時，氣液兩相的組成達到平衡，則稱該級為一個理論級。 吸收塔的理論級模型Ym Xm 平衡關(guān)系Ym1 Xm 操作關(guān)系 設

33、完成指定分離任務所需理論級為NT，則所需的填料層高度可按下式計算：HETPNZT 填料層等板高度的意義：分離效果與一個理論級的作用相當?shù)奶盍蠈痈叨取?二、等板高度法 理論級數(shù)等板高度2. . 理論級數(shù)的確定 (1) 逐級計算法 設 平衡關(guān)系 mXY*(a)操作關(guān)系 (b)(22XVLYXVLY二、等板高度法 由 YI =Y2XIY X Y XNYN+1Y1二、等板高度法 (a)(b)(a)(a)(a)(b)(b)逐級計算過程如下 (2) 梯級圖解法 梯級圖解法求理論級數(shù)的具體步驟是：首先在直角坐標系中標繪出操作線及平衡關(guān)系曲線，然后，在操作線與平衡線之間，從塔頂(或塔底)開始逐次畫階梯直至與塔

34、底(或塔頂)的組成相等或超過此組成為止。如此所畫出的階梯數(shù)，就是吸收塔所需的理論級數(shù)。 二、等板高度法 Y*=f(X) 梯級圖解法求NT2X2Y1Y1XTB12345NT=5練 習 題 目思考題作業(yè)題: 6、7、81.傳質(zhì)單元高度和傳質(zhì)單元數(shù)有何物理意義？2.氣相總體積吸收系數(shù)與氣相總吸收系數(shù)有何不同 之處？3.脫吸因數(shù)和吸收因數(shù)有何物理意義？4.吸收塔計算中的理論級表示何種含義？5.填料層的等板高度表示何種含義？2.4 低組成氣體吸收的計算 2.4.1 物料衡算與操作線方程 第2章 氣體吸收2.4.2 吸收劑用量的確定2.4.3 塔徑的計算2.4.4 吸收塔有效高度的計算一、傳質(zhì)單元數(shù)法 二

35、、等板高度法 (3) 解析法 (克列姆塞爾法)依次使用操作線方程和平衡方程，經(jīng)推導可得111*2121TTNNAAAYYYY平衡關(guān)系 bmXY*操作關(guān)系 )(22XVLYXVLY二、等板高度法 克列姆塞爾方程溶質(zhì)的吸收率121YYYA溶質(zhì)的最大吸收率1*21max,YYYA溶質(zhì)的相對吸收率 *2121max,YYYYAA1ln1lnAANT代入整理得 二、等板高度法 克列姆塞爾方程 克列姆塞爾算圖進一步整理得 AYYYYAANT111lnln1*22*21整理可得 1lnSSNNTOG或1lnAANNTOL二、等板高度法 克列姆塞爾方程 NT *22*21YYYY關(guān)系曲線圖 2.1 吸收過程概

36、述 2.2 吸收過程的相平衡關(guān)系 2.3 吸收過程的速率關(guān)系2.4 低組成氣體吸收的計算 第2章 氣體吸收2.5 吸收系數(shù) 吸收系數(shù)是吸收過程計算的關(guān)鍵。吸收系數(shù)不僅與物性、設備類型、填料形狀和規(guī)格等有關(guān)，而且還與塔內(nèi)流體流動狀況、操作條件密切相關(guān)。吸收系數(shù)的獲取途徑 實驗測定經(jīng)驗公式計算準數(shù)關(guān)聯(lián)式計算獲取吸收系數(shù)途徑2.1 吸收過程概述 2.2 吸收過程的相平衡關(guān)系 2.3 吸收過程的速率關(guān)系2.4 低組成氣體吸收的計算 2.5.1 吸收系數(shù)的測定 第2章 氣體吸收2.5 吸收系數(shù) 一、實驗裝置與流程 實驗測定是獲得吸收系數(shù)的根本途徑。實驗測定一般在已知內(nèi)徑和填料層高度的中間實驗設備上或生產(chǎn)

37、裝置上進行，用實際操作的物系，選定一定的操作條件進行實驗。 水吸收氨過程吸收系數(shù)的測定實驗流程二、測定方法 測定數(shù)據(jù)： 計算進塔氣體組成 Y1操作溫度 t操作壓力 P 出塔氣體組成 Y2 出塔液體組成 X1空氣流量V水流量L氨氣流量A總體積吸收系數(shù)KY a 計算公式：三、吸收系數(shù)的計算 mYYYYaKVZ21)()(2121XXLYYVGAmPAmYYVGZYYYVaK)(212.5.1 吸收系數(shù)的測定 第2章 氣體吸收2.5 吸收系數(shù) 2.5.2 吸收系數(shù)的經(jīng)驗公式(選讀)2.5.3 吸收系數(shù)的準數(shù)關(guān)聯(lián)式一、準數(shù)關(guān)聯(lián)式中常用的準數(shù)1.施伍德(Sherwood)數(shù) 氣相施伍德數(shù)ABBmGGDl

38、PRTpkShABSmLLDlCckSh 液相施伍德數(shù)施伍德數(shù)為量綱為一的吸收系數(shù)特征尺寸2.施密特(Schmidt)數(shù) 氣相施密特數(shù)ABGGGDSc液相施密特數(shù)施密特數(shù)反映物性對吸收過程的影響ABLLLDSc一、準數(shù)關(guān)聯(lián)式中常用的準數(shù) 3.雷諾(Reynolds)數(shù) 氣相雷諾數(shù)GGGeGudRe液相雷諾數(shù)LLLeLudRe一、準數(shù)關(guān)聯(lián)式中常用的準數(shù)填料層當量直徑PS4edHr4潤濕周邊長填料層空隙截面積4填料層高度填料層高度塔截面積潤濕周邊長填料層高度填料層高度塔截面積填料層空隙截面積 4ta4一、準數(shù)關(guān)聯(lián)式中常用的準數(shù)填料層空隙率填料比表面積填料塔中氣相雷諾數(shù)一、準數(shù)關(guān)聯(lián)式中常用的準數(shù)空塔

39、氣速實際氣速G氣相空塔質(zhì)量速度，kg/(m2s)GtGtGGtGGtGGaGauauauRe44440GtGaGRe4填料塔中液相雷諾數(shù)一、準數(shù)關(guān)聯(lián)式中常用的準數(shù)W液相空塔質(zhì)量速度，kg/(m2s)雷諾數(shù)反映流動狀況對吸收過程的影響LtLaWRe4 4.伽利略(Gallilio)數(shù) GaglLL322伽利略數(shù)伽利略數(shù)反映重力對吸收過程的影響一、準數(shù)關(guān)聯(lián)式中常用的準數(shù)重力加速度液相在填料塔內(nèi)靠重力下流，故與重力場有關(guān)。5.彼克列(Peclet)數(shù) 氣相彼克列數(shù)彼克列數(shù)反映混合特性對吸收過程的影響液相彼克列數(shù)ABLeLLLDudScPe ReABGeGGGDudScPe Re一、準數(shù)關(guān)聯(lián)式中常用的準數(shù)填料塔內(nèi)存在氣、液兩相的返混。傳質(zhì)效率降低氣膜吸收系數(shù)的準數(shù)關(guān)聯(lián)式)()()(ReGGGGPeScASh液膜吸收系數(shù)的準數(shù)關(guān)聯(lián)式)()()()(ReLLLLPeGaScASh 吸收系數(shù)的準數(shù)關(guān)聯(lián)式公式(選讀)二、吸收系數(shù)的準數(shù)關(guān)聯(lián)式第2章 氣體吸收2.5 吸收系數(shù) 2.6 其他吸收與解吸2.6.1 其他吸收過程(選讀)2.6.2 解吸(脫吸)一、解吸的原理與應用吸收解吸氣相中的溶質(zhì)向液相中溶解液相中的溶質(zhì)向氣相中釋放低溫、高壓高溫、低壓應用場合v溶劑昂貴；不易獲得v吸收溶質(zhì)為目的產(chǎn)物傳質(zhì)方向操作條件二、化工中