第五章 氣體吸收

1、1第二節(jié)第二節(jié) 氣液相平衡氣液相平衡第五章第五章 氣體吸收氣體吸收第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第三節(jié)第三節(jié) 吸收過程的傳質(zhì)速率吸收過程的傳質(zhì)速率第四節(jié)第四節(jié) 吸收塔的計(jì)算吸收塔的計(jì)算第五節(jié)第五節(jié) 填料塔填料塔2第一節(jié)第一節(jié) 概述概述一、吸收操作的應(yīng)用一、吸收操作的應(yīng)用 二、吸收過程與設(shè)備二、吸收過程與設(shè)備 三、吸收過程分類三、吸收過程分類四、吸收劑的選擇四、吸收劑的選擇3一、氣體操作的應(yīng)用一、氣體操作的應(yīng)用（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。（

2、4 4）工業(yè)廢氣的治理。）工業(yè)廢氣的治理。吸收分離操作：吸收分離操作：利用混合氣體中各組分(component)在液體中溶解度(solubility)差異，使某些易溶組分進(jìn)入液相形成溶液(solution)，不溶或難溶組分仍留在氣相(gas phase)，從而實(shí)現(xiàn)混合氣體的分離。吸收劑氣體yx界面氣相主體 液相主體 相界面氣相擴(kuò)散 液相擴(kuò)散 yi xi 氣體吸收是混合氣體中某些組分在氣液相界面上溶解、在氣相和液相內(nèi)由濃度差推動(dòng)的傳質(zhì)過程。5二、吸收過程與設(shè)備二、吸收過程與設(shè)備6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7

3、（1 1）物理吸收物理吸收和化學(xué)吸收和化學(xué)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；三、吸收過程的分類三、吸收過程的分類四、吸收劑的選擇四、吸收劑的選擇8（2 2）選擇性高；）選擇性高；（3 3）再生容易；）再生容易；（4 4）揮發(fā)性??；）揮發(fā)性??；（5 5）粘度低；）粘度低；（6 6）化學(xué)穩(wěn)定性高；）化學(xué)穩(wěn)定性高；（7 7）腐蝕性低；）腐蝕性低；（8 8）無毒、無害、價(jià)廉等。）無毒、無害、價(jià)廉等。選擇原則：經(jīng)濟(jì)、合理。選擇原則：經(jīng)濟(jì)、合理。

4、9第二節(jié)第二節(jié) 氣液相平衡氣液相平衡一、一、 平衡溶解度平衡溶解度二、二、 亨利定律亨利定律三、三、 氣液相平衡關(guān)系在吸收中的應(yīng)用氣液相平衡關(guān)系在吸收中的應(yīng)用10一、平衡溶解度一、平衡溶解度平衡狀態(tài)：平衡狀態(tài)：一定壓力和溫度，一定量的吸收一定壓力和溫度，一定量的吸收 劑與混合氣體充分接觸，氣相劑與混合氣體充分接觸，氣相 中的溶質(zhì)中的溶質(zhì) 向溶劑中轉(zhuǎn)移，長期充分接向溶劑中轉(zhuǎn)移，長期充分接 觸后，液相觸后，液相 中溶質(zhì)組分的濃度不再增加，此時(shí)，氣中溶質(zhì)組分的濃度不再增加，此時(shí)，氣 液兩相達(dá)到平衡。液兩相達(dá)到平衡。飽和濃度飽和濃度：平衡時(shí)溶質(zhì)在液相中的濃度。平衡時(shí)溶質(zhì)在液相中的濃度。11平衡分壓：平

5、衡分壓：平衡時(shí)氣相中溶質(zhì)的分壓。平衡時(shí)氣相中溶質(zhì)的分壓。平衡狀態(tài)的因素平衡狀態(tài)的因素FC 2=32+2=3當(dāng)壓力不太高、溫度一定時(shí)當(dāng)壓力不太高、溫度一定時(shí) p*A =f1（ x ） y*=f2（x） p*A =f3（ cA ）12氨在水中的溶解度氨在水中的溶解度132020下下SOSO2 2在水中的溶解度在水中的溶解度14幾種氣體在水中的溶解度曲線15討論：討論：（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）總壓、）總壓、y一一定，定，溫度下降溫度下降，在同一溶劑中，在同一溶劑中，溶質(zhì)

6、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 。（3）相同的總壓及摩爾分率，）相同的總壓及摩爾分率， cO2 cCO2 cSO2 x或或 A*Acc*AAppA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：23（二）（二）指明過程進(jìn)行的極限指明過程進(jìn)行的極限過程極限：相平衡。過程極限：相平衡。yPyxABCxy*y*y24（1）逆流吸收，塔高無限，）逆流吸收，塔高無限，2*2min2,mxyyL V，y2V，y1L，x2L，x1（2）逆流吸收，塔高無限，）逆

7、流吸收，塔高無限，myxL1max, 1 （三）（三）確定過程的推動(dòng)力確定過程的推動(dòng)力（1）吸收過程推動(dòng)力的表達(dá)式）吸收過程推動(dòng)力的表達(dá)式*AApp y - y*或或x* -x或或A*Acc25（2）在）在xy圖上圖上 APyy*xx*例例21討論：通過討論：通過x和和x*大小的比較來判斷過程方向，大小的比較來判斷過程方向，若若x=x*,則表現(xiàn)平衡狀態(tài)，是吸收極限，表現(xiàn)為推動(dòng)則表現(xiàn)平衡狀態(tài)，是吸收極限，表現(xiàn)為推動(dòng)力為力為0，吸收過程停止，若，吸收過程停止，若x與與x*偏差越大，則傳質(zhì)推偏差越大，則傳質(zhì)推動(dòng)力越大，越有利于傳質(zhì)，所以平衡關(guān)系是吸收過程動(dòng)力越大，越有利于傳質(zhì)，所以平衡關(guān)系是吸收過程

8、計(jì)算的重要基礎(chǔ)計(jì)算的重要基礎(chǔ)28第三節(jié)第三節(jié) 吸收過程的傳質(zhì)速率吸收過程的傳質(zhì)速率一、一、 分子擴(kuò)散與菲克定律分子擴(kuò)散與菲克定律六、六、 兩相間的雙模理論兩相間的雙模理論四、四、 分子擴(kuò)散系數(shù)分子擴(kuò)散系數(shù)七、七、 總傳質(zhì)速率方程總傳質(zhì)速率方程二、二、 等摩爾逆向擴(kuò)散等摩爾逆向擴(kuò)散三、三、 組分組分A A通過靜止組分通過靜止組分B B的擴(kuò)散的擴(kuò)散五、五、 單相內(nèi)對(duì)流傳質(zhì)單相內(nèi)對(duì)流傳質(zhì)29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

9、相內(nèi)傳遞。單相內(nèi)傳遞方式：分子擴(kuò)散；對(duì)流擴(kuò)散單相內(nèi)傳遞方式：分子擴(kuò)散；對(duì)流擴(kuò)散 。一、一、 分子擴(kuò)散與菲克定律分子擴(kuò)散與菲克定律30分子擴(kuò)散分子擴(kuò)散：在靜止或滯流流體內(nèi)部，若某一組分存：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(yùn)動(dòng)使在濃度差，則因分子無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)使 該組分由濃度較高處傳遞至濃度較低處，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(kuò)散。這種現(xiàn)象稱為分子擴(kuò)散。擴(kuò)散速率擴(kuò)散速率：單位時(shí)間內(nèi)通過垂直于擴(kuò)散方向的單位截：單位時(shí)間內(nèi)通過垂直于擴(kuò)散方向的單位截 面積擴(kuò)散的物質(zhì)量，面積擴(kuò)散的物質(zhì)量，J表示，表示， kmol/(m2s)。 菲克定律菲克定律：溫

10、度、總壓一定，組分：溫度、總壓一定，組分A在擴(kuò)散方向上任一在擴(kuò)散方向上任一 點(diǎn)處的擴(kuò)散通量與該處點(diǎn)處的擴(kuò)散通量與該處A的濃度梯度成正比。的濃度梯度成正比。31zcDJddAABAJA組分組分A擴(kuò)散速率（擴(kuò)散通量），擴(kuò)散速率（擴(kuò)散通量）， kmol/（m2s）；）； 組分組分A在擴(kuò)散方向在擴(kuò)散方向z上的濃度梯度（上的濃度梯度（kmol/m3）/m； zcddA DAB組分組分A在在B組分中的擴(kuò)散系數(shù)，組分中的擴(kuò)散系數(shù)，m2/s。 負(fù)號(hào)：表示擴(kuò)散方向與濃度梯度方向相反，擴(kuò)散沿負(fù)號(hào)：表示擴(kuò)散方向與濃度梯度方向相反，擴(kuò)散沿 著濃度降低的方向進(jìn)行著濃度降低的方向進(jìn)行 32理想氣體：理想氣體：RTpcAA

11、 zcddAzpRT dd1A=zpRTDJddAABA 分子擴(kuò)散兩種形式：等摩爾逆向擴(kuò)散，組分分子擴(kuò)散兩種形式：等摩爾逆向擴(kuò)散，組分A通過通過 靜止組分靜止組分B的擴(kuò)散。的擴(kuò)散。33JAJBT PpA2pB2T PpA1pB112二、等摩爾逆向擴(kuò)散二、等摩爾逆向擴(kuò)散34等摩爾逆向擴(kuò)散：等摩爾逆向擴(kuò)散：任一截面處兩個(gè)組分的擴(kuò)散速率任一截面處兩個(gè)組分的擴(kuò)散速率 大小相等，方向相反。大小相等，方向相反。 zpRTDJddAABAzpRTDJddBBABBpppA總壓一定總壓一定 zpddA=zpddB35 JA=JB DAB=DBA=D 等分子反向擴(kuò)散傳質(zhì)速率方程等分子反向擴(kuò)散傳質(zhì)速率方程傳質(zhì)速率

12、定義：任一固定的空間位置上，傳質(zhì)速率定義：任一固定的空間位置上， 單位時(shí)間單位時(shí)間 內(nèi)通過單位面積的物質(zhì)量，記作內(nèi)通過單位面積的物質(zhì)量，記作N, kmol/(m2 s) 。 NA= zpRTDJddAA氣相：氣相：36)(A2A1AcczDNNA= zcDJddAABA)(A2A1AppRTzDN液相：液相：討論討論1）21AAAppN372）組分的濃度與擴(kuò)散距離）組分的濃度與擴(kuò)散距離z成直線關(guān)系。成直線關(guān)系。 3）等分子反方向擴(kuò)散發(fā)生在蒸餾過程中。）等分子反方向擴(kuò)散發(fā)生在蒸餾過程中。 ppB1pA1pA2pB2擴(kuò)散距離擴(kuò)散距離z0zp三、三、 組分組分A A通過靜止組分通過靜止組分B B的擴(kuò)

13、散的擴(kuò)散3812JAJBNMcA/cNMcB/cNMNA（1）整體移動(dòng)：因溶質(zhì)擴(kuò)散）整體移動(dòng)：因溶質(zhì)擴(kuò)散 到界面溶解于溶劑中，造到界面溶解于溶劑中，造 成界面與主體的微小壓差，成界面與主體的微小壓差， 使得混合物向界面處的流使得混合物向界面處的流 動(dòng)。動(dòng)。（2）整體移動(dòng)的特點(diǎn)：）整體移動(dòng)的特點(diǎn)：1）因分子本身擴(kuò)散引起的宏觀流動(dòng)。）因分子本身擴(kuò)散引起的宏觀流動(dòng)。2）A、B在整體移動(dòng)中方向相同，流動(dòng)速度正比于摩在整體移動(dòng)中方向相同，流動(dòng)速度正比于摩爾爾 分率。分率。 39ccNNAMMA ccNNBMMB ccNJNAMAA ccNJNBMBB ccNJBMB0 zcccDcNddAAA微分式微分

14、式40在氣相擴(kuò)散在氣相擴(kuò)散 RTpcAA RTpc zpppRTDpNdd)(AAA B1B2AlnppRTzDpN 積分式積分式)(A2A1BmAppRTzpDpN 積分式積分式B1B2B1B2Bmlnppppp 41S1S2S1S2Smlnccccc )(A2A1SmAcczcDcN積分式積分式液相：液相：（4）討論）討論1）組分）組分A的濃度與擴(kuò)散距離的濃度與擴(kuò)散距離z為指數(shù)關(guān)系為指數(shù)關(guān)系 Bmpp2）Smcc、漂流因子，漂流因子，無因次無因次 42漂流因子意義漂流因子意義：其大小反映了整體移動(dòng)對(duì)傳質(zhì)速率的影：其大小反映了整體移動(dòng)對(duì)傳質(zhì)速率的影 響程度，其值為總體流動(dòng)使傳質(zhì)速率較單純分子

15、擴(kuò)響程度，其值為總體流動(dòng)使傳質(zhì)速率較單純分子擴(kuò) 散增大的倍數(shù)。散增大的倍數(shù)。 1Bm pp1Sm cc漂流因子的影響因素：漂流因子的影響因素： 濃度高，漂流因數(shù)大，總體流動(dòng)的影響大。濃度高，漂流因數(shù)大，總體流動(dòng)的影響大。 低濃度時(shí)，漂流因數(shù)近似等于低濃度時(shí)，漂流因數(shù)近似等于1，總體流動(dòng)的影響小。，總體流動(dòng)的影響小。 3）單向擴(kuò)散體現(xiàn)在吸收過程中。）單向擴(kuò)散體現(xiàn)在吸收過程中。43擴(kuò)散系數(shù)的意義：單位濃度梯度下的擴(kuò)散通量，反映擴(kuò)散系數(shù)的意義：單位濃度梯度下的擴(kuò)散通量，反映 某組分在一定介質(zhì)中的擴(kuò)散能力，是物質(zhì)特性常某組分在一定介質(zhì)中的擴(kuò)散能力，是物質(zhì)特性常 數(shù)之一；數(shù)之一；D，m2/s。 D的影響

16、因素：的影響因素：A、B、T、P、濃度、濃度D的來源：查手冊(cè)；半經(jīng)驗(yàn)公式；測(cè)定的來源：查手冊(cè)；半經(jīng)驗(yàn)公式；測(cè)定四、分子擴(kuò)散系數(shù)四、分子擴(kuò)散系數(shù)44（1）氣相中的）氣相中的D范圍：范圍：10-510-4m2/s 經(jīng)驗(yàn)公式經(jīng)驗(yàn)公式 D pDTpTDpTfD )(75. 1，（2）液相中的）液相中的D范圍：范圍：10-1010-9m2/s D DTTDTfD )( ，45五、五、 單相內(nèi)的對(duì)流傳質(zhì)單相內(nèi)的對(duì)流傳質(zhì)渦流擴(kuò)散：流體作湍流運(yùn)動(dòng)時(shí)，若流體內(nèi)部渦流擴(kuò)散：流體作湍流運(yùn)動(dòng)時(shí)，若流體內(nèi)部 存在濃度梯度，流體質(zhì)點(diǎn)便會(huì)靠存在濃度梯度，流體質(zhì)點(diǎn)便會(huì)靠 質(zhì)點(diǎn)的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，相互碰撞和質(zhì)點(diǎn)的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，相互碰撞

17、和 混合，組分從高濃度向低濃度方混合，組分從高濃度向低濃度方 向傳遞，這種現(xiàn)象稱為渦流擴(kuò)散。向傳遞，這種現(xiàn)象稱為渦流擴(kuò)散。 zcDJeeddA,A 46eJ,A渦流擴(kuò)散速率，渦流擴(kuò)散速率，kmol/(m2s)； eD渦流擴(kuò)散系數(shù)，渦流擴(kuò)散系數(shù)，m2/s。注意：渦流擴(kuò)散系數(shù)與分子擴(kuò)散系數(shù)不同，不是物性注意：渦流擴(kuò)散系數(shù)與分子擴(kuò)散系數(shù)不同，不是物性 常數(shù)，其值與流體流動(dòng)狀態(tài)及所處的位置有常數(shù)，其值與流體流動(dòng)狀態(tài)及所處的位置有 關(guān)關(guān) ?？倲U(kuò)散通量：總擴(kuò)散通量：zc)D(DJeddAA 47TTWtWt熱流體熱流體冷流體冷流體pAGpAicAicAL氣相氣相液相液相zTztzGzLE（一）單相內(nèi)對(duì)流傳

18、質(zhì)的有效膜模型（一）單相內(nèi)對(duì)流傳質(zhì)的有效膜模型單相內(nèi)對(duì)流傳質(zhì)過程單相內(nèi)對(duì)流傳質(zhì)過程481）靠近相界面處層流內(nèi)層：傳質(zhì)機(jī)理僅為分）靠近相界面處層流內(nèi)層：傳質(zhì)機(jī)理僅為分 子擴(kuò)散，溶質(zhì)子擴(kuò)散，溶質(zhì)A的濃度梯度較大，的濃度梯度較大，pA隨隨z的的 變化較陡。變化較陡。 2）湍流主體：渦流擴(kuò)散遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于分子擴(kuò)散，）湍流主體：渦流擴(kuò)散遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于分子擴(kuò)散， 溶質(zhì)濃度均一化，溶質(zhì)濃度均一化，pA隨隨z的變化近似為水的變化近似為水 平線。平線。 3）過渡區(qū)：分子擴(kuò)散）過渡區(qū)：分子擴(kuò)散+渦流擴(kuò)散，渦流擴(kuò)散，pA隨隨z的的 變化逐漸平緩。變化逐漸平緩。49有效膜模型有效膜模型 單相對(duì)流傳質(zhì)的傳質(zhì)單相對(duì)流傳質(zhì)的傳質(zhì)阻力阻

19、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(kuò)散僅為分子擴(kuò)散 。（二）氣相傳質(zhì)速率方程（二）氣相傳質(zhì)速率方程 有效膜厚有效膜厚zG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(diǎn)體主體濃度線相交于一點(diǎn)E，則厚度，則厚度zG為為E到相界到相界面的垂直距離。面的垂直距離。50AAGAiGBmDpN(pp)RTz p )(iAAGGAppkN GGBmDpkRTz p 以分壓差表示推動(dòng)力的氣膜傳質(zhì)分系數(shù)，以分壓差表示推動(dòng)力的氣膜傳質(zhì)分系數(shù)， kmol/（m2skPa）。）。 Gk=傳質(zhì)系數(shù)傳質(zhì)系數(shù)吸收的推動(dòng)力吸收

20、的推動(dòng)力 AN51氣相對(duì)流傳質(zhì)速率方程有以下幾種形式：氣相對(duì)流傳質(zhì)速率方程有以下幾種形式：)(iAAGGAppkN )(AiyyykN yk以氣相摩爾分率表示推動(dòng)力的氣膜傳以氣相摩爾分率表示推動(dòng)力的氣膜傳 質(zhì)分系數(shù)，質(zhì)分系數(shù)，kmol/（m2s）；）； 各氣相傳質(zhì)分系數(shù)之間的關(guān)系：各氣相傳質(zhì)分系數(shù)之間的關(guān)系： pyp AGiipyp AGpkky 帶入上式帶入上式)(iAAGGAppkN 與與)(AiyyykN 比較比較52AAiALLBm()D cNccz c)(ALiALAcckN LLBmD ckz c 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：)(AxxkNix

21、)(ALiALAcckN （二）液相傳質(zhì)速率方程（二）液相傳質(zhì)速率方程53kL以液相組成摩爾濃度表示推動(dòng)力的液膜以液相組成摩爾濃度表示推動(dòng)力的液膜 對(duì)流傳質(zhì)分系數(shù)，對(duì)流傳質(zhì)分系數(shù)，kmol/（m2skmol/m3）；）； xk以液相組成摩爾分率表示推動(dòng)力的液膜以液相組成摩爾分率表示推動(dòng)力的液膜 對(duì)流傳質(zhì)分系數(shù)，對(duì)流傳質(zhì)分系數(shù)，kmol/（m2s）；）； 各液相傳質(zhì)分系數(shù)之間的關(guān)系：各液相傳質(zhì)分系數(shù)之間的關(guān)系： Lckkx 注意：注意： 對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)=f (操作條件、流動(dòng)狀態(tài)、物性）操作條件、流動(dòng)狀態(tài)、物性）54六、六、 兩相間傳質(zhì)的兩相間傳質(zhì)的雙模理論雙模理論相際對(duì)流傳質(zhì)三大模型：

22、雙膜模型相際對(duì)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）（一）雙膜理論雙膜理論pAGpAicAicAL氣相氣相液相液相zGzLE55雙膜模型的基本論點(diǎn)（假設(shè)）雙膜模型的基本論點(diǎn)（假設(shè)） （1）氣液兩相存在一個(gè)）氣液兩相存在一個(gè)穩(wěn)定的相界面穩(wěn)定的相界面，界面兩側(cè)存，界面兩側(cè)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(kuò)分子擴(kuò) 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(dá)平衡，處兩相達(dá)平衡，無擴(kuò)散阻力無擴(kuò)散阻力。 （3）有效）有效膜以外膜以外主體中，充分湍動(dòng)，溶質(zhì)主要以主體中，充分湍動(dòng)，溶質(zhì)主要以 渦

23、流擴(kuò)散渦流擴(kuò)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 56（一）（一）氣相傳質(zhì)速率方程氣相傳質(zhì)速率方程 )(*AAGAppKN )(*AyyKNy GK以氣相分壓差表示推動(dòng)力的氣相總傳質(zhì)以氣相分壓差表示推動(dòng)力的氣相總傳質(zhì) 系數(shù)，系數(shù)，kmol/（m2skPa）；）； yK以氣相摩爾分率差表示推動(dòng)力的氣相以氣相摩爾分率差表示推動(dòng)力的氣相 總傳質(zhì)系數(shù)，總傳質(zhì)系數(shù)，kmol/（m2s）；）；)(*AYYKNY YK以氣相摩爾比差表示推動(dòng)力的氣相以氣相摩爾比差表示推動(dòng)力的氣相 總傳質(zhì)系數(shù)，總傳質(zhì)系數(shù)，kmol/（m2s）；）；七、總傳質(zhì)速率方程七、總傳質(zhì)速率方程

24、57（二）（二）液相總傳質(zhì)速率方程液相總傳質(zhì)速率方程 )(A*ALAccKN )(*AXXKNX LK 以液相濃度差表示推動(dòng)力的液相總傳以液相濃度差表示推動(dòng)力的液相總傳 質(zhì)系數(shù)，質(zhì)系數(shù)，kmol/m2skmol/m3）；）； xK以液相摩爾分率差表示推動(dòng)力的液相以液相摩爾分率差表示推動(dòng)力的液相 總傳質(zhì)系數(shù)，總傳質(zhì)系數(shù)，kmol/（m2s）；）； )(*AxxKNx XK以液相摩爾比差表示推動(dòng)力的液相以液相摩爾比差表示推動(dòng)力的液相 總傳質(zhì)系數(shù)，總傳質(zhì)系數(shù)，kmol/（m2s）；）； 58GLG111kHkK GLL11kHkK LGHKK xyykmkK 11yxxmkkK111 xyKmK 根

25、據(jù)雙膜理論根據(jù)雙膜理論 （三）（三）總傳質(zhì)系數(shù)與單相傳質(zhì)分系數(shù)之間的關(guān)系總傳質(zhì)系數(shù)與單相傳質(zhì)分系數(shù)之間的關(guān)系系統(tǒng)服從亨利定律或平衡關(guān)系在計(jì)算范圍為直線系統(tǒng)服從亨利定律或平衡關(guān)系在計(jì)算范圍為直線 59（四）（四）總傳質(zhì)系數(shù)之間的關(guān)系總傳質(zhì)系數(shù)之間的關(guān)系 yKpK GxKcK LXYYkmkK 11YXXmkkK111 XYKmK YKpK GXKcK L60（五）（五）傳質(zhì)速率的控制傳質(zhì)速率的控制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)

26、、傳質(zhì)阻力傳質(zhì)系數(shù)、傳質(zhì)阻力 與推動(dòng)力一一對(duì)應(yīng)。與推動(dòng)力一一對(duì)應(yīng)。 1 1YXYkkmK yxxmkkK1 1 1 1.傳質(zhì)阻力傳質(zhì)阻力612.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(diǎn)：氣膜控制的特點(diǎn)：AiA*AApppp .pAIpAicAcAi*Ac*Ap)(*AAppkNGA 62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(qiáng)氣相湍流程度

27、。加強(qiáng)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(diǎn)：液膜控制的特點(diǎn)：LL11kK H較小難溶氣體較小難溶氣體 AAiA*Acccc .ApAip*ApAcAic*Ac)(A*ALAcckN 63提高傳質(zhì)速率的措施：提高液體流速；提高傳質(zhì)速率的措施：提高液體流速； 加強(qiáng)液相湍流程度。加強(qiáng)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)(*YYkNYA m

28、大難溶氣體大難溶氣體XXXXi *)(*XXkNXA 64第四節(jié)第四節(jié) 吸收塔的計(jì)算吸收塔的計(jì)算一、物料衡算與操作線方程一、物料衡算與操作線方程二、吸收劑的用量最小液氣比二、吸收劑的用量最小液氣比三、填料層高度的計(jì)算三、填料層高度的計(jì)算四、吸收塔的操作計(jì)算四、吸收塔的操作計(jì)算五、解吸塔的計(jì)算五、解吸塔的計(jì)算65傳質(zhì)設(shè)備：傳質(zhì)設(shè)備：66 操作型：核算；操作型：核算； 操作條件與吸收結(jié)果的關(guān)系。操作條件與吸收結(jié)果的關(guān)系。計(jì)算依據(jù)：物料衡算計(jì)算依據(jù)：物料衡算 相平衡相平衡 吸收速率方程吸收速率方程吸收塔的計(jì)算內(nèi)容：吸收塔的計(jì)算內(nèi)容： 設(shè)計(jì)型：流向、流程、吸收劑用量、設(shè)計(jì)型：流向、流程、吸收劑用量、

29、吸收劑濃度、塔高、塔徑吸收劑濃度、塔高、塔徑67一、物料衡算與操作線方程一、物料衡算與操作線方程物料衡算物料衡算定態(tài)，假設(shè)定態(tài)，假設(shè)S不揮發(fā)，不揮發(fā)，B不溶于不溶于S全塔范圍內(nèi)，對(duì)全塔范圍內(nèi)，對(duì)A作物料衡算作物料衡算 ：GY1+LX2=GY2+LX1 G（Y1Y2）=L（X1X2） G,Y2G,Y1L,X2L,X1121211()G YYYYGYY 68X1=X2G（Y1Y2）/L操作線方程式及操作線操作線方程式及操作線（1）逆流吸收）逆流吸收G，Y2G，Y1L，X2L，X1G，YL，XGY+LX2=GY2+LX22()LLYXYXGG Y2=Y1（1 ） A被吸收的百分率，稱為回收率或吸收率

30、。被吸收的百分率，稱為回收率或吸收率。 6911()LLYXYXGG 同理：同理：逆流吸收操作線具有如下特點(diǎn)：逆流吸收操作線具有如下特點(diǎn)： XY1Y2X1X2ABLG)(*XfY Y703）操作線僅與液氣比、濃端及稀端組成有關(guān)，與系）操作線僅與液氣比、濃端及稀端組成有關(guān)，與系 統(tǒng)的平衡關(guān)系、塔型及操作條件統(tǒng)的平衡關(guān)系、塔型及操作條件T、p無關(guān)。無關(guān)。 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、G、Y1、X2恒定，操作線在恒定，操作線在XY 坐標(biāo)上為一直線，斜率為坐標(biāo)上為一直線，斜率為L/G 。

31、 L/G為吸收為吸收 操作的操作的液氣比液氣比； 715）平衡線與操作線共同決定吸收推動(dòng)力。操作線）平衡線與操作線共同決定吸收推動(dòng)力。操作線 離平衡線愈遠(yuǎn)吸收的推動(dòng)力愈大；離平衡線愈遠(yuǎn)吸收的推動(dòng)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*72（2）并流吸收）并流吸收G,Y2G,Y1L,X2L,X1V,Y L,XGY+LX=GY2+ LX222()LLYXYXGG Y2Y1X2X1ABXY73逆流與并流的比較：逆流與并流的比較：1）逆流推動(dòng)力均勻，且）逆流推動(dòng)力均勻，且并流并流逆流逆

32、流mmYY 2） Y1大，逆流時(shí)大，逆流時(shí)Y1與與X1在塔底相迂有利于提高在塔底相迂有利于提高X1； X2小，逆流時(shí)小，逆流時(shí)Y2與與X2在塔頂相迂有利于降低在塔頂相迂有利于降低Y2。逆流與并流操作線練習(xí)逆流與并流操作線練習(xí)74二、吸收劑的用量最小液氣比二、吸收劑的用量最小液氣比B1Y1Y2ABOEXYX2X1X*1P75（一）（一）最小液氣比最小液氣比最小液氣比定義：針對(duì)一定的分離任務(wù)，操作條件和最小液氣比定義：針對(duì)一定的分離任務(wù)，操作條件和吸收物系一定，塔內(nèi)某截面吸收推動(dòng)力為零，達(dá)到分吸收物系一定，塔內(nèi)某截面吸收推動(dòng)力為零，達(dá)到分離程度所需塔高無窮大時(shí)的液氣比。離程度所需塔高無窮大時(shí)的液氣

33、比。 minLG 最小液氣比的計(jì)算最小液氣比的計(jì)算1.平衡曲線一般情況平衡曲線一般情況 7612*min12YYLGXX X*1與與Y1相平衡的液相組成。相平衡的液相組成。 平衡關(guān)系符合亨利定律時(shí)：平衡關(guān)系符合亨利定律時(shí)： 121min2YYLYGXm 2.平衡曲線為凸形曲線情況平衡曲線為凸形曲線情況 7712min1,max2YYLGXX 78（二）操作液氣比（二）操作液氣比 設(shè)備費(fèi)設(shè)備費(fèi),ZYVL 再生費(fèi)再生費(fèi)，并不總有效，并不總有效設(shè)備費(fèi)設(shè)備費(fèi),L ,ZYVL (1.12.0)LG min VL79三、填料層高度的計(jì)算三、填料層高度的計(jì)算傳質(zhì)單元數(shù)法傳質(zhì)單元數(shù)法 （一）填料層高度的基本計(jì)

34、算式（一）填料層高度的基本計(jì)算式adzNXLYGGAdddAZYY+dYXX+dXZdZY2X2X1Y1單位時(shí)間，單位時(shí)間，dZ內(nèi)吸收內(nèi)吸收A的量：的量： 塔截面積，塔截面積，;GAA的流率，的流率，kmol/(s)；G惰性氣體流率，惰性氣體流率，kmol/(s)；L吸收劑流率，吸收劑流率， kmol/(s)。*)(YYKNYA 80a單位體積填料的有效傳質(zhì)面積，單位體積填料的有效傳質(zhì)面積，/m3。*ddYGYZK aYY 12 * dYYYGYZK aYY 12 *OGdYYYYYNaKGHYOG填料層高度填料層高度 OGOGHNZ 81同理：同理：OLOLHNZ GGHNZ LLHNZ a

35、KLHX OL 12 *OLdXXXXXNakGHYG 12 GdYYiYYYN akLHX L 12dLXXiXXXN82氣相總體積傳質(zhì)系數(shù)，氣相總體積傳質(zhì)系數(shù)，kmol/（m3s） aKYaKX液相總體積傳質(zhì)系數(shù)，液相總體積傳質(zhì)系數(shù)，kmol/（m3s） 填料層高度可用下面的通式計(jì)算：填料層高度可用下面的通式計(jì)算： Z=傳質(zhì)單元高度傳質(zhì)單元高度傳質(zhì)單元數(shù)傳質(zhì)單元數(shù)體積傳質(zhì)系數(shù)的物理意義：體積傳質(zhì)系數(shù)的物理意義： 在單位推動(dòng)力下，單位時(shí)間，單位體積填料層內(nèi)吸收在單位推動(dòng)力下，單位時(shí)間，單位體積填料層內(nèi)吸收的溶質(zhì)量。的溶質(zhì)量。 （二）傳質(zhì)單元數(shù)與傳質(zhì)單元高度（二）傳質(zhì)單元數(shù)與傳質(zhì)單元高度 83

36、12 * dYYYGYZK aYY 以以為例為例（1）傳質(zhì)單元數(shù)）傳質(zhì)單元數(shù)OLHOLN、液相總傳質(zhì)單元高度液相總傳質(zhì)單元高度、總傳質(zhì)單元數(shù)、總傳質(zhì)單元數(shù)GGHN 、氣相傳質(zhì)單元高度氣相傳質(zhì)單元高度 、傳質(zhì)單元數(shù)、傳質(zhì)單元數(shù)LLHN 、液相傳質(zhì)單元高度液相傳質(zhì)單元高度 、傳質(zhì)單元數(shù)、傳質(zhì)單元數(shù)OGOGHN、氣相總傳質(zhì)單元高度氣相總傳質(zhì)單元高度、總傳質(zhì)單元數(shù)、總傳質(zhì)單元數(shù)定義定義：氣相總傳質(zhì)單元數(shù)氣相總傳質(zhì)單元數(shù) 12 *OGdYYYYYN84傳質(zhì)單元數(shù)的意義傳質(zhì)單元數(shù)的意義： 反映了取得一定吸收效果的難易程度。反映了取得一定吸收效果的難易程度。 平平均均推推動(dòng)動(dòng)力力組組成成變變化化 m*21

37、*OG)(d12YYYYYYYNYY 氣體流經(jīng)一段填料，溶質(zhì)組成變化（氣體流經(jīng)一段填料，溶質(zhì)組成變化（Y1 Y2）等）等于該段填料平均吸收推動(dòng)力（于該段填料平均吸收推動(dòng)力（YY*）m時(shí)，該段填時(shí)，該段填料為一個(gè)傳質(zhì)單元。料為一個(gè)傳質(zhì)單元。 的意義：的意義：1OG N85（2）傳質(zhì)單元高度）傳質(zhì)單元高度 定義定義：OGYGHK a 氣相總傳質(zhì)單元高度，氣相總傳質(zhì)單元高度，m。 傳質(zhì)單元高度的意義傳質(zhì)單元高度的意義: 完成一個(gè)傳質(zhì)單元分離效果所需的填料層高度，完成一個(gè)傳質(zhì)單元分離效果所需的填料層高度，反映了吸收設(shè)備效能的高低。反映了吸收設(shè)備效能的高低。 傳質(zhì)單元高度影響因素傳質(zhì)單元高度影響因素：

38、填料性能、流動(dòng)狀況填料性能、流動(dòng)狀況 體積總傳質(zhì)系數(shù)與傳質(zhì)單元高度的關(guān)系體積總傳質(zhì)系數(shù)與傳質(zhì)單元高度的關(guān)系: 86傳質(zhì)單元高度變化范圍：傳質(zhì)單元高度變化范圍：0.101.0m。 各種傳質(zhì)單元高度之間的關(guān)系各種傳質(zhì)單元高度之間的關(guān)系 平衡線斜率為平衡線斜率為m XYYkmkK 11YYXGGmGLK ak ak a L OGGLmGHHHL 0.7 0.80.3 0.2G,YYK aGVK a 87OLLGLHHHmG 同理同理 ：OGOLmGHHL 比較上式：比較上式：（三）傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算（三）傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算1.1.對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法氣液平衡線為直線氣液平衡線為直線 bmXY

39、 *操作線也為直線操作線也為直線 11()LLYXYXGG 88 OGNm21YYY 2121mlnYYYYY *111YYY *222YYY 同理：同理：OLNm21XXX 2121mlnXXXXX 1*11XXX 2*22XXX 89平衡線與操作線平行平衡線與操作線平行 時(shí)，時(shí)，*22*11*YYYYYY OGN *1121YYYY*2221YYYY 當(dāng)當(dāng) 、 時(shí)，對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力可用算術(shù)時(shí)，對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力可用算術(shù) 平均推動(dòng)力平均推動(dòng)力 。221 YY221 XX注意：注意：平均推動(dòng)力法適用于平衡線為直線，逆流、并流吸收平均推動(dòng)力法適用于平衡線為直線，逆流、并流吸收 皆可。皆可。902.2.

40、吸收因數(shù)法吸收因數(shù)法平衡線為通過原點(diǎn)的直線平衡線為通過原點(diǎn)的直線 ，服從亨利定律服從亨利定律 mXY *22()GXYYXL 12 *OGdYYYYYN 12 dYYmXYY逆流為例：逆流為例：91LmVS S解吸因數(shù)解吸因數(shù)（脫吸因數(shù)）（脫吸因數(shù)） SmXYmXYSSN2221OG1ln112212YmXYmX92注意：圖的適用范圍為注意：圖的適用范圍為 0.05及及 S1。 2212YmXYmX 3.3.圖解積分法圖解積分法平衡線曲線時(shí)平衡線曲線時(shí) 圖解積分法步驟如下：圖解積分法步驟如下： 12 *OGdYYYYYN93 操作線上任取一點(diǎn)（操作線上任取一點(diǎn)（X, Y），其推動(dòng)力為），其推動(dòng)

41、力為(Y - Y*)。 系列系列Y 作圖得曲線。作圖得曲線。 *1YY 積分計(jì)算積分計(jì)算Y2至至Y1范圍內(nèi)的陰影面積。范圍內(nèi)的陰影面積。 12 *OGdYYYYYN94命題：命題：塔高一定時(shí)，吸收操作條件與吸收效果間的塔高一定時(shí)，吸收操作條件與吸收效果間的分析和計(jì)算分析和計(jì)算; 吸收塔的核算。吸收塔的核算。 定性分析定性分析例例 在一填料塔中用清水吸收氨空氣中的低濃氨在一填料塔中用清水吸收氨空氣中的低濃氨氣，若清水量適量加大，其余操作條件不變，則氣，若清水量適量加大，其余操作條件不變，則Y2、X1如何變化？（已知體積傳質(zhì)系數(shù)隨氣量變化關(guān)系如何變化？（已知體積傳質(zhì)系數(shù)隨氣量變化關(guān)系為為 ）0.8Yk aG 四、四、 吸收塔操作計(jì)算吸收塔操作計(jì)算95定性分析步驟：定性分析步驟： 1）根據(jù)條件確定根據(jù)條件確定HOG、S； 2）利用）利用 ，確定，確定 的變化的變化; 3）采用吸收因數(shù)法確定采用吸收因數(shù)法確定Y2的變化的變化; 4）利用全塔物料衡算分析）利用全塔物料衡算分析X1變化。變化。 OGOGHNZ 水吸收混合氣中的氨為氣膜控制過程水吸收混合氣中的氨為氣膜控制過程 0.8YYK ak aG因氣體流量因氣體流量V不變不變 akYaKY近似不變，近似不變，HOG不變不變 、96OGOGHNZ NOG不變不變, S/mSLL G 222