傳質(zhì)過(guò)程(化工基礎(chǔ)化學(xué))

1、 第五章第五章 傳質(zhì)過(guò)程及塔設(shè)備傳質(zhì)過(guò)程及塔設(shè)備 質(zhì)量傳遞過(guò)程質(zhì)量傳遞過(guò)程（簡(jiǎn)稱傳質(zhì)）：物質(zhì)以擴(kuò)散方（簡(jiǎn)稱傳質(zhì)）：物質(zhì)以擴(kuò)散方式從一處轉(zhuǎn)移到另一處的過(guò)程。式從一處轉(zhuǎn)移到另一處的過(guò)程。 單相傳質(zhì)單相傳質(zhì)：僅在一相中發(fā)生的物質(zhì)傳遞。：僅在一相中發(fā)生的物質(zhì)傳遞。 相間傳質(zhì)相間傳質(zhì)：通過(guò)相界面的物質(zhì)傳遞。實(shí)際：通過(guò)相界面的物質(zhì)傳遞。實(shí)際生產(chǎn)中多為相間傳質(zhì)，工業(yè)上通常所說(shuō)傳質(zhì)分生產(chǎn)中多為相間傳質(zhì)，工業(yè)上通常所說(shuō)傳質(zhì)分離過(guò)程即指相間傳質(zhì)。離過(guò)程即指相間傳質(zhì)。 傳質(zhì)過(guò)程在化學(xué)工程中占有極其重傳質(zhì)過(guò)程在化學(xué)工程中占有極其重要的地位要的地位: : 它廣泛應(yīng)用于混合物的分離操作；它廣泛應(yīng)用于混合物的分離操作； 它

2、常與化學(xué)反應(yīng)共存，影響化學(xué)反應(yīng)它常與化學(xué)反應(yīng)共存，影響化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，甚至成為化學(xué)反應(yīng)的控制因素。過(guò)程，甚至成為化學(xué)反應(yīng)的控制因素。 另外，在環(huán)境保護(hù)、生命現(xiàn)象及許多另外，在環(huán)境保護(hù)、生命現(xiàn)象及許多工程和工業(yè)實(shí)踐中都涉及物質(zhì)的傳遞過(guò)工程和工業(yè)實(shí)踐中都涉及物質(zhì)的傳遞過(guò)程。程。 5.15.1傳質(zhì)過(guò)程及塔設(shè)備簡(jiǎn)介傳質(zhì)過(guò)程及塔設(shè)備簡(jiǎn)介 1.1.傳質(zhì)過(guò)程的類(lèi)型傳質(zhì)過(guò)程的類(lèi)型 兩相間的傳質(zhì)過(guò)程，根據(jù)相態(tài)不同，可分兩相間的傳質(zhì)過(guò)程，根據(jù)相態(tài)不同，可分為流體相間和流固相間的傳質(zhì)兩類(lèi)。為流體相間和流固相間的傳質(zhì)兩類(lèi)。 （l l）流體相間的傳質(zhì)過(guò)程）流體相間的傳質(zhì)過(guò)程 氣相氣相液相：包括氣體的吸收、液體的蒸餾、液相

3、：包括氣體的吸收、液體的蒸餾、氣體的增濕等單元操作。氣體的增濕等單元操作。液相一液相：在均相液體混合物中加入具有選液相一液相：在均相液體混合物中加入具有選擇性的溶劑，系統(tǒng)形成兩個(gè)液相。擇性的溶劑，系統(tǒng)形成兩個(gè)液相。 由于原溶液中各組分在溶劑中溶解度的不由于原溶液中各組分在溶劑中溶解度的不同，它們將在兩個(gè)液相之間進(jìn)行分配，即發(fā)生同，它們將在兩個(gè)液相之間進(jìn)行分配，即發(fā)生相間傳質(zhì)過(guò)程，這就是通常所說(shuō)的液一液萃取。相間傳質(zhì)過(guò)程，這就是通常所說(shuō)的液一液萃取。（2 2）流固相間的傳質(zhì)過(guò)程）流固相間的傳質(zhì)過(guò)程氣相一固相氣相一固相 ：有固體干燥、氣體有固體干燥、氣體吸附等操作。吸附等操作。 液相一固相：液相一

4、固相：包括液體結(jié)晶、固包括液體結(jié)晶、固體浸?。ㄒ步泄桃狠腿。?、液體吸體浸?。ㄒ步泄桃狠腿。?、液體吸附、離子交換等單元操作。附、離子交換等單元操作。2 2傳質(zhì)過(guò)程的共性傳質(zhì)過(guò)程的共性（1 1）傳質(zhì)的方式與歷程）傳質(zhì)的方式與歷程 單相物系內(nèi)的物質(zhì)傳遞是依靠物質(zhì)的擴(kuò)散單相物系內(nèi)的物質(zhì)傳遞是依靠物質(zhì)的擴(kuò)散作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。常見(jiàn)的擴(kuò)散方式有：作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。常見(jiàn)的擴(kuò)散方式有： 分子擴(kuò)散分子擴(kuò)散：物質(zhì)靠分子運(yùn)動(dòng)從高濃度處轉(zhuǎn)：物質(zhì)靠分子運(yùn)動(dòng)從高濃度處轉(zhuǎn)移到低濃度處，物質(zhì)在靜止或滯流流體中的擴(kuò)移到低濃度處，物質(zhì)在靜止或滯流流體中的擴(kuò)散便是此種。散便是此種。 渦流擴(kuò)散渦流擴(kuò)散：因流體的湍動(dòng)和旋渦產(chǎn)生質(zhì)點(diǎn)：因流體的湍動(dòng)

5、和旋渦產(chǎn)生質(zhì)點(diǎn)位移，使物質(zhì)由高濃度處轉(zhuǎn)移到低濃度處的過(guò)位移，使物質(zhì)由高濃度處轉(zhuǎn)移到低濃度處的過(guò)程。實(shí)際上，湍流流動(dòng)有湍流主體和滯流底層程。實(shí)際上，湍流流動(dòng)有湍流主體和滯流底層之分，所以其中物質(zhì)傳遞既靠渦流擴(kuò)散也靠分之分，所以其中物質(zhì)傳遞既靠渦流擴(kuò)散也靠分子擴(kuò)散，兩者統(tǒng)稱對(duì)流擴(kuò)散。子擴(kuò)散，兩者統(tǒng)稱對(duì)流擴(kuò)散。 無(wú)論哪種類(lèi)型的均相混合物，要無(wú)論哪種類(lèi)型的均相混合物，要將其分離成純凈或幾乎為純態(tài)物質(zhì)，將其分離成純凈或幾乎為純態(tài)物質(zhì)，必須造成一個(gè)兩相物系，利用原物系必須造成一個(gè)兩相物系，利用原物系中各組分間某種特性的差異，使其中中各組分間某種特性的差異，使其中某個(gè)組分在兩相間進(jìn)行傳質(zhì)。某個(gè)組分在兩相間進(jìn)

6、行傳質(zhì)。 物質(zhì)在兩相中的傳質(zhì)歷程物質(zhì)在兩相中的傳質(zhì)歷程 物質(zhì)首先從一相主體擴(kuò)散到物質(zhì)首先從一相主體擴(kuò)散到兩相界面的該相一側(cè)，然后通過(guò)兩相界面的該相一側(cè)，然后通過(guò)相界面進(jìn)入另一相，最后從此相相界面進(jìn)入另一相，最后從此相的界面向主體擴(kuò)散。的界面向主體擴(kuò)散。 例如氣體吸收，氣相主體中例如氣體吸收，氣相主體中溶質(zhì)擴(kuò)散經(jīng)過(guò)氣相到達(dá)氣液相界溶質(zhì)擴(kuò)散經(jīng)過(guò)氣相到達(dá)氣液相界面，溶解進(jìn)入液相，然后擴(kuò)散進(jìn)面，溶解進(jìn)入液相，然后擴(kuò)散進(jìn)入液相主體。入液相主體。（2 2）傳質(zhì)過(guò)程的方向與極限）傳質(zhì)過(guò)程的方向與極限 相間傳質(zhì)和相際平衡所共有的幾點(diǎn)規(guī)律：相間傳質(zhì)和相際平衡所共有的幾點(diǎn)規(guī)律： 一定條件下，處于非平衡狀態(tài)的一定條

7、件下，處于非平衡狀態(tài)的兩相體系內(nèi)組分會(huì)自動(dòng)地進(jìn)行旨在使體兩相體系內(nèi)組分會(huì)自動(dòng)地進(jìn)行旨在使體系的組成趨于平衡態(tài)的傳遞。經(jīng)過(guò)足夠系的組成趨于平衡態(tài)的傳遞。經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)的長(zhǎng)的 時(shí)間，體系最終將達(dá)到平衡態(tài)，此時(shí)間，體系最終將達(dá)到平衡態(tài)，此時(shí)相間沒(méi)有凈的質(zhì)量傳遞；時(shí)相間沒(méi)有凈的質(zhì)量傳遞； 條件的改變可破壞原有的平衡狀條件的改變可破壞原有的平衡狀態(tài)。如改變后的條件保持恒定，一定時(shí)態(tài)。如改變后的條件保持恒定，一定時(shí)間后，體系又可達(dá)到新的平衡。間后，體系又可達(dá)到新的平衡。 在一定條件下（如溫度、壓力），在一定條件下（如溫度、壓力），兩相體系必然存在著一個(gè)平衡關(guān)系。兩相體系必然存在著一個(gè)平衡關(guān)系。 相間傳質(zhì)過(guò)程的

8、方向和極限可用組分在一相間傳質(zhì)過(guò)程的方向和極限可用組分在一相中的實(shí)際濃度與另一相實(shí)際濃度所要求的平相中的實(shí)際濃度與另一相實(shí)際濃度所要求的平衡濃度的相對(duì)大小來(lái)判斷：衡濃度的相對(duì)大小來(lái)判斷： 若物質(zhì)在一相（若物質(zhì)在一相（A A相）實(shí)際濃度大于其相）實(shí)際濃度大于其在另一相（在另一相（B B相）實(shí)際濃度所要求的平衡濃度，相）實(shí)際濃度所要求的平衡濃度，則物質(zhì)將由則物質(zhì)將由A A相向相向B B相傳遞；相傳遞； 物質(zhì)在物質(zhì)在A A相實(shí)際濃度小于其在相實(shí)際濃度小于其在B B相實(shí)際濃相實(shí)際濃度所要求的平衡濃度，則傳質(zhì)過(guò)程向相反方向度所要求的平衡濃度，則傳質(zhì)過(guò)程向相反方向進(jìn)行，即從進(jìn)行，即從B B相向相向A A相

9、傳遞；相傳遞； 若物質(zhì)在若物質(zhì)在A A相實(shí)際濃度等于相實(shí)際濃度等于B B相實(shí)際濃相實(shí)際濃度所要求的平衡濃度，則無(wú)傳質(zhì)過(guò)程發(fā)生，體度所要求的平衡濃度，則無(wú)傳質(zhì)過(guò)程發(fā)生，體系處于平衡狀態(tài)。系處于平衡狀態(tài)。 對(duì)于空氣中的氨向水中對(duì)于空氣中的氨向水中傳遞的過(guò)程，若以氨的分壓傳遞的過(guò)程，若以氨的分壓p p表示氣相中氨的實(shí)際濃度，表示氣相中氨的實(shí)際濃度，p p* *表示液相實(shí)際濃度所要求表示液相實(shí)際濃度所要求的氣相平衡分壓，則：的氣相平衡分壓，則：p pp p* *時(shí)，氨從氣相向液相傳遞；時(shí)，氨從氣相向液相傳遞；p pp p* *時(shí)，氨由液相向氣相轉(zhuǎn)移；時(shí)，氨由液相向氣相轉(zhuǎn)移；p= pp= p* *時(shí)，體

10、系達(dá)到平衡狀態(tài)。時(shí)，體系達(dá)到平衡狀態(tài)。（3 3）傳質(zhì)過(guò)程推動(dòng)力與速率）傳質(zhì)過(guò)程推動(dòng)力與速率 組分偏離平衡狀態(tài)的程度是傳質(zhì)過(guò)組分偏離平衡狀態(tài)的程度是傳質(zhì)過(guò)程的推動(dòng)力。程的推動(dòng)力。 由于相組成的表示方法不同，推動(dòng)力由于相組成的表示方法不同，推動(dòng)力的形式便不一樣，可以是壓力差、濃度的形式便不一樣，可以是壓力差、濃度差等等差等等 上述空氣中氨向水中傳遞過(guò)程的例子，上述空氣中氨向水中傳遞過(guò)程的例子，氣相氨濃度用分壓表示時(shí)，過(guò)程推動(dòng)力氣相氨濃度用分壓表示時(shí)，過(guò)程推動(dòng)力為為p p一一p p* *。 傳質(zhì)過(guò)程中，物質(zhì)傳遞的快慢常以傳質(zhì)傳質(zhì)過(guò)程中，物質(zhì)傳遞的快慢常以傳質(zhì)速率來(lái)表示，其定義為；單位時(shí)間內(nèi)，單位相速

11、率來(lái)表示，其定義為；單位時(shí)間內(nèi)，單位相接觸面上被傳遞組分的物質(zhì)的量。接觸面上被傳遞組分的物質(zhì)的量。 傳質(zhì)速率與傳質(zhì)推動(dòng)力的大小有關(guān)，與傳質(zhì)速率與傳質(zhì)推動(dòng)力的大小有關(guān)，與其它過(guò)程速率一樣，傳質(zhì)速率可以寫(xiě)為：其它過(guò)程速率一樣，傳質(zhì)速率可以寫(xiě)為： 傳質(zhì)推動(dòng)力傳質(zhì)推動(dòng)力 傳質(zhì)速率傳質(zhì)速率= = 傳質(zhì)阻力傳質(zhì)阻力 實(shí)際上，常把傳質(zhì)阻力看成是傳質(zhì)系數(shù)實(shí)際上，常把傳質(zhì)阻力看成是傳質(zhì)系數(shù)的倒數(shù)，即傳質(zhì)速率的倒數(shù)，即傳質(zhì)速率= =傳質(zhì)系數(shù)傳質(zhì)系數(shù)傳質(zhì)推動(dòng)力傳質(zhì)推動(dòng)力3 3、塔設(shè)備、塔設(shè)備 傳質(zhì)過(guò)程有通用的傳質(zhì)設(shè)備。氣體傳質(zhì)過(guò)程有通用的傳質(zhì)設(shè)備。氣體吸收和液體精餾兩種氣液傳質(zhì)過(guò)程通常吸收和液體精餾兩種氣液傳質(zhì)過(guò)程

12、通常在塔設(shè)備內(nèi)進(jìn)行。在塔設(shè)備內(nèi)進(jìn)行。 塔設(shè)備的基本功能在于提供氣、液塔設(shè)備的基本功能在于提供氣、液兩相充分接觸的機(jī)會(huì)，使質(zhì)、熱兩種傳兩相充分接觸的機(jī)會(huì)，使質(zhì)、熱兩種傳遞過(guò)程能夠迅速有效地進(jìn)行，同時(shí)還能遞過(guò)程能夠迅速有效地進(jìn)行，同時(shí)還能使接觸的氣、液兩相及時(shí)分開(kāi)，互不夾使接觸的氣、液兩相及時(shí)分開(kāi)，互不夾帶。帶。 常見(jiàn)塔設(shè)備分為填料塔與板式塔兩種。常見(jiàn)塔設(shè)備分為填料塔與板式塔兩種。（1 1）填料塔填料塔填料塔的結(jié)構(gòu)填料塔的結(jié)構(gòu) 塔體為圓筒形，里面充填一塔體為圓筒形，里面充填一定高度的填料；填料的下方有定高度的填料；填料的下方有支承板，上方為填料壓網(wǎng)及液支承板，上方為填料壓網(wǎng)及液體分布裝置。體分布裝

13、置。 操作時(shí)，液體經(jīng)塔頂?shù)囊翰僮鲿r(shí)，液體經(jīng)塔頂?shù)囊后w分布器分散后沿填料表面流體分布器分散后沿填料表面流下而潤(rùn)濕填料；氣體從塔底進(jìn)下而潤(rùn)濕填料；氣體從塔底進(jìn)入，在壓強(qiáng)差推動(dòng)下，通過(guò)填入，在壓強(qiáng)差推動(dòng)下，通過(guò)填料間的空隙與氣體逆向接觸，料間的空隙與氣體逆向接觸，在填料表面進(jìn)行傳質(zhì)。氣、液在填料表面進(jìn)行傳質(zhì)。氣、液兩相的組成沿塔高連續(xù)地變化。兩相的組成沿塔高連續(xù)地變化。填料塔內(nèi)的流體力學(xué)狀況填料塔內(nèi)的流體力學(xué)狀況 在設(shè)計(jì)填料塔時(shí)，首先要考慮填料塔的在設(shè)計(jì)填料塔時(shí)，首先要考慮填料塔的流體力學(xué)性能：包括氣體通過(guò)填料層的壓降、流體力學(xué)性能：包括氣體通過(guò)填料層的壓降、液泛氣速、持液量（單位體積填料所持有的液

14、泛氣速、持液量（單位體積填料所持有的液體體積）、氣液分布等。液體體積）、氣液分布等。 例如，確定動(dòng)力消耗需知壓降；確定塔例如，確定動(dòng)力消耗需知壓降；確定塔徑以液泛速度為依據(jù)；持液量關(guān)系著填料支徑以液泛速度為依據(jù)；持液量關(guān)系著填料支承裝置的強(qiáng)度；氣液分布情況影響著傳質(zhì)效承裝置的強(qiáng)度；氣液分布情況影響著傳質(zhì)效率等。率等。 L =0 L =0（當(dāng)沒(méi)有液體噴（當(dāng)沒(méi)有液體噴淋時(shí)），即氣體通過(guò)干填淋時(shí)），即氣體通過(guò)干填料層時(shí)，料層時(shí)，pp/H/Hu u呈直線呈直線關(guān)系，直線的斜率為關(guān)系，直線的斜率為1.81.82.O2.O，表明，表明H H與與u u的的1.81.82 2次次方成比例，氣流狀態(tài)為湍方成比例

15、，氣流狀態(tài)為湍流。流。 當(dāng)有液體噴淋時(shí)，填當(dāng)有液體噴淋時(shí)，填料層內(nèi)的部分空隙為液體料層內(nèi)的部分空隙為液體所占據(jù)。相同的空塔氣速所占據(jù)。相同的空塔氣速下，隨著液體噴淋密度的下，隨著液體噴淋密度的增加，填料的持液量增加，增加，填料的持液量增加，氣流的自由通道減少，氣氣流的自由通道減少，氣流的壓降增加，流的壓降增加， pp/H/Hu u關(guān)系變成曲線。關(guān)系變成曲線。 氣速較低時(shí)，由于逆向氣氣速較低時(shí)，由于逆向氣流的牽制小，填料層內(nèi)液體向下流的牽制小，填料層內(nèi)液體向下流動(dòng)幾乎與氣速無(wú)關(guān)，填料表面流動(dòng)幾乎與氣速無(wú)關(guān)，填料表面上覆蓋的液體膜層厚度基本不變，上覆蓋的液體膜層厚度基本不變，填料層的持液量也就基本

16、不變，填料層的持液量也就基本不變，所以所以ppH Hu u線幾乎與干填料線幾乎與干填料的直線平行。的直線平行。 隨著氣速的增大，兩相流體隨著氣速的增大，兩相流體間的摩擦力增大。當(dāng)氣速增大至間的摩擦力增大。當(dāng)氣速增大至某一數(shù)值時(shí)，液體的流動(dòng)開(kāi)始受某一數(shù)值時(shí)，液體的流動(dòng)開(kāi)始受到兩相流體間的摩擦力的阻礙，到兩相流體間的摩擦力的阻礙，使填料層的持液量開(kāi)始隨氣速的使填料層的持液量開(kāi)始隨氣速的增加而增加，這種現(xiàn)象稱為增加而增加，這種現(xiàn)象稱為攔液攔液現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 通常將開(kāi)始攔液的轉(zhuǎn)折點(diǎn)稱為載點(diǎn)。載點(diǎn)對(duì)應(yīng)的空塔氣速通常將開(kāi)始攔液的轉(zhuǎn)折點(diǎn)稱為載點(diǎn)。載點(diǎn)對(duì)應(yīng)的空塔氣速稱為稱為載點(diǎn)氣速載點(diǎn)氣速。 超過(guò)載點(diǎn)氣速后，超

17、過(guò)載點(diǎn)氣速后， pp/H/Hu u關(guān)關(guān)系線的斜率加大，但填料層內(nèi)的液系線的斜率加大，但填料層內(nèi)的液流分布和填料表面的潤(rùn)濕程度均大流分布和填料表面的潤(rùn)濕程度均大有改變，兩相湍動(dòng)的程度也加劇，有改變，兩相湍動(dòng)的程度也加劇，這這有利于傳質(zhì)速率的提高有利于傳質(zhì)速率的提高。 繼續(xù)增大氣速至下一轉(zhuǎn)折點(diǎn)，繼續(xù)增大氣速至下一轉(zhuǎn)折點(diǎn)，填料層內(nèi)持液量不斷增多，液體充填料層內(nèi)持液量不斷增多，液體充滿整個(gè)填料層的自由空間，致使?jié)M整個(gè)填料層的自由空間，致使壓壓降急劇升高降急劇升高。此時(shí)，液體開(kāi)始由分。此時(shí)，液體開(kāi)始由分散相轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)相，氣體開(kāi)始由連散相轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)相，氣體開(kāi)始由連續(xù)相轉(zhuǎn)變?yōu)榉稚⑾?，并以鼓泡狀通續(xù)相轉(zhuǎn)變?yōu)榉?/p>

18、散相，并以鼓泡狀通過(guò)液層和把液體大量帶出塔頂，塔過(guò)液層和把液體大量帶出塔頂，塔的操作極不穩(wěn)定，甚至被完全破壞，的操作極不穩(wěn)定，甚至被完全破壞，這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為液泛液泛。 開(kāi)始發(fā)生液泛的轉(zhuǎn)折點(diǎn)為泛點(diǎn)，相應(yīng)的空塔氣速稱開(kāi)始發(fā)生液泛的轉(zhuǎn)折點(diǎn)為泛點(diǎn)，相應(yīng)的空塔氣速稱為為液泛氣速或泛點(diǎn)氣速液泛氣速或泛點(diǎn)氣速。 泛點(diǎn)氣速是填料塔正常操泛點(diǎn)氣速是填料塔正常操作氣速的上限，實(shí)際操作氣速作氣速的上限，實(shí)際操作氣速通常取泛點(diǎn)氣速的通常取泛點(diǎn)氣速的 50508585。（2 2）板式塔）板式塔塔板的結(jié)構(gòu)型式塔板的結(jié)構(gòu)型式 板式塔的殼體通常為圓筒形，里面沿塔高裝有板式塔的殼體通常為圓筒形，里面沿塔高裝有若干塊水

19、平的塔板。液體靠重力作用自上而下逐板若干塊水平的塔板。液體靠重力作用自上而下逐板流向塔底，并在各塊塔板的板面上形成流動(dòng)的液層；流向塔底，并在各塊塔板的板面上形成流動(dòng)的液層；氣體則在壓差推動(dòng)下經(jīng)塔板上的開(kāi)孔由下而上穿過(guò)氣體則在壓差推動(dòng)下經(jīng)塔板上的開(kāi)孔由下而上穿過(guò)塔板上液層最后由塔頂排出。塔板上液層最后由塔頂排出。 氣、液兩相主要在塔板上進(jìn)行傳質(zhì)，由于傳質(zhì)氣、液兩相主要在塔板上進(jìn)行傳質(zhì)，由于傳質(zhì)過(guò)程沿塔板逐級(jí)進(jìn)行，兩相的組成沿塔高呈階梯式過(guò)程沿塔板逐級(jí)進(jìn)行，兩相的組成沿塔高呈階梯式變化。變化。 塔板是板式塔的核心構(gòu)件，其功能是使氣、液塔板是板式塔的核心構(gòu)件，其功能是使氣、液兩相保持密切而充分的接觸

20、，使之能在良好的條件兩相保持密切而充分的接觸，使之能在良好的條件下進(jìn)行質(zhì)、熱傳遞。塔板上的氣液兩相流動(dòng)方式有下進(jìn)行質(zhì)、熱傳遞。塔板上的氣液兩相流動(dòng)方式有錯(cuò)流、逆流兩種。錯(cuò)流、逆流兩種。 5 52 2 氣體的吸收氣體的吸收 1 1、概述、概述 氣體混合物的分離在化工生產(chǎn)中應(yīng)用廣氣體混合物的分離在化工生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，例如工業(yè)生產(chǎn)中原料氣的凈化，氣體中泛，例如工業(yè)生產(chǎn)中原料氣的凈化，氣體中有用組分的回收，液體產(chǎn)品的制取以及廢氣有用組分的回收，液體產(chǎn)品的制取以及廢氣的治理等。的治理等。 吸收是用于分離氣體混合物的一種常見(jiàn)吸收是用于分離氣體混合物的一種常見(jiàn)的單元操作，根據(jù)氣體混合物中的單元操作，根據(jù)氣體

21、混合物中各組分在某各組分在某種溶劑中溶解度的不同而使它們得到分離種溶劑中溶解度的不同而使它們得到分離。吸收操作所用的液體溶劑吸收操作所用的液體溶劑吸收劑吸收劑S被溶解吸收的組分被溶解吸收的組分吸收質(zhì)吸收質(zhì)A不被溶解吸收的組分不被溶解吸收的組分惰性組分惰性組分B 吸收操作中吸收劑的性能至關(guān)重要，選擇吸收劑吸收操作中吸收劑的性能至關(guān)重要，選擇吸收劑應(yīng)當(dāng)從以下幾方面考慮：應(yīng)當(dāng)從以下幾方面考慮： 對(duì)吸收質(zhì)有較大的溶解度，以加速吸收、減少吸對(duì)吸收質(zhì)有較大的溶解度，以加速吸收、減少吸收劑用量；收劑用量； 對(duì)所處理氣體必須有較高的選擇性，即吸收質(zhì)在對(duì)所處理氣體必須有較高的選擇性，即吸收質(zhì)在吸收劑中的溶解度大

22、，而其它組分幾乎不溶解；吸收劑中的溶解度大，而其它組分幾乎不溶解； 吸收質(zhì)在吸收劑中的溶解度隨溫度的變化有較大吸收質(zhì)在吸收劑中的溶解度隨溫度的變化有較大的差異，以便吸收劑再生；的差異，以便吸收劑再生； 蒸汽壓要低，以減少吸收和再生過(guò)程中的揮發(fā)損蒸汽壓要低，以減少吸收和再生過(guò)程中的揮發(fā)損失；失； 化學(xué)穩(wěn)定性好，粘度小，價(jià)廉、易得、無(wú)毒、不化學(xué)穩(wěn)定性好，粘度小，價(jià)廉、易得、無(wú)毒、不易燃燒。易燃燒。 實(shí)際上，能滿足這些條件的的吸收劑很難找到。實(shí)際上，能滿足這些條件的的吸收劑很難找到。因此，對(duì)可供選用的吸收劑應(yīng)作技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)后合因此，對(duì)可供選用的吸收劑應(yīng)作技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)后合理選擇。理選擇。 物理吸收與化

23、學(xué)吸收物理吸收與化學(xué)吸收 物理吸收中，當(dāng)操作條件改變，解吸便物理吸收中，當(dāng)操作條件改變，解吸便會(huì)發(fā)生，而化學(xué)吸收能否可逆進(jìn)行由化學(xué)反會(huì)發(fā)生，而化學(xué)吸收能否可逆進(jìn)行由化學(xué)反應(yīng)是否可逆決定。應(yīng)是否可逆決定。 一般氣體在吸收劑中的溶解度不高，因一般氣體在吸收劑中的溶解度不高，因物理吸收能力有限，如有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，可物理吸收能力有限，如有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，可大幅度地提高吸收劑對(duì)氣體的吸收能力，同大幅度地提高吸收劑對(duì)氣體的吸收能力，同時(shí)化學(xué)吸收的選擇性較高。時(shí)化學(xué)吸收的選擇性較高。 吸收操作中的溶解過(guò)程會(huì)放出吸收操作中的溶解過(guò)程會(huì)放出溶解熱，若是化學(xué)吸收還伴隨有反溶解熱，若是化學(xué)吸收還伴隨有反應(yīng)熱應(yīng)熱非等溫

24、吸收。非等溫吸收。 如果吸收質(zhì)在混合氣中濃度相當(dāng)如果吸收質(zhì)在混合氣中濃度相當(dāng)?shù)?，吸收劑用量又很大，吸收過(guò)程低，吸收劑用量又很大，吸收過(guò)程溫度變化不大，可視為溫度變化不大，可視為等溫吸等溫吸收。收。 2 2吸收的相平衡吸收的相平衡（1 1）氣體在液體中的溶解度）氣體在液體中的溶解度 在一定的溫度、總壓在一定的溫度、總壓下混合氣體與一定量吸收下混合氣體與一定量吸收劑充分接觸，吸收質(zhì)在氣液劑充分接觸，吸收質(zhì)在氣液兩相中的分配將趨于穩(wěn)定，兩相中的分配將趨于穩(wěn)定，吸收劑中吸收質(zhì)濃度達(dá)到飽吸收劑中吸收質(zhì)濃度達(dá)到飽和，即達(dá)到相平衡。和，即達(dá)到相平衡。 飽和濃度（溶解度）：飽和濃度（溶解度）：平衡時(shí)溶質(zhì)在液相

25、中的濃度。平衡時(shí)溶質(zhì)在液相中的濃度。平衡分壓：平衡分壓：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。 實(shí)際上，當(dāng)總實(shí)際上，當(dāng)總壓不大（壓不大（0.5MPa0.5MPa）時(shí)，氣體在液體中時(shí)，氣體在液體中的溶解度隨溫度和的溶解度隨溫度和吸收質(zhì)在氣相的組吸收質(zhì)在氣相的組成而變化，這種關(guān)成而變化，這種關(guān)系可通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定。系可通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定。 不同氣體在同一不同氣體在同一吸收劑中的溶解度有吸收劑中的溶解度有很大差異。相同溫度很大差異。相同溫度下，二氧化硫的溶解下，二氧化硫的溶解度較小，氨氣和氯化度較小，氨氣和氯化氫的溶解度較大。氫的溶解度較大。氨在水中的溶解度氨在水中的溶解度 總壓總壓一一定，定，溫度

26、下降溫度下降，在同一溶劑中，在同一溶劑中，溶質(zhì)的溶解度隨之增加，溶質(zhì)的溶解度隨之增加，有利于吸收有利于吸收 。2020下下SOSO2 2在水中的溶解度在水中的溶解度溫度溫度一一定時(shí)，定時(shí)，總壓增總壓增加加，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 x隨之隨之增加，增加，有利于吸收有利于吸收 。總壓及摩爾分率相同總壓及摩爾分率相同，c cO2O2 c cCO2CO2 c cSO2SO2 c cNH3NH3 對(duì)于同樣對(duì)于同樣濃度的溶液，濃度的溶液，易溶氣體在溶易溶氣體在溶液上方的平衡液上方的平衡分壓小，難溶分壓小，難溶氣體在溶液上氣體在溶液上方的平衡分壓方的平衡分壓大，即要得到大，即

27、要得到一定濃度的溶一定濃度的溶液，易溶氣體液，易溶氣體所需分壓較低，所需分壓較低，難溶氣體所需難溶氣體所需分壓則很高。分壓則很高。 總壓不高總壓不高（0.5MPa）時(shí)，在一定溫度下，時(shí)，在一定溫度下，稀溶液稀溶液（ 10）上方氣相中溶質(zhì)的平衡分壓上方氣相中溶質(zhì)的平衡分壓與溶質(zhì)在液相中的摩爾分率成正比，其比例系與溶質(zhì)在液相中的摩爾分率成正比，其比例系數(shù)為亨利系數(shù)。數(shù)為亨利系數(shù)。 *pEx（2）亨利定律亨利定律 亨利系數(shù)的大小與吸收質(zhì)和吸收劑的種類(lèi)及吸亨利系數(shù)的大小與吸收質(zhì)和吸收劑的種類(lèi)及吸收溫度有關(guān)。收溫度有關(guān)。 不同的吸收質(zhì)，亨利系數(shù)越大，越難溶解；不同的吸收質(zhì)，亨利系數(shù)越大，越難溶解； 同一

28、吸收質(zhì)，溫度升高，亨利系數(shù)增大，溶解同一吸收質(zhì)，溫度升高，亨利系數(shù)增大，溶解度下降。度下降。 亨利系數(shù)的大小能夠反映氣體溶解的難易程度。亨利系數(shù)的大小能夠反映氣體溶解的難易程度。 由于相組成的表示方法有多種，亨利定由于相組成的表示方法有多種，亨利定律也有多種不同的數(shù)學(xué)表達(dá)形式：律也有多種不同的數(shù)學(xué)表達(dá)形式： p p* *=c/H H=c/H H溶解度系數(shù)。溶解度系數(shù)。 y y* *=mx=mx m m一相平衡常數(shù)。一相平衡常數(shù)。 Y*=mX 吸收過(guò)程中，氣相中的吸收質(zhì)進(jìn)入液相，氣、吸收過(guò)程中，氣相中的吸收質(zhì)進(jìn)入液相，氣、液相的量都發(fā)生變化，使吸收計(jì)算變得復(fù)雜。為簡(jiǎn)液相的量都發(fā)生變化，使吸收計(jì)算

29、變得復(fù)雜。為簡(jiǎn)化計(jì)算，工程上采用在吸收過(guò)程中數(shù)量不發(fā)生變化化計(jì)算，工程上采用在吸收過(guò)程中數(shù)量不發(fā)生變化的氣相中的惰性組分和液相中的純吸收劑為基準(zhǔn)。的氣相中的惰性組分和液相中的純吸收劑為基準(zhǔn)。 以混合物中吸收質(zhì)摩爾數(shù)與惰性物質(zhì)摩爾數(shù)的以混合物中吸收質(zhì)摩爾數(shù)與惰性物質(zhì)摩爾數(shù)的比來(lái)表示氣相中吸收質(zhì)的含量，稱為比來(lái)表示氣相中吸收質(zhì)的含量，稱為氣相摩爾比氣相摩爾比，用用Y Y表示；表示； 以液相中吸收質(zhì)摩爾數(shù)與純吸收劑摩爾數(shù)的比以液相中吸收質(zhì)摩爾數(shù)與純吸收劑摩爾數(shù)的比來(lái)表示液相中吸收質(zhì)的含量，稱為來(lái)表示液相中吸收質(zhì)的含量，稱為液相摩爾比液相摩爾比，用，用X X表示。表示。 摩爾比與摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系是：摩爾

30、比與摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系是： Y=y/(1-y) Y=y/(1-y) X=x/(1-x) X=x/(1-x) 吸收計(jì)算中，有時(shí)需要在亨利定律吸收計(jì)算中，有時(shí)需要在亨利定律各系數(shù)之間進(jìn)行變換。各系數(shù)之間進(jìn)行變換。 E=E=s s/HM/HMs s m=E/P P:m=E/P P:總壓總壓3 3、吸收速率、吸收速率 （1 1）單相內(nèi)的擴(kuò)散）單相內(nèi)的擴(kuò)散 吸收質(zhì)在某一相中的擴(kuò)散有分子擴(kuò)散與吸收質(zhì)在某一相中的擴(kuò)散有分子擴(kuò)散與渦流擴(kuò)散兩種。渦流擴(kuò)散兩種。 滯流流體中，吸收質(zhì)在垂直于流體流動(dòng)滯流流體中，吸收質(zhì)在垂直于流體流動(dòng)方向的擴(kuò)散依靠分子運(yùn)動(dòng)完成；方向的擴(kuò)散依靠分子運(yùn)動(dòng)完成； 在湍流流體主體，吸收質(zhì)主要憑借

31、流體在湍流流體主體，吸收質(zhì)主要憑借流體質(zhì)點(diǎn)不規(guī)則運(yùn)動(dòng)的渦流實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散，而在滯流質(zhì)點(diǎn)不規(guī)則運(yùn)動(dòng)的渦流實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散，而在滯流底層內(nèi)則仍是分子擴(kuò)散。底層內(nèi)則仍是分子擴(kuò)散。分子擴(kuò)散速率分子擴(kuò)散速率 吸收質(zhì)吸收質(zhì)A A在液相內(nèi)的分子擴(kuò)散速率與其濃在液相內(nèi)的分子擴(kuò)散速率與其濃度梯度成正比，可用費(fèi)克定律來(lái)表示。度梯度成正比，可用費(fèi)克定律來(lái)表示。 式中負(fù)號(hào)表示擴(kuò)散方向沿組分式中負(fù)號(hào)表示擴(kuò)散方向沿組分A A濃度降低濃度降低的方向進(jìn)行的方向進(jìn)行 D DABAB比例系數(shù)，組分比例系數(shù)，組分A A在介質(zhì)在介質(zhì)B B中的擴(kuò)散中的擴(kuò)散系數(shù)系數(shù)dzdcDNAABA 擴(kuò)散系數(shù)是物質(zhì)的物性常數(shù)，表示擴(kuò)散系數(shù)是物質(zhì)的物性常數(shù)，表示物質(zhì)

32、在介質(zhì)中的擴(kuò)散能力，隨擴(kuò)散物質(zhì)、物質(zhì)在介質(zhì)中的擴(kuò)散能力，隨擴(kuò)散物質(zhì)、介質(zhì)種類(lèi)、體系溫度和壓力的變化而變介質(zhì)種類(lèi)、體系溫度和壓力的變化而變化，其值由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。常見(jiàn)物質(zhì)的擴(kuò)散化，其值由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。常見(jiàn)物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)可從有關(guān)手冊(cè)中查到。系數(shù)可從有關(guān)手冊(cè)中查到。 氣體的擴(kuò)散系數(shù)較大，而液體的擴(kuò)氣體的擴(kuò)散系數(shù)較大，而液體的擴(kuò)散系數(shù)很小散系數(shù)很小 。對(duì)流擴(kuò)散速率對(duì)流擴(kuò)散速率 渦流擴(kuò)散速率遠(yuǎn)大于分子擴(kuò)散速率，但渦流擴(kuò)散速率遠(yuǎn)大于分子擴(kuò)散速率，但由于對(duì)渦流流動(dòng)中擴(kuò)散認(rèn)識(shí)上的不充分，只由于對(duì)渦流流動(dòng)中擴(kuò)散認(rèn)識(shí)上的不充分，只能仿照費(fèi)克定律將渦流擴(kuò)散速率表示為：能仿照費(fèi)克定律將渦流擴(kuò)散速率表示為： D DE E渦流擴(kuò)

33、散系數(shù)。渦流擴(kuò)散系數(shù)。 渦流擴(kuò)散系數(shù)不是物質(zhì)的特性常數(shù)，它與湍渦流擴(kuò)散系數(shù)不是物質(zhì)的特性常數(shù)，它與湍流程度有關(guān)，且隨質(zhì)點(diǎn)位置而異。流程度有關(guān)，且隨質(zhì)點(diǎn)位置而異。dzdcDNAEA 湍流流體中，渦流擴(kuò)散和分子擴(kuò)散同時(shí)起著湍流流體中，渦流擴(kuò)散和分子擴(kuò)散同時(shí)起著傳質(zhì)作用，對(duì)流擴(kuò)散速率為：傳質(zhì)作用，對(duì)流擴(kuò)散速率為： 式中式中D DABAB與與D DE E的相對(duì)大小隨位置而變。湍流主的相對(duì)大小隨位置而變。湍流主體以渦流擴(kuò)散為主，體以渦流擴(kuò)散為主，D DE ED DABAB，滯流底層為分，滯流底層為分子擴(kuò)散，子擴(kuò)散，D DABABD DE E，D DE E00；在過(guò)渡層，；在過(guò)渡層，D DABAB和和D

34、DE E數(shù)量級(jí)相當(dāng)，都不能忽略。數(shù)量級(jí)相當(dāng)，都不能忽略。 化工生產(chǎn)中的流動(dòng)多為湍流，對(duì)流擴(kuò)散最常化工生產(chǎn)中的流動(dòng)多為湍流，對(duì)流擴(kuò)散最常見(jiàn)。然而由于見(jiàn)。然而由于D DE E 很難測(cè)定，上式并無(wú)實(shí)用價(jià)很難測(cè)定，上式并無(wú)實(shí)用價(jià)值。值。dzdcDDNAEABA)(（2 2）兩相間傳質(zhì)）兩相間傳質(zhì) 吸收操作中吸收質(zhì)從氣相轉(zhuǎn)吸收操作中吸收質(zhì)從氣相轉(zhuǎn)移至液相經(jīng)歷了氣相擴(kuò)散、界面移至液相經(jīng)歷了氣相擴(kuò)散、界面溶解和液相擴(kuò)散三個(gè)步驟。溶解和液相擴(kuò)散三個(gè)步驟。 一般情況下，氣、液流主體一般情況下，氣、液流主體呈湍流。呈湍流。 在氣、液兩相界面兩側(cè)形成在氣、液兩相界面兩側(cè)形成兩個(gè)兩個(gè)滯流底層滯流底層，層內(nèi)為分子擴(kuò)散，

35、層內(nèi)為分子擴(kuò)散，濃度梯度在穩(wěn)定條件下為常數(shù)；濃度梯度在穩(wěn)定條件下為常數(shù)； 在在過(guò)渡層過(guò)渡層，渦流擴(kuò)散開(kāi)始起，渦流擴(kuò)散開(kāi)始起作用，分壓或濃度變化減慢；作用，分壓或濃度變化減慢； 在在湍流主體湍流主體，渦流擴(kuò)散起主，渦流擴(kuò)散起主導(dǎo)作用，分壓或濃度幾為均一。導(dǎo)作用，分壓或濃度幾為均一。p pAGAGp pAiAic cA Ai ic cALAL氣相氣相液相液相z zG Gz zL LE E 對(duì)于吸收這一典型的傳質(zhì)過(guò)對(duì)于吸收這一典型的傳質(zhì)過(guò)程，研究者先后提出了許多物程，研究者先后提出了許多物理模型，其中的雙膜理論，經(jīng)理模型，其中的雙膜理論，經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，具有可用性，長(zhǎng)期實(shí)踐檢驗(yàn)，具有可用性，長(zhǎng)期以來(lái)被廣

36、泛使用。以來(lái)被廣泛使用。雙膜理論的要點(diǎn)為：雙膜理論的要點(diǎn)為：a a、氣、液兩相間有一個(gè)穩(wěn)定的相界面，其兩側(cè)分別存在穩(wěn)定的、氣、液兩相間有一個(gè)穩(wěn)定的相界面，其兩側(cè)分別存在穩(wěn)定的氣膜和液膜；膜內(nèi)流體呈滯流狀態(tài)，膜外的流體呈湍流狀態(tài)；氣膜和液膜；膜內(nèi)流體呈滯流狀態(tài)，膜外的流體呈湍流狀態(tài)；b b、相界面上氣液兩相處于平衡，即相界面上沒(méi)有傳質(zhì)阻力；、相界面上氣液兩相處于平衡，即相界面上沒(méi)有傳質(zhì)阻力；c c、吸收質(zhì)在兩個(gè)膜內(nèi)以分子擴(kuò)散形式通過(guò)。湍流主體中濃度分、吸收質(zhì)在兩個(gè)膜內(nèi)以分子擴(kuò)散形式通過(guò)。湍流主體中濃度分布均勻，不存在濃度梯度和傳質(zhì)阻力，故吸收的阻力全部集中布均勻，不存在濃度梯度和傳質(zhì)阻力，故吸收

37、的阻力全部集中在氣、液兩個(gè)膜內(nèi)。在氣、液兩個(gè)膜內(nèi)。（3 3）吸收速率方程）吸收速率方程 在穩(wěn)定操作下，氣、液相傳質(zhì)速率相等整個(gè)在穩(wěn)定操作下，氣、液相傳質(zhì)速率相等整個(gè)吸收過(guò)程的速率，即吸收速率只有一個(gè)。但由于考吸收過(guò)程的速率，即吸收速率只有一個(gè)。但由于考察的范圍（氣相或液相一側(cè)，氣液兩相整個(gè)吸收過(guò)察的范圍（氣相或液相一側(cè)，氣液兩相整個(gè)吸收過(guò)程）及推動(dòng)力表示形式不同，將吸收速率方程分為程）及推動(dòng)力表示形式不同，將吸收速率方程分為兩類(lèi)。兩類(lèi)。 單相吸收速率方程單相吸收速率方程 氣相氣相 N=kN=kG G(p(p-p-pi i) ) 液相液相 N=kN=kL L(c(ci i-c-c) ) 總吸收速

38、率方程總吸收速率方程 由于氣液相界面濃度由于氣液相界面濃度p pi i， c ci i不容易測(cè)定，故吸不容易測(cè)定，故吸收速率采用跨越相界面濃度的總推動(dòng)力進(jìn)行計(jì)算。收速率采用跨越相界面濃度的總推動(dòng)力進(jìn)行計(jì)算。 N=KN=KG G（p-pp-p* *) N=K) N=KY Y(Y-Y(Y-Y* *) ) N=K N=KL L(c(c* *-c) N=K-c) N=KX X(X(X* *-X) -X) K KY Y=K=KG GP KP KX X=K=KL Lc c0 0 吸收總阻力為氣相阻力和液相阻力之和吸收總阻力為氣相阻力和液相阻力之和GLGkHkK111LGLkkHK11 氣膜控制氣膜控制 當(dāng)

39、氣體容易溶解時(shí)，溶解度系數(shù)當(dāng)氣體容易溶解時(shí)，溶解度系數(shù)H H較大，較大，液相阻力非常小，可忽略，液相阻力非常小，可忽略，K KG GkkG G，即易溶，即易溶氣體的吸收阻力主要集中在氣膜內(nèi)，稱為氣氣體的吸收阻力主要集中在氣膜內(nèi)，稱為氣膜控制。膜控制。 例，氨氣溶于水，氯化氫溶于水等吸收例，氨氣溶于水，氯化氫溶于水等吸收過(guò)程。過(guò)程。 可以采用提高氣相湍動(dòng)程度的辦法使總可以采用提高氣相湍動(dòng)程度的辦法使總阻力降低。阻力降低。GLGkHkK111 液膜控制液膜控制 當(dāng)氣體難于溶解時(shí)，溶解度系數(shù)當(dāng)氣體難于溶解時(shí)，溶解度系數(shù)H H很很小，氣膜阻力非常小，小，氣膜阻力非常小，K KL LkkL L，即難溶氣

40、，即難溶氣體的吸收阻力主要集中在液膜內(nèi)，稱為液體的吸收阻力主要集中在液膜內(nèi)，稱為液膜控制。膜控制。 例如，水吸收氧或氫等吸收操作。例如，水吸收氧或氫等吸收操作。 可增大液相湍動(dòng)程度以提高吸收速率。可增大液相湍動(dòng)程度以提高吸收速率。 LGLkkHK11 對(duì)于中等溶解度的溶質(zhì)，在傳質(zhì)總對(duì)于中等溶解度的溶質(zhì)，在傳質(zhì)總阻力中氣膜和液膜阻力均不可忽略，要阻力中氣膜和液膜阻力均不可忽略，要提高總傳質(zhì)系數(shù)，必須同時(shí)增大氣相和提高總傳質(zhì)系數(shù)，必須同時(shí)增大氣相和液相的湍動(dòng)程度。液相的湍動(dòng)程度。4 4、填料吸收塔的計(jì)算、填料吸收塔的計(jì)算 吸收操作根據(jù)吸收塔內(nèi)氣液流動(dòng)的方向可分為逆流吸收操作根據(jù)吸收塔內(nèi)氣液流動(dòng)的方

41、向可分為逆流吸收與并流吸收。由于逆流吸收速率快，吸收劑用吸收與并流吸收。由于逆流吸收速率快，吸收劑用量少，故一般多采用逆流吸收。量少，故一般多采用逆流吸收。 為計(jì)算方便，可對(duì)塔內(nèi)的吸收過(guò)程如下假設(shè)：為計(jì)算方便，可對(duì)塔內(nèi)的吸收過(guò)程如下假設(shè)： a a、氣相中的惰性氣體與液相中吸收劑的摩爾流量、氣相中的惰性氣體與液相中吸收劑的摩爾流量不變不變; ; b b、塔內(nèi)的溫度始終相同、塔內(nèi)的溫度始終相同; ; c c、傳質(zhì)總系數(shù)在整個(gè)塔為常量。、傳質(zhì)總系數(shù)在整個(gè)塔為常量。 如此簡(jiǎn)化處理方法適用于低濃度氣體吸收，以及混如此簡(jiǎn)化處理方法適用于低濃度氣體吸收，以及混合氣體吸收質(zhì)的濃度雖然高，但被吸收的量不大的合氣

42、體吸收質(zhì)的濃度雖然高，但被吸收的量不大的場(chǎng)合。場(chǎng)合。（1 1）物料衡算與吸收操作線方程）物料衡算與吸收操作線方程 通過(guò)吸收塔的物料衡算可獲得塔內(nèi)氣液兩相通過(guò)吸收塔的物料衡算可獲得塔內(nèi)氣液兩相的操作關(guān)系。的操作關(guān)系。 上式稱為吸收操作線方程，它反映了塔內(nèi)任上式稱為吸收操作線方程，它反映了塔內(nèi)任一截面上氣液兩相濃度的關(guān)系。一截面上氣液兩相濃度的關(guān)系。1,1,1,1,XqqYXqqYXqYqXqYqvnLnvnLnLnvnLnvnX XY Y1 1Y Y2 2X X1 1X X2 2A AB B)(*XfYY Y操作線通過(guò)塔頂操作線通過(guò)塔頂 A A （X X2 2，Y Y2 2）及及塔底塔底B B

43、（X X1 1， Y Y1 1） 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 T、p p無(wú)關(guān)。無(wú)關(guān)。 在定態(tài)操作的條件下，在定態(tài)操作的條件下，q qn,Ln,L、q qn,Vn,V、Y Y1 1、X X1 1均不隨均不隨時(shí)間發(fā)生變化，故吸收時(shí)間發(fā)生變化，故吸收操作線為在操作線為在X-YX-Y坐標(biāo)上為坐標(biāo)上為一條直線，直線的斜率一條直線，直線的斜率為為q qn,Ln,L/q/qn,Vn,V。 吸收操作線位于相平衡吸收操作線位于相平衡線的上方。線的上方。 操作線上任一點(diǎn)操作線上任一點(diǎn)K K的的Y

44、Y和和X X值代表塔中任一截面值代表塔中任一截面K-KK-K的氣、液相組成。的氣、液相組成。 K K點(diǎn)與相平衡線的水平點(diǎn)與相平衡線的水平距離代表液相推動(dòng)力距離代表液相推動(dòng)力X X* *-X-X，K K點(diǎn)與相平衡線點(diǎn)與相平衡線的垂直距離代表氣相推的垂直距離代表氣相推動(dòng)力動(dòng)力Y-YY-Y* *。 操作線離相平衡線越遠(yuǎn)，操作線離相平衡線越遠(yuǎn)，吸收推動(dòng)力越大。吸收推動(dòng)力越大。YXX*XAB)(*XfYYK.Y*（2 2）吸收劑用量）吸收劑用量 吸收劑用量大小直接影響著操作費(fèi)用和設(shè)備吸收劑用量大小直接影響著操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用。以整個(gè)吸收塔作為衡算范圍，對(duì)吸收費(fèi)用。以整個(gè)吸收塔作為衡算范圍，對(duì)吸收質(zhì)進(jìn)行物

45、料衡算質(zhì)進(jìn)行物料衡算: : 式中式中q qn,Ln,L/q/qn,Vn,V是每摩爾惰性組分所用吸收劑是每摩爾惰性組分所用吸收劑的摩爾數(shù)，稱為吸收液氣比。的摩爾數(shù)，稱為吸收液氣比。2121,1,2,2,1,XXYYqqXqYqXqYqvnLnLnvnLnvn 通常，通常， q qn,Vn,V 、Y Y1 1、 Y Y2 2、 X X2 2作為作為吸收工藝條件都已確定。吸收工藝條件都已確定。 Y Y2 2有時(shí)通過(guò)吸有時(shí)通過(guò)吸收率間接給出。收率間接給出。 吸收率吸收率的定義為氣體經(jīng)過(guò)吸收塔的定義為氣體經(jīng)過(guò)吸收塔被吸收的吸收質(zhì)的量與進(jìn)入吸收塔的吸被吸收的吸收質(zhì)的量與進(jìn)入吸收塔的吸收質(zhì)的量之比。收質(zhì)的量

46、之比。 =（ Y Y1 1- Y- Y2 2 ）/ Y/ Y1 1 Y Y2 2 = =（1- 1- ） Y Y1 1BY1Y2ABOX1X2X1X*1P 增大吸收劑用量，增大吸收劑用量，操作線斜率操作線斜率q qn,Ln,L/q/qn,Vn,V增大增大，操作線遠(yuǎn)離，操作線遠(yuǎn)離平衡線，吸收推動(dòng)力增大，平衡線，吸收推動(dòng)力增大，吸收速率加快吸收速率加快，完成同等分離任，完成同等分離任務(wù)所需的氣液接觸面積減小，塔高減低，設(shè)備費(fèi)用降低；務(wù)所需的氣液接觸面積減小，塔高減低，設(shè)備費(fèi)用降低； 但吸收劑消耗增加，輸送吸收劑所需的功率增加，并且但吸收劑消耗增加，輸送吸收劑所需的功率增加，并且由于液相出口濃度下降

47、，再生費(fèi)用也增加，故操作費(fèi)用上升。由于液相出口濃度下降，再生費(fèi)用也增加，故操作費(fèi)用上升。 若減小吸收劑用量若減小吸收劑用量, ,情況正相反。情況正相反。 當(dāng)吸收劑用量減小到一定程度，操作線與平衡線當(dāng)吸收劑用量減小到一定程度，操作線與平衡線將相交。此時(shí)氣液兩相達(dá)到平衡。吸收推動(dòng)力為零，將相交。此時(shí)氣液兩相達(dá)到平衡。吸收推動(dòng)力為零，要完成規(guī)定的氣液分離任務(wù)塔高必須無(wú)窮大。要完成規(guī)定的氣液分離任務(wù)塔高必須無(wú)窮大。 此時(shí)吸收劑的用量為所允許用量的最低值，稱為此時(shí)吸收劑的用量為所允許用量的最低值，稱為最小吸收劑用量，以最小吸收劑用量，以q qn,L,mn,L,m表示。相應(yīng)的液氣比稱為最表示。相應(yīng)的液氣比

48、稱為最小液氣比，以小液氣比，以 q qn,L,mn,L,m /q /qn,Vn,V表示表示,X,X1 1* *為吸收液最大出口為吸收液最大出口濃度濃度X X1 1，maxmaxBY1Y2ABOX1X2X1X*1P,12,1,max2minn Ln VqYYqXX 吸收劑用量大，設(shè)備費(fèi)用低，操作費(fèi)用高；吸收劑吸收劑用量大，設(shè)備費(fèi)用低，操作費(fèi)用高；吸收劑用量小，設(shè)備費(fèi)用高，操作費(fèi)用低，各有利弊。用量小，設(shè)備費(fèi)用高，操作費(fèi)用低，各有利弊。 通常取總費(fèi)用（設(shè)備費(fèi)與操作費(fèi)之和）最低通常取總費(fèi)用（設(shè)備費(fèi)與操作費(fèi)之和）最低時(shí)的吸收劑用量為適宜吸收劑用量，此時(shí)的液氣比時(shí)的吸收劑用量為適宜吸收劑用量，此時(shí)的液氣

49、比稱為適宜液氣比。稱為適宜液氣比。 根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，一般情況下取吸收劑用量為最根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，一般情況下取吸收劑用量為最小吸收劑用量的小吸收劑用量的1.11.12.02.0倍較為適宜。倍較為適宜。 最小吸收劑用量可用下式計(jì)算：最小吸收劑用量可用下式計(jì)算： 若氣液平衡關(guān)系服從亨利定律，若氣液平衡關(guān)系服從亨利定律，X X1 1* *可通過(guò)計(jì)算得出，可通過(guò)計(jì)算得出，即即X X1 1* * =Y =Y1 1/m /m 。2*121,XXYYqqvnmLn（3 3）塔徑的計(jì)算）塔徑的計(jì)算 塔徑的大小主要根據(jù)塔設(shè)備單位時(shí)間處塔徑的大小主要根據(jù)塔設(shè)備單位時(shí)間處理氣體混合物的量（即生產(chǎn)能力）和塔內(nèi)所理氣體混合物的

50、量（即生產(chǎn)能力）和塔內(nèi)所采用的氣流速度來(lái)決定。圓筒形填料塔的直采用的氣流速度來(lái)決定。圓筒形填料塔的直徑為徑為 q qv,sv,s操作條件下混合氣體體積流量。操作條件下混合氣體體積流量。 u u0 0空塔氣速?？账馑?。0,4uqDsv 計(jì)算時(shí)，首先要依據(jù)填料塔流體力學(xué)特性，由液計(jì)算時(shí)，首先要依據(jù)填料塔流體力學(xué)特性，由液泛氣速確定空塔氣速。泛氣速確定空塔氣速。 選擇較小的選擇較小的u u0 0，塔壓降小，動(dòng)力消耗少，操作彈，塔壓降小，動(dòng)力消耗少，操作彈性大，完成一定的生產(chǎn)任務(wù)需要的塔徑大，設(shè)備投資性大，完成一定的生產(chǎn)任務(wù)需要的塔徑大，設(shè)備投資高且生產(chǎn)能力低。另外，低氣速也不利于氣液充分接高且生產(chǎn)

51、能力低。另外，低氣速也不利于氣液充分接觸，使傳質(zhì)效率低。觸，使傳質(zhì)效率低。 選用較大選用較大u u0 0，則壓降大，動(dòng)力消耗大，且操作，則壓降大，動(dòng)力消耗大，且操作不穩(wěn)定，難于控制，然而塔徑較小，設(shè)備投資小。不穩(wěn)定，難于控制，然而塔徑較小，設(shè)備投資小。 因此需要綜合比較，以求經(jīng)濟(jì)上既是優(yōu)化的，操因此需要綜合比較，以求經(jīng)濟(jì)上既是優(yōu)化的，操作上也是可行的。作上也是可行的。 一般適宜操作氣速取液泛氣速的一般適宜操作氣速取液泛氣速的50508080。（4 4）填料層高度的計(jì)算）填料層高度的計(jì)算 基本計(jì)算式基本計(jì)算式 由于填料層的氣液相濃度沿塔高連續(xù)由于填料層的氣液相濃度沿塔高連續(xù)變化，故不同塔截面上吸收推動(dòng)力和變化，故不同塔截面上吸收推動(dòng)力和傳質(zhì)速率并不相同。傳質(zhì)速率并不相同。 取一微元填料層，其高度為