化工原理氣體吸收

關(guān)于化工原理氣體吸收第一頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日第五章氣體吸收

第一節(jié)概述第二節(jié)氣液相平衡第三節(jié)傳質(zhì)機(jī)理與吸收過程的速率第四節(jié)填料吸收塔的計(jì)算第五節(jié)填料塔的結(jié)構(gòu)及特性第六節(jié)解吸操作第二頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日吸收分離操作：利用混合氣體中各組分在液體中溶解度差異，使某些易溶組分進(jìn)入液相形成溶液，不溶或難溶組分仍留在氣相，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yixi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。第一節(jié)概述吸收實(shí)質(zhì)：第三頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日吸收操作是分離氣體混合物的一種重要方法，是傳質(zhì)過程中的一種形式，在化工生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用。吸收的應(yīng)用包括：1.原料氣凈化;2.回收混合氣體中的有用組分。3.制備氣體的溶液作為產(chǎn)品;4.環(huán)境保護(hù)，綜合利用;5.1.1吸收操作在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用

第四頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日氨合成原料氣中的CO2用乙醇胺水溶液吸收，以防止氨合成催化劑中毒.1.原料氣凈化H2(CO2)第五頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日低溫甲醇洗工藝是德國Linde公司和Lurgi公司共同開發(fā)的一種酸性氣體凈化工藝。該工藝采用物理吸收法，以甲醇作為酸性氣體吸收液，利用其在-60℃左右的低溫下對(duì)酸性氣體溶解度極大的物理特性，選擇性地吸收原料氣中的H2S,CO2及各種有機(jī)硫等雜質(zhì)。低溫甲醇洗裝置煤制甲醇的生產(chǎn)工藝空分水煤漿氣化低溫甲醇洗甲醇醋酸醋酐CO分離硫回收第六頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日第七頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日來自煤項(xiàng)目的甲醇洗裝置情況：基本情況工藝流程圖原料氣/合成氣體熱交換器I新鮮甲醇儲(chǔ)槽鍋爐給水冷卻器原料氣

冷卻器補(bǔ)充泵洗氨器原料氣/合成氣體熱交換器II原料氣/廢氣熱交換器地下廢液罐地下廢液泵吸收器C02甲醇級(jí)間冷卻器H2S-吸收器進(jìn)料冷卻器圖例氣體水/蒸汽液體熱功率流號(hào)備注合成氣原料氣原料氣冷凝物補(bǔ)充甲醇廢甲醇第八頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日2.回收混合氣體中的有用組分洗油處理焦?fàn)t氣以回收煤氣中的苯。吸收與解吸流程含苯煤氣脫苯煤氣洗油苯水過熱蒸汽加熱器冷卻器第九頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日3.制備氣體的溶液作為產(chǎn)品將氣體中需要的成份以指定的溶劑吸收出來，成為液態(tài)的產(chǎn)品或半成品，如：從含HCl氣體中鹽酸

，硫酸吸收SO3制濃硫酸，水吸收甲醛制福爾馬林液。第十頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日4.環(huán)境保護(hù)，綜合利用如含SO2，NO，NO2等廢氣中，要除去這些有害成份。

第十一頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日吸收質(zhì)或溶質(zhì)(solute)：混合氣體中的溶解組分，以A表示。惰性氣體(inertgas)或載體：不溶或難溶組分，以B表示。吸收劑(absorbent)：吸收操作中所用的溶劑，以S表示。吸收液(strongliquor)：吸收操作后得到的溶液，主要成分為溶劑S和溶質(zhì)A。吸收尾氣(dilutegas)：吸收后排出的氣體，主要成分為惰性氣體B和少量的溶質(zhì)A。解吸或脫吸(desorption)：與吸收相反的過程，即溶質(zhì)從液相中分離而轉(zhuǎn)移到氣相的過程。目的：循環(huán)使用吸收劑或回收溶質(zhì)。物理吸收(physicalabsorption)：吸收過程溶質(zhì)與溶劑不發(fā)生顯著的化學(xué)反應(yīng)，可視為單純的氣體溶解于液相的過程。如用水吸收二氧化碳、用水吸收乙醇或丙醇蒸汽、用洗油吸收芳烴等。5.1.2吸收操作必須解決的問題

第十二頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日化學(xué)吸收(chemicalabsorption)：溶質(zhì)與溶劑有顯著的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。如用氫氧化鈉或碳酸鈉溶液吸收二氧化碳、用稀硫酸吸收氨等過程?；瘜W(xué)反應(yīng)能大大提高單位體積液體所能吸收的氣體量并加快吸收速率。但溶液解吸再生較難。單組分吸收：混合氣體中只有單一組分被液相吸收，其余組分因溶解度甚小其吸收量可忽略不計(jì)。多組分吸收：有兩個(gè)或兩個(gè)以上組分被吸收。溶解熱：氣體溶解于液體時(shí)所釋放的熱量?；瘜W(xué)吸收時(shí)，還會(huì)有反應(yīng)熱。非等溫吸收：體系溫度發(fā)生明顯變化的吸收過程。等溫吸收：體系溫度變化不顯著的吸收過程。第十三頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日氣液兩相的接觸方式連續(xù)接觸(也稱微分接觸)：氣、液兩相的濃度呈連續(xù)變化。如填料塔。級(jí)式接觸：氣、液兩相逐級(jí)接觸傳質(zhì)，兩相的組成呈階躍變化。如板式塔。散裝填料塑料鮑爾環(huán)填料規(guī)整填料塑料絲網(wǎng)波紋填料第十四頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日物理吸收：吸收過程溶質(zhì)與溶劑不發(fā)生顯著的化學(xué)反應(yīng)。如用水吸收二氧化碳、用水吸收乙醇或丙醇蒸汽、用洗油吸收芳烴等?；瘜W(xué)吸收：溶質(zhì)與溶劑有顯著的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。如用NaOH或Na2CO3溶液吸收CO2、用稀硫酸吸收氨等過程。化學(xué)反應(yīng)能大大提高單位體積液體所能吸收的氣體量并加快吸收速率。但溶液解吸再生較難。單組分吸收：混合氣體中只有單一組分被液相吸收，其余組分因溶解度甚小其吸收量可忽略不計(jì)。多組分吸收：有兩個(gè)或兩個(gè)以上組分被吸收。非等溫吸收：體系溫度發(fā)生明顯變化的吸收過程。等溫吸收：體系溫度變化不顯著的吸收過程。本章主要討論單組分、等溫的物理吸收過程。5.1.3吸收操作的分類第十五頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日第二節(jié)氣液相平衡

在吸收操作中氣體的總量和液體的總量都隨操作的進(jìn)行而改變，但惰性氣體和吸收劑的量始終保持不變。因此，在吸收計(jì)算中，相組成以比質(zhì)量分?jǐn)?shù)或比摩爾分?jǐn)?shù)表示較為方便。1．比質(zhì)量分?jǐn)?shù)與比摩爾分?jǐn)?shù)如果混合物是雙組分氣體混合物時(shí)比質(zhì)量分?jǐn)?shù)與比摩爾分?jǐn)?shù)的換算關(guān)系在計(jì)算比質(zhì)量分?jǐn)?shù)或比摩爾分?jǐn)?shù)的數(shù)值時(shí)，通常以在操作中不轉(zhuǎn)移到另一相的組分作為B組分。在吸收中，B組分是指吸收劑或惰性氣，A組分是指吸收質(zhì).

M組分的千摩爾質(zhì)量，kg/kmol

第十六頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日2．質(zhì)量濃度與物質(zhì)的量濃度

對(duì)于氣體混合物，在壓強(qiáng)不太高、溫度不太低的情況下，可視為理想氣體，則A組分，有質(zhì)量濃度是指單位體積混合物內(nèi)所含物質(zhì)的質(zhì)量。對(duì)于A組分,有課本例題例題在一常壓、298K的吸收塔內(nèi)，用水吸收混合氣中的SO2，已知混合氣體中含SO2的體積分?jǐn)?shù)為20%，其余組成可看作惰性氣體，出塔氣體中含SO2體積分?jǐn)?shù)為2%，試分別用摩爾分?jǐn)?shù)、摩爾比和摩爾濃度表示出塔氣體中SO2的組成。解：y2=0.02

第十七頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日吸收的相平衡關(guān)系，是指氣液兩相達(dá)到平衡時(shí)，被吸收的組分（吸收質(zhì)）在兩相中的濃度關(guān)系，即吸收質(zhì)在吸收劑中的平衡溶解度。5.2.1氣體在液體中的溶解度

氣體溶解度曲線平衡狀態(tài)：一定壓力和溫度，一定量的吸收劑與混合氣體充分接觸，氣相中的溶質(zhì)向溶劑中轉(zhuǎn)移，長期充分接觸后，液相中溶質(zhì)組分的濃度不再增加，此時(shí)，氣液兩相達(dá)到平衡。飽和濃度：平衡時(shí)溶質(zhì)在液相中的濃度。平衡分壓：平衡時(shí)氣相中溶質(zhì)的分壓，用表示吸收速率=解吸速率第十八頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日討論：（2）溫度一定，分壓增加，在同一溶劑中，溶質(zhì)的溶解度x隨之增加，有利于吸收。（1）分壓一定，溫度下降，在同一溶劑中，溶質(zhì)的溶解度x隨之增加，有利于吸收。（3）相同的總壓及摩爾分率，

cO2

<cCO2

<cSO2

<cNH3

氧氣等為難溶氣體，氨氣等為易溶氣體加壓和降溫對(duì)吸收操作有利；升溫和減壓則有利于解吸。工業(yè)操作：第十九頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日工業(yè)吸收過程吸收和解吸第二十頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日一、亨利定律在一定溫度下，對(duì)于稀溶液，在氣體總壓不高（小于500kpa）的情況下，吸收質(zhì)在液相中的濃度與其在氣相中的平衡分壓成正比：式中：pA*——溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓，kPa；

xA

——溶質(zhì)在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)；

E——亨利系數(shù)，kPa?！嗬珊嗬禂?shù)的值隨物系的特性及溫度而異；物系一定，E值一般隨溫度的上升而增大；E值的大小代表了氣體在該溶劑中溶解的難易程度；在同一溶劑中，難溶氣體E值很大，易溶氣體E值很??；E的單位與氣相分壓的壓強(qiáng)單位一致。5.2.2亨利定律

第二十一頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日討論：1）E的影響因素：溶質(zhì)、溶劑、T。物系一定，2）E大，溶解度小，難溶氣體

E小，溶解度大，易溶氣體3）對(duì)于理想溶液，E即為該溫度下的飽和蒸汽壓

4）E的來源：實(shí)驗(yàn)測(cè)得；查手冊(cè)某些氣體水溶液的亨利系數(shù)值（E×10-6/kPa）第二十二頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日二、亨利定律的其他表達(dá)形式

由于互成平衡的氣、液兩相組成各可采用不同的表示法，因而亨利定律有不同的表達(dá)形式。

①用量濃度表示

H——溶解度系數(shù)，kmol/(m3·Pa)。由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，其值隨溫度的升高而減小。H值的大小反映氣體溶解的難易程度,對(duì)于易溶氣體,H值很大；對(duì)于難溶氣體，H值很小。溶解度系數(shù)與亨利系數(shù)的關(guān)系如下：——溶劑的密度，kg/m3；——溶劑的千摩爾質(zhì)量，kg/kmol。第二十三頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日②用摩爾分?jǐn)?shù)表示

m-相平衡常數(shù)m值越大，表明該氣體的溶解度越小。③用比摩爾分?jǐn)?shù)表示當(dāng)溶液很稀時(shí)，XA很小，則第二十四頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日工業(yè)操作原則：比質(zhì)量分?jǐn)?shù)與比摩爾分?jǐn)?shù)質(zhì)量濃度與物質(zhì)的量濃度

平衡狀態(tài)飽和濃度平衡分壓氣液相平衡關(guān)系加壓和降溫對(duì)吸收操作有利；升溫和減壓則有利于解吸。第二十五頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日——亨利定律亨利定律的其他表達(dá)形式

①用量濃度表示

②用摩爾分?jǐn)?shù)表示

③用比摩爾分?jǐn)?shù)表示當(dāng)溶液很稀時(shí)，XA很小，則第二十六頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日例：1atm下，濃度為0.02（摩爾分?jǐn)?shù)）的稀氨水在20℃時(shí)氨的平衡分壓為1.666kPa，其相平衡關(guān)系服從亨利定律，氨水密度可近似取1000kg/m3。求：E、m、H。解：第二十七頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日第八章吸收三、吸收平衡線

表明吸收過程中氣、液相平衡關(guān)系的圖線稱吸收平衡線。在吸收操作中，通常用圖來表示。吸收平衡線第二十八頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日①判斷吸收能否進(jìn)行。由于溶解平衡是吸收進(jìn)行的極限，所以，在一定

溫度下，吸收若能進(jìn)行，則氣相中溶質(zhì)的實(shí)際組成YA必須大于與液相中溶質(zhì)含量成平衡時(shí)的組成YA*

，即YA>YA*，。若出現(xiàn)YA<YA*

時(shí)，則過程反向進(jìn)行，為解吸操作。圖中的A點(diǎn)，為操作（實(shí)際狀態(tài)）點(diǎn)，若A點(diǎn)位于平衡線的上方，YA>YA*，為吸收過程；A點(diǎn)在平衡線上，YA=YA*，體系達(dá)平衡，吸收過程停止；當(dāng)A點(diǎn)位于平衡線的下方時(shí)，則YA<YA*

，為解吸過程。5.2.3相平衡關(guān)系在吸收過程中的應(yīng)用②確定吸收推動(dòng)力。顯然，YA>YA*，是吸收進(jìn)行的必要條件，而差值△YA=YA-YA*，則是吸收過程的推動(dòng)力，差值越大，吸收速率越大。第二十九頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日例：在常壓及20℃下，測(cè)得氨在水中的平衡數(shù)據(jù)為：0.5gNH3/100gH2O濃度為的稀氨水上方的平衡分壓為400Pa，在該濃度范圍下相平衡關(guān)系可用亨利定律表示，試求亨利系數(shù)E，溶解度系數(shù)H，及相平衡常數(shù)m。（氨水密度可取為1000kg/m3）由亨利定律表達(dá)式知：解：第三十頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日∴亨利系數(shù)為又∴相平衡常數(shù)第三十一頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日∴溶解度系數(shù)為：或由各系數(shù)間的關(guān)系求出其它系數(shù)第三十二頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日5.3傳質(zhì)機(jī)理與吸收過程的速率（?。?！需補(bǔ)充）

1.傳質(zhì)的基本方式吸收過程是溶質(zhì)從氣相轉(zhuǎn)移到液相的質(zhì)量傳遞過程。由于溶質(zhì)從氣相轉(zhuǎn)移到液相是通過擴(kuò)散進(jìn)行的，因此傳質(zhì)過程也稱為擴(kuò)散過程。吸收過程涉及兩相間的物質(zhì)傳遞，包括三個(gè)步驟：1.溶質(zhì)由氣相主體傳遞到兩相界面，即氣相內(nèi)的物質(zhì)傳遞；2.溶質(zhì)在相界面上的溶解，由氣相轉(zhuǎn)入液相，即界面上發(fā)生的溶解過程；3.溶質(zhì)自界面被傳遞至液相主體，即液相內(nèi)的物質(zhì)傳遞。一般認(rèn)為相界面的傳質(zhì)阻力很小，氣液兩相的濃度符合亨利定律，總過程的速率由氣相與液相內(nèi)的傳質(zhì)速率決定。第三十三頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日（1）分子擴(kuò)散物質(zhì)以分子運(yùn)動(dòng)的方式通過靜止流體的轉(zhuǎn)移，或物質(zhì)通過層流流體，且傳質(zhì)方向與流體的流動(dòng)方向相垂直的轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致物質(zhì)從高濃度處向低濃度處傳遞，這種傳質(zhì)方式稱為分子擴(kuò)散。分子擴(kuò)散只是由于分子熱運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，擴(kuò)散的推動(dòng)力是濃度差，擴(kuò)散速率主要決定于擴(kuò)散物質(zhì)和靜止流體的溫度及某些物理性質(zhì)。傳質(zhì)的基本方式分子擴(kuò)散對(duì)流擴(kuò)散渦流擴(kuò)散第三十四頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日（2）渦流擴(kuò)散在湍流主體中,憑借流體質(zhì)點(diǎn)的湍動(dòng)和漩渦進(jìn)行物質(zhì)傳遞的現(xiàn)象，稱為渦流擴(kuò)散。若將一勺砂糖放入杯水之中，用勺攪動(dòng)，則將甜的更快更均，那便是渦流擴(kuò)散的效果了。渦流擴(kuò)散速率比分子擴(kuò)散速率大得多，渦流擴(kuò)散速率主要決定于流體的流動(dòng)形態(tài)。（3）對(duì)流擴(kuò)散對(duì)流擴(kuò)散為湍流氣體與相界面之間的渦流擴(kuò)散與分子擴(kuò)散這兩種傳質(zhì)作用的總稱。對(duì)流擴(kuò)散亦稱對(duì)流傳質(zhì)，對(duì)流傳質(zhì)包括湍流主體的渦流擴(kuò)散和層流內(nèi)層的分子擴(kuò)散。第三十五頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日2．雙膜理論由于吸收過程是物質(zhì)在兩相之間的傳遞，其過程極為復(fù)雜。為了從理論上說明這個(gè)機(jī)理，曾提過多種不同的理論，其中應(yīng)用最廣泛的是1926年由劉易斯和惠特曼提出的“雙膜理論”。（1）相互接觸的氣、液兩流體間存在著穩(wěn)定的相界面，界面兩側(cè)各有一個(gè)很薄的有效層流膜層。吸收質(zhì)以分子擴(kuò)散方式通過此二膜層。（3）在膜層以外的氣、液兩相中心區(qū)，由于流體充分湍動(dòng)，吸收質(zhì)的濃度是均勻的，即兩相中心區(qū)內(nèi)濃度梯度為零，全部濃度變化集中在兩個(gè)有效膜層內(nèi)。（2）在相界面處，氣、液兩相達(dá)于平衡。雙膜理論把復(fù)雜的相際傳質(zhì)過程大為簡化。對(duì)于具有固定相界面的系統(tǒng)及速度不高的兩流體間的傳質(zhì)，雙膜理論與實(shí)際情況是相當(dāng)符合的。根據(jù)這一理論的基本概念所確定的相際傳質(zhì)速率關(guān)系，至今仍是傳質(zhì)設(shè)備設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，這一理論對(duì)于生產(chǎn)實(shí)際具有重要的指導(dǎo)意義。第三十六頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日雙膜理論的假想模型示意圖第三十七頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日

3、吸收速率方程概念：吸收速率即指單位傳質(zhì)面積上單位時(shí)間內(nèi)吸收的溶質(zhì)量。物理意義：表明吸收速率與吸收推動(dòng)力之間關(guān)系的數(shù)學(xué)式即為吸收速率方程式。表示：吸收速率NA，單位kmol/(m2·s)。按照雙膜理論，吸收過程無論是物質(zhì)傳遞的過程，還是傳遞方向上的濃度分布情況，都類似于間壁式換熱器中冷熱流體之間的傳熱步驟和溫度分布情況。所以可用類似于傳熱速率方程的形式來表達(dá)吸收速率方程。由于吸收的推動(dòng)力可以用各種不同形式的濃度差來表示，所以，吸收速率方程也有多種形式。吸收速率=過程推動(dòng)力/過程阻力=吸收系數(shù)×過程推動(dòng)力第三十八頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日（1）氣膜吸收速率方程式Y(jié)A、Yi——?dú)庀嘀黧w和相界面處吸收質(zhì)的比摩爾分?jǐn)?shù)；

K氣——?dú)饽の障禂?shù)，kmol/(m2·s)。（2）液膜吸收速率方程式

XA

、Xi——液相主體和相界面處液相中吸收質(zhì)的比摩爾分?jǐn)?shù)；

K液——液膜吸收系數(shù)，kmol/(m2·s)。第三十九頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日（3）吸收總系數(shù)及其相應(yīng)的吸收速率方程式吸收速率=總推動(dòng)力/總阻力=兩相主體濃度差/兩膜阻力之和吸收過程的總推動(dòng)力應(yīng)該用任何一相主體濃度與其平衡濃度的差值來表示。①

以表示總推動(dòng)力的吸收速率方程式K氣——?dú)庀辔湛傁禂?shù)，kmol/(m2·s)。此時(shí)總阻力由氣膜阻力與液膜阻力組成對(duì)溶解度大的易溶氣體，相平衡常數(shù)m很小此時(shí)表明易溶氣體的液膜阻力很小，吸收的總阻力集中在氣膜內(nèi)。這種情況下氣膜阻力控制著整個(gè)吸收過程速率，故稱為“氣膜控制”。第四十頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日第八章吸收②以表示總推動(dòng)力的吸收速率方程式K液——液相吸收總系數(shù)，kmol/(m2·s)。此時(shí)總阻力由氣膜阻力與液膜阻力組成對(duì)溶解度小的難溶氣體，相平衡常數(shù)m很大此時(shí)表明難溶氣體的總阻力集中在液膜內(nèi)，這種情況下液膜阻力控制整個(gè)吸收過程速率，故稱為“液膜控制”。對(duì)于溶解度適中的氣體吸收過程，氣膜阻力與液膜阻力均不可忽略。要提高過程速率，必須兼顧氣、液兩膜阻力的降低。正確判別吸收過程屬于氣膜控制或液膜控制，將給吸收過程的計(jì)算和設(shè)備的選型帶來方便。如氣膜控制系統(tǒng)，在操作中增大氣速，可減薄氣膜厚度，降低氣膜阻力，有利于提高吸收速率。第四十一頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日傳質(zhì)設(shè)備：第四節(jié)填料吸收塔的計(jì)算

第四十二頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日操作型：核算；操作條件與吸收結(jié)果的關(guān)系。計(jì)算依據(jù)：物料衡算相平衡吸收速率方程吸收塔的計(jì)算內(nèi)容：設(shè)計(jì)型：流向、流程、吸收劑用量、吸收劑濃度、塔高、塔徑第四十三頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日定態(tài)逆流接觸，通過吸收塔的惰性氣量和吸收劑量可認(rèn)為不變。全塔范圍內(nèi)，對(duì)A作物料衡算：5.4.1物料衡算與操作線方程

1．全塔物料衡算

V——通過吸收塔的惰性氣體量，kmol/s；

L——通過吸收塔的吸收劑量，kmol/s；

Y1Y2——進(jìn)塔、出塔氣體中溶質(zhì)A的比摩爾分?jǐn)?shù)

X1X2——出塔、進(jìn)塔溶液中溶質(zhì)A的比摩爾分?jǐn)?shù)塔底截面一律以下標(biāo)“1”代表，塔頂截面一律以下標(biāo)“2”代表G——為單位時(shí)間內(nèi)全塔吸收的吸收質(zhì)的量第四十四頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日一般情況下，進(jìn)塔混合氣的組成與流量是吸收任務(wù)規(guī)定了的，如果吸收劑的組成與流量已經(jīng)確定，則V、Y1、L、X2

及皆為已知數(shù)。又根據(jù)吸收操作的分離指標(biāo)吸收率，可以得知?dú)怏w出塔時(shí)的濃度Y2

：式中，表示氣相中溶質(zhì)被吸收的百分率，稱為吸收率或回收率。在逆流操作的填料塔內(nèi)，氣體自下而上，其組成由Y1

逐漸變至Y2

，液體自上而下，其組成由X2逐漸變至X1。那么，填料層中各個(gè)截面上的氣、液濃度Y與X之間的變化關(guān)系，需在填料層中的任一截面與塔的任一端面之間作物料衡算。

2．操作線方程與操作線mnYX在塔內(nèi)任取m-n截面與塔底作溶質(zhì)的物料衡算Y——m-n截面上氣相中溶質(zhì)的比摩爾分?jǐn)?shù)；X——m-n截面上液相中溶質(zhì)的比摩爾分?jǐn)?shù)。第四十五頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日稱為吸收塔的操作線方程，它表明塔內(nèi)任一截面上的氣相組成Y與液相組成X之間成直線關(guān)系，直線的斜率為，且此直線通過及兩點(diǎn)。標(biāo)繪在圖8-5中的直線AB，即為操作線。操作線上任何一點(diǎn)，代表著塔內(nèi)相應(yīng)截面上的液、氣組成，端點(diǎn)A代表塔頂稀端，端點(diǎn)B代表塔底濃端?！媪魑账僮骶€方程在進(jìn)行吸收操作時(shí)，塔內(nèi)任一截面上溶質(zhì)在氣相中的實(shí)際組成總是高于其平衡組成，所以操作線總是位于平衡線的上方。反之，如果操作線位于平衡線的下方，則應(yīng)進(jìn)行解吸過程。第四十六頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日吸收平衡線回憶相平衡在吸收過程中的應(yīng)用①判斷吸收能否進(jìn)行。②確定吸收推動(dòng)力。吸收過程涉及兩相間的物質(zhì)傳遞，包括三個(gè)步驟：傳質(zhì)的基本方式分子擴(kuò)散對(duì)流擴(kuò)散渦流擴(kuò)散第四十七頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日雙膜理論（1）相互接觸的氣、液兩流體間存在著穩(wěn)定的相界面，界面兩側(cè)各有一個(gè)很薄的有效層流膜層。吸收質(zhì)以分子擴(kuò)散方式通過此二膜層。（3）在膜層以外的氣、液兩相中心區(qū)，由于流體充分湍動(dòng)，吸收質(zhì)的濃度是均勻的，即兩相中心區(qū)內(nèi)濃度梯度為零，全部濃度變化集中在兩個(gè)有效膜層內(nèi)。（2）在相界面處，氣、液兩相達(dá)于平衡。吸收速率方程

1.氣膜吸收速率方程式

2.液膜吸收速率方程式第四十八頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日吸收總系數(shù)及其相應(yīng)的吸收速率方程式

（1）以表示總推動(dòng)力的吸收速率方程式

（1）以表示總推動(dòng)力的吸收速率方程式液膜控制氣膜控制吸收塔的物料衡算和操作線方程全塔物料衡算——逆流吸收塔操作線方程第四十九頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日逆流吸收操作線具有如下特點(diǎn)：

3）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T、p無關(guān)。2）操作線通過塔頂（稀端）A(X2,Y2）及塔底（濃端）B（X1,Y1）;1）定態(tài)，L、V、Y1、X2恒定，操作線在X～Y

坐標(biāo)上為一直線，斜率為L/V。L/V為吸收操作的液氣比；5）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；4）吸收操作線在平衡線的上方，解吸操作線在平衡線下方。第五十頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日5.4.2吸收劑用量與最小液氣比

1．吸收劑的單位耗用量

由逆流吸收塔的物料衡算可知吸收塔的最小液氣比如V、Y1、Y2、X2

已知?jiǎng)tA（X2

、Y2

）固定點(diǎn)B（X1

、Y1

）的橫坐標(biāo)取決于操作線的斜率操作線的斜率L/V稱為液氣比，是吸收劑與惰性氣體摩爾流量的比，物理意義：處理含單位千摩爾惰性氣的原料氣所用的純吸收劑耗用量大小。液氣比對(duì)吸收設(shè)備尺寸和操作費(fèi)用有直接的影響。第五十一頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日當(dāng)吸收劑用量增大，即操作線的斜率L/V增大，則操作線向遠(yuǎn)離平衡線方向偏移，如圖8-6中AC線所示，此時(shí)操作線與平衡線間的距離增大，即各截面上吸收推動(dòng)力（）增大。若在單位時(shí)間內(nèi)吸收同樣數(shù)量的溶質(zhì)時(shí)，設(shè)備尺寸可以減小，設(shè)備費(fèi)用降低；但是，吸收劑消耗量增加，出塔液體中溶質(zhì)含量降低，吸收劑再生所需的設(shè)備費(fèi)和操作費(fèi)均增大。第五十二頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日工業(yè)吸收過程吸收和解吸第五十三頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日若減少吸收劑用量，L/V減小，操作線向平衡線靠近，傳質(zhì)推動(dòng)力必然減小，所需吸收設(shè)備尺寸增大，設(shè)備費(fèi)用增大。當(dāng)吸收劑用量減小到使操作線的一個(gè)端點(diǎn)與平衡線相交，此時(shí)傳質(zhì)過程的推動(dòng)力為零，因而達(dá)到此平衡所需的傳質(zhì)面積為無限大（塔為無限高）。顯然，對(duì)于一定的吸收任務(wù)，吸收劑的用量存在著一個(gè)最低極限，若實(shí)際液氣比思考：若減少吸收劑用量，其物理量的變化？小于最小液氣比時(shí)，便不能達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的分離要求。圖8-6吸收塔的最小液氣比第五十四頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日這種極限情況下的吸收劑用量稱為最小吸收劑用量，用表示，相應(yīng)的液氣比稱為最小液氣比，用表示。顯然，對(duì)于一定的吸收任務(wù)，吸收劑的用量存在著一個(gè)最低極限，若實(shí)際液氣比小于最小液氣比時(shí)，便不能達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的分離要求。

設(shè)備費(fèi)與操作費(fèi)兩方面影響到生產(chǎn)過程的經(jīng)濟(jì)效益適宜液氣比

2．最小液氣比的求法（1）圖解法（2）計(jì)算法課本例題第五十五頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日吸收塔的塔徑可根據(jù)圓形管道直徑計(jì)算公式確定，即

1、填料塔直徑的計(jì)算——吸收塔的內(nèi)徑，m；——操作條件下混合氣體的體積流量，m3/s；——空塔氣速，即按空塔截面積計(jì)算的混合氣速度，m/s。其值約為到0.2-0.3m/s不等，適宜的數(shù)值由實(shí)驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)式求得。在吸收過程中，由于吸收質(zhì)不斷進(jìn)入液相，故混合氣量由塔底至塔頂逐漸減小。在計(jì)算塔徑時(shí)，一般應(yīng)以入塔時(shí)氣量為依據(jù)。

5.4.3填料塔直徑和填料層高度的計(jì)算

第五十六頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日填料塔提供接觸面積的元件為填料，因此，塔內(nèi)的填料裝填量或一定直徑的塔內(nèi)填料層高度將直接影響吸收結(jié)果。2、填料層高度的計(jì)算填料層高度Z等于所需的填料層體積V除以塔截面積S。塔截面積已由塔徑確定，填料層體積V則取決于完成規(guī)定任務(wù)所需的總傳質(zhì)面積A和每m3填料層所能提供的氣液有效接觸面積a。即：上式總傳質(zhì)面積應(yīng)等于塔的吸收負(fù)荷（單位時(shí)間內(nèi)的傳質(zhì)量）與塔內(nèi)傳質(zhì)速率（單位時(shí)間內(nèi)單位氣液接觸面積上的傳質(zhì)量）的比值。計(jì)算塔的吸收負(fù)荷要依據(jù)物料衡算關(guān)系，計(jì)算傳質(zhì)速率要依據(jù)吸收速率方程式，而吸收速率方程中的推動(dòng)力總是實(shí)際濃度與某種平衡濃度的差額，因此又要知道相平衡關(guān)系。第五十七頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日總推動(dòng)力以氣相組成表示時(shí)的公式為：總推動(dòng)力以液相組成表示時(shí)的公式為：“體積吸收總系數(shù)”有效接觸面積a（稱為有效比表面積）值不僅與填料的形狀、尺寸及充填狀況有關(guān)，而且受流體物性及流體狀況的影響。液相體積吸收總系數(shù)，kmol/(m3·s)氣相體積吸收總系數(shù),kmol/(m3·s)第五十八頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日當(dāng)吸收過程的平衡線為直線或操作范圍內(nèi)平衡線段為直線時(shí)，平均推動(dòng)力取吸收塔頂與吸收塔底推動(dòng)力的對(duì)數(shù)平均值。即第五十九頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日5.5.1填料塔的結(jié)構(gòu)第五節(jié)填料塔的結(jié)構(gòu)及特性

第六十頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日吸收塔第六十一頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日吸收塔第六十二頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日2.填料特性1）比表面積a：單位堆積體積所具有的表面積，m2/m32）空隙率ε：單位體積填料所具有的空隙體積，m3/m33）干填料因子：a/ε3

濕填料因子φ——液體噴淋下測(cè)得的a/ε3

。1.作用：提供傳質(zhì)面積；促使分散、湍動(dòng)、液膜更新。5.5.2填料的種類與特性第六十三頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期日3.常用填料環(huán)形（拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、階梯環(huán)）鞍形（矩鞍形、弧鞍形）波紋形（板波紋、網(wǎng)狀波紋）形狀堆放：整砌、亂堆材料：陶瓷、金屬、塑料第六十四