吸收過(guò)程及設(shè)備的選擇與操作

5.1概述5.1.1化工生產(chǎn)中的傳質(zhì)過(guò)程

5.1.2相組成表示法

5.1.3氣體吸收過(guò)程5.1.1化工生產(chǎn)中的傳質(zhì)過(guò)程傳質(zhì)分離過(guò)程：依靠物質(zhì)從一相到另一相傳遞過(guò)程，叫傳質(zhì)分離過(guò)程。傳質(zhì)分離依據(jù)：依據(jù)混合物中各組分在兩相間平衡分配不同。（1）氣體吸收

選擇一定的溶劑（外界引入第二相）造成兩相，處理氣體混合物。

（2）液體蒸餾

對(duì)于液體混合物加熱，使混合物內(nèi)部造成兩相，利用不同組分揮發(fā)性的差異，使得液體混合物得以分離。（3）固體干燥

對(duì)含一定濕分的固體提供一定的熱量，使溶劑汽化，利用濕分壓差，使?jié)穹謴墓腆w表面或內(nèi)部轉(zhuǎn)移到氣相，從而將含濕分的固體物料得以凈化。5.1.2相組成表示法一、質(zhì)量分?jǐn)?shù)與摩爾分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)：在混合物中某組分的質(zhì)量占混合物總質(zhì)量的分?jǐn)?shù)。摩爾分?jǐn)?shù)：在混合物中某組分的摩爾數(shù)占混合物總摩爾數(shù)的分?jǐn)?shù)。氣相：液相：質(zhì)量分?jǐn)?shù)與摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系：二、質(zhì)量比與摩爾比質(zhì)量比：混合物中某組分A的質(zhì)量與惰性組分B（不參加傳質(zhì)的組分）的質(zhì)量之比。摩爾比：混合物中某組分的摩爾數(shù)與惰性組分摩爾數(shù)之比。氣相：液相：質(zhì)量分?jǐn)?shù)與質(zhì)量比的關(guān)系：摩爾分?jǐn)?shù)與摩爾比的關(guān)系：三、質(zhì)量濃度與摩爾濃度質(zhì)量濃度：?jiǎn)挝惑w積混合物中某組分的質(zhì)量。摩爾濃度：?jiǎn)挝惑w積混合物中某組分的摩爾數(shù)。質(zhì)量濃度與質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系：摩爾濃度與摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系：c—混合物在液相中的總摩爾濃度，kmol/m3；

—混合物液相的密度，kg/m3。四、氣體總壓與理想氣體中組分的分壓總壓與某組分分壓之間的關(guān)系:摩爾比與分壓之間的關(guān)系:摩爾濃度與分壓之間的關(guān)系:pA=pyA5.1.3氣體吸收過(guò)程一、氣體吸收的目的1.分離混合氣體以獲得一定的組分;2.除去有害組分以凈化或精制氣體;3.制備某種氣體的溶液;4.工業(yè)廢氣的治理。二、吸收的依據(jù)混合物各組分在某種溶劑中溶解度的差異。三、吸收過(guò)程及設(shè)備四、吸收流程吸收與解吸流程含苯煤氣脫苯煤氣洗油苯水過(guò)熱蒸汽加熱器冷卻器五、吸收分類1.物理吸收和化學(xué)吸收；2.單組分吸收和多組分吸收；3.等溫吸收和非等溫吸收；3.高濃度吸收和低濃度吸收。選擇原則：經(jīng)濟(jì)、合理。六、吸收劑的選擇要求1.溶解度大；2.選擇性高；3.再生容易；4.揮發(fā)性??；5.黏度低；6.化學(xué)穩(wěn)定性高；7.腐蝕性低；8.無(wú)毒、無(wú)害、價(jià)廉等。5.2氣液平衡5.2.1氣液相平衡關(guān)系5.2.2相平衡關(guān)系在吸收過(guò)程中的應(yīng)用5.2.1氣液相平衡關(guān)系一、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(zhǎng)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。相律分析：

F＝C－

＋2=3－2+2=3當(dāng)壓力不太高、溫度一定時(shí)

p*A

=f1（x）y*=f2（x）

p*A

=f3（cA）氨在水中的溶解度液相中氨的摩爾數(shù)氣相中氨的分壓60℃50℃40℃30℃20℃下SO2在水中的溶解度101.3kPa202.6kPaxyt=293KCO2NH310ncA,kmol/m3pA,kPa幾種氣體在水中的溶解度曲線討論：（2）溫度和y一定，總壓增加，在同一溶劑中，溶質(zhì)的溶解度x隨之增加，有利于吸收。（1）p、y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?jǐn)?shù)，

cO2

<cCO2

<cSO2

<cNH3

氧氣為難溶氣體，氨氣為易溶氣體二、亨利定律1.亨利定律內(nèi)容總壓不高時(shí)，在一定溫度下，稀溶液上方氣相中溶質(zhì)的平衡分壓與溶質(zhì)在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)成正比，其比例系數(shù)為亨利系數(shù)。

——溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓，kPa；X——溶質(zhì)在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)；E——亨利常數(shù)，單位同壓強(qiáng)單位。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）E的來(lái)源：實(shí)驗(yàn)測(cè)得；查手冊(cè)（1）2.亨利定律其他形式H——溶解度系數(shù)，kmol/（m3·kPa）cA——摩爾濃度，kmol/m3；

H與E的關(guān)系：H的討論：1）H大，溶解度大，易溶氣體2）p對(duì)H影響小，（2）

m——相平衡常數(shù)，無(wú)因次。m與E的關(guān)系：m的討論：1）m大，溶解度小，難溶氣體2）（3）5.2.2相平衡關(guān)系在吸收過(guò)程中的應(yīng)用一、判斷過(guò)程進(jìn)行的方向y

y*或x*

>x或

A由氣相向液相傳質(zhì)，吸收過(guò)程平衡狀態(tài)A由液相向氣相傳質(zhì)，解吸過(guò)程吸收過(guò)程：y·Pyx··ABCxy*y*y二、指明過(guò)程進(jìn)行的極限過(guò)程極限：相平衡1.逆流吸收，塔高無(wú)限2.逆流吸收，塔高無(wú)限V，y2V，y1L，x2L，x1三、確定過(guò)程的推動(dòng)力1.吸收過(guò)程推動(dòng)力的表達(dá)式、y-

y*、x*

-x、2.在X～Y圖上·APYY*XX*、Y-

Y*【例5-1】某系統(tǒng)溫度為10℃，總壓101.3kPa，試求此條件下在與空氣充分接觸后的水中，每立方米水溶解了多少克氧氣？=101.3×0.21=21.27kPa查得10℃時(shí)，氧氣在水中的亨利系數(shù)E為1×106kPa。3.57×10-4kmol/m3

W=3.57×10-4×32×1000=11.42g/m3CA=HpA*【例5-2】在總壓101.3kPa，溫度30℃的條件下,SO2摩爾分?jǐn)?shù)為0.3的混合氣體與SO2摩爾分?jǐn)?shù)為0.01的水溶液相接觸，試問(wèn)：（1）SO2的傳質(zhì)方向；（2）其他條件不變，溫度降到0℃時(shí)SO2的傳質(zhì)方向；（3）其他條件不變，總壓提高到202.6kPa時(shí)SO2的傳質(zhì)方向，并計(jì)算以液相摩爾分?jǐn)?shù)差及氣相摩爾數(shù)差表示的傳質(zhì)推動(dòng)力。5.3.1分子擴(kuò)散5.3.2單相分子擴(kuò)散5.3.3單相對(duì)流傳質(zhì)5.3.4界面上的濃度5.3分子擴(kuò)散與單相傳質(zhì)吸收過(guò)程：

（1）A由氣相主體到相界面，氣相內(nèi)傳遞；（2）A在相界面上溶解，溶解過(guò)程；（3）A自相界面到液相主體，液相內(nèi)傳遞。單相內(nèi)傳遞方式：分子擴(kuò)散；對(duì)流擴(kuò)散分子擴(kuò)散現(xiàn)象：一、分子擴(kuò)散與菲克定律5.3.1分子擴(kuò)散分子擴(kuò)散：在靜止或滯流流體內(nèi)部，若某一組分存在濃度差，則因分子無(wú)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，這種現(xiàn)象稱為分子擴(kuò)散。擴(kuò)散通量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)垂直于擴(kuò)散方向的單位截面積擴(kuò)散的物質(zhì)量，以J表示，kmol/(m2·s)。菲克定律：溫度、總壓一定，組分A在擴(kuò)散方向上任一點(diǎn)處的擴(kuò)散通量與該處A的濃度梯度成正比。JA——組分A擴(kuò)散速率(擴(kuò)散通量)，kmol/（m2·s）；——組分A在擴(kuò)散方向z上的濃度梯度(kmol/m3)/m；

DAB——組分A在B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)散沿著濃度降低的方向進(jìn)行理想氣體：=5.3.2單相分子擴(kuò)散分子擴(kuò)散兩種形式：等摩爾反向擴(kuò)散，單向擴(kuò)散。一、等摩爾反向擴(kuò)散及速率方程

1.等摩爾反向擴(kuò)散JAJBTppA2pB2TppA1pB112等摩爾反向擴(kuò)散：任一截面處兩個(gè)組分的擴(kuò)散速率大小相等，方向相反。

總壓一定=

JA=－JB

DAB=DBA=D2.等分摩爾反向擴(kuò)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(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的物質(zhì)量，記作N,kmol/(m2·s)。NA=氣相：NA=液相：3.討論（1）（2）組分的濃度與擴(kuò)散距離z成直線關(guān)系。ppB1pA1pA2pB2擴(kuò)散距離z0zp（3）等摩爾反向擴(kuò)散發(fā)生在蒸餾過(guò)程中。二、單向擴(kuò)散及速率方程1.總體流動(dòng)：因溶質(zhì)Ａ擴(kuò)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(dòng)。12JAJBNMcA/cNMcB/c總體流動(dòng)NMNA2.總體流動(dòng)的特點(diǎn)：（1）因分子本身擴(kuò)散引起的宏觀流動(dòng)。（2）A、B在總體流動(dòng)中方向相同，流動(dòng)速度正比于摩爾分?jǐn)?shù)。3.單向擴(kuò)散傳質(zhì)速率方程——微分式在氣相擴(kuò)散——積分式——積分式——積分式液相：4.討論（1）組分A的濃度與擴(kuò)散距離z為指數(shù)關(guān)系（2）、——漂流因數(shù)，無(wú)因次漂流因數(shù)意義：其大小反映了總體流動(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)速率較單純分子擴(kuò)散增大的倍數(shù)。（3）單向擴(kuò)散體現(xiàn)在吸收過(guò)程中。三、擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù)的意義：?jiǎn)挝粷舛忍荻认碌臄U(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)特性常數(shù)之一；D，m2/s。D的影響因素：A、B、T、p、濃度D的來(lái)源：查手冊(cè)；半經(jīng)驗(yàn)公式；測(cè)定1.氣相中的D范圍：10-5～10-4m2/s經(jīng)驗(yàn)公式2.液相中的D范圍：10-10～10-9m2/s【例5-3】有一直立的玻璃管，底端封死，內(nèi)充丙酮，液面距上端管口11mm，上端有一股空氣通過(guò)，5小時(shí)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(kuò)散系數(shù)。z空氣丙酮5.3.3單相對(duì)流傳質(zhì)一、渦流擴(kuò)散渦流擴(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)靠質(zhì)點(diǎn)的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，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(kuò)散。——渦流擴(kuò)散速率，kmol/(m2·s)；——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，不是物性常數(shù)，其值與流體流動(dòng)狀態(tài)及所處的位置有關(guān)?？倲U(kuò)散通量：TTWtWt熱流體冷流體

T

tpApAicAicA氣相液相

G

LE二、有效膜模型1.單相內(nèi)對(duì)流傳質(zhì)過(guò)程（1）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)A的濃度梯度較大，pA隨z的變化較陡。（2）湍流主體：渦流擴(kuò)散遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于分子擴(kuò)散，溶質(zhì)濃度均一化，pA隨z的變化近似為水平線。（3）過(guò)渡區(qū)：分子擴(kuò)散+渦流擴(kuò)散，pA隨z的變化逐漸平緩。2.有效膜模型單相對(duì)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(kuò)散。三、單相對(duì)流傳質(zhì)速率方程1.氣相對(duì)流傳質(zhì)速率方程有效膜厚δG由層流內(nèi)層濃度梯度線延長(zhǎng)線與流體主體濃度線相交于一點(diǎn)E，則厚度δG為E到相界面的垂直距離?！苑謮翰畋硎就苿?dòng)力的氣相傳質(zhì)分系數(shù)，kmol/(m2·s·kPa）。=傳質(zhì)系數(shù)×吸收的推動(dòng)力氣相對(duì)流傳質(zhì)速率方程有以下幾種形式：——以氣相摩爾分率表示推動(dòng)力的氣相傳質(zhì)分系數(shù)，kmol/（m2·s）；

——以氣相摩爾比差表示推動(dòng)力的氣相傳質(zhì)系數(shù)，

kmol/（m2·s）；

各氣相傳質(zhì)分系數(shù)之間的關(guān)系：帶入上式與比較2.液相對(duì)流傳質(zhì)速率方程液相傳質(zhì)速率方程有以下幾種形式：kL——以液相組成摩爾濃度表示推動(dòng)力的液相對(duì)流傳質(zhì)分系數(shù)，m／s；——以液相組成摩爾分率表示推動(dòng)力的液相對(duì)流傳質(zhì)分系數(shù)，kmol/（m2·s）；液相傳質(zhì)分系數(shù)之間的關(guān)系：注意：對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)=f(操作條件、流動(dòng)狀態(tài)、物性）——以液相摩爾比差表示推動(dòng)力的液相傳質(zhì)分系數(shù)，

kmol/（m2·s）

5.3.4界面上的濃度定態(tài)傳質(zhì)=f（cAi）、cAi

一、一般情況二、平衡關(guān)系滿足亨利定律、cAi

三、圖解I（pAi，cAi）操作點(diǎn)OI（界面）cA/kmol/m3cApA/kPa05.4對(duì)流傳質(zhì)5.4.1兩相對(duì)流傳質(zhì)模型5.4.2總傳質(zhì)速率方程5.4.3傳質(zhì)阻力與傳質(zhì)速率的控制5.4.1兩相對(duì)流傳質(zhì)模型相際對(duì)流傳質(zhì)三大模型：雙膜模型溶質(zhì)滲透模型表面更新模型一、雙膜模型pApAicAicA氣相液相

G

LE二、雙膜模型的基本論點(diǎn)（假設(shè)）

1.氣液兩相存在一個(gè)穩(wěn)定的相界面，界面兩側(cè)存在穩(wěn)定的氣膜和液膜。膜內(nèi)為層流，A以分子擴(kuò)散方式通過(guò)氣膜和液膜。2.相界面處兩相達(dá)平衡，無(wú)擴(kuò)散阻力。3.有效膜以外主體中，充分湍動(dòng)，溶質(zhì)主要以渦流擴(kuò)散的形式傳質(zhì)。雙膜模型也稱為雙膜阻力模型5.4.2總傳質(zhì)速率方程

一、用氣相組成表示吸收推動(dòng)力——以氣相分壓差表示推動(dòng)力的氣相總傳質(zhì)系數(shù)，kmol/（m2·s·kPa）；——以氣相摩爾分?jǐn)?shù)差表示推動(dòng)力的氣相總傳質(zhì)系數(shù)，kmol/（m2·s）；——以氣相摩爾比的差表示推動(dòng)力的氣相總傳質(zhì)系數(shù)，kmol/（m2·s）；二、用液相組成表示吸收推動(dòng)力——以液相濃度差表示推動(dòng)力的液相總傳質(zhì)系數(shù)，m/s；——以液相摩爾分?jǐn)?shù)差表示推動(dòng)力的液相總傳質(zhì)系數(shù)，kmol/（m2·s）；——以液相摩爾比的差表示推動(dòng)力的液相總傳質(zhì)系數(shù)，kmol/（m2·s）；根據(jù)雙膜理論系統(tǒng)服從亨利定律或平衡關(guān)系在計(jì)算范圍為直線三、總傳質(zhì)系數(shù)與單相傳質(zhì)分系數(shù)之間的關(guān)系同理：用類似的方法得到四、總傳質(zhì)系數(shù)之間的關(guān)系

5.4.3傳質(zhì)阻力與傳質(zhì)速率的控制一、傳質(zhì)阻力相間傳質(zhì)總阻力=液相(膜)阻力+氣相(膜)阻力注意:傳質(zhì)系數(shù)、傳質(zhì)阻力與推動(dòng)力一一對(duì)應(yīng)。二、傳質(zhì)速率的控制步驟1.氣膜控制氣膜控制：傳質(zhì)阻力主要集中在氣相，此吸收過(guò)程為氣相阻力控制（氣膜控制）。H較大，易溶氣體氣膜控制的特點(diǎn)：.pAGIpAicAcAi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。2.液膜控制液膜控制：傳質(zhì)阻力主要集中在液相，此吸收過(guò)程為液相阻力控制（液膜控制）液膜控制的特點(diǎn)：H較小，難溶氣體.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。同理：氣膜控制：液膜控制：m小，易溶氣體m大，難溶氣體【例5-4】110kPa下操作的氨吸收塔，某截面上，含氨0.03摩爾分?jǐn)?shù)的氣體與氨濃度為1kmol/m3的氨水接觸，已知?dú)庀鄠髻|(zhì)系數(shù)kG=5×10-9kmol/(m2·s·Pa)，液相傳質(zhì)系數(shù)kL=1.5×10-4m/s，氨水的平衡關(guān)系可用亨利定律表示，H=7.3×10-4kmol/(m3·Pa)，試計(jì)算：（1）氣液界面上的兩相組成；（2）以分壓差和摩爾濃度差表示的總推動(dòng)力、總傳質(zhì)系數(shù)、傳質(zhì)速率；（3）以摩爾分?jǐn)?shù)差表示總推動(dòng)力的氣相總傳質(zhì)系數(shù)；（4）氣膜與液膜阻力的相對(duì)大小。5.5吸收塔的計(jì)算5.5.1物料衡算與操作線方程5.5.2吸收劑用量的確定5.5.3填料層高度的計(jì)算5.5.4吸收塔的計(jì)算操作型：核算；操作條件與吸收結(jié)果的關(guān)系。計(jì)算依據(jù)：物料恒算；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。5.5.1物料衡算與操作線方程一、物料衡算定態(tài)，假設(shè)S不揮發(fā)，B不溶于S全塔范圍內(nèi)，對(duì)A作物料衡算：VY1+LX2=VY2+LX1

V（Y1－Y2）=L（X1－X2）V，Y2V，Y1L，X2L，X2X1=X2＋V（Y1－Y2）/L二、操作線方程式及操作線1.逆流吸收V，Y2V，Y1L，X2L，X1V，YL，XVY+LX2=VY2+LXY2=Y1（1－

）

——A被吸收的百分?jǐn)?shù)，稱為回收率或吸收率。同理：逆流吸收操作線具有如下特點(diǎn)：XY1Y2X1X2ABY（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(wú)關(guān)。（2）操作線通過(guò)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(zhǎng)/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OE下方。XABYK.YXX*Y*2.并流吸收V，Y2V，Y1L，X2L，X1V，YL，XVY+LX=VY2+LX2Y1Y2X2X1ABXY逆流與并流的比較：1）逆流推動(dòng)力均勻，且2）Y1大，逆流時(shí)Y1與X1在塔底相遇有利于提高X1；X2小，逆流時(shí)Y2與X2在塔頂相遇有利于降低Y2。逆流與并流操作線練習(xí)Y3X2X1Y1Y2X2Y2X3CDABY1Y2Y3X1X2X3CDAB5.5.2吸收劑用量的確定B1Y1Y2ABOEXYX2X1X*1P一、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(wú)窮大時(shí)的液氣比。最小液氣比的計(jì)算1.平衡曲線一般情況X*1——與Y1相平衡的液相組成。平衡關(guān)系符合亨利定律時(shí)：2.平衡曲線為凸形曲線情況二、操作液氣比【例5-5】某礦石焙燒爐排出含SO2的混合氣體，除SO2外其余組分可看作惰性氣體。冷卻后送入填料吸收塔中，用清水洗滌以除去其中的SO2。吸收塔的操作溫度為20℃，壓力為101.3kPa?；旌蠚獾牧髁繛?000m3/h，其中含SO2體積百分?jǐn)?shù)為9%，要求SO2的回收率為90%。若吸收劑用量為理論最小用量的1.2倍，試計(jì)算：（1）吸收劑用量及塔底吸收液的組成X1；（2）當(dāng)用含SO20.0003（摩爾比）的水溶液作吸收劑時(shí)，保持二氧化硫回收率不變，吸收劑用量比原情況增加還是減少？塔底吸收液組成變?yōu)槎嗌伲恳阎?01.3kPa，20℃條件下SO2在水中的平衡數(shù)據(jù)與Y1相平衡的液相組成=0.0032

5.5.3填料層高度的計(jì)算一、傳質(zhì)單元數(shù)法

1.塔高計(jì)算基本關(guān)系式單位時(shí)間，dZ內(nèi)吸收A的量：——塔截面積，m2;GA——A的流率，kmol/(m2·s)；G——混合氣體流率，kmol/(m2·s)；L——吸收劑流率，kmol/(m2·s)。ZYY+dYXX+dXZdZY2X2X1Y1a——單位體積填料的有效傳質(zhì)面積，m2。填料層高度同理：——?dú)庀嗫傮w積傳質(zhì)系數(shù)，kmol/（m3·s）

——液相總體積傳質(zhì)系數(shù)，kmol/（m3·s）

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)單元數(shù)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)吸收的溶質(zhì)量。

2.傳質(zhì)單元數(shù)與傳質(zhì)單元高度

以為例（1）傳質(zhì)單元數(shù)、—液相總傳質(zhì)單元高度、總傳質(zhì)單元數(shù)；——?dú)庀鄠髻|(zhì)單元高度、傳質(zhì)單元數(shù)；——液相傳質(zhì)單元高度、傳質(zhì)單元數(shù)?！?dú)庀嗫倐髻|(zhì)單元高度、總傳質(zhì)單元數(shù)；定義：氣相總傳質(zhì)單元數(shù)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。氣體流經(jīng)一段填料，溶質(zhì)組成變化（Y1－Y2）等于該段填料平均吸收推動(dòng)力（Y－Y*）m時(shí)，該段填料為一個(gè)傳質(zhì)單元。（2）傳質(zhì)單元高度

定義：氣相總傳質(zhì)單元高度，m。

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，反映了吸收設(shè)備效能的高低。傳質(zhì)單元高度影響因素：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:

傳質(zhì)單元高度變化范圍：0.15～1.5m。各種傳質(zhì)單元高度之間的關(guān)系：設(shè)平衡線斜率為m

同理：比較上式：3、傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算（1）對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法氣液平衡線為直線操作線也為直線=Y－Y＊=AY+B

同理：注意：1）平均推動(dòng)力法適用于平衡線為直線，逆流、并流吸收皆可。=

2）平衡線與操作線平行時(shí)，3）當(dāng)、時(shí)，對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力可用算術(shù)平均推動(dòng)力。（2）吸收因數(shù)法平衡線為通過(guò)原點(diǎn)的直線，服從亨利定律

逆流為例：S——解吸因數(shù)（脫吸因數(shù)）討論：m、y1、X2、S一定時(shí)：

注意：圖的適用范圍為>20及S<0.75。

1）的意義：反映了A吸收率的高低。

2）參數(shù)S的意義：反映了吸收過(guò)程推動(dòng)力的大小，其值為平衡線斜率與吸收操作線斜率的比值。

S范圍在0.7～0.83）4）——吸收因數(shù)（3）數(shù)值積分法平衡線為曲線時(shí)，圖解積分法步驟如下：1）操作線上任取一點(diǎn)（X,Y），其推動(dòng)力為(Y-Y*)。2）系列Y～作圖得曲線。3）積分計(jì)算Y2至Y1范圍內(nèi)的陰影面積。Y1Y2oE二、等板高度法理論級(jí):不平衡的氣液兩相在一段填料層內(nèi)相互接觸，離開(kāi)該段填料的氣液兩相達(dá)到相平衡，此段填料為一個(gè)理論級(jí)。Z=HETP×NT

NT——完成分離任務(wù)，所需的理論級(jí)數(shù)；HETP——等板高度。等板高度：分離效果達(dá)到一個(gè)理論級(jí)所需的填料層高度。5.5.4

吸收塔的計(jì)算命題：物系、操作條件一定，計(jì)算達(dá)到指定分離要求所需塔高。分離要求：殘余濃度Y2或溶質(zhì)的回收率

一、設(shè)計(jì)型1.流向的選擇

逆流特點(diǎn)：1)逆流推動(dòng)力大，傳質(zhì)速率快；2）吸收液的濃度高；3）溶質(zhì)的吸收率高；4）液體受到上升氣體的曳力，限制了液體流量和氣體流量。2、吸收劑進(jìn)口濃度的選擇及其最高允許濃度3、吸收劑流量的確定【例5-6】空氣中含丙酮2%（體積百分?jǐn)?shù)）的混合氣以0.024kmol/(m2·s)的流率進(jìn)入一填料塔，今用流率為0.065kmol/(m2·s)的清水逆流吸收混合氣中的丙酮，要求丙酮的回收率為98.8%。已知操作壓力為100kPa，操作溫度下的亨利系數(shù)為177kPa，氣相總體積吸收系數(shù)為0.0231kmol/(m3·s)，試用解吸因數(shù)法求填料層高度?！纠?-7】在一塔徑為0.8m的填料塔內(nèi)，用清水逆流吸收空氣中的氨，要求氨的吸收率為99.5%。已知空氣和氨的混合氣質(zhì)量流量為1400kg/h，氣體總壓為101.3kPa，其中氨的分壓為1.333kPa。若實(shí)際吸收劑用量為最小用量的1.4倍，操作溫度（293K）下的氣液相平衡關(guān)系為Y*=0.75X，氣相總體積吸收系數(shù)為0.088kmol/(m3·s)，試求（1）每小時(shí)用水量；（2）用平均推動(dòng)力法求出所需填料層高度。

二、吸收塔的操作型計(jì)算命題：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;吸收塔的核算。

1.定性分析【例5-8】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Y2、X1何變化？（已知體積傳質(zhì)系數(shù)隨流量變化關(guān)系為）

定性分析步驟：1）根據(jù)條件確定HOG、S；2）利用Z=NOG·HOG，確定的變化;

3）采用吸收因數(shù)法確定Y2的變化;4）利用全塔物料衡算分析X1變化。

2.定量計(jì)算問(wèn)題：吸收溫度降低，Y2、X1、吸收操作線如何變化？

X2降低，Y2、X1

、吸收操作線如何變化？吸收壓力提高，Y2、X1、吸收操作線如何變化？【例5-9】某填料吸收塔在101.3kPa，293K下用清水逆流吸收丙酮—空氣混合氣中的丙酮，操作液氣比為2.0，丙酮的回收率為95%。已知該吸收為低濃度吸收，操作條件下氣液平衡關(guān)系為，吸收過(guò)程為氣膜控制，氣相總體積吸收系數(shù)與氣體流率的0.8次方成正比。（塔截面積為1㎡）（1）若氣體流量增加15%，而液體流量及氣、液進(jìn)口組成不變，試求丙酮的回收率有何變化？（2）若丙酮回收率由95%提高到98%，而氣體流量，