《化工原理教学资料》第五章气体吸收（郭锴）.ppt

1、化工原理II,北京化工大学 郭锴,返回,第5章 气体吸收,5.1 概述 5.2 吸收过程的气-液相平衡关系 5.3 分子扩散与单相传质 5.4 相际对流传质及总传质速率方程 5.5 吸收塔的计算,返回,5.1 概述 5.1.1 化工生产中的传质过程 5.1.2 相组成表示法 5.1.3 气体吸收过程,5.1.1 化工生产中的传质过程,传质分离过程： 依靠物质从一相到另一相传递过程，叫传质分离过程。,传质分离依据： 依据混合物中各组分在两相间平衡分配不同。,（1）气体吸收 选择一定的溶剂（外界引入第二相）造成两相，处理气体混合物。,（2）液体蒸馏 对于液体混合物加热，使

2、混合物内部造成两相，利用不同组分挥发性的差异，使得液体混合物得以分离。,（3）固体干燥 对含一定湿分的固体提供一定的热量，使溶剂汽化，利用湿分压差，使湿分从固体表面或内部转移到气相，从而将含湿分的固体 物料得以净化。,5.1.2 相组成表示法,一、质量分数与摩尔分数,质量分数：在混合物中某组分的质量占混合物总 质量的分数。 质量分数：,mA：某组分A在衡算体系中的质量 kg m： 在衡算体系中全部物质的总质量 kg,摩尔分数：在混合物中某组分的物质的量占混合物总物质的量的分数。 nA:某组分A在衡算体系中的物质的量 mol n: 在衡算体系中全部物质的物质的量 mol,气相：,液相：,换算思路

3、：按原单位取一体系，分子分母同时换算成新单位。,例如： 某二元体系，xA=0.3, MA=30g.mol-1, MB=50g.mol-1,换算成质量分数。 取1mol混合物作为衡算体系，其中含A0.3mol, 含B0.7mol。,反之： 某二元体系，wA=0.3, MA=30g.mol-1, MB=50g.mol-1,换算成摩尔分数。 取1kg混合物作为衡算体系，其中含A0.3kg, 含B0.7kg。,二、质量比与摩尔比,质量比：混合物中某组分A的质量与惰性组分B （不参加传质的组分）的质量之比。,摩尔比：混合物中某组分的物质的量与惰性组分物质的量之比。,气相：,液相：,质量分数与质量比的关系

4、：,摩尔分数与摩尔比的关系：,三、质量浓度与物质的量浓度,质量浓度：单位体积混合物中某组分的质量。,物质的量浓度（摩尔浓度）：单位体积混合物中某组分的物质的量。,质量浓度与质量分数的关系：,物质的量浓度与摩尔分数的关系：,c混合物在液相中的总摩尔浓度，kmol/m3； 混合物液相的密度，kg/m3。,四、气体总压与理想气体中组分的分压,总压与某组分分压之间的关系:,摩尔比与分压之间的关系:,物质的量浓度与分压之间的关系:,【例5-1】在压力为常压、温度为298K的吸收塔内，用水吸收混合气中的NH3。已知混合气体其中含NH3的体积分数为20%，其余组分可以看做惰性气体，出塔气体中含NH3的体积分

5、数为0.2%，试分别用摩尔分数、摩尔比和物质的量浓度表示出塔气体中NH3的组成。 解 混合气可视为理想气体，以下标2表示出塔气体的状态。,5.1.3 气体吸收过程,一、气体吸收的目的,1.分离混合气体以获得一定的组分; 2.除去有害组分以净化或精制气体; 3.制备某种气体的溶液; 4.工业废气的治理。,二、吸收的依据,混合物各组分在某种溶剂中溶解度的差异。,三、吸收过程及设备,四、吸收流程,五、吸收分类,1.物理吸收和化学吸收； 2.单组分吸收和多组分吸收； 3.等温吸收和非等温吸收； 4.高浓度吸收和低浓度吸收。,1.溶解度大； 2.选择性高； 3.再生容易； 4.挥发性小； 5.粘度低；

6、6.化学稳定性高； 7.腐蚀性低； 8.无毒、无害、价廉等。,六、吸收剂的选择要求：经济、合理,5.2 吸收过程的气液平衡关系 5.2.1 气体在液体中的溶解度 5.2.2 相平衡关系在吸收过程中的应用,5.2.1 气体在液体中的溶解度,溶质：气相中能够被液相溶解的成分 惰性组分：气相中不能被液相溶解的成分 溶剂（吸收剂）：用来溶解气体溶质的液体,平衡状态： 一定压力和温度，一定量的吸收剂与混合气体充分接触，气相中的溶质向溶剂中转移，长期充分接触后，液相中溶质的浓度不再增加，此时，气液两相达到平衡。 从热力学角度看，气液两相的化学位相等。,一、溶解度曲线,饱和浓度：平衡时溶质在液相中的浓度。,

7、平衡分压：平衡时气相中溶质的分压。,相律分析：组分数C=3，相数=2， 自由度FC-+2=3-2+2=3 分别为：温度、总压、气相或液相组成,当压力不太高、温度一定时,氨在水中的溶解度,液相中氨的摩尔数,气相中氨的分压,60,50,40,30,讨论：,（2）温度、y一定，总压增加，在同一溶剂中，溶质的溶解度x随之增加，有利于吸收 。,（1）p、y一定，温度下降，在同一溶剂中，溶质的溶解度x随之增加，有利于吸收 。,（3）相同的总压及摩尔分数， cO2 cCO2 cSO2 cNH3 氧气为难溶气体，氨气为易溶气体,二、亨利定律,1. 亨利定律内容 总压不高时，在一定温度下，稀溶液上方气相中溶质的

8、平衡分压与溶质在液相中的摩尔分数成正比，其比例系数为亨利系数。,讨论：,1）E的影响因素：溶质、溶剂、T。 物系一定，,2）E大，溶解度小，难溶气体 E小，溶解度大，易溶气体,3）E的来源：实验测得；查手册,（1）,2. 亨利定律其它形式,H溶解度系数， kmol.m-3(kPa)-1,cA摩尔浓度，kmol.m-3；,H与E的关系：,H的讨论：1）H大，溶解度大，易溶气体 2）p对H影响小，,c 溶液的总摩尔浓度,（2）,m相平衡常数，无因次。,m与E的关系 ：,m的讨论：1）m大，溶解度小，难溶气体 2）,（3）,低浓度时,5.2.2 相平衡关系在吸收过程中的应用,一、判断过程进行的方向,

9、y y*或 x* x 或,A由气相向液相传质，吸收过程,平衡状态,A由液相向气相传质，解吸过程,吸收过程：,二、指明过程进行的极限,过程极限：相平衡,1. 逆流吸收，塔高无限,2. 逆流吸收，塔高无限,三、确定过程的推动力,1. 吸收过程推动力的表达式,2. 在XY图上,【例5-2】某系统温度为10，总压101.3kPa，试求此条件下在与空气充分接触后的水中，每立方米水溶解了多少克氧气？,=101.30.21=21.27kPa,查得10时，氧气在水中的亨利系数E为3.31106kPa。,3.5710-4kmol.m-3,W=3.5710-4321000=11.42g.m-3,【例5-X】（习题

10、5-6）在总压101.3kPa，温度30的条件下, SO2摩尔分数为0.3的混合气体与SO2摩尔分数为0.01的水溶液相接触，试问： （1）SO2的传质方向； （2）其它条件不变，温度降到0时SO2的传质方向； （3）其它条件不变，总压提高到202.6kPa时SO2的传质方向，并计算以液相摩尔分数差及气相摩尔数差表示的传质推动力。,解： (1) 查得在总压101.3kPa，温度30条件下SO2在水中的亨利系数E=4850kPa 所以,从液相分析,故SO2必然从液相转移到气相，进行解吸过程。,（2）查得在总压101.3kPa，温度0的条件下， SO2在水中的亨利系数E=1670kPa,从气相分析

11、 y*=mx=16.50.01=0.16y=0.3 故SO2必然从气相转移到液相，进行吸收过程。,（3）在总压202.6kPa，温度30条件下， SO2在水中的亨利系数E=4850kPa,从气相分析 y*=mx=23.940.01=0.24y=0.3 故SO2必然从气相转移到液相，进行吸收过程。,以液相表示的吸收推动力为: x=x*x=0.01250.01=0.0025 以气相摩尔分数表示的吸收推动力为: y= y y*=0.30.24=0.06,5.3.1 单相内物质的分子扩散 5.3.2 分子扩散系数 5.3.3 单相对流传质机理 5.3.4 单相对流传质速率方程,5.3 单相内传质,吸收

12、过程：,（1）A由气相主体到相界面，气相内传递； （2）A在相界面上溶解，溶解过程； （3）A自相界面到液相主体，液相内传递。,单相内传递方式：分子扩散；对流扩散,一、分子扩散与菲克定律,5.3.1 单相内物质的分子扩散,分子扩散现象：,分子扩散：在静止或滞流流体内部，若某一组分存在浓度差，则因分子无规则的热运动使该组分由浓度较高处传递至浓度较低处，这种现象称为分子扩散。,扩散通量：单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积扩散的物质量，以J表示， kmol.m-2s-1。,菲克定律：温度、总压一定，组分A在扩散方向上任一点处的扩散通量与该处A的浓度梯度成正比。,JA组分A扩散速率(扩散通量)，

13、kmol.m-2s-1；,组分A在扩散方向z上的浓度梯度(kmol.m-3)m-1；,DAB组分A在B组分中的扩散系数，m2.s-1。,负号：表明扩散方向与浓度梯度方向相反，扩散沿 着浓度降低的方向进行,理想气体：,=,分子扩散两种形式：等摩尔反向扩散，单向扩散。,一、等摩尔反向扩散及定常态传质速率方程,1.等摩尔反向扩散,等摩尔反向扩散：任一截面处两个组分的扩散速率 大小相等，方向相反。,总压一定,=,JA=JB,DAB=DBA=D,2. 等摩尔反向扩散定常态传质速率方程,传质速率定义：任一固定的空间位置上， 单位时间内通过单位面积的物质的量，记作N, kmol.m-2s-1。,气相：,液相

14、：,3. 讨论,（1）,（2）组分的浓度与扩散距离z成直线关系。,（3）等摩尔反向扩散发生在蒸馏过程中。,二、单向扩散及速率方程,1. 总体流动：因溶质A扩散到界面溶解于溶剂中，靠近界面附近B的分压(浓度)较高，必然会有B向反方向扩散。而这种扩散会造成界面附近总压的下降，从而引起混合物向界面附近运动。这种运动称为总体流动。,2. 总体流动的特点： （1）因分子本身扩散引起的宏观流动。 （2）A、B在总体流动中方向相同，流动速度正比于摩尔分数。,M: mixture,3. 单向扩散传质速率方程,B在宏观上是静止的（稳定传质过程）,扩散引起,总体流动引起,微分式,在气相扩散,积分式,积分式,积分式

15、,液相：,s: solvent,m: mean,4. 讨论,（1）组分A的浓度与扩散距离z为指数关系,（2）,、,漂流因数，无因次,漂流因数意义：其大小反映了总体流动对传质速率的影响程度，其值为总体流动使传质速率较单纯分子扩散增大的倍数。,（3）单向扩散体现在吸收过程中。,【例5-6】有一直立的玻璃管，底端封死，内充丙酮，液面距上端管口11mm，上端有一股空气通过，5小时后，管内液面降到距管口20.5mm，管内液体温度保持293K，大气压为100kPa，此条件下，丙酮的饱和蒸气压为24kPa。求丙酮在空气中的扩散系数。,设气化时间为 单位面积液面汽化的速率用液面高度变化的速率表示：,解：,对液

16、体丙酮：,扩散系数的意义：单位浓度梯度下的扩散通量，反映某组分在一定介质中的扩散能力，是物质特性常数之一；D，m2.s-1。,D的影响因素：A、B、T、p、浓度,D的来源：查手册；半经验公式；测定,5.3.2 分子扩散系数,1. 气相中的D,范围：10-510-4m2.s-1,经验公式之一：麦克斯维尔-吉利兰公式,？,经验公式之二：福勒（fuller）公式,2. 液相中的D,范围：10-1010-9m2.s-1,经验公式之一：威尔基-张公式,5.3.3 单相对流传质机理,一、涡流扩散,涡流扩散：流体作湍流运动时，若流体内部存在浓度梯度，流体质点便会靠质点的无规则运动，相互碰撞和混合，组分从高浓

17、度向低浓度方向传递，这种现象称为涡流扩散。,涡流扩散速率，kmol.m-2s-1；,涡流扩散系数，m2.s-1。,e: eddy,注意：涡流扩散系数与分子扩散系数不同，不是物性 常数，其值与流体流动状态及所处的位置有关 。,总扩散通量：,二、有效膜模型,1. 单相内对流传质过程,（1）靠近相界面处层流内层：传质机理仅为分子扩散，溶质A的浓度梯度较大，pA随z的变化较陡。,（2）湍流主体：涡流扩散远远大于分子扩散，溶质浓度均一化，pA随z的变化近似为水平线。,（3）过渡区：分子扩散+涡流扩散，pA随z的变化逐渐平缓。,2. 有效膜模型,单相对流传质的传质阻力全部集中在一层虚拟的膜层内，膜层内的传

18、质形式仅为分子扩散 。,三、单相对流传质速率方程,1. 气相对流传质速率方程,有效膜厚G由层流内层浓度梯度线延长线与流体主体浓度线相交于一点E，则厚度G为E到相界面的垂直距离。,以分压差表 示推动力的气相 传质分系数， kmol.m-2s-1kPa-1,=传质系数吸收的推动力,气相对流传质速率方程有以下几种形式：,以气相摩尔分率表示推动力的气相传质分系数， kmol.m-2s-1；,以气相摩尔比差表示推动力的气相传质分系数， kmol.m-2s-1；,各气相传质分系数之间的关系：,带入上式,与,比较,2. 液相对流传质速率方程,液相传质速率方程有以下几种形式：,kL以液相组成摩尔浓度表示推动力

19、的液相 对流传质分系数，m.s-1；,以液相组成摩尔分率表示推动力的液相 对流传质分系数，kmol.m-2s-1；,液相传质分系数之间的关系：,注意：对流传质系数=f (操作条件、流动状态、物性）,以液相摩尔比差表示推动力的液相传质分系数，kmol.m-2s-1,5.3.4 界面上的浓度,前提：定态传质 ，kG, kL及平衡关系已知,=f（cAi）,、cAi,一、一般情况,二、平衡关系满足亨利定律,、cAi,三、图解,I（pAi，cAi）,5.4 相际对流传质及总传质速率方程 5.4.1 双膜理论 5.4.2 吸收过程的总传质速率方程 5.4.3 传质阻力与传质速率的控制,5.4.1 双膜理论

20、,相际对流传质三大模型：双膜模型 溶质渗透模型 表面更新模型,一、双膜模型,二、双膜模型的基本论点（假设）,1. 气液两相存在一个稳定的相界面，界面两侧存在稳定的气膜和液膜。膜内为层流，A以分子扩散方式通过气膜和液膜。,2. 相界面处两相达平衡，无扩散阻力。,3. 有效膜以外主体中，充分湍动，溶质主要以涡流扩散的形式传质。,双膜模型也称为双膜阻力模型,5.4.2 吸收过程的总传质速率方程,一、用气相组成表示吸收推动力,以气相分压差表示推动力的气相总传质 系数，kmol.m-2s-1kPa-1；,以气相摩尔分数差表示推动力的气相 总传质系数，kmol.m-2s-1；,以气相摩尔比的差表示推动力的

21、气相 总传质系数，kmol.m-2s-1；,* 与液相相平衡的气相组成,二、用液相组成表示吸收推动力,以液相浓度差表示推动力的液相总传质系 数，m/s (kmol.m-2s-1(kmol.m-3)-1)；,以液相摩尔分数差表示推动力的液相 总传质系数，kmol.m-2s-1；,以液相摩尔比的差表示推动力的液相总传 质系数，kmol.m-2s-1；,根据双膜理论,系统服从亨利定律或平衡关系在计算范围为直线,三、总传质系数与单相传质分系数之间的关系,同理：,用类似的方法得到,四、总传质系数之间的关系,传质阻力,相间传质总阻力 = 液相(膜)阻力 +气相(膜)阻力,注意:传质系数、传质阻力与推动力一

22、一对应。,传质速率的控制步骤,1. 气膜控制,气膜控制：传质阻力主要集中在气相，此吸收过程 为气相阻力控制（气膜控制）。,H 较大，易溶气体,气膜控制的特点：,提高传质速率的措施：提高气体流速； 加强气相湍流程度。,2. 液膜控制,液膜控制：传质阻力主要集中在液相，此吸收过程 为液相阻力控制（液膜控制）,液膜控制的特点：,H较小，难溶气体,提高传质速率的措施：提高液体流速； 加强液相湍流程度。,同理：,气膜控制：,液膜控制：,m小，易溶气体,m大，难溶气体,气膜控制-易溶气体的吸收解吸,液膜控制-难溶气体的吸收解吸,【例5-X】110kPa下操作的氨吸收塔，某截面上，含氨0.03摩尔分数的气体

23、与氨浓度为1kmol/m3的氨水接触，已知气相传质系数kG=510-9kmol/(m2sPa)，液相传质系数kL=1.510-4m/s，氨水的平衡关系可用亨利定律表示，H=7.310-4kmol/(m3Pa)，试计算： 1）气液界面上的两相组成； 2）以分压差和摩尔浓度差 表示的总推动力、总传质系数、传质速率； 3）以摩尔分数差表示总推动力的气相总传质系数； 4）气膜与液膜阻力的相对大小。,解：,【例5-7】在填料吸收塔内用水吸收混合于空气中的甲醇，已知某截面上气液两相组成为pA=5kPa, cA=2kmol.m-3,设在一定的操作温度、压力下，甲醇在水中的溶解度系数H=0.5kmol.m-3

24、kPa-1，液相传质分系数为kL=210-5m.s-1,气相传质分系数kG=1.5510-5kmol.m-2s-1kPa-1。 （1）试求以分压表示吸收总推动力、总阻力、总传质速率及液相阻力分配。 （2）若吸收温度降低，甲醇在水中的溶解度系数H变为5.8kmol.m-3kPa-1，设气液相传质分系数与两相浓度近似不变，试求液相阻力分配为多少？并分析其结果。,解 （1）以分压表示吸收总推动力,总阻力,总传质速率,液相的阻力分配,为液膜传质控制,（2）吸收温度降低时 传质总阻力,液相的阻力分配,为气膜传质控制,5.5 吸收塔的计算 5.5.1 物料衡算与操作线方程 5.5.2 吸收剂用量与最小液气

25、比 5.5.3 填料层高度的计算 5.5.4 吸收塔的计算,操作型：核算； 操作条件与吸收结果的关系。,计算依据：物料恒算； 相平衡； 吸收速率方程。,吸收塔的计算内容：,设计型：流向、流程、吸收剂用量、 吸收剂浓度、塔高、塔径。,5.5.1 物料衡算与操作线方程,一、物料衡算,定态，假设S不挥发，B不溶于S,全塔范围内，对A作物料衡算 ：,VY1+LX2=VY2+LX1,V（Y1Y2）=L（X1X2）,（下标1和2分别表示塔底和塔顶）,X1=X2V（Y1Y2）/L,二、操作线方程式及操作线,1. 逆流吸收,VY+LX2=VY2+LX,Y2=Y1（1）,A被吸收的百分数，称为回收率或吸收率。,

26、同理：,逆流吸收操作线具有如下特点：,（3）操作线仅与液气比、浓端及稀端组成有关，与系 统的平衡关系、塔型及操作条件T、p无关。,（2）操作线通过塔顶（稀端） A （X2，Y2）及塔底 （浓端） B （X1， Y1）;,（1）定态，L、V、Y1、X2恒定，操作线在XY 坐标上为一直线，斜率为L/V 。 L/V为吸收 操作的液气比；,（5）平衡线与操作线共同决定吸收推动力。操作线 离平衡线愈远吸收的推动力愈大；,（4）吸收操作线在平衡线的上方，解吸操作线在平 衡线OE下方。,2. 并流吸收,VY+LX=VY2+ LX2,逆流与并流的比较：,1）逆流推动力均匀，且,2） Y1大，逆流时Y1与X1在

27、塔 底相遇有利于提高X1； X2小，逆流时Y2与X2在塔 顶相遇有利于降低Y2。,逆流与并流操作线练习,5.5.2 吸收剂用量与最小液气比,P,一、最小液气比,最小液气比定义：针对一定的分离任务，操作条件和吸收物系一定，塔内某截面吸收推动力为零，达到分离程度所需塔高无穷大时的液气比。,最小液气比的计算,1. 平衡曲线一般情况,X*1为与Y1相平衡的液相组成。,平衡关系符合亨利定律时：,2. 平衡曲线为凸形曲线情况,二、操作液气比,【例5-8】某矿石焙烧炉排出含SO2的混合气体，除SO2外其余组分可看作惰性气体。冷却后送入填料吸收塔中，用清水洗涤以除去其中的SO2。吸收塔的操作温度为20，压力为

28、101.3kPa。混合气的流量为1000m3h-1，其中含SO2体积百分数为9%，要求SO2的回收率为90%。若吸收剂用量为理论最小用量的1.2倍，试计算： （1）吸收剂用量及塔底吸收液的组成X1； （2）当用含SO20.0003（摩尔比）的水溶液作吸收剂时，保持二氧化硫回收率不变，吸收剂用量比原情况增加还是减少？塔底吸收液组成变为多少？,已知101.3kPa，20条件下SO2在水中的平衡数据 ：,解： 按题意进行组成换算： 进塔气体中SO2的组成为,出塔气体中SO2的组成为,进吸收塔惰性气体的摩尔流量为,根据表格中的数据，用内插法得到与气相进口组成0.099相平衡的液相组成：,（1）,实际吸

29、收剂用量L=1.2Lmin=1.21054=1265kmol.h-1,（2）吸收率不变，即出塔气体中SO2的组成Y2不变，,，而X2=0.0003,实际吸收剂用量L=1.2Lmin=1.21163=1395kmol.h-1,计算结果可见，当保持溶质回收率不变，进口吸收剂所含溶质越低，所需溶剂量越小，塔底吸收液浓度越低。,5.5.3 吸收塔填料层高度的计算 两种方法（传质单元数法、等板高度法），思路相同。 填料塔的塔高受两种因素的影响。 一是传质推动力，即分离要求，分离的难度、汽液两相的浓度差。（设备无关） 二是流体的物性和塔设备，包括粘度、表面张力等，以及填料状况、汽液两相流速等。（设备相关）

30、,一、传质单元数法,1. 塔高计算基本关系式,单位时间，dZ内吸收A的量：,塔截面积，m2; GAA的流率，kmol.m-2s-1； V惰性气体流率，kmol.m-2s-1； L吸收剂流率， kmol.m-2s-1。,a单位体积填料的有效传质面积， m2.m-3,令,填料层高度,Z=传质单元高度传质单元数,同理：,气相传质单元高度 、传质单元数；,液相传质单元高度 、传质单元数。,气相总体积传质系数，kmol.m-3s-1,液相总体积传质系数，kmol.m-3s-1,填料层高度可用下面的通式计算： Z=传质单元高度传质单元数,体积传质系数的物理意义： 在单位推动力下，单位时间，单位体积填料层内

31、吸收的溶质量。,2. 传质单元数与传质单元高度,以,为例,（1）传质单元数,气相总传质单元高度、总传质单元数；,定义：,气相总传质单元数,传质单元数的意义： 反映了取得一定吸收效果的难易程度。,气体流经一段填料，溶质组成变化(Y1 Y2)等于该段填料平均吸收推动力(YY*)m时，该段填料为一个传质单元。,（2）传质单元高度,定义：,气相总传质单元高度，m。,传质单元高度的意义: 完成一个传质单元分离效果所需的填料层高度，反映了吸收设备效能的高低。,传质单元高度影响因素： 填料性能、流动状况,体积总传质系数与传质单元高度的关系:,传质单元高度变化范围：0.151.5m。,各种传质单元高度之间的关

32、系：,设平衡线斜率为m,同理 ：,比较上式：,3、传质单元数的计算,（1）对数平均推动力法,气液平衡线为直线,操作线也为直线,前提：,并不要求通过原点,同理：,注意： 1）平均推动力法适用于平衡线为直线，逆流、并流吸收皆可。,2）平衡线与操作线平行 时，,3）当 、 时，对数平均推动力可 用算术平均推动力 。,（2）吸收因数法,平衡线为通过原点的直线 ，服从亨利定律,逆流为例：,令,S解吸因数（脱吸因数）,讨论：,m、y1、X2、S一定时：,1） 的意义：反映了A吸收率的高低。,2）参数S的意义：反映了吸收过程推动力的大小，其值为平衡线斜率与吸收操作线斜率的比值。,S范围在0.70.8比较合理

33、,3）,4）,吸收因数,（3）数值积分法,平衡线为曲线时，图解积分法步骤如下：,1）操作线上任取一点（X, Y），其推动力为 (Y - Y*)。,2）系列Y 作图得曲线。,3）积分计算Y2至Y1范围内的阴影面积。,Y1,Y2,o,E,二、等板高度法,理论级:不平衡的气液两相在一段填料层内相互接 触，离开该段填料的气液两相达到相平衡， 此段填 料为一个理论级。,Z=HETPNT,NT完成分离任务，所需的理论级数； HETP等板高度。,等板高度：分离效果达到一个理论级所需的填料 层高度。,5.5.4 吸收塔的计算,命题：物系、操作条件一定，计算达到指定 分离要求所需塔高。,分离要求 ：残余浓度Y2

34、或溶质的回收率,一、设计型,1. 流向的选择,逆流特点：1) 逆流推动力大，传质速率快；,2）吸收液的浓度高；,3）溶质的吸收率高；,4）液体受到上升气体的曳力，限制 了液体流量和气体流量。,2、吸收剂进口浓度的选择及其最高允许浓度,3、吸收剂流量的确定,【例5-X】（习题5-13）空气中含丙酮2%（体积百分数）的混合气以0.024kmol.m-2s-1的流率进入一填料塔，今用流率为0.065kmol.m-2s-1的清水逆流吸收混合气中的丙酮，要求丙酮的回收率为98.8%。已知操作压力为100 kPa，操作温度下的亨利系数为177 kPa，气相总体积吸收系数为0.0231 kmol.m-3s-

35、1，试用解吸因数法求填料层高度。,139,解：已知,因此时为低浓度吸收，故,140,也可由,和,=83.3，查图得到.,所以,【例5-9】在一塔径为0.8m的填料塔内，用清水逆流吸收空气中的氨，要求氨的吸收率为99.5%。已知空气和氨的混合气质量流量为1400kg/h，气体总压为101.3kPa，其中氨的分压为1.333 kPa。若实际吸收剂用量为最小用量的1.4倍，操作温度（293K）下的气液相平衡关系为Y*=0.75X，气相总体积吸收系数为0.088kmol/m3s，试求 （1）每小时用水量； （2）用平均推动力法求出所需填料层高度。,142,解： (1),因混合气中氨含量很少，故,实际吸

36、收剂用量L=1.4Lmin=1.435.4=49.8kmol.h-1,143,(2),二、吸收塔的操作型计算,命题：塔高一定时，吸收操作条件与吸收效果间的 分析和计算; 吸收塔的核算。,1. 定性分析,【例5-11】在一填料塔中用清水吸收氨空气中的低浓氨气，若清水量适量加大，其余操作条件不变，则Y2、X1何变化？（已知体积传质系数随流量变化关系为 ）,定性分析步骤： 1）根据条件确定HOG、S； 2）利用 ，确定 的变化; 3）采用吸收因数法确定Y2的变化; 4）利用全塔物料衡算分析X1变化。,2. 定量计算,问题：吸收温度降低， Y2、X1、吸收操作线如何变化？ X2降低， Y2、X1 、吸

37、收操作线如何变化？ 吸收压力提高， Y2、X1 、吸收操作线如何变化？,【例5-X】（习题5-17）某填料吸收塔在101.3 kPa，293K下用清水逆流吸收丙酮空气混合气中的丙酮，操作液气比为2.0，丙酮的回收率为95%。已知该吸收为低浓度吸收，操作条件下气液平衡关系为 ，吸收过程为气膜控制，气相总体积吸收系数 与气体流率的0.8次方成正比。（塔截面积为1） （1）若气体流量增加15%，而液体流量及气、液进口组成不变，试求丙酮的回收率有何变化？ （2）若丙酮回收率由95%提高到98%，而气体流量，气、液进口组成，吸收塔的操作温度和压力皆不变，试求吸收剂用量提高到原来的多少倍。,三、吸收过程的

38、强化,目标：提高吸收过程的推动力； 降低吸收过程的阻力。,1. 提高吸收过程的推动力,（1）逆流操作比并流操作的推动力大；,【例5-X】在一填料吸收塔内，用含溶质为0.0099（摩尔分数）的吸收剂逆流吸收混合气中溶质的85%，进塔气体中溶质浓度为0.091（摩尔分数），操作液气比为0.9，已知操作条件下系统的平衡关系为 （假设体积传质系数与流动方式无关）。试求： （1）逆流操作改为并流操作后所得吸收液的浓度； （2）逆流操作与并流操作平均吸收推动力的比。,说明 气相浓度接近10%，不是低浓度吸收。 事先假定液相为稀溶液，使得：,（2）提高吸收剂的流量；,2. 降低吸收过程的传质阻力,（1）提高

39、流体流动的湍动程度；,（2）改善填料的性能。,（3）吸收过程为气膜控制时，降低吸收剂入口温度；,（4）降低吸收剂入口溶质的浓度；,（5）吸收过程为气膜控制时，提高吸收的压力。,5.5.6 解吸及计算,解吸过程：溶质从吸收液中分离出的操作， 称为解吸。,解吸目的：获得所需较纯的溶质；溶剂再生 循环使用。,解吸条件及传质方向,传质方向：溶质由液相向气相传递。,或,条件：,或,或,推动力：,或,1气提解吸：,2减压解吸：,3加热解吸：,解吸方法,或,解吸能耗大，整个吸收过程的能耗主要在解吸。,解吸塔的计算(气提解吸),一、物料衡算与操作线方程,V(Y2 Y1)=L(X2 X1 ),全塔物料衡算：,操

40、作线：,L吸收液流量，kmol.m-2s-1; V载气流量，kmol.m-2s-1;,二、最小气液比和载气流量的确定,平衡线为非下凹线时，解吸操作线与平衡线相交于点A*，此时，对应的气液比为最小气液比。以表示。对应的气体用量为最小用量，记作Vmin。,实际载气流量,三、传质单元数法计算解吸塔填料层高度,1. 平均推动力法,2. 吸收因数法,吸收因数,【例5-X】（习题5-25）含烃摩尔分数为0.0255的溶剂油用水蒸汽在一塔截面积为1的填料塔内逆流解吸，已知溶剂油流量为10kmol/h，操作气液比为最小气液比的1.35倍，要求解吸后溶剂油中烃的含量减少至摩尔分数为0.0005。已知该操作条件下，系统的平衡关系为 ，液相总体积传质系数30kmol/(m3h)。假设溶剂油不挥发，蒸汽在塔内不冷凝，塔内维持恒温。求： （1）解吸所需水蒸气量为多少kmol/h； （2）所需填料层高度。,其它吸