第4章(2)-气态污染物的净化-吸收

1、第第4 4章章 气态污染物的净化气态污染物的净化1.气态污染物净化技术概述气态污染物净化技术概述2.冷凝法冷凝法3.燃烧法燃烧法4.吸收法吸收法5.吸附法吸附法6.催化转化催化转化参考-环境工程原理 化工原理4.吸收法吸收法4.1 吸收法概述吸收法概述4.1.1 吸收法基本概念吸收法基本概念4.1.2 吸收剂和吸收设备吸收剂和吸收设备4.1.3 吸收法的特点吸收法的特点4.2 吸收法基本理论吸收法基本理论4.2.1 气液平衡气液平衡-亨利定律亨利定律4.2.2 物质传递机理物质传递机理-双膜理论双膜理论4.2.3 吸收速率方程吸收速率方程4.3 吸收传质计算吸收传质计算4.3.1 物料衡算和操

2、作线方程物料衡算和操作线方程4.3.2 吸收剂的用量吸收剂的用量4.3.3 填料塔的计算填料塔的计算主要内容主要内容：掌握吸收过程的基本原理；掌握吸收过程的基本原理；了解吸收剂的特性、主要吸收设备；了解吸收剂的特性、主要吸收设备；能够进行吸收设备的计算能够进行吸收设备的计算重点难点重点难点：气液平衡理论气液平衡理论亨利定律；亨利定律；物质传递理论物质传递理论双膜理论；双膜理论；吸收速率和传质计算吸收速率和传质计算4.1 吸收法概述吸收法概述4.1.1 吸收法基本概念吸收法基本概念4.1.2 吸收剂和吸收设备吸收剂和吸收设备4.1.3 吸收法的特点吸收法的特点4.1.1 吸收法基本概念吸收法基本

3、概念v气体吸收气体吸收 当气、液两相接触时，气相中的一种当气、液两相接触时，气相中的一种或几种组分转移到液相的过程称为气或几种组分转移到液相的过程称为气体吸收。体吸收。v吸收净化法吸收净化法 利用废气中各混合组分在选定的吸收利用废气中各混合组分在选定的吸收剂中剂中溶解度溶解度的不同，当废气与吸收剂的不同，当废气与吸收剂接触时，一种或多种组分溶解于吸收接触时，一种或多种组分溶解于吸收剂中，或者与吸收剂中的活性组分发剂中，或者与吸收剂中的活性组分发生生化学反应化学反应，将污染物从气相中分离，将污染物从气相中分离出来。出来。吸收塔进气y1溶液x1尾气y2吸收剂x2v 吸收质（溶质）吸收质（溶质）混合

4、气体中可溶解组混合气体中可溶解组分，即被吸收的气体组分。分，即被吸收的气体组分。 （气流中不能溶解的气体组分称为惰性气（气流中不能溶解的气体组分称为惰性气体或载气）体或载气）v 吸收剂（溶剂）吸收剂（溶剂）吸收操作中用来吸收吸收操作中用来吸收废气的液体废气的液体v 吸收液（溶液）吸收液（溶液）吸收质溶解于吸收剂吸收质溶解于吸收剂所得到的溶液所得到的溶液v 解吸解吸吸收的逆过程吸收的逆过程吸收塔进气y1溶液x1尾气y2吸收剂x2ABS溶质溶质惰性气体惰性气体溶剂溶剂F气体吸收的实质就是气体吸收的实质就是吸收质吸收质分子由气相向液相的质量传递过程。分子由气相向液相的质量传递过程。F气液两相平衡是控

5、制吸收过程的重要因素气液两相平衡是控制吸收过程的重要因素AAAAAAAASSSSSSSBBBBBBBBBB相界面相界面AAAAAAAAAAAA单纯的单纯的溶解溶解过程，没有显著的化学反应发生。过程，没有显著的化学反应发生。如用水如用水吸收吸收NH3 物理吸收速率主要取决于污染物从物理吸收速率主要取决于污染物从气相转入液相的扩散速度气相转入液相的扩散速度； 物理吸收限度取决于气体在液体中的平衡浓度，即达到物理吸收限度取决于气体在液体中的平衡浓度，即达到溶解平衡溶解平衡。溶质与液相中的活性组分发生显著溶质与液相中的活性组分发生显著化学反应。如用碱液吸化学反应。如用碱液吸收收SO2等。等。 化学吸收

6、速率同时取决于化学吸收速率同时取决于扩散速度和反应速度扩散速度和反应速度； 化学吸收限度同时取决于化学吸收限度同时取决于气液平衡和化学反应的平衡条件气液平衡和化学反应的平衡条件。q 物理吸收由于受到物质溶解度的限制，吸收效率往往不高，且速度较物理吸收由于受到物质溶解度的限制，吸收效率往往不高，且速度较慢；而化学反应的存在往往能提高吸收速度，并使吸收的程度更趋于完慢；而化学反应的存在往往能提高吸收速度，并使吸收的程度更趋于完全。因此实际中处理大流量废气多采用化学吸收法。全。因此实际中处理大流量废气多采用化学吸收法。v吸收剂吸收剂（1）吸收剂的选择）吸收剂的选择n 溶解度要大溶解度要大n 选择性好

7、选择性好n 不易挥发不易挥发n 无毒、无腐蚀性无毒、无腐蚀性n 易于解吸再生易于解吸再生（2）吸收剂的解吸）吸收剂的解吸n 物理吸收解吸法物理吸收解吸法加热、加热、减压减压n 化学吸收（不可逆反应）化学吸收（不可逆反应）解吸法解吸法电解、离子交电解、离子交换等换等常用的吸收剂：水、碱溶液、碱性盐溶液常用的吸收剂：水、碱溶液、碱性盐溶液4.1.2 吸收剂和吸收设备吸收剂和吸收设备v吸收设备吸收设备（1）对吸收设备的要求）对吸收设备的要求n 气液之间有较大的接触面积和足够的接触时间；气液之间有较大的接触面积和足够的接触时间；n 气液之间扰动强烈，使吸收阻力降低；气液之间扰动强烈，使吸收阻力降低；n

8、 气体通过的压降小；气体通过的压降小；n 有较好的操作弹性；有较好的操作弹性；n 耐磨、耐腐蚀；耐磨、耐腐蚀；n 构造简单，便于检修构造简单，便于检修（2）吸收设备的分类）吸收设备的分类表面吸收器（液膜接触）表面吸收器（液膜接触）如填料塔、湍球塔如填料塔、湍球塔鼓泡式吸收器（液层）鼓泡式吸收器（液层）板式塔（筛板塔）板式塔（筛板塔）喷洒式吸收器（液滴）喷洒式吸收器（液滴）文丘里吸收器、喷淋塔文丘里吸收器、喷淋塔按吸收按吸收原理原理气液气液接触接触方式方式塔器：喷淋塔（空塔）、填料塔、板式塔塔器：喷淋塔（空塔）、填料塔、板式塔其他形状其他形状文丘里吸收器文丘里吸收器按结构按结构形式形式液体入口气

9、体入口气体出口液体出口液体再分布器塔体填料填料支承板液体分布器填料塔填料塔板式塔板式塔 填料填料（乱堆或整块）（乱堆或整块）u填料的作用：为气、液两相提供充分的接触面，强化湍动程填料的作用：为气、液两相提供充分的接触面，强化湍动程度，以利于传质。度，以利于传质。u对于填料的要求：对于填料的要求： 比表面积大，即单位体积的填料所具有的表面积大。比表面积大，即单位体积的填料所具有的表面积大。 比重小，减轻塔和基座负荷。比重小，减轻塔和基座负荷。 机械强度好，不易破碎。机械强度好，不易破碎。 耐腐蚀性好。耐腐蚀性好。 价格低廉，容易制得。价格低廉，容易制得。 填料塔填料u填料的类型：填料的类型： 散

10、装填料（乱堆填料）散装填料（乱堆填料） 整装填料（规整填料）整装填料（规整填料） u散装填料散装填料：拉西环、鲍尔环、阶梯环、鞍形填料等。：拉西环、鲍尔环、阶梯环、鞍形填料等。散装散装填料填料拉西环拉西环鲍鲍尔尔环环u规整填料规整填料规整填料规整填料v吸收法的应用：吸收法的应用： 广泛用于净化含广泛用于净化含SO2、H2S、HF和和NOx等污染物的废气；等污染物的废气； 主要处理污染物主要处理污染物浓度低、成分复杂的大流量浓度低、成分复杂的大流量废气。废气。v吸收法的特点：吸收法的特点： 净化效率较高，设备简单，一次性投资少；净化效率较高，设备简单，一次性投资少； 可回收产品；可回收产品； 可

11、能产生二次污染。可能产生二次污染。4.1.3 吸收法的特点吸收法的特点4.吸收法吸收法4.1 吸收法概述吸收法概述4.1.1 吸收法基本概念吸收法基本概念4.1.2 吸收剂和吸收设备吸收剂和吸收设备4.1.3 吸收法的特点吸收法的特点4.2 吸收法基本理论吸收法基本理论4.2.1 气液平衡气液平衡-亨利定律亨利定律4.2.2 物质传递机理物质传递机理-双膜理论双膜理论4.2.3 吸收速率方程吸收速率方程4.3 吸收传质计算吸收传质计算4.3.1 物料衡算和操作线方程物料衡算和操作线方程4.3.2 吸收剂的用量吸收剂的用量4.3.3 填料塔的计算填料塔的计算4.2 吸收法基本理论吸收法基本理论4

12、.2.1 气液平衡气液平衡-亨利定律亨利定律4.2.2 物质传递机理物质传递机理-双膜理论双膜理论4.2.3 吸收速率方程吸收速率方程4.2.14.2.1 气液平衡气液平衡- -亨利定律亨利定律v 当混合气体与吸收剂接触时，气相中的可吸收组分向液相当混合气体与吸收剂接触时，气相中的可吸收组分向液相进行质量传递（吸收）；同时，液相中已被吸收的组分进进行质量传递（吸收）；同时，液相中已被吸收的组分进行向气相逸出的质量传递（解吸）。行向气相逸出的质量传递（解吸）。 ABS溶质溶质惰性气体惰性气体溶剂溶剂AAAAAAAASSSSSSSBBBBBBBBBB相界面相界面AAAAAAAAAAAAv一定温度和

13、压力下，一定温度和压力下，吸收速率和解吸速率将最终吸收速率和解吸速率将最终相等相等，气液两相间的质量传递达到，气液两相间的质量传递达到动态平衡动态平衡。 此时，气体中的溶质组分分压称为此时，气体中的溶质组分分压称为平衡分压平衡分压； 液相中所溶解组分的浓度，称为液相中所溶解组分的浓度，称为平衡溶解度平衡溶解度, , 简称简称溶解度。溶解度。 气体的溶解度气体的溶解度是指在是指在100Kg水中溶解气体的质水中溶解气体的质量（千克数）。量（千克数）。气体溶解度的性质：气体溶解度的性质：n 不同性质的气体在同一温不同性质的气体在同一温度和压力下的溶解度不同；度和压力下的溶解度不同；n 气体的溶解度与

14、气体的溶解度与温度温度有关，有关，多数气体的溶解度随温度多数气体的溶解度随温度的升高而降低；的升高而降低； n 温度一定时，气体温度一定时，气体分压分压增增大，溶解度增大大，溶解度增大 溶解度曲线溶解度曲线v亨利定律亨利定律气、液相平衡方程式气、液相平衡方程式 F亨利定律适用条件：亨利定律适用条件：常压或低压（常压或低压（一般不超过一般不超过5105 Pa ) )稀溶液稀溶液溶质在气相中和液相中的分子状态相同溶质在气相中和液相中的分子状态相同 亨利定律亨利定律Henrys law，是英国的，是英国的Henry（亨利）在（亨利）在1803年研究气体在液体中的溶解度规律时发现的。可表年研究气体在液

15、体中的溶解度规律时发现的。可表述为：述为：“在等温等压条件下，某种气体在溶液中的溶解在等温等压条件下，某种气体在溶液中的溶解度与液面上该气体的平衡分压成正比。度与液面上该气体的平衡分压成正比。”v亨利定律的几种表达方式亨利定律的几种表达方式 溶质在气、液相中的组成可以用多种形式表达溶质在气、液相中的组成可以用多种形式表达体体积摩尔浓度积摩尔浓度c、分压、分压p、摩尔分数、摩尔分数x,y、摩尔比、摩尔比X,Y等，所等，所以亨利定律表达式也有多种形式。以亨利定律表达式也有多种形式。数）气相总物质的量（摩尔（摩尔数）气相中溶质的物质的量数）溶液总物质的量（摩尔（摩尔数）液相中溶质的物质的量yxyyY

16、x11xX的量（摩尔数）气相中惰性气体的物质（摩尔数）气相中溶质的物质的量（摩尔数）液相中溶剂的物质的量（摩尔数）液相中溶质的物质的量摩尔分数摩尔分数x,y摩尔比摩尔比X,YMm摩尔质量质量n气体摩尔体积气体标准体积气n亨利定律表达式一：亨利定律表达式一： 当用溶质在液相中的当用溶质在液相中的摩尔分数摩尔分数（x）与其在气相与其在气相的的平衡分压（平衡分压（p*）之间建立关系式时，亨利定律之间建立关系式时，亨利定律表示为表示为: Exp E-亨利系数，单位亨利系数，单位Pa亨利定律：亨利定律：在等温等压条件下，某种气体在溶液中的溶解度与液面上该气体的平衡分压成正比在等温等压条件下，某种气体在溶

17、液中的溶解度与液面上该气体的平衡分压成正比亨利定律表达式二：亨利定律表达式二： 当用溶质在液相中的当用溶质在液相中的体积摩尔浓度体积摩尔浓度c (kmol溶质溶质/m3溶液）溶液）与其气相的与其气相的平衡分压平衡分压p*之间建立关系式时，亨利定律表之间建立关系式时，亨利定律表示为示为:Hpc*Hpc 或或H-也叫溶解度系数，也叫溶解度系数，单位单位kmol/m3Pa亨利定律：亨利定律：在等温等压条件下，某种气体在溶液中的溶解度与液面上该气体的平衡分压成正比在等温等压条件下，某种气体在溶液中的溶解度与液面上该气体的平衡分压成正比亨利定律表达式三：亨利定律表达式三： 当用溶质在气、液两相中的当用溶

18、质在气、液两相中的摩尔分数摩尔分数建立关系式时，亨建立关系式时，亨利定律表示为利定律表示为: mxy *m-也叫相平衡常数，无也叫相平衡常数，无量纲量纲亨利定律：亨利定律：在等温等压条件下，某种气体在溶液中的溶解度与液面上该气体的平衡分压成正比在等温等压条件下，某种气体在溶液中的溶解度与液面上该气体的平衡分压成正比（1）m和和E的关系的关系（2）H和和E的关系的关系m=E/p根据理想气体分压定律，有根据理想气体分压定律，有y*=p*/p总总Exp mxy *Exp *Hpc v亨利系数的关系亨利系数的关系EMExcHss书书P320 题目题目7-1v例：某混合气体中含有例：某混合气体中含有2%

19、的的CO2，其余为空气。其余为空气。混合气体的温度为混合气体的温度为30 ，总压强为，总压强为500 kPa。从。从手册中查得手册中查得30 时时CO2在水中的亨利系数在水中的亨利系数 E=1.88105 KPa.试求溶解度系数试求溶解度系数H (kmol/m3kPa）及相平衡常数）及相平衡常数m。v解解：（：（1）m=E/p总总EMExcHssv亨利定律的作用亨利定律的作用（1 1）判断过程推动力）判断过程推动力n平衡是吸收过程的极限，只有不平衡的两相平衡是吸收过程的极限，只有不平衡的两相 互互相接触才会发生气体的吸收或解吸。相接触才会发生气体的吸收或解吸。n实际浓度偏离平衡浓度越远，吸收过

20、程的推动实际浓度偏离平衡浓度越远，吸收过程的推动力越大，速率也越快。力越大，速率也越快。n在吸收过程中，通常以实际浓度在吸收过程中，通常以实际浓度y与平衡浓度与平衡浓度y*的偏离程度（的偏离程度（y-y*）来表示）来表示吸收的推动力吸收的推动力。 （2）判断传质方向）判断传质方向n 气液两相在传质设备中相接触，就会发生质量气液两相在传质设备中相接触，就会发生质量传递。传递。n 若溶质在气相中实际浓度大于平衡浓度若溶质在气相中实际浓度大于平衡浓度（yy*），则该物质将由），则该物质将由气相气相传递到传递到液相液相吸吸收过程；收过程；n 若若yy*，则该物质将从，则该物质将从液相液相传递到传递到气

21、相气相解吸解吸过程过程（3）确定极限浓度）确定极限浓度n气液相达到平衡是吸收过程的极气液相达到平衡是吸收过程的极限。限。利用相平衡方程式利用相平衡方程式y*=m x ，可以确定吸收（或解吸）过程进行可以确定吸收（或解吸）过程进行的限度，从而提出合理的工艺设计的限度，从而提出合理的工艺设计要求要求。n废气经过吸收后，溶质浓度减小，废气经过吸收后，溶质浓度减小，但不会低于其极限浓度，即气相浓但不会低于其极限浓度，即气相浓度度y2最低只能降到与液相相平衡的最低只能降到与液相相平衡的浓度，即浓度，即y2y2*=m x2 ，n而液相浓度而液相浓度x1只能升高到与气相只能升高到与气相浓度浓度y1相平衡的浓

22、度，即相平衡的浓度，即x1x1*= y1/my1-进气中溶质的进气中溶质的摩尔分数摩尔分数y2-排气中溶质排气中溶质摩尔分数摩尔分数x2-进液中进液中溶质摩尔溶质摩尔分数分数x1-溶液最溶液最终含溶质终含溶质摩尔分数摩尔分数4.2.2 4.2.2 物质传递机理物质传递机理- -双膜理论双膜理论v 气体吸收是溶质从气相传递到液相的相际间物质传递过程气体吸收是溶质从气相传递到液相的相际间物质传递过程。关于吸收机理有多种理论，如。关于吸收机理有多种理论，如 “双膜理论双膜理论”（又称（又称“滞流膜理论滞流膜理论”）、）、“溶质渗透理论溶质渗透理论”、“表面更新理论表面更新理论”等，但在解释吸收机理时

23、，目前仍以等，但在解释吸收机理时，目前仍以双膜理论双膜理论为基础，其为基础，其应用也最广泛。应用也最广泛。v 双膜理论是双膜理论是1923年刘易斯（年刘易斯（Lewis）和怀特曼（）和怀特曼（Whiaman）提出的，它不仅适用于分析物理吸收过程）提出的，它不仅适用于分析物理吸收过程,也可用来分也可用来分析伴有化学反应的化学吸收过程。析伴有化学反应的化学吸收过程。n气液两相接触时，存在气液两相接触时，存在相相界面界面。n在相界面附近两侧分别存在相界面附近两侧分别存在着呈在着呈层流层流流动的膜层（滞流动的膜层（滞流膜层）流膜层）气膜和液膜气膜和液膜，将气液主体流与相界面隔开。将气液主体流与相界面隔

24、开。n在气相和液相主体内，由在气相和液相主体内，由于流体充分于流体充分湍流湍流，溶质浓度，溶质浓度是均匀的，即主体流内没有是均匀的，即主体流内没有浓度差。浓度梯度全部集中浓度差。浓度梯度全部集中在两层膜内。在两层膜内。p pA Ac cA A p pA,iA,i c cA,iA,i气气膜膜液液膜膜相界面相界面气相主体气相主体液相主体液相主体传质方向传质方向溶溶质质A A在在气气相相中中的的分分压压溶溶质质A A在在液液相相中中的的摩摩尔尔浓浓度度 双膜理论示意图双膜理论示意图液相主体液膜表面相界面气膜表面吸收质从气相主体湍流扩散分子通过液膜扩散分子通过气膜扩散湍流扩散气液两相传质过程：气液两相

25、传质过程：AAn 由双膜理论可知，整个吸由双膜理论可知，整个吸收过程的收过程的传质阻力传质阻力来自来自双双膜膜组成的扩散阻力，组成的扩散阻力，4.2.3 4.2.3 吸收速率方程吸收速率方程v吸收速率吸收速率气体吸收质在气体吸收质在单位时间单位时间通过通过单位面单位面积积相界面而被吸收剂吸收的量。单位相界面而被吸收剂吸收的量。单位 kmol/m2sv吸收传质速率方程吸收传质速率方程 一般表达式：一般表达式：传质速率传质速率= =传质推动力传质推动力/ /传质阻力，传质阻力， 传质速率传质速率= =传质推动力传质推动力传质系数传质系数显然：显然： 传质系数传质系数=1/=1/传质阻力传质阻力 传

26、质系数和传质阻力互为传质系数和传质阻力互为倒数倒数n 以分压差（以分压差（PA-PAi）为气相传质）为气相传质推动力，气相分传质速率方程式为：推动力，气相分传质速率方程式为：n kG气相分传质系数，单位气相分传质系数，单位 kmol/(m2sPa)n PA、PAi分别表示吸收质分别表示吸收质A在在气相主体和相界面气相主体和相界面 上的分压，上的分压，Pa； n以摩尔分数差（以摩尔分数差（y-yi）为气相传）为气相传质推动力，气相分传质速率方质推动力，气相分传质速率方程表示为：程表示为： nky气相分传质系数，单位气相分传质系数，单位 kmol/(m2s)ny、yi分别表示吸收质分别表示吸收质A

27、在气在气相主体和相界面相主体和相界面 上的摩尔分数；上的摩尔分数； AiAGAPPkN()AyiNkyy气气相相分分传质速率传质速率液液相相分分传质速率传质速率n以（以（CAi-CA）为液相传质推动力，）为液相传质推动力，则液相分传质速率方程：则液相分传质速率方程：nkL液相分传质系数液相分传质系数,单位单位kmol/m2s(kmolm-3),简化为简化为m/snCAi、CA 分别表示吸收质分别表示吸收质A在在液相主体和相界面上的摩尔浓度，液相主体和相界面上的摩尔浓度，kmol/m3；n以摩尔分数差（以摩尔分数差（x-xi）为液相传）为液相传质推动力，液相分传质速率方质推动力，液相分传质速率方

28、程：程： nkx液相分传质系数，单位液相分传质系数，单位 kmol/(m2s)nx、xi分别表示吸收质分别表示吸收质A在液在液相主体和相界面相主体和相界面 上的摩尔分数；上的摩尔分数； AAiLACCkN ()AxiNkxx 气气相相总总传质速率传质速率KG以以（PA-PA*）为推动力的气相总传质系数为推动力的气相总传质系数, Kmol/(m2sPa)PA*与液相主体中吸收质浓度与液相主体中吸收质浓度CA成平衡的气相分压成平衡的气相分压.*yyAAAyKNKY以以 为推动力的气相总传质系数为推动力的气相总传质系数, 单位单位Kmol/(m2s)yA*与液相中吸收质浓度成平衡的气相摩尔分数与液相

29、中吸收质浓度成平衡的气相摩尔分数*yAAyHCPAA/* 液液相相总总传质速率传质速率AALACCKN*KL以（以（CA*-CA）为推动力的液相总传质系数，）为推动力的液相总传质系数，m/s；CA*与气相中吸收质分压与气相中吸收质分压PA成平衡的液相中吸收质的成平衡的液相中吸收质的摩尔浓度，摩尔浓度，Kmol/m3。A*PHCAAAxAxxKN*Kx以以(xA*-xA)为推动力为推动力液相总传质系数液相总传质系数, 单位单位Kmol/(m2s)xA*与气相中吸收质浓度相平衡的液相摩尔分数与气相中吸收质浓度相平衡的液相摩尔分数P256 表表7-3 传质速率方程和吸收系数传质速率方程和吸收系数总吸

30、收系数的倒总吸收系数的倒数即为总阻力。数即为总阻力。总阻力是气膜传总阻力是气膜传质阻力与液膜传质阻力与液膜传质阻力之和。质阻力之和。v 例：例：在在101.33 kPa、27 下用水吸收混于空气中的甲醇蒸下用水吸收混于空气中的甲醇蒸气。甲醇在气、液两相中的组成都很低，平衡关系服从亨气。甲醇在气、液两相中的组成都很低，平衡关系服从亨利定律。已知溶解度系数利定律。已知溶解度系数H=1.955 kmol/(m3kPa)，气相分，气相分传质系数传质系数kG=1.5510-5 kmol/(m2skPa)，液相分传质系数，液相分传质系数kL=2.0810-5 kmol/m2s (kmolm-3) 。 试求

31、气相总传质系数试求气相总传质系数KGGLGkHkK111v例（续）：在吸收塔内用水吸收混合空气中的甲例（续）：在吸收塔内用水吸收混合空气中的甲醇，操作温度醇，操作温度27 ，压强，压强101.33 KPa。稳定操作。稳定操作状况下塔内某截面上的气相甲醇分压为状况下塔内某截面上的气相甲醇分压为5 kPa，液，液相中甲醇组成为相中甲醇组成为2.11 kmol/m3。试根据上题中的。试根据上题中的有关数据算出该截面上的吸收速率。有关数据算出该截面上的吸收速率。 ()AGAANKPP第第1步：确定计算吸收速率公式步：确定计算吸收速率公式5255111.122 10/()11111.55 101.955

32、 2.08 10GaGCKkmolms kPkHk 31.955/()aHkmolmkP/2.11/1.9551.08.5.AaAaPC HkP PkP已知液相中甲醇组成为已知液相中甲醇组成为2.11 kmol/m3 ，即，即c= 2.11 kmol/m3()AGAANKPP第第2步：求步：求PA*(与液相主体中吸收质浓度成平衡的气相虚拟分压）与液相主体中吸收质浓度成平衡的气相虚拟分压）第第3步：求吸收速率步：求吸收速率4.吸收法吸收法4.1 吸收法概述吸收法概述4.1.1 吸收法基本概念吸收法基本概念4.1.2 吸收剂和吸收设备吸收剂和吸收设备4.1.3 吸收法的特点吸收法的特点4.2 吸收

33、法基本理论吸收法基本理论4.2.1 气液平衡气液平衡-亨利定律亨利定律4.2.2 物质传递机理物质传递机理-双膜理论双膜理论4.2.3 吸收速率方程吸收速率方程4.3 吸收传质计算吸收传质计算4.3.1 物料衡算和操作线方程物料衡算和操作线方程4.3.2 吸收剂的用量吸收剂的用量4.3.3 填料塔的计算填料塔的计算4.3 4.3 吸收传质计算吸收传质计算4.3.1 物料衡算和操作线方程4.3.2 吸收剂的用量4.3.3 填料塔的计算4.3.1 物料衡算和操作线方程物料衡算和操作线方程l 物料衡算是吸收设备计算的基础l 逆流吸收时，塔内气液流量和气液组成变化情况如图：图中各符号的意义：图中各符号

34、的意义：GB表示单位时间通过塔任一截面单位面积的惰性表示单位时间通过塔任一截面单位面积的惰性气体的摩尔流量，气体的摩尔流量，Kmol/(m2h)；Ls表示单位时间通过塔任一截面单位面积纯吸收表示单位时间通过塔任一截面单位面积纯吸收剂的剂的摩尔摩尔流量，流量，Kmol/(m2h)；Y、Y1、Y2分别表示在塔的分别表示在塔的任意截面任意截面、塔底和塔顶塔底和塔顶的气相组成，（摩尔比的气相组成，（摩尔比-Kmol吸收质吸收质/Kmol惰性气体惰性气体）；）；X、X1、X2分别表示在塔的分别表示在塔的任意截面任意截面、塔底和塔顶塔底和塔顶的液相组成，（摩尔比的液相组成，（摩尔比-Kmol吸收质吸收质/

35、Kmol吸收剂）吸收剂）。n对全塔进行物料衡算有：n就任意截面与塔顶间进行物料衡算有： 此式即为吸收操作线方程式吸收操作线方程式。2121XXLYYGSB22XXLYYGSB22XGLYXGLYBSBS22s,XGLYXGLYGGLLBn方程的图线为一条直线，方程的图线为一条直线，称为吸收称为吸收操作线操作线，直线的，直线的斜率斜率L/G, 即吸收操作的即吸收操作的液液气比气比n操作线的两端点，反映了操作线的两端点，反映了塔底（塔底（ X1, Y1）和塔顶）和塔顶（ X2, Y2）的气液两相组）的气液两相组成。成。n直线上任一点的（直线上任一点的（X，Y)都对应着吸收塔中某一截都对应着吸收塔中

36、某一截面处的气液相组成。面处的气液相组成。22XGLYXGLYv操作线与平衡线的关系操作线与平衡线的关系n吸收操作线处于平衡线吸收操作线处于平衡线之之上；上；n平衡线与操作线平衡线与操作线不能相交不能相交或相切或相切n操作线与平衡线之间的操作线与平衡线之间的距距离反映了吸收推动力的大离反映了吸收推动力的大小小 操作线上任一点操作线上任一点(X, Y) 点到平衡线的垂直距离点到平衡线的垂直距离（Y-Y*）和水平距离和水平距离（X*-X）分别代表该截面上的吸分别代表该截面上的吸收推动力。收推动力。D D4.3.2 4.3.2 吸收剂的用量吸收剂的用量 已知量：已知量： 废气流量废气流量G 、进出塔

37、气体溶、进出塔气体溶质浓度质浓度Y1、Y2，吸收剂的进，吸收剂的进塔浓度塔浓度X2均由设计任务而定均由设计任务而定 待求量待求量 吸收剂用量吸收剂用量L及出塔溶液中及出塔溶液中吸收质浓度吸收质浓度X1是待计算的。是待计算的。可通过确定操作线斜率可通过确定操作线斜率L/G（液气比）来确定（液气比）来确定L。根据全塔物料衡算，求出根据全塔物料衡算，求出X12211XGLYXGLY进气进气G，Y1尾气尾气G, Y2进液进液L, X2L, X1v最小液气比最小液气比(L/G)min操作线与平衡线相交，斜率操作线与平衡线相交，斜率最小：最小：对于低浓度气体吸收，其气对于低浓度气体吸收，其气液平衡关系服从

38、亨利定律：液平衡关系服从亨利定律：操作线操作线平衡线平衡线2*121minGXXYYL2121min/XmYYYGLmXY*mYX/1*1X2v实际吸收剂的用量实际吸收剂的用量Ll 实际液气比必须大于最小液气比；实际液气比必须大于最小液气比；l 实际液气比的选定应尽可能从设备投资和操作实际液气比的选定应尽可能从设备投资和操作费费用用两方面权衡考虑，在两方面权衡考虑，在保证效率保证效率的前提下，以达的前提下，以达到最经济的要求。到最经济的要求。l 根据实际经验，实际吸收剂用量根据实际经验，实际吸收剂用量L取：取： L= (1.1-2.0) Lmin。4.3.3 填料塔的计算填料塔的计算(1) 塔径的计算塔径的计算04QD D塔径, m；Q处理气量, m3/s； 0空塔气速, m/s空塔气速空塔气速 0一般由一般由液泛速率液泛速率 t确定，通常取确定，通常取 0=0.60.80 t，液泛速率液泛速率-使填料塔内发生液泛的操作气速，可以从使填料塔内发生液泛的操作气速，可以从相关手册中查得。相关手册中查得。(2)(2)吸收效率吸收效率121211)(GYYGYYY进塔气体中的溶质量被吸收的溶质量进气进气G，Y1尾气尾气G, Y2进液进液L, X2L, X1(3) 填料层高度的计算填料层高度的计算v进行填料层高度计算时，进行填料层高度计算时，传质速率方程传质速率方