重庆理工大学《化工原理》第2章 吸收

1、1第2章 吸收2.1 气体吸收的相平衡关系2.2 传质机理与吸收速率2.3 吸收塔的计算2.4 吸收系数2.5 脱吸及其他条件下的吸收（自学）2第2章 吸收第一讲 概述、亨利定律、菲克定律 第二讲 分子扩散、涡流扩散、传质机理32.0 概述2.0.1 吸收的原理与流程第 2 2 章 吸 收第2章 吸收4混合气体AB吸收剂S尾气B(含微量A)吸收液A+S吸收塔引入一液相（吸收剂） 各组分在吸收剂中溶解度不同。气体混合物分离物系形成两相体系的方法传质原理1. 吸收的原理图2-1吸收操作示意图溶质（吸收物质）惰性组分（载体）52、气体吸收的流程吸收过程吸收过程：溶质溶解于吸收剂中逆流操作解吸过程：溶

2、质从溶液中释放出并流操作气体吸收过程在吸收塔中进行。吸收解吸6具有吸收剂再生的连续吸收流程72.0 概述2.0.1 吸收的原理与流程第 2 2 章 吸 收第2章 吸收2.0.2 吸收的分类与应用8气体吸收按被吸收组分数目单组分吸收按吸收有无化反学反应按溶质组成的高低 低组成吸收按吸收的温度变化 多组分吸收物理吸收化学吸收高组成吸收等温吸收非等温吸收气体吸收过程的分类方法1. 吸收的分类92. 气体吸收的工业应用净化或精制气体示例：合成氨工艺中原料气中的净化脱碳。示例：用水吸收氯化氢气体制取盐酸。 回收混合气体中所需的组分 示例：用洗油处理焦炉气以回收芳烃。 工业废气的治理 示例：废气中含有SO

3、2、H2S等有害气的脱除。 气体吸收的应用场合制取某种气体的液态产品102.0 概述第 2 2 章 吸 收第2章 吸收2.1 气体吸收的相平衡关系2.1.1 气体的溶解度111.溶解度曲线 液体 S气体（AB）A 溶解 A 逸出AA()pf xAx平衡方程达平衡状态时气体在液体中的溶解度气相分压液相组成Ap 在一定温度和压力下，令某气体混合物（AB）与液体 S 接触。ApAx线曲溶解度曲线12 氨在水中的溶解度易溶13二氧化硫在水中的溶解度中等溶解度14氧在水中的溶解度难溶152. 温度、压力对溶解度的影响 加压和降温； 对同一溶质，在相同的气相分压下，溶解度随温度的升高而减小。 对同一溶质，

4、在相同的温度下，溶解度随气相分压的升高而增大。 减压和升温。有利于吸收操作有利于解吸操作温度的影响压力的影响注意162.0 概述第 2 2 章 吸 收第2章 吸收2.1 气体吸收的相平衡关系2.1.1 气体的溶解度2.1.2 亨利定律171.亨利定律的表达式 若溶质在气、液相中的组成分别以分压p、摩尔分数 x 表示，亨利定律为式中：E亨利系数，kPa。 溶解度亨利系数1） p x关系 iiExp 易溶气体； 难溶气体。E 小E 大注意18 若溶质在气、液相中的组成分别以分压 p、摩尔浓度 c 表示，亨利定律为式中：H溶解度系数，kmol/(m3kpa)。溶解度溶解度系数2) p c关系 Hcp

5、ii 易溶气体； 难溶气体。H 大H 小1. 亨利定律的表达式 注意19 若溶质在气、液相中的组成分别以摩尔分数y、x表示 ，亨利定律为式中：m 相平衡常数。溶解度相平衡常数3） y x关系 iimxy 易溶气体； 难溶气体。m 小m 大1. 亨利定律的表达式 注意204） Y X关系 摩尔比定义iiixxX1液相中溶剂的摩尔数液相中溶质的摩尔数iiiyyY1数气相中惰性组分的摩尔气相中溶质的摩尔数1. 亨利定律的表达式 21iiiXXx1iiiYYy1iiiiXXmYY11由以上定义得整理得对于低组成吸收iXm1 1 简化得iimXYiiiXmmXY111. 亨利定律的表达式 =22亨利定律

6、表达式可改写为以下形式：EpxiiiiHpc myxiimYXii1. 亨利定律的表达式 232.各系数间的关系 推导可得亨利定律表达式各系数间的关系如下： SHEMpEm S1HpM m溶液密度溶剂 S 的摩尔质量EH 关系Em 关系Hm 关系242.0 概述第 2 2 章 吸 收第2章 吸收2.1 气体吸收的相平衡关系2.1.1 气体的溶解度2.1.2 亨利定律2.1.3 吸收剂的选择25吸收剂的选择 溶解度 选择性 挥发度 黏度 其他吸收剂对溶质组分的溶解度要大。 吸收剂应对溶质组分有较大溶解度， 而对混合气体中的其他组分溶解度甚微。 吸收剂的蒸汽压要低，即挥发度要小。吸收剂在操作温度下

7、的黏度要低。 无毒、无腐蚀、不易燃易爆、不发泡、冰点低、价廉易得，且化学性质稳定。 吸收剂选择的原则262.0 概述第 2 2 章 吸 收第2章 吸收2.1 气体吸收的相平衡关系2.1.1 气体的溶解度2.1.2 亨利定律2.1.3 吸收剂的选择 2.1.4 相平衡关系在吸收过程中的应用271.判断传质进行的方向 设某瞬时，气相中溶质的实际组成为y，溶液中溶质的实际组成为x。若传质方向由气相到液相进行吸收过程若传质方向由液相到气相进行解吸过程iiyyiixxiiyyiixx282.确定传质的推动力 以气相表示的传质推动力 以液相表示的传质推动力iiiyyyiiixxx吸收推动力示意图 实际组成

8、偏离平衡组成的程度越大，过程的推动力就越大，其传质速率也将越大。293.指明传质进行的极限对于逆流吸收塔，液相出口最大组成气相出口最低组成x2x1y1y2min2iymax1 ix2*2iimxy*11iiyxm302.0 概述第 2 2 章 吸 收第2章 吸收2.1 气体吸收的相平衡关系2.2 传质机理与吸收速率2.2.1 分子扩散与菲克定律31 概述 溶质A由气相主体扩散至两相界面气相侧(气相内传质)； 溶质A在相界面上溶解，(通过界面的传质）； 溶质A由相界面液相侧扩散至液相主体(液相内传质)。 气相主体 液相主体 相界面溶解气相扩散 液相扩散1）吸收过程32 概述2）单相内的传质方式

9、分子扩散：静止的或层流流动的流体中，靠分子运动来进行传质的方式； 涡流扩散：在湍流流动的流体中，靠流体质点的脉动来进行传质的方式。 33 由于分子的无规则热运动而形成的物质传递现象分子扩散。分子扩散简称为扩散。分子扩散在气相、液相和固相中均能发生。扩散现象动画34描述分子扩散过程的基本方程菲克定律kmol/(m2 s ) 式中：DAB 物质A在介质B中的分子扩散系数，m2/s 扩散通量浓度梯度AAABddcJDz 35AAABddcJDz BBBAddcJDz ABdd0ddcczzABccc数常对于两组分扩散系统ABBADDBAJJ 故结论：在由A、B两种气体所构成的混合物中，A与B的扩散系

10、数相等。D36小结1. 吸收操作混合气体AB吸收剂S尾气B(含微量A)吸收液A+S吸收塔图2-1吸收操作示意图加压和降温有利吸收操作减压和升温有利脱吸操作37小结*iiiiiiiipExcpHymxYmX2. 亨利定律的形式iiiiiiiipxEcHpyxmYXmiiiiiiiipExcpHymxYmXpExcpHymxYmX适用条件：总压不高及一定温度下，稀溶液。38小结E、H 和 m均与温度有关： t H ；t E、m ；E、H和总压无关，但m和总压有关。三者的关系：3. E、H 和 msEHM一般，H ，E、m 该气体的溶解度越大。pEm S1HpM m39小结4. 相平衡关系的应用1）

11、判断传质的方向A点位于平衡线上方吸收；A点位于平衡线下方解吸2）确定传质推动力3）指明传质的极限40 小结 气相扩散； 溶解； 液相扩散。气相主体 液相主体 相界面溶解气相扩散 液相扩散5.吸收过程：6.单相（气相和液相）内的传质方式： 分子扩散 涡流扩散41 小结7.分子扩散的基本定律菲克定律：kmol/(m2 s )AAABddcJDz ABBADDD42思考题作业题: 1、31.温度和压力对吸收过程的平衡关系有何影响？2.亨利定律为何具有不同的表达形式 ？3.亨利定律的适用条件是什么 ？4.相平衡关系在吸收过程中有何作用？练 习 题 目432.0 概述第 2 2 章 吸 收第2章 吸收2

12、.1 气体吸收的相平衡关系2.2 传质机理与吸收速率2.2.1 分子扩散与菲克定律2.2.2 气相中的稳态分子扩散441. 等分子反向扩散常数BAJJ特点：2121BBAApppp，2121PPTT，1.扩散的物理模型452）扩散过程的求解 对于等分子反方向扩散过程，有：传质速率（N）：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，kmol/(m2 s) 。 dzdcDAAAJN RTpcAAdzdpRTDNAA46分离变量积分得12BBBppRTzDN对组份B：21AAAppRTzDN210AAppAzAdpRTDdzN等分子反向扩散传质速率方程4712BBBppRTzDN21A

13、AAppRTzDNl 传质速率与推动力成正比，与扩散距离成反比；l 气体分压与扩散距离z成直线关系；l 对等分子反向扩散，NA=-NB等分子反向扩散传质速率方程48气相 相界面 液相1) 扩散的物理模型 设由A、B两组分组成的二元混合物中，组分A为扩散组分，组分B为不扩散组分（称为停滞组分），组分A通过停滞组分B进行扩散。 溶质NANB0惰性组分B吸收操作49示例：用水吸收空气 中的氨 在多组分系统中，各组分在进行分子扩散的同时其微团常处于运动状态总体流动现象。2. 一组分通过另一停滞组分的扩散总体流动现象JBNNcA/cNcB/cJANANB=0相界面气相（AB） 液相 S总体流动502）扩

14、散过程的求解JBNNcA/cNcB/cJANANB=0相界面气相（AB） 液相 S总体流动NNAAAAcNJNc组分 A 的传质通量ccNJNAAAAAAA)1 (JccNdzdcDA51NB= 0整理得 (1) z1 = 0，边界条件pA = pA1(2) z2 = z，pA = pA22. 一组分通过另一停滞组分的扩散dzdcccDcAA -NAdzdppppRTDAA -NA52分离变量并积分得一组分通过另一停滞组分传质速率表达式由于扩散过程中总压不变，即 B2A2pppB1A1pppB2B1A1A2pppp2. 一组分通过另一停滞组分的扩散12lnBBppRTzDpAN53由此得 令B

15、2B1BmB2B1lnppppp组分 B 的对数平均分压据此，得121221lnBBBBAAppppppRTzDpAN21AABmApppPRTzDN一组分通过另一停滞组分传质速率表达式121221lnBBBBAAppppppRTzDp54比较 反映了总体流动对传质速率的影响。 相差Bm/p p飘流因数Bm/p p21AAAppRTzDN21AABmApppPRTzDN55Bm/1ppBmpp因为故Bm/1p pAANJBm/p pAN总体流动影响无总体流动混合气体中A的浓度越高，漂流因数越大，总体流动的影响越大。56第 2 2 章 吸 收第2章 吸收2.1 气体吸收的相平衡关系2.2 传质机

16、理与吸收速率2.2.1 分子扩散与菲克定律2.2.2 气相中的稳态分子扩散2.2.3 液相中的稳态分子扩散57与处理原则 组分A的扩散系数随浓度而变。1）液体扩散的特点 2）液体扩散的处理原则 扩散系数以平均扩散系数代替。 总浓度在整个液相中并非到处保持一致。 总浓度以平均总浓度代替。58 对于一组分通过另一停滞组分的扩散过程，仿照气相的传质速率关系式，有：溶质A在溶剂S中的扩散系数，m2/s 。S2S1SmS2S1ln(/)ccccc溶剂 S 的对数平均浓度式中)(A21AmcczccDNSA其中：D59第 2 2 章 吸 收第2章 吸收2.1 气体吸收的相平衡关系2.2 传质机理与吸收速率

17、2.2.1 分子扩散与菲克定律2.2.2 气相中的稳态分子扩散2.2.3 液相中的稳态分子扩散2.2.4 扩散系数（自学）60扩散系数扩散系数的影响因素。扩散系数的获取途径。扩散系数的数值范围。自学提纲 61dzdcJDAAAB1）物理意义：单位浓度梯度下的扩散通量。2）表征A在B中扩散能力的大小，是物性常数， 。3）D的影响因素：A、B、T、P、x、m气体：;D,DT,TD, ),T( fDmmm液体：;DP,DT,PTD, )P,T( fD.751m2/s、 cm2/s62DA,B（气） 10-5 m2/sDA,B（液） 10-9 m2/s DA,B（固）1；3.混合气体中A的浓度越高，漂

18、流因数越大，总体流 动的影响越大。85思考题作业题: 4、51.何为“总体流动”，对传质过程有何影响？2.何为“漂流因子”，与主体流动有何关系？3.气体扩散系数与哪些因素有关？4.双膜模型的要点和模型参数是什么？练 习 题 目86第2章 吸收2.1 气体吸收的相平衡关系2.2 传质机理与吸收速率2.2.1 分子扩散与菲克定律2.2.2 气相中的稳态分子扩散2.2.3 液相中的稳态分子扩散2.2.4 扩散系数2.2.5 对流传质2.2.6 吸收过程的机理2.2.7 吸收速率方程式87 吸收速率为单位相际传质面积上单位时间内吸收的溶质量。阻力推动力吸收速率推动力吸收系数推动力为组成差，吸收阻力的倒

19、数为吸收系数。概述881.膜吸收速率方程式 AGAA()iNkppAAAyiNkyyAAAG1/ippNkAAAy1/iyyNkG1/ k气膜阻力yk/11）气膜吸收速率方程式89比较得Gykpk膜吸收速率方程式 )(AiAGAppkN)(AiAGyyPkAGAA()iNkppAAAyiNkyy)(AiAGAPyPykNAAPyp AiAiPypkG与ky的关系：90LAAA()iNk ccAAAxiNk xxAAAL1/iccNkAAA1/ixxxNkL1/ kxk/1液膜阻力1.膜吸收速率方程式 2）液膜吸收速率方程式91比较得膜吸收速率方程式 )(AAiLxxck)(AAiLAcxcxk

20、NkL与kx的关系：LAAA()iNk ccAAiiccxAAccxLAAA()iNk ccAAAxiNk xxLxkck92 根据双膜理论，界面处的气液浓度符合平衡关系。同时，在定态状况下，气液两膜中的传质速率相等。)()(AiALiAAGAcckppkN =f（cAi） iAp、cAi iAp 解析法3）界面组成1.膜吸收速率方程式 93 图解法)cc(k)pp(kNAiALiAAGA1.膜吸收速率方程式 直线通过定点A (cA，pA)斜率： -kL / kG界面组成的确定94)(*GAAAppKN)(*yAAAyyKN)(*YAAAYYKNl 气相总吸收速率方程：总推动力：实际组成-平衡

21、组成气相总吸收系数95)(*LAAAccKN)xx(KNA*AxA)(*XAAAXXKN总推动力：平衡组成-实际组成液相总吸收系数问题：K=？l 液相总吸收速率方程：96回顾双膜模型示意图动画97AAAi()GNkppAAi()yANkyyAAi()YANk YY*AL()AANKcc*Ax()AANKxx*AX()AANKXX*AG()AANKpp*Ay()AANKyy*AY()AANKYYAAiALNk (cc )AxAiANk (xx )AXAiANk (XX )2.吸收速率方程式一览表回顾98小结3. 对流传质系数ABGGBmDPkRTz pABLLSmDkz cc气膜对流传质系数：液

22、膜对流传质系数：GykPk膜对流传质系数之间的关系：xLkPk总对流传质系数 K=？992.总吸收速率方程式 1) 以(pA- pA*)表示总推动力的吸收速率方程式 )(*GAAAppKN)()(AiALiAAGAcckppkNLAiAGiAAA11kcckppNAAiicpH*AAcpHAiAiHpc*AAHpc 1002.总吸收速率方程式 L*iAGiAAA11kppHkppNAL*iA1HkppAL*A11HkkppNGAA相加得101令则*AGAANKpp式中：KGGLG111KHkk气相总吸收系数，kmol/(m2skPa)。总阻力液膜阻力气膜阻力气相总吸收速率方程式2.总吸收速率方

23、程式 L*A11HkkppNGAA102对于易溶气体，H值很大 液膜阻力气膜阻力控制整个吸收过程的速率气膜控制示例：水吸收氨GG11Kk气膜阻力气膜控制示意图*AAAAipppp2.总吸收速率方程式 GLG111KHkkGLkHk11提高传质速率的措施：提高气体流速；加强气相湍流程度。 1032.总吸收速率方程式 )(*LAAAccKN)()(AiALiAAGAcckppkNLAiAGiAAA11kcckppNAAiicpHHcpAA*2) 以(cA*-cA)表示总推动力的吸收速率方程式 1042.总吸收速率方程式 LiAGiA*A1kcckHccNAAL*1kkHccNGAAA相加得105令

24、则*ALAANKcc式中：KLLGL11HKkk液相总吸收系数，m/s。总阻力气膜阻力液膜阻力液相总吸收速率方程式2.总吸收速率方程式 L*1kkHccNGAAA106对于难溶气体，H值很小 GL1Hkk气膜阻力示例：水吸收氧LL11Kk液膜阻力液膜控制示意图*AAAAicccc液膜阻力控制整个吸收过程的速率液膜控制2.总吸收速率方程式 LGL11HKkk提高传质速率的措施：提高液体流速；加强液相湍流程度。 1073) 以(y A yA*)表示总推动力的吸收速率方程式 *AAAyNKyy同理，可导出式中：Ky气相总吸收系数，kmol/(m2s) 。气相总吸收速率方程式2.总吸收速率方程式 PK

25、KGy1084） 以(xA*- xA)表示总推动力的吸收速率方程式 *AAAxNKxx同理，可导出式中：KxLxcKK液相总吸收系数，kmol/(m2s) 。液相总吸收速率方程式2.总吸收速率方程式 1095）以(YA- YA* )表示总推动力的吸收速率方程式 *AAAYNKYY同理，可导出式中：KYGYyKKK p对于低浓度吸收气相总吸收系数，kmol/(m2s) 。气相总吸收速率方程式2.总吸收速率方程式 1106） 以( XA*- XA)表示总推动力的吸收速率方程式 *AAAXNKXX同理，可导出式中：KXLXxcKKK对于低浓度吸收液相总吸收系数，kmol/(m2s)。 液相总吸收速率

26、方程式2.总吸收速率方程式 111AAAi()GNkppAAi()yANkyyAAi()YANk YY*AL()AANKcc*Ax()AANKxx*AX()AANKXX*AG()AANKpp*Ay()AANKyy*AY()AANKYYAAiALNk (cc )AxAiANk (xx )AXAiANk (XX )1）吸收速率方程式一览表112LGGHkkK111xyykmkK11LGLkkHK11xyxkmkK111Lxckk GyPkk GyYPKKKyxmKK LxXcKKKLGHKK2）吸收系数的表达式及换算113 吸收速率方程式可以分为两类：一类是与膜系数相对应的速率式；另一类是与总系数

27、相对应的速率式 ；任何吸收系数的单位都是kmol/(m2s单位推动力)；必须注意各吸收速率方程式中的吸收系数与吸收推动力的正确搭配及其单位的一致性；3）注意事项：上述各吸收速率方程式，都是以气液组成保持不变为前提的，因此只适合于描述稳态操作的吸收塔内任一横截面上的速率关系，而不能直接用来描述全塔的吸收速率。114关于吸收系数：l 对流吸收系数K=f (操作条件、流动状态、物性）；l 阻力在很大程度上取决于系统的物性，即H、m等；l 分系数k很难测量，进行理论研究，直接测量总系数K。在使用与总吸收系数相对应的吸收速率方程式时，在整个过程所涉及的组成范围内，平衡关系须为直线。115吸收速率课堂练习

28、1.用气相浓度p为推动力的传质速率方程有两种,以传质分系数表达的传质速率方程为_,以总传质系数表达的传质速率方程为_ 。2.用液相浓度c为推动力的传质速率方程有两种,以传质分系数表达的速率方程为_ ,以传质总系数表达的速率方程为_ . KY是以为传质推动力的气相总传质系数；而KX是以 为传质推动力的液相总传质系数。)(AiAGAppkN)(*GAAAppKN()ALAiANk cc*()ALAANKcc*AAYY*AAXX116吸收速率课堂练习1.对于气膜控制的吸收过程，如要提高其过程速率，应特别注意减少_阻力。2.在吸收塔某处，气相主体浓度 y =,液相主体浓度 x = ，气相传质分系数ky

29、=2 kmol/(m2.h) 气相总传质系数Ky= kmol/(m2.h)，则该处气液界面上气相浓度yi应为 _，平衡关系y=x。气膜NA=Ky（y-y*）=ky（y-yi）y* ；（）（）= 2（i）yi = 0.01 117吸收速率课堂练习1.溶解度很大的气体，吸收时属于控制，强化吸收的手段是，此时KG kG。气膜气膜增大增大kG或气流湍动程度或气流湍动程度118第2章 吸收2.1 气体吸收的相平衡关系2.2 传质机理与吸收速率2.3 吸收塔的计算2.3.1 吸收塔的物料衡算与操作线方程1191）吸收塔模型原料气吸收剂尾气溶液原料气吸收剂尾气溶液并流吸收逆流吸收比较1. 物料衡算逆流吸收塔

30、的物料衡算原料气：AB吸收剂：S尾气：B(含微量A)溶液：S+AV (kmolB/s)Y1 (kmolA/kmolB)L (kmolS/s)X2 (kmolA/kmolS)L(kmolS/s)X1(kmolA/kmolS)mnYXV (kmolB/s)Y2 (kmolA/kmolB)121在塔两端面间，对溶质 A 作物料衡算：VYLXVYLX1221V YYL XX1212溶质 A 的吸收率121YYYA气体出塔组成AYY1122）全塔物料衡算VY1LX2L X1VY21. 物料衡算1222.吸收塔的操作线方程与操作线 吸收塔内任一横截面上，气液组成Y与X之间的关系称为操作关系，描述该关系的方

31、程即为操作线方程。VYLXVYLX11YLVXYLVX11 在 m-n 截面与塔底端面之间对组分 A 进行衡算，可得 逆流吸收塔操作线方程VY1LX2LX1VY2YXmn123 同理，在 m-n 截面与塔顶端面之间作组分 A 的衡算，得 YLVXYLVX22操作线方程为直线斜率B (X1，Y1)T (X2，Y2)逆流吸收塔操作线方程VL过点塔底塔顶2.吸收塔的操作线方程与操作线 逆流吸收塔中的操作线2X2Y1Y1XTB 斜率 L/V（液气比） XY*YY*=f (X)操作线*X推动力*YYY推动力XXX*125讨论：mXY *XYbY1bY2aY2aY1aX2aX1bX2bX1126练习：12

32、71.如何判断吸收过程是属于哪种过程控制？2.总吸收速率方程与膜吸收速率方程有何不同？3.逆流吸收较并流吸收有何优点，为什么？4.何为吸收过程的操作线？操作线如何获得？思考题作业题: 7、8、（10）练 习 题 目128逆流吸收塔的物料衡算V, Y1 L , X2 L，X1mnYXV, Y2 回顾V YYL XX1212121YYYAAYY1121.全塔物料衡算129 逆流吸收塔中的操作线2X2Y1Y1XTBXY*YY*=f (X)*XYLVXYLVX1122LLYXYXVV回顾2. 操作线放程斜率B (X1，Y1)T (X2，Y2)VL过点130第2章 吸收2.1 气体吸收的相平衡关系2.2

33、 传质机理与吸收速率2.3 吸收塔的计算2.3.1 吸收塔的物料衡算与操作线方程2.3.2 吸收剂用量的决定131 在吸收塔的计算中，通常气体处理量是已知的，而吸收剂的用量需通过工艺计算来确定。在气量一定的情况下，确定吸收剂的用量也即确定液气比 L / V。 液气比 L/V 的确定步骤l先求出吸收过程的最小液气比(L/V)minl再根据工程经验，确定适宜液气比 L/V 吸收塔的最小液气比Y*=f (X)2X2Y1YT1XBB1X*B*1XVL)(VLmin)(VL133最小液气比可用图解法求得 ：21212*121min/XmYYYXXYYVLVXXYYL2*121minAmYYYmVL121

34、min)(最小液气比最小溶剂用量纯溶剂吸收吸收塔的最小液气比（非正常曲线）LVYYXX min1212LYYXXVmin 1212Y*=mXY*=f (X)1352. 适宜的液气比处理量V 一定LL/V操作费用设备费用填料层高度动力消耗根据生产实践经验，取 LVLV1120. .minLL 1120. .min推动力适宜液气比适宜溶剂用量工程设计通常取 min7 .14 .1VLVL136第2章 吸收2.1 气体吸收的相平衡关系2.2 传质机理与吸收速率2.3 吸收塔的计算2.3.1 吸收塔的物料衡算与操作线方程2.3.2 吸收剂用量的决定2.3.3 塔径的计算137 工业上的吸收塔通常为圆柱

35、形，故吸收塔的直径可根据圆形管道内的流量公式计算，即 s4VDu吸收塔直径计算式2s4D uV138计算塔径时，一般应以塔底的气量为依据。 计算塔径时，Vs采用操作状态下的数据。 计算塔径的关键在于确定适宜的空塔气速u。 塔径的圆整问题。 注意事项139第2章 吸收2.1 气体吸收的相平衡关系2.2 传质机理与吸收速率2.3 吸收塔的计算2.3.1 吸收塔的物料衡算与操作线方程2.3.2 吸收剂用量的决定2.3.3 塔径的计算2.3.4 填料层高度的计算140 填料塔为连续接触式设备，随着吸收的进行，沿填料层高度气液两相的组成均不断变化，塔内各截面上的吸收速率并不相同。为解决填料层高度的计算问

36、题，需要对微元填料层进行物料衡算。1. 填料层高度的基本计算式V,YL,XY+dYVX+dXLV,Y1L,X1V,Y2L,X2dZZ微元填料层的物料衡算141在微元填料层内对组分A作物料衡算： Ad(d )ddGV YYVYV YL XAAAdddGNANaZ填料有效比表面积m2/m3吸收塔截面积m2填料体积质面积填料层所具有的有效传aa也可视为常数：a与填料形状、尺寸及填充状况有关1. 填料层高度的基本计算式kmol / skmol / m2.s142由吸收速率方程式 A*YXNKYYKXX代入可得Ad*ddYGKYYa ZV YAd*ddXGKXXaZL X整理可得 dd*YK aYZYY

37、Vdd*XK aXZXXL1. 填料层高度的基本计算式Ad(d ) ddG V YY V Y V Y L XAAAdddG NANa ZAd ( d)d dGV YYV YV YL X A A Ad ddGN AN aZ 143对低组成的稳态吸收，此项为常数。在全塔范围内积分12d*YYYVYZK aYY12d*XXXLXZK aXX填料层高度基本计算公式一、传质单元数法 ZYYY*dZVaKYYdY012ZXXX*dZLaKXXdX0121. 填料层高度的基本计算式144 填料的有效比表面积 a 很难确定，通常将 KY a 及KX a 作为一体，kmol/(m3s)； KX a 液相总体积吸

38、收系数，KY a 气相总体积吸收系数，一、传质单元数法 kmol/(m3s)。 1. 填料层高度的基本计算式说明： 适用于低组成气体稳态吸收；12d*YYYVYZK aYY12d*XXXLXZK aXX145一、传质单元数法 2. 传质单元高度与传质单元数21ccdtptW ctLn dKTt12hhdTpTW cTLn dKTt比较：换热器的换热管长度基本计算公式cc()LHNTUhh()LHNTU传热单元长度传热单元数传热单元长度传热单元数12d*YYYVYZK aYY12d*XXXLXZK aXX1）基本定义146分析令OGYVHK aOGOGZH N12OGd*YYYNY Y2232(

39、kmol / s)m(kmol / m s)(m / m )(m )YVK a一、传质单元数法 气相总传质单元高度气相总传质单元数2. 传质单元高度与传质单元数147令OLXLHKa12OLd*XXXNXXOLOLZH N同理一、传质单元数法 液相总传质单元高度液相总传质单元数2. 传质单元高度与传质单元数148LXLHk a12LdXXiXNXXLLZH N一、传质单元数法 液相传质单元高度液相传质单元数2. 传质单元高度与传质单元数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GYVHk aGGZH N12GdYYiYNY Y气相传质单元高度气相传质单元数149小结OGOG

40、NHz OLOLNHz GGzH NLLNHz aKVHYOGaKLHXOLakVHYGakLHXL12*YYOGYYdYN12*XXOLXXdXN12YYiGYYdYN12XXiLXXdYN150一、传质单元数法 2. 传质单元高度与传质单元数2）HOG的物理意义l 物理意义：表示完成一个传质单元所需塔高； OGOGZHNOGOGNzHOGOGZHNOGYVHK aOG1YHK al HOG 反映了吸收设备的分离效能；l HOG 与气液流动状况、物系、填料特性和操作条件有关；lHOG 愈小，吸收设备传质效能愈高，完成一定分离任务所需填料层高度愈小。OGYVHK a 一般，HOG=0.151.

41、5m，可通过实验测定。1512. 传质单元高度与传质单元数3）传质单元数的意义： 12 OGdYY*YYYNl只与物质的相平衡及进、出口的含量有关，与设备型式和操作条件无关，在设备型式未确定之前即可计算得出；l反映分离任务的难易。m*21YYYY平均推动力浓度变化OGOGZHNZNOGHOG 一定，吸收分离的难度152小结 HOG 反映设备的分离效能，它取决于塔设备的结构、物系特性及操作条件，反映了填料性能的优劣。 NOG则是一个与设备无关的量，它取决于分离要求和相平衡关系，NOG的大小反映了分离的难易程度。 总之，在相平衡一定下，NOG 对于给定的分离任务（ 设计型），是一个确定的值，不可能

42、人为地改变它，而 HOG 则会随操作条件和设备条件的变化而发生变化。153XYYkmkK11HOG和HG、HL间的关系：11YYXVVm VKak akaLGOGHLmVHH154同理，可得：GLOLHmVLHHOGOLHLmVH适用条件：汽液平衡关系符合亨利定律或在操作范围内平衡线为直线，斜率为m。155吸收计算课堂练习1.在常压下用水逆流吸空气中的CO2，若将用水量增加则出口气体中的CO2量将_，气相总传质系数 Ky 将_，出塔液体中CO2浓度将_。2.在气体流量，气相进出口组成和液相进口组成不变时，若减少吸收剂用量，则传质推动力将，操作线将平衡线。3.对一定操作条件下的填料吸收塔，如将塔

43、料层增高一些，则塔的HOG将 ，NOG将。156回顾OGOGNHz OLOLNHz GGzH NLLNHz aKVHYOGaKLHXOLakVHYGakLHXL12*YYOGYYdYN12*XXOLXXdXN12YYiGYYdYN12XXiLXXdYN1573. 传质单元数的求法1）解析法2）图解积分法和数值积分法3）梯级图解法 脱吸因数式 对数平均推动力法12YYOGYYdYN158（1）脱吸因数式平衡线为直线时：12YYOGYYdYN12YY*OGYYdYN)YY(LVXX2212YY)bmX(YdYbmXY*1222YYOGb)YY(LVXmYdYN159（1）脱吸因数式12YYOGYY

44、dYNSmVL令脱吸因数12OG*22d1()YYYNS YSYY则脱吸因数为平衡线斜率与操作线斜率的比值12221YYOG)bmX(YLmVY)LmV(dYN160积分并化简，可得 *12OG*221ln11YYNSSSYY适用条件： 同理，可导出*12OL*111ln11YYNAAAYYmVLA 吸收因数平衡关系为直线吸收因数为操作线斜率与平衡线斜率的比值（1）脱吸因数式202221*YYYYOGN2YS计算填料层高度计算尾气浓度计算吸收剂用量关系图*OGYYYYN2221图2-18适用范围：162说明：Y1、Y2、X2及m一定时： OG*22*212NYYYYYA 的意义：反映了A吸收率

45、的高低。 *22*21YYYY参数S的意义：OG2221NSYYYY*，推动力一定，S范围在0.70.8。反映了吸收过程推动力的大小。 LmVS （1）脱吸因数式SYYYYSSNOG*22*21)1 (ln11XTB)(*XfY YKYXX*Y*163 当X2很低时，AYYmXYmXYYYYY11212221*22*21SSSNAOG11)1 (ln11反映了S、NOG和 之间的关系。A（1）脱吸因数式SYYYYSSNOG*22*21)1 (ln111643. 传质单元数的求法1）解析法2）图解积分法和数值积分法3）梯级图解法 脱吸因数式 对数平均推动力法165 推动力以气相为例12YOGYd

46、YNYY12OGmYYNYY?mYY塔内任一截面的推动力，随塔高而变：塔顶的总推动力：*111YYY塔底的总推动力：*222YYY全塔的平均推动力V, Y1 L , X2 L，X1mYXV, Y2 n16621*2*1212121*2*1)()(YYYYYYXXXXYYLVmS212121*22*11)()()(1YYYYYYYYYYS21*2*1*22*2121*22*112121)()(lnYYYYYYYYYYYYYYYYYY21*2*1*22*2121212121)(lnYYYYYYYYYYYYYYYYNOG因为所以代入得SYYYYSSNOG*22*21)1 (ln11（2）对数平均推动

47、力法167121OG122lnYYYNYYY可导出令 *112212m*111*222lnlnYYYYYYYYYYYYY则12OGmYYNY对数平均推动力（2）对数平均推动力法168 同理，可导出12OLmXXNX *112212m*111*222lnlnXXXXXXXXXXXXX其中平衡关系为直线。适用条件（2）对数平均推动力法169 若12m2YYY22121YY 或22121XX 则 或12m2XXX可用算术平均值代替对数平均值（2）对数平均推动力法170小结：对数平均推动力法与脱吸因数法的对比mOGYYYN212121YYlnYYYm12221ln11OGYYNSSSYY12OLmXX

48、NX1212lnmXXXXX12111ln11OLYYNAAAYY*11111YYYYmX*22222YYYYmX*11111/XXXYmX*22221/XXXYmX1mVSAL1LASmV171小结：对数平均推动力法与脱吸因数法的对比相同点：都适用于低浓、平衡线为直线的情况；不同点：对数平均推动力法涉及四个浓度；脱吸因数法涉及三个浓度，特别适用于操作型问题的求解。特殊情况： S=1时，只能用对数平均推动力法：mOGYYYN21*YYYY1121*YYYY2221XTB)(*XfY YKYY* 当X2=0时，用脱吸因数法较方便：SSSNAOG11)1 (ln111723. 传质单元数的求法1）

49、解析法2）图解积分法和数值积分法3）梯级图解法 脱吸因数式 对数平均推动力法1732）图解积分法和数值积分法12YY*OGYYdYN平衡线不为直线时， 采用图解积分法或数值积分法求解传质单元数 图解积分法： Y 1 Y-Y* Y1 B E A Y-Y* B Y2 A O X2 X1 X O Y2 Y1 Y 图解法求图解法求 NOG 1742）图解积分法和数值积分法定步长辛普森(Simpson)数值积分公式： nYYYn0n可取为任意偶数。n值愈大则计算结果愈准确； Y把（Y0，Y n）平分n份后，每个小区间的步长；Y0出塔气相组成；Y0=Y2；Yn入塔气相组成， Yn Y1；f0，f1，fn

50、分别为Y=Y0，Y1 ，Yn所对应的纵坐标值。)fff()fff(ffYdY)Y(fNnnnYYOGn24213102430数值积分法12YY*OGYYdYN *1YYYf1753. 传质单元数的求法1）解析法2）图解积分法和数值积分法3）梯级图解法（自学） 脱吸因数式 对数平均推动力法176思考题作业题: 9、111.何为最小液气比，如何进行计算？2.适宜液气比的选择应考虑哪些因素？3.传质单元高度和传质单元数有何物理意义？4.气相总体积吸收系数与气相总吸收系数有何不 同之处？5.脱吸因数和吸收因数有何物理意义？练 习 题 目177习题课操作型设计型操作条件：气液流量、气液进口浓度、操作温度

51、、压力等178本章主要公式1.相平衡关系式亨利定律EpxiiiiHpc myxiimYXiiiipExiicpHiiymxiiYmX179AAAi()GNkppAAi()yANkyyAAi()YANk YY*AL()AANKcc*Ax()AANKxx*AX()AANKXX*AG()AANKpp*Ay()AANKyy*AY()AANKYYAAiALNk (cc )AxAiANk (xx )AXAiANk (XX )2.吸收速率方程式一览表本章主要公式180AAAi()GNkppAAi()yANkyyAAi()YANk YY*AL()AANKcc*Ax()AANKxx*AX()AANKXX*AG(

52、)AANKpp*Ay()AANKyy*AY()AANKYYAAiALNk (cc )AxAiANk (xx )AXAiANk (XX )2.吸收速率方程式一览表本章主要公式181LGGHkkK111xyykmkK11LGLkkHK11xyxkmkK111Lxckk GyPkk GyYPKKKyxmKK LxXcKKKLGHKK3.吸收系数的表达式及换算本章主要公式182本章主要公式：全塔物料衡算式：)XX(L)YY(V2121吸收塔操作线方程：YLVXYLVX22YLVXYLVX11最小液气比：2121XXYYVL*minAmYYYmVL121min)(（X2=0时）2121Xm/YYY183

53、习题课LVLV112 0. .min适宜液气比：12YYYYYdYaKVZOGOGNH12XXXXXdXaKLZOLOLNH填料层高度：GGNH 12YYiYYYdYakVZ12XXiXXXdXakLZLLNH 2121XXYYVL*min最小液气比：184SYYYYSSNOG*22*21)1 (ln1112221YYYYNOG（S=1时）SSSNAOG11)1 (ln11*22*11*22*112121ln)()(lnYYYYYYYYYYYYYmmOGYYYN21传质单元数：习题课（X2=0时）185综合案例：吸收塔改造三聚氰胺制备工程背景2 2366236CO(NH )C N H3CO6N

54、H尿素三聚氰胺反应凝华洗涤吸收尿素粗三聚氰胺去精制工序水稀氨水水碳铵液案例教学的示例186m、内部装填3.8m高的DN38金属环矩鞍填料，在常压和22条件下，用纯水吸收出洗涤塔气体中的氨。现场测得一组组成数据为Y1=0.023 、Y2=0.0002、X1=0.006，操作条件下的气液平衡关系为 Y = 0.846 X。 现因环保要求的提高，要求出塔气体组成低于50 ppm，试通过计算，提出几种不同的改造方案，并对不同的方案进行比较。案例教学的示例18710.023Y 20.0002Y 02X02X20.00005Y10.006X 1X方案 1：保持 L/V 不变，将原塔填料层加高 解: 10.

55、023Y 原塔 改造后塔 课堂讨论：吸收综合练习题188原工况 OGYVHK a HOG不变LmVS S 不变OGOGZHN新工况 OGOGZHN课堂讨论：吸收综合练习题OGOGHH189SYYSSNOG211ln11SYYSSNOG211ln11SYYSSYYSNNZZOGOG21211ln1ln 纯溶剂吸收02X0*2Y课堂讨论：吸收综合练习题SYYYYSlnSNOG22211111900.023ln1 0.2230.2230.000051.3080.023ln1 0.2230.2230.0002ZZ12120.0230.00023.80.0060YYLVXX0.8460.2233.8mV

56、SL1.3083.84.970mZ 课堂讨论：吸收综合练习题191方案 2：保持 L/V 不变，串联相同直径的塔 B B A 10.023Y 20.0002Y 02X02X20.00005Y10.0002Y10.006X 1X课堂讨论：吸收综合练习题192原工况 OGOGANHZ新工况 OGOGBNHZOGOGHH0.0002ln 1 0.2230.2230.000050.2680.023ln 1 0.2230.2230.0002BAZZ0.268 3.81.018mBZ 1.0183.84.818mZ 单塔增高较双塔串联总填料层高度大，为什么？课堂讨论：吸收综合练习题193方案 3：保持 L

57、/V 不变，换比表面积大的填料 原工况 OGOGNHZ 新工况 OGOGNHZOGOGHH10.023ln 1 0.2230.2235.7851 0.2230.0002OGN10.023ln 1 0.2230.2237.5671 0.2230.00005OGN7.5671.3085.785OGOGOGOGHNHN课堂讨论：吸收综合练习题1941.308OGYOGYVHK aVHK a1.308aa 改用新填料的有效比表面积为原填料的1.308倍。原填料为DN38金属环矩鞍填料32/mm112ta新填料改用DN25金属环矩鞍填料32/mm185tattaa652. 1可达到要求课堂讨论：吸收综合

58、练习题195方案 4：保持 L/V 不变，提高操作压力原工况 OGOGNHZ GOGYVVHK aK aPGOGYVVHK aK aPOGOGPHHP5.785OGN3.80.6575.785OGOGZHN课堂讨论：吸收综合练习题196新工况 OGOGZHN设：22 1013202 6kPaPP=. =.Em=P0.4232Pmm =m=P0.4230.1113.8mVS =L课堂讨论：吸收综合练习题19710.6570.3292OGOGPHHP0.3296.765=2.226mOGOGZHN10.023ln 1 0.1110.1116.7651 0.1110.00005OGNZ (L/V)I

59、1. 增大吸收剂流量LY2 ，X1 。Y1 和 X2 不变L ，L/V 推动力吸收塔的调节211 吸收剂 L 增大，除受液泛条件限制外，还要考虑吸收剂再生设备的能力。 如果吸收剂用量增大过多，使再生不良或冷却不够，吸收剂进塔浓度 X2 和温度 t2 都可能升高，这两者都会造成传质推动力下降，冲抵了吸收剂用量增大的作用。 1. 增大吸收剂流量L吸收塔的调节注意事项：212Y2 ，X1 。Y1 和 L/V 不变X2 ，推动力YXoY*=f(X)IIY1X1X2Y2IX1Y2(L/V)II = (L/V)IX22 .降低吸收剂入塔浓度X2吸收塔的调节操作线向上平移213 降低吸收剂入塔温度 t2，改

60、变了物系的平衡关系，气体溶解度增大，平衡线下移，传质推动力也增大。 当气、液进塔浓度 Y1、X2 以及液气比不变时，气体出塔浓度 Y2 降低，分离程度增加。t2吸收塔的调节214 对逆流操作吸收塔，对某一低浓气体中的溶质组分进行吸收，如其它操作条件均不变：总结：吸收塔的调节2112,YXVYXL212,YXt215吸收练习：在一个低浓逆流吸收塔操作中，若其他操作条件不变，而液量与气量成比例增加，试定性分析出塔气体浓度Y2、出塔液体浓度X1的变化趋势，并请在XY图上示意画出变化前后的操作线和平衡线。假设体系为气膜控制。吸收塔的调节216解答：由于气膜控制，则 KYakYa ，液量的增加对传质无影