第九章_吸收(修改稿)

1、1第九章 吸收第一节第一节 概述概述一、什么是吸收？一、什么是吸收？相界面相界面ABCD气体混合物气体混合物液体液体S惰性组分惰性组分 吸收剂吸收剂 溶质溶质 利用利用气体混合物气体混合物中各组分在液体溶剂中中各组分在液体溶剂中溶解度的差异溶解度的差异来来分离气体混合物的操作称为分离气体混合物的操作称为吸收吸收。2第一节 概述二、吸收的目的二、吸收的目的1制取产品制取产品例如，用98%的硫酸吸收SO3气体制取98%硫酸；用水吸收氯化氢制取31%的工业盐酸；用氨水吸收CO2生产碳酸氢铵等。2从气体中回收有用的组分从气体中回收有用的组分例如，用硫酸从煤气中回收氨生成硫胺；用洗油从煤气中回收粗苯等。

2、3除去有害组分以净化气体除去有害组分以净化气体主要包括原料气净化和尾气、废气的净化以保护环境。例如用水或碱液脱除合成氨原料气中的二氧化碳； 燃煤锅炉烟气、冶炼废气等脱SO2等。3第一节 概述 多组分吸收多组分吸收单组分吸收单组分吸收非等温吸收非等温吸收等温吸收等温吸收化学吸收化学吸收物理吸收物理吸收三、吸收分类三、吸收分类相界面相界面ABCD气体混合物气体混合物液体液体S惰性组分惰性组分 吸收剂吸收剂 溶质溶质 本章要介绍的本章要介绍的4请点击观看动画请点击观看动画第一节 概述 填料塔填料塔板式塔板式塔 吸收剂吸收剂 吸收尾气吸收尾气 吸吸 收收 塔塔 混合气混合气 吸收液吸收液 逆流吸收操作

3、示意图逆流吸收操作示意图 气体气体 溶剂溶剂 1 n 被吸收气体被吸收气体 板式塔板式塔 气体气体 溶剂溶剂 填料填料 被吸收气体被吸收气体 填料塔填料塔 四吸收设备及流程四吸收设备及流程1 1、吸收设备、吸收设备-塔设备塔设备 53吸收过程及设备 6第一节 概述2吸收流程吸收流程单一吸收塔流程：单一吸收塔流程： 吸吸 解解 收收 吸吸 塔塔 塔塔 吸 收 -解 吸 流 程 吸收剂常常需要回收再利用74吸收流程 吸收与解吸流程吸收与解吸流程含苯煤气含苯煤气脱苯煤气脱苯煤气洗油洗油苯苯水水过热蒸汽过热蒸汽加热器加热器冷却器冷却器8第一节 概述 （a）气、液串联（逆流）（b）气体串联、液体并联（逆

4、流） 多塔吸收流程多塔吸收流程2吸收流程吸收流程多塔吸收流程多塔吸收流程 9第一节 概述五吸收剂的选择五吸收剂的选择5其它其它-无毒、无腐蚀性、不易燃烧、无毒、无腐蚀性、不易燃烧、 不发泡、价廉易得，并具有不发泡、价廉易得，并具有 化学稳定性等要求。化学稳定性等要求。 A A+B S （气体）（气体） （液体）（液体） 1溶解度溶解度-对溶质组分有较大的溶解度对溶质组分有较大的溶解度2选择性选择性-对溶质组分有良好的选择性，对溶质组分有良好的选择性， 即对其它组分基本不吸收或吸收甚微，即对其它组分基本不吸收或吸收甚微，3挥发性挥发性- 应不易挥发应不易挥发4黏性黏性- 黏度要低黏度要低10第二

5、节 气液相平衡一、溶解度及溶解度曲线一、溶解度及溶解度曲线 A A+B S （气体）（气体） （液体）（液体）3223 AApPTfc, AApfc Ac Ac( (对双组分气体对双组分气体) ) 气液达到相平衡时，液相中的溶质浓度称为气液达到相平衡时，液相中的溶质浓度称为溶解度溶解度，记作，记作对双组分气体吸收，所有变量共对双组分气体吸收，所有变量共4个：个： 温度温度T、总压、总压P、气相组成、溶解度、气相组成、溶解度-独立变量只有独立变量只有3个，例如：个，例如：T、P、pA在几个大气压以内、温度在几个大气压以内、温度T一定条件下，一定条件下，（溶解平衡）（溶解平衡）11第二节 气液相平

6、衡一、溶解度及溶解度曲线一、溶解度及溶解度曲线 AApfc 上述具体函数关系目前尚无法理论推得，需通过实上述具体函数关系目前尚无法理论推得，需通过实验方法对具体物系进行测定。验方法对具体物系进行测定。 如下图示出了四种气体在如下图示出了四种气体在20 C下在水中溶解度曲线。下在水中溶解度曲线。 121.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 pA，atm O 2 CO2 SO2 NH3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 10ncA，kmol/m3 O2n=3，CO2n=2，SO2n=1，NH3n=0 几种气体在几种气体在 20水中的水中的溶

7、解度曲线溶解度曲线 难溶体系难溶体系溶解度适中体系溶解度适中体系 易溶体系易溶体系说明：（1）不同气体的溶解）不同气体的溶解度差异很大度差异很大（2）对于稀溶液或极）对于稀溶液或极稀溶液，溶解度曲线近稀溶液，溶解度曲线近似为直线，即似为直线，即HcpAA/-亨利定律亨利定律pA=723cApA=25.5cApA=0.36cApA=0.0136cA13二、亨利定律HcpAA/通常由实验测定。可从有关手册中查得。通常由实验测定。可从有关手册中查得。如图，如图，H越大，表明在相同的越大，表明在相同的pA下下cA*越大，故越易溶。越大，故越易溶。T ， H P在几个大气压范围内在几个大气压范围内对对H

8、影响可忽略。其他影响可忽略。其他情况下，一般情况下，一般P ，H 属物性属物性获取方法：获取方法：影响因素：影响因素：-亨利定律亨利定律溶解度系数，溶解度系数， kmol/(m3 kPa)思考：思考：H H越大，表明越易溶还是越难溶？越大，表明越易溶还是越难溶？14二、亨利定律HcpAA/-亨利定律亨利定律ccHcpAAAEx AAAxPEPpy Amx 亨利定律的其他形式：亨利定律的其他形式：E越大，越难溶；越大，越难溶；HcE/PEm 亨利系数，亨利系数，Pa相平衡常数，无量纲相平衡常数，无量纲思考：思考：E E越大，表明越易溶还是越大，表明越易溶还是越难溶？越难溶？E的影响因素：的影响因

9、素：T ，E ；P对对E影响可忽略。影响可忽略。m的影响因素：的影响因素：T ，m ；P ，m 思考：思考：m m越大，表明越易溶还是越大，表明越易溶还是越难溶？越难溶？m越大，越难溶；越大，越难溶；15n例：在常压及20下测得氨在水中平衡数据为：浓度为0.5gNH3/100gH2O的稀氨水上方的平衡分压为400Pa。在该浓度范围下相平衡关系可用亨利定律表示。试求（1）亨利系数E、溶解度系数H、相平衡常数m；（2）若氨水浓度与温度不变，而氨水上方总压强变为200kPa，又求亨利系数E、溶解度系数H、相平衡常数m；（3）若氨水的浓度与总压不变，而氨水的温度升为50，已知此时氨水上方氨的平衡分压为

10、500Pa，再求亨利系数E、溶解度系数H、相平衡常数m。氨水密度可取为1000kg/m316相平衡关系在吸收过程中的应用相平衡关系在吸收过程中的应用1判断过程进行的方向 y y*或x* x或 A*Acc*AAppA由气相向液相传质，吸收过程*AApp 平衡状态*AApp A由液相向气相传质，解吸过程吸收过程：172指明过程进行的极限过程极限：相平衡。yPyxABCxy*y*y181）逆流吸收，塔高无限，2*2min2,mxyyLG，y2G，y1L，x2L，x12）逆流吸收，塔高无限，myxL1max, 13确定过程的推动力1)吸收过程推动力的表达式*AApp y - y*或x* -x或A*Ac

11、c192）在xy图上 APyy*xx*20第三节 吸收过程模型及吸收速率方程三个串联传质环节：三个串联传质环节： 气体气体液体液体气体侧的对流传质气体侧的对流传质界面溶解界面溶解一、吸收过程模型一、吸收过程模型 气膜气膜 液膜液膜 pG pi 传质方向传质方向 Ci 气相主体气相主体 液相主体液相主体 CL G L z 距离距离 双膜模型双膜模型组成NAGNAL液体侧的对流传质液体侧的对流传质-双膜模型双膜模型21二、吸收速率方程 气膜气膜 液膜液膜 pG pi 传质方向传质方向 Ci 气相主体气相主体 液相主体液相主体 CL G L z 距离距离 双膜模型双膜模型组成 GiGiGGAGkpp

12、ppkN1 LLiLiLALkcccckN1 LLiGiGAkcckppN11 xiyiAkxxkyyN11 类似地：类似地：-分吸收速率方程 分分传传质质阻阻力力分分推推动动力力 NAGNALNAG= NAL 21212121yykxxkppkCCkNyxGLA 对流传质方程：对流传质方程：22二、吸收速率方程假假设设气气液液相相平平衡衡关关系系满满足足亨亨利利定定律律，则则HcpLL/Hcpii/LLiGiGAkcckppN11 LLiHkpp1LGLGHkkpp11GLGKpp1 气膜气膜 液膜液膜 pG pi 传质方向传质方向 Ci 气相主体气相主体 液相主体液相主体 CL G L z

13、 距离距离 双膜模型双膜模型组成总总传传质质阻阻力力总总推推动动力力 LGGHkkK111-以分压差为推动力的以分压差为推动力的气相总吸收速率方程气相总吸收速率方程 Lp23二、吸收速率方程xyAkmkyyN 1xyAkmkxxN11 yKyy1 xKxx1 气膜气膜 液膜液膜 pG pi 传质方向传质方向 Ci 气相主体气相主体 液相主体液相主体 CL G L z 距离距离 双膜模型双膜模型组成-以摩尔浓度差为推动力的以摩尔浓度差为推动力的 气相总吸收速率方程气相总吸收速率方程-以摩尔分率差为推动力的以摩尔分率差为推动力的 气相总吸收速率方程气相总吸收速率方程HcpGG/mxy myx -以

14、摩尔分率差为推动力的以摩尔分率差为推动力的 液相总吸收速率方程液相总吸收速率方程24 气膜气膜 液膜液膜 pG pi 传质方向传质方向 Ci 气相主体气相主体 液相主体液相主体 CL G L z 距离距离 双膜模型双膜模型组成二、吸收速率方程 P E pG P O CL C 传传质质推推动动力力的的图图示示 操作点ipic液相总传质推动力气相总传质推动力气相分传质推动力液相分传质推动力 Lp GcLLiGiGAkCCkppN11 GLGKpp1 LLGKCC1 吸收速率方程的分析吸收速率方程的分析：关于传质推动力关于传质推动力操作点操作点P离平衡线越近，离平衡线越近，则总推动力就越小则总推动力

15、就越小25二、吸收速率方程 气膜气膜 液膜液膜 pG pi 传质方向传质方向 Ci 气相主体气相主体 液相主体液相主体 CL G L z 距离距离 双膜模型双膜模型 组成 xyykmkK 11LGGHkkK111xykmk 1LGHkk11气膜控制气膜控制故故 GGkK yykK -如图，气膜较厚，液膜较薄，即阻力主要由气如图，气膜较厚，液膜较薄，即阻力主要由气 膜决定。膜决定。2 2、关于传质阻力、关于传质阻力 易溶体系属于这种情况。易溶体系属于这种情况。26二、吸收速率方程液膜控制液膜控制-如图，液膜较厚，气膜较薄，即阻力主要由液如图，液膜较厚，气膜较薄，即阻力主要由液 膜决定。膜决定。难

16、溶体系属于这种情况。难溶体系属于这种情况。 气膜气膜 液膜液膜 pG pi 传质方向传质方向 Ci 气相主体气相主体 液相主体液相主体 CL L G z 距离距离 双膜模型双膜模型 组成 yxmkk11 GLkHk1故故 LLkK xxkK GLLkHkK11mkkKyxx111 27二、吸收速率方程双膜控制双膜控制-如图，液膜、气膜厚度相当，气膜阻力和液膜如图，液膜、气膜厚度相当，气膜阻力和液膜 阻力均不可忽略。阻力均不可忽略。溶解度适中的体系属于这种情况。溶解度适中的体系属于这种情况。 气膜气膜 液膜液膜 pG pi 传质方向传质方向 Ci 气相主体气相主体 液相主体液相主体 CL G L

17、 z 距离距离 双膜模型双膜模型组成xyykmkK 11mkkKyxx111 LGGHkkK111LGLkkHK11LGGHkkK111LGLkkHK11xyykmkK 11mkkKyxx111 LGGHkkK111xyykmkK 11mkkKyxx111 LGLkkHK11LGGHkkK111xyykmkK 11mkkKyxx111 28二、吸收速率方程影响传质阻力的因素：影响传质阻力的因素：xyykmkK 11mkkKyxx111 即影响传质系数即影响传质系数 k 的因素（第八章）的因素（第八章）u流动状况流动状况 如降膜湿壁塔、圆盘塔等：如降膜湿壁塔、圆盘塔等：kG G0.75，kL L

18、0.7， 填料塔：填料塔： kL L0.75 0.95u物性物性u操作温度和压力操作温度和压力u传质面几何特性等。传质面几何特性等。返回目录返回目录LGGHkkK111LGLkkHK1129第四节 二元低浓气体吸收（或脱吸）的计算 Ga ya La xa D H Gb yb Lb xb 逆流吸收塔的物料衡算逆流吸收塔的物料衡算 计算项目主要有：计算项目主要有：u吸收剂用量吸收剂用量La、液相出塔浓度、液相出塔浓度xbu塔的主要工艺尺寸：塔的主要工艺尺寸： 塔径塔径D、填料层高度、填料层高度H或塔板数或塔板数N30一、物料衡算和操作线方程 Ga ya La xa Gb yb Lb xb 逆流吸收

19、塔的物料衡算逆流吸收塔的物料衡算 对对溶溶质质 A，有有液液相相的的增增加加速速率率气气相相的的减减少少速速率率 abSabBXXLYYG aabBSbYXXGLY GBYa LS Xa GBYb LS XbGB-kmolB/s or kmolB/(m2s) ；LS -kmolS/s or kmolS/(m2s) ； Y（或（或X）-摩尔比；摩尔比；aabbaabbxLxLyGyG 全塔物料衡算全塔物料衡算-可求解液相出塔浓度可求解液相出塔浓度xb-此式使用不方便，因为摩尔分率此式使用不方便，因为摩尔分率x、y的定义基准从塔底到塔顶均在变化。的定义基准从塔底到塔顶均在变化。 将将x、y换成摩尔

20、比换成摩尔比X、Y可解决这个问题。可解决这个问题。回收率回收率 为：为： bababYYYYY 1 31一、物料衡算和操作线方程 GBYa LS Xa GBY LSX GBYb LS Xb 逆流吸收塔的物料衡算逆流吸收塔的物料衡算 液液相相量量的的增增加加速速率率气气相相量量的的减减少少速速率率 aSaBXXLYYG aaBSYXXGLY 对塔上部任一段作质量衡算（对塔上部任一段作质量衡算（A组分）组分）-可求解全塔浓度分布可求解全塔浓度分布-操作线方程操作线方程32一、物料衡算和操作线方程 GBYa LS Xa GBY LSX GBYb LS Xb 逆流吸收塔的物料衡算逆流吸收塔的物料衡算

21、aaBSYXXGLY aabBSbYXXGLY 操作线斜率越小，越靠操作线斜率越小，越靠近平衡线，传质推动力近平衡线，传质推动力越小，对传质越不利。越小，对传质越不利。操作点操作点XYOXbYb塔底塔底XaYa塔顶塔顶直线，直线，BSGL过塔顶点过塔顶点A(Xa，Ya)，塔底，塔底 B (Xb，Yb)总是位于平衡线的上方；总是位于平衡线的上方；-液气比液气比斜率为斜率为-操作线方程操作线方程操作线方程：操作线方程：33一、物料衡算和操作线方程G Ga Gb GB，L La Lb LS，Y y，X x，于于是是， Ga ya La xa GBYa LS Xa G y L x GBY LSX Gb

22、 yb Lb xb GBYb LS Xb 逆流吸收塔的物料衡算逆流吸收塔的物料衡算 aabbyxxGLy aayxxGLy 对于低浓气体（通常对于低浓气体（通常yb10%），）， aabBSbYXXGLY aaBSYXXGLY 34二、吸收剂用量的确定 Y Y B B Yb B B B Yb P YE E Ya A Ya A 0 Xa Xb 0 Xa XE Xb LS BSGL min BSGLmin)0 . 22 . 1( BSoptBSGLGL Ga ya La xa GBYa LS Xa G y L x GBY LSX Gb yb Lb xb GBYb LS Xb 逆流吸收塔的物料衡算逆

23、流吸收塔的物料衡算仅从能耗上看，希望吸收剂用量越小越好，但是仅从能耗上看，希望吸收剂用量越小越好，但是-最小液气比最小液气比此时，塔内必有一处达到相此时，塔内必有一处达到相平衡，塔高需无穷高才行。平衡，塔高需无穷高才行。35二、吸收剂用量的确定最小液气比只对设计型问题有意义。最小液气比只对设计型问题有意义。 Ga ya La xa GBYa LS Xa G y L x GBY LSX Gb yb Lb xb GBYb LS Xb 逆流吸收塔的物料衡算逆流吸收塔的物料衡算可以，可以，能，能，但达不到指定的吸收要求但达不到指定的吸收要求思考：思考：实际操作时的液气比可否小于或等于最小液气比？此时吸

24、实际操作时的液气比可否小于或等于最小液气比？此时吸收塔是否能操作？将会发生什么现象？收塔是否能操作？将会发生什么现象？36二、吸收剂用量的确定 Y Y B B Yb BB B Yb YE E Ya A Ya A 0 Xa Xb 0Xa XE XbababBSXXYYGL minEbEbBSXXYYGL min最小液气比的计算：最小液气比的计算：低浓时：低浓时：ababxxyyGL minEbEbyyyyGL minmin)0 . 22 . 1( BSBSGLGL低浓时：低浓时：37三、塔径的计算uVDS 4 u为空塔气速，为空塔气速，m/s，Vs为混合气体的体积流量，为混合气体的体积流量，m3

25、/s。 Ga ya La xa GBYa LS Xa G y L x GBY LSX Gb yb Lb xb GBYb LS Xb 逆流吸收塔的物料衡算逆流吸收塔的物料衡算38四、填料层高度的计算 ya xa y x h G-dG dh h0 G y+dy x+dx A Gb yb xb 微微元元填填料料段段的的物物料料衡衡算算 引引入入填料体积质面积填料层所具有的有效传a AydGGdyyG)()( GyAd1、填料层高度的一般计算式、填料层高度的一般计算式 LxAd AN aAdh气相中溶质气相中溶质A的减少速率的减少速率 液相中溶质液相中溶质A的增加速率的增加速率从气相到液相的传质速率从

26、气相到液相的传质速率注意：注意：G、L-kmol/(m2 s)对微元段填料对微元段填料dh作物料衡算：作物料衡算：39四、填料层高度的计算 ya xa y x h G-dG dh h0 G y+dy x+dx A Gb yb xb 微微元元填填料料段段的的物物料料衡衡算算 底底顶顶底底顶顶aNLxdaNGyddhhAAH00 底底顶顶底底顶顶xxaKLxdyyaKGydhxy0akmakaKxyy 11将总吸收速率方程将总吸收速率方程 代入得：代入得： xxKyyKNxyA 2、低浓气体吸收时、低浓气体吸收时vG、L为常数为常数vKy、Kx可视为常数可视为常数va也可视为常数：也可视为常数：

27、a与填料形状、尺寸及填充状况有关与填料形状、尺寸及填充状况有关 aNLxdaNGyddhAA 气相、液相气相、液相总体积传质系数总体积传质系数（适用于高、低浓吸收）（适用于高、低浓吸收）402、低浓气体吸收时 bayyyyydyaKGh0OGOGNH baxxxxxdxaKLh0OLOLNH GGNH bayyiyyydyakGh0 baxxixxxdxakLh0LLNH bayyOGyydyN气相总传质单元数，无因次气相分传质单元高度，m 气相分传质单元数，无因次aKGHyOG 气相总传质单元高度气相总传质单元高度HTU ，m（Height of Transfer Unit） 流动状况、物系

28、、填料特性和操作条件流动状况、物系、填料特性和操作条件思考：思考：影响传质单元高度影响传质单元高度HTU的因素？的因素？412、低浓气体吸收时什么是传质单元？什么是传质单元？ kmkkyyyy,1 ya xa y yb yk xk-1 yk+1 (y-y*)m,k k HOG yk yk+1 xk ya yN ,xN-1 N x yb xb 气相总传质单元 1 2 o相平衡关系相平衡关系 如图，将填料层分成若干段，如图，将填料层分成若干段，1、2、N段。每一段填料均需满足以下条件：段。每一段填料均需满足以下条件：该段气相（或液相）总的平该段气相（或液相）总的平 均推动力均推动力每一段气相（或液

29、相）组成的变化量每一段气相（或液相）组成的变化量这一段填料就是一个传质单元这一段填料就是一个传质单元422、低浓气体吸收时 ya xa y yb yk xk-1 yk+1 (y-y*)m,k k HOG yk yk+1 xk ya yN ,xN-1 N x yb xb 气相总传质单元 1 2 o相平衡关系相平衡关系 bayyOGyydyNaKGHyOG 传质单元高度？传质单元高度？常用吸收设备的常用吸收设备的HTU约为约为0.2 1.5m-每个传质单元对应的填料层高度，每个传质单元对应的填料层高度，m一个（气相总）传质单元OGOGNHh 0思考：思考： HTUHTU越大越好，还是越大越好，还是

30、越小越好？越小越好？HTUHTU越小越好越小越好传质单元数？传质单元数？-传质单元的个数，传质单元的个数， 如图，为如图，为N个。个。432、低浓气体吸收时为什么为什么NOG就是传质单元数就是传质单元数N？ bayyOGyydyNaKGHyOG kmkkyyyy,1 1,kkyykOGyydyN 1,1 kmkkyyyy ya xa y yb yk xk-1 yk+1 (y-y*)m,k k HOG yk yk+1 xk ya yN ,xN-1 N x yb xb 气相总传质单元 1 2 o相平衡相平衡关系关系一个（气相总）传质单元每个传质单元具有：每个传质单元具有：)(111个个N bNkk

31、ayyyyyyyyyydyyydyyydyyydy1211 bayyOGyydyNOGOGNHh 0442、低浓气体吸收时 1 y-y* 0 ya yb y 传质单元数传质单元数传质单元数传质单元数NOG的几何意义？的几何意义？ bayyOGyydyN yb B ya A xa xb 越小越好越小越好思考：思考：NOG越大越好，还是越小越好？越大越好，还是越小越好？-阴影部分面积阴影部分面积思考：思考：如何使如何使NOG变小？变小？如图所示，要使阴影面积变小，可以将传质如图所示，要使阴影面积变小，可以将传质推动力变大，或将分离要求降低，即推动力变大，或将分离要求降低，即ya变大。变大。OGOG

32、NHh 0452、低浓气体吸收时传质单元数传质单元数NOG的两种计算方法：的两种计算方法：吸收因数法吸收因数法对数平均推动力法对数平均推动力法（1）平衡线为直线时）平衡线为直线时aKGHyOG bayyOGyydyN图解（或数值）积分法图解（或数值）积分法近似梯级法近似梯级法（2）平衡线非直线时）平衡线非直线时OGOGNHh 0462、低浓气体吸收时 babayyaayyOGySyySdyyydyN1传质单元数传质单元数NOG的两种计算方法：的两种计算方法： aaxyyLGx aayxxGLy bmxy aayyySLmGS 脱吸因数，无因次mGLA 吸收因数，无因次（1）平衡线为直线时）平衡

33、线为直线时代入代入 中积分得：中积分得： bayyOGyydyNaKGHyOG bayyOGyydyN bmxyyLGmaa 吸收因数法吸收因数法对数平均推动力法对数平均推动力法OGOGNHh 0472、低浓气体吸收时回回收收率率 为为： （低低浓浓）babababyyYYYYY 11 SyyyySSNaaabOG1ln11-吸收因数法吸收因数法OGOLSNN 类似可推得：类似可推得：482、低浓气体吸收时1 aaabOGyyyyN SyyyySSNaaabOG1ln11思考：思考：当当S1时，时，NOG？根据洛毕达法则可得根据洛毕达法则可得492、低浓气体吸收时 aayxxGLy bmxy

34、yyy与与 y 关关系系也也为为直直线线函函数数关关系系常数常数 ababyyyydyydabababyyababOGyyyyyyydyyyyyNba ln1 yb B ya A xa xb yb=yb yb ya=ya ya aKGHyOG bayyOGyydyN yb ya传质单元数传质单元数NOG的两种计算方法：的两种计算方法：（1）平衡线为直线时）平衡线为直线时吸收因数法吸收因数法对数平均推动力法对数平均推动力法OGOGNHh 0502、低浓气体吸收时ababmyyyyy lnmabOGyyyN aKGHyOG bayyOGyydyNabababyyababOGyyyyyyydyyyy

35、yNba ln1 yb B ya A xa xb yb=yb yb ya=ya ya yb ya-对数平均推动力对数平均推动力-对数平均推动力法对数平均推动力法512、低浓气体吸收时mabOLxxxN imabGyyyN imabLxxxN ababmxxxxx lnbbbxxx aaaxxx 同理，得：同理，得：式中：式中：522、低浓气体吸收时对数平均推动力法与吸收因数法的对比：对数平均推动力法与吸收因数法的对比： 相同点相同点：都适用于低浓、平衡线为直线的情况都适用于低浓、平衡线为直线的情况 不同点：不同点：前者涉及四个浓度，后者涉及三个浓度，前者涉及四个浓度，后者涉及三个浓度， 故后者

36、特别适用于操作型问题的求解。故后者特别适用于操作型问题的求解。mabOGyyyN SyyyySSNaaabOG1ln11532、低浓气体吸收时 y 1 y-y* yb B E A y-y* B ya A O xa xb x O ya yb y 图解法求 NOG bayyOGyydyN传质单元数传质单元数NOG的两种计算方法：的两种计算方法：图解（或数值）积分法图解（或数值）积分法近似梯级法近似梯级法（2）平衡线非直线时）平衡线非直线时542、低浓气体吸收时传质单元数传质单元数NOG的两种计算方法：的两种计算方法：图解（或数值）积分法图解（或数值）积分法近似梯级法近似梯级法（2）平衡线非直线时）

37、平衡线非直线时作图步骤如下作图步骤如下： 在操作线在操作线AB和平衡线和平衡线OE之间之间作曲线作曲线MM ，使该线恰好等分，使该线恰好等分AB与与OE两线之间的垂直距离。两线之间的垂直距离。自自A点起作一水平线，交点起作一水平线，交MM 于于M1，并延长至，并延长至D，使，使AM1=M1D。过点过点D作垂线交作垂线交AB于点于点F。至。至此完成一个梯级法此完成一个梯级法ADF。MM M1如此类推，可继续作出第二个如此类推，可继续作出第二个梯级，直至越过点梯级，直至越过点B的横坐标的横坐标xb为为止。止。DF y B yb ya A O xa xb x 近近似似梯梯阶阶法法 E梯级总数梯级总数

38、 = NOG 如图所示，梯级数为如图所示，梯级数为2.8个。个。亦称为贝克（亦称为贝克（Baker）法）法552、低浓气体吸收时近似梯级法近似梯级法 亦称为贝克（亦称为贝克（Baker）法）法CCCM 12 y B E yb ya A O xa xb x MM M1DF梯级内的气相浓度变化FD FFAA 21梯级内的平均推动力CC CC F A 证明：证明：为什么梯级数就是气为什么梯级数就是气 相总传质单元数相总传质单元数NOG？总总平平均均传传质质推推动动力力或或液液相相该该段段气气相相组组成成的的变变化化量量或或液液相相每每一一段段气气相相)()( 可见，每一个梯级都满足：可见，每一个梯级

39、都满足：562、低浓气体吸收时 y B E yb ya A O xa xb x MM M1DFCC F 思考：思考：根据近似梯级法判断操根据近似梯级法判断操作线距平衡线越近，则作线距平衡线越近，则NOG如如何变化？何变化？操作线越靠近平衡线，梯级数操作线越靠近平衡线，梯级数越多，故越多，故NOG越大。越大。57习题课mabOGyyyN SyyyySSNaaabOG1ln11 aabbyxxGLy aKGHyOG OGOGNHh 0min)0 . 22 . 1( GLGL汇总：汇总：或58习题课指指吸吸收收设设备备和和流流程程已已给给定定，考考察察操操作作条条件件的的变变化化对对吸吸收收效效果果

40、的的影影响响 操操作作型型设设计计型型指吸收任务给定，求塔径、塔高等。指吸收任务给定，求塔径、塔高等。 ya xa G yb L xb操作条件：操作条件：u气液流量、气液流量、u气液进口浓度、气液进口浓度、u操作温度、压力等操作温度、压力等59设计型举例【例例1】常压下，用煤油从苯蒸汽和空常压下，用煤油从苯蒸汽和空气混合物中吸收苯，吸收率为气混合物中吸收苯，吸收率为99%，混合气量为混合气量为53kmol/h。入塔气中含苯。入塔气中含苯2%（体积（体积%），入塔煤油中含苯），入塔煤油中含苯0.02%（摩尔分率）。溶剂用量为最小（摩尔分率）。溶剂用量为最小用量的用量的1.5倍，在操作温度倍，在操

41、作温度50下，相下，相平衡关系为平衡关系为y* = 0.36x，总传质系数，总传质系数Kya=0.015kmol/(m3 s)，塔径为，塔径为1.1米。米。试求所需填料层高度。试求所需填料层高度。 ya xa=0.02% =99% D=1.1m G= 53kmol/h L yb=0.02 xb 溶剂用量溶剂用量为最小用为最小用量的量的1.5倍倍y* = 0.36x60设计型举例OGOGNHh 0min5 . 1 GLGL 3600412D m03. 1015. 036001 . 141532 ya xa=0.02% =99% D=1.1m G= 53kmol/h L yb=0.02 xb 溶剂

42、用量溶剂用量为最小用为最小用量的量的1.5倍倍y* = 0.36x OGHaKGy【解解】 属于低浓气体吸收属于低浓气体吸收 bayy 1 0002. 0%99102. 01 bayyababxmyyyGL minGLmS 537. 0358. 05 . 1 67. 0537. 036. 0 SmxymxySSNaaabOG1ln11358. 00002. 036. 002. 00002. 002. 0 98.1167. 00002. 036. 00002. 00002. 036. 002. 067. 01ln67. 011 61设计型举例 ya xa=0.02% =99% D=1.1m G=

43、 53kmol/h L yb=0.02 xb 溶剂用量溶剂用量为最小用为最小用量的量的1.5倍倍y* = 0.36xmNHhOGOG4 .1298.1103. 10 至于用至于用“平均推动力法平均推动力法”请课下自行解算。请课下自行解算。62操作型定性分析举例【例例2】在逆流操作的填料吸收在逆流操作的填料吸收塔中，对某一低浓气体中的溶塔中，对某一低浓气体中的溶质组分进行吸收，现因故质组分进行吸收，现因故 (1)吸收剂入塔浓度变大；吸收剂入塔浓度变大； (2)吸收剂用量变小；吸收剂用量变小；而其它操作条件均不变，试分而其它操作条件均不变，试分析出塔气体、液体浓度如何变析出塔气体、液体浓度如何变化

44、？化？ ya? xa G yb L xb? 快速分析法快速分析法作图作图+ +排除法排除法吸收因数法吸收因数法 ya? L xa G yb L xb? 【解解】 (1)吸收剂入塔浓度变大吸收剂入塔浓度变大 xa变大，将使全塔浓度均变大，因此变大，将使全塔浓度均变大，因此xb也将变大。而且也将变大。而且全塔传质推动力将变小，故不利于吸收，因此，全塔传质推动力将变小，故不利于吸收，因此，ya 变大。变大。快速分析法：快速分析法：63操作型定性分析举例快速分析快速分析作图作图+ +排除法排除法吸收因数法吸收因数法【解解】 (1)吸收剂入塔浓度变大吸收剂入塔浓度变大作图作图+ +排除法排除法 y yb

45、 B 原 E ya A O x 当当 xa变大时，原、新状况下操作线变大时，原、新状况下操作线 yb不不 变变 、xa变变 大大Kya 不变，不变，aKGHyOG 不变不变。L/G不变不变 ya? xa G yb L xb? 影响因素：影响因素：流动状况、物系、流动状况、物系、 填料特性和操作条件填料特性和操作条件与与h0不变相矛盾，故假设不变相矛盾，故假设不成立。不成立。 a假设假设ya不变不变b假设假设ya变小变小作图知此作图知此时操作线时操作线为红线，为红线，可见可见NOG h0 1 y-y* 0 ya yb y 传质单元数传质单元数 64操作型定性分析举例快速分析快速分析作图作图+ +

46、排除法排除法吸收因数法吸收因数法【解解】 (1)吸收剂入塔浓度变大吸收剂入塔浓度变大作图作图+ +排除法排除法Kya 不变，不变，aKGHyOG 不变不变。 ya? xa G yb L xb? 与与h0不变相矛盾，故假设不变相矛盾，故假设不成立。不成立。 b假设假设ya变小变小作图知此时操作线为作图知此时操作线为红线，可见红线，可见NOG h0 y yb B 原 E ya A O x 当 xa变大时，原、新状况下操作线 因此，因此，ya只能只能 1 y-y* 0 ya yb y 传质单元数传质单元数 65操作型定性分析举例快速分析快速分析作图作图+ +排除法排除法吸收因数法吸收因数法【解解】

47、(1)吸收剂入塔浓度变大吸收剂入塔浓度变大作图作图+ +排除法排除法 ya? xa G yb L xb? y yb B 原 E ya A O x 当xa变大时，原、新状况下操作线 关于关于xb：与与ya的分析类似的分析类似 假设假设xb不变、变小，作不变、变小，作图可知图可知NOG将变小，故将变小，故h0将变小，与将变小，与h0 一定相矛盾，一定相矛盾，因此，因此， xb 1 y-y* 0 ya yb y 传传质质单单元元数数 66操作型定性分析举例【解解】 (1)吸收剂入塔浓度变大吸收剂入塔浓度变大吸收因数法：吸收因数法： ya? xa G yb L xb? NOG与（yb-mxa）/（ya

48、-mxa）关系曲线 NOG（yb-mxa）/（ya-mxa） S增大增大由题意可知：由题意可知：不不变变LmGS 不变不变aKGHyOG NOGh0/HOG不变不变不不变变aaabmxymxy 由右图可知，由右图可知，又又xa变大，故变大，故ya变大变大快速分析快速分析作图作图+ +排除法排除法吸收因数法吸收因数法67操作型定性分析举例【解解】 (1)吸收剂入塔浓度变大吸收剂入塔浓度变大 ya? xa G yb L xb? NOG与（yb-mxa）/（ya-mxa）关系曲线 NOG（yb-mxa）/（ya-mxa） S增大增大至于至于xb：仍需用排除法判定（略）。仍需用排除法判定（略）。快速分

49、析快速分析作图作图+ +排除法排除法吸收因数法吸收因数法68操作型定性分析举例快速分析快速分析作图作图+ +排除法排除法吸收因数法吸收因数法建议：建议：上述三种方法中，首先推荐使用上述三种方法中，首先推荐使用“快速分析法快速分析法”；如果此法不行，建议使用；如果此法不行，建议使用“吸收因数法吸收因数法”；如果还不；如果还不行，再使用行，再使用“作图排除法作图排除法”。69操作型定性分析举例【解解】 (2)当吸收剂用量变小时当吸收剂用量变小时 吸收剂用量变小时，不利于吸收，因此，吸收剂用量变小时，不利于吸收，因此，ya变大。变大。 ya? L xa G yb L xb? 快速分析法：快速分析法：

50、快速分析快速分析作图作图+ +排除法排除法吸收因数法吸收因数法 至于至于xb的变化，可以这样理解：的变化，可以这样理解：L ，将，将导致全塔液相浓度变大，故导致全塔液相浓度变大，故xb 。70操作型定性分析举例【解解】 (2)当吸收剂用量变小时当吸收剂用量变小时吸收因数法：吸收因数法：快速分析快速分析作图作图+ +排除法排除法吸收因数法吸收因数法由题意可知：由题意可知：变大变大LmGS 变大或不变变大或不变aKGHyOG NOGh0/HOG变小或不变变小或不变变变小小aaabmxymxy 由右图可知，由右图可知，ya NOG与（yb-mxa）/（ya-mxa）关系曲线 NOG（yb-mxa）/

51、（ya-mxa） S增大增大 ya? L xa G yb L xb? Kya变小或不变变小或不变71操作型定性分析举例【解解】 (2)当吸收剂用量变小时当吸收剂用量变小时快速分析快速分析作图作图+ +排除法排除法吸收因数法吸收因数法至于至于xb： 仍需用排除法判定仍需用排除法判定 y yb B 原 E ya A O x OLOLNHh0作作图图知知，NOG ，NOL OLOLNHh0a假设假设xb不变不变b假设假设xb变小变小 1 x*-x 0 xa xb x 传传质质单单元元数数 ，NOL 作图知，作图知，NOG 与与h0不变相矛盾，故假设不成立。不变相矛盾，故假设不成立。 与与h0不变相矛

52、盾，故假设不成立。不变相矛盾，故假设不成立。 bx72操作型定性分析举例快速分析快速分析作图作图+ +排除法排除法吸收因数法吸收因数法 y yb B 原 E ya A O x 【练习练习】 在逆流操作的填料吸收塔中，对某一低浓气体中的溶质在逆流操作的填料吸收塔中，对某一低浓气体中的溶质组分进行吸收，现因故组分进行吸收，现因故 （1）气体入塔浓度）气体入塔浓度yb变小，变小， （2）G变小，变小，而其它操作条件均不变，试分析出塔气体浓度而其它操作条件均不变，试分析出塔气体浓度ya 、液体浓、液体浓度度xb如何变化？如何变化？73操作型定性分析举例快速分析快速分析作图作图+ +排除法排除法吸收因数

53、法吸收因数法（1）气体入塔浓度）气体入塔浓度yb变小变小快速分析法：快速分析法：yb ，ya必必 。yb ，将导致入塔溶质量减少，且传质推，将导致入塔溶质量减少，且传质推动力变小，因而传质量变小，故动力变小，因而传质量变小，故xb 。吸收因数法：吸收因数法：不变不变SL/G 不不变变不不变变mKya 不变，不变，aKGHyOG 不变不变。不不变变OGOGHhN0 查图可知：查图可知：不变不变 aaabyyyy ay至于至于xb的变化仍需用作图的变化仍需用作图+排除法排除法74 y yb B 原 E ya A O x 操作型定性分析举例快速分析快速分析作图作图+ +排除法排除法吸收因数法吸收因数

54、法（1）气体入塔浓度）气体入塔浓度yb变小变小吸收因数法：吸收因数法：关于关于xb：排除法：排除法 假设假设xb不变、变大，作不变、变大，作图可知图可知NOG将变大，故将变大，故h0将变大，与将变大，与h0 一定相矛盾，一定相矛盾，因此，因此， xb将变小。将变小。75操作型定性分析举例快速分析快速分析作图作图+ +排除法排除法吸收因数法吸收因数法（2）G变小变小快速分析法：快速分析法：G ，将导致入塔溶质量减少，因而传质量变小，故，将导致入塔溶质量减少，因而传质量变小，故xb 。 至于至于ya的变化不好判断。的变化不好判断。76操作型定性分析举例快速分析快速分析作图作图+ +排除法排除法吸收

55、因数法吸收因数法（2）G变小变小吸收因数法：吸收因数法：由题意可知：由题意可知： LmGS 10mGaKGHmyOGNOGh0/HOG变大变大变变大大aaabmxymxy 由右图可知，由右图可知，ya NOG与（yb-mxa）/（ya-mxa）关系曲线 NOG（yb-mxa）/（ya-mxa） S增大增大至于至于xb的变化仍需用作图的变化仍需用作图+排除法排除法77 1 x*-x 0 xa xb x 传质单元数传质单元数 操作型定性分析举例快速分析快速分析作图作图+ +排除法排除法吸收因数法吸收因数法（2）G变小变小 y yb B 原 E ya A O x OLOLNHh0a假设假设xb不变、

56、不变、，NOL 作图知，作图知，NOG 与与h0不变相矛盾，故假设不成立。不变相矛盾，故假设不成立。 假设假设xb变大变大 bx78操作型问题计算 ya xa=0 =95% ? G L yb xb 1 . 2 GLy=1.18xKya G0.8气体气体流量流量增加增加20%【例例3】某吸收塔在某吸收塔在101.3kPa、293K下用清水逆流吸收丙下用清水逆流吸收丙酮酮空气混合气体（可视为低浓气体）中的丙酮。当操作空气混合气体（可视为低浓气体）中的丙酮。当操作液气比为液气比为2.1时，丙酮回收率可达时，丙酮回收率可达95%。已知物系平衡关系。已知物系平衡关系为为y=1.18x，吸收过程大致为气膜

57、控制，气相总传质系数，吸收过程大致为气膜控制，气相总传质系数Kya G0.8。今气体流量增加。今气体流量增加20%，而液量及气液进口浓度，而液量及气液进口浓度不变，试求：不变，试求： （1）回收率变为多少？）回收率变为多少？ （2）单位时间内被吸收的丙酮量增加多少倍？）单位时间内被吸收的丙酮量增加多少倍？气膜控制气膜控制【解解】（1 1）回收率变为多少？）回收率变为多少？分析：分析：气体流量增加，则导致气体流量增加，则导致被吸收的丙酮量增被吸收的丙酮量增加，加，ya ，故回收率将变小。，故回收率将变小。79操作型问题计算 ya xa=0 =95% ? G L yb xb 1 . 2 GLy=1

58、.18xKya G0.8气体气体流量流量增加增加20%气膜控制气膜控制56. 01 . 218. 1 GLmS SSSNOG 111ln11 1 . 556. 095. 01156. 01ln56. 011 04. 12 . 12 . 0 96. 004. 11 原工况下：原工况下： 2 . 0 GGHHOGOGOGOGOGOGHHNN 9 . 4 OGN672. 056. 02 . 12 . 1 GLmGLmS SSSNOG 111ln11bayy 1 9 . 4 %4 .92 新工况下：新工况下： 80操作型问题计算 ya xa=0 =95% ? G L yb xb 1 . 2 GLy=1

59、.18xKya G0.8气体气体流量流量增加增加20%（2 2）单位时间内被吸收的丙酮量增加多少倍？）单位时间内被吸收的丙酮量增加多少倍？ 倍倍17.195.0924.02.12.1 ababyyGyyG 可见，单位时间内被吸收的丙酮量增加了可见，单位时间内被吸收的丙酮量增加了1720%，即，即被吸收的丙酮量增大幅度小于气体流被吸收的丙酮量增大幅度小于气体流量增大幅度。量增大幅度。返回目录返回目录81第四节 二元低浓气体吸收（或脱吸）的计算五、高浓气体吸收五、高浓气体吸收特点特点：(2)气相流率气相流率G(3)气相传质系数气相传质系数 不可忽略。平衡线可能不为直线。不可忽略。平衡线可能不为直线

60、。 溶解热导致液相温度升高，相平衡常数增大，不利于吸收。溶解热导致液相温度升高，相平衡常数增大，不利于吸收。(1)全塔物料衡算式全塔物料衡算式 aabBSbYXXGLY 仍可用仍可用,沿塔高有明显变化沿塔高有明显变化液相流率液相流率L，则仍可作为常数。则仍可作为常数。,在全塔范围内不再为一常数，在全塔范围内不再为一常数，液相传质系数液相传质系数，由于液相流率变化不显著，则仍可作为常数。，由于液相流率变化不显著，则仍可作为常数。(4)热效应对相平衡关系的影响热效应对相平衡关系的影响akmakaKxyy 11 底底顶顶底底顶顶xxakLxdyyakGydHixiy(5)填料层高度的计算式填料层高度