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1、第七章 气体吸收寻计蚂铸靴凌东募汹枉令棒羹剂蹿黎贝胖嘴酮佐领免氮鲜喘卢发妒匪泌佣七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20241 1projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao概述概述概述概述（IntroductionIntroduction） 利用混合气体中各组分(component)在液体中溶解度溶解度(solubility)的差异的差异而分离气体混合物的单元操作称为吸收吸收。吸收操作时某些易溶组分进入液相形成溶液(solution)，不溶或难溶组分仍留在气相(gas phase)，从而实现混合气体的分离。 气体吸收是混合气体中某些组分在气液相界面
2、上溶解、在气相和液相内由浓度差浓度差推动的传质过程传质过程。吸收剂气体yx界面气相主体 液相主体 相界面气相扩散 液相扩散 yi xi 坝怜爸凄虽拿疤汤铀模司斤捻掳雇既堰羞刮胀橱壤塘仅弛定负糟岗纱磁链七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20242 2projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao概述概述概述概述（IntroductionIntroduction）吸收质或溶质吸收质或溶质(solute)：混合气体中的溶解组分，以A表示。惰性气体惰性气体(inert gas)或载体或载体：不溶或难溶组分，以B表示。吸收剂吸收剂(absorbent)：吸收操
3、作中所用的溶剂，以S表示。吸收液吸收液(strong liquor)：吸收操作后得到的溶液，主要成分为溶剂S和溶质A。吸收尾气吸收尾气(dilute gas)：吸收后排出的气体，主要成分为惰性气体B和少量的溶质A。 吸收过程在吸收塔吸收塔中进行，逆流操作吸收塔示意图如右所示。 吸收塔混合尾气混合尾气(A+B)吸收液吸收液(A+S)吸收剂吸收剂(S)吸收尾气吸收尾气(A+B)开怕丧称磨臻塔弹略槽几钢潍萝彦俱虑召旋亥砰票江按孟椭筋赢喳茄撬崎七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20243 3projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao概述概述概述概述（In
4、troductionIntroduction）一、吸收操作的用途一、吸收操作的用途：(1) 制取产品制取产品 用吸收剂吸收气体中某些组分而获得产品。如硫酸吸收SO3制浓硫酸，水吸收甲醛制福尔马林液，用水吸收氯化氢制盐酸等 。 (2) 分离混合气体分离混合气体 吸收剂选择性地吸收气体中某些组分以达到分离目的。例如石油馏分裂解生产出来的乙烯、丙烯，还与氢、甲烷等混在一起，可用分子量较大的液态烃把乙烯、丙烯吸收，使与甲烷、氢分离开来 。 (3) 气体净化气体净化 一类是原料气的净化，即除去混合气体中的杂质，如合成氨原料气脱H2S、脱CO2等；另一类是尾气处理和废气净化以保护环境，如燃煤锅炉烟气，冶炼
5、废气等脱除SO2，硝酸尾气脱除NO2等。 脾紧篇衅炒锋莽援斤此浆晓白槐征崔惰豌弊驾耽供哎篱蛙誉寇肥估尹衍卤七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20244 4projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao概述概述（Introduction）二、吸收操作的分类二、吸收操作的分类物理吸收物理吸收(physical absorption)：吸收过程溶质与溶剂不发生显著的化学反应，可视为单纯的气体溶解于液相的过程。如用水吸收二氧化碳、用水吸收乙醇或丙醇蒸汽、用洗油吸收芳烃等。化学吸收化学吸收(chemical absorption)：溶质与溶剂有显著的化学反应发
6、生。如用氢氧化钠或碳酸钠溶液吸收二氧化碳、用稀硫酸吸收氨等过程。化学反应能大大提高单位体积液体所能吸收的气体量并加快吸收速率。但溶液解吸再生较难。 单组分吸收单组分吸收：混合气体中只有单一组分被液相吸收，其余组分因溶解度甚小其吸收量可忽略不计。多组分吸收多组分吸收：有两个或两个以上组分被吸收。溶解热：气体溶解于液体时所释放的热量。化学吸收时，还会有反应热。非等温吸收非等温吸收：体系温度发生明显变化的吸收过程。等温吸收等温吸收：体系温度变化不显著的吸收过程。说患币较唬秤耍篙锤读祖枯撵甜跨搂鸽矛唁耳陡唤兔买往览淮硝艳戏严骋七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20245 5proje
7、cts of Dr.Haoprojects of Dr.Hao本章以分析单组分的等温物理吸收单组分的等温物理吸收单组分的等温物理吸收单组分的等温物理吸收为重点，以便掌握最基本的原理。 气体吸收是物质自气相到液相自气相到液相的转移，这是一种传质过程传质过程。混合气体中某一组分能否进入溶液里，既取决于该组分的分压分压，也取决于也取决于溶液里该组分的平衡蒸汽压溶液里该组分的平衡蒸汽压。如果混合气体中该气体的分压大于溶液的平衡蒸汽压，这个组分便可自气相转移至液相，即被吸收。由于转移的结果，溶液里这个组分的浓度便增高，它的平衡蒸汽压也随着增高，到最后，可以增高到等于它在气相中的分压，传质过程于是停止，这
8、时称为气液两相达到平衡气液两相达到平衡。反之，如果溶液中的某一组分的平衡蒸汽压大于混合气体中该组分的分压，这个组分便要从溶液中释放出来，即从液相转移到气相，这种情况称为解吸（或脱吸）解吸（或脱吸）。所以根据两相的平衡关系平衡关系可以判断传质过程的方向与极限传质过程的方向与极限，而且，两相的浓度距离平衡愈远距离平衡愈远，则传质的推动力愈大，传质速率也愈推动力愈大，传质速率也愈大大。吸收操作的分析，应该从应该从气液两相的平衡关系与传质速率关系着气液两相的平衡关系与传质速率关系着手手，本章各节即如此展开讨论。赤暇层塞毖慷哈拜凸脓除差态奏夜慕阶搞隆盈崖嫌移砸靖鹰契谦赛腮条抽七章气体吸收七章气体吸收7/
9、25/20247/25/20246 6projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao气液两相的接触方式连续接触(也称微分接触)：气、液两相的浓度呈连续变化。如填料塔。级式接触：气、液两相逐级接触传质，两相的组成呈阶跃变化。 如板式塔。散装填料塑料鲍尔环填料规整填料 塑料丝网波纹填料 秤清酱磋奶伎俞做缎两艾阂萍裸塘行僻巴锣劣沫螟简普仅锌腐耳害钉颓舶七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20247 7projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao蒸馏与吸收操作对比蒸馏与吸收操作对比 蒸馏改变状态参数产生第二相，吸收从外界引入另一相形
10、成两相系统；蒸馏直接获得轻、重组分，吸收混合液经脱吸才能得到较纯组分；蒸馏中气相中重组分向液相传递，液相中轻组分向气相传递，是双相传递双相传递；吸收中溶质分子由气相向液相单相传递单相传递，惰性组分及溶剂组分处于“停滞”状态。 身戊搜南蝉象衫搞迢眷畔黄豫菲钠蝎晨恍宠语谰航亢鉴沂碱补券哪盂吉粥七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20248 8projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao第一节 气液相平衡 211 气体的溶解度气体吸收的平衡关系指气体在液体中的溶解度。如果把氨气和水共同封存在容器中，令体系的压力和温度维持一定，由于氨易溶于水，氨的分子便穿越
11、两相界面进入水中，但进到水中的氨分子也会有一部分返回气相，只不过刚开始的时候进多出少。水中溶解的氨量越多，浓度越大，氨分子从溶液逸出的速率也就越大，直到最后，氨分子从气相进入液相的速率便等于它从液相返回气相的速率，氨实际上便不再溶解进水里，溶液的浓度也就不再变化，这种状态称为相际动平衡，相际动平衡，简称相平衡或平衡简称相平衡或平衡。 砖舆暇跺颗瑰费志柑聚就褪砖诚砾柳海砰墓亭舶时黍诈凹凸盘酪臼肃灌剿七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20249 9projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao气体的溶解度在温度和压力一定的条件下，平衡时的气、液相组成具有
12、一一对应关系。平衡状态下气相中溶质的分压称为平衡分压或饱和分压平衡状态下气相中溶质的分压称为平衡分压或饱和分压，与之对应的液相浓度称为平衡浓度或气体在液体中的溶解溶解度度。这时溶液已经饱和，即达到了它在一定条件下的溶解度，也就是指气体在液相中的饱和浓度，习惯上以单位质量（或体积）的液体中所含溶质的质量来表示，也表明一定条件下吸收过程可能达到的极限程度。 在一定温度下达到平衡时，溶液的浓度随气体压力的增加溶液的浓度随气体压力的增加而增加而增加。如果要使一种气体在溶液中里达到某一特定的浓度，必须在溶液上方维持较高的平衡压力。气体的溶解度与温度有关，一般来说，温度下降则气体的温度下降则气体的溶解度增
13、高溶解度增高。 挚炉撞销汤拼兄汐二锚副侩散困铅信训咐狸搭藐糯猿屉手亩返龟者柠襄巨七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20241010projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao溶解度曲线：在一定温度、压力下，平衡时溶质在气相和液相中的浓度的关系曲线。例：图2-2，2-3，2-4。 溶解度/g(NH3)/1000g(H2O)1000500020406080100120pNH3/kPa50 oC40 oC30 oC20 oC10 oC0 oC120溶解度/g(SO2)/1000g(H2O)250200020406080100pSO2/kPa1501005
14、012050 oC40 oC30 oC20 oC10 oC0 oC在相同条件下，NH3 在水中的溶解度较 SO2 大得多。用水作吸收剂时，称 NH3 为易溶气体，SO2为中等溶解气体，溶解度更小的气体则为难溶气体(如O2 在 30 和溶质的分压为 40kPa 的条件下，1kg 水中溶解的质量仅为 0.014g)。 陌举剿膛舆壬刹由价愧谱汾质梨函辫吏绥勋链椰居软舵烯石济殆昼甚丙靛七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20241111projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao2 1 2 2 1 2 亨利定律（亨利定律（亨利定律（亨利定律（Henrys l
15、awHenrys law） 当总压不太高时，一定温度下的稀溶液的溶解度曲线近似为直线，即溶质在液相中的溶解度与其在气相中的分压成正比。式中： p* 溶质在气相中的平衡分压，kPa； x 溶质在液相中的摩尔分数； E 亨利系数，kPa。 亨利定律亨利系数的值随物系的特性及温度而异；物系一定，E 值一般随温度的上升而增大；E 值的大小代表了气体在该溶剂中溶解的难易程度；在同一溶剂中，难溶气体 E 值很大，易溶气体 E 值很小；E 的单位与气相分压的压强单位一致。瑞版沫遣反瞪惯隘贿职悯隶湘烯迷饿棕蚤锨罐锰肢膏探吞饶胞稿魁砧拘誊七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20241212pro
16、jects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao亨利定律（亨利定律（亨利定律（亨利定律（Henrys Henrys Henrys Henrys lawlawlawlaw） 当气、液相溶质浓度用其它组成表示法表示时，通过浓度换算可得其它形式的亨利定律。常用的形式有 y* 与组成为 x 的液相呈平衡的气相中溶质的摩尔分数；c 溶质在液相中的摩尔浓度，kmol/m3；m 相平衡常数；H 溶解度系数；kmol/(m3kPa)； 三个比例系数之间的关系：式中 cm 为溶液的总浓度（kmol/m3）。对于稀溶液，因溶质的浓度很小，因此 cm = / Ms ，其中 为溶液的密度，Ms 为溶
17、剂的摩尔质量。 狈临投倔两胜岳勋蓖剑贞樱莱快挛积瘟颤公蒲冲肘徊笑讹汪夺斯狡氛艺历七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20241313projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao亨利定律（亨利定律（亨利定律（亨利定律（Henrys lawHenrys lawHenrys lawHenrys law） 在低浓度气体吸收计算中，通常采用基准不变的摩尔比 Y（ 或 X ）表示组成。 以摩尔比表示组成的相平衡关系 X 溶质在液相中的摩尔比浓度；Y* 与X 呈平衡的气相中溶质的摩尔比浓度。当 m 趋近 1 或当 X 很小时班鹤厚吟灶盏殉偷靠受吻楔熟娠浴室肌僳远霞
18、猪至翁廉数兑躁焚页蕴工蚌七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20241414projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao213 213 吸收剂的选择吸收剂的选择吸收剂的选择吸收剂的选择吸收剂性能的优劣，是决定吸收操作效果是否良好的关键。如果吸收的目的是制取某种溶液作成品，例如用HCl气生产盐酸，吸收剂只能用水，自然没有选择的余地，但如果目的在于把一部分气体从混合物中分离出来，便应考虑选择合用的吸收剂问题。 溶解度大溶解度大 吸收剂的选择主要考虑的是溶解度溶解度，溶解度大则吸收剂用量少，吸收速率也大，设备的尺寸便小；选择性好选择性好 很显然，吸收剂对溶
19、质气体的溶解度既要大，对混合气体中其他组分的溶解度却要小或基本上不溶，这样才能进行有效的分离，满足这一要求称为选择性选择性好；挥发度要小挥发度要小 吸收剂的挥发度要小挥发度要小，即在操作温度下它的蒸汽压要低，经过吸收后的气体在排出时，往往为吸收剂蒸汽所饱和，吸收剂的挥发度高，其损失量便大。此外所选用的溶剂尽可能满足无腐蚀性，粘度小，无毒，不燃，价廉无腐蚀性，粘度小，无毒，不燃，价廉易得易得等条件。 镀燥默话怕戍镣匠课而循纫歇五季缠效仿曝稍恕滓垂杜义虫咬玻闻鼻局业七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20241515projects of Dr.Haoprojects of Dr.
20、Hao第二节 传质机理与吸收速率 平平衡衡关关系系只能回答混合气体中溶溶质质气气体体能能否否进进入入液液相相这个问题，至至于于进进入入液液相相速速率率大大小小，却无法解决，后者属于传传质质的的机机理理问问题题。本节的内容是结合吸收操作来说明传传质质的的基基本本原原理理，并导出传传质质的的速速率率关关系系，作为分析吸收操作与计算吸收设备的依据。气体吸收是溶质先从气相主体扩散到气液界面，再从气液界面扩散到液相主体的传质过程。 绘的畸申眼癸掸涝漳邑箍叉庄潜品帆堕好搓初辰苑讯逾姿慢毯做似凯刻纲七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20241616projects of Dr.Haopro
21、jects of Dr.Hao221 221 气液相际传质理论气液相际传质理论气液相际传质理论气液相际传质理论相对于气相浓度 y 而言，液相浓度欠饱和(xy*)，溶质 A 由气相向液相转移。一、传质过程的方向一、传质过程的方向一、传质过程的方向一、传质过程的方向 气、液相浓度(y,x)在平衡线上方(P点)：yxoy*=f(x)Pyxy*结论：若系统气、液相浓度(y,x)在平衡线上方，则体系将发生从气相到液相的传质，即吸收过程。x*释放溶质吸收溶质镰嗣肖腊机螟里蚤霍法洗吏辖隋利嫩辰锈叛御步惕桅硼泌严寒卸挽窍解尉七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20241717projects
22、of Dr.Haoprojects of Dr.Hao相对于气相浓度而言实际 液 相 浓 度 过 饱 和(xx*)，故液相有释放溶质 A 的能力。相对于液相浓度 x 而言气 相 浓 度 为 欠 饱 和(yy*)，溶质 A 由液相向气相转移。传质过程的方向传质过程的方向气、液相浓度(y,x)在平衡线下方(Q点)：yxoy*=f(x)Qyxy*结论：若系统气、液相浓度(y,x)在平衡线下方，则体系将发生从液相到气相的传质，即解吸过程。x*释放溶质吸收溶质馏椰贝归追蓖妮村勿闺矗均弥宙掌敲排减盖屑咖芒戳桐笋拖蔓非啮商刮奄七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20241818project
23、s of Dr.Haoprojects of Dr.Hao相对于气相浓度而言液相 浓 度 为 平 衡 浓 度(x=x*)，故液相不释放或吸收溶质 A。相对于液相浓度 x 而言气相浓度为平衡浓度(y=y*)，溶质 A 不发生转移。传质过程的方向传质过程的方向气、液相浓度(y,x)处于平衡线上(R点)：yxoy*=f(x)Ryxy*结论：若系统气、液相浓度(y,x)处于平衡线上，则体系从宏观上讲将不会发生相际间的传质，即系统处于平衡状态。x*蔬斋嫉穆冰昆爬循阳抱湿灾扶考下蝉辊舅磊瓮矫卵漂颖承攘灵赵温郧讯沁七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20241919projects of D
24、r.Haoprojects of Dr.Hao二、传质过程的限度二、传质过程的限度 对吸收而言：若保持液相浓度 x 不变，气相浓度 y 最低只能降到与之相平衡的浓度 y*，即 ymin=y*；若保持气相浓度 y 不变，则液相浓度 x 最高也只能升高到与气相浓度 y 相平衡的浓度 x*，即 xmax=x*。yxoy*=f(x)Pyxy*x*友熊帜痰醋徒膳挨背负弯滤猪甩寺色想丧礁搞掀格避阅紧据熬毡猜石诉盆七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20242020projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao传质过程的限度传质过程的限度 yxoy*=f(x)Qyx
25、y*x*对解吸而言：若保持液相浓度 x 不变，气相浓度 y 最高只能升到与之相平衡的浓度 y*，即 ymax=y*；若保持气相浓度 y 不变，则液相浓度 x 最高也只能降到与气相浓度 y 相平衡的浓度 x*，即 xmin=x*。折酿吸屉淄昧秘览越添座惩宜作钎碍宜郧揣饶纷梢炎颂绽鼓珍晰扭纸租根七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20242121projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao传质推动力的表示方法可以不同，但效果一样。 (x*-x)：以液相摩尔分数差表示的传质推动力。 对吸收过程：(y-y*)：以气相摩尔分数差表示的传质推动力；三、传质过程的
26、推动力三、传质过程的推动力未达平衡的两相接触会发生相际间传质(吸收或解吸)，离平衡浓度越远，过程传质推动力越大，传质过程进行越快。方法：用气相或液相浓度远离平衡的程度来表征气液相际传质过程的推动力。yxoy*=f(x)Pyxy*x*（y-y*）（x*-x）昧盲恕葛死汕秸杉涎备宪樊他舀晨渴锯毕摧嚣雌粟陈赛泪盘铁叼独句淡蚊七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20242222projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao四、吸收传质理论四、吸收传质理论 吸收过程是溶质由气相向液相转移的相际传质过程，可分为三个步骤： 气相主体 液相主体 相界面溶解气相扩散 液
27、相扩散 (1) 溶质由气相主体扩散至两相界面气相侧(气相内传质)；(2) 溶质在界面上溶解(通过界面的传质)；(3) 溶质由相界面液相侧扩散至液相主体(液相内传质)。 詹陛漠翻桐灯罩部锦是削腿拼介户旋世术键鹿呐哇戌载海痉铝脾鳞尘星堰七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20242323projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao双膜理论双膜理论 由W.K.Lewis 和 W.G.Whitman 在上世纪二十年代提出，是最早出现的传质理论。双膜理论的基本论点是： (1) 相互接触的两流体间存在着稳定的相界面，界面两侧各存在着一个很薄（等效厚度分别为 1
28、和 2 ）的流体膜层。溶质以分子扩散方式通过此两膜层。(2) 相界面没有传质阻力，即溶质在相界面处的浓度处于相平衡状态。(3) 在膜层以外的两相主流区由于流体湍动剧烈，传质速率高，传质阻力可以忽略不计，相际的传质阻力集中在两个膜层内。 气相主体 液相主体 相界面pi = ci / Hp 12pi ci c 气膜液膜寒挖辕澳燎云番庆兼霉俗沤屋裸赢漏纽洁凹爽炳膝涟锌被哀载肘仁腋思眉七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20242424projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao双膜理论双膜理论 两相相内传质速率可用下面的形式表达为： DG、DL 溶质组分在
29、气膜与液膜中的分子扩散系数；P/pBm 气相扩散漂流因子；cm/cBm 液相扩散漂流因子；1、2 界面两侧气液相等效膜层厚度，待定参数。 双膜理论将两流体相际传质过程简化为经两膜层的稳定分子扩散的串联过程。对吸收过程则为溶质通过气膜和液膜的分子扩散过程。 枕噎析孝蹦广衔邑协速蹬尔齿舱潦厘眯窜坚偏谩坝竞原枪林若墩甚爆逊期七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20242525projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao双膜理论双膜理论双膜理论双膜理论 按双膜理论，传质系数与扩散系数成正比，这与实验所得的关联式地结果相差较大；由此理论所得的传质系数计算式形式
30、简单，但等效膜层厚度 1 和 2 以及界面上浓度 pi 和 ci 都难以确定；双膜理论存在着很大的局限性，例如对具有自由相界面或高度湍动的两流体间的传质体系，相界面是不稳定的，因此界面两侧存在稳定的等效膜层以及物质以分子扩散方式通过此两膜层的假设都难以成立；该理论提出的双阻力概念，即认为传质阻力集中在相接触的两流体相中，而界面阻力可忽略不计的概念，在传质过程的计算中得到了广泛承认，仍是传质过程及设备设计的依据；本书后续部分也将以该理论为讨论问题的基础。 窒负慷画侵淡拒软网装榜促接着扇憾燎邱草温谆抓韦贰欢亏浩醛口诊跪茂七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20242626proje
31、cts of Dr.Haoprojects of Dr.Hao222 吸收速率方程式吸收速率方程式吸收设备中进行的传质过程为吸收过程吸收过程，其传质速率即为吸收速率吸收速率，所对应的传质速率方程即为吸收速率方程吸收速率方程。气体吸收因过程的复杂性，传质速率(吸收速率)一般难以理论求解，但遵循现象方程所描述的物理量传递的共性规律。根据推动力及阻力可写出速率关系式，单独根据气膜或液膜的推动力及阻力写出的速率关系式称为气膜或液膜吸收气膜或液膜吸收速率方程式速率方程式，相应的吸收系数称为膜系数或分系数膜系数或分系数，用k表示，与传热中的对流传热系数相当。 减帖辨唯钝枫应呀君辞绷郑邢滤眺传蓄万降终戮洼隔
32、缚羡煤惟蝶锗墩壕靖七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20242727projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao传质速率方程传质速率方程 气相(气膜)传质速率方程对于稳定吸收过程，可根据双膜理论建立相际传质速率方程(总传质速率方程)。类似于间壁式对流传热速率方程。 由于混合物的组成可用多种方式表示，对应于每一种表达法都有与之相应的传质速率方程。 液相(液膜)传质速率方程抹豫见汁罢浙强绪化施琉句穗辙财话窒淡庄绊衫钩渡举曳滑珊朽坛狙熬驰七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20242828projects of Dr.Haoproject
33、s of Dr.Hao一、气相传质速率方程一、气相传质速率方程kg 推动力为分压差的气相传质系数，kmol/(sm2kPa)；ky 推动力为摩尔分率之差的气相传质系数，kmol/(sm2)；kY 推动力为摩尔比浓度差的气相传质系数，kmol/(sm2)；p、y、Y 溶质A在气相主体的分压(kPa)、摩尔分率和摩尔比；pi 、yi、Yi 溶质A在界面气相侧的分压(kPa)、摩尔分率和摩尔比。 气相传质速率方程常用的表达形式有三种 婚酮丰斋雕联前坪亮享窗尼颂狸邢侠痕阅斯辣及祖秀苍嫂赤墓毛害厘函驾七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20242929projects of Dr.Hao
34、projects of Dr.Hao气相传质速率方程气相传质速率方程不同形式的传质速率方程物理意义一样，都代表单位时间内通过单位界面面积传递的溶质 A 的量；传质系数与传质推动力的表达方式有关，其倒数表达的是气相传质阻力；注意：不同单位的传质系数数值不同，但可根据组成表示法的相互关系进行换算。例：当气相总压不很高时，根据道尔顿分压定律 p=Py，有 对 y 值较小的低浓度吸收： 搏腰贡潜折您锋引框点阔玄奠帝厌辕依蹄要继啮昔斡昭飞狡百果火咽秉礁七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20243030projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao二、液相传质速
35、率方程二、液相传质速率方程液相传质速率方程常用的表达形式也有三种 kc 推动力为摩尔浓度差的液相传质系数，m/s；kx 推动力为摩尔分率之差的液相传质系数，kmol/(sm2)；kX 推动力为摩尔比之差的液相传质系数，kmol/(sm2)；c、x、X 溶质A在液相主体的摩尔浓度、摩尔分率和摩尔比浓度；ci、xi、Xi 溶质A在界面液相侧的摩尔浓度、摩尔分率和摩尔比浓度。 搪答卑祷漆赶诀关役寥叫蹈崇愧候烙切杜俩茫沪芽挎悄枪粕坯源格突潍便七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20243131projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao液相传质速率方程液相传
36、质速率方程三个液相传质系数的倒数也分别为传质推动力以不同组成表示法表达时的液相传质阻力。同样，根据各种表示法的相互关系可推得 式中 cm 为液相的总摩尔浓度。液相浓度很低时： 哼择务店登春隧衣钉俐积综躯敦匠翰爆插墟孺搓画宪牌芭点耍阑使宏苏六七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20243232projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao三、相界面的浓度三、相界面的浓度 在气、液两相内传质速率的计算中，推动力项中含有溶质在相界面的浓度 yi 和 xi ，可用计算方法或作图法得出。计算法：对稳定的吸收过程，气、液两相内传质速率应相等。若两相浓度均以摩尔分数
37、表示，有 当 kx 和 ky 为定值时，在直角坐标系中 yixi 关系是一条过定点（x,y）而斜率为 -kx/ky 的直线。 根据双膜理论，界面处 yixi 应满足相平衡关系：若已知相平衡关系式以及气、液相传质系数 ky、kx，将上两式联立就可求得当气、液相主体摩尔分率为 y、x 时所对应的界面处气、液相摩尔分率 yi、xi。跌乖维徘泪有蓑寅灵曲舱摹涕舱蔑痹搅最奎审忆弧吊请烤诀滋抑炼瑶颤兆七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20243333projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao相界面的浓度相界面的浓度 作图法：yxoy*=f(x)斜率=-kx/
38、kyyxy*x*xiyiA气相液相相界面yi xi yi =fe(xi)yxyi、xi 为直线 与平衡线 的交点坐标，直线上 A 点坐标为与之对应的气、液主体流的摩尔分数 y、x。 衫读育扑点陈合翼泛栋铆岂萌涟弟阳箱眷投郧熙虾垦鉴劲嘘虚承谓姨排夹七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20243434projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao四、总传质速率方程四、总传质速率方程 传递过程的阻力具有加和性。若以双膜理论为依据，则吸收过程的传质总阻力是气相传质阻力与液相传质阻力之和(相界面无阻力)。总传质速率为总传质推动力(y-y*)与总的传质阻力(1/K
39、y)之比。相平衡关系为直线 对稀溶液，物系的相平衡关系服从亨利定律 y*=mx。气相： 液相： 相际： 比较可得： 页窃掸锄剧镭炯曼囱鞋靴场闰鄙舅颐呛莱甄匣振捆拘低阴剑浅暑粗蘸鞭酋七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20243535projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao总传质速率方程总传质速率方程 以气相为基准的总传质速率方程Ky 是以 (y-y*) 为推动力的总传质系数，单位为 kmol/(sm2)，其倒数为气、液两相传质总阻力。总传质系数 Ky（相际传质系数）与相内传质系数 kx、ky 的关系式，实质表达了总传质阻力 1/Ky 等于气相传质
40、阻力 1/ky 与液相传质阻力 m/kx 之和。因为总阻力 1/Ky 以气相为基准，所以液相阻力 1/kx 需乘以换算系数 m。 (yi-y*) 项是与液相传质推动力 (xi-x) 相对应的，可以看作是以气相浓度差的形式等价表示的液相传质推动力。气、液传质总推动力为两相的相内传质推动力之和。婴皑庸甭鸵伏散涩陶峭答吓亲裁蜒辜阂肪忙秦引互般藩皂莆搏悉管镁粪糯七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20243636projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao总传质速率方程总传质速率方程 如将 yi=mxi 和 y=mx* 代入式 ，可得 气相： 液相： 相际：
41、 比较可得： 以液相为基准的总传质速率方程Kx 是以(x*-x)为推动力的总传质系数，单位为kmol/(m2s)。1/Kx代表了以液相为基准的吸收传质过程的总传质阻力，是以液相为基准的气、液两相相内传质阻力之和。 霍酞芽赊坐拳沛觉奎立骤腐铜柴呛啦漏维癌贺孵末棉眯贺缘秆寡擞俱洪炽七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20243737projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao总传质速率方程总传质速率方程 对易溶气体，平衡常数 m 值小，平衡线很平，这时：传质阻力主要集中在气相，此类传质过程称为气相阻力控制过程，或称气膜控制过程。 采用总传质速率方程进行计
42、算可避开难以确定的相界面组成 xi 和 yi。这与通过间壁对流传热问题中用总传热速率方程可避开固体壁面两侧温度是相似的。 总传质阻力取决于气、液两相的传质阻力。但对一些吸收过程，气、液两相传质阻力在总传质阻力中所占的比例相差甚远，可对问题进行简化处理。巧颂指蛹恬学涵狮烧三讲著压撂驼角央魔祝拧塑拿吮涸踊测订九络茹猩飘七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20243838projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao总传质速率方程总传质速率方程 对难溶气体，平衡常数 m 值大，平衡线很陡，这时： 传质阻力主要集中在液相，此类过程称为液相阻力控制过程，或液膜控
43、制过程。 分析气、液两相中传质阻力所占的比例，对于强化传质过程，提高传质速率有重要的指导意义。例如，以气相阻力为主的吸收操作，增加气体流速，可减薄界面处气膜层的厚度，从而降低气相传质阻力，有效地提高吸收速率；而增加液体流速吸速率则不会有明显改变。 湃雇蓉蹿百讳速哼磅撬能规阔榷李泛裁压贞约妒手限舔鸣迢耀婶缎毙罪烦七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20243939projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao五、吸收传质速率方程的几种形式五、吸收传质速率方程的几种形式相平衡方程 吸收传质速率方程 总传质系数 相内或同基准的传质系数换算 相际或不同基准传质
44、系数换算 竣示牺投旨沪轴臻挎屯导利铁呈颓技刮堕啄葱竿照胸障坪锤典搏肉庆约谜七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20244040projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao第三节第三节 吸收塔的计吸收塔的计算算化工单元设备的计算，按给定条件、任务和要求的不同，一般可分为设计型计算和操作型（校核型）计算两大类。设计型计算：按给定的生产任务和工艺条件来设计满足任务要求的单元设备。操作型计算：根据已知的设备参数和工艺条件来求算所能完成的任务。两种计算所遵循的基本原理及所用关系式都相同，只是具体的计算方法和步骤有些不同而已。本章着重讨论吸收塔的设计型计算，而操
45、作型计算则通过习题加以训练。 吸收塔的设计型计算是按给定的生产任务及条件（已知待分离气体的处理量与组成，以及要达到的分离要求），设计出能完成此分离任务所需的吸收塔。座形陌晓啥恨抉淡柏犹鸡狄捆督薪趋茁穷嗡制毛肾氯午铺暇坤壶鸭蔡姿房七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20244141projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao本节讨论的重点是：按连续接触连续接触原理操作的填料塔填料塔，至于板式塔则在上一章的基础上结合吸收特点作简单讨论。 填料填加在塔内形成填料层，填料层有两个特点，一是空空隙体积隙体积所占比例相当大，便于气体在其内部迂回曲折通过并提高湍动
46、程度，二是单位体积内有很大的固体表面积单位体积内有很大的固体表面积。液体沿固体壁面呈膜状膜状流下，因而填料塔内的气液接触面比空塔内大得多。 塔内气液流动方式一般呈逆流逆流，气体自塔底通入，液体从塔顶洒下，因此溶液从塔底流出前与刚进入塔的气体相接触，可使溶液的浓度尽量提高可使溶液的浓度尽量提高。经吸收后的气体从塔顶排出前与刚入塔的液体接触，又可使出塔气体中溶质浓度尽出塔气体中溶质浓度尽量降低量降低。 吸收塔的计算吸收塔的计算吸收塔的计算吸收塔的计算闪数痪局任植练猖忌屠幕您摧滋垦溃越韩烷赂吹锁钵馁抚墩舔新唁臆津藩七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20244242projects
47、of Dr.Haoprojects of Dr.Hao吸收塔的设计中，混混合合气气体体的的处处理理量量V、进进口口浓浓度度Y1和和出出口口浓度浓度Y2（或溶质的回收率（或溶质的回收率）都是作为设计条件而规定的。都是作为设计条件而规定的。设设计计时时首首先先是是选选定定溶溶剂剂（吸吸收收剂剂），随随着着就就是是决决定定吸吸收收剂剂的的用用量量。吸吸收收剂剂用用量量与与气气体体处处理理量量之之比比（液液、气气比比）由由物物料料衡衡算与平衡关系两者结合起来决定，具体方法将于本节讨论。算与平衡关系两者结合起来决定，具体方法将于本节讨论。设设计计的的主主要要内内容容是是算算出出设设备备的的基基本本尺尺寸
48、寸，对对填填料料塔塔来来说说，就就是是设计塔径与填料层高度设计塔径与填料层高度。由由混混合合气气体体的的处处理理量量（体体积积流流率率V）与与合合理理的的气气体体线线速速度度（u）可以算出塔的截面积，由此可确定可以算出塔的截面积，由此可确定塔径（塔径（D）。塔塔径径确确定定后后，填填料料层层高高度度（Z）则则取取决决于于所所需需填填料料层层体体积积，而而所所需需的的填填料料层层体体积积又又取取决决于于所所需需的的有有效效气气液液接接触触面面积积，这这个面积主要是通过个面积主要是通过传质速率传质速率来决定的。来决定的。 吸收塔的计算吸收塔的计算吸收塔的计算吸收塔的计算躇含蛀褂中讣亲鹰的嚎攫沪啮海
49、语苑辟循夏筛汹鹊尚瞎杨鸣邱头傻颧说涩七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20244343projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao设计计算的主要内容与步骤 计算依据：物系的相平衡关系和传质速率(1) 吸收剂的选择及用量的计算；(2) 设备类型的选择；(3) 塔径计算；(4) 填料层高度或塔板数的计算；(5) 确定塔的高度；(6) 塔的流体力学计算及校核；(7) 塔的附件设计。 吸收塔的计算吸收塔的计算吸收塔的计算吸收塔的计算驱糊顽硅微溺龚俐怠阀近刹亿米沃瀑姿赊弘农清纷君子雄蔗敝腺涧但哼安七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20244
50、444projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao2 31 吸收塔的物料衡算与操作线方程吸收塔的物料衡算与操作线方程 一、物料衡算一、物料衡算一、物料衡算一、物料衡算目的：计算给定吸收任务下所需的吸收剂用量 L 或吸收剂出口浓度 X1。混合气体通过吸收塔的过程中，可溶组分不断混合气体通过吸收塔的过程中，可溶组分不断混合气体通过吸收塔的过程中，可溶组分不断混合气体通过吸收塔的过程中，可溶组分不断被吸收，故气体的总量沿塔高而变，液体也因其被吸收，故气体的总量沿塔高而变，液体也因其被吸收，故气体的总量沿塔高而变，液体也因其被吸收，故气体的总量沿塔高而变，液体也因其中不断溶
51、入可溶组分，其量也沿塔高而变。但是，中不断溶入可溶组分，其量也沿塔高而变。但是，中不断溶入可溶组分，其量也沿塔高而变。但是，中不断溶入可溶组分，其量也沿塔高而变。但是，通过塔的惰性气体量和溶剂量是不变的通过塔的惰性气体量和溶剂量是不变的通过塔的惰性气体量和溶剂量是不变的通过塔的惰性气体量和溶剂量是不变的。 迈舞凌屠茅蜜夕羊洒萎沈魄摔急嗜仰挞此付单亿根舶谢垢睦域瀑铰财林师七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20244545projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao以逆流操作的填料塔为例：以逆流操作的填料塔为例：对稳定吸收过程，单位时间内气相在塔内被吸
52、收的溶质 A 的量必须等于液相吸收的量。通过对全塔通过对全塔A A物质量作物料衡算，可得：物质量作物料衡算，可得：下标“1”代表塔内填料层下底截面，下标“2”代表填料层上顶截面。V 单单位位时时间间通通过过塔塔的的惰惰性性气气体体量量；kmol(B)/s ；L 单单位位时时间间通通过过吸吸收收塔塔的的溶溶剂剂量量；kmol(S)/s ；Y 任任一一截截面面的的混混合合气气体体中中溶溶质质与与惰惰性性气气体的摩尔比；体的摩尔比；kmol(A)/kmol(B) ； X 任任一一截截面面的的溶溶液液中中溶溶质质与与溶溶剂剂的的摩摩尔尔比；比；kmol(A)/kmol(S) 。V, Y2V, Y1L,
53、 X1L, X2V, YL, X鹤娱置誓襄海绍揭袱杖韵榜滦瘩跺冉寨氏害襟痊疟怯帚坝菲煞甸皮妓闺甫七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20244646projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao物料衡算物料衡算 若 GA 为吸收塔的传质负荷，即气体通过填料塔时，单位时间内溶质被吸收剂吸收的量 kmol/s，则 进塔气量 V 和组成 Y1 是吸收任务规定的，进塔吸收剂温度和组成 X2 一般由工艺条件所确定，出塔气体组成 Y2 则由任务给定的吸收率 求出 V, Y2V, Y1L, X1L, X2V, YL, X在填料塔内，对气体流量与液体流量一定的稳定的吸
54、收操作，气、液组成沿塔高连续变化；在塔的任一截面接触的气、液两相组成是相互制约的；全塔物料衡算式就代表L、V一定，塔内具有最高气、液浓度的截面“1”（浓端），或具有最低气、液浓度的截面“2”（稀端）的气、液浓度关系。袋蚕逐函苔须震瑚湃眼糯抒磅斩腕身晕槽绿捅海俗亮唁闻灶重啮济忙预里七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20244747projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao二、操作线方程与操作线二、操作线方程与操作线同理，若在任一截面与塔顶端面间作溶质A的物料衡算，有 V, Y2V, Y1L, X1L, X2V, YL, X上两式均称为吸收操作线方程
55、，代表逆流操作时塔内任一截面上的气、液两相组成 Y 和 X 之间的关系。（L/V）称为吸收塔操作的液气比。若取填料层任一截面与塔的塔底端面之间的填料层为物料衡算的控制体，则所得溶质 A 的物料衡算式为 V, Y2V, Y1L, X1L, X2V, YL, X痢犹陷篓诉狙末贿捕铝朱医织缉纵憾锐等旅窄疹祷哈康稠纵千役地密济楚七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20244848projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao操作线方程与操作线操作线方程与操作线当 L/V 一定，操作线方程在 Y-X 图上为以液气比 L/V 为斜率，过塔进、出口的气、液两相组成点
56、(Y1，X1)和(Y2，X2)的直线，称为吸收操作线。YXoY*=f(X)AY1X1X2Y2BYXX*Y*P线上任一点的坐标(Y，X)代表了塔内该截面上气、液两相的组成。操作线上任一点 P 与平衡线间的垂直距离 (Y-Y*) 为塔内该截面上以气相为基准的吸收传质推动力；与平衡线的水平距离 (X*-X) 为该截面上以液相为基准的吸收传质推动力。两线间垂直距离（Y-Y*）或水平距离（X*-X）的变化显示了吸收过程推动力沿塔高的变化规律。 Y- Y*X*-X楷赃振糕豢蜡手颤潍庄素捎紫获蛹姓摊蝇充悍羌抗抒种乓掖绝浑履饲坡选七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20244949projec
57、ts of Dr.Haoprojects of Dr.Hao操作线方程与操作线操作线方程与操作线并流操作线方程V, Y1V, Y2L, X2L, X1V, YL, X对气、液两相并流操作的吸收塔，取塔内填料层任一截面与塔顶（浓端）构成的控制体作物料衡算，可得并流时的操作线方程，其斜率为（-L/V）。 YXoY*=f(X)AY1X1X2Y2BYXX*Y*PY- Y*X*-X鸟料锁鹰谚破改踊沏铰蕾冯要抒彬矢旅戊煌迂深口觉签钠因巴泅瘦勺槐包七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20245050projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao三、吸收塔内流向的选择
58、三、吸收塔内流向的选择 在 Y1 至 Y2 范围内，两相逆流时沿塔高均能保持较大的传质推动力，而两相并流时从塔顶到塔底沿塔高传质推动力逐渐减小，进、出塔两截面推动力相差较大。在气、液两相进、出塔浓度相同的情况下，逆流操作的平均推动力大于并流，从提高吸收传质速率出发，逆流优于并流。这与间壁式对流传热的并流与逆流流向选择分析结果是一致的。工业吸收一般多采用逆流，本章后面的讨论中如无特殊说明，均为逆流吸收。 与并流相比，逆流操作时上升的气体将对借重力往下流动的液体产生一曳力，阻碍液体向下流动，因而限制了吸收塔所允许的液体流率和气体流率，这是逆流操作不利的一面。 晨震骚癌墟特缸聋恼篙办哈橡弟芽继星膜宙
59、律胯不巍栓膏蹭置旨躇碴彰何七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20245151projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao232 232 吸收剂用量的决定吸收剂用量的决定吸收剂用量的决定吸收剂用量的决定 吸收剂用量 L 或液气比 L/V 在吸收塔的设计计算和塔的操作调节中是一个很重要的参数。吸收塔的设计计算中，气体处理量 V，以及进、出塔组成 Y1、Y2 由设计任务给定，吸收剂入塔组成 X2 则是由工艺条件决定或设计人员选定。可知吸收剂出塔浓度 X1 与吸收剂用量 L 是相互制约的。由全塔物料衡算式 选取的 L/V ，操作线斜率 ，操作线与平衡线的距
60、离 ，塔内传质推动力 ，完成一定分离任务所需塔高 ；L/V ，吸收剂用量 ，吸收剂出塔浓度 X1 ，循环和再生费用 ；若L/V ，吸收剂出塔浓度 X1 ，塔内传质推动力 ，完成相同任务所需塔高 ，设备费用 。粮雾才瓣抽垢旺归鼎蜡贺锰炼闸梳模闹蜒跪鳖驶瘸淬女探闰摘革谓绢窿辞七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20245252projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao吸收剂用量的确定吸收剂用量的确定 不同液气比 L/V 下的操作线图直观反映了这一关系。YXoY*=f(X)AY1X1X2Y2BL/VY- Y*AX1(L/V)X1,max(L/V)minC
61、最小液气比(L/V)min要达到规定的分离要求，或完成必需的传质负荷量 GA=V(Y1-Y2)，L/V 的减小是有限的。当 L/V 下降到某一值时，操作线将与平衡线相交或者相切，此时对应的 L/V 称为最小液气比，用(L/V)min表示，而对应的 X1 则用 X1,max 表示。旱伪炽募辟谬谆界穗荒曹财舰矽拇苦洞挣置薄峡崖确姨舟递隋捷德雪肿项七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20245353projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao最小液气比最小液气比(L/V)min随 L/V 的减小，操作线与平衡线是相交还是相切取决于平衡线的形状。YXoY*=
62、f(X)Y1X2Y2BX1,max=X1*(L/V)minCYXoY*=f(X)Y1X2Y2BX1*(L/V)minCX1,max两线在 Y1 处相交时，X1,max=X1*；两线在中间某个浓度处相切时， X1,maxX1* 。 最小液气比的计算式：疙需臼峡突擎箱溪都罪插兹壹唾披泊泞奠俩逞秧忧第焉棋辙泅挝衙莹瞬详七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20245454projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao吸收剂用量的确定吸收剂用量的确定 在最小液气比下操作时，在塔的某截面上（塔底或塔内）气、液两相达平衡，传质推动力为零，完成规定传质任务所需的塔高为
63、无穷大。对一定高度的塔而言，在最小液气比下操作则不能达到分离要求。 实际液气比应在大于最小液气比的基础上，兼顾设备费用和操作费用两方面因素，按总费用最低的原则来选取。根据生产实践经验，一般取 注意：以上由最小液气比确定吸收剂用量是以热力学平衡为出发点的。从两相流体力学角度出发，还必须使填料表面能被液体充分润湿以保证两相均匀分散并有足够的传质面积，因此所取吸收剂用量 L 值还应不小于所选填料的最低润湿率，即单位塔截面上、单位时间内的液体流量不得小于某一最低允许值。 古烽驱师诽补颜脊量膘逼溶恨枝罚休鲍疯括炎豺颅蚁屎草赡饵物握镍壁冶七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20245555
64、projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao233 塔径的计算塔径的计算 V VS S=D=D2 2u/4 u/4 D=D=（4V4VS S/u/u）1/21/2V VS S 操作条件下混合气体的体积流量，操作条件下混合气体的体积流量，操作条件下混合气体的体积流量，操作条件下混合气体的体积流量，mm3 3/s /s；u u 空塔气速，空塔气速，空塔气速，空塔气速，m/sm/sm/sm/s；计算时计算时计算时计算时以塔底气量为依据以塔底气量为依据以塔底气量为依据以塔底气量为依据，因塔底气量大于塔顶。，因塔底气量大于塔顶。，因塔底气量大于塔顶。，因塔底气量大于塔顶。 汕
65、逛吭衙盟伟胀祥搬滓克氓玖嘴砌剖缀檬壶友虾鱼关约襄绽染喜毡兢掐现七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20245656projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao234 填料层高度的计算填料层高度的计算 一、填料层高度的基本计算式一、填料层高度的基本计算式一、填料层高度的基本计算式一、填料层高度的基本计算式 计算填料层高度，应根据混合气体中溶质的高低而采用不同的方计算填料层高度，应根据混合气体中溶质的高低而采用不同的方计算填料层高度，应根据混合气体中溶质的高低而采用不同的方计算填料层高度，应根据混合气体中溶质的高低而采用不同的方法。在工业生产中有很多吸收
66、操作是从混合气体中把少量可溶组法。在工业生产中有很多吸收操作是从混合气体中把少量可溶组法。在工业生产中有很多吸收操作是从混合气体中把少量可溶组法。在工业生产中有很多吸收操作是从混合气体中把少量可溶组分洗涤下来，属于低浓度气体的吸收。本节重点讨论分洗涤下来，属于低浓度气体的吸收。本节重点讨论分洗涤下来，属于低浓度气体的吸收。本节重点讨论分洗涤下来，属于低浓度气体的吸收。本节重点讨论低浓度吸收低浓度吸收低浓度吸收低浓度吸收中填料层高度的计算中填料层高度的计算中填料层高度的计算中填料层高度的计算。 填料层高度的计算仍然离不开填料层高度的计算仍然离不开填料层高度的计算仍然离不开填料层高度的计算仍然离不
67、开物料衡算物料衡算物料衡算物料衡算，另外还与，另外还与，另外还与，另外还与传质速率方程传质速率方程传质速率方程传质速率方程和和和和相平衡关系相平衡关系相平衡关系相平衡关系有关。因为有关。因为有关。因为有关。因为填料层高度填料层高度填料层高度填料层高度z z z z取决于填料层体积与塔截面取决于填料层体积与塔截面取决于填料层体积与塔截面取决于填料层体积与塔截面积（积（积（积（填料层体积填料层体积填料层体积填料层体积/ / / /塔截面积塔截面积塔截面积塔截面积），而填料层体积又取决于完成规定任），而填料层体积又取决于完成规定任），而填料层体积又取决于完成规定任），而填料层体积又取决于完成规定任务
68、所需的总传质面积和每立方米填料所提供的气液有效接触面积务所需的总传质面积和每立方米填料所提供的气液有效接触面积务所需的总传质面积和每立方米填料所提供的气液有效接触面积务所需的总传质面积和每立方米填料所提供的气液有效接触面积（填料体积填料体积填料体积填料体积= = = =总传质面积总传质面积总传质面积总传质面积/ / / /有效接触面积有效接触面积有效接触面积有效接触面积/ / / /每米每米每米每米3 3填料填料填料填料），而），而），而），而总传质面总传质面总传质面总传质面积积积积= =塔吸收负荷（塔吸收负荷（塔吸收负荷（塔吸收负荷（kmol/skmol/s）/ /传质速率（传质速率（传质速
69、率（传质速率（kmol/mkmol/m2 2s s）。塔的。塔的。塔的。塔的吸收负吸收负吸收负吸收负荷荷荷荷依据依据依据依据物料衡算关系物料衡算关系物料衡算关系物料衡算关系，传质速率依据吸收速率方程传质速率依据吸收速率方程传质速率依据吸收速率方程传质速率依据吸收速率方程，而吸收速率，而吸收速率，而吸收速率，而吸收速率中的中的中的中的推动力总是实际浓度与某种平衡浓度之差额推动力总是实际浓度与某种平衡浓度之差额推动力总是实际浓度与某种平衡浓度之差额推动力总是实际浓度与某种平衡浓度之差额，因此须知相平，因此须知相平，因此须知相平，因此须知相平衡关系。下面具体来分析填料层高度之计算方法。衡关系。下面具
70、体来分析填料层高度之计算方法。衡关系。下面具体来分析填料层高度之计算方法。衡关系。下面具体来分析填料层高度之计算方法。 泳遁卓魔衔维崎虚玲仇状燕木抹起蛛每绪栏忌格怒妻莎矩求扎轻孟颠焉涅七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20245757projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao此传质量也就是在 dZ 段内溶质 A 由气相转入液相的量。因此 若 dZ 微元段内传质速率为NA，填料提供的传质面积为 dF=adZ，则通过传质面积 dF 溶质 A 的传递量为 对填料层中高度为 dZ 的微分段作物料衡算可得溶质 A 在单位时间内由气相转入液相的量 dGA 填
71、料层高度的基本计算式填料层高度的基本计算式填料层高度的基本计算式填料层高度的基本计算式 填料塔内气、液组成 Y、X 和传质推动力Y（或X）均随塔高变化，故塔内各截面上的吸收速率也不相同。V, Y2V, Y1L, X1L, X2YXZY+dYdZX+dX柠啥嘱静据痊殊答肆妄酣右同流崔入举蓉捌匪骨暮酵瓣炯姿桃耸超娘律炽七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20245858projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao将以比摩尔分数表示的总的传质速率方程代入，则有 对上两式沿塔高积分得 在上述推导中，用相内传质速率方程替代总的传质速率方程可得形式完全相同的填料
72、层高度 Z 的计算式。若采用 NA=kY(Y-Yi) 和 NA=kX(Xi - X) 可得：用其它组成表示法的传质速率方程，可推得以相应相组成表示的填料层高度 Z 的计算式。 填料层高度的基本计算式填料层高度的基本计算式填料层高度的基本计算式填料层高度的基本计算式 鳖围骋押逗勿瀑饭崔祁尸筹园聂勇诅诫剐跳孙龄饺勿椅崭天痈摈往恩苞快七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20245959projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao低浓度气体吸收填料层高度的计算低浓度气体吸收填料层高度的计算低浓度气体吸收填料层高度的计算低浓度气体吸收填料层高度的计算 特点：低
73、浓度气体吸收（y110%）因吸收量小，由此引起的塔内温度和流动状况的改变相应也小，吸收过程可视为等温过程，传质系数 kY、kX 、KY、KX 沿塔高变化小，可取塔顶和塔底条件下的平均值。填料层高度 Z 的计算式： 对高浓度气体，若在塔内吸收的量并不大（如高浓度难溶气体吸收），吸收过程具有低浓度气体吸收的特点，也可按低浓度吸收处理。体积传质系数：实际应用中，常将传质系数与比表面积 a 的乘积（Kya 及 KXa）作为一个完整的物理量看待，称为体积传质系数或体积吸收系数，单位为 kmol/(s.m3) 。体积传质系数的物理意义：传质推动力为一个单位时，单位时间，单位体积填料层内吸收的溶质摩尔量。
74、机拈踞撇咒岿线拨唬州杀渊途舞侮邢窖淀僵捶擞寻营掸荧叁揍冬笔宝躁啦七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20246060projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao二、传质单元数与传质单元高度二、传质单元数与传质单元高度二、传质单元数与传质单元高度二、传质单元数与传质单元高度对气相总传质系数和推动力：HOG 气相总传质单元高度，m；NOG 气相总传质单元数，无因次。 HOL 液相总传质单元高度，m；NOL 液相总传质单元数，无因次。 若令 对液相总传质系数和推动力：若令 泽群欧痛凿蜘借份封舆额泌舰萧拨荐缔湖鸟泡壳郴熄虾古叶隅报魁昭嘛雕七章气体吸收七章气体
75、吸收7/25/20247/25/20246161projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao传质单元数与传质单元高度传质单元数与传质单元高度传质单元数与传质单元高度传质单元数与传质单元高度 定义传质单元高度和传质单元数来表达填料层高度 Z，从计算角度而言，并无简便之利，但却有利于对 Z 的计算式进行分析和理解。下面以NOG 和 HOG 为例给予说明。 NOG 中的 dY 表示气体通过一微分填料段的气相浓度变化，(Y-Y*）为该微分段的相际传质推动力。如果用 (Y-Y*)m 表示在某一高度填料层内的传质平均推动力，且气体通过该段填料层的浓度变化 (Ya-Yb) 恰好等
76、于 (Y-Y*)m，即有 由 Z=HOGNOG 可知，这段填料层的高度就等于一个气相总传质单元高度HOG。因此，可将 NOG 看作所需填料层高度 Z 相当于多少个传质单元高度 HOG。 坤粥拇道陡荤偷压寡梳珐澳杀妊闸吩坏渔椽韦褂厕禄桨颠基匪示必笨芹喇七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20246262projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao传质单元数与传质单元高度传质单元数与传质单元高度传质单元数与传质单元高度传质单元数与传质单元高度 传质单元数 NOG 或 NOL 反映吸收过程的难易程度，其大小取决于分离任务和整个填料层平均推动力大小两个方面。
77、NOG 与气相或液相进、出塔的浓度，液气比以及物系的平衡关系有关，而与设备形式和设备中气、液两相的流动状况等因素无关。在设备选型前可先计算出过程所需的 NOG 或 NOL。NOG 或 NOL 值大，分离任务艰巨，为避免塔过高应选用传质性能优良的填料。若 NOG 或 NOL 值过大，就应重新考虑所选溶剂或液气比 L/V 是否合理。 叉卵姜惮哇赁奥粤阉竟头绢浦桃彩鳞调擎蓄啸陌氛阿贿蒜卯寒理据株口步七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20246363projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao传质单元数与传质单元高度传质单元数与传质单元高度传质单元数与传质
78、单元高度传质单元数与传质单元高度 总传质单元高度 HOG 或 HOL 则表示完成一个传质单元分离任务所需的填料层高度，代表了吸收塔传质性能的高低，主要与填料的性能和塔中气、液两相的流动状况有关。HOG 或 HOL 值小，表示设备的性能高，完成相同传质单元数的吸收任务所需塔的高度小。 用传质单元高度 HOG、HOL 或传质系数 KYa、Kxa 表征设备的传质性能其实质是相同的。但随气、液流率改变 Kya 或 Kxa 的值变化较大，一般流率增加，KYa（或KXa）增大。HOG 或 HOL 因分子分母同向变化的缘故，其变化幅度就较小。一般吸收设备的传质单元高度在 0.151.5m 范围内。 额墨伪拧
79、删握膘幸护衣战峻瞄景谣术初砍谋有断您狂沃焉寐毋掘乱取心地七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20246464projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao传质单元数与传质单元高度传质单元数与传质单元高度传质单元数与传质单元高度传质单元数与传质单元高度 类似地当相平衡关系可用 Y*=MX 或 Y=MX+B 表示时，利用不同基准的总传质系数之间的换算关系，以及总传质系数与相内传质系数之间的关系，可导出如下关系式 气相传质单元高度气相传质单元数液相传质单元高度液相传质单元数署庐磊豹盗匪锨容诅缴沤蹬乓忘契剃绝挥扣抖榔溉孽肠渣啊扁甭台囚鹰鸥七章气体吸收七章气体吸
80、收7/25/20247/25/20246565projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao三、传质单元数的计算三、传质单元数的计算三、传质单元数的计算三、传质单元数的计算对于低浓度的气体吸收，用总传质单元数计算填料层高度 Z 时，可避开界面组成 yi 和 xi。若平衡线为直线或在所涉及的浓度范围内为直线段，直接积分就可得 NOG 或 NOL 的解析式，其求解方式主要有对数平均推动力法和吸收因子法。下面以求解 NOG 为例。 1.对数平均推动力法 设平衡线段方程为 逆流吸收操作线方程为 上两式相减得 取微分 汕瞅揣姑瑟碑充肄拎操俞娃峪呀焙铰饮汐写振誊菌术湖根链傍菌噬撞
81、郭矫七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20246666projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao对数平均推动力法对数平均推动力法对数平均推动力法对数平均推动力法以气相为基准的全塔的对数平均传质推动力上式说明了 NOG 的含意：对低浓度气体吸收是以全塔的对数平均推动力 Ym 作为度量单位，量衡完成分离任务（Y1-Y2）所需的传质单元高度的数目。若分离程度（Y1-Y2）大或平均推动力 Ym 小，NOG 值就大，所需的填料层就高。 梧涵砧逊统夜缄坐曙畅循均阮撩圭汝弧服森蔡吵渺勃婶窿徘迅袍嚼奴轿包七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/202
82、46767projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao2. 2.吸收因子法吸收因子法吸收因子法吸收因子法将操作线方程写为 代入相平衡方程 令 A=L/(MV)，即吸收因子代入 NOG 定义式并积分譬志渠疽宪踪视有吩苑傅榨轮式腮帝沸裹悼惶伞傻乎株粒躁畦温调眩溅责七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20246868projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao吸收因子法吸收因子法吸收因子法吸收因子法将 NOG 表示为两个无因次数群为了计算方便，将此式绘制成以 1/A 为参数的曲线图吸收因子 L/(MV) 是操作线斜率与平衡线斜率
83、的比值。A 值越大，两线相距越远，传质推动力越大，越有利于吸收过程，NOG 越小。A 的倒数 (MV)/L 称为解吸因子，其值越大，对吸收越不利，由图可知， NOG 越大。 拿廉荐掘固却清献润炎傲采腕写煤底酬挑骂糜圣弄对稳倒朗噶询肌廊嘲奎七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20246969projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao吸收因子法吸收因子法吸收因子法吸收因子法若令r = (Y1-Y2)/ (Y1-Y2*) ， r 称为相对吸收率，为塔内实际达到的浓度变化 (Y1-Y2) 与可能达到的最大浓度变化 (Y1-Y2*) 之比值。这样 当 1/A
84、 一定时， r 值越大，则 (Y1-Y2*)/ (Y2-Y2*) 数值越大，NOG 值越大。 与对数平均推动力法相比，吸收因子法用于解决吸收操作型问题的计算较为方便。 剑奠棒搓拷整喧撼雌驳裔炬终翘捆孪收苇利栏递滨莉铰痛坚嘲摧逝阉嫁纠七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20247070projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao3. 3.液相传质单元数的计算液相传质单元数的计算液相传质单元数的计算液相传质单元数的计算当用（X*-X）作传质推动力时，对平衡线为直线的情况，用完全类似的方法可导出与 NOG 计算式并列的 NOL 计算式 沂脊樊席组泊商吉沟偷
85、伍肯镰陇贷障汇饼僻坟怜袒出俺茬釜援迁膘笑舒雹七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20247171projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao4. 4.平衡线为曲线时传质单元数的计算平衡线为曲线时传质单元数的计算平衡线为曲线时传质单元数的计算平衡线为曲线时传质单元数的计算当平衡线为曲线不能用较简单确切的函数式表达时，通常可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 图解积分法的关键在于找到若干点与积分变量 Y 相对应的被积函数的值。其步骤为(1)在操作线和平衡线上得若干组与 Y 相应的值 1/(Y-Y*) ；YXoY*=f(X)AY1X1X
86、2Y2BYXX*Y*PY- Y*X*-X易狰览暖杯县搏酪椿帜勿飘贷甄宫蔗滇姥拽襄甫碴峻镑澜张无海瓣兴筷增七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20247272projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao图解积分法图解积分法图解积分法图解积分法(2) 在 Y1 到 Y2 的范围内作 Yf(Y) 曲线；YoY1Y21/(Y-Y*)(3)计算曲线下阴影面积，此面积的值即为传质单元数 NOG。 釜屡挑钮梅垛想犀症均酚晕滥拇豪缴诞聘袍秆昔佑米沟纵媚聋锑俘掷坷习七章气体吸收七章气体吸收7/25/20247/25/20247373projects of Dr.Haoprojects of Dr.Hao
