化學(xué)工程基礎(chǔ)第5章吸收

1、1主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容吸收操作的概述；吸收操作的概述；氣液相平衡及吸收推動(dòng)力；氣液相平衡及吸收推動(dòng)力；吸收速率方程；吸收速率方程；低濃度氣體吸收過程的計(jì)算；低濃度氣體吸收過程的計(jì)算；其他類型吸收過程簡(jiǎn)介。其他類型吸收過程簡(jiǎn)介。2 吸收是工業(yè)生產(chǎn)中用來吸收是工業(yè)生產(chǎn)中用來分離混合氣體的一種重要分離混合氣體的一種重要單元操作。單元操作。原理：原理：吸收是利用混合吸收是利用混合氣中各組分在溶劑中的溶氣中各組分在溶劑中的溶解度的差異分離氣體混合物。解度的差異分離氣體混合物。3工業(yè)吸收主要用來達(dá)列下述幾種目的： 1、制取液體產(chǎn)品（制備某種氣體的溶液）。 例如用水吸收二氧化氮以制取硝酸等。 2、除去有害

2、成分以凈化氣體。 例如用水或堿液脫除合成氨原料氣中的二氧化碳；除去尾氣中的H2S、SO2等。 3、吸收氣體混合物一個(gè)或幾個(gè)組分，以分離氣體混合物。 例如合成橡膠工業(yè)以酒精吸收反應(yīng)氣，分離丁二烯及烴類氣體。 4、回收混合氣體中的有用物質(zhì)。 例如用液態(tài)烴吸收石油裂解氣中的乙烯和丙烯等。4實(shí)例：實(shí)例：煤氣生產(chǎn)中的苯回收流程煤氣生產(chǎn)中的苯回收流程 在煉焦和制取城在煉焦和制取城市煤氣生產(chǎn)中，焦?fàn)t市煤氣生產(chǎn)中，焦?fàn)t煤氣內(nèi)含有少量的苯煤氣內(nèi)含有少量的苯 、甲苯類低碳?xì)浠衔锛妆筋惖吞細(xì)浠衔锏恼羝s的蒸汽（約35g/m3），），應(yīng)予以分離。應(yīng)予以分離。吸收吸收解吸解吸流程見例圖流程見例圖1-1 吸收操作流

3、程吸收操作流程由流程可知三點(diǎn)由流程可知三點(diǎn)5 吸收操作的逆過程（即含溶質(zhì)氣體的液體，吸收操作的逆過程（即含溶質(zhì)氣體的液體，受到另一氣相的作用使溶質(zhì)與溶劑分離的過程）受到另一氣相的作用使溶質(zhì)與溶劑分離的過程）稱為稱為解吸解吸。吸收和解吸常是一對(duì)相伴的操作，吸。吸收和解吸常是一對(duì)相伴的操作，吸收用以提取所需的物質(zhì)，而解吸用以分離所需的收用以提取所需的物質(zhì)，而解吸用以分離所需的物質(zhì)與吸收劑，并使吸收劑再生而循環(huán)使用。物質(zhì)與吸收劑，并使吸收劑再生而循環(huán)使用。6解吸：解吸： 解吸是使溶質(zhì)從溶液中脫除的過程。是吸收的解吸是使溶質(zhì)從溶液中脫除的過程。是吸收的逆過程。其目的為：逆過程。其目的為： （1）溶劑再

4、生；）溶劑再生；（2）得到溶質(zhì)。）得到溶質(zhì)。吸收和解吸構(gòu)成了一個(gè)完整的流程。吸收和解吸構(gòu)成了一個(gè)完整的流程。常用的解吸方法：常用的解吸方法：升溫升溫減壓減壓吹氣吹氣最為常見最為常見71-2 吸收設(shè)備 吸收設(shè)備有多種形式，以塔式設(shè)備最為常用。 吸收塔設(shè)備可分為板式塔與填料塔兩大類。8一、一、 填料塔的結(jié)構(gòu)及填料特性填料塔的結(jié)構(gòu)及填料特性（一）、填料塔結(jié)構(gòu)及作用（一）、填料塔結(jié)構(gòu)及作用1、填料層 提供氣液接觸的場(chǎng)所。2、液體分布器 均勻分布液體，避免發(fā)生溝流現(xiàn)象。3、液體再分布器 避免壁流現(xiàn)象發(fā)生。4、支撐板 支撐填料層，使氣體均勻分布。5、除沫器 防止塔頂氣體出口處夾帶液體。9（二）常用填料（二

5、）常用填料材料：陶瓷、金屬、塑料堆放：整砌、亂堆環(huán)形 （拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、階梯環(huán)）鞍形 （矩鞍形、弧鞍形）波紋形（板波紋、網(wǎng)狀波紋）形狀10拉西環(huán)拉西環(huán)鮑爾環(huán)鮑爾環(huán)階梯環(huán)階梯環(huán) 環(huán)環(huán)11板波紋板波紋絲網(wǎng)波紋絲網(wǎng)波紋鞍形環(huán)鞍形環(huán)槽式液體分布器槽式液體分布器12三、三、 板式塔與填料塔比較板式塔與填料塔比較吸收塔吸收塔填料塔填料塔板式塔板式塔級(jí)式接觸級(jí)式接觸微分接觸微分接觸13（一）板式塔（一）板式塔1、適用于塔徑較大；2、所需傳質(zhì)單元數(shù)或理論板數(shù)較多；3、熱量需從塔內(nèi)移除；4、適于較小液量；5、適于處理有懸浮物的液體；6、板式塔便于側(cè)線采出。（二）填料塔（二）填料塔1、適用于處理有腐蝕性的物料；2

6、、填料塔壓力降較小，適用于真空蒸餾；3、適用于間歇蒸餾或熱敏性物料的蒸餾；4、適用于處理易發(fā)泡的液體。14板式吸收塔：氣體與液體逐級(jí)逆流接觸板式吸收塔：氣體與液體逐級(jí)逆流接觸填料吸收塔：濕壁塔、降膜塔，液體呈膜狀流下，填料吸收塔：濕壁塔、降膜塔，液體呈膜狀流下，通常在塔內(nèi)充填有瓷環(huán)之類的填料。通常在塔內(nèi)充填有瓷環(huán)之類的填料。 在此類設(shè)備中，氣體或液體中可溶組分的在此類設(shè)備中，氣體或液體中可溶組分的濃度隨塔板高度的變化而呈階梯式的變化。濃度隨塔板高度的變化而呈階梯式的變化。 在此類設(shè)備中，氣體或液體中可溶組分在此類設(shè)備中，氣體或液體中可溶組分的濃度隨設(shè)備高度的變化而呈連續(xù)式變化。的濃度隨設(shè)備高度

7、的變化而呈連續(xù)式變化。這兩種設(shè)備由于吸收過程濃度變化方式不同，采用的是這兩種設(shè)備由于吸收過程濃度變化方式不同，采用的是完全不同的計(jì)算方法，需要注意加以區(qū)分。完全不同的計(jì)算方法，需要注意加以區(qū)分。151-3、其他吸收流程、其他吸收流程 多塔串聯(lián)操作，適用于滿足吸收要求需要多塔串聯(lián)操作，適用于滿足吸收要求需要的吸收塔太高時(shí)。的吸收塔太高時(shí)。1-4、吸收過程的分類、吸收過程的分類1、物理吸收物理吸收、化學(xué)吸收、化學(xué)吸收 在吸收過程中，如果溶質(zhì)與溶劑之間不發(fā)生顯在吸收過程中，如果溶質(zhì)與溶劑之間不發(fā)生顯著的化學(xué)反應(yīng)，則稱為物理吸收。如用水吸收著的化學(xué)反應(yīng)，則稱為物理吸收。如用水吸收CO2、用洗油吸收芳烴

8、等都屬于物理吸收。用洗油吸收芳烴等都屬于物理吸收。 如果溶質(zhì)與溶劑發(fā)生顯著的化學(xué)反應(yīng)，則稱為如果溶質(zhì)與溶劑發(fā)生顯著的化學(xué)反應(yīng)，則稱為化學(xué)吸收。如用硫酸吸收氨；用堿液吸收化學(xué)吸收。如用硫酸吸收氨；用堿液吸收CO2等都等都屬化學(xué)吸收。屬化學(xué)吸收。162、單組分吸收單組分吸收、多組分吸收、多組分吸收 若混合氣體中只有一個(gè)組分進(jìn)入液相，則稱為若混合氣體中只有一個(gè)組分進(jìn)入液相，則稱為單組分吸收。單組分吸收。 如果混合氣體中有兩個(gè)或更多組分進(jìn)入液相，如果混合氣體中有兩個(gè)或更多組分進(jìn)入液相，則稱為多組分吸收。則稱為多組分吸收。主要討論單組份、低濃度、等溫、連續(xù)的物理吸收過程。主要討論單組份、低濃度、等溫、連

9、續(xù)的物理吸收過程。 3、等溫吸收等溫吸收、非等溫吸收、非等溫吸收 氣體溶解于液體中，在有些情況下會(huì)放出相當(dāng)氣體溶解于液體中，在有些情況下會(huì)放出相當(dāng)大的溶解熱和反應(yīng)熱，吸收過程進(jìn)行中溫度會(huì)升高，大的溶解熱和反應(yīng)熱，吸收過程進(jìn)行中溫度會(huì)升高，這樣的吸收過程稱為非等溫吸收。這樣的吸收過程稱為非等溫吸收。 若溶質(zhì)在混合氣中的濃度相當(dāng)?shù)?，溶劑的用量若溶質(zhì)在混合氣中的濃度相當(dāng)?shù)?，溶劑的用量較大時(shí)，吸收過程進(jìn)行中溫度變化不大，這樣的吸較大時(shí)，吸收過程進(jìn)行中溫度變化不大，這樣的吸收過程稱為等溫吸收。收過程稱為等溫吸收。17 在恒定溫度和壓力下，氣液兩相接觸時(shí)將發(fā)生氣體在恒定溫度和壓力下，氣液兩相接觸時(shí)將發(fā)生氣

10、體溶質(zhì)向液相轉(zhuǎn)移，使其在液相中的濃度增加，當(dāng)長(zhǎng)期充溶質(zhì)向液相轉(zhuǎn)移，使其在液相中的濃度增加，當(dāng)長(zhǎng)期充分接觸之后，液相中溶質(zhì)濃度不再增加達(dá)到飽和，這種分接觸之后，液相中溶質(zhì)濃度不再增加達(dá)到飽和，這種狀態(tài)稱為相際動(dòng)態(tài)平衡，簡(jiǎn)稱相平衡或平衡。狀態(tài)稱為相際動(dòng)態(tài)平衡，簡(jiǎn)稱相平衡或平衡。 吸收過程與傳熱過程比較類似但又有所區(qū)別，吸吸收過程與傳熱過程比較類似但又有所區(qū)別，吸收過程是氣液相間的物質(zhì)傳遞，傳遞的推動(dòng)力來源于收過程是氣液相間的物質(zhì)傳遞，傳遞的推動(dòng)力來源于不是兩相的濃度差而是氣液相之間的相平衡關(guān)系差異。不是兩相的濃度差而是氣液相之間的相平衡關(guān)系差異。因此我們必須研究氣液兩相之間的相平衡。因此我們必須研

11、究氣液兩相之間的相平衡。182、摩爾分?jǐn)?shù)、摩爾分?jǐn)?shù)xA=nA/nxB=nB/nxA+ xB=1BBAAAABBAAAABAAAMwMwMwMmMmMmnnnxBBAAAABBAAAABAAAMwMwMwMmMmMmnnnxBBAAAABBAAAABAAAMwMwMwMmMmMmnnnxBBAAAABBAAAABAAAMwMwMwMmMmMmnnnxBBAAAABBAAAABAAAMwMwMwMmMmMmnnnx由質(zhì)量分?jǐn)?shù)求摩爾分?jǐn)?shù)由質(zhì)量分?jǐn)?shù)求摩爾分?jǐn)?shù)一、相組成表示法（一、相組成表示法（A+B混合物）混合物）兩者的關(guān)系兩者的關(guān)系由摩爾分?jǐn)?shù)求質(zhì)量分?jǐn)?shù)由摩爾分?jǐn)?shù)求質(zhì)量分?jǐn)?shù)AmABBAAAABAAAx

12、MMMnMnMnmmmwBBAAAABBAAAABAAAMwMwMwMmMmMmnnnx1、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、質(zhì)量分?jǐn)?shù)wA=mA/mwB=mB/mwA+wB=119氣體混合物的相組成氣體混合物的相組成nnVVPPyAAAAAABAAABAAPPPPPyyyyY1（2）氣相：氣相：3、摩爾比、摩爾比: 用用X或或Y表示表示（1）液相：液相：將將x改為改為ysABAAnnnnXAABAAxxxxX120二、什么是氣液相平衡？二、什么是氣液相平衡？ 吸收過程進(jìn)行時(shí)，必定存在一定的推動(dòng)力，這一推動(dòng)吸收過程進(jìn)行時(shí)，必定存在一定的推動(dòng)力，這一推動(dòng)力與體系的平衡關(guān)系有關(guān)?；旌蠚怏w和溶劑在一定溫度和力與體系的平衡關(guān)系

13、有關(guān)。混合氣體和溶劑在一定溫度和壓力下，經(jīng)長(zhǎng)期充分接觸后，達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡，即：吸壓力下，經(jīng)長(zhǎng)期充分接觸后，達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡，即：吸收速率收速率= =解吸速率。這種狀態(tài)被稱為氣液相平衡。解吸速率。這種狀態(tài)被稱為氣液相平衡。 當(dāng)吸收速率當(dāng)吸收速率= =解吸速率解吸速率mol / ( mmol / ( m2 2 s ) s )，氣液兩，氣液兩相達(dá)到相平衡，此時(shí)，溶質(zhì)在溶液中的濃度用相達(dá)到相平衡，此時(shí)，溶質(zhì)在溶液中的濃度用溶解度溶解度或或平平衡濃度衡濃度x x* *、c c* *來表示；溶質(zhì)在氣相中的濃度用來表示；溶質(zhì)在氣相中的濃度用平衡分壓平衡分壓P P* *來表示。來表示。T 溶解度溶解度 P

14、溶解度溶解度 低溫高壓有利于吸收，高溫低壓有利于解吸。低溫高壓有利于吸收，高溫低壓有利于解吸。21圖圖53 氨氣在水中的平衡溶解度氨氣在水中的平衡溶解度2-1 溶解度曲線溶解度曲線從圖中可看出，從圖中可看出，一般情況下氣體的一般情況下氣體的溶解度隨溫度升高溶解度隨溫度升高，氣體的溶解度降，氣體的溶解度降低。低。例如，氣相中氨例如，氣相中氨的分壓為的分壓為60kPa，在在100C時(shí)，溶解度時(shí)，溶解度約為約為510g / 1000g H2O，在，在400C時(shí)，時(shí)，溶解度約為溶解度約為220 g / 1000g H2O。22圖圖54 101.3kPa下下SO2在水中的溶解度在水中的溶解度23 由上兩

15、圖可知，同一種物質(zhì)，在相同的溫度由上兩圖可知，同一種物質(zhì)，在相同的溫度下，氣體的溶解度隨著該組分在氣相中的分壓增下，氣體的溶解度隨著該組分在氣相中的分壓增大而增大；在相同的平衡分壓下，氣體的溶解度大而增大；在相同的平衡分壓下，氣體的溶解度隨著溫度的升高而減小。隨著溫度的升高而減小。 加壓和降溫可以提高氣體的溶解度，故加加壓和降溫可以提高氣體的溶解度，故加壓和降溫有利于吸收操作。反之，升溫和減壓則壓和降溫有利于吸收操作。反之，升溫和減壓則有利于解吸過程有利于解吸過程 不同氣體在同一溶劑中的溶解度有很大差異。不同氣體在同一溶劑中的溶解度有很大差異。 欲得到一定濃度的溶液，易溶氣體所需的欲得到一定濃

16、度的溶液，易溶氣體所需的分壓較低，而難溶氣體所需的分壓則很高。分壓較低，而難溶氣體所需的分壓則很高。242-2 亨利定律：亨利定律：1、亨利定律：、亨利定律：溶質(zhì)分子溶質(zhì)分子體系：一定溫度；混合氣體系：一定溫度；混合氣體總壓不高（體總壓不高（PP* = E x ( or x xe )時(shí)，過程為吸收過程。時(shí)，過程為吸收過程。當(dāng)當(dāng)p xe )時(shí)，過程為解吸過程。時(shí)，過程為解吸過程。342、過程的推動(dòng)力、過程的推動(dòng)力濃度差的計(jì)算：濃度差的計(jì)算：以氣相分壓差表示的吸收過程的推動(dòng)力：以氣相分壓差表示的吸收過程的推動(dòng)力：p = p - P*以液相濃度差表示的吸收過程的推動(dòng)力：以液相濃度差表示的吸收過程的推

17、動(dòng)力：x = x* - x( y = y y* )( c = c* c ) 實(shí)質(zhì)上，吸收還是解吸主要取決于溶質(zhì)在氣相實(shí)質(zhì)上，吸收還是解吸主要取決于溶質(zhì)在氣相中的分壓與其液相的平衡分壓間的關(guān)系而定。中的分壓與其液相的平衡分壓間的關(guān)系而定。 平衡是過程的極限，只有不平衡的兩相互相接平衡是過程的極限，只有不平衡的兩相互相接觸才會(huì)發(fā)生氣體的吸收或解吸。因此，實(shí)際濃度偏觸才會(huì)發(fā)生氣體的吸收或解吸。因此，實(shí)際濃度偏離平衡濃度越遠(yuǎn)，過程推動(dòng)力越大，過程的速率也離平衡濃度越遠(yuǎn)，過程推動(dòng)力越大，過程的速率也越快。在吸收的過程中我們經(jīng)常：越快。在吸收的過程中我們經(jīng)常：353、確定過程的極限：、確定過程的極限：吸收

18、塔吸收塔混合氣體混合氣體, p1氣氣, p2,min液液, x2出塔氣體濃度最低值：出塔氣體濃度最低值：p2,min離塔液體濃度最高值：離塔液體濃度最高值：x1,maxP2,min =E x2液液, x1,maxEpx1max1, 實(shí)際生產(chǎn)中：實(shí)際生產(chǎn)中：p2 p2,min x1 分子擴(kuò)散的速率分子擴(kuò)散的速率 流體內(nèi)部存在某一組分的濃度差，分子的微流體內(nèi)部存在某一組分的濃度差，分子的微觀運(yùn)動(dòng)使組分由濃度高處傳遞至濃度較低處。觀運(yùn)動(dòng)使組分由濃度高處傳遞至濃度較低處。 物質(zhì)通過湍流流體的轉(zhuǎn)移，擴(kuò)散物質(zhì)不僅靠物質(zhì)通過湍流流體的轉(zhuǎn)移，擴(kuò)散物質(zhì)不僅靠分子本身的擴(kuò)散作用，并且借助于湍流流體的攜分子本身的擴(kuò)

19、散作用，并且借助于湍流流體的攜帶作用而轉(zhuǎn)移，而且后一種作用是主要的。帶作用而轉(zhuǎn)移，而且后一種作用是主要的。41二、對(duì)流傳質(zhì)理論二、對(duì)流傳質(zhì)理論流動(dòng)流體與相界面之間的物質(zhì)傳遞稱為對(duì)流傳質(zhì)。流動(dòng)流體與相界面之間的物質(zhì)傳遞稱為對(duì)流傳質(zhì)。氣氣液液界面界面層流膜層流膜zpA1pAi有效膜理論：有效膜理論：zc42雙膜理論論點(diǎn)：雙膜理論論點(diǎn)： 氣液兩相接觸時(shí)，兩相間有一穩(wěn)定相界面，兩側(cè)氣液兩相接觸時(shí)，兩相間有一穩(wěn)定相界面，兩側(cè)分別存在著呈層流的穩(wěn)定膜層分別存在著呈層流的穩(wěn)定膜層氣膜和液膜，溶氣膜和液膜，溶質(zhì)必須以分子擴(kuò)散的方式連續(xù)通過這兩個(gè)膜層。質(zhì)必須以分子擴(kuò)散的方式連續(xù)通過這兩個(gè)膜層。（膜層厚度隨流速而

20、定）（膜層厚度隨流速而定）相界面上氣液兩相互為平衡。相界面上氣液兩相互為平衡。膜層以外的主體內(nèi)，由于湍流而使溶質(zhì)濃度均勻，膜層以外的主體內(nèi)，由于湍流而使溶質(zhì)濃度均勻，濃度梯度全部集中在兩個(gè)膜層內(nèi)。濃度梯度全部集中在兩個(gè)膜層內(nèi)。4344 通過上述三個(gè)假定，吸收過程簡(jiǎn)化成為經(jīng)通過上述三個(gè)假定，吸收過程簡(jiǎn)化成為經(jīng)過氣液兩膜的分子擴(kuò)散過程，吸收過程的主要過氣液兩膜的分子擴(kuò)散過程，吸收過程的主要阻力集中于這兩層膜中，膜層之外的阻力忽略阻力集中于這兩層膜中，膜層之外的阻力忽略不計(jì)，吸收過程的推動(dòng)力主要來源于氣相的分不計(jì)，吸收過程的推動(dòng)力主要來源于氣相的分壓差和液相的濃度差。壓差和液相的濃度差。 雙膜理論對(duì)

21、于那些具有固定傳質(zhì)界面的吸雙膜理論對(duì)于那些具有固定傳質(zhì)界面的吸收設(shè)備而言，具有重要的指導(dǎo)意義，為我們的收設(shè)備而言，具有重要的指導(dǎo)意義，為我們的設(shè)計(jì)計(jì)算提供了重要的依據(jù)。設(shè)計(jì)計(jì)算提供了重要的依據(jù)。453 3 吸收速率方程吸收速率方程一、對(duì)流傳質(zhì)速率方程：一、對(duì)流傳質(zhì)速率方程：1、氣相與界面的、氣相與界面的傳質(zhì)速率傳質(zhì)速率)(iGAppkN)(iyAyykNkG以氣相分壓差為傳質(zhì)推動(dòng)力的氣膜傳質(zhì)以氣相分壓差為傳質(zhì)推動(dòng)力的氣膜傳質(zhì)分系數(shù)，分系數(shù)，mol / ( m2sPa) 上式即為以上式即為以 ( pp*) 為推動(dòng)力的吸收速率方為推動(dòng)力的吸收速率方程式。程式。ky以摩爾分?jǐn)?shù)差為傳質(zhì)推動(dòng)力的氣膜傳質(zhì)

22、以摩爾分?jǐn)?shù)差為傳質(zhì)推動(dòng)力的氣膜傳質(zhì)分系數(shù)，分系數(shù)，mol / ( m2s) 上式即為以上式即為以 ( yyi) 為總推動(dòng)力的吸收速率為總推動(dòng)力的吸收速率方程式。方程式。46)(cckNiLA)(xxkNixA2、液相與界面的、液相與界面的傳質(zhì)速率傳質(zhì)速率kL以液相物質(zhì)的量濃度差為傳質(zhì)推動(dòng)力的以液相物質(zhì)的量濃度差為傳質(zhì)推動(dòng)力的液膜傳質(zhì)系數(shù)，液膜傳質(zhì)系數(shù)，ms-1kx以摩爾分?jǐn)?shù)差為傳質(zhì)推動(dòng)力的液膜傳質(zhì)以摩爾分?jǐn)?shù)差為傳質(zhì)推動(dòng)力的液膜傳質(zhì)系數(shù)，系數(shù)，ms-1 47二、吸收總傳質(zhì)速率方程：二、吸收總傳質(zhì)速率方程：xyexixiyiAkmk1yykmx)m(xk1xxk1yyN氣氣相相傳傳質(zhì)質(zhì)總總系系數(shù)數(shù)

23、。 , , 令令xyykmk1K1 )y(yKN eyA進(jìn)一步推導(dǎo)可知：進(jìn)一步推導(dǎo)可知：)(eYAYYKN總總吸吸收收速速率率方方程程式式氣氣相相- 48xyxixiyiAk1mk1xxkmx)m(xk1xxk1yyNe相相傳傳質(zhì)質(zhì)總總系系數(shù)數(shù)。 , , 令令液yxxmk1k1K1總總吸吸收收速速率率方方程程式式液液相相- 進(jìn)一步推導(dǎo)可知：進(jìn)一步推導(dǎo)可知：)(eXAXXKN x)(xKN exA49傳質(zhì)速率方程的各種表達(dá)方式傳質(zhì)速率方程的各種表達(dá)方式5051對(duì)對(duì)易溶氣體易溶氣體, m很小，則很小，則1/kym/kx，Kyky，氣膜阻，氣膜阻力遠(yuǎn)大于液膜阻力力遠(yuǎn)大于液膜阻力,稱為氣膜控制過程。增

24、加氣相流率稱為氣膜控制過程。增加氣相流率 Ky增大增大. （如水吸收（如水吸收NH3或或HCl）對(duì)難對(duì)難溶氣體溶氣體, m很大，則很大，則1/kx1/ (m ky)，KLkL，液，液相阻力遠(yuǎn)大于氣膜阻力，稱為液膜控制過程。相阻力遠(yuǎn)大于氣膜阻力，稱為液膜控制過程。 （如水吸收（如水吸收O2或或CO2）對(duì)對(duì)中等溶解度的氣體吸收，當(dāng)汽、液兩相的傳質(zhì)阻力中等溶解度的氣體吸收，當(dāng)汽、液兩相的傳質(zhì)阻力具有相近的數(shù)量級(jí)，兩者都不能忽略，總傳質(zhì)速率由具有相近的數(shù)量級(jí)，兩者都不能忽略，總傳質(zhì)速率由雙膜控制。雙膜控制。 （如水吸收（如水吸收SO2）液膜控制和氣膜控制液膜控制和氣膜控制52傳質(zhì)速率及界面濃度的求取傳

25、質(zhì)速率及界面濃度的求取 在總壓為在總壓為101.3kPa、溫度為、溫度為303K用水吸收混合用水吸收混合氣中的氨，操作條件下的氣液平衡關(guān)系為氣中的氨，操作條件下的氣液平衡關(guān)系為y=1.20 x。已知?dú)庀鄠髻|(zhì)系數(shù)已知?dú)庀鄠髻|(zhì)系數(shù)ky=5.3110-4kmol/s m2，液相傳，液相傳質(zhì)系數(shù)質(zhì)系數(shù)kx=5.3310-3kmol/s m2，并在塔的某一截面，并在塔的某一截面上測(cè)得氨的氣相濃度上測(cè)得氨的氣相濃度y=0.05，液相濃度，液相濃度x=0.012（均（均為摩爾分?jǐn)?shù)）。試求該截面上的傳質(zhì)速率及氣液界為摩爾分?jǐn)?shù)）。試求該截面上的傳質(zhì)速率及氣液界面上的兩相的濃度。面上的兩相的濃度。532434/1

26、074.4 1033.520.11031.511 11mSkmolkmkKyxy總傳質(zhì)系數(shù)解：解：0144. 0012. 020. 1mxye 關(guān)關(guān)系系的的氣氣相相濃濃度度為為與與實(shí)實(shí)際際液液相相濃濃度度成成平平衡衡254eYAms/kmol1069. 10144. 005. 01074. 4yyKN ）（）（傳傳質(zhì)質(zhì)速速率率54iiixiymxyxxkyyk)()(求解截面上兩相的濃度，必須聯(lián)立求解以下兩式求解截面上兩相的濃度，必須聯(lián)立求解以下兩式可得：可得：0152. 020. 1/0182. 0myx0182. 020. 11031. 51033. 51012. 01031. 51033

27、. 505. 0mkk1xkkyyii4343yxyxi 55 從計(jì)算結(jié)果可以看出，界面氣相濃度與氣相主從計(jì)算結(jié)果可以看出，界面氣相濃度與氣相主體濃度相差較大，界面液相濃度與液相主體濃度比體濃度相差較大，界面液相濃度與液相主體濃度比較接近。較接近。%3 .891047. 411031. 511144Kyky的比例為：氣相傳質(zhì)阻力占總阻力56討論對(duì)象討論對(duì)象板式塔板式塔填料塔填料塔精餾章節(jié)討論精餾章節(jié)討論研究對(duì)象研究對(duì)象流向選擇：流向選擇：在兩相進(jìn)、出口濃度相同的情況下，逆流時(shí)的對(duì)在兩相進(jìn)、出口濃度相同的情況下，逆流時(shí)的對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力大于并流；數(shù)平均推動(dòng)力大于并流； 逆流操作液體下流時(shí)會(huì)受到上升

28、氣體的曳力，這逆流操作液體下流時(shí)會(huì)受到上升氣體的曳力，這種曳力過大會(huì)影響液體的流速和氣體的流速。種曳力過大會(huì)影響液體的流速和氣體的流速。為使過程具有最大的推動(dòng)力，一般吸收過程都采用逆為使過程具有最大的推動(dòng)力，一般吸收過程都采用逆流操作。流操作。57一、物料衡算與操作線方程：一、物料衡算與操作線方程：V惰性氣體的摩爾流率，惰性氣體的摩爾流率，kmol/h；Y1 氣體入口濃度（摩爾比）；氣體入口濃度（摩爾比）； Y2 氣體出口濃度（摩爾比）；氣體出口濃度（摩爾比）； L 液體的摩爾流率，液體的摩爾流率，kmol/h； X1 液體入口濃度（摩爾比）；液體入口濃度（摩爾比）； X2 液體出口濃度（摩爾

29、比）。液體出口濃度（摩爾比）。1、物料衡算：、物料衡算：?jiǎn)挝粫r(shí)間氣體釋放的溶質(zhì)的量：?jiǎn)挝粫r(shí)間氣體釋放的溶質(zhì)的量： V ( Y1 Y2 )單位時(shí)間液體吸收的溶質(zhì)的量：?jiǎn)挝粫r(shí)間液體吸收的溶質(zhì)的量： L ( X1 X2 ) V( Y1 Y2 ) = L ( X1 X2 )前提條件：氣體和液體的量不變化前提條件：氣體和液體的量不變化吸收塔吸收塔V, Y1V, Y2L, X2L, X158V,1L, 1m nV,L, 2、操作線方程：、操作線方程：在任一截面在任一截面 m-n 與塔底間作物料衡算：與塔底間作物料衡算：V( 1 ) = L ( X1 X )XVL(YXVLY 11表明：穩(wěn)定操作時(shí)，任意截面

30、上的表明：穩(wěn)定操作時(shí)，任意截面上的 YX 線線性方程。性方程。YY1Y20XABX1X2相平衡線相平衡線Ye = f (X )操作線操作線 LX -VY = LX1 + VY159吸收操作線描述了塔的任意截面上氣液兩相濃度吸收操作線描述了塔的任意截面上氣液兩相濃度之間的的關(guān)系。之間的的關(guān)系。操作線上任意一點(diǎn)代表的是塔內(nèi)某一截面上氣、操作線上任意一點(diǎn)代表的是塔內(nèi)某一截面上氣、液組成的大小。液組成的大小。吸收過程氣相中的溶質(zhì)的分壓總是大于液相中溶吸收過程氣相中的溶質(zhì)的分壓總是大于液相中溶質(zhì)的平衡分壓，所以在圖中操作線總是在平衡線的上方。質(zhì)的平衡分壓，所以在圖中操作線總是在平衡線的上方。60分離要求

31、的表達(dá)方法分離要求的表達(dá)方法吸收目的為除去氣體中的有害物：直接規(guī)定吸收后吸收目的為除去氣體中的有害物：直接規(guī)定吸收后氣體中的有害溶質(zhì)的殘余濃度氣體中的有害溶質(zhì)的殘余濃度Y2。吸收目的為回收有用物質(zhì)：規(guī)定了溶質(zhì)的回收率。吸收目的為回收有用物質(zhì)：規(guī)定了溶質(zhì)的回收率。121121YYYVYVYVY氣氣體體進(jìn)進(jìn)塔塔的的溶溶質(zhì)質(zhì)量量被被吸吸收收的的溶溶質(zhì)質(zhì)量量Y)1 (12YY61 吸收劑性能是吸收操作良好與否的關(guān)鍵，評(píng)價(jià)吸吸收劑性能是吸收操作良好與否的關(guān)鍵，評(píng)價(jià)吸收劑性能優(yōu)劣的依據(jù)是：收劑性能優(yōu)劣的依據(jù)是： (1)對(duì)需要吸收的組分要有較大的溶解度。對(duì)需要吸收的組分要有較大的溶解度。 (2)對(duì)所處理的氣

32、體要有較好的選擇性。即對(duì)溶對(duì)所處理的氣體要有較好的選擇性。即對(duì)溶質(zhì)的溶解度要大，而對(duì)惰性氣體幾乎不溶解。質(zhì)的溶解度要大，而對(duì)惰性氣體幾乎不溶解。 (3)要有較低的蒸汽壓，以減少吸收過程中溶劑要有較低的蒸汽壓，以減少吸收過程中溶劑的揮發(fā)損失。要有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，以免使用過的揮發(fā)損失。要有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，以免使用過程中變質(zhì)。程中變質(zhì)。 (4)吸收后的溶劑應(yīng)易于再生。操作溫度下的粘吸收后的溶劑應(yīng)易于再生。操作溫度下的粘度要低。度要低。此外，溶劑應(yīng)有較低的粘度，不易起泡，還應(yīng)盡此外，溶劑應(yīng)有較低的粘度，不易起泡，還應(yīng)盡可能滿足來源豐富、價(jià)格低廉、無毒、不易燃燒等可能滿足來源豐富、價(jià)格低廉、無毒、不

33、易燃燒等經(jīng)濟(jì)和安全條件。經(jīng)濟(jì)和安全條件。吸收劑的選擇：吸收劑的選擇：62 吸收劑用量的確定：吸收劑用量的確定：,Y1,Y2X2 , L=?X1=?吸收塔吸收塔1、為何要確定、為何要確定L？吸收劑流率與設(shè)備費(fèi)及操作費(fèi)的吸收劑流率與設(shè)備費(fèi)及操作費(fèi)的關(guān)系：關(guān)系：)XVL(YxVLY )XVL(YXVLY 2211 吸收劑流率吸收劑流率L是影響吸收操作的重要因素之一，是影響吸收操作的重要因素之一，它將直接影響設(shè)備尺寸（、它將直接影響設(shè)備尺寸（、D）以及操作費(fèi)用。）以及操作費(fèi)用。63YY1Y20XABX1X2相平衡線相平衡線Ye = f ( X )操作線操作線DC 設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)，qV一定（生產(chǎn)任一定（

34、生產(chǎn)任務(wù)一定）：務(wù)一定）： 操作線的斜率（操作線的斜率（L/V）取決）取決于吸收劑用量于吸收劑用量L的多少。的多少。VL吸收劑的單位耗用量吸收劑的單位耗用量 or 液氣比。液氣比。AC線：線： L (L/V) (Xe-X) 吸收推動(dòng)力吸收推動(dòng)力 NA 設(shè)備尺寸設(shè)備尺寸 設(shè)備費(fèi)用設(shè)備費(fèi)用 ；但溶劑再生費(fèi)用但溶劑再生費(fèi)用 ，動(dòng)力消耗，動(dòng)力消耗 操作費(fèi)用操作費(fèi)用 。AD線：線： L (L/V) (Xe-X) 吸收推動(dòng)力吸收推動(dòng)力 NA 設(shè)備尺寸設(shè)備尺寸 設(shè)備費(fèi)用設(shè)備費(fèi)用 ；但溶劑再生費(fèi)用但溶劑再生費(fèi)用 ，動(dòng)力消耗，動(dòng)力消耗 操作費(fèi)用操作費(fèi)用 。64吸收劑進(jìn)口濃度的選擇及其最高允許濃度吸收劑進(jìn)口濃度的

35、選擇及其最高允許濃度 設(shè)計(jì)時(shí)所選擇的吸收劑進(jìn)口濃設(shè)計(jì)時(shí)所選擇的吸收劑進(jìn)口濃度過高，吸收過程推動(dòng)力減小，所度過高，吸收過程推動(dòng)力減小，所需吸收塔高度增加。若選擇的進(jìn)口需吸收塔高度增加。若選擇的進(jìn)口濃度過低，使則對(duì)吸收劑的再生提濃度過低，使則對(duì)吸收劑的再生提出了過高的要求，再生設(shè)備和再生出了過高的要求，再生設(shè)備和再生費(fèi)用增大，因此吸收劑的進(jìn)口溶質(zhì)費(fèi)用增大，因此吸收劑的進(jìn)口溶質(zhì)濃度（濃度（X2）的選擇存在一個(gè)最優(yōu)化）的選擇存在一個(gè)最優(yōu)化的問題，需要通過多方案的計(jì)算和的問題，需要通過多方案的計(jì)算和比較來確定。比較來確定。 在塔頂部位，與氣相濃度在塔頂部位，與氣相濃度Y2成平衡的液相濃度成平衡的液相濃度

36、X2e。顯然所。顯然所選擇的吸收劑進(jìn)口溶質(zhì)濃度（選擇的吸收劑進(jìn)口溶質(zhì)濃度（X2）必須低于）必須低于X2e才能達(dá)到規(guī)定的才能達(dá)到規(guī)定的分離要求。所以，分離要求。所以，X2e是最高允許濃度。是最高允許濃度。YY20AX2eYe = mX操作線操作線X*2=Y2/mX65最小液氣比最小液氣比(L/V)min：AD線：線：L (L/V) D點(diǎn)上，點(diǎn)上，L=Lmin，X = Xe，X= 0，吸收推動(dòng)力，吸收推動(dòng)力 = 0，吸收所需接觸面，吸收所需接觸面積為無窮大，此時(shí)所需的積為無窮大，此時(shí)所需的 L最小，其液氣比最小，其液氣比稱為最小液氣比稱為最小液氣比(L/V)min 。（4）怎樣確定）怎樣確定Lmi

37、n ？當(dāng)當(dāng)e = m（體系服從亨利定律）：（體系服從亨利定律）：?LXmYYYXXYY)VL(min21212e,121min YY1Y20ABX1X2Y*= mX操作線操作線DX*1=Y1/mX66當(dāng)當(dāng)e mX（體系不服從亨利定律）：（體系不服從亨利定律）：?LXXYY)VL(min2e,121min 讀取讀取D 點(diǎn)坐標(biāo)（點(diǎn)坐標(biāo)（X1 ，Y1 ）?XXYY)VL(min2121minL YY1Y20AX2操作線操作線DX1 Y* = f(X)Y1D XYY1Y20ABX1X2Y* = f(X)操作線操作線DX*1X672、如何確定、如何確定L？求出求出 (L/V)min; 再取再取 (L/V

38、) = (1.12.0) (L/V)min。在在 20，1atm下，用清水分離氨下，用清水分離氨-空氣的混合氣體，空氣的混合氣體，混合氣體中氨的分壓為混合氣體中氨的分壓為 1330Pa，經(jīng)吸收后氨的分壓，經(jīng)吸收后氨的分壓降為降為 7 Pa，混合氣體的處理量為，混合氣體的處理量為 1020 kg/h，操作條，操作條件下平衡關(guān)系為件下平衡關(guān)系為 * = 0.755。若適宜的吸收劑用量。若適宜的吸收劑用量為最小用量的為最小用量的2倍，求所需吸收劑用量及離塔氨水的倍，求所需吸收劑用量及離塔氨水的濃度。濃度。例：例：V, Y1V, Y2X2 , L=?X1=?吸收塔吸收塔68解：解：min2152)VL

39、2(VL 0.755X,Y* 1020kg/h,q7Pa,p 1330Pa,p Pa,101.013P 0,Xm552225111106.9107101.0137P-PpY 0.013131330101.0131330P-PpY69kg/h 943.4kmol/h 52411.502VL 1.50200.7550.1330106.9100.13302 XmYYY2XYY2)VL2(VLkmol/h 34.900.01313)(1290.01313171020)y1MyMqMqV 52121221min11vm,vm,2*X ( (空空氣氣氨氨70331ss113522112121kmol/m

40、0.4885108.80918998.2XMXc 108.80901.502106.9100.1330X)Y(YLVX)XL(X)YV(Y Mc , , , , x很小。x很小。0.05時(shí)）0.05時(shí)）對(duì)于稀溶液（對(duì)于稀溶液（s sssLssMMx)(1MxMxMc71三、解吸三、解吸1、解吸方法、解吸方法汽提解吸法汽提解吸法減壓解吸減壓解吸加熱解吸加熱解吸加熱加熱-減壓解吸減壓解吸2、汽提解吸法的計(jì)算、汽提解吸法的計(jì)算72例：含苯例：含苯2mol%的煤氣用平均分子量為的煤氣用平均分子量為260的洗油在的洗油在一填料塔中做逆流吸收以回收其中的苯，煤氣的一填料塔中做逆流吸收以回收其中的苯，煤氣的

41、流率為流率為1200kmol/h。塔頂進(jìn)入的洗油中含苯。塔頂進(jìn)入的洗油中含苯0.5mol%，洗油的流率為最少用量的，洗油的流率為最少用量的1.3倍。吸收倍。吸收塔在塔在1atm、27下操作，此時(shí)的氣液平衡關(guān)系為下操作，此時(shí)的氣液平衡關(guān)系為Y=0.125X。富油由吸收塔底出口經(jīng)加熱后送入解。富油由吸收塔底出口經(jīng)加熱后送入解吸塔塔頂，在解吸塔中送入過熱水蒸氣使富油脫吸塔塔頂，在解吸塔中送入過熱水蒸氣使富油脫苯，脫苯后的貧油由解吸塔塔底排出冷卻后再進(jìn)苯，脫苯后的貧油由解吸塔塔底排出冷卻后再進(jìn)入吸收塔使用，水蒸氣的用量為最少用量的入吸收塔使用，水蒸氣的用量為最少用量的1.2倍。倍。解吸塔在解吸塔在1a

42、tm、120下操作，此時(shí)的氣液平衡下操作，此時(shí)的氣液平衡關(guān)系為關(guān)系為Y*=3.16X。 求：洗油的循環(huán)流率和過熱蒸汽耗量求：洗油的循環(huán)流率和過熱蒸汽耗量73解（解（1）123. 0005. 016. 0001. 002. 0*)16. 0125. 002. 0*001. 002. 0)95. 01 ()95. 01 (2121min1112XXYYVLmYXYY（吸收塔最小液氣比濃度為：洗油在吸收塔底的最大為：吸收塔出口煤氣中含苯吸收塔74124010325333016033301200 1601230313121212.)(/././.).minYYLVXXskmolLskmolhkmolV

43、VLVL洗洗油油出出塔塔濃濃度度為為：洗洗油油循循環(huán)環(huán)量量煤煤氣氣量量（實(shí)實(shí)際際氣氣液液比比為為75hkmolskmolLVLVLVYYXXLVmXYee/1260/1094. 1365. 0365. 02 . 1304. 0391. 0124. 016. 30Y)2(2min2121min112過過熱熱蒸蒸汽汽用用量量）（操操作作氣氣液液比比）（解解吸吸塔塔的的最最小小氣氣液液比比為為最最大大濃濃度度為為解解吸吸塔塔頂頂氣氣相相中中含含苯苯的的過過熱熱水水蒸蒸汽汽中中不不含含苯苯，76四、塔徑的計(jì)算四、塔徑的計(jì)算uVDs4五、吸收塔高的計(jì)算五、吸收塔高的計(jì)算77（一）填料層高度的計(jì)算：（一）

44、填料層高度的計(jì)算： （低濃度氣體）（低濃度氣體）1、基本計(jì)算式：、基本計(jì)算式：計(jì)算目的：傳質(zhì)面積計(jì)算目的：傳質(zhì)面積=？生產(chǎn)任務(wù)：生產(chǎn)任務(wù)：X2，V，Y1Y2，NAV, Y1V, Y2X2 , LX1m nY XY+dY X+dXdZ 對(duì)通過虛線范圍高度的溶質(zhì)進(jìn)對(duì)通過虛線范圍高度的溶質(zhì)進(jìn)行物料衡算：行物料衡算：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)：氣體釋放溶質(zhì)的量氣體釋放溶質(zhì)的量=VdY；液體吸收溶質(zhì)的量液體吸收溶質(zhì)的量=LdX。VdY = LdX = NAdA=dGA78對(duì)于對(duì)于dZ內(nèi)：內(nèi)： VdY=NA a dZ=KY(Y Y*) dZ dA dZ層內(nèi)所具有的氣液接觸面積，層內(nèi)所具有的氣液接觸面積，m2。

45、 塔的截面積，塔的截面積，m2。a 每每m3填料的有效傳質(zhì)面積，填料的有效傳質(zhì)面積，m2/ m3 。LdX=NA a dZ=Kx(X* -X) dZ X*XdXKL*YYdYKVdZxY 791212XXXZ0YYYZ0X*XdXKL dZZ *YYdYKVdZZ 對(duì)于穩(wěn)定的吸收操作，對(duì)于穩(wěn)定的吸收操作，V, L, , KY, KX一定：一定：1212XXXYYYX*XdXKLZ *YYdYKVZ 與比表面積與比表面積 t不同，受填料的特性、設(shè)備及流動(dòng)狀況不同，受填料的特性、設(shè)備及流動(dòng)狀況影響，實(shí)驗(yàn)難測(cè)，一般影響，實(shí)驗(yàn)難測(cè)，一般KY 與與 或或KX 與與一起給出。一起給出。KY ，KX 氣（液

46、）相體積傳質(zhì)系數(shù)，氣（液）相體積傳質(zhì)系數(shù)，kmol/m3s802、傳質(zhì)單元高度、傳質(zhì)單元高度H與傳質(zhì)單元數(shù)與傳質(zhì)單元數(shù)N：（1）定義：）定義： KLHKVHX*XdXN*YYdYNXOLYOGXXOLYYOG1212 液相總傳質(zhì)單元高度：液相總傳質(zhì)單元高度： 氣相總傳質(zhì)單元高度：氣相總傳質(zhì)單元高度： 液相總傳質(zhì)單元數(shù)：液相總傳質(zhì)單元數(shù)： 氣相總傳質(zhì)單元數(shù)：氣相總傳質(zhì)單元數(shù)：81 填料層高度為：傳質(zhì)單元高度填料層高度為：傳質(zhì)單元高度傳質(zhì)單元數(shù)傳質(zhì)單元數(shù)Z= HOGNOG Z= HOLNOL（2）H、N的意義：的意義： N：所含變量只與物質(zhì)的相平衡以及進(jìn)出口的濃度條件有關(guān)，所含變量只與物質(zhì)的相平衡

47、以及進(jìn)出口的濃度條件有關(guān)，與設(shè)備的形式和設(shè)備中的操作條件（如流速）無關(guān)。與設(shè)備的形式和設(shè)備中的操作條件（如流速）無關(guān)。(Y1 Y2) (分離要求不高，易分離）分離要求不高，易分離）積分值積分值 ，N (Y1 Y2) (分離要求高，難分離）分離要求高，難分離）積分值積分值 ，N N 反映了分離的難易程度。反映了分離的難易程度。82 H：與設(shè)備的型式、設(shè)備中的操作條件有關(guān)與設(shè)備的型式、設(shè)備中的操作條件有關(guān)在在L、V一定時(shí)，一定時(shí)，Z與與Ky 或或Kx 成反比。成反比。 KY 或或KX ，即設(shè)備效能，即設(shè)備效能 ，則，則Z 。具體。具體數(shù)值需要通過實(shí)驗(yàn)確定。數(shù)值需要通過實(shí)驗(yàn)確定。H 反映了設(shè)備的效能

48、，表示完成一個(gè)傳質(zhì)單元所需的塔高。反映了設(shè)備的效能，表示完成一個(gè)傳質(zhì)單元所需的塔高。3、NOG、NOL的計(jì)算：的計(jì)算：數(shù)值積分法數(shù)值積分法對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法；對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法；脫吸因數(shù)法；脫吸因數(shù)法；這里只介紹對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法；這里只介紹對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法；83對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法（服從亨利定律對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法（服從亨利定律Ye = mX）：）：Y =Y Y* = AX + B - mX= (A-m)(Y-B)/A +BYY是直線關(guān)系。是直線關(guān)系。V,Y1V,Y2L, X2L, X1吸收塔吸收塔YY1Y20ABX1X2Ye = mX操作線操作線Ye,1Ye,2Y1Y2Y = AX + BX842211

49、2211221122112121mmm21YYOGmXYmXYln)mX(Y)mX(Y*YY*YYln)*Y(Y)*Y(YYYlnYYYYYYYN12 為為對(duì)對(duì)數(shù)數(shù)平平均均推推動(dòng)動(dòng)力力 YYdY*85同理：同理：22112211221122112121mmm21OLXmYXmYln)Xm(Y)Xm(YX*XX*Xln)X*(X)X*(XXXlnXXXXXXXN/ 為對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力為對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力 86在填料吸收塔中，用清水吸收甲醇在填料吸收塔中，用清水吸收甲醇 - 空氣混合氣體中空氣混合氣體中的甲醇蒸汽，在的甲醇蒸汽，在 1 atm，27下進(jìn)行操作，混合氣體下進(jìn)行操作，混合氣體流量為流量為12

50、00m3/h，塔底處空塔氣速為，塔底處空塔氣速為0.4m/s，混合氣，混合氣體中甲醇的濃度為體中甲醇的濃度為 100g甲醇甲醇/m3空氣，甲醇回收率為空氣，甲醇回收率為95%，水的用量為，水的用量為1215kg/h，體積吸收總系數(shù)，體積吸收總系數(shù)KG = 0.987 kmol /(m3hkPa)，操作條件下氣液平衡關(guān)系為，操作條件下氣液平衡關(guān)系為Y = 1.1X。試計(jì)算所需的填料層高度。試計(jì)算所需的填料層高度。例：例：V,Y1V, Y2X2 , LX1吸收塔吸收塔可用算術(shù)平均值代替?？捎盟阈g(shù)平均值代替?；蚧驎r(shí)，時(shí)，或或當(dāng)當(dāng)mm2121XY2XX2YY87解：解：kmol/h 67.518121

51、5Lkmol/h 46.373002731122.41200TTPP22.4V102.5650.05130.95)(1)Y(1Y0.0513300)314101325/(8.100/48PV/RTG/MY0X00s31212 V880.5565m0.41200/36000.987101.346.37KPVKVH0.033480)102.565(0.051367.546.37X)Y(YLVX)XL(X)YV(YGYOG322112121 897.0850.00688102.5650.0513N 0.00688102.5650.033481.10.0513ln102.5650.03348)1.1(

52、0.0513mXYmXYln)mX(Y)mX(YYYlnYYyYYYN (1)3OG33221122112121mm21OG m3.947.0850.5565NOGH OGZ90其他吸收其他吸收 一、化學(xué)吸收一、化學(xué)吸收1、化學(xué)吸收的特點(diǎn)、化學(xué)吸收的特點(diǎn) 溶質(zhì)的組成沿?cái)U(kuò)散途徑的變化情況不僅與其自身的擴(kuò)溶質(zhì)的組成沿?cái)U(kuò)散途徑的變化情況不僅與其自身的擴(kuò)散速率有關(guān)，而且與液相中活潑組分的反相擴(kuò)散速率、散速率有關(guān)，而且與液相中活潑組分的反相擴(kuò)散速率、化學(xué)反應(yīng)速率以及反應(yīng)物的擴(kuò)散速率有關(guān)。化學(xué)反應(yīng)速率以及反應(yīng)物的擴(kuò)散速率有關(guān)。2、化學(xué)吸收速率加快的原因、化學(xué)吸收速率加快的原因反應(yīng)消耗了進(jìn)入液相中的吸收質(zhì)，

53、使吸收質(zhì)的有效反應(yīng)消耗了進(jìn)入液相中的吸收質(zhì)，使吸收質(zhì)的有效溶解度顯著增加而平衡分壓降低，從而增大了吸溶解度顯著增加而平衡分壓降低，從而增大了吸收過程的推動(dòng)力。收過程的推動(dòng)力。由于部分溶質(zhì)在液膜內(nèi)擴(kuò)散途中就因化學(xué)反應(yīng)而消由于部分溶質(zhì)在液膜內(nèi)擴(kuò)散途中就因化學(xué)反應(yīng)而消耗，使過程阻力減少，吸收系數(shù)增大。耗，使過程阻力減少，吸收系數(shù)增大。91二、高組成氣體吸收二、高組成氣體吸收1、氣液兩相的摩爾流量沿塔高有較大的變化。、氣液兩相的摩爾流量沿塔高有較大的變化。2、吸收過程有顯著的熱效應(yīng)。、吸收過程有顯著的熱效應(yīng)。3、吸收系數(shù)不是常數(shù)。、吸收系數(shù)不是常數(shù)。三、多組分吸收三、多組分吸收1、定義：氣體混合物中、

54、定義：氣體混合物中,若有兩個(gè)以上的組份被吸收劑若有兩個(gè)以上的組份被吸收劑吸收吸收,稱為多組份吸收。稱為多組份吸收。2、多組份吸收的特點(diǎn)：、多組份吸收的特點(diǎn)： 組份間相互影響組份間相互影響,相平衡關(guān)系較為復(fù)雜，傳遞性質(zhì)復(fù)雜；相平衡關(guān)系較為復(fù)雜，傳遞性質(zhì)復(fù)雜；各組份在液相的溶解度關(guān)系均符合亨利定律，則各組份在液相的溶解度關(guān)系均符合亨利定律，則 操作線操作線方程數(shù)目與氣體中的組份數(shù)相同，方程數(shù)目與氣體中的組份數(shù)相同， 各組份的操作線方程各組份的操作線方程具有相同的斜率；具有相同的斜率；92吸收操作實(shí)例分析吸收操作實(shí)例分析一、逆流與并流操作比較一、逆流與并流操作比較例：逆流與并流操作的液氣比計(jì)算例：逆

55、流與并流操作的液氣比計(jì)算解解: 由平衡關(guān)系得相平衡常數(shù)為由平衡關(guān)系得相平衡常數(shù)為 逆流操作時(shí)逆流操作時(shí), ,氣體出口與吸收劑入口皆位于塔頂氣體出口與吸收劑入口皆位于塔頂, ,故操作線故操作線的一端的一端(Y(Y2,2,，X X2 2）的位置已經(jīng)確定，當(dāng)吸收劑的用量為最小時(shí)，）的位置已經(jīng)確定，當(dāng)吸收劑的用量為最小時(shí)，操作線將在塔底與平衡線相交，即操作線將在塔底與平衡線相交，即x xe1e1=y=y1 1/m/m。 在總壓為在總壓為3.039105(絕壓），溫度為絕壓），溫度為20下用純水吸收混合下用純水吸收混合氣中的氣中的SO2， SO2的初始含量為的初始含量為0.05(摩爾分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù)),要求

56、在處理后的要求在處理后的氣體中氣體中SO2的含量不超過的含量不超過1%(體積分?jǐn)?shù)體積分?jǐn)?shù)).已知在常壓下已知在常壓下20時(shí)的時(shí)的平衡關(guān)系為平衡關(guān)系為y=13.9x,試求逆流與并流時(shí)的最小液氣比各為多少試求逆流與并流時(shí)的最小液氣比各為多少?6341003931091355.m93823634050163405099001095005001111122112121.)(mineeexxyyyyXXYYVL 并流操作時(shí)并流操作時(shí), ,氣體與液體入口皆位于塔頂氣體與液體入口皆位于塔頂, ,故操作線的一端故操作線的一端(Y(Y1,1,，X X2 2）的位置已經(jīng)確定，當(dāng)吸收劑的用量為最小時(shí)，）的位置已經(jīng)確

57、定，當(dāng)吸收劑的用量為最小時(shí)，myxe21L/Vminmin=17.5794二、吸收劑用量對(duì)吸收過程的影響二、吸收劑用量對(duì)吸收過程的影響吸收劑用量對(duì)氣體極限殘余濃度的影響吸收劑用量對(duì)氣體極限殘余濃度的影響例：用純水逆流吸收混合物中的例：用純水逆流吸收混合物中的SO2氣體（其余組分可氣體（其余組分可視為惰性成分），混合物中的視為惰性成分），混合物中的SO2 的初始含量為的初始含量為5%（體積分?jǐn)?shù)），在操作條件下相平衡關(guān)系是（體積分?jǐn)?shù)），在操作條件下相平衡關(guān)系是y=5.0 x，試分別計(jì)算試分別計(jì)算4和和6時(shí)氣體的極限出口含量。時(shí)氣體的極限出口含量。解：當(dāng)吸收塔為無限高，氣體出口含量達(dá)到極限值，解：當(dāng)

58、吸收塔為無限高，氣體出口含量達(dá)到極限值，此時(shí)操作線與平衡線相交。對(duì)于逆流操作，操作線與此時(shí)操作線與平衡線相交。對(duì)于逆流操作，操作線與平衡線相交的位置取決于平衡線相交的位置取決于L/V與與m的相對(duì)大小。當(dāng)?shù)南鄬?duì)大小。當(dāng)L/V m時(shí)，操作線與平衡線相交于塔底，當(dāng)時(shí)，操作線與平衡線相交于塔底，當(dāng)L/V m時(shí)，時(shí)，操作線與平衡線相交于塔頂。操作線與平衡線相交于塔頂。1）當(dāng)）當(dāng)L/V=4時(shí)，操作線與平衡線相交于塔底。時(shí)，操作線與平衡線相交于塔底。液體出口最大含量為：液體出口最大含量為：95010505011.myxe01001010101.eX氣體的極限出口含量為：氣體的極限出口含量為：0126001049500502112.)(minXXVLYYe2）當(dāng)）當(dāng)L/V=6時(shí)，操作線與平衡線相交于塔頂。時(shí)，操作線與平衡線相交于塔頂。氣體出口含量為：氣體出口含量為：96ye2=m