學(xué)習(xí)情境二凈化分離工業(yè)有害廢氣

1、學(xué)習(xí)情境二凈化分離工業(yè)有害廢氣學(xué)習(xí)情境二凈化分離工業(yè)有害廢氣Gas AbsorptionGas Absorption3.1 概述概述3.2 氣液相平衡氣液相平衡3.3 分子擴(kuò)散分子擴(kuò)散與單相傳質(zhì)與單相傳質(zhì)3.4 對流傳質(zhì)對流傳質(zhì)3.5 吸收塔的計算吸收塔的計算3.6 解吸及計算解吸及計算3.7 其他吸收類型其他吸收類型概述（概述（IntroductionIntroduction） 吸收分離操作：吸收分離操作：利用混合氣體中各組分利用混合氣體中各組分(component)在液體在液體中溶解度中溶解度(solubility)差異，使某些易溶組分進(jìn)入液相形成溶差異，使某些易溶組分進(jìn)入液相形成溶液液(

2、solution)，不溶或難溶組分仍留在氣相，不溶或難溶組分仍留在氣相(gas phase)，從而，從而實(shí)現(xiàn)混合氣體的分離。實(shí)現(xiàn)混合氣體的分離。吸收劑吸收劑氣體氣體yx界面界面氣相主體氣相主體 液相主體液相主體 相界面相界面氣相擴(kuò)散氣相擴(kuò)散 液相擴(kuò)散液相擴(kuò)散 yi xi 氣體吸收是混氣體吸收是混合氣體中某些合氣體中某些組分在氣液相組分在氣液相界面上溶解、界面上溶解、在氣相和液相在氣相和液相內(nèi)由濃度差推內(nèi)由濃度差推動的傳質(zhì)過程。動的傳質(zhì)過程。吸收分離操作實(shí)例：吸收分離操作實(shí)例：乙醇胺水溶液吸收二氧化碳?xì)怏w乙醇胺水溶液吸收二氧化碳?xì)怏w圖9-3 乙醇胺水溶液吸收CO2流程原料氣(CO2)吸收塔解吸塔

3、換熱器冷卻器再沸器CO2冷卻器概述（概述（IntroductionIntroduction） 吸收質(zhì)或溶質(zhì)吸收質(zhì)或溶質(zhì)(solute)：混合氣體中的溶解組分，以混合氣體中的溶解組分，以A表示。表示。惰性氣體惰性氣體(inert gas)或載體：或載體：不溶或難溶組分，以不溶或難溶組分，以B表示。表示。吸收劑吸收劑(absorbent)：吸收操作中所用的溶劑，以吸收操作中所用的溶劑，以S表示。表示。吸收液吸收液(strong liquor)：吸收操作后得到的溶液，主要成分吸收操作后得到的溶液，主要成分為溶劑為溶劑S和溶質(zhì)和溶質(zhì)A。吸收尾氣吸收尾氣(dilute gas)：吸收后排出的氣體，主要成

4、分為惰性吸收后排出的氣體，主要成分為惰性氣體氣體B和少量的溶質(zhì)和少量的溶質(zhì)A。 解吸或脫吸解吸或脫吸(desorption)：與吸收相反的過程，即溶質(zhì)從液與吸收相反的過程，即溶質(zhì)從液相中分離而轉(zhuǎn)移到氣相的過程。相中分離而轉(zhuǎn)移到氣相的過程。物理吸收物理吸收(physical absorption)：吸收過程溶質(zhì)與溶劑不發(fā)吸收過程溶質(zhì)與溶劑不發(fā)生顯著的化學(xué)反應(yīng)，可視為單純的氣體溶解于液相的過生顯著的化學(xué)反應(yīng)，可視為單純的氣體溶解于液相的過程。如用水吸收二氧化碳、用水吸收乙醇或丙醇蒸汽、程。如用水吸收二氧化碳、用水吸收乙醇或丙醇蒸汽、用洗油吸收芳烴等。用洗油吸收芳烴等。概述（概述（Introduct

5、ionIntroduction） 化學(xué)吸收化學(xué)吸收(chemical absorption)：溶質(zhì)與溶劑有顯著的化學(xué)溶質(zhì)與溶劑有顯著的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。如用氫氧化鈉或碳酸鈉溶液吸收二氧化碳、反應(yīng)發(fā)生。如用氫氧化鈉或碳酸鈉溶液吸收二氧化碳、用稀硫酸吸收氨等過程?；瘜W(xué)反應(yīng)能大大提高單位體積用稀硫酸吸收氨等過程。化學(xué)反應(yīng)能大大提高單位體積液體所能吸收的氣體量并加快吸收速率。但溶液解吸再液體所能吸收的氣體量并加快吸收速率。但溶液解吸再生較難。生較難。 單組分吸收：單組分吸收：混合氣體中只有單一組分被液相吸收，其余混合氣體中只有單一組分被液相吸收，其余組分因溶解度甚小其吸收量可忽略不計。組分因溶解度甚小其吸

6、收量可忽略不計。多組分吸收：多組分吸收：有兩個或兩個以上組分被吸收。有兩個或兩個以上組分被吸收。溶解熱：溶解熱：氣體溶解于液體時所釋放的熱量?；瘜W(xué)吸收時，氣體溶解于液體時所釋放的熱量?；瘜W(xué)吸收時，還會有反應(yīng)熱。還會有反應(yīng)熱。非等溫吸收：非等溫吸收：體系溫度發(fā)生明顯變化的吸收過程。體系溫度發(fā)生明顯變化的吸收過程。等溫吸收：等溫吸收：體系溫度變化不顯著的吸收過程。體系溫度變化不顯著的吸收過程。概述（概述（IntroductionIntroduction） 概述（概述（IntroductionIntroduction）吸收操作的用途：吸收操作的用途：(1) 制取產(chǎn)品制取產(chǎn)品 用吸收劑吸收氣體中某些組

7、分而獲得產(chǎn)品。用吸收劑吸收氣體中某些組分而獲得產(chǎn)品。如硫酸吸收如硫酸吸收SO3制濃硫酸，水吸收甲醛制福爾馬林液，制濃硫酸，水吸收甲醛制福爾馬林液，碳化氨水吸收碳化氨水吸收CO2制碳酸氫氨等。制碳酸氫氨等。 (2) 分離混合氣體分離混合氣體 吸收劑選擇性地吸收氣體中某些組分以吸收劑選擇性地吸收氣體中某些組分以達(dá)到分離目的。如從焦?fàn)t氣或城市煤氣中分離苯，從乙達(dá)到分離目的。如從焦?fàn)t氣或城市煤氣中分離苯，從乙醇催化裂解氣中分離丁二烯等。醇催化裂解氣中分離丁二烯等。 (3) 氣體凈化氣體凈化 一類是原料氣的凈化，即除去混合氣體中的一類是原料氣的凈化，即除去混合氣體中的雜質(zhì)，如合成氨原料氣脫雜質(zhì)，如合成氨

8、原料氣脫H2S、脫、脫CO2等；另一類是尾等；另一類是尾氣處理和廢氣凈化以保護(hù)環(huán)境，如燃煤鍋爐煙氣，冶煉氣處理和廢氣凈化以保護(hù)環(huán)境，如燃煤鍋爐煙氣，冶煉廢氣等脫除廢氣等脫除SO2，硝酸尾氣脫除，硝酸尾氣脫除NO2等。等。 氣液兩相的接觸方式氣液兩相的接觸方式連續(xù)接觸連續(xù)接觸(也稱微分接觸也稱微分接觸)：氣、氣、液兩相的濃度呈連續(xù)變化。如填液兩相的濃度呈連續(xù)變化。如填料塔。料塔。溶劑b 級式接觸a a 微分接觸圖9-2 填料塔和板式塔氣體溶劑氣體級式接觸：級式接觸：氣、液兩相逐級接氣、液兩相逐級接觸傳質(zhì)，兩相的組成呈階躍變觸傳質(zhì)，兩相的組成呈階躍變化?；?。 如板式塔。如板式塔。散裝填料散裝填料塑

9、料鮑爾環(huán)填料塑料鮑爾環(huán)填料規(guī)整填料規(guī)整填料 塑料絲網(wǎng)波紋填料塑料絲網(wǎng)波紋填料 選擇原則：經(jīng)濟(jì)、合理。選擇原則：經(jīng)濟(jì)、合理。吸收劑的選擇要求吸收劑的選擇要求1.1.溶解度大；溶解度大；2.2.選擇性高；選擇性高；3.3.再生容易；再生容易；4.4.揮發(fā)性?。粨]發(fā)性??； 5.5.粘度低；粘度低； 6.6.化學(xué)穩(wěn)定性高；化學(xué)穩(wěn)定性高；7.7.腐蝕性低；腐蝕性低； 8.8.無毒、無害、價廉等。無毒、無害、價廉等。概述（概述（IntroductionIntroduction） 相同點(diǎn)：同為氣液相之間的傳質(zhì)、傳熱過程相同點(diǎn)：同為氣液相之間的傳質(zhì)、傳熱過程 區(qū)別：區(qū)別：1 1、建立兩相體系的方法不同、建立兩

10、相體系的方法不同蒸餾：蒸餾：采用改變物料狀態(tài)參數(shù)的方法使混合的物系采用改變物料狀態(tài)參數(shù)的方法使混合的物系內(nèi)部產(chǎn)生第二個物相。內(nèi)部產(chǎn)生第二個物相。吸收：吸收：采用從外界引入另一個相態(tài)的方法形成兩相采用從外界引入另一個相態(tài)的方法形成兩相系統(tǒng)。系統(tǒng)。吸收與蒸餾的區(qū)別吸收與蒸餾的區(qū)別概述（概述（IntroductionIntroduction）2 2、操作條件和組分的傳遞方式不同、操作條件和組分的傳遞方式不同蒸餾：蒸餾：液相汽化和蒸汽的冷凝同時進(jìn)行，在相界面輕、液相汽化和蒸汽的冷凝同時進(jìn)行，在相界面輕、重組分同時向相反的方向進(jìn)行。重組分同時向相反的方向進(jìn)行。吸收：吸收：液相溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其沸點(diǎn)，只有溶質(zhì)

11、分子進(jìn)入液相溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其沸點(diǎn)，只有溶質(zhì)分子進(jìn)入液相的單向傳遞，而氣相中的惰性組分在界面處于液相的單向傳遞，而氣相中的惰性組分在界面處于“停滯停滯”狀態(tài)。狀態(tài)。吸收操作的經(jīng)濟(jì)性1)1)氣液兩相流經(jīng)吸收設(shè)備的能量消耗，指泵送液體、風(fēng)機(jī)氣液兩相流經(jīng)吸收設(shè)備的能量消耗，指泵送液體、風(fēng)機(jī)送氣的能耗。送氣的能耗。概述（概述（IntroductionIntroduction）(3)(3)溶劑的再生費(fèi)用，即解吸操作費(fèi)，此項(xiàng)所占的比例最大。溶劑的再生費(fèi)用，即解吸操作費(fèi)，此項(xiàng)所占的比例最大。常用的解吸方法有升溫、常用的解吸方法有升溫、 減壓、吹氣，其中升溫與吹氣特減壓、吹氣，其中升溫與吹氣特別是升溫與吹氣同時使

12、用最為常見。別是升溫與吹氣同時使用最為常見。(2)(2)溶劑的揮發(fā)損失和變質(zhì)損失。溶劑的揮發(fā)損失和變質(zhì)損失。(4) (4) 吸收的設(shè)備費(fèi)用指吸收塔及輔助設(shè)備（泵、風(fēng)機(jī)、加熱吸收的設(shè)備費(fèi)用指吸收塔及輔助設(shè)備（泵、風(fēng)機(jī)、加熱器、冷卻器等）的費(fèi)用。器、冷卻器等）的費(fèi)用。 吸收操作的經(jīng)濟(jì)性是由總費(fèi)用（即操作費(fèi)用加設(shè)備費(fèi)用）吸收操作的經(jīng)濟(jì)性是由總費(fèi)用（即操作費(fèi)用加設(shè)備費(fèi)用）來衡量的。來衡量的。 最經(jīng)濟(jì)的吸收操作應(yīng)是操作費(fèi)用與設(shè)備費(fèi)用之和即總費(fèi)最經(jīng)濟(jì)的吸收操作應(yīng)是操作費(fèi)用與設(shè)備費(fèi)用之和即總費(fèi)用為最小。用為最小。3.1.1 吸收過程的氣液相平衡關(guān)系吸收過程的氣液相平衡關(guān)系 氣體在液體中的溶解度 氣體吸收涉及

13、到相際傳質(zhì)過程。氣體吸收涉及到相際傳質(zhì)過程。對單組分物理吸收：相數(shù)對單組分物理吸收：相數(shù) = 2= 2，組分?jǐn)?shù)，組分?jǐn)?shù) = 3= 3相律相律 F F = = -N+2 -N+2 自由度自由度 = 3= 3，即在溫度、壓力和氣、液相，即在溫度、壓力和氣、液相組成四個變量中，有三個獨(dú)立變量。組成四個變量中，有三個獨(dú)立變量。在溫度和壓力一定的條件下，平衡時的氣、液相組成具有在溫度和壓力一定的條件下，平衡時的氣、液相組成具有一一對應(yīng)關(guān)系。一一對應(yīng)關(guān)系。平衡狀態(tài)下溶質(zhì)在氣相中的分壓稱為平衡狀態(tài)下溶質(zhì)在氣相中的分壓稱為平衡分壓或飽和分壓平衡分壓或飽和分壓，與之對應(yīng)的液相濃度稱為與之對應(yīng)的液相濃度稱為平衡濃

14、度平衡濃度或氣體在液體中的或氣體在液體中的溶解溶解度度。平衡問題：平衡問題：物質(zhì)傳遞的方向和限度；物質(zhì)傳遞的方向和限度；傳質(zhì)速率問題：傳質(zhì)速率問題：傳質(zhì)推動力和阻力。過程快慢的問題。傳質(zhì)推動力和阻力。過程快慢的問題。相平衡：相平衡：相間傳質(zhì)已達(dá)到動態(tài)平衡，從宏觀上觀察傳質(zhì)已相間傳質(zhì)已達(dá)到動態(tài)平衡，從宏觀上觀察傳質(zhì)已不再進(jìn)行。不再進(jìn)行。氣體在液體中的溶解度溶解度曲線：溶解度曲線：在一定溫度、壓力下，平衡時溶質(zhì)在氣相和液在一定溫度、壓力下，平衡時溶質(zhì)在氣相和液相中的濃度的關(guān)系曲線。相中的濃度的關(guān)系曲線。溶解度溶解度/g(NH/g(NH3 3)/1000g(H)/1000g(H2 2O)O)1000

15、10005005000 02020404060608080100100120120p pNHNH3 3/kPa/kPa50 50 o oCC40 40 o oCC30 30 o oCC20 20 o oCC10 10 o oCC0 0 o oCC120120溶解度溶解度/g(SO/g(SO2 2)/1000g(H)/1000g(H2 2O)O)2502502002000 02020404060608080100100p pSOSO2 2/kPa/kPa150150100100505012012050 50 o oCC40 40 o oCC30 30 o oCC20 20 o oCC10 10

16、o oCC0 0 o oCC在相同條件下，在相同條件下，NHNH3 3 在水中的溶解度較在水中的溶解度較 SOSO2 2 大得多。大得多。用水作吸收劑時，稱用水作吸收劑時，稱 NHNH3 3 為為易溶氣體易溶氣體，SOSO2 2為為中等溶解氣體中等溶解氣體，溶解度更小的氣體則為溶解度更小的氣體則為難溶氣體難溶氣體( (如如OO2 2 在在 30 30 和溶質(zhì)的分和溶質(zhì)的分壓為壓為 40kPa 40kPa 的條件下，的條件下，1kg 1kg 水中溶解的質(zhì)量僅為水中溶解的質(zhì)量僅為 0.014g)0.014g)。 當(dāng)總壓不太高時，一定溫度下的當(dāng)總壓不太高時，一定溫度下的稀溶液稀溶液的溶解度曲線近似的

17、溶解度曲線近似為直線，即溶質(zhì)在液相中的溶解度與其在氣相中的分壓成為直線，即溶質(zhì)在液相中的溶解度與其在氣相中的分壓成正比。正比。式中：式中： p p* * 溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓，溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓，kPakPa； x x 溶質(zhì)在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)；溶質(zhì)在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)； E E 亨利系數(shù)，亨利系數(shù)，kPakPa。 Exp * 亨利定律亨利定律 亨利系數(shù)的值隨物系的特性及溫度而異；亨利系數(shù)的值隨物系的特性及溫度而異； 物系一定，物系一定，E E 值一般隨溫度的上升而增大；值一般隨溫度的上升而增大；E E 值的大小代表了氣體在該溶劑中溶解的難易程度；值的大小代表了氣體在該溶劑中溶解的難易程度；

18、 在同一溶劑中，難溶氣體在同一溶劑中，難溶氣體 E E 值很大，易溶氣體值很大，易溶氣體 E E 值很??；值很?。籈 E 的單位與氣相分壓的壓強(qiáng)單位一致。的單位與氣相分壓的壓強(qiáng)單位一致。 ETExPx *0limmmwAA nnyAA nnxAA 1NBA yyy1NBA xxxNNBBAAAAAA/MmwMmwMmwMmwnnx NNBBAAAA/MwMwMwMw BAAmma BAAnnY BAAnnX AAA1aaw AAA-1 wwa XXx 1xxX 1YYy 1yyY 1 AAVmG AAVnc AAwG cxcAA AAApppY RTpVncAAA pA=PyAHcpA*A H

19、 H 與與E E 的關(guān)系：的關(guān)系： xHcccHcp A*AHcE SASL)1(MxMxMMc SSHME HT Exp *Amxy *APyp ExPy *PEm mT mp在低濃度氣體吸收計算中，通常采用基準(zhǔn)不變的比在低濃度氣體吸收計算中，通常采用基準(zhǔn)不變的比摩爾摩爾分?jǐn)?shù)分?jǐn)?shù) Y Y（ 或或 X X ）表示組成。）表示組成。 比摩爾分?jǐn)?shù)表示組成的平衡關(guān)系比摩爾分?jǐn)?shù)表示組成的平衡關(guān)系 X X 溶質(zhì)在液相中的比摩爾分?jǐn)?shù)；溶質(zhì)在液相中的比摩爾分?jǐn)?shù)；Y Y * * 與與X X 呈平衡的氣相中溶質(zhì)的比摩爾分?jǐn)?shù)。呈平衡的氣相中溶質(zhì)的比摩爾分?jǐn)?shù)。當(dāng)當(dāng) m m 趨近趨近 1 1 或當(dāng)或當(dāng) X X 很小時

20、很小時yyY 1的摩爾數(shù)氣相中惰氣的摩爾數(shù)氣相中溶質(zhì)BAxxX 1的摩爾數(shù)液相中溶劑的摩爾數(shù)液相中溶質(zhì)SAXmmXY)1(1* mXY *mXY *（3 3） 相對于氣相濃度相對于氣相濃度 y y 而言，而言，液相濃度欠飽和液相濃度欠飽和( (xxxyyy* *) )，溶質(zhì)，溶質(zhì) A A 由氣相由氣相向液相轉(zhuǎn)移。向液相轉(zhuǎn)移。氣、液相濃度氣、液相濃度( (y,xy,x) )在平在平衡線上方衡線上方( (P P點(diǎn)點(diǎn)) )：yxoy*=f(x)Pyxy*結(jié)論：結(jié)論：若系統(tǒng)氣、液相濃度若系統(tǒng)氣、液相濃度( (y,xy,x) )在平衡線上方，則體系將在平衡線上方，則體系將發(fā)生從氣相到液相的傳質(zhì)，即吸收過

21、程。發(fā)生從氣相到液相的傳質(zhì)，即吸收過程。x*釋放溶質(zhì)釋放溶質(zhì)吸收溶質(zhì)吸收溶質(zhì)相對于氣相濃度而言實(shí)相對于氣相濃度而言實(shí)際 液 相 濃 度 過 飽 和際 液 相 濃 度 過 飽 和( (xxxx* *) )，故液相有釋放，故液相有釋放溶質(zhì)溶質(zhì) A A 的能力。的能力。相對于液相濃度相對于液相濃度 x x 而言而言氣 相 濃 度 為 欠 飽 和氣 相 濃 度 為 欠 飽 和( (yyy pA2PB120及及SX*，所，所以解吸操作線位于平衡線下方。以解吸操作線位于平衡線下方。對逆流解吸塔，其操作線方程與吸收操作線方程在形式完對逆流解吸塔，其操作線方程與吸收操作線方程在形式完全相同，只是解吸塔的稀端（

22、全相同，只是解吸塔的稀端（X2、Y2）在塔底。）在塔底。當(dāng)溶液的處理量當(dāng)溶液的處理量 L、進(jìn)出塔濃度、進(jìn)出塔濃度 X1、X2 以及解吸氣進(jìn)塔組以及解吸氣進(jìn)塔組成成 Y2 確定后，氣體用量確定后，氣體用量 V 與氣體出塔濃度與氣體出塔濃度 Y1 直接相關(guān)。直接相關(guān)。 YXoY*=f(X)Y1X2Y2BX1(L/V)maxAYXoY*=f(X)Y1X2Y2B(L/V)maxCX1Y1*CA解吸塔的最小氣液比 當(dāng)解吸用氣量當(dāng)解吸用氣量 V 減小時，氣體出塔濃度減小時，氣體出塔濃度 Y1 增大，操作線增大，操作線的的 A 點(diǎn)向平衡線靠攏，傳質(zhì)推動力下降。點(diǎn)向平衡線靠攏，傳質(zhì)推動力下降。當(dāng)操作線與平衡線

23、相交或相切時，解吸操作線斜率（液氣當(dāng)操作線與平衡線相交或相切時，解吸操作線斜率（液氣比）最大，即氣液比最小，這是達(dá)到一定解吸程度氣液比比）最大，即氣液比最小，這是達(dá)到一定解吸程度氣液比操作的最低極限值。操作的最低極限值。對操作線與平衡線相交的情況，塔頂處兩相傳質(zhì)平衡，有對操作線與平衡線相交的情況，塔頂處兩相傳質(zhì)平衡，有 2*121minYYXXLV 對操作線與平衡線相切（平衡線呈上凹形狀），最小氣液對操作線與平衡線相切（平衡線呈上凹形狀），最小氣液比由過比由過 B 點(diǎn)所作的操作線與平衡線的切線斜率確定。實(shí)際點(diǎn)所作的操作線與平衡線的切線斜率確定。實(shí)際氣液比應(yīng)大于最小氣液比。氣液比應(yīng)大于最小氣液比

24、。 填料層高度計算式 可采用與吸收塔相同的方法，但需注意式中涉及到的推動可采用與吸收塔相同的方法，但需注意式中涉及到的推動力力(濃度差濃度差)的前后項(xiàng)要調(diào)換。的前后項(xiàng)要調(diào)換。用傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)計算填料層高度用傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)計算填料層高度 Z，傳質(zhì)單，傳質(zhì)單元高度的計算方法不變，但傳質(zhì)單元數(shù)定義中有傳質(zhì)推動元高度的計算方法不變，但傳質(zhì)單元數(shù)定義中有傳質(zhì)推動力項(xiàng)，應(yīng)加以注意。力項(xiàng)，應(yīng)加以注意。 若平衡關(guān)系為若平衡關(guān)系為Y* = MX ：*22*11*ln1112XXXXAXXdXNXXOL mOLXXXN 21 *22*11*22*11lnXXXXXXXXXm AXXXXAANO

25、L*22*211ln11式中式中 A=L/(MV) 為吸收因子。為吸收因子。 過程速率是決定單元設(shè)備大小的關(guān)鍵因素。過程速率是決定單元設(shè)備大小的關(guān)鍵因素。填料層高度計算式中的傳質(zhì)系數(shù)填料層高度計算式中的傳質(zhì)系數(shù)(ky，KY 等等) 體現(xiàn)了與吸收速體現(xiàn)了與吸收速率的正比關(guān)系，在吸收計算中具有十分重要的意義。率的正比關(guān)系，在吸收計算中具有十分重要的意義。 傳質(zhì)系數(shù)包含了傳質(zhì)過程速率計算中一切復(fù)雜的、不易確定傳質(zhì)系數(shù)包含了傳質(zhì)過程速率計算中一切復(fù)雜的、不易確定的影響因素，其數(shù)值的大小主要取決于物系的性質(zhì)、操作條的影響因素，其數(shù)值的大小主要取決于物系的性質(zhì)、操作條件及設(shè)備的性能件及設(shè)備的性能(填料特性

26、填料特性)三個方面。由于影響因素十分復(fù)三個方面。由于影響因素十分復(fù)雜，傳質(zhì)系數(shù)的計算難以通過理論模型解決，迄今為止也尚雜，傳質(zhì)系數(shù)的計算難以通過理論模型解決，迄今為止也尚無通用的計算方法可循。無通用的計算方法可循。 傳質(zhì)系數(shù)的獲取途徑傳質(zhì)系數(shù)的獲取途徑：(1) 實(shí)驗(yàn)測定；實(shí)驗(yàn)測定；(2) 針對特定體系的經(jīng)針對特定體系的經(jīng)驗(yàn)公式；驗(yàn)公式；(3) 適用范圍更廣的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式。適用范圍更廣的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式。 cKKcNA 1對氣、液傳質(zhì)過程，可將對氣、液傳質(zhì)過程，可將各傳質(zhì)速率表達(dá)式概括為各傳質(zhì)速率表達(dá)式概括為: 2.4.6.4 傳質(zhì)系數(shù)的計算傳質(zhì)系數(shù)的計算傳質(zhì)系數(shù)的實(shí)驗(yàn)測定 對實(shí)際操作的物系，若相平衡關(guān)

27、系對實(shí)際操作的物系，若相平衡關(guān)系為直線，則填料層高度計算式為為直線，則填料層高度計算式為 上式也可寫為高度為上式也可寫為高度為 Z 的填料段的平均傳質(zhì)速率方程的填料段的平均傳質(zhì)速率方程 mYYYYaKVZ 21 mYAYFKYYVG 21 mpYAYaVKYYVG 21式中式中 F= Za 為傳質(zhì)面積，為傳質(zhì)面積，Vp= Z 為填料裝填體積。為填料裝填體積。 當(dāng)填料和填料裝填方式一定，測量穩(wěn)定操作時進(jìn)、出塔氣、當(dāng)填料和填料裝填方式一定，測量穩(wěn)定操作時進(jìn)、出塔氣、液流量和測量段液流量和測量段 Z 兩端氣、液濃度，由物料衡算及平衡關(guān)兩端氣、液濃度，由物料衡算及平衡關(guān)系可得出系可得出GA 和和 Ym

28、 ，進(jìn)而得出，進(jìn)而得出 KY 或或 KYa。 注意：注意：實(shí)驗(yàn)測定的傳質(zhì)系數(shù)用于吸收或解吸塔設(shè)計計算時，實(shí)驗(yàn)測定的傳質(zhì)系數(shù)用于吸收或解吸塔設(shè)計計算時，設(shè)計體系的物性、操作條件及設(shè)備性能應(yīng)與實(shí)驗(yàn)測定時的設(shè)計體系的物性、操作條件及設(shè)備性能應(yīng)與實(shí)驗(yàn)測定時的情況相同或相近。情況相同或相近。 實(shí)際上很難對每一具體設(shè)計條件下的傳質(zhì)系數(shù)都直接進(jìn)行實(shí)際上很難對每一具體設(shè)計條件下的傳質(zhì)系數(shù)都直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測定。為此，不少研究者針對某些典型的系統(tǒng)和條件實(shí)驗(yàn)測定。為此，不少研究者針對某些典型的系統(tǒng)和條件進(jìn)行研究，在所測定的大量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上提出了對一定的物進(jìn)行研究，在所測定的大量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上提出了對一定的物系在一定條件范圍

29、內(nèi)的傳質(zhì)系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式。系在一定條件范圍內(nèi)的傳質(zhì)系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式。 適用條件：適用條件： (1) 氣體的空塔質(zhì)量流速氣體的空塔質(zhì)量流速 G 為為 3204150kg/(m2 h)，液體的，液體的空塔質(zhì)量流速空塔質(zhì)量流速 W 為為 440058500 kg/(m2 h)； (2) 直徑為直徑為25mm的環(huán)形填料。的環(huán)形填料。 25. 07 . 041081. 9WGaKG 82. 0WaKC 用水吸收用水吸收 SO2 屬中等溶解度的氣體吸收。計算氣、液相體屬中等溶解度的氣體吸收。計算氣、液相體積傳質(zhì)系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式分別為積傳質(zhì)系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式分別為 傳質(zhì)系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式 用水吸收氨屬易溶氣體的吸收，吸收阻力

30、主要在氣膜側(cè)。用水吸收氨屬易溶氣體的吸收，吸收阻力主要在氣膜側(cè)。用填充用填充 12.5mm 陶瓷環(huán)形填料塔實(shí)測數(shù)據(jù)得出的計算氣相陶瓷環(huán)形填料塔實(shí)測數(shù)據(jù)得出的計算氣相傳質(zhì)系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式為傳質(zhì)系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式為 39. 09 . 041007. 6WGaKG 式中：式中：KGa 氣相傳質(zhì)系數(shù)，氣相傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(m3.h.kPa)； KCa 液相傳質(zhì)系數(shù)，液相傳質(zhì)系數(shù)， kmol/(m3.h.kmol/m3)； G 氣相空塔質(zhì)量流速，氣相空塔質(zhì)量流速，kg/(m2.h)； W 液相空塔質(zhì)量流速，液相空塔質(zhì)量流速，kg/(m2.h)； 與溫度有關(guān)的常數(shù)，其值列于下表。與溫度有關(guān)的常數(shù)，其值列于下表。

31、 t 1015202530 0.00930.01020.01160.01280.0143傳質(zhì)系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式 U 液相噴淋密度，液相噴淋密度，m3/(m2 h) 。單位。單位時間噴淋在單位塔截面上的液相體積。時間噴淋在單位塔截面上的液相體積。用水吸收二氧化碳屬難溶氣體吸收，吸收阻力主要在液膜用水吸收二氧化碳屬難溶氣體吸收，吸收阻力主要在液膜側(cè)。計算液相體積傳質(zhì)系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式為側(cè)。計算液相體積傳質(zhì)系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式為 96. 057. 2UaKC 適用條件：適用條件：(1) 直徑為直徑為1032mm 陶瓷環(huán)填料塔；陶瓷環(huán)填料塔；(2) 噴淋密度噴淋密度 U 為為 320 m3/(m2 h)；(3) 氣

32、體的空塔質(zhì)量速度氣體的空塔質(zhì)量速度 G 為為 130580 kg/(m2 h)；(4) 操作溫度為操作溫度為2127。KCa 的大小主要取決于液相的噴淋密度，而氣體的質(zhì)量流的大小主要取決于液相的噴淋密度，而氣體的質(zhì)量流速速 G 基本無影響。基本無影響。 傳質(zhì)系數(shù)的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式 根據(jù)傳遞現(xiàn)象動力學(xué)相似基本原則推導(dǎo)出來并通過實(shí)驗(yàn)確定根據(jù)傳遞現(xiàn)象動力學(xué)相似基本原則推導(dǎo)出來并通過實(shí)驗(yàn)確定模型參數(shù)的準(zhǔn)數(shù)方程有更寬的適用范圍。模型參數(shù)的準(zhǔn)數(shù)方程有更寬的適用范圍。常用準(zhǔn)數(shù)：常用準(zhǔn)數(shù)：修伍德數(shù)修伍德數(shù) Sh、雷諾數(shù)、雷諾數(shù) Re 及施密特數(shù)及施密特數(shù) Sc 等。等。氣相修伍德準(zhǔn)數(shù)氣相修伍德準(zhǔn)數(shù) GGGScShR

33、e GBGBmGRTpPDKScRe DlPRTpKBmGG ShGGeGaGud 4Re0 DGGG Sc氣體通過填料層的雷諾數(shù)氣體通過填料層的雷諾數(shù) 氣相施密特準(zhǔn)數(shù)氣相施密特準(zhǔn)數(shù) 適用范圍適用范圍:ReG = 21033.5104ScG = 0.62.5P = 101303 kPa(絕壓絕壓)應(yīng)用場合應(yīng)用場合 濕壁塔濕壁塔0.0230.830.44填料塔填料塔0.0660.80.33上式是由濕壁塔中汽液傳質(zhì)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)得到，除了用上式是由濕壁塔中汽液傳質(zhì)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)得到，除了用于濕壁塔（于濕壁塔（l 為濕壁塔塔徑）外，也可用于拉西環(huán)填料塔為濕壁塔塔徑）外，也可用于拉西環(huán)填料塔（l 為拉

34、西環(huán)填料的外徑）。為拉西環(huán)填料的外徑）。模型參數(shù)模型參數(shù):上述準(zhǔn)數(shù)中：上述準(zhǔn)數(shù)中：D 溶質(zhì)在氣相中的分子擴(kuò)散系數(shù)溶質(zhì)在氣相中的分子擴(kuò)散系數(shù) m2/s；P/pm 氣相漂流因子；氣相漂流因子；KG 氣相傳質(zhì)系數(shù)氣相傳質(zhì)系數(shù) kmol/(m2 s kPa) ； R 通用氣體常數(shù)通用氣體常數(shù) kJ/ (kmol K ) ；l 特征尺寸特征尺寸 m ； G 混合氣體的密度混合氣體的密度 kg/m3； T 溫度溫度 K； G 混合氣體的粘度混合氣體的粘度 N s/m2 ；G 氣體的空塔質(zhì)量速度；氣體的空塔質(zhì)量速度；de 填料層中流體通道的當(dāng)量直徑，填料層中流體通道的當(dāng)量直徑，de=4a/ ，（，（a 為填

35、為填料的比表面料的比表面 m2/m3， 為填料層的空隙率為填料層的空隙率 m3/m3）；）；u0 氣體在填料空隙中的實(shí)際流速，氣體在填料空隙中的實(shí)際流速，u0=u/ （u為空塔為空塔氣速氣速 m/s）；）；液 相 修 伍液 相 修 伍德準(zhǔn)數(shù)德準(zhǔn)數(shù) 33. 033. 067. 0Re000595. 0GaScShLLL DlccKSmCL ShLLaW 4Re DLLL Sc233LLgl Ga液 體 通 過 填液 體 通 過 填料 層 的 雷 諾料 層 的 雷 諾數(shù)數(shù) 液 相 施 密液 相 施 密特準(zhǔn)數(shù)特準(zhǔn)數(shù) 液相的伽利略液相的伽利略(Callilio)準(zhǔn)數(shù)準(zhǔn)數(shù) 上述準(zhǔn)數(shù)中：上述準(zhǔn)數(shù)中：a 填

36、料比表面積填料比表面積m2/m3 ； kc 液膜傳質(zhì)系數(shù)，液膜傳質(zhì)系數(shù)，m/s；cSm/c 液相漂流因子；液相漂流因子； l 特征尺寸，取填料直徑特征尺寸，取填料直徑m；G 重力加速度，重力加速度，m/s2； L 液體的粘度，液體的粘度，Ns/m2； L 液體的密度液體的密度 kg/m3；D 溶質(zhì)在液相中的分子擴(kuò)散系數(shù)溶質(zhì)在液相中的分子擴(kuò)散系數(shù) m2/s； W 液體的空塔質(zhì)量速度，液體的空塔質(zhì)量速度，kg/(m2s)。1. 1. 高濃度氣體吸收的定義高濃度氣體吸收的定義 混合氣體中待吸收組分混合氣體中待吸收組分A的摩爾分率高于的摩爾分率高于10%（有時有時體積百分率）的氣體吸收，通常視為高濃度

37、氣體吸收。體積百分率）的氣體吸收，通常視為高濃度氣體吸收。2.4.7 其他吸收類型其他吸收類型一、高濃度吸收一、高濃度吸收2、特點(diǎn)：、特點(diǎn)： 1）V、L沿塔高變化；沿塔高變化；2）Y-X操作線為曲線；操作線為曲線；3）非等溫：含量高，溶解熱大，對平衡不利，但）非等溫：含量高，溶解熱大，對平衡不利，但有利于提高傳質(zhì)系數(shù)，常忽略不計有利于提高傳質(zhì)系數(shù)，常忽略不計;2.2.影響因素影響因素 在高濃度氣體吸收過程中，由于被吸收溶液在高濃度氣體吸收過程中，由于被吸收溶液A在混合氣量中在混合氣量中占有較大的比例，因此必須考慮該吸收過程對以下兩大方面的占有較大的比例，因此必須考慮該吸收過程對以下兩大方面的影

38、響：影響：變溫吸收：變溫吸收： 吸收過程會產(chǎn)生大量的吸收熱。高濃度氣體吸收過程中，由于吸收過程會產(chǎn)生大量的吸收熱。高濃度氣體吸收過程中，由于溶質(zhì)溶質(zhì)A的溶解，產(chǎn)生的總熱量較多，如果液氣比的溶解，產(chǎn)生的總熱量較多，如果液氣比(L/V)較小或塔的較小或塔的散熱效果不好，吸收液的溫度就會顯著是升高，這時氣體吸收是散熱效果不好，吸收液的溫度就會顯著是升高，這時氣體吸收是“變溫吸收變溫吸收”。等溫吸收：等溫吸收： v 隨著吸收液溫度的升高，溶質(zhì)的氣相平衡分壓增大，對吸收不隨著吸收液溫度的升高，溶質(zhì)的氣相平衡分壓增大，對吸收不利。當(dāng)然，如果溶解熱不大，液氣比利。當(dāng)然，如果溶解熱不大，液氣比L/V又較大，吸

39、收過程產(chǎn)生的熱又較大，吸收過程產(chǎn)生的熱量使吸收液的溫度升高很小，或吸收塔散熱效果較好，吸收熱可及時量使吸收液的溫度升高很小，或吸收塔散熱效果較好，吸收熱可及時散出，則這時的高濃氣體吸收仍可視為散出，則這時的高濃氣體吸收仍可視為“等溫吸收等溫吸收”。 總傳質(zhì)系數(shù)總傳質(zhì)系數(shù)( (KYa、Kxa)決定于：決定于： 1/ KY = 1/ kym/ kx 相平衡關(guān)系相平衡關(guān)系（m） 兩相流速（量）兩相流速（量） 兩相的膜兩相的膜( (分分) )傳質(zhì)系數(shù)傳質(zhì)系數(shù) 溶質(zhì)濃度溶質(zhì)濃度 有關(guān)。有關(guān)。 體系的溫度體系的溫度T T和壓強(qiáng)和壓強(qiáng)P PE與低濃度氣體吸收的比較與低濃度氣體吸收的比較對于低濃度氣體吸收，由

40、于混合氣中對于低濃度氣體吸收，由于混合氣中A的濃度低，一般液氣比又較的濃度低，一般液氣比又較大，因此在整吸收過程中兩相的流量、溶質(zhì)濃度、體系的溫度變大，因此在整吸收過程中兩相的流量、溶質(zhì)濃度、體系的溫度變化都不大所以塔的總傳質(zhì)系數(shù)可視為不隨塔高而變，是個常數(shù)；化都不大所以塔的總傳質(zhì)系數(shù)可視為不隨塔高而變，是個常數(shù)；高濃度氣體吸收就不同。此時必須考慮幾個方面的因素對傳質(zhì)系高濃度氣體吸收就不同。此時必須考慮幾個方面的因素對傳質(zhì)系數(shù)的影響：數(shù)的影響： i)i)氣、液兩相對流量變化的影響；氣、液兩相對流量變化的影響； ii)ii)溫度變化的影響；溫度變化的影響； iii)iii)濃度變化的影響。濃度變化的影響。 對于高濃度氣體吸收，由于混合氣中溶質(zhì)的濃度高，吸收對于高濃度氣體吸收，由于混合氣中溶質(zhì)的濃度高，吸收過程中，總氣相流率（過程中，總氣相流率（V V）和總液相流率（）和總液相流率（L L）變化都較大，使）變化都較大，使氣、液兩相在吸收塔的不同截面上的相對流動狀態(tài)有較大的變氣、液兩相在吸收塔的不同截面上的相對流動狀態(tài)有較大的變化?；?。 對于逆流操作的吸收塔，隨著吸收過程的進(jìn)行，氣相流率對于逆流操作的吸收塔，隨著吸收過程的進(jìn)行，氣相流率從塔底從塔底塔頂逐漸減小，而液相流率從塔頂塔頂逐漸減小，而液相流率從塔頂塔底