化學(xué)工程基礎(chǔ)第5章吸收

第五章吸收主要內(nèi)容吸收操作的概述；氣液相平衡及吸收推動力；吸收速率方程；低濃度氣體吸收過程的計(jì)算；其他類型吸收過程簡介。1

1概述什么是吸收？

吸收是工業(yè)生產(chǎn)中用來分離混合氣體的一種重要單元操作?！粼恚何帐抢没旌蠚庵懈鹘M分在溶劑中的溶解度的差異分離氣體混合物。2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或幾個組分，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。3實(shí)例：煤氣生產(chǎn)中的苯回收流程

在煉焦和制取城市煤氣生產(chǎn)中，焦?fàn)t煤氣內(nèi)含有少量的苯、甲苯類低碳?xì)浠衔锏恼羝s35g/m3），應(yīng)予以分離。吸收解吸流程見例圖1-1吸收操作流程由流程可知三點(diǎn)4◆吸收操作中所用的溶劑稱為吸收劑（或溶劑），用S表示；能溶解的組分稱為溶質(zhì)或吸收質(zhì)，以A表示，不被吸收的組分稱為惰性氣，以B表示?！粑詹僮魉玫降娜芤悍Q為吸收液（成分為S和溶質(zhì)A），排出的氣體稱為吸收尾氣(主要成分為惰性氣體B，還含有殘余的溶質(zhì)A)。

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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）稱為解吸。吸收和解吸常是一對相伴的操作，吸收用以提取所需的物質(zhì)，而解吸用以分離所需的物質(zhì)與吸收劑，并使吸收劑再生而循環(huán)使用。5解吸：

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：（1）溶劑再生；（2）得到溶質(zhì)。吸收和解吸構(gòu)成了一個完整的流程。常用的解吸方法：升溫減壓吹氣最為常見61-2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。7一、填料塔的結(jié)構(gòu)及填料特性（一）、填料塔結(jié)構(gòu)及作用1、填料層

——提供氣液接觸的場所。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。8（二）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9拉西環(huán)鮑爾環(huán)階梯環(huán)環(huán)10板波紋絲網(wǎng)波紋鞍形環(huán)槽式液體分布器11三、板式塔與填料塔比較吸收塔填料塔板式塔級式接觸微分接觸12（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1、適用于處理有腐蝕性的物料；2、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。13板式吸收塔：氣體與液體逐級逆流接觸填料吸收塔：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。

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。

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?！镞@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。141-3、其他吸收流程多塔串聯(lián)操作，適用于滿足吸收要求需要的吸收塔太高時。1-4、吸收過程的分類1、物理吸收、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)，則稱為化學(xué)吸收。如用硫酸吸收氨；用堿液吸收CO2等都屬化學(xué)吸收。152、單組分吸收、多組分吸收若混合氣體中只有一個組分進(jìn)入液相，則稱為單組分吸收。

如果混合氣體中有兩個或更多組分進(jìn)入液相，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。3、等溫吸收、非等溫吸收氣體溶解于液體中，在有些情況下會放出相當(dāng)大的溶解熱和反應(yīng)熱，吸收過程進(jìn)行中溫度會升高，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)?，溶劑的用量較大時，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。162吸收過程氣液相平衡在恒定溫度和壓力下，氣液兩相接觸時將發(fā)生氣體溶質(zhì)向液相轉(zhuǎn)移，使其在液相中的濃度增加，當(dāng)長期充分接觸之后，液相中溶質(zhì)濃度不再增加達(dá)到飽和，這種狀態(tài)稱為相際動態(tài)平衡，簡稱相平衡或平衡。

吸收過程與傳熱過程比較類似但又有所區(qū)別，吸收過程是氣液相間的物質(zhì)傳遞，傳遞的推動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。因此我們必須研究氣液兩相之間的相平衡。172、摩爾分?jǐn)?shù)xA=nA/n xB=nB/n xA+xB=1由質(zhì)量分?jǐn)?shù)求摩爾分?jǐn)?shù)一、相組成表示法（A+B混合物）★兩者的關(guān)系由摩爾分?jǐn)?shù)求質(zhì)量分?jǐn)?shù)1、質(zhì)量分?jǐn)?shù)wA=mA/m wB=mB/m wA+wB=118▲氣體混合物的相組成（2） 氣相：3、摩爾比:用X或Y表示（1） 液相：將x改為y19二、什么是氣液相平衡？

吸收過程進(jìn)行時，必定存在一定的推動力，這一推動力與體系的平衡關(guān)系有關(guān)?；旌蠚怏w和溶劑在一定溫度和壓力下，經(jīng)長期充分接觸后，達(dá)到一種動態(tài)平衡，即：吸收速率=解吸速率。這種狀態(tài)被稱為氣液相平衡。

當(dāng)吸收速率=解吸速率[mol/(m2·s)]，氣液兩相達(dá)到相平衡，此時，溶質(zhì)在溶液中的濃度用溶解度或平衡濃度x*、c*來表示；溶質(zhì)在氣相中的濃度用平衡分壓P*來表示。T↗→溶解度↙

P↗→溶解度↗∴低溫高壓有利于吸收，高溫低壓有利于解吸。20圖5—3氨氣在水中的平衡溶解度2-1溶解度曲線從圖中可看出，一般情況下氣體的溶解度隨溫度升高，氣體的溶解度降低。例如，氣相中氨的分壓為60kPa，在100C時，溶解度約為510g/1000gH2O，在400C時，溶解度約為220g/1000gH2O。21圖5—4101.3kPa下SO2在水中的溶解度22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。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。

欲得到一定濃度的溶液，易溶氣體所需的分壓較低，而難溶氣體所需的分壓則很高。。232-2亨利定律：1、亨利定律：××××××××—溶質(zhì)分子體系：一定溫度；混合氣體總壓不高（P<5atm，氣相可視作理想氣體）；稀溶液（可視作理想溶液）。?—惰性氣體分子2425組成的表述有多種方法氣相中:分壓pA,摩爾分?jǐn)?shù)yA，摩爾比Y液相中:摩爾濃度cA(kmol/m3),摩爾分?jǐn)?shù)xA，摩爾比X

質(zhì)量分率w,質(zhì)量比(例如100gNH3/100g水)

對于一定的氣體和一定的溶劑，亨利系數(shù)隨溫度而變化。一般說來，溫度上升則E值增大，體現(xiàn)了氣體溶解度隨溫度升高而減少的變化趨勢。在同一溶劑中，難溶氣體的E值很大，而易溶氣體的E值則很小。亨利系數(shù)的數(shù)值越小，表明可溶組分的溶解度越大，或者說溶劑的溶解能力越大。26若將亨利定律表示成溶質(zhì)在液相中的體積摩爾濃度c與其在氣相中的平衡分壓p*之間的關(guān)系，則可寫成如下形式，即：p*=c/H（4—2）或c*=pH式中c——單位體積溶液中溶質(zhì)的摩爾數(shù)，kmol/m3；H——溶解度系數(shù)，kmol/m·kN。p*——?dú)庀嘀腥苜|(zhì)的平衡分壓，kPa。在一定溫度下，易溶氣體的溶解度系數(shù)H值很大，難溶氣體的溶解度系數(shù)H值很??；且H值一般隨溫度升高而減小。27若溶質(zhì)在液相和氣相中的濃度分別用摩爾分率x及y表示，亨利定律可寫成如下形式，即：y*=mx或x*=y/m

式中y*——平衡時可吸收組分在氣相中的摩爾分率；x

——液相中溶質(zhì)的摩爾分率；m——相平衡常數(shù)，無因次。

以上三式中，比例系數(shù)E、H、m為以不同單位表示的亨利常數(shù)。282、亨利定律各系數(shù)間的關(guān)系：三個系數(shù)E、H、m之間的換算關(guān)系為：

m=E/P（4-4）

H=ρ

/

E·Ms

（4-5）式中P——混合氣的總壓，kPa；

Ms——溶劑的分子量；

ρ——溶劑的密度，kg/m3。

E——亨利系數(shù)，式（4—5）中單位為Pa；式（4—4）中單位與總壓P相同。結(jié)論：吸收宜采用溶解能力強(qiáng)、選擇性好的溶劑。提高操作壓力，降低操作溫度，對吸收有利；升溫和減壓則有利于解吸操作。29如果溶液的組成用摩爾比分率X表示，氣相組成也用摩爾比分率Y表示，則可以通過摩爾比的定義：

由上兩式推導(dǎo)可知：代入式：y*=mx而得到：Y*/（1＋Y*）=mX/（1＋X）30整理后得到亨利定律的又一種表達(dá)式：上式是由亨利定律導(dǎo)出的，此式在Y～X直角坐標(biāo)系中的圖形總是曲線；但是，當(dāng)溶液濃度很低時，即稀溶液時（X很小），上式可以近似地表示為：Y*=mX或X*=Y/m

式中Y*——平衡時可吸收組分在氣相中的摩爾比分率，kmol組分/kmol載體；X——溶液中可吸收組分的摩爾比分率，kmol組分/kmol溶劑。311atm下，濃度為0.02（摩爾分?jǐn)?shù)）的稀氨水在20℃時氨的平衡分壓為1.666kPa，其相平衡關(guān)系服從亨利定律，氨水密度可近似取1000kg/m3。求：E、m、H。例：解：322-3相平衡與吸收過程的關(guān)系：1、過程方向的判定：●當(dāng)p>P*=E·x(orx<xe)時，過程為吸收過程?！癞?dāng)p<P*=E·x(orx>xe)時，過程為解吸過程。332、過程的推動力—濃度差的計(jì)算：●以氣相分壓差表示的吸收過程的推動力：⊿p=p-P*●以液相濃度差表示的吸收過程的推動力：⊿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觸才會發(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)，過程推動力越大，過程的速率也越快。在吸收的過程中我們經(jīng)常：343、確定過程的極限：吸收塔混合氣體,p1氣,p2,min液,x2出塔氣體濃度最低值：p2,min離塔液體濃度最高值：x1,maxP2,min=E·x2液,x1,max實(shí)際生產(chǎn)中：p2>p2,minx1<x2,max受相平衡關(guān)系的限制35用煤油從苯–空氣混合氣體中吸收苯，入塔氣體中含苯2%（體積），吸收后濃度降為0.01%（體積），入塔煤油中含苯0.02%（摩爾分?jǐn)?shù)）。操作溫度為50℃，壓力為200kN/m2，操作條件下相平衡關(guān)系為P*=80xkN/m2。求：（1）塔頂處氣相推動力；（2）若改善操作條件，提高吸收率，則出口液體濃度極限是多少？例：吸收塔混合氣體,p1氣,p2液,x2液,x13637

吸收傳質(zhì)機(jī)理◆過程的方向、極限—相平衡◆過程的速率—？×××××××填料表面氣液界面溶質(zhì)分子運(yùn)動過程氣相主體→界面（擴(kuò)散）界面上溶解（溶解）界面→液相主體（擴(kuò)散）★吸收包括三個步驟38合理簡化：

上述過程中，第二步即界面上發(fā)生的溶解過程很容易進(jìn)行，其阻力極小。因此，通常認(rèn)為截面上氣、液兩相的溶質(zhì)濃度滿足平衡關(guān)系，即我們可以認(rèn)為在氣、液兩相截面上總保持兩相的平衡。

總過程速率將由兩個單相即氣相與液相內(nèi)的傳質(zhì)速率所決定。39一、質(zhì)量傳遞機(jī)理：根據(jù)物質(zhì)在單相中的傳遞機(jī)理分：●分子擴(kuò)散（靠分子運(yùn)動）：靜止、層流●對流擴(kuò)散：湍流對流傳質(zhì)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，分子的微觀運(yùn)動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)不僅靠分子本身的擴(kuò)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。40二、對流傳質(zhì)理論流動流體與相界面之間的物質(zhì)傳遞稱為對流傳質(zhì)?！痢痢痢痢痢痢翚庖航缑妗痢痢痢痢痢痢翆恿髂pA1pAi有效膜理論：zc41雙膜理論論點(diǎn)：

●氣液兩相接觸時，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——?dú)饽ず鸵耗?，溶質(zhì)必須以分子擴(kuò)散的方式連續(xù)通過這兩個膜層。（膜層厚度隨流速而定）●相界面上氣液兩相互為平衡?！衲右酝獾闹黧w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膜層內(nèi)。4243

通過上述三個假定，吸收過程簡化成為經(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)，吸收過程的推動力主要來源于氣相的分壓差和液相的濃度差。雙膜理論對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，為我們的設(shè)計(jì)計(jì)算提供了重要的依據(jù)。443吸收速率方程一、對流傳質(zhì)速率方程：1、氣相與界面的傳質(zhì)速率kG——以氣相分壓差為傳質(zhì)推動力的氣膜傳質(zhì)分系數(shù)，mol/(m2·s·Pa)上式即為以(p－p*)為推動力的吸收速率方程式。ky——以摩爾分?jǐn)?shù)差為傳質(zhì)推動力的氣膜傳質(zhì)分系數(shù)，mol/(m2·s)上式即為以(y－yi)為總推動力的吸收速率方程式。452、液相與界面的傳質(zhì)速率kL——以液相物質(zhì)的量濃度差為傳質(zhì)推動力的液膜傳質(zhì)系數(shù)，m·s-1kx——以摩爾分?jǐn)?shù)差為傳質(zhì)推動力的液膜傳質(zhì)系數(shù)，m·s-1

46二、吸收總傳質(zhì)速率方程：進(jìn)一步推導(dǎo)可知：47進(jìn)一步推導(dǎo)可知：48★傳質(zhì)速率方程的各種表達(dá)方式4950◆對易溶氣體,m很小，則1/ky》m/kx，Ky≈ky，氣膜阻力遠(yuǎn)大于液膜阻力,稱為氣膜控制過程。增加氣相流率Ky增大.

（如水吸收NH3或HCl）◆對難溶氣體,m很大，則1/kx》1/(mky)，KL≈kL，液相阻力遠(yuǎn)大于氣膜阻力，稱為液膜控制過程。（如水吸收O2或CO2）◆對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，兩者都不能忽略，總傳質(zhì)速率由雙膜控制。（如水吸收SO2）★液膜控制和氣膜控制51傳質(zhì)速率及界面濃度的求取

在總壓為101.3kPa、溫度為303K用水吸收混合氣中的氨，操作條件下的氣液平衡關(guān)系為y=1.20x。已知?dú)庀鄠髻|(zhì)系數(shù)ky=5.31×10-4kmol/sm2，液相傳質(zhì)系數(shù)kx=5.33×10-3kmol/sm2，并在塔的某一截面上測得氨的氣相濃度y=0.05，液相濃度x=0.012（均為摩爾分?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。52解：53求解截面上兩相的濃度，必須聯(lián)立求解以下兩式可得：54

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較接近。55

4低濃度氣體吸收過程計(jì)算討論對象板式塔填料塔精餾章節(jié)討論研究對象流向選擇：◆在兩相進(jìn)、出口濃度相同的情況下，逆流時的對數(shù)平均推動力大于并流；◆逆流操作液體下流時會受到上升氣體的曳力，這種曳力過大會影響液體的流速和氣體的流速。

為使過程具有最大的推動力，一般吸收過程都采用逆流操作。56一、物料衡算與操作線方程：V—惰性氣體的摩爾流率，kmol/h；Y1—?dú)怏w入口濃度（摩爾比）；

Y2—?dú)怏w出口濃度（摩爾比）；L—液體的摩爾流率，kmol/h；X1—液體入口濃度（摩爾比）；X2—液體出口濃度（摩爾比）。1、物料衡算：單位時間氣體釋放的溶質(zhì)的量：V(Y1–Y2)單位時間液體吸收的溶質(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吸收塔V,Y1V,Y2L,X2L,X157V,Ｙ1L,Ｘ1mnV,ＹL,Ｘ2、操作線方程：在任一截面m-n與塔底間作物料衡算：V(Ｙ1–Ｙ)=L(X1–X)表明：穩(wěn)定操作時，任意截面上的Y～X線性方程。YY1Y20XABX1X2相平衡線Ye=f(X)操作線LX-VY=LX1+VY158☆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?！畈僮骶€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?！钗者^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。59★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。60吸收劑性能是吸收操作良好與否的關(guān)鍵，評價吸收劑性能優(yōu)劣的依據(jù)是：

(1)對需要吸收的組分要有較大的溶解度。

(2)對所處理的氣體要有較好的選擇性。即對溶質(zhì)的溶解度要大，而對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)。(4)吸收后的溶劑應(yīng)易于再生。操作溫度下的粘度要低。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、價格低廉、無毒、不易燃燒等經(jīng)濟(jì)和安全條件。吸收劑的選擇：61吸收劑用量的確定：Ｖ,Y1Ｖ,Y2X2,

L=?X1=?吸收塔1、為何要確定L？①吸收劑流率與設(shè)備費(fèi)及操作費(fèi)的關(guān)系：

吸收劑流率L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（Ｚ、D）以及操作費(fèi)用。62YY1Y20XABX1X2相平衡線Ye=f(X)操作線DC●設(shè)計(jì)時，qV一定（生產(chǎn)任務(wù)一定）：

操作線的斜率（L/V）取決于吸收劑用量L的多少。吸收劑的單位耗用量or液氣比。AC線：L↗→(L/V)↗→(Xe-X)↗→吸收推動力↗→NA

↗→設(shè)備尺寸↙→設(shè)備費(fèi)用↙；但溶劑再生費(fèi)用↗，動力消耗↗→操作費(fèi)用↗。AD線：L↙→(L/V)↙→(Xe-X)↙→吸收推動力↙→NA

↙→設(shè)備尺寸↗→設(shè)備費(fèi)用↗；但溶劑再生費(fèi)用↙，動力消耗↙→操作費(fèi)用↙。63②吸收劑進(jìn)口濃度的選擇及其最高允許濃度

設(shè)計(jì)時所選擇的吸收劑進(jìn)口濃度過高，吸收過程推動力減小，所需吸收塔高度增加。若選擇的進(jìn)口濃度過低，使則對吸收劑的再生提出了過高的要求，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)濃度（X2）的選擇存在一個最優(yōu)化的問題，需要通過多方案的計(jì)算和比較來確定。

在塔頂部位，與氣相濃度Y2成平衡的液相濃度X2e。顯然所選擇的吸收劑進(jìn)口溶質(zhì)濃度（X2）必須低于X2e才能達(dá)到規(guī)定的分離要求。所以，X2e是最高允許濃度。YY20AX2eYe=mX操作線X*2=Y2/mX64③最小液氣比(L/V)min：AD線：L↙↙→(L/V)↙→D點(diǎn)上，L=Lmin，X=Xe，⊿X=0，吸收推動力=0，吸收所需接觸面積為無窮大，此時所需的L最小，其液氣比稱為最小液氣比(L/V)min

。（4）怎樣確定Lmin

？當(dāng)Ｙe=mＸ（體系服從亨利定律）：YY1Y20ABX1X2Y*=mX操作線DX*1=Y1/mX65當(dāng)Ｙe≠mX（體系不服從亨利定律）：讀取D＇點(diǎn)坐標(biāo)（X1＇

，Y1＇）YY1Y20AX2操作線DX1＇Y*=f(X)Y1＇D＇XYY1Y20ABX1X2Y*=f(X)操作線DX*1X662、如何確定L？①求出(L/V)min;②

再取(L/V)=(1.1～2.0)(L/V)min。在20℃，1atm下，用清水分離氨-空氣的混合氣體，混合氣體中氨的分壓為1330Pa，經(jīng)吸收后氨的分壓降為7Pa，混合氣體的處理量為1020kg/h，操作條件下平衡關(guān)系為Ｙ*=0.755Ｘ。若適宜的吸收劑用量為最小用量的2倍，求所需吸收劑用量及離塔氨水的濃度。例：V,Y1V,Y2X2,

L=?X1=?吸收塔67解：686970三、解吸1、解吸方法汽提解吸法減壓解吸加熱解吸加熱-減壓解吸2、汽提解吸法的計(jì)算71例：含苯2mol%的煤氣用平均分子量為260的洗油在一填料塔中做逆流吸收以回收其中的苯，煤氣的流率為1200kmol/h。塔頂進(jìn)入的洗油中含苯0.5mol%，洗油的流率為最少用量的1.3倍。吸收塔在1atm、27℃下操作，此時的氣液平衡關(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)入吸收塔使用，水蒸氣的用量為最少用量的1.2倍。解吸塔在1atm、120℃下操作，此時的氣液平衡關(guān)系為Y*=3.16X。求：洗油的循環(huán)流率和過熱蒸汽耗量72解（1）737475四、塔徑的計(jì)算五、吸收塔高的計(jì)算76（一）填料層高度的計(jì)算：（低濃度氣體）1、基本計(jì)算式：計(jì)算目的：傳質(zhì)面積=？生產(chǎn)任務(wù)：X2，V，Y1→Y2，NAV,Y1V,Y2X2,

LX1mnYXY+dYX+dXdZ

對通過虛線范圍高度的溶質(zhì)進(jìn)行物料衡算：單位時間內(nèi)：氣體釋放溶質(zhì)的量=V·dY；液體吸收溶質(zhì)的量=L·dX?！郪·dY=L·dX=NA·dA=dGA77對于dZ內(nèi)：V·dY=NA·aΩdZ=KY(Y–Y*)dZ·αΩdA—dZ層內(nèi)所具有的氣液接觸面積，m2。Ω—塔的截面積，m2。a—每m3填料的有效傳質(zhì)面積，m2/m3

。L·dX=NA·aΩdZ=Kx(X*-X)dZ·αΩ78對于穩(wěn)定的吸收操作，V,L,Ω,α,KY,KX一定：α與比表面積αt不同，受填料的特性、設(shè)備及流動狀況影響，實(shí)驗(yàn)難測，一般KY

與α

或KX

與α一起給出。KY

α

，KX

α—?dú)猓ㄒ海┫囿w積傳質(zhì)系數(shù)，kmol/m3·s792、傳質(zhì)單元高度H與傳質(zhì)單元數(shù)N：（1）定義：80∴填料層高度為：傳質(zhì)單元高度×傳質(zhì)單元數(shù)Z=HOG·NOGZ=HOL·NOL（2）H、N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)，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）積分值↙，N↙(Y1–Y2)↗(分離要求高，難分離）積分值↗，N↗N反映了分離的難易程度。81★H：與設(shè)備的型式、設(shè)備中的操作條件有關(guān)在L、V一定時，Z與Ky

α

或Kxα成反比。KY

α·Ω或KX

α·Ω↗，即設(shè)備效能↗，則Z↙。具體數(shù)值需要通過實(shí)驗(yàn)確定。H反映了設(shè)備的效能，表示完成一個傳質(zhì)單元所需的塔高。3、NOG、NOL的計(jì)算：數(shù)值積分法①對數(shù)平均推動力法；脫吸因數(shù)法；這里只介紹對數(shù)平均推動力法；②③82對數(shù)平均推動力法（服從亨利定律Ye=mX）：⊿Y=Y–Y*=AX+B-mX=(A-m)(Y-B)/A+B⊿Y～Y是直線關(guān)系。V,Y1V,Y2L,X2L,X1吸收塔YY1Y20ABX1X2Ye=mX操作線Ye,1Ye,2⊿Y1⊿Y2Y=AX+BX8384同理：85在填料吸收塔中，用清水吸收甲醇-空氣混合氣體中的甲醇蒸汽，在1atm，27℃下進(jìn)行操作，混合氣體流量為1200m3/h，塔底處空塔氣速為0.4m/s，混合氣體中甲醇的濃度為100g甲醇/m3空氣，甲醇回收率為95%，水的用量為1215kg/h，體積吸收總系數(shù)KG·α=0.987kmol/(m3·h·kPa)，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。例：V,Y1V,Y2X2,

LX1吸收塔86解：878889其他吸收

一、化學(xué)吸收1、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)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)。2、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)，使吸收質(zhì)的有效溶解度顯著增加而平衡分壓降低，從而增大了吸收過程的推動力。◆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)而消耗，使過程阻力減少，吸收系數(shù)增大。90二、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。2、吸收過程有顯著的熱效應(yīng)。3、吸收系數(shù)不是常數(shù)。三、多組分吸收1、定義：氣體混合物中,若有兩個以上的組份被吸收劑吸收,稱為多組份吸收。

2、多組份吸收的特點(diǎn)：

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；各組份在液相的溶解度關(guān)系均符合亨利定律，則操作線方程數(shù)目與氣體中的組份數(shù)相同，各組份的操作線方程具有相同的斜率；

91吸收操作實(shí)例分析一、逆流與并流操作比較例：逆流與并流操作的液氣比計(jì)算解:由平衡關(guān)系得相平衡常數(shù)為①逆流操作時,氣體出口與吸收劑入口皆位于塔頂,故操作線的一端(Y2,，X2）的位置已經(jīng)確定，當(dāng)吸收劑的用量為最小時，操作線將在塔底與平衡線相交，即xe1=y1/m。

在總壓為3.039×105(絕壓），溫度為20℃下用純水吸收混合氣中的SO2，SO2的初始含量為0.05(摩爾分?jǐn)?shù)),要求在處理后的氣體中SO2的含量不超過1%(體積分?jǐn)?shù)).已知在常壓下20℃時的平衡關(guān)系為y=13.9x,試求逆流與并流時的最小液氣比各為多少?92

②并流操作時,氣體與液體入口皆位于塔頂,故操作線的一端(Y1,，X2）的位置已經(jīng)確定，當(dāng)吸收劑的用量為最小時，L/Vmin=17.5793二、吸收劑用量對吸收過程的影響◆吸收劑用量對氣體極限殘余濃度的影響例：用純水逆流吸收混合物中的SO2氣體（其余組分可視為惰性成分），混合物中的SO2

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y=5.0x，試分別計(jì)算4和6時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，此時操作線與平衡線相交。對于逆流操作，操作線與平衡線相交的位置取決于L/V與m的相對大小。當(dāng)L/V〈m時，操作線與平衡線相交于塔底，當(dāng)L/V〉m時，操作線與平衡線相交于塔頂。1）當(dāng)L/V=4時，操作線與平衡線相交于塔底。液體出口最大含量為：94氣體的極限出口含量為：2）當(dāng)L/V=6時，操作線與平衡線相交于塔頂。氣體出口含量為：95ye2=mx2Ye2=mX2★從以上可知，當(dāng)L/V〈m時，氣體極限殘余濃度隨L/V的增大而減少；當(dāng)L/V〉m時，氣體極限殘余濃度只取決于吸收劑的初始含量，而與吸收劑的用量無關(guān)。96氣體的吸收基本概念：定義：利用混合氣體中各組分在某種溶劑中具有不同的溶解度，使其中一個或多個組分，由氣相轉(zhuǎn)移至液相的單元操作。機(jī)理：雙膜理論推動力：氣相濃度差Y=Y-Y*液相濃度差X=X*-XY=Y*過程達(dá)到極限Y>Y*吸收過程Y<Y*解吸過程97基本計(jì)算吸收速率方程全塔物衡G=V（Y1-Y2）=L（X1-X2）吸收劑用量L的求?。海?（1.2~2）Ｌmin塔徑D的求取填料層高度Z的求取Z=HOGNOG98一、簡答題：1．吸收操作隨冬、夏氣候變