第2章气体吸收新

1、化 工 原 理 （下 册）,制作人：易洪彬,第2章 气体吸收 24 第1章 蒸馏 16 第3章 蒸馏和吸收塔设备 8 第5章 干燥 12,学 时 安 排,总学时 60,授课60,第二章 气体吸收,通过本章学习，应掌握吸收的基本概念和吸收过 程的平衡关系与速率关系；掌握低组成气体吸收的计 算方法；了解吸收系数的获取途径和解吸过程的概念 与计算方法等。,学习目的 与要求,第二章 气体吸收,吸收过程要求掌握的内容,2.1.3 吸收剂的选择,2.1.4相平衡关系在吸收中的应用,2.1气体吸收的相平衡关系,2.1.1 气体在液体中的溶解度,2.1.2 亨利定律,吸收过程概述,一、 吸收的原理与流程,第二

2、章 气体吸收,使混合气体与适当的液体接触，气体中的一个 或几个组分便溶解于液体内部而形成溶液，于是原 混合气体的组分得以分离。这种利用各组分溶解度 不同而分离气体混合物的操作称为吸收。,原料气 AB,吸收剂 S,尾气 B(含微量A),溶液 S+A,吸 收 塔,形成两相体系的方法,引入一液相（吸收剂）,各组分在吸收剂中溶解度不同。,分离物系,气体混合物,传质原理,一、 吸收的原理与流程,二、气体吸收的流程,吸收过程,吸收过程：溶质溶解于吸收剂中,逆流操作,解吸过程：溶质从溶液中释放出,并流操作,气体吸收过程在吸收塔中进行。,吸收,解吸,具有吸收剂再生的连续吸收流程,气体 吸收,按被吸收组分数目,

3、单组分吸收,按吸收有无化反,按溶质组成的高低,低组成吸收,多组分吸收,物理吸收,化学吸收,高组成吸收,三、气体吸收过程的分类方法,气体 吸收,按气液接触方式,常规吸收,按吸收的温度变化,膜基吸收,等温吸收,非等温吸收,本章讨论重点,单组分低组成的常规等温物理吸收过程。,三、气体吸收过程的分类方法,1.净化或精制气体,示例：合成氨工艺中合成气中的净化脱碳。,示例：用水吸收氯化氢气体制取盐酸。,3.回收混合气体中所需的组分,示例：用洗油处理焦炉气以回收芳烃。,4.工业废气的治理,示例：废气中含有SO2、H2S等有害气的脱除。,四、气体吸收的应用场合,2.制取某种气体的液态产品,2.1气体吸收的相平

4、衡关系,2.1.1 气体在液体中的溶解度,一、溶解度曲线,一、溶解度曲线,液体 S,气体（AB）,A 溶解,A 逸出,平衡方程,达平衡状态时,气体在液体中的溶解度,气相分压,液相组成,在一定温度和压力下，令某气体混合物（AB）与液体 S 接触。,溶解度曲线,氨在水中的溶解度,400,50,易溶,二氧化硫在水中的溶解度,50,68,中等溶解度,氧在水中的溶解度,50,0.002,难溶,二、温度和压力对溶解度的影响,温度的影响,加压和降温,对同一溶质，在相同的气相分压下，溶解度随温度的升高而减小。,对同一溶质，在相同的温度下，溶解度随气相分压的升高而增大。,压力的影响,注意,减压和升温,有利于吸

5、收操作,有利于解吸操作,另外，从上面三个图比较还可得出： 易溶气体上方分压小，难溶气体上方分压 高。,2.1.2 亨利定律,一、亨利定律的表达式,一、亨利定律的表达式,若溶质在气、液相中的组成分别以分压p、摩尔分数x表示，亨利定律为,E 亨利系数，kPa,溶解度,亨利系数,1. p x关系,易溶气体,注意,难溶气体,E 小,E 大,若溶质在气、液相中的组成分别以分压p、摩尔浓度 c 表示，亨利定律为,H 溶解度系数，kmol/(m3kPa),溶解度,溶解度系数,2. p c关系,易溶气体,注意,难溶气体,H 大,H 小,若溶质在气、液相中的组成分别以摩尔分数y、x表示 ，亨利定律为,m 相平衡

6、常数,溶解度,相平衡常数,3. y x关系,易溶气体,注意,难溶气体,m 小,m 大,由,得,整理得,对于低组成吸收, 1,简化得,4. Y X关系,亨利定律表达式可改写为以下形式：,二、各系数的换算关系,推导可得亨利定律表达式各系数间的关系如下：,EH 关系,Em 关系,Hm 关系,溶液 密度,溶剂 S 的摩尔质量,2.1.3 吸收剂的选择,吸收剂选择的原则,1.溶解度,2.选择性,3.挥发度,4.黏度,5.其它,吸收剂对溶质组分的溶解度要大。,吸收剂应对溶质组分有较大溶解度，而 对混合气体中的其它组分溶解度甚微。,吸收剂的蒸汽压要低，即挥发度要小。,吸收剂在操作温度下的黏度要低。,无毒、无

7、腐蚀、不易燃易爆、不发泡、冰 点低、价廉易得，且化学性质稳定。,2.1.4 相平衡关系在吸收中的应用,一、判断传质进行的方向,一、判断传质进行的方向,设某瞬时，气相中溶质的实际组成为y，溶液中溶质的实际组成为x。,若,传质方向由气相到液相 进行吸收过程,若,传质方向由液相到气相 进行解吸过程,二、确定传质的推动力,以气相表示的传质推动力,以液相表示的传质推动力,吸收推动力示意图,y*=mx,三、指明传质进行的极限,对于逆流吸收塔,液相出口最大组成,气相出口最低组成,X2,X1,Y1,Y2,2.2 传质机理与吸收速率,第二章 气体吸收,.2.1分子扩散现象与费克定律,2.2.2气体中的稳态分子扩

8、散,2.2.3液体中的稳态分子扩散,2.2.4扩散系数,2.2.5 对流传质,2.2.6 吸收过程的机理,2.2.7 吸收速率方程式,2.2 传质机理与吸收速率 吸收操作是溶质从气相转移到液相的过程,其中包括溶质由气相主体向气、液界面的传递，及由界面向液相主体的传递。 物质在一相的传递是靠扩散作用完成的。发生在流体中的扩散有分子扩散与涡流扩散两种。,一、分子扩散现象与费克定律,1.分子扩散现象,由于分子的无规则热运动而形成的物质传递 现象分子传质。,分子传质又称为分子扩散，简称为扩散,分子传质在气相、液相和固相中均能发生,.分子扩散现象与费克定律,描述分子扩散过程的基本定律费克第一定律。,km

9、ol/(m2 s ),费克第 一定律,DAB 组分A在组分B中的扩散系数，m2/s,2.费克(Fick)定律,及,DBA 组分B在组分A中的扩散系数，m2/s,对于两组分扩散系统,微分得,故此得,2.2.2气体中的稳态分子扩散,设由A、B两组分组成的二元混合物中，组分A、B进行反方向扩散，若二者扩散的通量相等，则称为等分子反方向扩散。,1.等分子反方向扩散,气相 相界面 液相,易挥发组分,NA,NB,难挥发组分,蒸馏操作,对于等分子反方向扩散,NA=NB,因此得,N=NA+NB=0,故此得,等分子反方向扩散,(1) z = z1,边界条件,cA = cA1 ( pA = pA1 ）,(2) z

10、 = z2,cA = cA2 ( pA = pA2 ）,求解得,当扩散系统处于低压时，气相可按理想气体混合物处理，则,据此得,设由A、B两组分组成的二元混合物中，组分A为扩散组分，组分B为不扩散组分（称为停滞组分），组分A通过停滞组分B进行扩散。,吸收操作,液相 相界面 气相,溶质,NA,NB0,惰性组分B,2.一组分通过另一停滞组分的扩散,先了解有关总体流动现象,示例：用水吸收空气中的氨,设由A、B组成的二元气体混合物，其中 A为溶质，可溶解于液体中，而B不能在液体中溶解。这样，组分A可以通过气液相界面进入液相，而组分 B不能进入液相。由于 A分子不断通过相界面进入液相，在相界面的气相一侧会

11、留下“空穴”。根据流体连续性原则，混合气体会自动地向界面递补，这样就发生了A、B 两种分子并行向相界面递补的运动，这种递补运动就形成了混合物的总体流动。,对于组分A通过停滞组B的扩散,NB= 0,整理得,N=NA+NB=NA,(1) z = z1,边界条件,cA = cA1 ( pA= pA1 ）,(2) z = z2,c A= cA2 ( pA= pA2 ）,一组分通过另一 停滞组分的扩散,求解可得,或,由于扩散过程中总压不变,令,据此得,组分 B 的对数平均分压,比较,反映了总体流动对传质速率的影响,相差,飘流因数,因为,故,总体流动影响,无总体流动,见11页例7-2,2.2.3液体中的稳

12、态分子扩散,1.等分子反方向扩散(发生机会较少）,参照气体中的等分子反方向扩散过程，可写出,组分A在溶剂B中的扩散系数，m2/s,参照气体中的一组分通过另一停滞组分的扩散过程，可写出,2.一组分通过另一停滞组分的扩散,或,其中,停滞组分 B 对数平均物质的量浓度,停滞组分 B 对数平均摩尔分数,2.2.4扩散系数,1.气体中的扩散系数,通常，扩散系数与系统的温度、压力、浓度以及物质的性质有关。对于双组分气体混合物，组分的扩散系数在低压下与浓度无关，只是温度及压力的函数。气体扩散系数可从有关资料中查得，某些双组分气体混合物的扩散系数列于附录一中。气体中的扩散系数，其值一般在 m2/s 范围内。,

13、估算气体扩散系数经验公式,马吉公式, 组分A、B的摩尔质量，kg/kmol；, 组分A、B的分子体积，cm3/mol。,简单分子的扩散体积,原子的扩散体积, 、 下的扩散系数，m2/s；, 、 下的扩散系数，m2/s。,2.液体中的扩散系数,液体中溶质的扩散系数不仅与物系的种类、温度有关，而且随溶质的浓度而变。液体中的扩散系数可从有关资料中查得，某些低浓度下的二组元液体混合物的扩散系数列于附录一中。液体中的扩散系数，其值一般在 m2/s 范围内。,估算液体扩散系数经验公式,威尔基公式, 溶剂 B 的摩尔质量，kg/kmol；, 溶质在正常沸点下的分子体积，cm3/mol。, 溶剂 B 的黏度，

14、Pa s；, 溶剂 B 的缔合因子；,见P96例2-5气体扩散系数计算,常见溶剂的缔合因子,某些物质在正常沸点下的分子体积,2.2.5 对流传质,1.涡流扩散,由于流体质点的湍动和旋涡而形成的物质传递现象涡流扩散。,涡流扩散在湍流流体中发生,在涡流扩散中时刻存在分子扩散,涡流扩散的通量远大于分子扩散的通量,2.涡流扩散通量方程,涡流扩散系数，m2/s,kmol/(m2 s ),描述涡流扩散通量的方程为,涡流扩散通量,1.对流传质的类型,运动流体与固体表面之间，或两个有限互溶的运动流体之间的质量传递过程对流传质。,对流 传质,自然对流传质,强制层流传质,强制湍流传质,强制对流传质,2.对流传质的

15、机理,所谓对流传质的机理是指在传质过程中，流体以哪种方式进行传质。研究对流传质速率需首先弄清对流传质的机理。,层流内层,缓冲层,湍流中心,湍流流体,流体与管壁间的浓度分布,湍流 主体,层流 内层,缓冲 层,传质机理：分子传质,传质机理：涡流传质为主,浓度分布：为一陡峭直线,传质机理,浓度分布：为一渐缓曲线,浓度分布：为一平坦曲线,分子传质,涡流传质,在与壁面垂直的方向上分为三层,2.对流传质速率方程,描述对流传质的基本方程对流传质速率方程。,对流传质系数，kmol/(m2sc),kmol/(m2 s ),对流传质 速率方程,对流传质通量,2.2.6 吸收过程的机理, 组分A由相界面扩散到液相主

16、体。, 在相界面上组分A由气相转入液相；, 组分A从气相主体扩散到相界面；,设组分 A从气相传递到液相（如吸收），该过程由以下3步串联而成：,一般来说，相界面上组分A从气相转入液相的过程很快，相界面传质阻力可以忽略。因此，相际间传质的阻力主要集中在气相和液相中。若其中一相传质阻力较另一相大得多，则另一相传质阻力可以忽略，此种传质过程即称之为“该相控制”。,相际间的传质,1.双膜模型,惠特曼(Whiteman) 于1923年提出，最早提出的一种传质模型。,停滞膜模型 （双阻力模型）,双膜模型示意图,停滞膜模型的要点, 当气液两相相互接触时，在气液两相间存在着稳 定的相界面，界面的两侧各有一个很薄

17、的停滞 膜气膜和液膜，溶质A经过两膜层的传质方式 为分子扩散。, 在气液相界面处，气液两相处于平衡状态，无 传质阻力。, 在气膜、液膜以外的气、液两相主体中，由于流 体强烈湍动，各处浓度均匀一致，无传质阻力。,依据双膜模型，组分A通过气膜、液膜的扩散通量方程分别为,设对流传质速率方程分别为,比较得,气膜对流 传质系数,液膜对流 传质系数,根据双膜模型，导出,停滞膜模型 的模型参数,液膜厚度 zL,气膜厚度 zG,或,2.溶质渗透模型,希格比( Higbie ) 于1935年提出，为非稳态模型。,溶质渗透模型示意图,溶质渗透模型的要点, 液面由无数微小的液体单元所构成，当气液两 相相互接触时，液

18、相主体中的某些单元运动至 相界面便停滞下来。在气液未接触前，液体单 元中溶质的浓度和液相主体的浓度相等，接触 开始后，相界面处立即达到与气相平衡状态。, 随着接触时间的延长，溶质 A通过不稳态扩 散方式不断地向液体单元中渗透。, 液体单元在界面处暴露的时间是有限的，经 过时间c后，旧的液体单元即被新的液体单 元所置换而回到液相主体中去。在液体单元 深处，仍保持原来的主体浓度不变。, 液体单元不断进行交换，每批液体单元在界 面暴露的时间c 都是一样的。,根据溶质渗透模型，可导出,设对流传质速率方程分别为,比较可得,溶质渗透模型 的模型参数,暴露时间,3.表面更新模型,丹克沃茨(Danckwert

19、s) 于1951年提出，为非稳态模型。,表面更新模型的要点, 溶质向液相内部传质为非稳态分子扩散过程。, 界面上液体单元有不同的暴露时间或称年龄，界 面上各种不同年龄的液体单元都存在。, 不论界面上液体单元暴露时间多长，被置换的概 率是均等的。单位时间内表面被置换的分率称为 表面更新率，用符号S 表示。,根据表面更新模型，可导出,设对流传质速率方程分别为,表面更新模型 的模型参数,表面更新率,比较可得,一、气膜吸收速率方程,气膜内的吸收速率方程可表示为,气膜阻力,2.2.7 吸收速率方程式,比较得,由道尔顿分压定律,二、液膜吸收速率方程,液膜阻力,液膜内的吸收速率方程可表示为,比较得,由,稳态

20、下，气、液两膜中的传质速率相等，即,直线,通过定点A (c，p),斜率kL / kG,三、界面组成的确定,界面组成的确定,1.以(p- p*)表示的总吸收速率方程,设吸收系统服从亨利定律或平衡关系在过程所涉及的浓度范围内为直线,根据双膜模型，相界面上两相互成平衡,四、 总吸收速率方程,由此得,整理得,由,相加得,令,则,KG,气相总吸收系数，kmol/(m2skPa),总阻力,液膜阻力,气膜阻力,气相总吸收 速率方程式,对于易溶气体，H值很大,液膜阻力,气膜阻力控 制整个吸收 过程的速率,气膜 控制,示例：水吸收氨,气膜阻力,气膜控制示意图,设吸收系统服从亨利定律或平衡关系在过程所涉及的浓度范

21、围内为直线,根据双膜模型，相界面上两相互成平衡,2.以(c*- c)表示的总吸收速率方程,由此得,整理得,由,相加得,令,则,KL,液相总吸收系数，m/s,总阻力,气膜阻力,液膜阻力,液相总吸收 速率方程式,对于难溶气体，H值很小,气膜阻力,示例：水吸收氧,液膜阻力,液膜控制示意图,液膜阻力控 制整个吸收 过程的速率,液膜 控制,同理，可导出,Ky,气相总吸收系数，kmol/(m2s),气相总吸收 速率方程式,3.以(y- y*)表示的总吸收速率方程,同理，可导出,Kx,液相总吸收系数，kmol/(m2s),液相总吸收 速率方程式,4.以(x*- x)表示的总吸收速率方程,同理，可导出,KY,

22、对于低浓度吸收,气相总吸收系数，kmol/(m2s),气相总吸收 速率方程式,5.以(Y- Y*)表示的总吸收速率方程,同理，可导出,KX,对于低浓度吸收,液相总吸收系数，kmol/(m2s),液相总吸收 速率方程式,6.以(X*- X)表示的总吸收速率方程,7.吸收速率方程小结,使用吸收速率方程式应注意以下几点:,（1）上述的各种吸收速率方程式是等效的。采用任何吸收速率方程式均可计算吸收过程速率。,（2）任何吸收系数的单位都是kmol/(m2s单位推动力)。,（3）必须注意各吸收速率方程式中的吸收系数与吸收推动力的正确搭配及其单位的一致性。,（4）上述各吸收速率方程式都是以气液组成保持不变为

23、前提的，因此只适合于描述稳态操作的吸收塔内任一横截面上的速率关系，而不能直接用来描述全塔的吸收速率。在塔内不同横截面上的气液组成各不相同，其吸收速率也不相同。,（5）在使用与总吸收系数相对应的吸收速率方程式时，在整个过程所涉及的浓度范围内，平衡关系须为直线。,.3吸收塔的计算,2.3.1物料衡算与操作线方程,第二章 气体吸收,2.3.2吸收剂用量的确定,2.3.3塔径的计算,2.3.4填料层高度的计算,一、全塔物料衡算,在工业中，吸收操作多采用塔式设备，既可采用气液两相在塔内逐级接触的板式塔，也可采用气液两相在塔内连续接触的填料塔。工业中以采用填料塔为主，故本节对于吸收过程计算的讨论结合填料塔

24、进行。,.3.1 物料衡算与操作线方程,逆流吸收塔的物料衡算,原料气：AB,吸收剂：S,尾气：B(含微量A),溶液：S+A,V (kmolB/s),Y1 (kmolA/kmolB),L (kmolS/s),X2 (kmolA/kmolS),L(kmolS/s),X1(kmolA/kmolS),m,n,Y,X,V (kmolB/s),Y2 (kmolA/kmolB),填 料 塔,在吸收塔的两端面间，对溶质A作物料衡算,溶质A的吸收率,气体出塔时的组成Y2,二、操作线方程与操作线,吸收塔内任一横截面上，气液组成Y与X之间的关系称为操作关系，描述该关系的方程即为操作线方程。,在 m-n 截面与塔底端

25、面之间对组分 A 进行衡算，可得,逆流吸收塔 操作线方程,同理，在 m-n 截面与塔顶端面之间作组分 A 的衡算，得,操作线方 程为直线,斜率,B (X1，Y1),T (X2，Y2),逆流吸收塔 操作线方程,过点,塔底,塔顶,逆流吸收塔中的操作线,Y*=f(X),操作线,推动力,斜率 （液气比）,三、两塔联合操作的操作线,一、最小液气比,在吸收塔的计算中，通常气体处理量是已知的，而吸收剂的用量需通过工艺计算来确定。在气量一定的情况下，确定吸收剂的用量也即确定液气比 。,液气比 的确定方法是，先求出吸收过程的最小液气比 ，然后再根据工程经验，确定适宜（操作）液气比。,.3.2 吸收剂用量的确定,

26、吸收塔的最小液气比,Y*=f(X）,最小液气比可用图解法求得 ：,最小液气比,最小溶剂用量,纯溶剂吸收,吸收塔的最小液气比 （非正常曲线）,Y*=mX,二、适宜的液气比,操作费用,设备费用,填料层高度,根据生产实践经验，取,推动力,适宜液气比,适宜溶剂用量,处理量 一定,动力消耗,2.3.3塔径的计算,工业上的吸收塔通常为圆柱形，故吸收塔的直径可根据圆形管道内的流量公式计算：,注意,计算塔径时，一般应以塔底的气量为依据。,计算塔径的关键在于确定适宜的空塔气速u 。,吸收塔直径计算式,计算塔径时， 采用操作状态下的数据。,一、传质单元数法,1. 基本计算公式,填料塔为连续接触式设备，随着吸收的进

27、行，沿填料层高度气液两相的组成均不断变化，塔内各截面上的吸收速率并不相同。为解决填料层高度的计算问题，需要对微元填料层进行物料衡算。,微元填料层的物料衡算,2.3.4填料层高度的计算,在微元填料层内对组分A作物料衡算：,填料总比 表面积,填料润湿比表面积aW,填料有效比表面积a,一、传质单元数法,填料有效比表面积 m2/m3,吸收塔截面积 m2,由吸收速率方程式,代入可得,一、传质单元数法,整理可得,在全塔范围内积分,一、传质单元数法,填料层高度基 本计算公式,一、传质单元数法,分析,令,气相总传质 单元高度,气相总传 质单元数,2. 传质单元高度与传质单元数,一、传质单元数法,介绍一个气相总

28、传质单元高度,Y1-Y2=(Y1-Y1*)+(Y2-Y2*)/2,令,液相总传质 单元高度,液相总传 质单元数,一、传质单元数法,填料的有效比表面积 a 很难确定，通常将 KY a 及KX a 作为一体,kmol/(m3s),KX a, 液相总体积吸收系数,KY a, 气相总体积吸收系数,HOG 的物理意义,KY,NA,HOG,HOG 是反映吸收速率大小因数，HOG 越小，吸收速率越大。,一、传质单元数法,NOG 是反映吸收分离难易程度的因数，NOG 越大，吸收分离的难度越大。,Z,NOG,HOG 一定,吸收分离的难度,一、传质单元数法,NOG 的物理意义,3. 传质单元数的求法,(1) 解析

29、法, 脱吸因数法,设平衡关系为,由操作线方程，可得,一、传质单元数法,直线 关系,一、传质单元数法,由,代入得,令,脱吸因数为平衡线斜率 与操作线斜率的比值 。,一、传质单元数法,脱吸因数,则,积分并化简，可得,适用条件,一、传质单元数法,同理，可导出,吸收因数,吸收因数为操作线斜率 与平衡线斜率的比值 。,平衡关系为直线,计算填料层高度,计算尾气浓度,计算吸收剂用量, 对数平均推动力法,由于,所以,一、传质单元数法,可导出,令,则,一、传质单元数法,对数平均推动力,同理，可导出,其中,一、传质单元数法,适用条件,平衡关系为直线,若,一、传质单元数法,或,则,或,可用算术平均值代替对数平均值,

30、(2) 数值积分法,辛普森(Simpson)数值积分法,一、传质单元数法,适用条件,平衡关系为曲线,见P123例2-10,4.梯级图解法：,步骤： NM-操作线与平衡线间的中点连线。 作NM线T F F A S S D FH*=0.5(TT*+FA*)；即HH*=0.5(AA*+TT*) TFA表示了一个传质单元数。,条件：,平衡弯曲程度不大。,一、传质单元数法,例：已知一填料吸收塔中的填料层高度为6m，拟用洗油逆流吸收煤气中的苯，V/ =200kmol(B)/m2.h、Y1=0.02； X2=0 、L/ =40kmol(S)/m2.h。KYa=0.05kmol/m2.s，且于L无关，Y*=0

31、.13X。要求吸收率不小于0.95。问该塔能否满足要求。,解：Y2=Y1(1-A)Y2=0.001；X1=V(Y1-Y2)/L+X2=0.095 Y1=Y1-mX1=0.00765； Y2=Y2-mX2=0.001 Ym=(Y1 - Y2)/ln(Y1 / Y2)=0.00327 NOG=(Y1-Y2)/ Ym =5.81,一、传质单元数法,NOG=(Y1-Y2)/ Ym =5.81 S=m/(L/V)=0.65；X2=0；= 0.95 NOG=(1/(1-S)ln(1-S)(1/(1- )+S)=5.7 HOG=(V/)/3600/(KYa)=1.11m Z=HOGNOG=6.5(6.33)

32、m6m 所以：该吸收塔不能完成生产任务。,一、传质单元数法,二、等板高度法,1. 基本计算式,等板高度法是依据理论级的概念来计算填料层高度，故又称为理论级模型法。,设填料层由N级组成，在每一级上气液两相密切接触，溶质组分由气相向液相转移。若离开某一级时，气液两相的组成达到平衡，则称该级为一个理论级。,吸收塔的理论级模型,Ym,Xm,平衡 关系,Ym1,Xm,操作 关系,设完成指定分离任务所需理论级为NT，则所需的填料层高度可按下式计算：,填料层等板高度的意义：分离效果与一个理论级的作用相当的填料层高度。,二、等板高度法,理论 级数,等板高度,2. 理论级数的确定,(1) 逐级计算法 （暂不讲）

33、,设 平衡关系,(a),操作关系,(b),二、等板高度法,由 YI =Y2,XI,Y,X,Y,XN,YN+1,Y1,二、等板高度法,(a),(b),(a),(a),(a),(b),(b),逐级计算过程如下,(2) 梯级图解法,梯级图解法求理论级数的具体步骤是：首先在直角坐标系中标绘出操作线及平衡关系曲线，然后，在操作线与平衡线之间，从塔顶(或塔底)开始逐次画阶梯直至与塔底(或塔顶)的组成相等或超过此组成为止。如此所画出的阶梯数，就是吸收塔所需的理论级数。,二、等板高度法,Y*=f(X),梯级图解法求NT,1,2,3,4,5,NT=5,(3) 解析法,(克列姆塞尔法),依次使用操作线方程和平衡方

34、程，经推导可得,平衡关系,操作关系,二、等板高度法,克列姆塞尔方程,溶质的吸收率,溶质的最大吸收率,溶质的相对吸收率,代入整理得,二、等板高度法,克列姆塞尔方程,克列姆塞尔算图,进一步整理得,整理可得,或,二、等板高度法,克列姆塞 尔方程,NT ,关系曲线图,第二章 气体吸收,2.4 吸收系数,2.4.1吸收系数的测定,2.4.2吸收系数的经验公式(选读）,2.4.3吸收系数的准数关联式,吸收系数是吸收过程计算的关键。吸收系数不仅与物性、设备类型、填料形状和规格等有关，而且还与塔内流体流动状况、操作条件密切相关。,吸收系数的获取途径,实验测定,经验公式计算,准数关联式计算,获取吸收 系数途径,

35、2.4 吸收系数,一、实验装置与流程,实验测定是获得吸收系数的根本途径。实验测定一般在已知内径和填料层高度的中间实验设备上或生产装置上进行，用实际操作的物系，选定一定的操作条件进行实验。,2.4.1吸收系数的测定,水吸收氨过程吸收系数的测定实验流程,二、测定方法,测定数据：,计算进塔气体组成 Y1,操作温度 t,操作压力 P,出塔气体组成 Y2,出塔液体组成 X1,空气流量,水流量,氨气流量,总体积吸收系数KY a 计算公式：,三、吸收系数的计算,2.4.2吸收系数的经验公式(选读）,1.用水吸收氨： kGa=6.0710-4G 0.9 W 0.39 kGa：气膜体积吸收系数(kmol/(m3

36、.h.kPa)； G：气相空塔质量流速(kg/m2.s)； W：液相空塔质量流速(kg/m2.s)。 条件：1）在填料塔中用水吸收氨； 2）直径为12.5mm的陶瓷环行填料。,2.常压下用水吸收二氧化碳： kLa=2.57 U 0.96 kLa：液膜体积吸收系数(kmol/(m3.h.kPa)； U：喷淋密度（单位时间内喷淋在单位塔截面积上的液体体积(m3/(m2.h)。 条件：1）常压下填料塔中用水吸收二氧化碳； 2）直径1032mm的陶瓷环； 3）U=320m3/(m2.h)；4）G=130580kg/(m2.h)；5）2127.,3.用水吸收二氧化硫 kGa=9.8110-4 G-0.7

37、 W 0.25 (kmol/(m3.h.kPa) kLa=W 0.82 (1/h),条件：1）G=3204150kg/(m2.h)；2）W=440058500 kg/(m2.h)；3）直径25mm的环行填料。,一、准数关联式中常用的准数,1.施伍德(Sherwood)数,气相施伍德数,液相施伍德数,施伍德数为量纲为一的吸收系数,特征尺寸,2.4.3吸收系数的准数关联式,2.施密特(Schmidt)数,气相施密特数,液相施密特数,施密特数反映物性 对吸收过程的影响,一、准数关联式中常用的准数,3.雷诺(Reynolds)数,气相雷诺数,液相雷诺数,一、准数关联式中常用的准数,填料层当量直径,一、准数关联式中常用的准数,填料层空隙率,填料比表面积,填料塔中气相雷诺数,一、准数关联式中常用的准数,空塔 气速,实际 气速,G,气相空塔质量速度，kg/(m2s),填料塔中液相雷诺数,一、准数关联式中常用的准数,W,液相空塔质量速度，kg/(m2s),雷诺数反映流动状况对吸收过程的影响,4.伽利略(Gallilio)数,伽利略数,伽利略数反映重力 对吸收过程的影响,一、准数