化工原理9__吸收

1、9 9 吸收吸收9.1.1 吸收的应用（目的）吸收的应用（目的）9.1 9.1 概述概述1. 原料气的净化：煤气中原料气的净化：煤气中H2S的净化的净化2. 有用组分回收：合成氨厂放空气中氨回收、有用组分回收：合成氨厂放空气中氨回收、DMF回收回收3. 某些产品的制取：某些产品的制取： HCL、NOx、SO3气体制酸气体制酸4. 废气的治理废气的治理 ：工业废气：工业废气SO2吸收吸收1. 根据溶质与溶剂是否反应：物理吸收和化学吸收根据溶质与溶剂是否反应：物理吸收和化学吸收2. 根据热效应：非等温吸收和等温吸收根据热效应：非等温吸收和等温吸收3. 根据被吸收溶质的数目：单组分吸收和多组分吸收根

2、据被吸收溶质的数目：单组分吸收和多组分吸收4. 根据操作压力：常压吸收和加压吸收根据操作压力：常压吸收和加压吸收5. 根据溶质的浓度不同：低浓度吸收和高浓度吸收根据溶质的浓度不同：低浓度吸收和高浓度吸收 本章主要研究：常压、等温、填料塔中单组分、低本章主要研究：常压、等温、填料塔中单组分、低浓度物理吸收浓度物理吸收BA惰性气体溶质气相SA吸收剂溶质液相9.1.2 吸收操作分类吸收操作分类水水粗苯粗苯水水直接蒸汽直接蒸汽焦炉煤气焦炉煤气脱苯煤气脱苯煤气贫油贫油富油富油吸吸收收塔塔解解吸吸塔塔换换热热器器冷冷却却器器冷却冷却-冷凝器冷凝器吸收液贮槽吸收液贮槽脱吸液贮槽脱吸液贮槽图图9-1 从焦炉煤

3、气中回收粗苯的流程示意图从焦炉煤气中回收粗苯的流程示意图9.1.3 吸收的流程吸收的流程gas inletliquid outletgas outletliquid inlet图图9-2a 气液逆流串联气液逆流串联1.气液流向气液流向2.多塔吸收多塔吸收9.1.3 吸收的流程吸收的流程gas inletliquid outletgas outletliquid inlet图图9-2b 气体串联、液体并联气体串联、液体并联2.多塔吸收多塔吸收3.加压吸收：加压吸收：p，有利于吸收；，有利于吸收； p ，有利于解吸，有利于解吸4.关于脱吸（解吸）关于脱吸（解吸）9.1.3 吸收的流程吸收的流程吸收

4、剂应具有的特点：吸收剂应具有的特点： 溶解度：大溶解度：大 敏感性：好敏感性：好 选择性：好选择性：好 蒸汽压：低（不易挥发，减少溶剂损失，避免在气体中引入新的杂质）蒸汽压：低（不易挥发，减少溶剂损失，避免在气体中引入新的杂质） 粘粘 度：低（利于传质及输送）度：低（利于传质及输送） 比比 热：小（再生时耗热量小）热：小（再生时耗热量小） 发泡性：低（以免过分限制气速而增大塔的体积）发泡性：低（以免过分限制气速而增大塔的体积） 腐蚀性：低（减少设备费和维修费）腐蚀性：低（减少设备费和维修费） 安全性：好（避免易燃易爆）安全性：好（避免易燃易爆） 经济性：易得到易再生经济性：易得到易再生T 、p

5、， ，有利于吸收；，有利于吸收； T 、 p ，有利于解吸，有利于解吸9.1.4 溶剂选择溶剂选择相间传质相内传质液相传质气相传质9.2.1 吸收相平衡关系吸收相平衡关系 1、溶解度曲线、溶解度曲线 pA ， cA ， NA ，当，当 0时，推动力时，推动力 0， cA cA*，气液相平，气液相平衡衡溶解度溶解度单组分物理吸收，变量：单组分物理吸收，变量：p、T、 pA、 cA 三个组分：溶质三个组分：溶质A、溶剂、溶剂S、惰性气体、惰性气体B两个相：气相、液相两个相：气相、液相自由度数：自由度数：F =C - +2 = 3-2+2 = 3),(A*ApTpfc)(A*ApfcT，p一定一定)

6、(A*AcFp 或或9.2 9.2 吸收基本理论吸收基本理论012345678910110102030405060708090100pA,kPa 10n cA, kmol/m3T =273KNH3SO2CO2O2溶解度曲线溶解度曲线气体气体O2CO2SO2NH3n3210图图9-3 293K下几种气体在水中的溶解度曲线下几种气体在水中的溶解度曲线（1） T、 pA相同时，不同相同时，不同气体溶解度区别很大：气体溶解度区别很大： 难溶气体：难溶气体：O2、CO2 易溶气体：易溶气体：NH3 中等溶解度：中等溶解度：SO2（2）在）在低浓度低浓度范围内，可将范围内，可将溶解度曲线看作直线：溶解度曲

7、线看作直线：A*AHpc溶解度系数，溶解度系数，kmol/(m3.Pa)（9-3）与气相溶质分压与气相溶质分压pA成平衡关系的成平衡关系的液相中溶质的浓度液相中溶质的浓度9.2.1 吸收相平衡关系吸收相平衡关系2、亨利定律（、亨利定律（Henry law）适用稀溶液适用稀溶液AAA*A/ExxHcHcp与液相溶质浓度与液相溶质浓度cA 成平衡成平衡关系的气相中溶质的分压关系的气相中溶质的分压亨利系数，亨利系数，PaHcE （9-5）H ，E ，越易溶。，越易溶。 E= f ( T )p ，H ，E ，有利于吸收，有利于吸收T ， H ， E H = f ( T )：一般：一般 p 的影响可忽略

8、的影响可忽略E= f ( T,c ): E= c/Hm = f ( T,p,c ): m = E/p= c/(H p)A*AxpEppA*Amxy（9-7）与液相摩尔分率与液相摩尔分率xA成成平衡的气相摩尔分率平衡的气相摩尔分率相平衡常数，无因次，相平衡常数，无因次，m = E/p9.2.1 吸收相平衡关系吸收相平衡关系摩尔比表示相平衡关系摩尔比表示相平衡关系YYy1XXx1XXmYY11XmmXY)1 (1若若 m =1或稀溶液，或稀溶液，XA很小，则很小，则A*AmXY9.2.1 吸收相平衡关系吸收相平衡关系3、应用、应用（1）判断传质方向）判断传质方向: y*=mx x*= y/m 若若

9、 y y*，吸收过程，吸收过程 若若 x x*，解吸过程，解吸过程 y = y*，平衡过程，平衡过程 x = x*，平衡过程，平衡过程 y y*，解吸过程，解吸过程 x 0 y x（不是传质推动力，因为不同相（不是传质推动力，因为不同相) x* - x 0 , pA- pA* 0， cA* - cA 0 解吸：解吸： y* - y 0 ， x - x* 0 ， pA* - pA 0， cA - cA* 0 （3）确定传质过程极限）确定传质过程极限 y - y* 0为吸收过程，为吸收过程， x ，当，当x x* 时，达到最大时，达到最大9.2.1 吸收相平衡关系吸收相平衡关系例例9.1：已知在总

10、压：已知在总压101.3kPa及温度及温度20下，液相中氨的摩尔浓下，液相中氨的摩尔浓度为度为0.582kmol/m3，气相中氨的平衡分压为，气相中氨的平衡分压为800Pa，若在此浓，若在此浓度范围内的相平衡关系符合亨利定律，试求其度范围内的相平衡关系符合亨利定律，试求其H、E、m之值。之值。例例9.3：在总压：在总压1200kPa、温度、温度303K下，含下，含CO25%（体积分数）（体积分数）的气体与含的气体与含CO2为为1.0g/L的水溶液相遇，问：会发生吸收还是的水溶液相遇，问：会发生吸收还是脱吸？以分压差表示的推动力有多大？若要改变其传质方向可脱吸？以分压差表示的推动力有多大？若要改

11、变其传质方向可采取哪些措施？采取哪些措施？9.2.1 吸收相平衡关系吸收相平衡关系双膜理论的三个基本要点：双膜理论的三个基本要点：（two film theory）（1）气液两相传质阻力集）气液两相传质阻力集中在一定厚度的膜内；中在一定厚度的膜内；（2）在膜内只有分子扩散，）在膜内只有分子扩散，没有涡流扩散；没有涡流扩散；（3）相界面处）相界面处pi 、ci符合相符合相平衡关系，即相界面的传质平衡关系，即相界面的传质阻力为零。阻力为零。距离距离zp或或c组组成成气相主体气相主体液相主体液相主体相相界界面面气膜气膜液膜液膜传质方向传质方向ipGpicLc图图9-4 气液相界面两侧的浓度分布气液相

12、界面两侧的浓度分布（双膜模型）（双膜模型）9.2.2气体吸收传质速率方程气体吸收传质速率方程)(GGAippkN气相：气相：气相传质气相传质推动力推动力)(LLAcckNi液相：液相：液相传质液相传质推动力推动力GLLG)()(kkccppii)()(LLGGAcckppkNii稳态下：稳态下：9.2.2气体吸收传质速率方程气体吸收传质速率方程距离距离zp或或c组组成成气相主体气相主体液相主体液相主体相相界界面面气膜气膜液膜液膜传质方向传质方向ipGpicLc图图9-4 气液相界面两侧的浓度分布气液相界面两侧的浓度分布（双膜模型）（双膜模型）GLLG)()(kkccppii)(iicfp ip

13、ic)(GGAippkN)(LLAcckNi0EicipGpLccpPQIGLkk相平衡线相平衡线图图9-5 气液相界面组成的图解气液相界面组成的图解pi= f (ci)9.2.2气体吸收传质速率方程气体吸收传质速率方程)()(LLGGAcckppkNiiLLGGA1/1kcckppNiiiiHpc *LLHpc 1、以、以pG- pL* 为推动力表示的总传质速率方程为推动力表示的总传质速率方程LGG111HkkK（9-18）以分压差表示推动力以分压差表示推动力的气相总传质系数，的气相总传质系数，kmol/（m2sPa）液膜中的液膜中的传质阻力传质阻力气膜中的气膜中的传质阻力传质阻力)1/(/

14、1)()1/(/1LG*LGL*LGGAHkkppHkppkppNii（9-16）以分压差表示的气以分压差表示的气液两相总推动力液两相总推动力)(*LGGAppKN（9-17）9.2.2.1 相平衡关系符合亨利定律的总传质速率方程相平衡关系符合亨利定律的总传质速率方程)()(LLGGAcckppkNiiLLGGA1/1kcckppNiiHcp/*GGHcpii/2、以、以cG* - cL 为推动力表示的总传质速率方程为推动力表示的总传质速率方程LGL*GLLG*GA/1/)(/1)H/(kkHcckcckccNii以浓度差表示的气以浓度差表示的气液两相总推动力液两相总推动力（9-20a）)(L

15、*GLAccKN（9-20）LGL11kkHK（9-21）以浓度差表示推动力以浓度差表示推动力的液相总传质系数，的液相总传质系数，kmol/（m2sPa）气膜中的气膜中的传质阻力传质阻力液膜中的液膜中的传质阻力传质阻力9.2.2.1 相平衡关系符合亨利定律的总传质速率方程相平衡关系符合亨利定律的总传质速率方程掌握：掌握：上式适用条件（稀溶液、双膜理论的上式适用条件（稀溶液、双膜理论的3个要点）个要点）LGL11kkHKLGG111HkkKLGHKK（9-21）9.2.2.1 相平衡关系符合亨利定律的总传质速率方程相平衡关系符合亨利定律的总传质速率方程3、以摩尔分率表示气、液组成的传质速率方程、

16、以摩尔分率表示气、液组成的传质速率方程y、yi 气相主体中及相界面上的溶质摩尔分率；气相主体中及相界面上的溶质摩尔分率； ky 以摩尔分率差为推动力的气相分传质系数，以摩尔分率差为推动力的气相分传质系数，kmol/(m2.s)yiiyAkyyyykN/1)()(气相：气相：（9-26）pkkyG（9-25）液相：液相：xiixAkxxxxkN/1)()(（9-28）ckkxL（9-27）x、xi液相主体及相界面上的溶质摩尔分率；液相主体及相界面上的溶质摩尔分率； kx 以摩尔分率差为推动力的液相分传质系数，以摩尔分率差为推动力的液相分传质系数，kmol /(m2.s) 9.2.2.1 相平衡关

17、系符合亨利定律的总传质速率方程相平衡关系符合亨利定律的总传质速率方程iimxy y* 与与液相组成液相组成x呈平衡的气相组成，摩尔分率；呈平衡的气相组成，摩尔分率； x* 与气与气相组成相组成y呈平衡的液相组成，摩尔分率；呈平衡的液相组成，摩尔分率；Ky、Kx以气相、液相摩尔分率差为推动力的总传质系数，以气相、液相摩尔分率差为推动力的总传质系数， kmol/(m2.s)。yixixixiAkyykmyykmmxmxkxxN/1/1*)(1*yyKkkmyyNyyxA（9-29）)(*AxxKNx同理同理（9-30）9.2.2.1 相平衡关系符合亨利定律的总传质速率方程相平衡关系符合亨利定律的总

18、传质速率方程yxmKK xyykmkK11（9-31）xyxkmkK111（9-32）9.2.2.1 相平衡关系符合亨利定律的总传质速率方程相平衡关系符合亨利定律的总传质速率方程4、总传质速率方程的分析、总传质速率方程的分析0EicipGpLccpPQIGL*Lp*Gc图图9-6 传质推动力图示传质推动力图示 p)(*LGGAppKN)(L*GLAccKN掌握：掌握：1.线段线段PL、PG意义意义 2. P、P点位置意义点位置意义9.2.2.1 相平衡关系符合亨利定律的总传质速率方程相平衡关系符合亨利定律的总传质速率方程)()(*LGGAyykppkNy（1）易溶气体（气膜控制）易溶气体（气膜

19、控制）H ，1/（ H kL）， 1/kG 1/（ H kL），）， KGkG0EicipGpLccpPI*Lp（a)气膜控制气膜控制 9.2.2.1 相平衡关系符合亨利定律的总传质速率方程相平衡关系符合亨利定律的总传质速率方程（2）难溶气体（液膜控制）难溶气体（液膜控制）H ， H /kG ， H /kG 1/kL， KLkL0EicipGpLccpP*Lp（b）液膜控制）液膜控制 *Gc)()(*L*GLAxxkcckNx9.2.2.1 相平衡关系符合亨利定律的总传质速率方程相平衡关系符合亨利定律的总传质速率方程（3）中等溶解度气体（双膜控制）中等溶解度气体（双膜控制）（4）解吸的传质速率

20、方程）解吸的传质速率方程)()(*G*LGAyyKppKNy)()(*GLLAxxKccKNx9.2.2.1 相平衡关系符合亨利定律的总传质速率方程相平衡关系符合亨利定律的总传质速率方程)()(LGGAcckppkNiLi)()(AxxkyykNixiy（1）易溶气体（气膜控制）易溶气体（气膜控制）)(*AyykNy（2）难溶气体（液膜控制）难溶气体（液膜控制）)(*AxxkNx（3）中等溶解度气体（双膜控制）中等溶解度气体（双膜控制）xxyykkiiyx作图作图xi，yiNA9.2.2.2 相平衡关系不符合亨利定律的总传质速率方程相平衡关系不符合亨利定律的总传质速率方程 传质速率方程的表达形

21、式很多，要注意传质阻力与传质传质速率方程的表达形式很多，要注意传质阻力与传质推动力的对应关系：推动力的对应关系： （1）传质系数与传质推动力表示方式之间必须对应；）传质系数与传质推动力表示方式之间必须对应； （2）各传质系数的单位和对应的基准；）各传质系数的单位和对应的基准； （3）传质阻力的表达形式必须与传质推动力的对应。）传质阻力的表达形式必须与传质推动力的对应。9.2.2.3 传质速率方程小结传质速率方程小结例例9-4：已知：已知p=310kPa， ky=1.0710-2 kmol/m2.h， ky=22 kmol/m2.h，p =10.67 103 x ( 相平衡关系）相平衡关系）求：

22、求：（1）Ky、 Kx、 KG 、 KL。 （2）以气相摩尔分率差作为推动力的总传质阻力、气相）以气相摩尔分率差作为推动力的总传质阻力、气相分传质阻力、液相分传质阻力；以液相摩尔分率差作为推动力分传质阻力、液相分传质阻力；以液相摩尔分率差作为推动力的总传质阻力、气相分传质阻力、液相分传质阻力。的总传质阻力、气相分传质阻力、液相分传质阻力。 （3）总传质速率，液相主体浓度）总传质速率，液相主体浓度0.005 kmol/m3，气相分，气相分压压60kPa。例例 题题已知：处理气量及初、终浓度、相平衡已知：处理气量及初、终浓度、相平衡 关系关系求：（求：（1）溶剂的用量及吸收液浓度）溶剂的用量及吸收

23、液浓度 （2）填料塔的填料层高度）填料塔的填料层高度 （3）吸收塔塔径）吸收塔塔径9.3 吸收（或解吸）塔的计算吸收（或解吸）塔的计算aa, yGaa,xLbb,yGbb,xLyG,xL,图图9-8 9-8 吸收塔的物料衡算吸收塔的物料衡算塔顶塔顶塔底塔底稀端稀端浓端浓端Ga、Gb组分组分(A+B)出塔、入塔气体流率，出塔、入塔气体流率， kmol (A+B) /(m2.s);La 、Lb组分组分(A+S)入塔、出塔液体流率，入塔、出塔液体流率， kmol (A+S) /(m2.s);G、L通过塔任一截面的气、液流率，通过塔任一截面的气、液流率， kmol/(m2.s);ya、yb出塔、入塔气

24、体组成的摩尔分率出塔、入塔气体组成的摩尔分率, kmol A/ kmol (A+B) ;xa、xb入塔、出塔液体组成的摩尔分率入塔、出塔液体组成的摩尔分率, kmol A/ kmol (A+S) ;x、y通过塔任一截面的气、液组成。通过塔任一截面的气、液组成。aa, yGaa,xLbb,yGbb,xLyG,xL,图图9-8 9-8 吸收塔的物料衡算吸收塔的物料衡算塔顶塔顶塔底塔底稀端稀端浓端浓端9.3.1 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aa, yGaa,xLbb,yGbb,xLyG,xL,图图9-8 9-8 吸收塔的物料衡算吸收塔的物料衡算塔顶塔顶塔底塔底稀端稀端浓端

25、浓端)1 (),1 (SBxLLyGG（9-35）xxXyyY1,1（9-36）全塔物料衡算：全塔物料衡算：)()(aabBXXLYYGbS（9-37）)1 ()1 (aabbByGyGG)1 ()1 (aabbSxLxLLbabbBabB)(YYYYGYYGba)1 (YY9.3.1 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aa, yGaa,xLbb,yGbb,xLyG,xL,图图9-8 9-8 吸收塔的物料衡算吸收塔的物料衡算塔顶塔顶塔底塔底稀端稀端浓端浓端)()(aaBXXLYYGS（9-38）)(aBSaBSXGLYXGLY或或（9-38a）塔顶与任一截面间的物料衡算：

26、塔顶与任一截面间的物料衡算：塔底与任一截面间的物料衡算：塔底与任一截面间的物料衡算：)()(bBXXLYYGbS（9-39）)(bBSbBSXGLYXGLY或或（9-39a）9.3.1 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ERQBPA*Y*X0YXYbYaYXaX Xb图图9-9 9-9 摩尔比坐标系中摩尔比坐标系中 的操作线和平衡线的操作线和平衡线)(aBSaBSXGLYXGLY（9-38a）)(bBSbBSXGLYXGLY（9-39a）操作线方程：操作线方程：9.3.1 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用摩尔比表示的传质速率方程：用摩尔比表示的传

27、质速率方程：)()1)(1 ()11()(*AYYYYKYYYYKyyKNyyy)(*AYYKNY以气相摩尔比差为推动力的总传质系数，以气相摩尔比差为推动力的总传质系数， kmol /(m2.s) )(*AXXKNX以液相摩尔比差为推动力的总传质系数，以液相摩尔比差为推动力的总传质系数， kmol /(m2.s) 当为低浓度吸收时，当为低浓度吸收时，GBG，LSL，Yy，Xx ，式（，式（9-38）与（）与（9-38a）可改写成）可改写成)()(aaxxLyyG（9-42）)(aaxGLyxGLy或或（9-42a）babyyy 9.3.1 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

28、程并流操作的吸收塔并流操作的吸收塔aa, yGaa,xLbb,yGbb,xLXEA0YYbYaXaXbB)()(baabBXXLYYGS)()(bbBXXLYYGS)()(aaBXXLYYGS)(aBSaBSXGLYXGLY)(bBSbBSXGLYXGLY9.3.1 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*bXCB1ERQBPAbYYY*YaYaXXbX*XX0最小液汽比（最小液汽比（Limiting gas-liquid ratio）a*babminBS)(XXYYGLminBSBS)(0 . 21 . 1 ()(GLGL图图9-9 9-9 摩尔比坐标系中摩尔比坐标系中 的

29、操作线和平衡线的操作线和平衡线9.3.2 吸收剂用量的确定吸收剂用量的确定*bXCB1ERQBPAbYYY*YaYaXXbX*XX0图图9-9 9-9 摩尔比坐标系中摩尔比坐标系中 的操作线和平衡线的操作线和平衡线总费用总费用= =设备费设备费+ +操作费操作费（LS/ GB），操作线斜率，操作线斜率，传质推动力传质推动力 ，塔高（填料层，塔高（填料层高度）高度），操作费用，操作费用，设备费，设备费用用；（LS/ GB） ，操作线斜率，操作线斜率，传质推动力传质推动力 ，塔高（填料层，塔高（填料层高度）高度） ，操作费用，操作费用 ，设备，设备费用费用 ；9.3.2 吸收剂用量的确定吸收剂用量

30、的确定讨论：讨论：1 1、相平衡关系符合亨利定律时，、相平衡关系符合亨利定律时，Xb*= Yb/mababa*babminBS)(XmYYYXXYYGL当当Xa=0时，时，mYYYmGLbabminBS)(2 2、若为低浓度气体吸收（如无特别说明以后均为低浓度气体、若为低浓度气体吸收（如无特别说明以后均为低浓度气体吸收）吸收）a*babmin)(yyyyGL9.3.2 吸收剂用量的确定吸收剂用量的确定定义：定义：吸收因子（因数）：吸收因子（因数）：A=L/（mG）或）或 A=LS/（mGB） 几何意义：操作线斜率与平衡线斜率之比几何意义：操作线斜率与平衡线斜率之比解吸因子（因数）：解吸因子（因

31、数）：S= mG / L 或或 S= mGB/ LS（1）A1，则，则L/G 1，则，则L/G m ya ， ，h0 。在塔顶达到平衡。在塔顶达到平衡xa*，若若xa=0 , max =1（3）A=1，则，则L/G = m 塔高无穷大时，全塔处处平衡，塔高无穷大时，全塔处处平衡， max =19.3.3 填料层无穷高的吸收塔填料层无穷高的吸收塔a 单位体积填料的单位体积填料的有效有效传质面积，传质面积，m2/m3；h 填料层高度，填料层高度，m； 塔截面积（即填料层截面），塔截面积（即填料层截面），m2；D 塔直径，塔直径，mhDahaaVA)4/(2Kya kmol/(m3.s)Ky kmo

32、l/(m2.s)9.3.4 有限高吸收塔填料层高度计算有限高吸收塔填料层高度计算微元体积：微元体积：hd相界面面积：相界面面积：had单位时间内由气相传入液相单位时间内由气相传入液相A的物质的量为：的物质的量为：haNdAkmol(A)/s单位塔截面由气相传入液相单位塔截面由气相传入液相A的物质的量为：的物质的量为：haNdAkmol(A)/ (m2.s)单位塔截面单位塔截面气相传入液相的溶质气相传入液相的溶质=气相所失溶质气相所失溶质=液相所得溶质液相所得溶质h0yy+dyxx+dxhdhyaxaxbyb 图图9-11 通过填料层微元通过填料层微元 高度的浓度变化高度的浓度变化xLyGhaN

33、dddA对单位塔截面对单位塔截面（9-44）baba0ddd0AxxyyhxLyGhaNbabaddAA0 xxyyxaNLyaNGh9.3.4 有限高吸收塔填料层高度计算有限高吸收塔填料层高度计算bayy*yyyN OGdaKGHyOGbayyyyyyaKGh *0)(d气相总体积传质系数，气相总体积传质系数，kmol/（m3s） aKyOGOGNH、气相总传质单元高度气相总传质单元高度、总传质单元数、总传质单元数（1）)(*AyyKNyOGOG *)(dNHyyyaKGhbayyyo（9-46）9.3.4 有限高吸收塔填料层高度计算有限高吸收塔填料层高度计算baxxxxxN *OLdaKL

34、HxOLbaxxxxxxaKLh *0)(d液相总体积传质系数，液相总体积传质系数，kmol/（m3s） aKxOLOLNH、液相总传质单元高度液相总传质单元高度、总传质单元数、总传质单元数（2）)(*AxxKNx（9-48）LOLO *0)(dNHxxxaKLhbaxxx9.3.4 有限高吸收塔填料层高度计算有限高吸收塔填料层高度计算（3）bayyiyyyN GdakGHyGGG 0)(dNHyyyakGhbayyiy气相分体积传质系数，气相分体积传质系数，kmol/（m3s） akyGGNH 、气相分传质单元高度气相分传质单元高度、分传质单元数、分传质单元数)(AiyyykN（9-47）（

35、4）)(AxxkNixbaxxixNHxxxakLh LL0)(d（9-49）baxxixxxN LdakLHxL液相分体积传质系数，液相分体积传质系数，kmol/（m3s） akxGGNH 、液相分传质单元高度液相分传质单元高度、分传质单元数、分传质单元数9.3.4 有限高吸收塔填料层高度计算有限高吸收塔填料层高度计算GG 0)(dNHyyyakGhbayyiy（3）)(AiyyykN（4）)(AxxkNixbaxxixNHxxxakLh LL0)(dh0yy+dyxx+dxhdhyaxaxbyb 图图9-11 通过填料层微元通过填料层微元 高度的浓度变化高度的浓度变化)(*AxxKNx（2

36、）LOLO *0)(dNHxxxaKLhbaxxx（1）)(*AyyKNyOGOG *0)(dNHyyyaKGhbayyy9.3.4 有限高吸收塔填料层高度计算有限高吸收塔填料层高度计算0yxy* = mxy* = mx+bxaxb1、平衡线为直线、平衡线为直线补充作业：补充作业：当当y* = mx+b时，证明：时，证明：)(*yyKNyA中的中的Ky同样满足同样满足xyykmkK119.3.4.1 传质单元数的确定传质单元数的确定9.3.4 有限高吸收塔填料层高度计算有限高吸收塔填料层高度计算（1） 平均推动力法平均推动力法1、平衡线为直线、平衡线为直线令令 y = y - y*常数yyd)

37、d(ababd)d(yyyyyy0APBQREAByxaybyaxbxyx图图9-12 操作线和平衡线皆为操作线和平衡线皆为 直线时的总推动力直线时的总推动力)d(dababyyyyyy*bbbyyy塔底气相总推动力塔底气相总推动力*aaayyy塔顶气相总推动力塔顶气相总推动力9.3.4.1 传质单元数的确定传质单元数的确定baba abab *OGddyyyyyyyyyyyyyNababablnyyyyyyOGNmabOGyyyN（9-50）)(mabOGOG0yyyaKGNHhy（9-51）ababmlnyyyyy令令塔顶塔底推动力的塔顶塔底推动力的对数平均值对数平均值9.3.4.1 传质

38、单元数的确定传质单元数的确定同理：同理：mab *OLdbaxxxxxxNxx)(mabOLOL0 xxxaKLNHhx（9-53）ababmlnxxxxxb*bbxxx塔底液相总推动力塔底液相总推动力a*aaxxx塔顶液相总推动力塔顶液相总推动力式中式中9.3.4.1 传质单元数的确定传质单元数的确定（2）吸收因数法）吸收因数法平衡线为通过原点的直线平衡线为通过原点的直线 ，服从亨利定律：，服从亨利定律： mxy*)()1 ()()1 (ln11)()1 (d)(ddaaaaab aa aa *OGbababamxSyySmxSyySSmxSyySymxyySyyyyyNyyyyyyaa)(

39、xyyLGx)()(aaxxLyyG（9-43b）aaaa*)()(mxyySmxyyLmGmxy（9-55a）9.3.4.1 传质单元数的确定传质单元数的确定同理可得：同理可得：OGaaabOL1ln1SNSmxymxySSSN（S1）SmxymxySSNaaabOG1ln11（S1）（9-56）9.3.4.1 传质单元数的确定传质单元数的确定SbmxybmxySSNaaabOG1ln11S1 若平衡线为：若平衡线为：bmxy*)(mab0iyyyyakGh)(mab0ixxxxakLh讨论：讨论： 相平衡关系不符合亨利定律相平衡关系不符合亨利定律bmxyyyybb*bbb塔底气相总推动力塔

40、底气相总推动力bmxyyyyaa*aaa塔顶气相总推动力塔顶气相总推动力9.3.4.1 传质单元数的确定传质单元数的确定LLGGOLOLOGOG0NHNHNHNHh相平衡关系为直线时相平衡关系为直线时OGGOOL1AHHSH KyxyykmkK11akmakaKxyy11液相分体积传质系数液相分体积传质系数kmol/（m3s） 气相分体积传质系数气相分体积传质系数kmol/（m3s） 以气相摩尔分率差为推动力的总体积传质系数，以气相摩尔分率差为推动力的总体积传质系数，kmol/（m3s） 9.3.4.1 传质单元数的确定传质单元数的确定 相平衡关系符合相平衡关系符合y*=mx，且为纯溶剂吸收，

41、且为纯溶剂吸收xa=0SSSN111ln11OG（S1）又已知：又已知：min)(GLGL11mmLGmS(1)OG1111ln(1)111N9.3.4.1 传质单元数的确定传质单元数的确定 当当S=1或或A=1时，操作线与相平衡线平行对数平均推动力法和吸时，操作线与相平衡线平行对数平均推动力法和吸收因数法均不成立，此时收因数法均不成立，此时NOG、NOL如何求？如何求？mabOGyyyN*aa*bbmyyyyymabOLxxxNa*ab*bmxxxxx9.3.4.1 传质单元数的确定传质单元数的确定SmxymxySSNaaabOG1ln11讨论：讨论：A、S大小对吸收影响大小对吸收影响（3）

42、 NOG aaabmxymxyaaabmxymxy的意义：反映了吸收率的高低。的意义：反映了吸收率的高低。S 增大增大图图9-13 式（式（9-56）的图示）的图示9.3.4.1 传质单元数的确定传质单元数的确定2、平衡线为曲线、平衡线为曲线 图解积分法或数值积分法图解积分法或数值积分法babaddLLGG0 xxixyyiyxxxakLyyyakGNHNHh（1）气膜控制时（易溶气体）气膜控制时（易溶气体）*,yyxxiiOG*GbadNyyyNyyyyKk OGOG0NHh 9.3.4.1 传质单元数的确定传质单元数的确定（2）液膜控制时（难溶气体）液膜控制时（难溶气体）*,yyxxiiO

43、L*LbadNxxxNxxxxKk OLOL0NHh （3）双膜控制时）双膜控制时ba dyyiyyyybyaiyy 1ybyayaxbxxoEAByxkk),(iiyxP（4）图解积分）图解积分9.3.4.1 传质单元数的确定传质单元数的确定 传质单元数（传质单元数（NOG、NOL）的大小反映吸收过程进行的难易）的大小反映吸收过程进行的难易程度，它与吸收塔的结构因素以及气液流动状况无关。程度，它与吸收塔的结构因素以及气液流动状况无关。 传质单元高度可理解为一个传质单元所需的填料层高度，传质单元高度可理解为一个传质单元所需的填料层高度，是吸收设备效能高低的反映。是吸收设备效能高低的反映。9.3

44、.4.2 传质单元数、传质单元高度的物理意义传质单元数、传质单元高度的物理意义1、解吸过程的特点、解吸过程的特点 解吸是吸收的逆过程，推动力与吸收相反。解吸是吸收的逆过程，推动力与吸收相反。 气相推动力：气相推动力： y = y* - y 液相推动力：液相推动力： x = x x* 解吸塔的浓端与稀端与吸收塔相反，塔顶为浓端，塔底为稀端。解吸塔的浓端与稀端与吸收塔相反，塔顶为浓端，塔底为稀端。 操作线位于平衡线下方操作线位于平衡线下方。yxG、yaG、ybL、xaxbyya*yaybxbxaxB(塔底塔底)A(塔顶塔顶)y = mx9.3.5 解吸塔计算（低浓度气体逆流解吸）解吸塔计算（低浓度

45、气体逆流解吸）2、常见的解吸方法、常见的解吸方法 通入惰性气体通入惰性气体 通入直接水蒸气通入直接水蒸气 降低压力降低压力3、解吸塔的物料衡算与操作线方程、解吸塔的物料衡算与操作线方程 全塔物料衡算：全塔物料衡算：G（ya - yb）=L(xa - xb) 操作线方程：操作线方程： 以塔的任一截面与塔顶作物料衡算可得以塔的任一截面与塔顶作物料衡算可得)(aaxGLyxGLy同样以塔的任一截面与塔底作物料衡算可得同样以塔的任一截面与塔底作物料衡算可得)(bbxGLyxGLy定义：解吸率定义：解吸率abaxxx yxG、yaG、ybL、xaL、 xbyya*yaybxbxaxB(塔底塔底)A(塔顶

46、塔顶)y = mx9.3.5 解吸塔计算（低浓度气体逆流解吸）解吸塔计算（低浓度气体逆流解吸）4、最小气液比、最小气液比 解吸解吸L一定，一定，G，L/G，C点点bab*amaxxxyyGLyya*yaybxbxaxB(塔底塔底)A(塔顶塔顶)Cy = mxbaba*b*abaminymxxxmxyyyxxLG若mxxxxxxmyabaabab10定义解吸率用纯解吸气工程上的气液比工程上的气液比min(1.1 2)()GGLL9.3.5 解吸塔计算（低浓度气体逆流解吸）解吸塔计算（低浓度气体逆流解吸）5、填料层高度的计算、填料层高度的计算 OLOGOLOG,NSNHANab*OGOGdyyyy

47、yyaKGNHHab*OLOLdxxxxxxaKLNHHAmyxmyxAAN/1ln11bbbaOL（A1）SmyxmyxSSN/1ln11aabaOG（S1）A增加增加OLNmyxmyx/bbba9.3.5 解吸塔计算（低浓度气体逆流解吸）解吸塔计算（低浓度气体逆流解吸）基本关系式：基本关系式： 全塔物料衡算式：全塔物料衡算式：G（ya - yb）= L（xa - xb） 相平衡方程式：相平衡方程式：y* = f ( x ) (本章多是本章多是 y* = m x 或或 y*= m x + b ) 吸收过程基本方程式吸收过程基本方程式9.4.1 定量计算方法及例题定量计算方法及例题1、设计型计

48、算、设计型计算 给定条件：给定条件： yb、G、分离要求（分离要求（ ya 或吸收率）或吸收率） 设计要求：设计要求：h0 9.4 吸收（解吸）定量计算与定性分析吸收（解吸）定量计算与定性分析 例例15-1在一填料塔中，用含苯在一填料塔中，用含苯0.00015（摩尔分率，下同）的（摩尔分率，下同）的洗油逆流吸收混合气体中的苯。已知混合气体的流量为洗油逆流吸收混合气体中的苯。已知混合气体的流量为1600m3/h，进塔气体中含苯进塔气体中含苯0.05，要求苯的吸收率为，要求苯的吸收率为90%，操作温度为，操作温度为25，操作压强为操作压强为101.3kPa，塔径，塔径D=0.6m，相平衡关系，相平

49、衡关系Y*=26X，操作液，操作液气比为最小液气比的气比为最小液气比的1.3倍，倍， KYa=0.045 kmol/(m3.s)，洗油分子量，洗油分子量为为170kg/kmol。试求：。试求：（1）吸收剂用量）吸收剂用量LS（kg/h）；）；（2）出塔洗油中苯的含量）出塔洗油中苯的含量xb ；（3）所需的填料层高度；）所需的填料层高度；（4）每小时回收苯的量（）每小时回收苯的量（kg/h）；）；（5）欲提高苯的吸收率，可采用哪些措施（定性分析）？）欲提高苯的吸收率，可采用哪些措施（定性分析）？ 9.4.1 定量计算方法及例题定量计算方法及例题 例例 在一逆流吸收塔中，用清水吸收氨在一逆流吸收塔

50、中，用清水吸收氨空气混合气，混合气空气混合气，混合气流量流量0.025 kmol/ s，混合气入塔组成，混合气入塔组成0.02（摩尔分率，下同），吸（摩尔分率，下同），吸收率为收率为95%，常压操作，温度为，常压操作，温度为20，y=1.2x，塔径为，塔径为1m，总体，总体积传质系数积传质系数Kya=0.0522 kmol/(m3.s), kya G 0.7，操作液气比为最小，操作液气比为最小液气比的液气比的1.2倍，试求：倍，试求：（1） h0 =？（2）气体质量增大）气体质量增大15%， h0 =？ （3）若）若yb= 0.05，=95%，h0 怎么变化？若怎么变化？若yb= 0.02，=

51、99%， h0 怎么变化？怎么变化？ 9.4.1 定量计算方法及例题定量计算方法及例题 例例15-5 用一逆流操作的填料解吸塔，处理含用一逆流操作的填料解吸塔，处理含CO2的水溶液，的水溶液，处理量为处理量为40t/h，使水中的，使水中的CO2含量由含量由810-5降至降至210-6（均为摩（均为摩尔比），塔内水的喷淋密度为尔比），塔内水的喷淋密度为8000kg/(m2h)，进塔空气中含，进塔空气中含CO2量为量为0.1% （体积百分率），空气用量为最小空气用量的（体积百分率），空气用量为最小空气用量的20倍，塔倍，塔内操作温度为内操作温度为25，压力为，压力为100kPa，该操作条件下的亨利

52、系数，该操作条件下的亨利系数E=1.6 105kPa，液相体积总传质系数，液相体积总传质系数KXa=800kmol/ (m3h)。试求：试求：（1）解吸气（空气）用量为若干解吸气（空气）用量为若干m3/h？（以？（以25 计）计） （2）填料层高度。）填料层高度。9.4.1 定量计算方法及例题定量计算方法及例题2、操作型计算、操作型计算（1）吸收（解吸）操作型计算命题）吸收（解吸）操作型计算命题 第一类命题第一类命题 已知：已知： h0（及其他有关尺寸），气液两相平衡关系及流动（及其他有关尺寸），气液两相平衡关系及流动方式，方式， Kya或或Kxa，改变一操作条件（改变一操作条件（t、p、L或

53、或LS、 G或或GB、 xa或或Xa、 yb或或Yb ） 求：操作条件的变化对吸收效果求：操作条件的变化对吸收效果ya（或（或Ya）和）和xb（或（或Xb ）的）的影响。影响。 计算方法：计算方法： 对数平均推动力法，要试差；对数平均推动力法，要试差； 消元法，繁琐；消元法，繁琐； 若相平衡关系符合亨利定律，吸收因数法。若相平衡关系符合亨利定律，吸收因数法。9.4.1 定量计算方法及例题定量计算方法及例题 第二类命题第二类命题 已知：已知： h0（及其他有关尺寸），气体的流量（及其他有关尺寸），气体的流量G或或GB及进出及进出口组成（口组成（ ya 、yb 或或 ）、吸收液的进口组成）、吸收液

54、的进口组成xa 、气液两相平衡、气液两相平衡关系及流动方式，关系及流动方式， Kya或或Kxa 求：吸收剂用量求：吸收剂用量L或或LS和吸收剂出塔组成和吸收剂出塔组成xb（或（或Xb） 。 计算方法：计算方法： 对数平均推动力法，要试差；对数平均推动力法，要试差； 若相平衡关系符合亨利定律，吸收因数法，要试差。若相平衡关系符合亨利定律，吸收因数法，要试差。 此外，还有一类命题：其他条件不变，分离要求改变，求填此外，还有一类命题：其他条件不变，分离要求改变，求填料层高度料层高度 h0变为多少？或已知变为多少？或已知h0的改变值，其他操作条件不变，的改变值，其他操作条件不变，求求 ya 或或 变为

55、多少？变为多少？ 计算方法：计算方法： 对数平均推动力法，要试差；对数平均推动力法，要试差； 若相平衡关若相平衡关系符合亨利定律，吸收因数法。系符合亨利定律，吸收因数法。9.4.1 定量计算方法及例题定量计算方法及例题（2）操作型问题计算例题）操作型问题计算例题 例例15-10 在逆流操作的填料塔内，用纯溶剂吸收混合气体中在逆流操作的填料塔内，用纯溶剂吸收混合气体中的可溶组分。已知：操作液气比为最小液气比的的可溶组分。已知：操作液气比为最小液气比的1.5倍，气相总传倍，气相总传质单元高度质单元高度HOG=1.11m操作条件下的平衡关系为操作条件下的平衡关系为Y*=mX（X、 Y均均为摩尔比），

56、吸收过程大致为气膜控制，气相体积传质分系数为摩尔比），吸收过程大致为气膜控制，气相体积传质分系数kyaG0.7。试求：。试求： 要求溶质组分的回收率为要求溶质组分的回收率为95%95%时所需的填料层高度；时所需的填料层高度； 在上述填料塔内操作，将气体流率增加在上述填料塔内操作，将气体流率增加20%20%，而其它条件，而其它条件不变，溶质的回收率有何变化？不变，溶质的回收率有何变化？ 新、旧工况下单位时间内被吸收的溶质量及吸收塔的平新、旧工况下单位时间内被吸收的溶质量及吸收塔的平均推动力有何变化？结果说明什么问题？均推动力有何变化？结果说明什么问题？ 9.4.1 定量计算方法及例题定量计算方法

57、及例题 例例15-11 某逆流填料吸收塔，用纯溶剂吸收混合气体中可溶某逆流填料吸收塔，用纯溶剂吸收混合气体中可溶组分。入塔气体中含溶质组分。入塔气体中含溶质0.05（摩尔分率，下同），混合气流量（摩尔分率，下同），混合气流量为为1500Nm3/h，塔径为，塔径为1m，要求吸收率为，要求吸收率为90%，操作条件下相，操作条件下相平衡关系为平衡关系为y*=1.5x，操作液气比为最小液气比的，操作液气比为最小液气比的1.2倍，填料层倍，填料层高度为高度为3m，吸收过程为气膜控制，试求：，吸收过程为气膜控制，试求： 吸收剂用量吸收剂用量L，kmol/(m2s)； 气相体积总传质系数气相体积总传质系数K

58、ya ，(kmol/m3s)； 若操作中由于解吸不良导致进入吸收塔的吸收剂中浓度若操作中由于解吸不良导致进入吸收塔的吸收剂中浓度为为0.001，其他条件不变，计算此时的吸收率为多少？，其他条件不变，计算此时的吸收率为多少？ 在在的情况下若要求保证吸收率为的情况下若要求保证吸收率为90%不变，所需吸收不变，所需吸收剂用量剂用量L必须增大为多少？必须增大为多少？9.4.1 定量计算方法及例题定量计算方法及例题9.4.2 定性分析方法与典型例题定性分析方法与典型例题9.4.2.1 定性分析方法定性分析方法1、平均推动力法、平均推动力法L ( x1 - x2) = G ( y1 - y2) = Kya

59、 hym = = Kxa hxm 利用该式原则上可判明利用该式原则上可判明ya、xb的变化情况，不过通常要用反的变化情况，不过通常要用反证法很繁琐。证法很繁琐。9.4.2 定性分析方法与典型例题定性分析方法与典型例题2、吸收因数法、吸收因数法SmxymxySSNaaabOG1ln11（S1）NOGS增大增大aaabmxymxy （1）根据题给条件，确定）根据题给条件，确定HOG、S的变化情况；的变化情况； （2）利用）利用NOG= h0/HOG，判别，判别NOG的变化趋势；的变化趋势； （3）根据右图，确定（）根据右图，确定（yb- mxa）/（ya - mxa）的变化情况，随之确定的变化情况

60、，随之确定ya的变化趋势；的变化趋势； （4）确定）确定xb的变化情况。的变化情况。xb的变化趋势较难判的变化趋势较难判断，判断的方法也有多种，以下列出几种方法断，判断的方法也有多种，以下列出几种方法: 9.4.2 定性分析方法与典型例题定性分析方法与典型例题 利用全塔物料衡算关系利用全塔物料衡算关系L ( xb - xa) = G ( yb - ya)确定确定xb的的变化趋势；变化趋势； 利用全塔物料衡算关系较难判断利用全塔物料衡算关系较难判断xb的变化趋势时，也可的变化趋势时，也可以联合利用对数平均推动力法判断，只是对数平均推动力法繁以联合利用对数平均推动力法判断，只是对数平均推动力法繁琐