第五章气体吸收

1、1第二节第二节 气液相平衡气液相平衡第五章第五章 气体吸收气体吸收第一节第一节 概述概述第三节第三节 吸收过程的传质速率吸收过程的传质速率第四节第四节 吸收塔的计算吸收塔的计算第五节第五节 填料塔填料塔2第一节第一节 概述概述一、吸收操作的应用一、吸收操作的应用 二、吸收过程与设备二、吸收过程与设备 三、吸收过程分类三、吸收过程分类四、吸收剂的选择四、吸收剂的选择3 吸收定义：吸收定义： 利用混合气体中各组分(component)在液体中溶溶解度解度(solubility)的差异的差异而分离气体混合物的单元操作称为吸收吸收。吸收操作时某些易溶组分进入液相形成溶液(solution)，不溶或难溶

2、组分仍留在气相(gas phase)，从而实现混合气体的分离。 4 吸收质或溶质吸收质或溶质(solute)：混合气体中的溶解组分，以A表示。 惰性气体惰性气体(inert gas)或载体或载体：不溶或难溶组分，以B表示。 吸收剂吸收剂(absorbent)：吸收操作中所用的溶剂，以S表示。 吸收液吸收液(strong liquor)：吸收操作后得到的溶液，主要成分为溶剂S和溶质A。 吸收尾气吸收尾气(dilute gas)：吸收后排出的气体，主要成分为惰性气体B和少量的溶质A。 吸收过程在吸收塔吸收塔中进行，逆流操作吸收塔示意图如右所示。 吸收塔混合气体混合气体(A+B)吸收液吸收液(A+S

3、)吸收剂吸收剂(S)吸收尾气吸收尾气(A+B)5一、吸收操作的应用一、吸收操作的应用 (1) 制取液体产品制取液体产品 用吸收剂吸收气体中某些组分而获得产品。如硫酸吸收SO3制浓硫酸，水吸收甲醛制福尔马林液，用水吸收氯化氢制盐酸等 。 (2) 回收混合气中有用组分回收混合气中有用组分 吸收剂选择性地吸收气体中某些组分以达到分离目的。例如石油馏分裂解生产出来的乙烯、丙烯，还与氢、甲烷等混在一起，可用分子量较大的液态烃把乙烯、丙烯吸收，使与甲烷、氢分离开来 。 (3) 气体净化气体净化 一类是原料气的净化，即除去混合气体中的杂质，如合成氨原料气脱H2S、脱CO2等；另一类是尾气处理和废气净化以保护

4、环境，如燃煤锅炉烟气，冶炼废气等脱除SO2，硝酸尾气脱除NO2等。 （4）除去工业放空尾气中的有害组分。）除去工业放空尾气中的有害组分。6二、吸收过程与设备二、吸收过程与设备7三、吸收操作的分类三、吸收操作的分类 物理吸收物理吸收(physical absorption)：吸收过程溶质与溶剂不发生显著的化学反应，可视为单纯的气体溶解于液相的过程。如用水吸收二氧化碳、用水吸收乙醇或丙醇蒸汽、用洗油吸收芳烃等 化学吸收化学吸收(chemical absorption)：溶质与溶剂有显著的化学反应发生。如用氢氧化钠或碳酸钠溶液吸收二氧化碳、用稀硫酸吸收氨等过程。化学反应能大大提高单位体积液体所能吸收

5、的气体量并加快吸收速率。但溶液解吸再生较难。 单组分吸收单组分吸收：混合气体中只有单一组分被液相吸收，其余组分因溶解度甚小其吸收量可忽略不计。 多组分吸收多组分吸收：有两个或两个以上组分被吸收。 非等温吸收非等温吸收：体系温度发生明显变化的吸收过程。 等温吸收等温吸收：体系温度变化不显著的吸收过程。8四、吸收剂的选择四、吸收剂的选择 溶解度大溶解度大 吸收剂的选择主要考虑的是溶解度溶解度，溶解度大则吸收剂用量少，吸收速率也大，设备的尺寸便小； 选择性好选择性好 很显然，吸收剂对溶质气体的溶解度既要大，对混合气体中其他组分的溶解度却要小或基本上不溶，这样才能进行有效的分离，满足这一要求称为选择性

6、选择性好； 挥发度要小挥发度要小 吸收剂的挥发度要小挥发度要小，即在操作温度下它的蒸汽压要低，经过吸收后的气体在排出时，往往为吸收剂蒸汽所饱和，吸收剂的挥发度高，其损失量便大。 此外所选用的溶剂尽可能满足无腐蚀性，粘度小，无毒无腐蚀性，粘度小，无毒，不燃，价廉易得，不燃，价廉易得等条件。 9第二节第二节 气液相平衡气液相平衡一、一、 平衡溶解度平衡溶解度二、二、 亨利定律亨利定律三、三、 气液相平衡关系在吸收中的应用气液相平衡关系在吸收中的应用10一、平衡溶解度一、平衡溶解度平衡状态：平衡状态：一定压力和温度，一定量的吸收一定压力和温度，一定量的吸收 剂与混合气体充分接触，气相剂与混合气体充分

7、接触，气相 中的溶质中的溶质 向溶剂中转移，长期充分接向溶剂中转移，长期充分接 触后，液相触后，液相 中溶质组分的浓度不再增加，此时，气中溶质组分的浓度不再增加，此时，气 液两相达到平衡（达到饱和状态）。（液两相达到平衡（达到饱和状态）。（表表 明一定条件下过程可能达到的极限程度）明一定条件下过程可能达到的极限程度） 平衡溶解度：平衡溶解度：平衡时溶质在液相中的浓度。平衡时溶质在液相中的浓度。平衡分压：平衡分压：平衡时气相中溶质的分压（压力）。平衡时气相中溶质的分压（压力）。几种气体在水中的溶解度曲线几种气体在水中的溶解度曲线 总压对溶解度的影响关总压对溶解度的影响关键要看溶质的分压有没有改键

8、要看溶质的分压有没有改变，如果总压改变而溶质的变，如果总压改变而溶质的分压没有改变，则溶解度不分压没有改变，则溶解度不改变；若总压改变溶质的分改变；若总压改变溶质的分压也改变，则溶解度改变。压也改变，则溶解度改变。总结：总结：（2）温度、）温度、y一一定，定，总压增加总压增加，在同一溶剂中，在同一溶剂中，溶质的溶解度溶质的溶解度x随之增加，随之增加，有利于吸收有利于吸收 。（1）总压、）总压、y一一定，定，温度下降温度下降，在同一溶剂中，在同一溶剂中，溶质的溶解度溶质的溶解度x随之增加，随之增加，有利于吸收有利于吸收 。（3）不同气体在同种溶剂中形成相同的浓度，）不同气体在同种溶剂中形成相同的

9、浓度，分压小的气体溶解度大，分压大的气体溶解度分压小的气体溶解度大，分压大的气体溶解度小。小。16（一）亨利定律（一）亨利定律 总压不高时，在一定温度下，总压不高时，在一定温度下，稀溶液稀溶液上方上方气相中溶质的平衡分压与溶质在液相中的摩尔气相中溶质的平衡分压与溶质在液相中的摩尔分率成正比分率成正比，其比例系数为亨利系数。，其比例系数为亨利系数。 Exp*A二、亨利定律二、亨利定律17讨论：讨论：1）E的影响因素：溶质、溶剂、的影响因素：溶质、溶剂、T。 物系一定，物系一定， ET2）E大的，溶解度小，难溶气体；大的，溶解度小，难溶气体； E小的，溶解度大，易溶气体。小的，溶解度大，易溶气体。

10、3）E的来源：实验测得；查手册的来源：实验测得；查手册*Ap溶质在气相中的平衡分压，溶质在气相中的平衡分压，kPa； x溶质在液相中的摩尔分率；溶质在液相中的摩尔分率； E亨利常数，单位同压强单位。亨利常数，单位同压强单位。 181）HcpA*A（二）亨利定律其它形式（二）亨利定律其它形式H溶解度系数，溶解度系数， kmol/（m3kPa） cA摩尔浓度，摩尔浓度，kmol/m3； EcH HcCcEpCcxAAAAH的讨论：的讨论：1）H大，溶解度大，易溶气体大，溶解度大，易溶气体; 2）P对对H影响小。影响小。 HT2）mxy * m相平衡常数，无因次。相平衡常数，无因次。xpEyExpy

11、ExppypAA，由mxy *m的讨论：的讨论：1）m大，溶解度小，难溶气体。大，溶解度小，难溶气体。 2） mT mp3)在低浓度气体吸收计算中，通常采用基准不变的摩尔在低浓度气体吸收计算中，通常采用基准不变的摩尔比比 Y（ 或或 X ）表示组成。）表示组成。 以摩尔比表示组成的相平衡关系以摩尔比表示组成的相平衡关系 X 溶质在液相中的摩尔比浓度；溶质在液相中的摩尔比浓度；Y* 与与X 呈平衡的气相中溶质的摩尔比浓度。呈平衡的气相中溶质的摩尔比浓度。当当 m 趋近趋近 1 或当或当 X 很小时很小时yyBAY1的摩尔数气相中惰气的摩尔数气相中溶质xxSAX1的摩尔数液相中溶剂的摩尔数液相中溶

12、质XmmXY)1 (1*mXY *三、三、 相平衡关系在吸收中的应用相平衡关系在吸收中的应用242*2min2,mxyyV，y2V，y1L，x2L，x1myxx1max, 1 2. 尾气最小组成尾气最小组成min2y25第三节第三节 吸收过程的传质速率吸收过程的传质速率一、一、 分子扩散与菲克定律分子扩散与菲克定律六、六、 两相间的双模理论两相间的双模理论四、四、 分子扩散系数分子扩散系数七、七、 总传质速率方程总传质速率方程二、二、 等摩尔逆向扩散等摩尔逆向扩散三、三、 组分组分A A通过静止组分通过静止组分B B的扩散的扩散五、五、 单相内对流传质单相内对流传质26吸收剂气体yx界面气相主

13、体 液相主体 相界面气相扩散 液相扩散 yi xi 吸收过程：吸收过程： （1）A由气相主体到相界面，由气相主体到相界面，气相内传递气相内传递；（2）A在相界面上溶解，溶解过程；在相界面上溶解，溶解过程；（3）A自相界面到液相主体，自相界面到液相主体，液相内传递液相内传递。单相内传递方式：单相内传递方式：分子扩散；对流分子扩散；对流扩散扩散 。27分子扩散分子扩散：在静止或滞流流体内部，若某一组分存：在静止或滞流流体内部，若某一组分存 在浓度差，则因分子无规则的热运动使在浓度差，则因分子无规则的热运动使 该组分由浓度较高处传递至浓度较低处，该组分由浓度较高处传递至浓度较低处， 这种现象称为分子

14、扩散。这种现象称为分子扩散。扩散速率扩散速率：单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截：单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截 面积扩散的物质量，面积扩散的物质量，J表示，表示， kmol/(m2s)。 菲克定律菲克定律：温度、总压一定，组分：温度、总压一定，组分A在扩散方向上任一在扩散方向上任一 点处的扩散通量与该处点处的扩散通量与该处A的浓度梯度成正比。的浓度梯度成正比。一、一、 分子扩散与菲克定律分子扩散与菲克定律28zcDJddAABAJA组分组分A扩散速率（扩散通量），扩散速率（扩散通量）， kmol/（m2s）；）； 组分组分A在扩散方向在扩散方向z上的浓度梯度（上的浓度梯度（kmol/

15、m3）/m； zcddA DAB组分组分A在在B组分中的扩散系数，组分中的扩散系数，m2/s。 负号：表示扩散方向与浓度梯度方向相反，扩散沿负号：表示扩散方向与浓度梯度方向相反，扩散沿 着浓度降低的方向进行着浓度降低的方向进行 29理想气体：理想气体：RTpcAA zcddAzpRT dd1A=zpRTDJddAABA 分子扩散两种形式：等摩尔逆向扩散，组分分子扩散两种形式：等摩尔逆向扩散，组分A通过通过 静止组分静止组分B的扩散。的扩散。30JAJBT PpA2pB2T PpA1pB112二、等摩尔逆向扩散二、等摩尔逆向扩散31等摩尔逆向扩散：等摩尔逆向扩散：任一截面处两个组分的扩散速率任一

16、截面处两个组分的扩散速率 大小相等，方向相反。大小相等，方向相反。 zpRTDJddAABAzpRTDJddBBABBpppA总压一定总压一定 zpddA=zpddB JA=JB DAB=DBA=D 32等分子反向扩散传质速率方程：等分子反向扩散传质速率方程：传质速率定义：任一确定的空间位置上，传质速率定义：任一确定的空间位置上， 单位时间单位时间 内通过单位面积的物质量，记作内通过单位面积的物质量，记作N, kmol/(m2 s) 。 NA= zpRTDJddAA气相：气相：)(A2A1AppRTzDN)(A2A1AcczDNNA= zcDJddAABA液相：液相：三、三、 组分组分A A通

17、过静止组分通过静止组分B B的扩散的扩散 A A是吸收质，是吸收质，B B是惰性气体是惰性气体。 气液界面附近界面附近的气相中，组分A向液相溶解，浓度降低，分压力减小。在气相主体与气相界面之间产生分压力梯度，则组分组分A A从气相从气相主体向界面扩散主体向界面扩散。同时，界面附近界面附近由于由于A A的溶解使气相总压力的溶解使气相总压力比比气相气相主体的总压力低主体的总压力低，则混合气体从主体向界面整体移动整体移动。（1）整体移动：因溶质扩散到）整体移动：因溶质扩散到界面溶解于溶剂中，造成界面与主界面溶解于溶剂中，造成界面与主体的微小压差，使得混合气体向界体的微小压差，使得混合气体向界面处的流

18、面处的流 动。动。（2）整体移动的特点：）整体移动的特点：1）因分子本身扩散引起的宏观流动。）因分子本身扩散引起的宏观流动。2）A、B在整体移动中方向相同，流动速度正比于摩在整体移动中方向相同，流动速度正比于摩尔分率。尔分率。 BABABMAMppnnNN12NMcA/cNMcB/cNM组分组分B B：不被吸收 （1）由于“整体移动”的作用，从气相主体向界面移动； （2）由于B不被吸收，界面处B组分浓度大于气相主体浓度，从界面向主体扩散（与(1)反向）； 总结果是表观上没有表观上没有B B的传递的传递。 因此，B扩散速率JB与B的整体移动传递速率NBM数值相等方向相反数值相等方向相反，表现上没

19、有组分B的传递，可表示为： J JB B=-N=-NBMBM 12JBNMcA/cNMcB/cNM组分组分A A：扩散方向与整体移动方向相同，传递速率较大。 12JANMcA/cNMcB/cNM39扩散系数的意义：单位浓度梯度下的扩散通量，反映扩散系数的意义：单位浓度梯度下的扩散通量，反映 某组分在一定介质中的扩散能力，是物质特性常某组分在一定介质中的扩散能力，是物质特性常 数之一；数之一；D，m2/s。 D的影响因素：的影响因素：A、B、T、P、浓度、浓度D的来源：查手册；半经验公式；测定的来源：查手册；半经验公式；测定四、分子扩散系数四、分子扩散系数40（1）气相中的）气相中的D范围：范围

20、：10-510-4m2/s 经验公式经验公式 D pDTpTDpTfD )(75. 1，（2）液相中的）液相中的D范围：范围：10-1010-9m2/s D DTTDTfD )( ，41五、五、 单相内的对流传质单相内的对流传质 工业生产中常见的是物质在湍流流体中的对流传工业生产中常见的是物质在湍流流体中的对流传质现象。对流传质是指流体与某一界面之间的传质。质现象。对流传质是指流体与某一界面之间的传质。分子扩散和湍流扩散同时存在。分子扩散和湍流扩散同时存在。 湍流扩散：流体作湍流运动时，使组分从高浓度处湍流扩散：流体作湍流运动时，使组分从高浓度处向低浓度处移动，这种现象称为湍流扩散。由于流体向

21、低浓度处移动，这种现象称为湍流扩散。由于流体内部产生漩涡，又称为涡流扩散。内部产生漩涡，又称为涡流扩散。42（一）单相内对流传质的有效膜模型（一）单相内对流传质的有效膜模型图图5-11 传质的有效层流膜层传质的有效层流膜层431）靠近相界面处层流内层：传质机理仅为分）靠近相界面处层流内层：传质机理仅为分 子扩散，溶质子扩散，溶质A的浓度梯度较大，的浓度梯度较大，pA随随z的的 变化较陡。变化较陡。 2）湍流主体：涡流扩散远远大于分子扩散，）湍流主体：涡流扩散远远大于分子扩散， 溶质浓度均一化，溶质浓度均一化，pA随随z的变化近似为水的变化近似为水 平线。平线。 3）过渡区：分子扩散）过渡区：分

22、子扩散+涡流扩散，涡流扩散，pA随随z的的 变化逐渐平缓。变化逐渐平缓。44有效膜模型有效膜模型 单相对流传质的传质单相对流传质的传质阻力阻力全部集中在一层全部集中在一层虚虚拟的膜拟的膜层内，膜层内的传质形式层内，膜层内的传质形式仅为分子扩散仅为分子扩散 。（二）气相传质速率方程（二）气相传质速率方程 有效膜厚有效膜厚zG由层流内层浓度梯度线延长线与流由层流内层浓度梯度线延长线与流体主体浓度线相交于一点体主体浓度线相交于一点E，则厚度，则厚度zG为为E到相界到相界面的垂直距离。面的垂直距离。45AAGAiGBmDpN(pp)RTz p气膜传质阻力气膜传质推动力GiGiAAGGA1)()(kpp

23、ppkNGGBmDpkRTz p k kG G以分压差表示推动力的以分压差表示推动力的气膜传质分系数，也称为气相气膜传质分系数，也称为气相传质系数，传质系数，kmol/kmol/（m m2 2skPaskPa）。）。 46AAiALLBm()D cNccz cLLBmD ckz c （二）液相传质速率方程（二）液相传质速率方程液膜传质阻力液膜传质推动力liALAAiLA1)()(kcccckN k kL L以浓度差表示推动力的液膜传质分系数，以浓度差表示推动力的液膜传质分系数，也称为叶县传质系数，也称为叶县传质系数，kmol/kmol/（m m2 2skPaskPa）。）。 47六、六、 两相

24、间传质的两相间传质的双模理论双模理论相际对流传质三大模型：双膜理论相际对流传质三大模型：双膜理论（一）（一）双膜理论双膜理论48双膜理论的基本论点：双膜理论的基本论点： （1）气液两相存在一个）气液两相存在一个稳定的相界面稳定的相界面，界面两侧存，界面两侧存 在稳定的在稳定的气膜和液膜气膜和液膜。膜内为。膜内为层流层流，A以以分子扩分子扩 散散方式通过气膜和液膜。方式通过气膜和液膜。（2）相界面相界面处两相达平衡，处两相达平衡，无扩散阻力无扩散阻力。 （3）有效）有效膜以外膜以外主体中，充分湍动，溶质主要以主体中，充分湍动，溶质主要以 涡流扩散涡流扩散的形式传质。的形式传质。 双膜模型也称为双

25、膜模型也称为双膜阻力双膜阻力模型模型 49（二）（二）气相传质速率方程气相传质速率方程 )(iAGAppkN)(AiyyykNGk以气相分压差表示推动力的气相传质以气相分压差表示推动力的气相传质 系数，系数，kmol/（m2skPa）；）； yk以气相摩尔分率差表示推动力的气相以气相摩尔分率差表示推动力的气相 传质系数，传质系数，kmol/（m2s）；）；)(AiYYYkNYk以气相摩尔比差表示推动力的气相以气相摩尔比差表示推动力的气相 传质系数，传质系数，kmol/（m2s）；）；50（三）（三）液相传质速率方程液相传质速率方程 )(ALAcckNi)(AXXkNiXLk 以液相浓度差表示推

26、动力的液相传以液相浓度差表示推动力的液相传 质系数，质系数，kmol/m2skmol/m3）；）； xk以液相摩尔分率差表示推动力的液相以液相摩尔分率差表示推动力的液相 传质系数，传质系数，kmol/（m2s）；）； )(AxxkNixXk以液相摩尔比差表示推动力的液相以液相摩尔比差表示推动力的液相 传质系数，传质系数，kmol/（m2s）；）； 51七、总传质速率方程七、总传质速率方程1、以（、以（Y-Y*）为推动力的总传质速率方程）为推动力的总传质速率方程mbYXmbYXbmxYii，得到由XiiXkXXXXkN1)()(AXiXikmYYkmYmY1气相传质速率气相传质速率=液相传质速率

27、液相传质速率YiiYkYYYYkN1)(AXikmYYXYkmkYY152）（得到，令YYKNkmkKkmkYYNYAXYYXYA,111YK以（Y-Y*）为推动力的总传质系数，简称气气相总传质系数相总传质系数。kmol/（m2s）；XYYkmkK11表明表明 相间传质总阻力相间传质总阻力=气膜阻力气膜阻力+液膜阻力液膜阻力)(*AAGAppKN )(*AyyKNy GK以气相分压差表示推动力的气相总传质以气相分压差表示推动力的气相总传质 系数，系数，kmol/（m2skPa）；）； yK以气相摩尔分率差表示推动力的气相以气相摩尔分率差表示推动力的气相 总传质系数，总传质系数，kmol/（m2

28、s）；）；2、以（、以（X*-X）为推动力的总传质速率方程）为推动力的总传质速率方程bmxYbmxYbmxYii，得到由YiYiYiiYmkXXkXXmkYYYYkN11)(1)(A气相传质速率气相传质速率=液相传质速率液相传质速率XiiXkXXXXkN1)(AXYkmkXX11YimkXX155）（得到，令XXKNkmkKmkXXNXAXYXYA,11111XK以（X*-X）为推动力的总传质系数，简称液液相总传质系数相总传质系数。kmol/（m2s）；XYXkmkK111表明表明 相间传质总阻力相间传质总阻力=气膜阻力气膜阻力+液膜阻力液膜阻力56)(A*ALAccKN LK 以液相浓度差表

29、示推动力的液相总传以液相浓度差表示推动力的液相总传 质系数，质系数，kmol/m2skmol/m3）；）； xK以液相摩尔分率差表示推动力的液相以液相摩尔分率差表示推动力的液相 总传质系数，总传质系数，kmol/（m2s）；）； )(*AxxKNx 57（二）气膜控制与液膜控制（二）气膜控制与液膜控制（1 1）当溶质的溶解度很大的时候，）当溶质的溶解度很大的时候，m m值很小。值很小。 气膜阻力远大于液膜阻力，总传质阻力近似等气膜阻力远大于液膜阻力，总传质阻力近似等于气膜阻力，此吸收过程为气膜阻力控制（气膜控于气膜阻力，此吸收过程为气膜阻力控制（气膜控制）。制）。 易溶气体的吸收属于气膜控制。

30、易溶气体的吸收属于气膜控制。XYkmk1YYYYXYYkKkKkmkK，即，可知由1111提高传质速率的措施：提高气体流速；提高传质速率的措施：提高气体流速； 加强气相湍流程度。加强气相湍流程度。 （2 2）当溶质的溶解度很小的时候，）当溶质的溶解度很小的时候，m m值很大。值很大。 液膜阻力远大于气膜阻力，总传质阻力近似等液膜阻力远大于气膜阻力，总传质阻力近似等于液膜阻力，此吸收过程为液膜阻力控制（液膜控于液膜阻力，此吸收过程为液膜阻力控制（液膜控制）。制）。 难溶气体的吸收属于气膜控制。难溶气体的吸收属于气膜控制。XYkmk11XXXXXYXkKkKkmkK，即，可知由11111提高传质速

31、率的措施：提高液体流速；提高传质速率的措施：提高液体流速； 加强液相湍流程度。加强液相湍流程度。 59第四节第四节 吸收塔的计算吸收塔的计算一、物料衡算与操作线方程一、物料衡算与操作线方程二、吸收剂的用量最小液气比二、吸收剂的用量最小液气比三、填料层高度的计算三、填料层高度的计算四、吸收塔的操作计算四、吸收塔的操作计算60传质设备：传质设备：61 操作型：操作条件改变对吸收结果的影响。操作型：操作条件改变对吸收结果的影响。计算依据：相平衡方程计算依据：相平衡方程 吸收速率方程吸收速率方程 操作线方程（物料衡算）操作线方程（物料衡算）吸收塔的计算内容：吸收塔的计算内容： 设计型：流向、流程、吸收

32、剂用量、设计型：流向、流程、吸收剂用量、 吸收剂浓度、塔高、塔径吸收剂浓度、塔高、塔径62一、物料衡算与操作线方程一、物料衡算与操作线方程物料衡算物料衡算气液相组成用摩尔比气液相组成用摩尔比Y，X表示。表示。逆流操作塔顶为稀端，塔底为浓端。逆流操作塔顶为稀端，塔底为浓端。塔内任意横截面与塔顶之间，塔内任意横截面与塔顶之间，对对A作物料衡算作物料衡算 ：G，Y2G，Y1L，X2L，X1G，YL，XooGY+LX2=GY2+LX22()LLYXYXGG X与与Y是直线方程，斜率为是直线方程，斜率为 ，过点（，过点（X2,Y2）。）。GL操作线方程操作线方程6311()LLYXYXGG 同理，在截面

33、同理，在截面O-O与塔底之间做组分与塔底之间做组分A的物料衡算：的物料衡算：X与与Y是直线方程，斜率为是直线方程，斜率为 ，过点（，过点（X2,Y2）。）。GL操作线方程操作线方程22()LLYXYXGG 操作线方程操作线方程64XY1Y2X1X2TBLG)(*XfY Y操作线操作线 1）操作线在）操作线在XY 坐标上为一直线，斜率为坐标上为一直线，斜率为L/G 。 L/G为吸收为吸收 操作的操作的液气比液气比； 逆流吸收操作线具有如下特点：逆流吸收操作线具有如下特点： 3）操作线上任意一点代表塔内某一截面上的气）操作线上任意一点代表塔内某一截面上的气液组成。液组成。 2）吸收操作线在平衡线的

34、上方。）吸收操作线在平衡线的上方。 4）平衡线与操作线共同决定吸收推动力。操作）平衡线与操作线共同决定吸收推动力。操作线离平衡线愈远，吸收的推动力愈大。线离平衡线愈远，吸收的推动力愈大。二、吸收剂的用量最小液气比二、吸收剂的用量最小液气比（一）已知量和待求量（一）已知量和待求量 已知量为已知量为G,YG,Y1 1,X,X2 2, ,分离要求。待求量为吸收剂用量分离要求。待求量为吸收剂用量L L。（二）分离要求的表示方式（二）分离要求的表示方式（1 1）121211()G YYYYGYY （2 2）规定尾气中残留物质的组成）规定尾气中残留物质的组成Y Y2 2。Y2=Y1（1 ） A被吸收的百分

35、率，称为回收率或吸收率。被吸收的百分率，称为回收率或吸收率。 67（三）最小液气比（三）最小液气比操作线斜率为液气比操作线斜率为液气比GL减小吸收剂量即减小吸收剂量即L减小，减小，操作线斜率减小，操作线斜率减小，B点点向右平移。继续减小向右平移。继续减小L，B点最终与平衡线上某点最终与平衡线上某点重合，达到液气比的点重合，达到液气比的最小值最小值 。minLG 68 随吸收剂量随吸收剂量L减小，减小，传质推动力减小，为达传质推动力减小，为达到分离要求，填料层高到分离要求，填料层高度必须增大。当度必须增大。当B点进点进入平衡线时，塔底端达入平衡线时，塔底端达到吸收平衡状态，到吸收平衡状态，X1达

36、达到最大值到最大值X*1 ，而传质，而传质推动力为推动力为0。为使尾气。为使尾气组成组成Y2达到分离要求，达到分离要求，此时的填料层高度为无此时的填料层高度为无限大。限大。69minLG 最小液气比最小液气比 的计算：的计算：平衡曲线一般情况平衡曲线一般情况 12*min12YYLGXX X*1与与Y1相平衡的液相组成。相平衡的液相组成。 平衡关系符合亨利定律时：平衡关系符合亨利定律时： 121min2YYLYGXm 70平衡曲线为凸形曲线情况平衡曲线为凸形曲线情况 12min1,max2YYLGXX 71（四）适宜液气比（四）适宜液气比(1.12.0)LGminGL适宜操作液气比适宜操作液气

37、比72三、填料层高度的计算三、填料层高度的计算传质单元数法传质单元数法 （一）填料层高度的基本计算式（一）填料层高度的基本计算式adzNXLYGA ddZYY+dYXX+dXZdZY2X2X1Y1单位时间，单位时间，dZ内吸收内吸收A的量：的量：G惰性气体流率，惰性气体流率，kmol/(s)；L吸收剂流率，吸收剂流率， kmol/(s); 塔横截面积，塔横截面积，; a单位体积填料的有效传质面单位体积填料的有效传质面积，积，/m3。73*ddYGYZK aYY 12 * dYYYGYZK aYY )(*)()()(XXKYYKXXkYYkNXYiXiYAaNXLaNYGdzadzNXLYGAA

38、AddddaKaKakakXYXY,体积传质系数，体积传质系数，kmol/（m3s） G、L、为定值，体积传质系数在全塔近似为常数，或取平均值。为定值，体积传质系数在全塔近似为常数，或取平均值。12 * dYYYGYZK aYY OGOGNHZ 12 *OGdYYYYYNaKGHYOG同理：同理：OLOLHNZ GGHNZ aKLHX OL 12 *OLdXXXXXN akVHY G 12 GdYYiYYYN（二）传质单元高度与传质单元数（二）传质单元高度与传质单元数 12 *OGdYYYYYN aKVHY OGOGOGNHZ 气相总传质单元高度气相总传质单元高度气相总传质单元数气相总传质单元

39、数液相总传质单元高度液相总传质单元高度液相总传质单元数液相总传质单元数气相传质单元高度气相传质单元高度气相传质单元数气相传质单元数Z=传质单元高度传质单元高度传质单元数传质单元数 平均推动力越大，传质单元数越小，所需要的填料层平均推动力越大，传质单元数越小，所需要的填料层高度越小。因此高度越小。因此 反映了取得一定吸收效果的难易程度。反映了取得一定吸收效果的难易程度。 平均推动力组成变化m*21 *OG)(d12YYYYYYYNYY12 * dYYYGYZK aYY 以以为例为例（1）传质单元数）传质单元数气相总传质单元数气相总传质单元数 12 *OGdYYYYYN77（2）传质单元高度）传质

40、单元高度 定义定义：OGYGHK a 气相总传质单元高度，气相总传质单元高度，m。 传质单元高度的意义传质单元高度的意义: 完成一个传质单元分离效果所需的填料层高度，完成一个传质单元分离效果所需的填料层高度，反映了吸收设备效能的高低，即传质阻力的大小。反映了吸收设备效能的高低，即传质阻力的大小。 平均推动力组成变化m*21 *OG)(d12YYYYYYYNYY873.3.图解积分法图解积分法平衡线曲线时平衡线曲线时 图解积分法步骤如下：图解积分法步骤如下： 12 *OGdYYYYYN88 操作线上任取一点（操作线上任取一点（X, Y），其推动力为），其推动力为(Y - Y*)。 系列系列Y 作

41、图得曲线。作图得曲线。 *1YY 积分计算积分计算Y2至至Y1范围内的阴影面积。范围内的阴影面积。 12 *OGdYYYYYN89命题：命题：塔高一定时，吸收操作条件与吸收效果间的塔高一定时，吸收操作条件与吸收效果间的分析和计算分析和计算; 吸收塔的核算。吸收塔的核算。 定性分析定性分析例例 在一填料塔中用清水吸收氨空气中的低浓氨在一填料塔中用清水吸收氨空气中的低浓氨气，若清水量适量加大，其余操作条件不变，则气，若清水量适量加大，其余操作条件不变，则Y2、X1如何变化？（已知体积传质系数随气量变化关系如何变化？（已知体积传质系数随气量变化关系为为 ）0.8Yk aG 四、四、 吸收塔操作计算吸

42、收塔操作计算90定性分析步骤：定性分析步骤： 1）根据条件确定根据条件确定HOG、S； 2）利用）利用 ，确定，确定 的变化的变化; 3）采用吸收因数法确定采用吸收因数法确定Y2的变化的变化; 4）利用全塔物料衡算分析）利用全塔物料衡算分析X1变化。变化。 OGOGHNZ 水吸收混合气中的氨为气膜控制过程水吸收混合气中的氨为气膜控制过程 0.8YYK ak aG 因气体流量因气体流量V不变不变 akYaKY近似不变，近似不变，HOG不变不变 、91OGOGHNZ NOG不变不变, S/mSLL G 2221mXYmXY 2Y12121()()L XXG YYGY 1X121()L XXGY2212YmXYmX92（2）定量计算）定量计算问题问题：吸收温度降低，：吸收温度降低， Y2、X1、吸收操作线如何变化？吸收操作线如何变化？ X2降低，降低， Y2、X1 、吸收操作线如何变化？吸收操作线如何变化？ 吸收压力提高，吸收压力提高， Y2、X1 、吸收操作线如何变化？吸收操作线如何变化？Y1Y2Y2X1X1X293 例例 在一填料塔内用纯溶剂吸收气体混合物中的某溶质在一填料