第八章气体吸收改

第八章气体吸收教学要求§8-1气液相平衡§8-2物料衡算关系§8-3吸收塔的计算§8-4吸收系数§8-5脱吸及其他条件下的吸收本章小结化工原理1第五章气体吸收教学要求重点：传质速率方程，低浓吸收填料层高度的计算。覆盖内容：分子扩散及涡流扩散的概念，菲克定律，一维定常分子扩散速率，等分子反向扩散，单向扩散，总体流动；浓度的不同表示法及其关系，模型，相内传质速率式；相平衡关系，传质的方向、限度和推动力、双膜模型及传质理论简介；相际传质速率式，传质阻力，气膜控制、液膜控制；吸收操作的基本概念，典型吸收设备与流程，吸收过程的相平衡关系（溶解度曲线，亨利定律），影响平衡的主要因素；吸收过程的物料衡算，操作线方程，吸收剂的选择及用量的确定，最小溶剂用量的概念；传质单元数及传质单元高度的概念，吸收因子（解吸因子）的概念，低浓吸收填料层高度的计算（平衡线为直线及曲线两种情况）；传质系数的测定与准数关联式；高浓度吸收的特点及计算的主要方程及步骤；非等温吸收的特点及平衡关系的确定。化工原理2第五章气体吸收定义：利用混合气体各组分在溶剂溶解度差异而实现气体分离的操作。

1.气体吸收以双组分（A+B）混合气为例原料气A＋B吸收剂S尾气B(含微量A)溶液S+A吸收塔溶质（或吸收质）:能溶解于溶剂中的组分，以“A”表示；惰性气体：不能溶解的组分，以“B”表示；吸收剂：所用的液相溶剂，用“S”表示；§8-0概述吸收液—S+A；吸收尾气—（A）+B。化工原理3第五章气体吸收传质方向（溶质组分）：解吸（脱吸）—与吸收相反的操作：液相气相

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。

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。2.气体吸收的应用场合制取某种气体的液态产品工业废气的治理示例：废气中含有SO2、H2S等有害气的脱除。吸收：气相液相化工原理4第五章气体吸收等温吸收、非等温吸收（4）按溶液溶质组分浓度高低分：

低浓度吸收、高浓度吸收（3）按溶液温度是否发生变化分：4.吸收操作的示意流程图及典型的传质设备：A.示意流程图如下：单组分吸收：只有一个溶质组分进入液相；多组分吸收：有两个及其以上的组分进入液相。（2）按溶质组分多少分：3.分类（1）有无化学反应：物理吸收、化学吸收化工原理5第五章气体吸收示意流程图（p26)化工原理6第五章气体吸收B.传质设备分类及典型的传质设备整个过程的经济性主要由解吸塔决定。如：用Na2CO3（不用NaOH）水溶液吸收混合气中的CO2，生成NaHCO3,可以将NaHCO3溶液升温使其分解，从而循环利用Na2CO3水溶液。a、传质设备的分类按所处理物系相态分类传质设备气液传质设备液液传质设备气固传质设备液固传质设备传质设备按两相的接触方式分类逐级接触式设备微分接触式设备化工原理7第五章气体吸收b、典型的传质设备吸收操作在塔设备内进行，工业上主要有两类型塔设备（板式塔和填料塔）：（1）填料塔：在填料塔内气、液接触是连续进行的。（2）板式塔：在板式塔内气、液接触逐级进行的。化工原理8第五章气体吸收板式吸收塔填料吸收塔化工原理9第五章气体吸收板式塔为逐级接触式的气液传质设备，它主要由圆柱形壳体、塔板、溢流堰、降液管及受液盘等部件构成。板式塔的结构1.壳体2.塔板3.溢流堰4.受液盘5.降液管（1）、板式塔化工原理10第五章气体吸收填料塔为连续接触式的气液传质设备，它主要由圆柱形壳体、液体分布器、填料支承板、塔填料、填料压板及液体再分布装置等部件构成。1.塔壳体；2.液体分布器；3.填料压板；填料塔结构示意图（2）、填料塔4.填料；5.液体再分布器；6.填料支承板。化工原理11第五章气体吸收传质单元操作的计算，通常包括以下几项内容：物料衡算；平衡关系；速率关系（已介绍）；能量衡算。化工原理12第五章气体吸收§8-1吸收过程的相平衡

溶质在气、液相间的平衡关系是分析判断溶质在相间传递过程中的方向、极限以及确定传递过程推动力大小的依据。由f＝3知：气液两相平衡时，变量P、t、yA、xA中只有三个是独立变量。1.相律，单组分物理吸收体系的自由度f应为：f＝C－P＋2；相数P＝2（为V、L）、组分数C＝3（分别为A、B、S），f=3t和总压P一定下，气液相平衡时，气相组成是液相组成的单值函数，即y=f(x)。化工原理13第五章气体吸收液体S气体（A＋B）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（A＋B）与液体S接触。溶解度曲线如图：化工原理14第五章气体吸收用二维坐标绘的气、液相平衡关系曲线，又称为溶解度曲线。一.气体的溶解度曲线1）t1>t2>t3，x1<x2<x3。即同一分压下，溶液温度越高，溶质在液相中的溶解度越小。结论：加压及降温有利于气体吸收；升温及减压有利于解吸。x1x2x3pipt1t2t3kPa2）另外，当t=const时，若P↑，则x↑。化工原理15第五章气体吸收查图：P＝60kPa、t＝20℃时，氨、

二氧化硫

、

氧在水中的溶解度为：390g/

1000g、68g/

1000g

、0.025g/1000g

。化工原理16第五章气体吸收描述了当总压不高时，在恒定温度下，稀溶液上方的气体溶质与溶液中溶质组分的浓度之间的关系。

E——亨利系数，kpa(atm),

E=f(T,物系），与P无关（体系压强不高时）。T↑，E↑;

E的大小反映了气相组分在该溶剂中溶解度的大小。在同一溶剂中，

E↑，溶解度↓。P*A=CA/HH与E相反，H↑，溶解度↑。二.亨利定律H=f(T，物系），T↑，H↓1.p～x关系PA*=ExA2.p～c关系H——溶解度系数，

CA：kmol/m3；H：(kmol/m3)/(mmHg或atm或kPa)化工原理17第五章气体吸收y*A=mxA

温度T↑，P↓,m↑

,溶解度愈小，不利于吸收。E和H的关系：m与E的关系：3.y～x关系m—相平衡常数，无因次。化工原理18第五章气体吸收注：一般认为总压在5atm以下，E、H值与总压P无关。同理H～m关系4.Y～X关系化工原理19第五章气体吸收塔内气、液两相的流动方式塔内气、液两相的流动方式主要有两种:（1）并流；(2）逆流，通常采用逆流。§8-2填料吸收塔的物料衡算及塔径（双组分）亨利定律表达式可改写为以下形式：化工原理20第五章气体吸收在相同条件下，逆流能获得更大的推动力，从而提高传质速率；能提高吸收剂的出口浓度，减小吸收剂的用量，或降低尾气浓度，提高吸收效果。化工原理21第五章气体吸收在工业中，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进行。一.吸收塔的物料衡算与操作线方程前提：载气B不参与传质；溶剂S不挥发。1.全塔物料衡算范围：全塔；基准：单位时间(1h）为基准；对象：溶质——A。化工原理22第五章气体吸收V(qn,v）：惰性组分B的摩尔流量kmol/h；L(qn,L)：纯溶剂S的摩尔流量kmol/h；Y1、Y2：kmol(A)/kmol(B)；X1、X2：：kmol(A)/kmol(S)。VA：吸收负荷kmol/h。若已知混合气总体积流量vs（T，p）m3/h，怎样换算成V?化工原理23第五章气体吸收吸收率A

：混合气体中溶质A被吸收的百分率，也称回收率。2.吸收塔的操作线方程与操作线A.逆流：

上部：V(Y-Y2)=L(X-X2)

Y=(L/V)X+(Y2-(L/V)X2)——目的：找塔的任一截面上气、液两相组成间的关系，称操作线方程。以单位时间为基准，对溶质A作物衡算。——逆流时的操作线方程下部：V(Y1-Y)=L(X1-X)

Y=(L/V)X+(Y1-(L/V)X1)—化工原理24第五章气体吸收则式、均为直线方程，其斜率为L/V，过点塔顶（X2，Y2)及塔底(X1，Y1)。B.并流:上部：V(Y1-Y)=L(X-X2)

Y=-(L/V)X+[Y1+(L/V)X2

]

下部：

Y=-(L/V)X+[Y2+(L/V)X1]

——并流时的操作线方程也为直线方程，其斜率为-L/V，过点塔顶（X2，Y1)及塔底(X1，Y2)。假设已知分离任务：Y1，Y2，V，溶剂用量L，X2也已确定，则由全塔物料衡算可求得X1。化工原理25第五章气体吸收L/V－L/VT(X2,Y2),B(X1,Y1)T’(X2,Y1),B’(X1,Y2)注意：操作线应在平衡线的上方，保证Y>Y*，才能保证吸收操作的正常进行。意义：a找出塔上任一截面气液相组成间的关系；b.通过操作线图，很容易找出传质推动力大小。化工原理26第五章气体吸收A.逆流：（X1,Y1)(X2,Y2)ΔY1ΔY2ΔYB.并流(X2,Y1)(X1,Y2)ΔY1ΔY2任一截面总推动力：ΔY=Y-Y*,塔顶：ΔY1=Y2-Y2*塔底：ΔY2=Y1-Y1*各截面的传质推动力不同，当Y=mX，且m=L/V时，ΔY=const（逆流）。并流时两端传质推动力相差较大，故整个塔的平均推动力ΔYm逆>ΔYm并3.传质推动力化工原理27第五章气体吸收两塔联合操作的操作线化工原理28第五章气体吸收化工原理29第五章气体吸收化工原理30第五章气体吸收二.吸收剂用量的确定在吸收塔的计算中，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。化工原理31第五章气体吸收1.吸收剂的选择原则a.溶解度吸收剂对于溶质应具有较大的溶解度，从而减少吸收剂的用量。b.选择性对溶质有较大的溶解度，而对混合气体中的惰性组分却基本不溶解。c.挥发性低，操作温度下的饱和蒸汽压要低。d.粘性尽可能的小。e.化学稳定性、毒性、易燃性、发泡性、冰点、价格、来源。化工原理32第五章气体吸收V、Y1、Y2或(A)等一定，选择合适的操作条件、吸收剂及其进口浓度X2。即已知V、Y1、Y2，X2→L=?2.用量的确定（以逆流为例）反之，L↓,L/V↓,X1↑,ΔY

↓,NA↓,F↑,设备费↑，操作费↓。特殊的，当X1→X1*时，L→Lmin，此时塔内某一截面处ΔY为0，故传质面积F→∞,所需填料层高度为∞（线4）。(3)(4)X1*

如图：若L↑，则L/V↑,由于Y1为定值，故X1↓，操作线远离平衡线，则ΔY↑,NA↑传质面积↓，故设备费↓，操作费↑，当L→Lmax时，X1→X2(线3)；化工原理33第五章气体吸收最小溶剂用量Lmin：完成该吸收任务的填料层高度恰好为无穷高时的溶剂用量，此时的(L/V)——最小液气比(L/V)min。总原则：总费用最小时的点所对应的L为最合适的溶剂用量。（1）L的选择原则min(L/V)合适（2）工业上根据生产经验，合适的吸收剂的用量：L=(1.1~2.0)Lmin，即(L/V)=(1.1~2.0)(L/V)min（3）Lmin的求取①正常平衡关系曲线化工原理34第五章气体吸收如上左图，若已知Y*=f(X)，则将Y1代入就可求出X1*,从而求得Lmin.②不正常平衡关系如上右图，此时当L↓,操作线靠近平衡线，但当X1未达到X1*时，两操作线就在某一点相交，如图中TB’，此时对应塔的某一截面ΔY=0,F→∞,故所对应的溶剂用量即为Lmin。C化工原理35第五章气体吸收由图可知③特殊的，X2=0，Y=mX，定义吸收率逆流三.塔径的计算Vs：操作条件下混合气体的体积流量(m3/s)；D：塔径(m)；u：选择的操作流速(m/s)。操作流速(u)：按空塔截面积计算的操作状态下混合气体(A+B)的线速度(m/s)。常以塔的气体入口端计算。化工原理36第五章气体吸收将计算的塔径按标准系列圆整，并重新核算操作流速。液泛根据所选设备、气液两相的流量和性质uf（恰好发生液泛的操作流速，也是保持塔正常操作的气体空塔流速上限）取u=(0.5~0.8)uf确定操作流速。例1.已知：混合气中，y1=7%,Vs=1500Nm3/h,A

=97%,溶剂为水，逆流操作，平衡关系Y*=1.68X。问（1）能吸收的溶质量？（2）Lmin=?T/h（3）若L=3200kg/h，X1=?,ΔY1=?,ΔY2=?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

。

计算塔径时，Vs采用操作状态下的数据。

化工原理37第五章气体吸收讨论的前提：1.贯穿填料层（以后简称全塔）的气液相摩尔流率V、L均可视为常量，其单位为：kmol/(m2.s)；2.全塔可视为等温吸收（略去了溶解热效应）；3.传质分系数ky、kx在全塔不同截面处均可视为常量。设计型计算：给定混合气体处理量、Y1和回收率(Y2)选择适宜的吸收剂、操作条件吸收剂的最小用量实际用量选择填料操作流速塔径传质系数填料层高度……。计算类型：设计型计算、操作型计算§8-3.低浓吸收填料层高度的计算（y1≤10%）化工原理38第五章气体吸收确定填料层高度有两种方法：传质速率模型法——传质单元数和传质单元高度法根据吸收速率方程，求填料层高度Z。着重讨论该法如何应用吸收速率方程求解连续逆流操作的填料层高度Z。理论级模型法：理论板（级）与等板高度（物系的物性、操作条件及填料的结构参数）。由达到分离要求所需的理论板数NT，求出填料层高度：Z＝HETP×NT式中：HETP影响因素较多，可由实际吸收装置的实测数据求取，一般取0.5～1.0m。化工原理39第五章气体吸收一、填料层高度的基本计算式填料塔为连续接触式设备，随着吸收的进行，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。化工原理40第五章气体吸收气相减少的量：

dGA=V[(Y+dY)－Y)=VdY液相增加的量：

dGA=L((X+dX)－X)=LdX以单位时间，dz微元体内的传质量为基准计算：

:m2

Z:m

a:m2/m3;

NA

:koml/m2.s；

V:koml/m2.s；

L:koml/m2.s；对微元体：dZ0，微元体内传质速率：

NA=KY(Y-Y*)=kY(Y-Yi)=KX(X*-X)=kX(Xi-X)化工原理41第五章气体吸收微元体内吸收的溶质：dGA=NA

adZ=

KY(Y-Y*)adZ=kY(Y-Yi)adZ

=

VdYdGA=NA

adZ=KX(X*-X)adZ=kX(Xi-X)adZ=LdX以气相为例，将上式整理：A.当体系满足以下条件时，KY=const。a.T,P=const,低浓传质（k=const）；b.Y=mX或气膜控制体系（易溶物系）。HOG：气相总传质单元高度；NOG：气相总传质单元数化工原理42第五章气体吸收B.当体系不满足以上条件时，KY≠const，故不能提到积分符号外，此时应选择单相传质速率式进行计算。HOL：液相总传质单元高度；NOL：液相总传质单元数HG(HL)：气相（液相）传质单元高度；NG(NL)：气相（液相）传质单元数。因此：Z=HGNG=HLNL。化工原理43第五章气体吸收二、传质单元高度与传质单元数填料层高度Z＝传质单元高度×传质单元数A.传质单元高度理解为由过程条件所决定的某种单元高度。

HOG、HOL数值大小说明填料的分离性能的优劣，越小越好，一般在0.5m～1.5m范围内。常采用半理论半实验方法或实验办法测定。H=f[流量、操作条件（T，P，浓度）、设备（a,Ω）]化工原理44第五章气体吸收填料的形状、尺寸、充填方式、流体物性和流动状况。所以a的值很难直接测定。在单位推动力(Y-Y*=1或X*-X=1)下，单位时间、单位体积填料层中吸收的溶质量。其值可由实验测定。a（有效比表面积）的影响因素处理方法：将KY（或KX）与a的乘积作为一个物理量，称为总体积吸收系数(kmol/m3.s)。KYa：气相总体积吸收系数。Kxa：液相总体积吸收系数。总体积吸收系数的物理意义当T，P，浓度一定时，KYa主要与气速、液速有关。气膜控制体系：KY=kY,一般kYa与液速无关，与气速的关系是kYaV0.8，则：HOG＝V/KYaV0.2。化工原理45第五章气体吸收B.传质单元数分离任务传质推动力分离任务↑，传质推动力↓，则所需NOG↑。它综合反映出完成该吸收过程的难易程度。代表所需填料层高度相当于气相总传质单元高度的倍数。若令NOG=1,表示气流经过一段填料层前后的浓度变化（Y1-Y2)恰等于此段填料层内以气相浓度差表示的总推动力的平均值（平均推动力），则该段填料称为一个传质单元，对应的填料层高度称为传质单元高度。化工原理46第五章气体吸收分离要求、平衡关系、液气比。∴传质单元数NOG的影响因素：三、传质单元数的求取：1.平衡线为直线时NOG的求取指在讨论的区间为直线，而整个平衡线则不一定为直线如图中MN段可视为直线，直线方程为Y*=mX+B（不一定过原点）。要能求NOG，则需找出dY与d(Y-Y*)的关系。化工原理47第五章气体吸收A.传质单元数的基本计算式：已知逆流时操作线方程：思路：找Y与（Y－Y*）的关系，再代入NOG的定义式。化工原理48第五章气体吸收用此式求NOG，需知：①平衡关系；②X1、X2、Y2、Y1→V/LB.平均推动力式：由前图知：已知条件和A同X1化工原理49第五章气体吸收意义：已知一个NOG表示气流经过一段填料前后的浓度变化与该段填料层内以气相浓度差表示的平均推动力(Y-Y*)m的比值为1，则此填料层称为一个传质单元。而NOG表示全塔范围内气相浓度变化与全塔内以气相浓度差表示的平均推动力的比值，故比值为几，就表示几个这样的传质单元。化工原理50第五章气体吸收A、B两式用于计算具有如下特点：已知条件：①平衡关系；②X1、X2、Y2、Y1→V/L，故若用于设计型计算，即直接求NOG(Z)较方便；但反之，若已知Z，求操作条件，通常需试差。C.吸收因子法：（变X1）适用于已知Z，求其它操作条件的情况。化工原理51第五章气体吸收Y2*化工原理52第五章气体吸收当气液进口浓度一定时（即Y1,X2一定)，要求的吸收率↑，Y2↓，则横坐标值↑，对应NOG↑。参数S反应了吸收推动力大小。当Y1,X2及φ一定时，则横坐标值也一定，若S↑,即L/V↓，结果使X1↑ΔYm↓故NOG↑。其中横坐标反映溶质吸收率的大小。化工原理53第五章气体吸收例：已知D=800mm,Z=6m,Vs=2000Nm3/h,y1=5%,清水吸收y2=0.263%,塔底浓度（61.2g溶质/kg溶液），混合气为空气—丙酮(M=58g/mol)。求：（1）KYa=?已知Y*=2.0X；（2）VA=?（吸收的溶质量）；（3）V,L不变，Z’=(Z+3)m,ΔVA=?。化工原理54第五章气体吸收A.图解积分2.平衡线为曲线时NG的求取：适用范围宽，基本无限制条件，故为传质单元数最基本的求法。此时，KYa≠const，但kY=const，故有Z=HGNG。需求界面浓度Yi,再计算一系列1/(Y-Yi)，将这些点标会在图上，所得曲线与Y1,Y2包围的面积即为所求的NG。界面浓度的求取：化工原理55第五章气体吸收-kx/kyXi1,Yi1Xi2,Yi2Xn,YinXn,YnYY2……YnY1YiYi2……YinYi11/(Y-Yi)1/(Y2-Yi2)……1/(Yn-Yin)1/(Y1-Yi1)Y2Y1化工原理56第五章气体吸收以下证明一个梯级代表一个NOG。证明：过点F,F’分别作铅垂线HH*,AA*,∵ΔTF’A与ΔTFH相似，且TF’=2TF,∴AF’=2HF条件：平衡弯曲程度不大；气膜控制系统（KYa=kYa)。可用Z=NOGHOG计算。B.近似梯级法：步骤：NM：操作线与平衡线间的中点连线。作NM线TFF’ASS’D，直至超过B点，所画的梯级数即为NOG。化工原理57第五章气体吸收又2HF=HH*,∴AF’=HH*。∵平行线弯曲程度不大,故将平衡线的T*A*段近似为直线，即TT*A*A可近似为梯形（HH*为中心线）。通过该段填料的浓度变化＝此段填料层内的算术平均推动力(Y-Y*)m，∴ΔTF’A为一个传质单元数。表示此段填料层内的算术平均推动力(Y-Y*)m。AF’：指混合气通过该段填料的浓度变化(YA-YT)。化工原理58第五章气体吸收C.辛普森(Simpson)数值积分法若需求液相NOL(NL)，与求气相的NOG(NG)方法一样。化工原理59第五章气体吸收例：已知一填料吸收塔中Z=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，且与L无关，Y*=0.13X。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=0.095Y1=Y1-mX1=0.00765；Y2=Y2-mX2=0.001Ym=(Y1-Y2)/ln(Y1/Y2)=0.00327NOG=(Y1-Y2)/Ym=5.81S=m/(L/V)=0.65；X2=0；A=0.95NOG=(1/(1-S))ln[(1-S)(1/(1-A))+S)=5.7HOG=[(V/)/3600]/(KYa)=1.11mZ’=HOGNOG=6.5(6.33)m>6m所以：该吸收塔不能完成生产任务。化工原理60第五章气体吸收例：已知P＝1atm,T=293K,清水吸收丙酮，Y*=1.8X,气膜控制，KYa∝V0.8，当L/V=2.1时，

=95%,问：（1）当V’=1.2V时，’=?（2）当L↑,”=98%，L’/L=?分析：此题以设备不变（即填料层高度不变）为出发点，Z=HOGNOG=HOG’NOG’∵X2=0,∴Y2*=0,

=(Y1-Y2)/Y1Y1/Y2=1/(1-)∴NOG=5.1原工况：新工况：化工原理61第五章气体吸收（2）变L，V不变查图2-18，得S’（∵变，∴横坐标的值也变）∴S’/S=L/L’化工原理62第五章气体吸收例：已知：清水吸收空气—氨气混合气中的氨气，y1=0.05,

=95%,x1=0.05,Y*=0.95X,求：（1）逆流操作，混合气量Vs=0.02kmol/m2.s,KYa=2×10-2Kmol/m3.s，Z=?（2）若用部分吸收剂再循环，L/LR=20，vs不变，KYa不变，Z’=?Vs,y1y2x1LRL,x2L+LRx2’化工原理63第五章气体吸收例：已知吸收过程的平衡线和操作线如图，问当温度T↑时，平衡线和操作线如何变化？假设温度的变化对k的影响可以忽略。Y1Y2’Y2X2X1L/VL/VT↑,m↑;假设设备不变，即Z=HOGNOG=HOG’NOG’化工原理64第五章气体吸收四、理论板层数NT的计算1.理论板（级）：不处于相平衡状态的气液两相进行热、质传递后，离开时的两相满足相平衡关系。（传热阻力和传质阻力均为0）填料塔：Z=NT×HETP；板式塔：H=(NT/ET-1)×HT。HETP—等板高度，指相当于一块理论板传质效果的填料层高度。经验公式求。HT—塔板间距；ET—全塔效率。2.理论板NT的求取：A.图解法NT的求取只需平衡关系、物料衡算关系，不需速率关系，故比传质单元数法更简单。化工原理65第五章气体吸收a.操作线的求取（逆流）J—塔板序号。已知条件：Yt,Yb,V,L,Xt以虚线框为物料衡算范围，对溶质组分作物料衡算。x2化工原理66第五章气体吸收b.NT的求取理论板可以取小数，但实际板不能为小数。化工原理67第五章气体吸收B.解析法已知平衡关系：Y*=mX+B推导思路：交替使用平衡关系、操作关系，其结果为：与求NOG的吸收因子法比较：NT与A及(Y1-Y2*)/(Y2-Y2*)间的关系见下页图。传质单元数法与理论板层数法的比较。化工原理68第五章气体吸收化工原理69第五章气体吸收§8-4吸收系数

主要介绍：吸收系数的实验测定、经验公式、准数关联、吸收系数与传热系数的比较：吸收传热膜速率方程NA=kG(p-pi)=kL(ci-c)Q/S=1(T-Tw)=2(tw-t)总速率方程NA=KG(p-p*)=KL(c*-c)Q/S=K(T-t)膜系数kG、kL1、2总系数KG、KLK吸收系数的因素影响：物系性质、设备结构、填料类型与尺寸、流体的流动状况、操作温度压强等。获取吸收系数的途径：实验测定、选用适当的经验公式计算、选用适当的准数关联式计算。化工原理70第五章气体吸收Z=(V(Y1-Y2))/(KYaYm)KYa=(V(Y1-Y2))/(ZYm)一.吸收系数的实验测定GA（吸收负荷）：单位时间内塔内吸收的溶质量(kmol/s)；VP=Z：填料层体积(m3)；Ym：塔内气相平均推动力。总吸收系数膜吸收设法在另一相的阻力可以忽略不计或可以推算出来的条件下来进行。如测量用水吸收低浓度的氨气的体积吸收系数：化工原理71第五章气体吸收水吸收氨过程吸收系数的测定实验流程化工原理72第五章气体吸收用水吸收氨：kGa=6.0710-4G0.9W0.39.kGa：气膜体积吸收系数(kmol/(m3.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。常压下用水吸收二氧化碳：kLa=2.57U0.96

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10~32mm的陶瓷环；3）U=3~20m3/(m2.h)；4）G=130~580kg/(m2.h)；5）21~27℃.二.吸收系数的经验公式化工原理73第五章气体吸收用水吸收二氧化硫kGa=9.81×10-4G-0.7W0.25(kmol/(m3.h.kPa))kLa=W0.82(1/h)温度10℃20℃30℃40℃50℃0.00930.01020.01160.01280.0143条件：1）G=320~4150kg/(m2.h)；2）W=4400~58500kg/(m2.h)；3）直径25mm的环行填料。化工原理74第五章气体吸收三.吸收系数的准数关联传质过程中常用的几个准数1.修伍德（Sherwood)准数L：特征尺寸，可以是填料直径或塔径（湿壁塔）等，依据不同关联式而定(m)。2.施密特（Schmidt)准数反应物性的影响。化工原理75第五章气体吸收3.雷诺准数流体流过填料层，填料层的比表面积为(m2/m3)，空隙率为，则当量直径de：A0：填料层中空隙截面积；A：塔的截面积；Z：填料层高度；：润湿周边长度。u0——流体通过填料层的实际速度化工原理76第五章气体吸收4.伽利略准数（Gallilio）伽利略准数Ga反映液体受重力作用而沿填料表面向下流动时，所受重力与粘滞力之比的相对关系。l：特征尺寸(m)；L：液体的粘度(Pa)；：液体密度(kg/m3)；g：重力加速度(m/s2)。计算气膜吸收系数的准数关联式：条件：湿壁塔，ReG=2×103~3.5×104；ScG=0.6~2.5；P=10.1~303kPa（绝压）。式中：=0.066；=0.83；=0.44；l：特征尺寸，湿壁塔的塔径。当用于拉西环的填料塔时：=0.066；=0.8；=0.33；l为拉西环的外径。化工原理77第五章气体吸收计算液膜吸收系数的准数关联式特征尺寸l为填料直径（m）。

气相及液相传质单元高度的计算化工原理78第五章气体吸收在有些资料中可以查到气相及液相传质单元高度的计算式。如：、、：可从书及相关手册中查取；1、1：可从相关手册中查取。相同操作条件下，对不同溶质时的液相传质单元高度换算：化工原理79第五章气体吸收§8-5脱吸及其他条件下的吸收化工原理80第五章气体吸收解吸是吸收的逆过程，溶质由液相气相，传质推动力是：P*-P，(吸收时P-P*)；或C-C*

，(吸收时C*-C)当气液在塔内逆流解吸时，操作线在平衡之下。一.解吸使溶解于液相中的溶质组分释放出来的操作。升温和降压有利于解吸操作。2.应用场合溶剂昂贵；不易获得吸收溶质为目的产物1.气体解吸的特点化工原理81第五章气体吸收3.常用的解吸方法通入惰性气体——惰气从塔底引入，溶液则自塔顶加入，溶质自溶液传递至惰性气体。采用降压法或升温法。通入过热水蒸汽——当溶质是不溶于水的可凝性蒸汽，较纯的产品。气提解吸吸收在加压下进行，通过减压进行解吸。减压解吸√加热解吸对吸收液加热，通过升温进行解吸。加热－减压联合解吸加热－减压联合进行，提高解吸程度。√化工原理82第五章气体吸收气、液逆流解吸塔的计算与逆流吸收塔的计算方式相同，但过程的推动力不同。4.逆流气体解吸塔的计算

塔顶“1”（高浓）塔底“2”（低浓）以图中框内为物料衡算范围，对溶质组分A作物料衡算，有Y~X为一直线，斜率为L/V’,过点（X1,Y1)(X2,Y2)，如下图。A.物料衡算化工原理83第五章气体吸收当分离任务（即L,X1,X2)一定时，惰性组分V’的用量如何确定？（Y2通常已知）B.V’的确定如上图，当V’↑，L/V’↓,操作线远离平衡线，推动力ΔY=Y*-Y↑,故设备费↓，操作费↑；反之，V’↓,

L/V’↑,操作线靠近平衡线，推动力ΔY=Y*-Y↓,故设备费↑，操作费↓。当Y1→Y1*时，V’→Vmin,此时塔的某一截面ΔY→0,传质面积F→∞。Y合适的费用由操作费和设备费共同决定，工业上常取经验值，即取V’=倍数×V’minY*=f(X)(X1,Y1)(X2,Y2)X0Y1*化工原理84第五章气体吸收有了平衡关系、操作关系及速率关系就可以进行塔的计算其计算过程与吸收相似，推导出来的结果也相似。对于解吸，以液相进行计算。即Z=HOL×NOL=HLNL当平衡关系为直线Y*=mX时，有NOL=[1/(1－A)]Ln[(1－A)(X1－X2*)/(X2－X2*)+A]式中：吸收因数A＝L/(mV)，解吸因数S=1/A＝mV/L当平衡线不为直线时，用图解法求NL。化工原理85第五章气体吸收例如图所示的吸收与解吸联合操作。在吸收塔内用煤油吸收混合气体中的苯，Y*=0.25X，吸收过程为气膜控制过程。解吸塔中用水蒸汽解吸，Y*=2X，为液膜控制过程。已知：Yb1=0.06，吸收塔：L/V=0.8，解吸塔：L/V=1。此时Xa=0.004，Ya1=0.005。若将解吸塔中蒸汽量增加50%（两塔仍处于正常操作状态）而其他条件不变。求：吸收塔、解吸塔气、液两相的出口浓度。化工原理86第五章气体吸收工况Ⅱ：对吸收塔，由于气液两相流量等不变HOG=HOG’NOG=NOG’且SX=SX’利用解吸因数法公式可得：解吸塔：液膜控制，即KXa与过热蒸汽流量无关HOL=HOL’NOL=NOL’(1)(2)化工原理87第五章气体吸收(3)(4)将上述的（1）、（2）、（3）、（4）式连解，