化工第三章吸收

化工第三章吸收第一页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日第一节概述一、吸收及其在化工生产中的应用：吸收是化学工业中重要的用于分离气体混合物的单元操作。1.吸收：就是用液体来吸附、收集气体。吸收是一种以质量传递理论为基础的单元操作，在此过程中，气体由气相通过扩散传递进入液相，从而完成传递与转移。此类的单元操作还有蒸馏、萃取、吸附、干燥等等。第二页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日概述（Introduction）

利用混合气体中各组分(component)在液体中溶解度(solubility)的差异而分离气体混合物的单元操作称为吸收。吸收操作时某些易溶组分进入液相形成溶液(solution)，不溶或难溶组分仍留在气相(gasphase)，从而实现混合气体的分离。

气体吸收是混合气体中某些组分在气液相界面上溶解、在气相和液相内由浓度差推动的传质过程。吸收剂气体yx界面气相主体液相主体相界面气相扩散液相扩散yixi第三页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日2.基本概念：

吸收质、吸收剂、惰性质吸收质或溶质(solute)：混合气体中的溶解组分，以A表示。惰性气体(inertgas)或载体：不溶或难溶组分，以B表示。吸收剂(absorbent)：吸收操作中所用的溶剂，以S表示。吸收液(strongliquor)：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(dilutegas)：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。吸收过程在吸收塔中进行，逆流操作吸收塔示意图如右所示。

吸收塔混合尾气(A+B)吸收液(A+S)吸收剂(S)吸收尾气(A+B)第四页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日

3.吸收的应用：(1)制取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)分离混合气体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）生化工程

如柠檬酸的生产，通常采用深层发酵法，即在带有通气与搅拌的发酵罐中使菌体在液体内培养的发酵工艺。第五页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日

二、吸收操作的分类物理吸收(physicalabsorption)：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。物理吸收一般都是可逆的，吸收所能达到的最大程度取决于吸收条件下吸收质在液相中所能达到的平衡溶解度，吸收速率则取决于气相转移到液相的扩散速度。热效应较小。化学吸收(chemicalabsorption)：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的气体量并加快吸收速率。但溶液解吸再生较难。第六页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日

如CO2在水中的溶解度甚低，但若用K2CO3水溶液吸收CO2，则在液相中发生下列反应：K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3

从而使K2CO3水溶液具有较高的吸收CO2的能力，作为化学吸收可被利用的化学反应一般都满足以下条件：a.可逆性。若该反应不可逆，溶剂将难以再生和循环使用。b.较高的反应速率。若反应速率较慢，应研究加入适当的催化剂以加快反应速率。化学吸收的速率由扩散速率和化学反应速率决定。一般比物理吸收的速率大。化学吸收的平衡主要由当时条件下的吸收反应的化学平衡来决定。第七页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日

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：有两个或两个以上组分被吸收。溶解热：气体溶解于液体时所释放的热量。化学吸收时，还会有反应热。非等温吸收：体系温度发生明显变化的吸收过程。等温吸收：体系温度变化不显著的吸收过程。第八页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日三、吸收剂的选择1.实现吸收操作所要解决的问题：①选择合适的溶剂，使能选择性地溶解某个（或某些）被分离组分；②提供适当的传质设备（多位填料塔，也有板式塔）以实现气液两相的接触，使被分离组分得以从气相转移到液相（吸收）或气相(解吸)；

2.溶剂的选择①溶剂应对被分离组分（溶质）有较大的溶解度，或者说在一定的温度与浓度下，溶质的平衡分压要低。这样，从平衡角度来说，处理一定量混合气体所需溶剂量较少，气体中溶质的极限残余浓度亦可降低；就过程速率而言，溶质平衡分压↓，过程推动力大，传质速率快，所需设备尺寸小。第九页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日

②溶剂对混合气体中其他组分的溶解度要小，即溶剂应具备较高的选择性。若溶剂的选择性不高，将同时吸收混合物中的其他组分，只能实现组分间某种程度的增浓而不能实现较为完全的分离。③溶质在溶剂中的溶解度应对温度的变化比较敏感，即不仅在低温下溶解度要大，平衡分压要小，而且随着温度升高，溶解度应迅速下降，平衡分压应迅速上升。这样，被吸收的气体容易解吸，溶剂再生方便。第十页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日④溶剂的蒸汽压要低，不易挥发。一方面是为了减少溶剂在吸收和再生过程的损失，另一方面也是避免在气体中引入新的杂质。⑤溶剂应有较好的化学稳定性，以免使用过程中发生变质；腐蚀性要小，以减少设备费用和维修费用。⑥溶剂应有较低的粘度，不易产生泡沫，以实现吸收塔内良好的气液接触和塔顶的气液分离。⑦溶剂应尽可能满足价廉、易得、无毒、不易燃烧等经济和安全条件。实际上很难找到一个理想的溶剂能够满足上述所有要求，应对可供选择得溶剂做全面的评价，以便作出经济、合理的选择。第十一页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日3.吸收操作的经济性

吸收总费用=设备(塔、换热器等)折旧费＋操作费(占比重大)

操作费用主要包括：①气、液两相流经吸收设备的能量消耗；②溶剂的挥发度损失和变质损失；③溶剂的再生费用，即解吸操作费用(在三者中占比例最大)。第十二页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日气液两相的接触方式连续接触(也称微分接触)：气、液两相的浓度呈连续变化。如填料塔。级式接触：气、液两相逐级接触传质，两相的组成呈阶跃变化。如板式塔。散装填料塑料鲍尔环填料规整填料塑料丝网波纹填料

第十三页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日本章以分析单组分的等温物理吸收为重点，以便掌握最基本的原理。

气体吸收是物质自气相到液相的转移，这是一种传质过程。混合气体中某一组分能否进入溶液里，既取决于该组分的分压，也取决于溶液里该组分的平衡蒸汽压。如果混合气体中该气体的分压大于溶液的平衡蒸汽压，这个组分便可自气相转移至液相，即被吸收。由于转移的结果，溶液里这个组分的浓度便增高，它的平衡蒸汽压也随着增高，到最后，可以增高到等于它在气相中的分压，传质过程于是停止，这时称为气液两相达到平衡。反之，如果溶液中的某一组分的平衡蒸汽压大于混合气体中该组分的分压，这个组分便要从溶液中释放出来，即从液相转移到气相，这种情况称为解吸（或脱吸）。所以根据两相的平衡关系可以判断传质过程的方向与极限，而且，两相的浓度距离平衡愈远，则传质的推动力愈大，传质速率也愈大。吸收操作的分析，应该从气液两相的平衡关系与传质速率关系着手，本章各节即如此展开讨论。第十四页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日四、吸收方法和流程：书78页1.吸收方法：增大气液接触面积，使吸收更快更完全地进行。(1)喷淋吸收：把液体分散成小液滴，液体为分散相，气体为连续相；(2)鼓泡吸收：气体分散成小气泡，气体为分散相，液体为连续相；(3)膜式吸收：液体沿着某一壁面成膜状流动，液体为分散相，气体为连续相。2.吸收流程：(1)单程吸收(2)循环吸收(3)吸收与解吸结合吸收流程的共同特点：逆流共同特点：增大气液接触面积，使吸收更快更完全地进行。第十五页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日第十六页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日吸收剂在吸收塔内再循环流程吸收-解吸流程§8.1概述第十七页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日第二节吸收的相平衡气体吸收的平衡关系指气体在液体中的溶解度。如果把氨气和水共同封存在容器中，令体系的压力和温度维持一定，由于氨易溶于水，氨的分子便穿越两相界面进入水中，但进到水中的氨分子也会有一部分返回气相，只不过刚开始的时候进多出少。水中溶解的氨量越多，浓度越大，氨分子从溶液逸出的速率也就越大，直到最后，氨分子从气相进入液相的速率便等于它从液相返回气相的速率，氨实际上便不再溶解进水里，溶液的浓度也就不再变化，这种状态称为相际动平衡，简称相平衡或平衡。第十八页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日气体的溶解度在温度和压力一定的条件下，平衡时的气、液相组成具有一一对应关系。平衡状态下气相中溶质的分压称为平衡分压或饱和分压，与之对应的液相浓度称为平衡浓度或气体在液体中的溶解度。这时溶液已经饱和，即达到了它在一定条件下的溶解度，也就是指气体在液相中的饱和浓度，习惯上以单位质量（或体积）的液体中所含溶质的质量来表示，也表明一定条件下吸收过程可能达到的极限程度。在一定温度下达到平衡时，溶液的浓度随气体压力的增加而增加。如果要使一种气体在溶液中里达到某一特定的浓度，必须在溶液上方维持较高的平衡压力。气体的溶解度与温度有关，一般来说，温度下降则气体的溶解度增高。

第十九页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日一、吸收的相平衡1、吸收的相平衡（1）气体的溶解度：在一定的温度与总压下，使一定量的溶剂与溶质接触，溶质便由气相向液相转移，随着溶液浓度的逐渐增高，传质速率将逐渐减慢，最后降为零，此时气液两相达到相平衡，液相中溶质达到饱和，浓度达到一最大限度，称为平衡溶解度，简称为溶解度（溶解度可以用不同的方式表示，相平衡关系亦可用不同的方式表示。)注意：此时并非没有溶质分子继续进入液相，只是任何瞬间进入液相的溶质分子数与从液相逸出的溶质分子数恰好相等，在宏观上过程就象是停止了。这种状态称为相际动平衡，简称相平衡。当吸收达到相平衡时，则有：吸收质的溶解度=饱和浓度=溶液的最大浓度=溶液的平衡浓度（2）溶解度的影响因素：气体和溶剂的性质、温度、压力都会影响气体的溶解度。第二十页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日溶解度曲线：在一定温度、压力下，平衡时溶质在气相和液相中的浓度的关系曲线。溶解度/[g(NH3)/1000g(H2O)]1000500020406080100120pNH3/kPa50oC40oC30oC20oC10oC0oC120溶解度/[g(SO2)/1000g(H2O)]250200020406080100pSO2/kPa1501005012050oC40oC30oC20oC10oC0oC在相同条件下，NH3

在水中的溶解度较SO2大得多。用水作吸收剂时，称NH3为易溶气体，SO2为中等溶解气体，溶解度更小的气体则为难溶气体(如O2

在30℃和溶质的分压为40kPa的条件下，1kg水中溶解的质量仅为0.014g)。第二十一页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日吸收剂、温度T、P一定时，不同物质的溶解度不同。

温度、溶液的浓度一定时，溶液上方分压越大的物质越难溶。对于同一种气体，分压一定时，温度T越高，溶解度越小。对于同一种气体，温度T一定时，分压P越大，溶解度越大。加压和降温对吸收操作有利。

溶解度的特性：第二十二页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日

对于稀溶液或难溶气体，在一定温度下，当总压不高（通常指小于0.5MPa)时，平衡的气相中吸收质的分压与其在液相中的溶解度成正比。即用溶质A在溶液中的摩尔浓度和气相中的分压表示的亨利定律

c=Hp*二、亨利定律（Henry’slaw）第二十三页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日H——溶解度系数，单位：kmol/m3·Pa或kmol/m3·MPa。

H是温度的函数，H值随温度升高而减小。易溶气体H值大，难溶气体H值小。C——液相中吸收质的浓度，即溶解度，单位：kmol/m3p*——溶质在气相中的平衡分压，Pa、kPa或MPa第二十四页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日亨利定律的其他表达形式：1）当总压不太高时，一定温度下的稀溶液的溶解度曲线近似为直线，即溶质在液相中的溶解度与其在气相中的分压成正比。式中：p*——溶质在气相中的平衡分压，Pa,kPa或MPax——溶质在液相中的摩尔分数；E——亨利系数，Pa,kPa或MPa。

——亨利定律亨利系数的值随物系的特性及温度而异；物系一定，E值一般随温度的上升而增大；E值的大小代表了气体在该溶剂中溶解的难易程度；在同一溶剂中，难溶气体E值很大，易溶气体E值很小；E的单位与气相分压的压强单位一致。

第二十五页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日H与E的关系设溶液的密度为

，浓度为

（吸收剂+吸收质）溶液中吸收质的浓度c与摩尔分数x之间的换算关系为第二十六页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日对于稀溶液，

2)气液相中溶质的摩尔分数表示的亨利定律m—相平衡系数，是温度和压强的函数。y*

—与液相平衡的气相中吸收质的摩尔分率。mol(吸收质)/mol(混合气体)温度升高、总压下降则m值变大，m值越大，表明气体的溶解度越小。

x—液相中吸收质的摩尔分率，单位：mol(吸收质)/mol(溶液)对于溶剂是水的稀溶液C总=CT=1000/18=55.56第二十七页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日m与E的关系：由分压定律知：由亨利定律：

即：又因为所以m=cT/HP总第二十八页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日亨利定律的其他形式：E越大，表明溶解度越小；E随温度变化而变化，T，E，m越大，表明溶解度越小；m随温度、总压变化而变化，T，m，P，m第二十九页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日三、相组成的表示方法及其换算：1.相组成的表示方法：比摩尔分数定义（摩尔比）由

第三十页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日当溶液浓度很低时，X≈0，上式简化为：亨利定律第四种表达式亨利定律的几种表达形式也可改写为书84页例题第三十一页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日例：在常压及20℃下，测得氨在水中的平衡数据为：0.5gNH3/100gH2O浓度为的稀氨水上方的平衡分压为400Pa，在该浓度范围下相平衡关系可用亨利定律表示，试求亨利系数E，溶解度系数H，及相平衡常数m。（氨水密度可取为1000kg/m3）解：由亨利定律表达式知：第三十二页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日∴亨利系数为

又

，而

∴相平衡常数

第三十三页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日∴溶解度系数为：

或由各系数间的关系求出其它系数

第三十四页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日四、相平衡与吸收过程的关系如果把氨气和水共同封存在容器中，令体系的压力和温度维持一定，由于氨易溶于水，氨的分子便穿越两相界面进入水中，但进到水中的氨分子也会有一部分返回气相，只不过刚开始的时候进多出少。水中溶解的氨量越多，浓度越大，氨分子从溶液逸出的速率也就越大，直到最后，氨分子从气相进入液相的速率便等于它从液相返回气相的速率，氨实际上便不再溶解进水里，溶液的浓度也就不再变化，这种状态称为相际动平衡，简称相平衡或平衡。不平衡的气、液两相接触后要发生传质过程，可以是气相中的吸收质向液相转移即发生吸收过程，也可以是液相中的吸收质向气相转移即发生解吸过程。第三十五页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日第三节吸收机理与吸收速率

平衡关系只能回答混合气体中溶质气体能否进入液相这个问题，至于进入液相速率大小，却无法解决，后者属于传质的机理问题。本节的内容是结合吸收操作来说明传质的基本原理，并导出传质的速率关系，作为分析吸收操作与计算吸收设备的依据。气体吸收是溶质先从气相主体扩散到气液界面，再从气液界面扩散到液相主体的传质过程。

第三十六页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日吸收传质理论

吸收过程是溶质由气相向液相转移的相际传质过程，可分为三个步骤：气相主体液相主体相界面溶解气相扩散液相扩散(1)溶质由气相主体扩散至两相界面气相侧(气相内传质)；(2)溶质在界面上溶解(通过界面的传质)；(3)溶质由相界面液相侧扩散至液相主体(液相内传质)。

第三十七页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日在分析任一化工过程时都需要解决两个基本问题：过程的极限和过程的速率。吸收过程的极限决定于吸收的相平衡常数。本节将讨论吸收的速率问题。吸收过程涉及两相间的物质传递。两相间物质的传递机理包括三种。一、吸收传质机理：1.物质的扩散形式：⑴分子扩散：由分子自身的热运动所引起的物质传递。这种传质类似于传热中的热传导，是分子微观运动的宏观统计结果。发生在静止或层流流体里的扩散就是分子扩散。一相内部有浓度差异的条件下，由于分子的无规则热运动而造成的物质传递现象。分子扩散遵循菲克定律：扩散速率即单位时间扩散传递的物质量。与传质面积和沿传质方向的浓度梯度成正比,在稳定条件下

N=-D·Adc/d式中:N-------扩散速率,kmol•s-1

A-------传质面积,m2

dc/dδ-------浓度梯度,kmol·m-4在扩散方向上浓度的变化率D---------扩散系数,m2·s-1--------扩散距离,m第三十八页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日分子扩散遵循费克定律：扩散速率即单位时间扩散传递的物质量与传质面积和沿传质方向的浓度梯度成正比,在稳定条件下

N=D·A⊿c/式中:N-------扩散速率,mol•s-1A-------传质面积,m2⊿c-------浓度差,mol·m-3D---------扩散系数,m2·s-1--------扩散距离,m扩散系数是物质的物理性质参数之一，它表示物质在扩散介质中的扩散能力，其值与体系的物质种类、体系的温度、压力等有关。第三十九页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日⑵涡流扩散：是凭借流体质点的湍流和漩涡而引起的扩散称为涡流扩散。发生在湍流流体里的传质除分子扩散外更主要的是涡流扩散。

(3)对流扩散：分子扩散和涡流扩散合称为对流扩散。将一勺砂糖投于杯水中，片刻后整杯的水都会变甜，这就是分子扩散的结果。若用勺搅动杯中水，则将甜得更快更均匀，那便是对流扩散的结果，只是涡流扩散占主要地位。2.有关吸收机理的理论：第四十页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日吸收过程涉及气液两相间的物质传递，包括三个步骤：①溶质由气相主体传递到两相界面，即气相内的物质传递；②溶质在相界面上的溶解，由气相转入液相，即界面上发生的溶解过程；③溶质自界面被传递至液相主体，即液相内的物质传递。单相内物质传递的机理分子扩散

对流扩散第四十一页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日2、双膜理论

由W.K.Lewis刘易斯和W.G.Whitman惠特曼在上世纪二十年代1923年提出，是最早出现的传质理论。双膜理论的基本论点是：

(1)相互接触的两流体间存在着稳定的相界面，界面两侧各存在着一个很薄（等效厚度分别为1和2）的流体膜层。溶质以分子扩散方式通过此两膜层。(2)相界面没有传质阻力，即溶质在相界面处的浓度处于相平衡状态。(3)在膜层以外的两相主流区由于流体湍动剧烈，传质速率高，传质阻力可以忽略不计，相际的传质阻力集中在两个膜层内。气相主体液相主体相界面pi=ci/Hp12pi

ci

c气膜液膜第四十二页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日双膜理论的优势：极大地简化了吸收过程，为计算吸收速率奠定了基础，对强化吸收传质过程起一个积极的推进作用。双膜理论的局限性：只适用于流速不大的情况，否则稳定的界面和双膜均不存在。（2）溶质渗透理论（希格比Higbie，1935年）

这种理论假定液面是由无数微小的流体单元所构成，希格比认为液体在流动过程中每隔一定时间发生一次完全的混合，使液体的浓度均匀化，在某一时间内，液相中发生的不再是定态的扩散过程，而是非定态的扩散过程。（3）表面更新理论（丹克沃茨Danckwerts,1951年）丹克沃茨认为液体在流动过程中表面不断更新，即不断地有液体从主体转为界面而暴露于气相中，这种界面不断更新传质过程大大强化，其原因在于原来需要通过缓慢的扩散过程才能将溶质传至液体深处，现通过表面更新，深处的液体就有机会直接与气体接触以接受传质。第四十三页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日

相对于气相浓度y而言，液相浓度欠饱和(x<x*)，故液相有吸收溶质A的能力。相对于液相浓度x而言，气相浓度为过饱和(y>y*)，溶质A由气相向液相转移。二、吸收速率方程传质过程的方向

气、液相浓度(y,x)在平衡线上方(P点)：yxoy*=f(x)Pyxy*结论：若系统气、液相浓度(y,x)在平衡线上方，则体系将发生从气相到液相的传质，即吸收过程。x*释放溶质吸收溶质第四十四页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日相对于气相浓度而言实际液相浓度过饱和(x>x*)，故液相有释放溶质A的能力。相对于液相浓度x而言气相浓度为欠饱和(y<y*)，溶质A由液相向气相转移。传质过程的方向气、液相浓度(y,x)在平衡线下方(Q点)：yxoy*=f(x)Qyxy*结论：若系统气、液相浓度(y,x)在平衡线下方，则体系将发生从液相到气相的传质，即解吸过程。x*释放溶质吸收溶质第四十五页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日相对于气相浓度而言液相浓度为平衡浓度(x=x*)，故液相不释放或吸收溶质A。相对于液相浓度x而言气相浓度为平衡浓度(y=y*)，溶质A不发生转移。传质过程的方向气、液相浓度(y,x)处于平衡线上(R点)：yxoy*=f(x)Ryxy*结论：若系统气、液相浓度(y,x)处于平衡线上，则体系从宏观上讲将不会发生相际间的传质，即系统处于平衡状态。x*第四十六页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日传质过程的限度

yxoy*=f(x)Qyxy*x*对解吸而言：若保持液相浓度x不变，气相浓度y最高只能升到与之相平衡的浓度y*，即ymax=y*；若保持气相浓度y不变，则液相浓度x最高也只能降到与气相浓度y相平衡的浓度x*，即xmin=x*。第四十七页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日传质推动力的表示方法可以不同，但效果一样。(x*-x)：以液相摩尔分数差表示的传质推动力。

对吸收过程：(y-y*)：以气相摩尔分数差表示的传质推动力；传质过程的推动力未达平衡的两相接触会发生相际间传质(吸收或解吸)，离平衡浓度越远，过程传质推动力越大，传质过程进行越快。方法：用气相或液相浓度远离平衡的程度来表征气液相际传质过程的推动力。yxoy*=f(x)Pyxy*x*（y-y*）（x*-x）·第四十八页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日相平衡关系在吸收过程中的应用

1．判断过程进行的方向发生吸收过程的充分必要条件是y

y*或x<x*2．指明过程进行的极限(利用亨利定律y＊=mx,y=mx＊)3．确定过程的推动力为以气相中溶质摩尔分率差表示吸收过程的推动力；为以液相中溶质的摩尔分率差表示吸收过程的推动力；pA－p*A为以气相分压差表示的吸收过程推动力；c*A－cA为以液相摩尔浓度差表示的吸收过程推动力。第四十九页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日【例】在总压101.3kPa，温度30℃的条件下,SO2摩尔分率为0.3的混合气体与SO2摩尔分率为0.01的水溶液相接触，试问：(1)从液相分析SO2的传质方向；(2)从气相分析，其它条件不变，温度降到0℃时SO2的传质方向；(3)其它条件不变，从气相分析，总压提高到202.6kPa时SO2的传质方向，并计算以液相摩尔分率差及气相摩尔率差表示的传质推动力。第五十页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日解：(1)查得在总压101.3kPa，温度30℃条件下SO2在水中的亨利系数E=4850kPa所以

47.88

从液相分析<

x=0.01故SO2必然从液相转移到气相，进行解吸过程。第五十一页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日（2）查得在总压101.3kPa，温度0℃的条件下，SO2在水中的亨利系数E=1670kPa

=16.49从气相分析y*=mx=16.49×0.01=0.16<y=0.3故SO2必然从气相转移到液相，进行吸收过程。第五十二页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日（3）在总压202.6kPa，温度30℃条件下，SO2在水中的亨利系数E=4850kPa

=23.94从气相分析y*=mx=23.94×0.01=0.24<y=0.3故SO2必然从气相转移到液相，进行吸收过程。

以液相摩尔分数表示的吸收推动力为:∆x=x*－x=0.0125－0.01=0.0025以气相摩尔分数表示的吸收推动力为:∆y=y－y*=0.3－0.24=0.06第五十三页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日吸收速率方程式

吸收速率：

单位时间内吸收的溶质A的摩尔数，用NA表示，单位通常用mol/s。吸收传质速率方程：吸收速率与吸收推动力之间关系的数学式

吸收速率=吸收系数×接触面积×推动力

第五十四页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日传热与传质过程的比较

：传热过程是冷、热两液体间的热量传递，传递的是热量，传递的推动力是两流体间的温度差，过程的极限是温度相等；吸收过程是气液两相间的物质传递，传递的是物质，但传递的推动力不是两相的浓度差，过程的极限也不是两相浓度相等。是同一相而言的浓度差。吸收速率方程：对传热：q=kAΔt=系数接触面积推动力对吸收：吸收速率=系数接触面积推动力第五十五页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日1、液膜吸收速率方程液相传质速率方程常用的表达形式有三种kl—推动力为摩尔浓度差的液相传质系数，m/s；kx—推动力为摩尔分率之差的液相传质系数，kmol/(sm2)；kX—推动力为摩尔比之差的液相传质系数，kmol/(sm2)；c、x、X—溶质A在液相主体的摩尔浓度、摩尔分率和摩尔比浓度；ci、xi、Xi—溶质A在界面液相侧的摩尔浓度、摩尔分率和摩尔比浓度。第五十六页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日2、气膜吸收速率方程kg—推动力为分压差的气相传质系数，kmol/(sm2kPa)；ky—推动力为摩尔分率之差的气相传质系数，kmol/(sm2)；kY—推动力为摩尔比浓度差的气相传质系数，kmol/(sm2)；p、y、Y—溶质A在气相主体的分压(kPa)、摩尔分率和摩尔比；pi、yi、Yi—溶质A在界面气相侧的分压(kPa)、摩尔分率和摩尔比。气相传质速率方程常用的表达形式也有三种第五十七页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日3、总吸收速率方程吸收过程中吸收质穿过气膜和液膜的速率分别为：设y和x分别为气液相主体中吸收质的摩尔分率,yi和xi分别为界面上气液两相中吸收质的摩尔分率,则在吸收过程中吸收质穿过气膜和液膜的速率分别是N=ky

A(y-yi)N=kx

A(xi-x)式中:N--------吸收质的吸收传质速率,mol·s-1A--------气液接触面积,m2kx

------液膜吸收传质分系数,mol·m-2·s-1y-yi--------气膜中的吸收推动力,摩尔分率差;xi-x--------液膜中的吸收推动力,摩尔分率差:ky

--------气膜吸收传质分系数,mol·m-2·s-1第五十八页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日(1)气相总吸收速率方程式：根据双膜理论的第二条，在界面上气液两相处于平衡状态,因而符合亨利定律：yi=mxi另外,设与浓度为x(摩尔分率)的溶液平衡的气相中吸收质的摩尔分率为y*,则y*=mxyi=mxiN=kx

A(xi-x)N=ky

A(y-yi)NkyA=(y-yi)NkxA/m(yi–y*)=11+mkxA(y–y*)N=ky第五十九页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日Ky是以气相浓度差(y-y*)表示总推动力时的吸收传质系数,简称为气相吸收传质总系数,单位为mol·m-2·s-1令则N=KyA(y-y*)-----------气相总吸收速率方程式1KY1=ky+kxm(2)液相总吸收速率方程式：N=KxA(x*-x)111=+KxkymkxKX是以液相浓度差(x*-x)表示总推动力时的吸收传质系数,简称为液相吸收传质总系数,单位为mol·m-2·s-1(3)吸收速率方程式的其它表示方法：书上91页(4)KX与KY的换算：KX=mKY第六十页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日总传质速率方程

对易溶气体，平衡常数m值小，平衡线很平，这时：传质阻力主要集中在气相，此类传质过程称为气相阻力控制过程，或称气膜控制过程。采用总传质速率方程进行计算可避开难以确定的相界面组成xi和yi。这与通过间壁对流传热问题中用总传热速率方程可避开固体壁面两侧温度是相似的。总传质阻力取决于气、液两相的传质阻力。但对一些吸收过程，气、液两相传质阻力在总传质阻力中所占的比例相差甚远，可对问题进行简化处理。第六十一页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日总传质速率方程

对难溶气体，平衡常数m值大，平衡线很陡，这时：传质阻力主要集中在液相，此类过程称为液相阻力控制过程，或液膜控制过程。分析气、液两相中传质阻力所占的比例，对于强化传质过程，提高传质速率有重要的指导意义。例如，以气相阻力为主的吸收操作，增加气体流速，可减薄界面处气膜层的厚度，从而降低气相传质阻力，有效地提高吸收速率；而增加液体流速吸速率则不会有明显改变。第六十二页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日各种吸收系数之间的关系总系数与分系数的关系

第六十三页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日由亨利定律：

第六十四页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日分别为总阻力、气膜阻力和液膜阻力

即总阻力=气膜阻力+液膜阻力

同理

第六十五页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日气膜、液膜吸收速率方程第六十六页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日气相、液相总吸收速率方程第六十七页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日小结：吸收速率方程

与膜系数相对应的吸收速率式与总系数对应的速率式

用一相主体与界面的浓度差表示推动力用一相主体的浓度与其平衡浓度之差表示推动力第六十八页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日【例】在总压为100kPa、温度为30℃时，用清水吸收混合气体中的氨，气相传质系数=3.84×10-6

kmol/（m2·s·kPa），液相传质系数=1.83×10-4

m/s，假设此操作条件下的平衡关系服从亨利定律，测得液相溶质摩尔分率为0.05，其气相平衡分压为6.7kPa。求当塔内某截面上气、液组成分别为y=0.05，x=0.01时(1)以气相、液相表示的传质总推动力及相应的传质速率、总传质系数；(2)分析该过程的控制因素。第六十九页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日解：（1）根据亨利定律相平衡常数溶解度常数第七十页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日=100×0.05-134×0.01=3.66kPa=

kmol/（m2·s·kPa）第七十一页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日

=3.94×10-6×3.66=1.44×10-5kmol/（m2·s）

kmol/m3

=0.4146×100×0.05－0.56=1.513kmol/m3

=9.5×10-6×1.513=1.438×10-5kmol/（m2·s）第七十二页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日（2）与表示的传质总推动力相应的传质阻力为253797（m2·s·kPa）/kmol；其中气相阻力为

m2·s·kPa/kmol；液相阻力

m2·s·kPa/kmol；

气相阻力占总阻力的百分数为故该传质过程为气膜控制过程。第七十三页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日第四节强化吸收的途径一、提高吸收传质系数：1.吸收阻力：吸收传质系数的倒数是吸收阻力：111=+KXkymkx1KY1=ky+kxm总阻力=气膜阻力+液膜阻力注意：吸收总阻力可用1/KX或者1/Ky来表示，它们也是与推动力的表示方法相对应。第七十四页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日溶解度很大时的易溶气体

——气膜控制第七十五页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日溶解度很小时的难溶气体当H很小时，

——液膜控制

第七十六页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日2.强化吸收的措施：(1)提高气液两相的相对运动速度，以降低气膜和液膜的厚度，从而降低气膜和液膜阻力，提高吸收传质系数；(2)对于易溶气体，m很小，则KY≈ky

，即气膜阻力远大于液膜阻力，吸收速率主要受气膜控制，这种吸收过程称为气膜控制过程。对于气膜控制过程，可采用喷淋吸收的，使气体受到搅动，气膜减薄，因而气膜阻力降低。(3)对于难溶气体，m很大，KX≈kx

，液膜阻力远大于气膜阻力，吸收速率主要液膜控制，这种吸收过程称为液膜控制过程。对液膜控制过程，可采用鼓泡吸收，气体分散成小气泡，使液体受到搅动，液膜减薄，因而吸收阻力降低。书上，93页列出了一些吸收过程的控制因素。第七十七页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日二、增大吸收推动力：Δy=y-y*,y增大，y*减小，则Δy

就可增大。但增大y不可能，所以只能降低y*,而y*=mx，所以(1)降低x：增大吸收剂的用量，则x就可降低；(2)降低m：所以，选择溶解度系数大的吸收剂，提高吸收系统的压强均可降低y*H又随温度的降低而增大，所以吸收过程应在低温、高压下进行。(3)采用逆流也可增大Δy

把以上因素综合起来，增大吸收推动力应采用下列方法：用较多的、溶解度系数较大的吸收剂，在低温、高压的条件下，采用逆流进行操作。第七十八页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日三、增大气、液接触面积：这一措施，主要在于改善设备的结构。在设备内，增大气液接触面的方法主要有：(1)增大气体或液体的分散度：例如让气体通过筛板塔的筛板、使其分散成气泡通过液层，或将吸收剂喷洒成小的液滴等。(2)在吸收塔内放置填料，并选用比表面积大的填料，以增大气液接触面。以上讨论是单就影响吸收速度诸因素中的某一方面来考虑的，但各影响因素之间还有相互制约、相互影响的复杂关系，因此对具体问题还要做综合分析，全面考虑，抓住主要矛盾，采取适当措施。例如，降低温度可以增大推动力，但温度降低又影响分子扩散速率，增大吸收阻力，降低吸收传质系数；又如在喷淋吸收设备里，将吸收剂喷洒成小的液滴，可以增大气液接触面积，但液滴小，气液相对运动速率小，气膜和液膜厚度增大，也会增大吸收阻力。在采取强化吸收措施时即要考虑技术上的可能性，又要考虑经济上的合理性。书94页例题第七十九页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日第五节填料吸收塔的计算化工单元设备的计算，按给定条件、任务和要求的不同，一般可分为设计型计算和操作型（校核型）计算两大类。设计型计算：按给定的生产任务和工艺条件来设计满足任务要求的单元设备。操作型计算：根据已知的设备参数和工艺条件来求算所能完成的任务。两种计算所遵循的基本原理及所用关系式都相同，只是具体的计算方法和步骤有些不同而已。本章着重讨论吸收塔的设计型计算，而操作型计算则通过习题加以训练。吸收塔的设计型计算是按给定的生产任务及条件（已知待分离气体的处理量与组成，以及要达到的分离要求），设计出能完成此分离任务所需的吸收塔。第八十页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日本节讨论的重点是：按连续接触原理操作的填料塔，至于板式塔则在下一章的作简单讨论。填料填加在塔内形成填料层，填料层有两个特点，一是空隙体积所占比例相当大，便于气体在其内部迂回曲折通过并提高湍动程度，二是单位体积内有很大的固体表面积。液体沿固体壁面呈膜状流下，因而填料塔内的气液接触面比空塔内大得多。塔内气液流动方式一般呈逆流，气体自塔底通入，液体从塔顶洒下，因此溶液从塔底流出前与刚进入塔的气体相接触，可使溶液的浓度尽量提高。经吸收后的气体从塔顶排出前与刚入塔的液体接触，又可使出塔气体中溶质浓度尽量降低。

吸收塔的计算第八十一页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日吸收塔的设计计算，一般的已知条件是：

1）气体混合物中溶质A的组成（mol分率）以及流量kmol/(m2.s)2）吸收剂的种类及T、P下的相平衡关系；3）出塔的气体组成

需要计算：1）吸收剂的用量kmol/(m2.s)；2）塔的工艺尺寸，塔径和填料层高度第八十二页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日一、吸收塔的物料衡算物料衡算目的：计算给定吸收任务下所需的吸收剂用量L或吸收剂出口浓度X1。混合气体通过吸收塔的过程中，可溶组分不断被吸收，故气体的总量沿塔高而变，液体也因其中不断溶入可溶组分，其量也沿塔高而变。但是，通过塔的惰性气体量和溶剂量是不变的。

第八十三页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日一、全塔物料衡算如图所示是一个稳态操作逆流接触的吸收塔V———惰性气体的流量，B，kmol/s;L———纯吸收剂的流量，S，kmol/s;Y１、Ｙ２——进出吸收塔气体中溶质的比摩尔浓度，

kmol(A)/kmol(B)。X1、X2————出塔及进塔液体中溶质的摩尔比浓度，kmol(A)/kmol(s)。注意，本章中塔底截面一律以下标“1”表示，塔顶一律以下标“2”表示。在全塔范围内作溶质的物料衡算，稳定操作时，吸收质在气相中的减少量=吸收质在液相中的增加量

VY1—VY2

=LX1—LX2

nnVY2VY1LX2LX1YXmn填料塔的计算内容：物料衡算、吸收剂的用量、塔径、吸收推动力、填料高度。第八十四页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日在m—n截面与塔顶端面之间进行衡算，得：

VY—VY2=LX—LX2

，整理后为Y=L/V(X-X2)+Y2一般情况下，进塔混合气体的流量和组成是吸收任务所规定的，若吸收剂的流量与组成已被确定，则V、L、Y1及X2为已知数，则上式就反映了Y与X之间的一种关系，而Y与X是吸收塔内任一截面上的气、液相组成，因此，该式实际上表明了吸收塔内任一截面上气液两相中吸收质的浓度关系。所以，我们把它称为吸收操作线方程。XAB线为吸收操作线，直线的斜率L/V液气比称为液气比。A点表示塔底的气液相组成(Y1，X1)，B点表示塔顶的气液相组成(Y2，X2)。Y*=f(x)YY1YY2ABOX2XX1M第八十五页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日——逆流吸收塔操作线方程在m—n截面与塔顶截面之间作组分A的衡算——逆流吸收塔操作线方程表明：塔内任一截面的气相浓度Y与液相浓度X之间成直线关系，直线的斜率为L/V。

在m—n截面与塔底截面之间作组分A的衡算第八十六页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日操作线方程与操作线当L/V一定，操作线方程在Y-X图上为以液气比L/V为斜率，过塔进、出口的气、液两相组成点(Y1，X1)和(Y2，X2)的直线，称为吸收操作线。YXoY*=f(X)AY1X1X2Y2BYXX*Y*P线上任一点的坐标(Y，X)代表了塔内该截面上气、液两相的组成。操作线上任一点P与平衡线间的垂直距离(Y-Y*)为塔内该截面上以气相为基准的吸收传质推动力；与平衡线的水平距离(X*-X)为该截面上以液相为基准的吸收传质推动力。两线间垂直距离（Y-Y*）或水平距离（X*-X）的变化显示了吸收过程推动力沿塔高的变化规律。

Y-Y*X*-X第八十七页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日吸收操作线总是位于平衡线的上方，操作线位于平衡线下方，则应进行脱吸过程。

当进行吸收时，吸收操作线必位于气液平衡线上方。因为在塔内任意截面上，溶质在气相中的实际浓度Y总是高于与液相平衡的气相浓度Y*，即吸收推动力(Y–Y*)大于0；反之，若操作线位于平衡线下方，则进行脱吸过程。第八十八页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日二、吸收剂的用量：液气比L/V也可以看作是每处理1mol惰性质所需要的吸收剂的用量，所以，也称为吸收剂的单位耗用量。若其它量都是已知量，则吸收剂的流量L和出塔液的浓度X1之间就有一定的对应关系。在达到生产任务的情况下，减少吸收剂的用量L，则操作线的斜率L/V减小，操作线逐渐靠近平衡曲线，吸收推动力也随之减少，为了达到要求的吸收速率就需要增大气液的接触面积，增大吸收塔的尺寸。Y*=f(x)YY1YY2ABOX2XX1MX11X12吸收操作线方程Y=L/V(X-X2)+Y2第八十九页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日

此时出塔液的浓度X11增大，当操作线在A点与平衡曲线相交时在塔底的吸收推动力等于零，此时设备的尺寸为无限大；反之若增大L，即吸收剂的用量，出塔液的X12浓度减小，则操作线斜率增大，操作线远离平衡曲线，吸收推动力也随之增大，因此可以减少接触面积和设备尺寸，节约投资。但却要增加动力的消耗，并且会使出塔液体的浓度降低，从而也使吸收回收的操作费用增大。思考题：如果吸收剂的用量不断减少，操作线的斜率也将不断减小，出塔液的浓度会不会无限增大？第九十页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日Y1与X1max是位于气液平衡线上的点，即Y1与X1max符合气液平衡关系Y*=f(x)，设此时的气液相组成符合亨利定律，即当出塔液的浓度达到最大值，即达到平衡浓度时的吸收剂的用量称为吸收剂的最小理论用量。Y*=f(x)YY1Y2OX2X1max当吸收剂达到最小用量时，吸收的操作线就会与平衡线相交，它们的交点所对应的横坐标即为出塔液的最大浓度。此时的液气比称为最小液气比(L/V)min把此时的操作参数代入操作线方程中，则(L/V)min=Y1-

Y2X1max-X2Y1=mX1max1+(1–m)X1max据此式，可求出X1max=Y1m-(1–m)Y1即由进塔气浓度Y1就可求出出塔液的最大浓度第九十一页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日对稀溶液，Y1=mX1max

,则X1max=Y1/m从此式中也可以看出，进塔所的组成Y1一定，其实出塔液的最大浓度也就是一个定值了，即Y1一定，气液平衡关系一定，它们的交点的横坐标就一定。思考题：实际生产中会不会采用最小吸收剂用量，为什么？吸收率：被吸收的吸收质占进塔吸收质总量的分率(混合气中溶质A被吸收的百分率)

=(Y1-Y2)/Y1第九十二页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日吸收剂用量L或液气比L/V在吸收塔的设计计算和塔的操作调节中是一个很重要的参数。吸收塔的设计计算中，气体处理量V，以及进、出塔组成Y1、Y2由设计任务给定，吸收剂入塔组成X2则是由工艺条件决定或设计人员选定。可知吸收剂出塔浓度X1与吸收剂用量L是相互制约的。由全塔物料衡算式

选取的L/V，操作线斜率，操作线与平衡线的距离，塔内传质推动力，完成一定分离任务所需塔高；L/V，吸收剂用量，吸收剂出塔浓度X1，循环和再生费用；若L/V，吸收剂出塔浓度X1，塔内传质推动力，完成相同任务所需塔高，设备费用。第九十三页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日吸收剂用量的确定

实际液气比应在大于最小液气比的基础上，兼顾设备费用和操作费用两方面因素，按总费用最低的原则来选取。在最小液气比下操作时，在塔的某截面上（塔底或塔内）气、液两相达平衡，传质推动力为零，完成规定传质任务所需的塔高为无穷大。对一定高度的塔而言，在最小液气比下操作则不能达到分离要求。根据生产实践经验，一般取

注意：以上由最小液气比确定吸收剂用量是以热力学平衡为出发点的。从两相流体力学角度出发，还必须使填料表面能被液体充分润湿以保证两相均匀分散并有足够的传质面积，因此所取吸收剂用量L值还应不小于所选填料的最低润湿率，即单位塔截面上、单位时间内的液体流量不得小于某一最低允许值。第九十四页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日吸收剂用量的确定液气比Y1L/VBB*最小液气比第九十五页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日最小液气比的求法图解法正常的平衡线

第九十六页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日最小液气比(L/V)min随L/V的减小，操作线与平衡线是相交还是相切取决于平衡线的形状。YXoY*=f(X)Y1X2Y2BX1,max=X1*(L/V)minCYXoY*=f(X)Y1X2Y2BX1*(L/V)minCX1,max两线在Y1处相交时，X1,max=X1*；两线在中间某个浓度处相切时，X1,max<X1*。最小液气比的计算式：书96页例题第九十七页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日计算法适用条件：平衡线符合亨利定律，可用

表示

例：空气与氨的混合气体，总压为101.33kPa，其中氨的分压为1333Pa，用20℃的水吸收混合气中的氨，要求氨的回收率为99%，每小时的处理量为1000kg空气。物系的平衡关系列于本例附表中，若吸收剂用量取最小用量的2倍，试第九十八页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日求每小时送入塔内的水量。溶液浓度(gNH3/100gH2O)2分压Pa1600分析：求水量吸收剂用量L求Lmin已知L/Lmin平衡常数解：1）平衡关系

第九十九页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日2）最小吸收剂用量：第一百页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日其中：第一百零一页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日3）每小时用水量

第一百零二页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日例用清水吸收氨-空气混合气中的氨，混合气NH3的浓度为（摩尔比，下同），要求出塔的NH3的浓度下降至物系的平衡关系。求此种分离要求的最小液气比。若取实际液气比是最小液气比的1.6倍，此时出塔溶液的浓度为多少？第一百零三页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日解：第一百零四页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日吸收塔内流向的选择

在Y1至Y2范围内，两相逆流时沿塔高均能保持较大的传质推动力，而两相并流时从塔顶到塔底沿塔高传质推动力逐渐减小，进、出塔两截面推动力相差较大。在气、液两相进、出塔浓度相同的情况下，逆流操作的平均推动力大于并流，从提高吸收传质速率出发，逆流优于并流。这与间壁式对流传热的并流与逆流流向选择分析结果是一致的。工业吸收一般多采用逆流，本章后面的讨论中如无特殊说明，均为逆流吸收。与并流相比，逆流操作时上升的气体将对借重力往下流动的液体产生一曳力，阻碍液体向下流动，因而限制了吸收塔所允许的液体流率和气体流率，这是逆流操作不利的一面。第一百零五页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日三、填料塔直径的计算：空塔速度：吸收塔内没有填料时气体通过塔的线速度。设流体的体积流量为qv(m3/s),塔的直径为D(m)，空塔速度为u(m/s),则在吸收塔中，当塔径太小时，气体速度太大，将会使气体把吸收剂吹上去，相当于出现液体倒流的情况，即“液泛”。第一百零六页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日气体在填料吸收塔中的实际空塔速度一般取液泛速度的40~70%，液泛速度可由书上的公式来求取。(99页)例题：书上99页。四、吸收推动力的计算：吸收推动力的表示方法：Δp、Δy、Δx、ΔY等等。ΔY=Y–Y*，Y即吸收质在气相中的比摩尔分率，可以从吸收操作线上查出，而Y则是与液相平衡的气相浓度，它的值对应地可从平衡线上查出，所以吸收推动力即是操作线与平衡线之间的垂直距离。Y*=f(x)YY1YY2ABOX2XX1MY*对塔中的任一截面ΔY=Y–Y*

对塔底：ΔY1=Y1–Y1*

对塔顶：ΔY2=Y2–Y2*若以液相浓度来表示：ΔX=X*–X；ΔX1=X1*–X1；ΔX2=X2*–X2即推动力是操作线一平衡线间的水平距离。第一百零七页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日从以上两种推动力的表示方法中可见，吸收塔内每个截面上的吸收推动力并不相等，所以全塔的平均推动力为：设气液相平衡线为直线，即符合亨利定律y=mx,则ΔYm=ΔY1/ΔY2<=22ΔY1+ΔY1/ΔY2<=2ΔY1+ΔY2ΔY1/ΔY2>2五、填料高度的计算：N=KY

AΔYmN=V(Y1-Y2)A=aSHV(Y1-Y2)=KY

aSHΔYmHOG=传质单元高度传质单元数NOG=a单位体积的有效比表面积,m2/m3；S塔的截面积；H填料高度。第一百零八页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日HOL=传质单元高度NOL=传质单元数如果以液相为基准，则N=L(X1-X2)

书102例题第一百零九页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日吸收塔的计算

塔高计算基本关系式填料层高度的计算通常采用传质单元数法，它又称传质速率模型法，该法依据传质速率、物料衡算和相平衡关系来计算填料层高度。在填料塔内任一截面上的气液两相组成和吸收的推动力均沿塔高连续变化，所以不同截面上的传质速率各不相同。从分析填料层内某一微元dH内的溶质吸收过程入手。第一百一十页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日若dH微元段内传质速率为dN，填料提供的传质面积为，对填料层中高度为dH的微分段作物料衡算可得溶质A在单位时间内由气相转入液相的量五、填料层高度的基本计算式

填料塔内气、液组成Y、X和传质推动力Y（或X）均随塔高变化，故塔内各截面上的吸收速率也不相同。V,Y2V,Y1L,X1L,X2YXHY+dYdHX+dXdA=SadZS——为填料塔的横截面积α——单位体积填料层提供的有效传质面积第一百一十一页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日微元填料层内的吸收速率方程式为：

第一百一十二页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日低浓度气体吸收时填料层的基本关系式为气相总体积吸收系数及液相总体积吸收系数

物理意义：在推动力为一个单位的情况下，单位时间单位体积填料层内吸收的溶质摩尔量。2、传质单元高度与传质单元数

1）传质单元高度与传质单元数的概念

第一百一十三页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日的单位

称为“气相总传质单元高度”，用

表示

——气相总传质单元数

反映了单位塔截面上惰性气体的摩尔流量与体积吸收系数的关系，反应传质阻力的大小，填料性能的优劣及润湿情况的好坏。反映吸收过程的难易程度。总推动力与平均推动力比值第一百一十四页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日—液相总传质单元高度，m；—液相总传质单元数，无因次；依此类推，可以写出通式：填料层高度=传质单元高度×传质单元数

第一百一十五页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日传质单元数与传质单元高度

定义传质单元高度和传质单元数来表达填料层高度H，从计算角度而言，并无简便之利，但却有利于对H的计算式进行分析和理解。下面以NOG和HOG为例给予说明。

NOG中的dY表示气体通过一微分填料段的气相浓度变化，(Y-Y*）为该微分段的相际传质推动力。如果用(Y-Y*)m表示在某一高度填料层内的传质平均推动力，且气体通过该段填料层的浓度变化(Ya-Yb)恰好等于(Y-Y*)m，即有由H=HOGNOG可知，这段填料层的高度就等于一个气相总传质单元高度HOG。因此，可将NOG看作所需填料层高度H相当于多少个传质单元高度HOG。第一百一十六页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日传质单元数与传质单元高度

传质单元数NOG或NOL反映吸收过程的难易程度，其大小取决于分离任务和整个填料层平均推动力大小两个方面。NOG与气相或液相进、出塔的浓度，液气比以及物系的平衡关系有关，而与设备形式和设备中气、液两相的流动状况等因素无关。在设备选型前可先计算出过程所需的NOG或NOL。NOG或NOL值大，分离任务艰巨，为避免塔过高应选用传质性能优良的填料。若NOG或NOL值过大，就应重新考虑所选溶剂或液气比L/V是否合理。第一百一十七页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日传质单元数与传质单元高度

总传质单元高度HOG或HOL则表示完成一个传质单元分离任务所需的填料层高度，代表了吸收塔传质性能的高低，主要与填料的性能和塔中气、液两相的流动状况有关。HOG或HOL值小，表示设备的性能高，完成相同传质单元数的吸收任务所需塔的高度小。用传质单元高度HOG、HOL或传质系数KYa、Kxa表征设备的传质性能其实质是相同的。但随气、液流率改变Kya或Kxa的值变化较大，一般流率增加，KYa（或KXa）增大。HOG或HOL因分子分母同向变化的缘故，其变化幅度就较小。一般吸收设备的传质单元高度在0.15~1.5m范围内。

第一百一十八页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日吸收的操作线为直线，当平衡线也为直线时

——直线函数

3、传质单元数的求法

第一百一十九页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日第一百二十页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日其中：

——塔顶与塔底两截面上吸收推动力的对数平均，称为对数平均推动力。时，

当

相应的对数平均推动力可用算术平均推动力代替。当气体经过一段填料层后，其浓度变化刚好等于该段填料层气相平均总推动力时，则该段填料层为一个传质单元。第一百二十一页，共一百四十八页，编辑于2023年，星期日【例】在一塔径为0.8m的填料塔内，用清水逆流吸收空气中的氨，要求氨的吸收率为99.5%。已知空气和氨的混合气质量流量为1400kg/h，气体总压为101.3kPa，其中氨的分压为1.333kPa。若实际吸收剂用量为最小用量的1.4倍，操作温度（293K）下的气液相平衡关系为