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1、化工原理课件 吸收第1页，本讲稿共89页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、低浓度物本章主要研究：常压、等温、填料塔中单组分、低浓度物理吸收理吸收9.1.2 吸收操作分类吸收操作分类第2页
2、，本讲稿共89页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第3页，本讲稿共89页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第4页，本讲稿共89页gas inletliquid outlet
3、gas 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第5页，本讲稿共89页吸收剂应具有的特点：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）
4、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，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 溶剂选择溶剂选择第6页，本讲稿共89页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：
5、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=3T，p一定一定或或9.2 9.2 吸收基本理论吸收基本理论第7页，本讲稿共89页T=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，不同气相同时，不同气体溶解度区别很大：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）
6、在低浓度低浓度范围内，可将溶范围内，可将溶解度曲线看作直线：解度曲线看作直线：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第8页，本讲稿共89页2、亨利定律（、亨利定律（Henry law）适用稀溶液适用稀溶液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，Pa（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
7、略的影响可忽略E=f(T,c):E=c/Hm=f(T,p,c):m=E/p=c/(H p)（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第9页，本讲稿共89页摩尔比表示相平衡关系摩尔比表示相平衡关系若若 m=1或稀溶液，或稀溶液，XA很小，则很小，则9.2.1 吸收相平衡关系吸收相平衡关系第10页，本讲稿共89页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 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
8、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第11页，本讲稿共89页例例9.1：已已知知在在总总压压101.3kPa及及温温度度20下下，液液相相中中氨氨的的摩摩尔尔浓浓度度为为0.582kmol/m3，气气相相中中氨氨
9、的的平平衡衡分分压压为为800Pa，若若在在此此浓浓度度范范围围内内的的相相平衡关系符合亨利定律，试求其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：会发生吸收还是脱吸？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采取哪些措施？以分压差表示的推动力有多大？若要改变其传质方向可采取哪些措施？9.2.1 吸收相平衡关系吸收相平衡关系第12页，本讲稿共89页双膜理论的三个基本要点：双膜理论的
10、三个基本要点：（two film theory）（1）气气液液两两相相传传质质阻阻力力集集中中在一定厚度的膜内；在一定厚度的膜内；（2）在在膜膜内内只只有有分分子子扩扩散散，没没有涡流扩散；有涡流扩散；（3）相相界界面面处处pi、ci符符合合相相平平衡衡关关系系，即即相相界界面面的的传传质质阻阻力力为零。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）9.2.2气体吸收传质速率方程气体吸收传质速率方程第13页，本讲稿共89页气相：气相：气相传质气相传质
11、推动力推动力液相：液相：液相传质液相传质推动力推动力稳态下：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）第14页，本讲稿共89页0EPQI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第15页，本讲稿共89页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（9-18）以分压差表示推
12、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（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（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第16页，本讲稿共89页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）（9-20）（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，km
13、ol/（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第17页，本讲稿共89页掌握：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）（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第18页，本讲稿共89页3、以摩尔分率表示气、液组成的传质速率方程、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
14、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)气相：气相：（9-26）（9-25）液相：液相：（9-28）（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第19页，本讲稿共89页 y*与液相组成与液相组成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*与气相组成与气相组成y呈平衡的液相组成，摩尔分率；呈平
15、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)。（9-29）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传质速率方程第20页，本讲稿共89页（9-31）（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第21页，本讲稿共89页4、总传质速率方程的分析、总传质速率方程的分析0EPQIGL图图9-6 传质推动力图示传质推动力图示 p掌握：掌握：1.线段线段PL、PG意义意义 2.P、P点位置意
16、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第22页，本讲稿共89页（1）易溶气体（气膜控制）易溶气体（气膜控制）H，1/（H kL），1/kG 1/（H kL），），KGkG0EPI（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第23页，本讲稿共89页（2）难溶气体（液膜控制）难溶气体（液膜控制）H ，H/kG，H/kG 1/kL，KLkL0EP（b）液膜控制）液膜控制 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第
17、24页，本讲稿共89页（3）中等溶解度气体（双膜控制）中等溶解度气体（双膜控制）（4）解吸的传质速率方程）解吸的传质速率方程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第25页，本讲稿共89页（1）易溶气体（气膜控制）易溶气体（气膜控制）（2）难溶气体（液膜控制）难溶气体（液膜控制）（3）中等溶解度气体（双膜控制）中等溶解度气体（双膜控制）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第26页，本讲稿共89页 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传质速率方程
18、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：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第27页，本讲稿共89页例例9-4：已已知知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：求：（1）Ky、Kx、KG、KL。（2
19、）以以气气相相摩摩尔尔分分率率差差作作为为推推动动力力的的总总传传质质阻阻力力、气气相相分分传传质质阻阻力力、液液相相分分传传质质阻阻力力；以以液液相相摩摩尔尔分分率率差差作作为为推推动动力力的的总总传传质阻力、气相分传质阻力、液相分传质阻力。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，气相分压，气相分压60kPa。例例 题题第28页，本讲稿共89页已知：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）溶剂的用量及吸收液浓度 （2）填料塔的填料层高度）
20、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第29页，本讲稿共89页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);
21、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。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第30页，本讲稿共89页图图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（9-35）（9-36）全塔物料衡算：全塔物料衡算：（9-37）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第31页，本讲稿共89页图图9-8 9-8
22、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（9-38）或或（9-38a）塔顶与任一截面间的物料衡算：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：（9-39）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第32页，本讲稿共89页ERQBPA0YXYbYaYXaX 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（9-38a）（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第33页，本讲稿共89页用摩尔
23、比表示的传质速率方程：用摩尔比表示的传质速率方程：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)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（9-42）或或（9-42a）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第34页，本讲稿共89页并流操作的吸收塔并流操作的吸收塔XEA0YYbYaXaXbB9.3.1 吸收塔的物料衡算与操作线方程吸收塔的物料衡算与
24、操作线方程第35页，本讲稿共89页CB1ERQBPA0最小液汽比（最小液汽比（Limiting gas-liquid ratio）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9.3.2 吸收剂用量的确定吸收剂用量的确定第36页，本讲稿共89页CB1ERQBPA0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，传质推动力推动力，塔高（填料层高度），塔高（填料层高度），操作费用操作费用，设备费用，设备费用；（LS/GB），操作线斜率，操作线斜
25、率，传，传质推动力质推动力，塔高（填料层高度），塔高（填料层高度），操作费用，操作费用，设备费用，设备费用；9.3.2 吸收剂用量的确定吸收剂用量的确定第37页，本讲稿共89页讨论：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/m当当Xa=0时，时，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）9.3.2 吸收剂用量的确定吸收剂用量的确定第38页，本讲稿共89页定义：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
26、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第40页，本讲稿共89页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，mKya
27、kmol/(m3.s)Ky kmol/(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第41页，本讲稿共89页微元体积：微元体积：相界面面积：相界面面积：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：kmol(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：kmol(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
28、度的浓度变化对单位塔截面对单位塔截面（9-44）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第42页，本讲稿共89页气相总体积传质系数，气相总体积传质系数，kmol/（m3s）气相总传质单元高度、总传质单元数气相总传质单元高度、总传质单元数（1）（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第43页，本讲稿共89页液相总体积传质系数，液相总体积传质系数，kmol/（m3s）液相总传质单元高度、总传质单元数液相总传质单元高度、总传质单元数（2）（9-48）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第44页，本讲稿共89页（3
29、）气相分体积传质系数，气相分体积传质系数，kmol/（m3s）气相分传质单元高度、分传质单元数气相分传质单元高度、分传质单元数（9-47）（4）（9-49）液相分体积传质系数，液相分体积传质系数，kmol/（m3s）液相分传质单元高度、分传质单元数液相分传质单元高度、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第45页，本讲稿共89页（3）（4）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（2）（1）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第46页，本讲稿共89页
30、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：中的中的Ky同样满足同样满足9.3.4.1 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第47页，本讲稿共89页（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*0APBQREAByx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塔底气相总推动力塔底气相总推动力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第48页，本讲
31、稿共89页（9-50）（9-51）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 传质单元数的确定传质单元数的确定第49页，本讲稿共89页同理：同理：（9-53）塔底液相总推动力塔底液相总推动力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第50页，本讲稿共89页（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：（9-43b）（9-55a）9.3.4.1 传质单元数的确定传质单元数的确定第51页，本讲稿共89页同理可得：同理可得：（S1）（S1）（9-56）9.3.4.1 传
32、质单元数的确定传质单元数的确定第52页，本讲稿共89页S1 若平衡线为：若平衡线为：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塔底气相总推动力塔底气相总推动力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第53页，本讲稿共89页相平衡关系为直线时相平衡关系为直线时 Ky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第54页，本讲
33、稿共89页 相平衡关系符合相平衡关系符合y*=mx，且为纯溶剂吸收，且为纯溶剂吸收xa=0（S1）又已知：又已知：9.3.4.1 传质单元数的确定传质单元数的确定第55页，本讲稿共89页 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收因数时，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，此时法均不成立，此时NOG、NOL如何求？如何求？9.3.4.1 传质单元数的确定传质单元数的确定第56页，本讲稿共89页讨论：讨论：A、S大小对吸收影响大小对吸收影响（3）NOG 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
34、）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第57页，本讲稿共89页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（1）气膜控制时（易溶气体）气膜控制时（易溶气体）9.3.4.1 传质单元数的确定传质单元数的确定第58页，本讲稿共89页（2）液膜控制时（难溶气体）液膜控制时（难溶气体）（3）双膜控制时）双膜控制时ybyaoEABP（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第59页，本讲稿共89页 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程度，）的大小反映吸收过程进行的难易程度，它与吸收塔
35、的结构因素以及气液流动状况无关。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，是吸收设备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。效能高低的反映。9.3.4.2 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第60页，本讲稿共89页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
36、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（低浓度气体逆流解吸）第61页，本讲稿共89页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同样以
37、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定义：解吸率定义：解吸率yxG、yaG、ybL、xaL、xbyya*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（低浓度气体逆流解吸）第62页，本讲稿共89页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yya*yaybxbxaxB(塔底塔底)A(塔顶塔顶)Cy=mx工程上的气液比工程上的气液比9.3.5 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）第63页，本讲稿共89页5、填料层高度的计算、填料层高度的计算 （A1）
38、（S1）A增加增加9.3.5 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）第64页，本讲稿共89页基本关系式：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第65页，
39、本讲稿共89页 例例15-1在在一一填填料料塔塔中中，用用含含苯苯0.00015（摩摩尔尔分分率率，下下同同）的的洗洗油油逆逆流流吸吸收收混混合合气气体体中中的的苯苯。已已知知混混合合气气体体的的流流量量为为1600m3/h，进进塔塔气气体体中中含含苯苯0.05，要要求求苯苯的的吸吸收收率率为为90%，操操作作温温度度为为25，操操作作压压强强为为101.3kPa，塔塔径径D=0.6m，相相平平衡衡关关系系Y*=26X，操操作作液液气气比比为为最最小小液液气气比比的的1.3倍，倍，KYa=0.045 kmol/(m3.s)，洗油分子量为，洗油分子量为170kg/kmol。试求：。试求：（1）吸
40、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第66页，本讲稿共89页 例例 在在一一逆逆流流吸吸收收塔塔中中，用用清清水水吸吸收收氨氨空空气气混混合合气气，混混合合气气流流量量0.025 kmol/s，混混合合气气入入塔塔组组成成0.02（摩摩尔尔分分率率，下下同同），吸吸收收率率为为95%，常常压
41、压操操作作，温温度度为为20，y=1.2x，塔塔径径为为1m，总总体体积积传传质质系系数数Kya=0.0522 kmol/(m3.s),kya G 0.7，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，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，=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第67页，本讲稿共89页 例例15-5 用用一一逆逆流流操操作作的的填填料料解解吸吸塔塔，处处理理含含CO2的的水水溶溶液液，处处理理量量
42、为为40t/h，使使水水中中的的CO2含含量量由由810-5降降至至210-6（均均为为摩摩尔尔比比），塔塔内内水水的的喷喷淋淋密密度度为为8000kg/(m2h)，进进塔塔空空气气中中含含CO2量量为为0.1%（体体积积百百分分率率），空空气气用用量量为为最最小小空空气气用用量量的的20倍倍，塔塔内内操操作作温温度度为为25，压压力力为为100kPa，该该操操作作条条件件下下的的亨亨利利系系数数E=1.6 105kPa，液液相相体体积积总总传传质质系系数数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）（
43、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第68页，本讲稿共89页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 已已知知：h0（及及其其他他有有关关尺尺寸寸），气气液液两两相相平平衡衡关关系系及及流流动动方方式式，Kya或或Kxa，改变一操作条件（改变一操作条件（t、p、L或或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）的影响。）的影响。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
44、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69页，本讲稿共89页 第二类命题第二类命题 已已知知：h0（及及其其他他有有关关尺尺寸寸），气气体体的的流流量量G或或GB及及进进出出口口组组成成（ya、yb 或或）、吸吸收收液液的的进进口口组组成成xa、气气液液两两相相平平衡衡关关系系及及流流动动方方式式，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，
45、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。此此外外，还还有有一一类类命命题题：其其他他条条件件不不变变，分分离离要要求求改改变变，求求填填料料层层高高度度 h0变变为多少？或已知为多少？或已知h0的改变值，其他操作条件不变，求的改变值，其他操作条件不变，求 ya 或或 变为多少？变为多少？计计算算方方法法：对对数数平平均均推推动动力力法法，要要试试差差；若若相相平平衡衡关关系系符符合亨利定律，吸收因数法。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70页，本讲稿共89页（2）操作型问题计算例题）操作型问题计
46、算例题 例例15-10 在在逆逆流流操操作作的的填填料料塔塔内内，用用纯纯溶溶剂剂吸吸收收混混合合气气体体中中的的可可溶溶组组分分。已已知知：操操作作液液气气比比为为最最小小液液气气比比的的1.5倍倍，气气相相总总传传质质单单元元高高度度HOG=1.11m操操作作条条件件下下的的平平衡衡关关系系为为Y*=mX（X、Y均均为为摩摩尔尔比比），吸吸收收过过程大致为气膜控制，气相体积传质分系数程大致为气膜控制，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；在在上上述述填填料料塔塔内内操操作作，将将气气体
47、体流流率率增增加加20%20%，而而其其它它条条件件不不变变，溶质的回收率有何变化？溶质的回收率有何变化？新新、旧旧工工况况下下单单位位时时间间内内被被吸吸收收的的溶溶质质量量及及吸吸收收塔塔的的平平均均推推动动力力有有何变化？结果说明什么问题？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及例题第71页，本讲稿共89页 例例15-11 某某逆逆流流填填料料吸吸收收塔塔，用用纯纯溶溶剂剂吸吸收收混混合合气气体体中中可可溶溶组组分分。入入塔塔气气体体中中含含溶溶质质0.05（摩摩尔尔分分率率，下下同同），混混合合气气流流量量为为1500Nm3/h，塔塔径径为为1m，要要求求
48、吸吸收收率率为为90%，操操作作条条件件下下相相平平衡衡关关系系为为y*=1.5x，操操作作液液气气比比为为最最小小液液气气比比的的1.2倍倍，填填料料层层高高度度为为3m，吸吸收收过过程程为为气气膜膜控控制制，试试求：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Kya，(kmol/m3s)；若若操操作作中中由由于于解解吸吸不不良良导导致致进进入入吸吸收收塔塔的的吸吸收收剂剂中中浓浓度度为为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？在在的的情情况况下下若若要要求求保保证证吸吸收收率率为为90%不不变变，所所
49、需需吸吸收收剂剂用用量量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第72页，本讲稿共89页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 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，不过通常要用反证法很繁琐。的变化情况，不过通常要用反证法很繁琐。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第73页，本讲稿共89页2、吸收因数法、吸收因数法（S1）NOGS增大增大 （1）根据题给条件
50、，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）根根据据右右图图，确确定定（yb-mxa）/（ya-mxa）的的变化情况，随之确定变化情况，随之确定ya的变化趋势；的变化趋势；（4）确确定定xb的的变变化化情情况况。xb的的变变化化趋趋势势较较难难判判断断，判断的方法也有多种，以下列出几种方法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第74页，本讲稿共89页 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的变