[臨床醫(yī)學(xué)]六 吸收ppt課件

1、第六章 氣 體 吸 收Gas Absorption概述概述Introduction 利用混合氣體中各組分(component)在液體中溶解度(solubility)的差別而分別氣體混合物的單元操作稱為吸收。吸收操作時(shí)某些易溶組分進(jìn)入液相構(gòu)成溶液(solution)，不溶或難溶組分仍留在氣相(gas phase)，從而實(shí)現(xiàn)混合氣體的分別。 氣體吸收是混合氣體中某些組分在氣液相界面上溶解、在氣相和液相內(nèi)由濃度差推進(jìn)的傳質(zhì)過程。吸收劑氣體yx界面氣相主體 液相主體 相界面氣相分散 液相分散 yi xi 概述概述Introduction 吸收質(zhì)或溶質(zhì)吸收質(zhì)或溶質(zhì)(solute)：混合氣體中的溶：混合氣

2、體中的溶解組分，以解組分，以A表示。表示。 惰性氣體惰性氣體(inert gas)或載體：不溶或難溶或載體：不溶或難溶組分，以組分，以B表示。表示。 吸收劑吸收劑(absorbent)：吸收操作中所用的：吸收操作中所用的溶劑，以溶劑，以S表示。表示。 吸收液吸收液(strong liquor)：吸收操作后得到：吸收操作后得到的溶液，主要成分為溶劑的溶液，主要成分為溶劑S和溶質(zhì)和溶質(zhì)A。 吸收尾氣吸收尾氣(dilute gas)：吸收后排出的氣：吸收后排出的氣體，主要成分為惰性氣體體，主要成分為惰性氣體B和少量的溶和少量的溶質(zhì)質(zhì)A。 吸收過程在吸收塔中進(jìn)展，逆流操作吸吸收過程在吸收塔中進(jìn)展，逆流

3、操作吸收塔表示圖如右所示。收塔表示圖如右所示。 吸收塔混合尾氣混合尾氣(A+B)吸收液吸收液(A+S)吸收劑吸收劑(S)吸收尾氣吸收尾氣(A+B)概述概述Introduction一、吸收操作的用途：一、吸收操作的用途：(1) 制取產(chǎn)品制取產(chǎn)品 用吸收劑吸收氣體中某些組分而獲得產(chǎn)品。如用吸收劑吸收氣體中某些組分而獲得產(chǎn)品。如硫酸吸收硫酸吸收SO3制濃硫酸，水吸收甲醛制福爾馬林液，用制濃硫酸，水吸收甲醛制福爾馬林液，用水吸收氯化氫制鹽酸等水吸收氯化氫制鹽酸等 。 (2) 分別混合氣體分別混合氣體 吸收劑選擇性地吸收氣體中某些組分以到吸收劑選擇性地吸收氣體中某些組分以到達(dá)分別目的。例如石油餾分裂解消

4、費(fèi)出來的乙烯、丙烯，達(dá)分別目的。例如石油餾分裂解消費(fèi)出來的乙烯、丙烯，還與氫、甲烷等混在一同，可用分子量較大的液態(tài)烴把還與氫、甲烷等混在一同，可用分子量較大的液態(tài)烴把乙烯、丙烯吸收，使與甲烷、氫別分開來乙烯、丙烯吸收，使與甲烷、氫別分開來 。 (3) 氣體凈化氣體凈化 一類是原料氣的凈化，即除去混合氣體中的雜一類是原料氣的凈化，即除去混合氣體中的雜質(zhì)，如合成氨原料氣脫質(zhì)，如合成氨原料氣脫H2S、脫、脫CO2等；另一類是尾氣等；另一類是尾氣處置和廢氣凈化以維護(hù)環(huán)境，如燃煤鍋爐煙氣，冶煉廢處置和廢氣凈化以維護(hù)環(huán)境，如燃煤鍋爐煙氣，冶煉廢氣等脫除氣等脫除SO2，硝酸尾氣脫除，硝酸尾氣脫除NO2等。等

5、。 概述概述Introduction二、吸收操作的分類二、吸收操作的分類物理吸收物理吸收(physical absorption)：吸收過程溶質(zhì)與溶劑不發(fā)生：吸收過程溶質(zhì)與溶劑不發(fā)生顯著的化學(xué)反響，可視為單純的氣體溶解于液相的過程。顯著的化學(xué)反響，可視為單純的氣體溶解于液相的過程。如用水吸收二氧化碳、用水吸收乙醇或丙醇蒸汽、用洗油如用水吸收二氧化碳、用水吸收乙醇或丙醇蒸汽、用洗油吸收芳烴等。吸收芳烴等?；瘜W(xué)吸收化學(xué)吸收(chemical absorption)：溶質(zhì)與溶劑有顯著的化學(xué)反：溶質(zhì)與溶劑有顯著的化學(xué)反響發(fā)生。如用氫氧化鈉或碳酸鈉溶液吸收二氧化碳、用稀響發(fā)生。如用氫氧化鈉或碳酸鈉溶液吸

6、收二氧化碳、用稀硫酸吸收氨等過程。化學(xué)反響能大大提高單位體積液體所硫酸吸收氨等過程。化學(xué)反響能大大提高單位體積液體所能吸收的氣體量并加快吸收速率。但溶液解吸再生較難。能吸收的氣體量并加快吸收速率。但溶液解吸再生較難。 單組分吸收：混合氣體中只需單一組分被液相吸收，其他組單組分吸收：混合氣體中只需單一組分被液相吸收，其他組分因溶解度甚小其吸收量可忽略不計(jì)。分因溶解度甚小其吸收量可忽略不計(jì)。多組分吸收：有兩個(gè)或兩個(gè)以上組分被吸收。多組分吸收：有兩個(gè)或兩個(gè)以上組分被吸收。溶解熱：氣體溶解于液體時(shí)所釋放的熱量。化學(xué)吸收時(shí)，還溶解熱：氣體溶解于液體時(shí)所釋放的熱量。化學(xué)吸收時(shí)，還會(huì)有反響熱。會(huì)有反響熱。非

7、等溫吸收：體系溫度發(fā)生明顯變化的吸收過程。非等溫吸收：體系溫度發(fā)生明顯變化的吸收過程。等溫吸收：體系溫度變化不顯著的吸收過程。等溫吸收：體系溫度變化不顯著的吸收過程。本章以分析單組分的等溫物理吸收為重點(diǎn)，以便掌握最根本的原理。 氣體吸收是物質(zhì)自氣相到液相的轉(zhuǎn)移，這是一種傳質(zhì)過程?；旌蠚怏w中某一組分能否進(jìn)入溶液里，既取決于該組分的分壓，也取決于溶液里該組分的平衡蒸汽壓。假設(shè)混合氣體中該氣體的分壓大于溶液的平衡蒸汽壓，這個(gè)組分便可自氣相轉(zhuǎn)移至液相，即被吸收。由于轉(zhuǎn)移的結(jié)果，溶液里這個(gè)組分的濃度便增高，它的平衡蒸汽壓也隨著增高，到最后，可以增高到等于它在氣相中的分壓，傳質(zhì)過程于是停頓，這時(shí)稱為氣液兩

8、相到達(dá)平衡。反之，假設(shè)溶液中的某一組分的平衡蒸汽壓大于混合氣體中該組分的分壓，這個(gè)組分便要從溶液中釋放出來，即從液相轉(zhuǎn)移到氣相，這種情況稱為解吸或脫吸。所以根據(jù)兩相的平衡關(guān)系可以判別傳質(zhì)過程的方向與極限，而且，兩相的濃度間隔平衡愈遠(yuǎn)，那么傳質(zhì)的推進(jìn)力愈大，傳質(zhì)速率也愈大。吸收操作的分析，應(yīng)該從氣液兩相的平衡關(guān)系與傳質(zhì)速率關(guān)系著手，本章各節(jié)即如此展開討論。氣液兩相的接觸方式氣液兩相的接觸方式延續(xù)接觸(也稱微分接觸)：氣、液兩相的濃度呈延續(xù)變化。如填料塔。溶劑b 級(jí)式接觸a a 微分接觸圖9-2 填料塔和板式塔氣體溶劑氣體級(jí)式接觸：氣、液兩相逐級(jí)接觸傳質(zhì)，兩相的組成呈階躍變化。 如板式塔。散裝填料

9、塑料鮑爾環(huán)填料規(guī)整填料 塑料絲網(wǎng)波紋填料 蒸餾與吸收操作對(duì)比蒸餾與吸收操作對(duì)比 蒸餾改動(dòng)形狀參數(shù)產(chǎn)生第二相，吸收從外界引入另一相構(gòu)成兩相系統(tǒng)； 蒸餾直接獲得輕、重組分，吸收混合液經(jīng)脫吸才干得到較純組分； 蒸餾中氣相中重組分向液相傳送，液相中輕組分向氣相傳送，是雙相傳送；吸收中溶質(zhì)分子由氣相向液相單相傳送，惰性組分及溶劑組分處于“停滯形狀。 第一節(jié)第一節(jié) 氣氣液相平衡液相平衡 6 61 11 1 氣體的溶解度氣體的溶解度氣體吸收的平衡關(guān)系指氣體在液體中的溶解度。氣體吸收的平衡關(guān)系指氣體在液體中的溶解度。假設(shè)把氨氣和水共同封存在容器中，令體系的壓力假設(shè)把氨氣和水共同封存在容器中，令體系的壓力和溫度

10、維持一定，由于氨易溶于水，氨的分子便和溫度維持一定，由于氨易溶于水，氨的分子便穿越兩相界面進(jìn)入水中，但進(jìn)到水中的氨分子也穿越兩相界面進(jìn)入水中，但進(jìn)到水中的氨分子也會(huì)有一部分前往氣相，只不過剛開場(chǎng)的時(shí)候進(jìn)多會(huì)有一部分前往氣相，只不過剛開場(chǎng)的時(shí)候進(jìn)多出少。水中溶解的氨量越多，濃度越大，氨分子出少。水中溶解的氨量越多，濃度越大，氨分子從溶液逸出的速率也就越大，直到最后，氨分子從溶液逸出的速率也就越大，直到最后，氨分子從氣相進(jìn)入液相的速率便等于它從液相前往氣相從氣相進(jìn)入液相的速率便等于它從液相前往氣相的速率，氨實(shí)踐上便不再溶解進(jìn)水里，溶液的濃的速率，氨實(shí)踐上便不再溶解進(jìn)水里，溶液的濃度也就不再變化，這

11、種形狀稱為相際動(dòng)平衡，簡(jiǎn)度也就不再變化，這種形狀稱為相際動(dòng)平衡，簡(jiǎn)稱相平衡或平衡。稱相平衡或平衡。 氣體的溶解度氣體的溶解度 在溫度和壓力一定的條件下，平衡時(shí)的氣、液相組成具有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。 平衡形狀下氣相中溶質(zhì)的分壓稱為平衡分壓或飽和分壓，與之對(duì)應(yīng)的液相濃度稱為平衡濃度或氣體在液體中的溶解度。這時(shí)溶液曾經(jīng)飽和，即到達(dá)了它在一定條件下的溶解度，也就是指氣體在液相中的飽和濃度，習(xí)慣上以單位質(zhì)量或體積的液體中所含溶質(zhì)的質(zhì)量來表示，也闡明一定條件下吸收過程能夠到達(dá)的極限程度。 在一定溫度下到達(dá)平衡時(shí)，溶液的濃度隨氣體壓力的添加而添加。假設(shè)要使一種氣體在溶液中里到達(dá)某一特定的濃度，必需在溶液上方維持較

12、高的平衡壓力。 氣體的溶解度與溫度有關(guān)，普通來說，溫度下降那么氣體的溶解度增高。 溶解度曲線：在一定溫度、壓力下，平衡時(shí)溶質(zhì)在氣相和液相中的濃度的關(guān)系曲線。例：圖2-2，2-3，2-4。 溶解度/g(NH3)/1000g(H2O)1000500020406080100120pNH3/kPa50 oC40 oC30 oC20 oC10 oC0 oC120溶解度/g(SO2)/1000g(H2O)250200020406080100pSO2/kPa1501005012050 oC40 oC30 oC20 oC10 oC0 oC在一樣條件下，NH3 在水中的溶解度較 SO2 大得多。用水作吸收劑時(shí)，

13、稱 NH3 為易溶氣體，SO2為中等溶解氣體，溶解度更小的氣體那么為難溶氣體(如O2 在 30 和溶質(zhì)的分壓為 40kPa 的條件下，1kg 水中溶解的質(zhì)量?jī)H為 0.014g)。 6 1 2 亨利定律亨利定律Henrys law 當(dāng)總壓不太高時(shí)，一定溫度下的稀溶液的溶解度曲線近似為直線，即溶質(zhì)在液相中的溶解度與其在氣相中的分壓成正比。式中： p* 溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓，kPa； x 溶質(zhì)在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)； E 亨利系數(shù)，kPa。 Exp * 亨利定律 亨利系數(shù)的值隨物系的特性及溫度而異； 物系一定，E 值普通隨溫度的上升而增大； E 值的大小代表了氣體在該溶劑中溶解的難易程度； 在同一溶劑

14、中，難溶氣體 E 值很大，易溶氣體 E 值很??； E 的單位與氣相分壓的壓強(qiáng)單位一致。亨利定律亨利定律HenryHenrys laws law 當(dāng)氣、液相溶質(zhì)濃度用其它組成表示法表示時(shí)，經(jīng)過濃度換算可得其它方式的亨利定律。常用的方式有 y* 與組成為 x 的液相呈平衡的氣相中溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)；c 溶質(zhì)在液相中的摩爾濃度，kmol/m3；m 相平衡常數(shù)；H 溶解度系數(shù)；kmol/(m3kPa)； mxy *cHp1*三個(gè)比例系數(shù)之間的關(guān)系：PEm EcHm式中 cm 為溶液的總濃度kmol/m3。對(duì)于稀溶液，因溶質(zhì)的濃度很小，因此 cm = / Ms ，其中 為溶液的密度，Ms 為溶劑的摩爾質(zhì)量。

15、 smMc亨利定律亨利定律HenryHenrys laws law 在低濃度氣體吸收計(jì)算中，通常采用基準(zhǔn)不變的摩爾比 Y 或 X 表示組成。 以摩爾比表示組成的相平衡關(guān)系 X 溶質(zhì)在液相中的摩爾比濃度；Y* 與X 呈平衡的氣相中溶質(zhì)的摩爾比濃度。當(dāng) m 趨近 1 或當(dāng) X 很小時(shí)yyBAY1的摩爾數(shù)氣相中惰氣的摩爾數(shù)氣相中溶質(zhì)xxSAX1的摩爾數(shù)液相中溶劑的摩爾數(shù)液相中溶質(zhì)XmmXY)1 (1*mXY *613 吸收劑的選擇吸收劑的選擇吸收劑性能的優(yōu)劣，是決議吸收操作效果能否良好的關(guān)鍵。假設(shè)吸收的目的是制取某種溶液作廢品，例如用HCl氣消費(fèi)鹽酸，吸收劑只能用水，自然沒有選擇的余地，但假設(shè)目的在

16、于把一部分氣體從混合物中分別出來，便應(yīng)思索選擇合用的吸收劑問題。 溶解度大 吸收劑的選擇主要思索的是溶解度，溶解度大那么吸收劑用量少，吸收速率也大，設(shè)備的尺寸便??；選擇性好 很顯然，吸收劑對(duì)溶質(zhì)氣體的溶解度既要大，對(duì)混合氣體中其他組分的溶解度卻要小或根本上不溶，這樣才干進(jìn)展有效的分別，滿足這一要求稱為選擇性好；揮發(fā)度要小 吸收劑的揮發(fā)度要小，即在操作溫度下它的蒸汽壓要低，經(jīng)過吸收后的氣體在排出時(shí)，往往為吸收劑蒸汽所飽和，吸收劑的揮發(fā)度高，其損失量便大。此外所選用的溶劑盡能夠滿足無腐蝕性，粘度小，無毒，不燃，價(jià)廉易得等條件。 第二節(jié) 傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率 平衡關(guān)系只能回答混合氣體中溶質(zhì)氣體能否進(jìn)入

17、平衡關(guān)系只能回答混合氣體中溶質(zhì)氣體能否進(jìn)入液相這個(gè)問題，至于進(jìn)入液相速率大小，卻無法液相這個(gè)問題，至于進(jìn)入液相速率大小，卻無法處理，后者屬于傳質(zhì)的機(jī)理問題。本節(jié)的內(nèi)容是處理，后者屬于傳質(zhì)的機(jī)理問題。本節(jié)的內(nèi)容是結(jié)合吸收操作來闡明傳質(zhì)的根本原理，并導(dǎo)出傳結(jié)合吸收操作來闡明傳質(zhì)的根本原理，并導(dǎo)出傳質(zhì)的速率關(guān)系，作為分析吸收操作與計(jì)算吸收設(shè)質(zhì)的速率關(guān)系，作為分析吸收操作與計(jì)算吸收設(shè)備的根據(jù)。備的根據(jù)。 氣體吸收是溶質(zhì)先從氣相主體分散到氣液界面，氣體吸收是溶質(zhì)先從氣相主體分散到氣液界面，再?gòu)臍庖航缑娣稚⒌揭合嘀黧w的傳質(zhì)過程。再?gòu)臍庖航缑娣稚⒌揭合嘀黧w的傳質(zhì)過程。 621 氣液相際傳質(zhì)實(shí)際氣液相際傳質(zhì)實(shí)

18、際相對(duì)于氣相濃度 y 而言，液相濃度欠飽和(xy*)，溶質(zhì) A 由氣相向液相轉(zhuǎn)移。氣、液相濃度(y,x)在平衡線上方(P點(diǎn))：yxoy*=f(x)Pyxy*結(jié)論：假設(shè)系統(tǒng)氣、液相濃度(y,x)在平衡線上方，那么體系將發(fā)生從氣相到液相的傳質(zhì)，即吸收過程。x*釋放溶質(zhì)吸收溶質(zhì)相對(duì)于氣相濃度而言實(shí)踐 液 相 濃 度 過 飽 和(xx*)，故液相有釋放溶質(zhì) A 的才干。相對(duì)于液相濃度 x 而言氣 相 濃 度 為 欠 飽 和(yy*)，溶質(zhì) A 由液相向氣相轉(zhuǎn)移。傳質(zhì)過程的方向傳質(zhì)過程的方向氣、液相濃度(y,x)在平衡線下方(Q點(diǎn))：yxoy*=f(x)Qyxy*結(jié)論：假設(shè)系統(tǒng)氣、液相濃度(y,x)在平

19、衡線下方，那么體系將發(fā)生從液相到氣相的傳質(zhì)，即解吸過程。x*釋放溶質(zhì)吸收溶質(zhì)相對(duì)于氣相濃度而言液相 濃 度 為 平 衡 濃 度(x=x*)，故液相不釋放或吸收溶質(zhì) A。相對(duì)于液相濃度 x 而言氣相濃度為平衡濃度(y=y*)，溶質(zhì) A 不發(fā)生轉(zhuǎn)移。傳質(zhì)過程的方向傳質(zhì)過程的方向氣、液相濃度(y,x)處于平衡線上(R點(diǎn))：yxoy*=f(x)Ryxy*結(jié)論：假設(shè)系統(tǒng)氣、液相濃度(y,x)處于平衡線上，那么體系從宏觀上講將不會(huì)發(fā)生相際間的傳質(zhì)，即系統(tǒng)處于平衡形狀。x*二、傳質(zhì)過程的限制二、傳質(zhì)過程的限制 對(duì)吸收而言：假設(shè)堅(jiān)持液相濃度 x 不變，氣相濃度 y 最低只能降到與之相平衡的濃度 y*，即 ym

20、in=y*；假設(shè)堅(jiān)持氣相濃度 y 不變，那么液相濃度 x 最高也只能升高到與氣相濃度 y 相平衡的濃度 x*，即 xmax=x*。yxoy*=f(x)Pyxy*x*傳質(zhì)過程的限制傳質(zhì)過程的限制 yxoy*=f(x)Qyxy*x*對(duì)解吸而言：假設(shè)堅(jiān)持液相濃度 x 不變，氣相濃度 y 最高只能升到與之相平衡的濃度 y*，即 ymax=y*；假設(shè)堅(jiān)持氣相濃度 y 不變，那么液相濃度 x 最高也只能降到與氣相濃度 y 相平衡的濃度 x*，即 xmin=x*。傳質(zhì)推進(jìn)力的表示方法可以不同，但效果一樣。 (x*-x)：以液相摩爾分?jǐn)?shù)差表示的傳質(zhì)推進(jìn)力。 對(duì)吸收過程：(y-y*)：以氣相摩爾分?jǐn)?shù)差表示的傳質(zhì)

21、推進(jìn)力；三、傳質(zhì)過程的推進(jìn)力三、傳質(zhì)過程的推進(jìn)力未達(dá)平衡的兩相接觸會(huì)發(fā)生相際間傳質(zhì)(吸收或解吸)，離平衡濃度越遠(yuǎn)，過程傳質(zhì)推進(jìn)力越大，傳質(zhì)過程進(jìn)展越快。方法：用氣相或液相濃度遠(yuǎn)離平衡的程度來表征氣液相際傳質(zhì)過程的推進(jìn)力。yxoy*=f(x)Pyxy*x*y-y*x*-x四、吸收傳質(zhì)實(shí)際四、吸收傳質(zhì)實(shí)際 吸收過程是溶質(zhì)由氣相向液相轉(zhuǎn)移的相際傳質(zhì)過程，可分為三個(gè)步驟： 氣相主體 液相主體 相界面溶解氣相分散 液相分散 (1) 溶質(zhì)由氣相主體分散至兩相界面氣相側(cè)(氣相內(nèi)傳質(zhì))；(2) 溶質(zhì)在界面上溶解(經(jīng)過界面的傳質(zhì))；(3) 溶質(zhì)由相界面液相側(cè)分散至液相主體(液相內(nèi)傳質(zhì))。 雙膜實(shí)際雙膜實(shí)際 由W

22、.K.Lewis 和 W.G.Whitman 在上世紀(jì)二十年代提出，是最早出現(xiàn)的傳質(zhì)實(shí)際。雙膜實(shí)際的根本論點(diǎn)是： (1) 相互接觸的兩流體間存在著穩(wěn)定的相界面，界面兩側(cè)各存在著一個(gè)很薄等效厚度分別為 1 和 2 的流體膜層。溶質(zhì)以分子分散方式經(jīng)過此兩膜層。(2) 相界面沒有傳質(zhì)阻力，即溶質(zhì)在相界面處的濃度處于相平衡形狀。(3) 在膜層以外的兩相主流區(qū)由于流體湍動(dòng)猛烈，傳質(zhì)速率高，傳質(zhì)阻力可以忽略不計(jì)，相際的傳質(zhì)阻力集中在兩個(gè)膜層內(nèi)。 氣相主體 液相主體 相界面pi = ci / Hp 12pi ci c 氣膜液膜雙膜實(shí)際雙膜實(shí)際 兩相相內(nèi)傳質(zhì)速率可用下面的方式表達(dá)為： igAppkNcckNi

23、cABmGgpPRTDk1BmmLcccDk2DG、DL 溶質(zhì)組分在氣膜與液膜中的分子分散系數(shù)；P/pBm 氣相分散漂流因子；cm/cBm 液相分散漂流因子；1、2 界面兩側(cè)氣液相等效膜層厚度，待定參數(shù)。 雙膜實(shí)際將兩流體相際傳質(zhì)過程簡(jiǎn)化為經(jīng)兩膜層的穩(wěn)定分子分散的串聯(lián)過程。對(duì)吸收過程那么為溶質(zhì)經(jīng)過氣膜和液膜的分子分散過程。 雙膜實(shí)際雙膜實(shí)際 按雙膜實(shí)際，傳質(zhì)系數(shù)與分散系數(shù)成正比，這與實(shí)驗(yàn)所得的關(guān)聯(lián)式地結(jié)果相差較大； 由此實(shí)際所得的傳質(zhì)系數(shù)計(jì)算式方式簡(jiǎn)單，但等效膜層厚度 1 和 2 以及界面上濃度 pi 和 ci 都難以確定； 雙膜實(shí)際存在著很大的局限性，例如對(duì)具有自在相界面或高度湍動(dòng)的兩流體間

24、的傳質(zhì)體系，相界面是不穩(wěn)定的，因此界面兩側(cè)存在穩(wěn)定的等效膜層以及物質(zhì)以分子分散方式經(jīng)過此兩膜層的假設(shè)都難以成立； 該實(shí)際提出的雙阻力概念，即以為傳質(zhì)阻力集中在相接觸的兩流體相中，而界面阻力可忽略不計(jì)的概念，在傳質(zhì)過程的計(jì)算中得到了廣泛成認(rèn)，仍是傳質(zhì)過程及設(shè)備設(shè)計(jì)的根據(jù)； 本書后續(xù)部分也將以該實(shí)際為討論問題的根底。 622 吸收速率方程式吸收速率方程式 吸收設(shè)備中進(jìn)展的傳質(zhì)過程為吸收過程，其傳質(zhì)速率即為吸收速率，所對(duì)應(yīng)的傳質(zhì)速率方程即為吸收速率方程。 氣體吸收因過程的復(fù)雜性，傳質(zhì)速率(吸收速率)普通難以實(shí)際求解，但遵照景象方程所描畫的物理量傳送的共性規(guī)律。 根據(jù)推進(jìn)力及阻力可寫出速率關(guān)系式，單獨(dú)

25、根據(jù)氣膜或液膜的推進(jìn)力及阻力寫出的速率關(guān)系式稱為氣膜或液膜吸收速率方程式，相應(yīng)的吸收系數(shù)稱為膜系數(shù)或分系數(shù)，用k表示，與傳熱中的對(duì)流傳熱系數(shù)相當(dāng)。 傳質(zhì)速率方程傳質(zhì)速率方程 igAppkN 氣相(氣膜)傳質(zhì)速率方程對(duì)于穩(wěn)定吸收過程，可根據(jù)雙膜實(shí)際建立相際傳質(zhì)速率方程(總傳質(zhì)速率方程)。類似于間壁式對(duì)流傳熱速率方程。 由于混合物的組成可用多種方式表示，對(duì)應(yīng)于每一種表達(dá)法都有與之相應(yīng)的傳質(zhì)速率方程。 液相(液膜)傳質(zhì)速率方程cckNicA一、氣相傳質(zhì)速率方程一、氣相傳質(zhì)速率方程igAppkNiyAyykNiYAYYkNkg 推進(jìn)力為分壓差的氣相傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(sm2kPa)；ky 推進(jìn)力為摩

26、爾分率之差的氣相傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(sm2)；kY 推進(jìn)力為摩爾比濃度差的氣相傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(sm2)；p、y、Y 溶質(zhì)A在氣相主體的分壓(kPa)、摩爾分率和摩爾比；pi 、yi、Yi 溶質(zhì)A在界面氣相側(cè)的分壓(kPa)、摩爾分率和摩爾比。 氣相傳質(zhì)速率方程常用的表達(dá)方式有三種 氣相傳質(zhì)速率方程氣相傳質(zhì)速率方程不同方式的傳質(zhì)速率方程物理意義一樣，都代表單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過單位界面面積傳送的溶質(zhì) A 的量；傳質(zhì)系數(shù)與傳質(zhì)推進(jìn)力的表達(dá)方式有關(guān)，其倒數(shù)表達(dá)的是氣相傳質(zhì)阻力；留意：不同單位的傳質(zhì)系數(shù)數(shù)值不同，但可根據(jù)組成表示法的相互關(guān)系進(jìn)展換算。例：當(dāng)氣相總壓不很高時(shí)，根據(jù)道爾頓分壓定律 p=Py

27、，有 對(duì) y 值較小的低濃度吸收： )()()(iyigigAyykyyPkppkNgyPkk )1)(1 (iyYYYkkYykk gYPkk 二、液相傳質(zhì)速率方程二、液相傳質(zhì)速率方程液相傳質(zhì)速率方程常用的表達(dá)方式也有三種 kc 推進(jìn)力為摩爾濃度差的液相傳質(zhì)系數(shù)，m/s；kx 推進(jìn)力為摩爾分率之差的液相傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(sm2)；kX 推進(jìn)力為摩爾比之差的液相傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(sm2)；c、x、X 溶質(zhì)A在液相主體的摩爾濃度、摩爾分率和摩爾比濃度；ci、xi、Xi 溶質(zhì)A在界面液相側(cè)的摩爾濃度、摩爾分率和摩爾比濃度。 )(cckNicA)(xxkNixA)(XXkNiXA液相傳質(zhì)速率

28、方程液相傳質(zhì)速率方程三個(gè)液相傳質(zhì)系數(shù)的倒數(shù)也分別為傳質(zhì)推進(jìn)力以不同組成表示法表達(dá)時(shí)的液相傳質(zhì)阻力。同樣，根據(jù)各種表示法的相互關(guān)系可推得 式中 cm 為液相的總摩爾濃度。cmxkck )1)(1 (ixXXXkkxXkkcmXkck液相濃度很低時(shí)： 三、相界面的濃度三、相界面的濃度 在氣、液兩相內(nèi)傳質(zhì)速率的計(jì)算中，推進(jìn)力項(xiàng)中含有溶質(zhì)在相界面的濃度 yi 和 xi ，可用計(jì)算方法或作圖法得出。計(jì)算法：對(duì)穩(wěn)定的吸收過程，氣、液兩相內(nèi)傳質(zhì)速率應(yīng)相等。假設(shè)兩相濃度均以摩爾分?jǐn)?shù)表示，有 當(dāng) kx 和 ky 為定值時(shí)，在直角坐標(biāo)系中 yixi 關(guān)系是一條過定點(diǎn)x,y而斜率為 -kx/ky 的直線。 )()(

29、xxkyykNixiyAyxiikkxxyy根據(jù)雙膜實(shí)際，界面處 yixi 應(yīng)滿足相平衡關(guān)系：假設(shè)知相平衡關(guān)系式以及氣、液相傳質(zhì)系數(shù) ky、kx，將上兩式聯(lián)立就可求得當(dāng)氣、液相主體摩爾分率為 y、x 時(shí)所對(duì)應(yīng)的界面處氣、液相摩爾分率 yi、xi。 ieixfy 相界面的濃度相界面的濃度 作圖法：yxoy*=f(x)斜率=-kx/kyyxy*x*xiyiA氣相液相相界面yi xi yi =fe(xi)yxiyxixxkkyy ieixfy yi、xi 為直線 與平衡線 的交點(diǎn)坐標(biāo)，直線上 A 點(diǎn)坐標(biāo)為與之對(duì)應(yīng)的氣、液主體流的摩爾分?jǐn)?shù) y、x。 四、總傳質(zhì)速率方程四、總傳質(zhì)速率方程 傳送過程的阻力

30、具有加和性。假設(shè)以雙膜實(shí)際為根據(jù)，那么吸收過程的傳質(zhì)總阻力是氣相傳質(zhì)阻力與液相傳質(zhì)阻力之和(相界面無阻力)。總傳質(zhì)速率為總傳質(zhì)推進(jìn)力(y-y*)與總的傳質(zhì)阻力(1/Ky)之比。相平衡關(guān)系為直線 對(duì)稀溶液，物系的相平衡關(guān)系服從亨利定律 y*=mx。*yykmNixAiyAyykNxyxyiiAkmkyykmkyyyyN11*xyykmkK11*1yyKKyyNyyA氣相： 液相： 相際： 比較可得： 總傳質(zhì)速率方程總傳質(zhì)速率方程 以氣相為基準(zhǔn)的總傳質(zhì)速率方程*yyKNyAKy 是以 (y-y*) 為推進(jìn)力的總傳質(zhì)系數(shù)，單位為 kmol/(sm2)，其倒數(shù)為氣、液兩相傳質(zhì)總阻力?？倐髻|(zhì)系數(shù) Ky相

31、際傳質(zhì)系數(shù)與相內(nèi)傳質(zhì)系數(shù) kx、ky 的關(guān)系式，本質(zhì)表達(dá)了總傳質(zhì)阻力 1/Ky 等于氣相傳質(zhì)阻力 1/ky 與液相傳質(zhì)阻力 m/kx 之和。由于總阻力 1/Ky 以氣相為基準(zhǔn)，所以液相阻力 1/kx 需乘以換算系數(shù) m。 (yi-y*) 項(xiàng)是與液相傳質(zhì)推進(jìn)力 (xi-x) 相對(duì)應(yīng)的，可以看作是以氣相濃度差的方式等價(jià)表示的液相傳質(zhì)推進(jìn)力。氣、液傳質(zhì)總推進(jìn)力為兩相的相內(nèi)傳質(zhì)推進(jìn)力之和。xyykmkK11總傳質(zhì)速率方程總傳質(zhì)速率方程 iyAxxmkN*xxkNixAyxAmkkxxN11*yxxmkkK111xxKKxxNxxA*1如將 yi=mxi 和 y=mx* 代入式 ，可得 iyAyykN氣

32、相： 液相： 相際： 比較可得： 以液相為基準(zhǔn)的總傳質(zhì)速率方程Kx 是以(x*-x)為推進(jìn)力的總傳質(zhì)系數(shù)，單位為kmol/(m2s)。1/Kx代表了以液相為基準(zhǔn)的吸收傳質(zhì)過程的總傳質(zhì)阻力，是以液相為基準(zhǔn)的氣、液兩相相內(nèi)傳質(zhì)阻力之和。 總傳質(zhì)速率方程總傳質(zhì)速率方程 對(duì)易溶氣體，平衡常數(shù) m 值小，平衡線很平，這時(shí)：傳質(zhì)阻力主要集中在氣相，此類傳質(zhì)過程稱為氣相阻力控制過程，或稱氣膜控制過程。 yyyyxykKkKkmk111采用總傳質(zhì)速率方程進(jìn)展計(jì)算可避開難以確定的相界面組成 xi 和 yi。這與經(jīng)過間壁對(duì)流傳熱問題中用總傳熱速率方程可避開固體壁面兩側(cè)溫度是類似的。 總傳質(zhì)阻力取決于氣、液兩相的傳

33、質(zhì)阻力。但對(duì)一些吸收過程，氣、液兩相傳質(zhì)阻力在總傳質(zhì)阻力中所占的比例相差甚遠(yuǎn)，可對(duì)問題進(jìn)展簡(jiǎn)化處置?？倐髻|(zhì)速率方程總傳質(zhì)速率方程 對(duì)難溶氣體，平衡常數(shù) m 值大，平衡線很陡，這時(shí)： xxxxyxkKkKmkk1111傳質(zhì)阻力主要集中在液相，此類過程稱為液相阻力控制過程，或液膜控制過程。 分析氣、液兩相中傳質(zhì)阻力所占的比例，對(duì)于強(qiáng)化傳質(zhì)過程，提高傳質(zhì)速率有重要的指點(diǎn)意義。例如，以氣相阻力為主的吸收操作，添加氣體流速，可減薄界面處氣膜層的厚度，從而降低氣相傳質(zhì)阻力，有效地提高吸收速率；而添加液體流速吸速率那么不會(huì)有明顯改動(dòng)。 五、吸收傳質(zhì)速率方程的幾種方式五、吸收傳質(zhì)速率方程的幾種方式相平衡方程

34、吸收傳質(zhì)速率方程 總傳質(zhì)系數(shù) 相內(nèi)或同基準(zhǔn)的傳質(zhì)系數(shù)換算 相際或不同基準(zhǔn)傳質(zhì)系數(shù)換算 amxyBMXYbHcpxxKyyKxxkyykNxyixiyA*XXKYYKXXkYYkNXYiXiYA*ccKppKcckppkNcgicigA*xyykmkK11xyxkmkK1)(11XYYkMkK11)(111cggHkkKcgckkHK11XYXkMkK1)(11iyYgyYYkkPkk11ixXcmxXXkkkck11*11YYKKPKKyYgy*11XXKKKcKxXLmxmKKmkkxyxyMKKMkkXYXYcgcgHKKHkk第三節(jié)第三節(jié) 吸收塔的計(jì)算吸收塔的計(jì)算化工單元設(shè)備的計(jì)算，按給

35、定條件、義務(wù)和要求的不同，普通可分為設(shè)計(jì)型計(jì)算和操作型校核型計(jì)算兩大類。設(shè)計(jì)型計(jì)算：按給定的消費(fèi)義務(wù)和工藝條件來設(shè)計(jì)滿足義務(wù)要求的單元設(shè)備。操作型計(jì)算：根據(jù)知的設(shè)備參數(shù)和工藝條件來求算所能完成的義務(wù)。兩種計(jì)算所遵照的根本原理及所用關(guān)系式都一樣，只是詳細(xì)的計(jì)算方法和步驟有些不同而已。本章著重討論吸收塔的設(shè)計(jì)型計(jì)算，而操作型計(jì)算那么經(jīng)過習(xí)題加以訓(xùn)練。 吸收塔的設(shè)計(jì)型計(jì)算是按給定的消費(fèi)義務(wù)及條件知待分別氣體的處置量與組成，以及要到達(dá)的分別要求，設(shè)計(jì)出能完成此分別義務(wù)所需的吸收塔。 本節(jié)討論的重點(diǎn)是：按延續(xù)接觸原理操作的填料塔，至于板式塔那么在上一章的根底上結(jié)合吸收特點(diǎn)作簡(jiǎn)單討論。 填料填加在塔內(nèi)構(gòu)成

36、填料層，填料層有兩個(gè)特點(diǎn)，一是空隙體積所占比例相當(dāng)大，便于氣體在其內(nèi)部迂回曲折經(jīng)過并提高湍動(dòng)程度，二是單位體積內(nèi)有很大的固體外表積。液體沿固體壁面呈膜狀流下，因此填料塔內(nèi)的氣液接觸面比空塔內(nèi)大得多。 塔內(nèi)氣液流動(dòng)方式普通呈逆流，氣體自塔底通入，液體從塔頂灑下，因此溶液從塔底流出前與剛進(jìn)入塔的氣體相接觸，可使溶液的濃度盡量提高。經(jīng)吸收后的氣體從塔頂排出前與剛?cè)胨囊后w接觸，又可使出塔氣體中溶質(zhì)濃度盡量降低。 吸收塔的設(shè)計(jì)中，混合氣體的處置量V、進(jìn)口濃度Y1和出口濃度Y2或溶質(zhì)的回收率都是作為設(shè)計(jì)條件而規(guī)定的。設(shè)計(jì)時(shí)首先是選定溶劑吸收劑，隨著就是決議吸收劑的用量。吸收劑用量與氣體處置量之比液、氣比

37、由物料衡算與平衡關(guān)系兩者結(jié)合起來決議，詳細(xì)方法將于本節(jié)討論。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是算出設(shè)備的根本尺寸，對(duì)填料塔來說，就是設(shè)計(jì)塔徑與填料層高度。由混合氣體的處置量體積流率V與合理的氣體線速度u可以算出塔的截面積，由此可確定塔徑D。塔徑確定后，填料層高度Z那么取決于所需填料層體積，而所需的填料層體積又取決于所需的有效氣液接觸面積，這個(gè)面積主要是經(jīng)過傳質(zhì)速率來決議的。 設(shè)計(jì)計(jì)算的主要內(nèi)容與步驟 計(jì)算根據(jù)：物系的相平衡關(guān)系和傳質(zhì)速率(1) 吸收劑的選擇及用量的計(jì)算；(2) 設(shè)備類型的選擇；(3) 塔徑計(jì)算；(4) 填料層高度或塔板數(shù)的計(jì)算；(5) 確定塔的高度；(6) 塔的流膂力學(xué)計(jì)算及校核；(7) 塔的附

38、件設(shè)計(jì)。 6 6 3 31 1 吸收塔的物料衡算與操作吸收塔的物料衡算與操作線方程線方程 目的：計(jì)算給定吸收義務(wù)下所需的吸收劑用量 L 或吸收劑出口濃度 X1?；旌蠚怏w經(jīng)過吸收塔的過程中，可溶組分不斷被吸收，故氣體的總量沿塔高而變，液體也因其中不斷溶入可溶組分，其量也沿塔高而變。但是，經(jīng)過塔的惰性氣體量和溶劑量是不變的。 以逆流操作的填料塔為例：以逆流操作的填料塔為例：對(duì)穩(wěn)定吸收過程，單位時(shí)間內(nèi)氣相在塔內(nèi)被吸收的溶質(zhì) A 的量必需等于液相吸收的量。經(jīng)過對(duì)全塔A物質(zhì)量作物料衡算，可得：下標(biāo)“1代表塔內(nèi)填料層下底截面，下標(biāo)“2代表填料層上頂截面。V 單位時(shí)間經(jīng)過塔的惰性氣體量；kmol(B)/s

39、；L 單位時(shí)間經(jīng)過吸收塔的溶劑量；kmol(S)/s ；Y 任一截面的混合氣體中溶質(zhì)與惰性氣體的摩爾比；kmol(A)/kmol(B) ； X 任一截面的溶液中溶質(zhì)與溶劑的摩爾比；kmol(A)/kmol(S) 。1221LXVYLXVYV, Y2V, Y1L, X1L, X2V, YL, X物料衡算物料衡算 假設(shè) GA 為吸收塔的傳質(zhì)負(fù)荷，即氣體經(jīng)過填料塔時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)溶質(zhì)被吸收劑吸收的量 kmol/s，那么 進(jìn)塔氣量 V 和組成 Y1 是吸收義務(wù)規(guī)定的，進(jìn)塔吸收劑溫度和組成 X2 普通由工藝條件所確定，出塔氣體組成 Y2 那么由義務(wù)給定的吸收率 求出 )()(2121XXLYYVGA)1

40、(12YYV, Y2V, Y1L, X1L, X2V, YL, X在填料塔內(nèi)，對(duì)氣體流量與液體流量一定的穩(wěn)定的吸收操作，氣、液組成沿塔高延續(xù)變化；在塔的任一截面接觸的氣、液兩相組成是相互制約的；全塔物料衡算式就代表L、V一定，塔內(nèi)具有最高氣、液濃度的截面“1濃端，或具有最低氣、液濃度的截面“2稀端的氣、液濃度關(guān)系。22XVLYXVLY11XVLYXVLYLXVYLXVY11二、操作線方程與操作線二、操作線方程與操作線同理，假設(shè)在任一截面與塔頂端面間作溶質(zhì)A的物料衡算，有 V, Y2V, Y1L, X1L, X2V, YL, X上兩式均稱為吸收操作線方程，代表逆流操作時(shí)塔內(nèi)任一截面上的氣、液兩相

41、組成 Y 和 X 之間的關(guān)系。L/V稱為吸收塔操作的液氣比。假設(shè)取填料層任一截面與塔的塔底端面之間的填料層為物料衡算的控制體，那么所得溶質(zhì) A 的物料衡算式為 V, Y2V, Y1L, X1L, X2V, YL, X操作線方程與操作線操作線方程與操作線當(dāng) L/V 一定，操作線方程在 Y-X 圖上為以液氣比 L/V 為斜率，過塔進(jìn)、出口的氣、液兩相組成點(diǎn)(Y1，X1)和(Y2，X2)的直線，稱為吸收操作線。YXoY*=f(X)AY1X1X2Y2BYXX*Y*P線上任一點(diǎn)的坐標(biāo)(Y，X)代表了塔內(nèi)該截面上氣、液兩相的組成。操作線上任一點(diǎn) P 與平衡線間的垂直間隔 (Y-Y*) 為塔內(nèi)該截面上以氣相

42、為基準(zhǔn)的吸收傳質(zhì)推進(jìn)力；與平衡線的程度間隔 (X*-X) 為該截面上以液相為基準(zhǔn)的吸收傳質(zhì)推進(jìn)力。兩線間垂直間隔Y-Y*或程度間隔X*-X的變化顯示了吸收過程推進(jìn)力沿塔高的變化規(guī)律。 Y- Y*X*-X操作線方程與操作線操作線方程與操作線并流操作線方程V, Y1V, Y2L, X2L, X1V, YL, X對(duì)氣、液兩相并流操作的吸收塔，取塔內(nèi)填料層任一截面與塔頂濃端構(gòu)成的控制體作物料衡算，可得并流時(shí)的操作線方程，其斜率為-L/V。 11XVLYXVLYYXoY*=f(X)AY1X1X2Y2BYXX*Y*PY- Y*X*-X三、吸收塔內(nèi)流向的選擇三、吸收塔內(nèi)流向的選擇 在 Y1 至 Y2 范圍內(nèi)

43、，兩相逆流時(shí)沿塔高均能堅(jiān)持較大的傳質(zhì)推進(jìn)力，而兩相并流時(shí)從塔頂?shù)剿籽厮邆髻|(zhì)推進(jìn)力逐漸減小，進(jìn)、出塔兩截面推進(jìn)力相差較大。 在氣、液兩相進(jìn)、出塔濃度一樣的情況下，逆流操作的平均推進(jìn)力大于并流，從提高吸收傳質(zhì)速率出發(fā)，逆流優(yōu)于并流。這與間壁式對(duì)流傳熱的并流與逆流流向選擇分析結(jié)果是一致的。 工業(yè)吸收普通多采用逆流，本章后面的討論中如無特殊闡明，均為逆流吸收。 與并流相比，逆流操作時(shí)上升的氣體將對(duì)借重力往下流動(dòng)的液體產(chǎn)生一曳力，妨礙液體向下流動(dòng)，因此限制了吸收塔所允許的液體流率和氣體流率，這是逆流操作不利的一面。 吸收劑用量 L 或液氣比 L/V 在吸收塔的設(shè)計(jì)計(jì)算和塔的操作調(diào)理中是一個(gè)很重要的參

44、數(shù)。吸收塔的設(shè)計(jì)計(jì)算中，氣體處置量 V，以及進(jìn)、出塔組成 Y1、Y2 由設(shè)計(jì)義務(wù)給定，吸收劑入塔組成 X2 那么是由工藝條件決議或設(shè)計(jì)人員選定。2211XYYLVX可知吸收劑出塔濃度 X1 與吸收劑用量 L 是相互制約的。由全塔物料衡算式 選取的 L/V ，操作線斜率 ，操作線與平衡線的間隔 ，塔內(nèi)傳質(zhì)推進(jìn)力 ，完成一定分別義務(wù)所需塔高 ； L/V ，吸收劑用量 ，吸收劑出塔濃度 X1 ，循環(huán)和再生費(fèi)用 ； 假設(shè)L/V ，吸收劑出塔濃度 X1 ，塔內(nèi)傳質(zhì)推進(jìn)力 ，完成一樣義務(wù)所需塔高 ，設(shè)備費(fèi)用 。吸收劑用量確實(shí)定吸收劑用量確實(shí)定 不同液氣比 L/V 下的操作線圖直觀反映了這一關(guān)系。YXoY*

45、=f(X)AY1X1X2Y2BL/VY- Y*AX1(L/V)X1,max(L/V)minC最小液氣比(L/V)min要到達(dá)規(guī)定的分別要求，或完成必需的傳質(zhì)負(fù)荷量 GA=V(Y1-Y2)，L/V 的減小是有限的。當(dāng) L/V 下降到某一值時(shí)，操作線將與平衡線相交或者相切，此時(shí)對(duì)應(yīng)的 L/V 稱為最小液氣比，用(L/V)min表示，而對(duì)應(yīng)的 X1 那么用 X1,max 表示。最小液氣比最小液氣比(L/V)min隨 L/V 的減小，操作線與平衡線是相交還是相切取決于平衡線的外形。YXoY*=f(X)Y1X2Y2BX1,max=X1*(L/V)minCYXoY*=f(X)Y1X2Y2BX1*(L/V)

46、minCX1,max兩線在 Y1 處相交時(shí)，X1,max=X1*；兩線在中間某個(gè)濃度處相切時(shí)， X1,maxX1* 。 2max, 121minXXYYVL2max, 121minXXYYVL最小液氣比的計(jì)算式：吸收劑用量確實(shí)定吸收劑用量確實(shí)定 在最小液氣比下操作時(shí)，在塔的某截面上塔底或塔內(nèi)氣、液兩相達(dá)平衡，傳質(zhì)推進(jìn)力為零，完成規(guī)定傳質(zhì)義務(wù)所需的塔高為無窮大。對(duì)一定高度的塔而言，在最小液氣比下操作那么不能到達(dá)分別要求。 實(shí)踐液氣比應(yīng)在大于最小液氣比的根底上，兼顧設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用兩方面要素，按總費(fèi)用最低的原那么來選取。根據(jù)消費(fèi)實(shí)際閱歷，普通取 min0 . 21 . 1VLVL留意：以上由最小

47、液氣比確定吸收劑用量是以熱力學(xué)平衡為出發(fā)點(diǎn)的。從兩相流膂力學(xué)角度出發(fā)，還必需使填料外表能被液體充分潤(rùn)濕以保證兩相均勻分散并有足夠的傳質(zhì)面積，因此所取吸收劑用量 L 值還應(yīng)不小于所選填料的最低潤(rùn)濕率，即單位塔截面上、單位時(shí)間內(nèi)的液體流量不得小于某一最低允許值。 此傳質(zhì)量也就是在 dZ 段內(nèi)溶質(zhì) A 由氣相轉(zhuǎn)入液相的量。因此 ZaNFNAAdd假設(shè) dZ 微元段內(nèi)傳質(zhì)速率為NA，填料提供的傳質(zhì)面積為 dF=adZ，那么經(jīng)過傳質(zhì)面積 dF 溶質(zhì) A 的傳送量為 XLYVGAddd對(duì)填料層中高度為 dZ 的微分段作物料衡算可得溶質(zhì) A 在單位時(shí)間內(nèi)由氣相轉(zhuǎn)入液相的量 dGA 填料層高度的根本計(jì)算式填料

48、層高度的根本計(jì)算式 填料塔內(nèi)氣、液組成 Y、X 和傳質(zhì)推進(jìn)力DY或DX均隨塔高變化，故塔內(nèi)各截面上的吸收速率也不一樣。ZaNYVGAAdddZaNXLGAAdddV, Y2V, Y1L, X1L, X2YXZY+dYdZX+dX將以比摩爾分?jǐn)?shù)表示的總的傳質(zhì)速率方程代入，那么有 對(duì)上兩式沿塔高積分得 在上述推導(dǎo)中，用相內(nèi)傳質(zhì)速率方程替代總的傳質(zhì)速率方程可得方式完全一樣的填料層高度 Z 的計(jì)算式。假設(shè)采用 NA=kY(Y-Yi) 和 NA=kX(Xi - X) 可得：ZaYYKYVYdd*ZaXXKXLXdd*d12YYYaKVZYYYXXXaKLZXXX*d1212dYYiYYYYakVZ12d

49、XXiXXXXakLZ用其它組成表示法的傳質(zhì)速率方程，可推得以相應(yīng)相組成表示的填料層高度 Z 的計(jì)算式。 填料層高度的根本計(jì)算式填料層高度的根本計(jì)算式 低濃度氣體吸收填料層高度的計(jì)算低濃度氣體吸收填料層高度的計(jì)算 特點(diǎn)：低濃度氣體吸收y110%因吸收量小，由此引起的塔內(nèi)溫度和流動(dòng)情況的改動(dòng)相應(yīng)也小，吸收過程可視為等溫過程，傳質(zhì)系數(shù) kY、kX 、KY、KX 沿塔高變化小，可取塔頂和塔底條件下的平均值。填料層高度 Z 的計(jì)算式： 對(duì)高濃度氣體，假設(shè)在塔內(nèi)吸收的量并不大如高濃度難溶氣體吸收，吸收過程具有低濃度氣體吸收的特點(diǎn)，也可按低濃度吸收處置。體積傳質(zhì)系數(shù)：實(shí)踐運(yùn)用中，常將傳質(zhì)系數(shù)與比外表積 a

50、 的乘積Kya 及 KXa作為一個(gè)完好的物理量對(duì)待，稱為體積傳質(zhì)系數(shù)或體積吸收系數(shù)，單位為 kmol/(s.m3) 。體積傳質(zhì)系數(shù)的物理意義：傳質(zhì)推進(jìn)力為一個(gè)單位時(shí)，單位時(shí)間，單位體積填料層內(nèi)吸收的溶質(zhì)摩爾量。 12*dYYYYYYaKVZ12*dXXXXXXaKLZ二、傳質(zhì)單元數(shù)與傳質(zhì)單元高度二、傳質(zhì)單元數(shù)與傳質(zhì)單元高度對(duì)氣相總傳質(zhì)系數(shù)和推進(jìn)力：HOG 氣相總傳質(zhì)單元高度，m；NOG 氣相總傳質(zhì)單元數(shù)，無因次。 HOL 液相總傳質(zhì)單元高度，m；NOL 液相總傳質(zhì)單元數(shù)，無因次。 aKVHYGO12*dYYGOYYYNOGOGNHZaKLHXLO12*dXXLOXXXNOLOLNHZ12*dY

51、YYYYYaKVZ假設(shè)令 對(duì)液相總傳質(zhì)系數(shù)和推進(jìn)力：12*dXXXXXXaKLZ假設(shè)令 傳質(zhì)單元數(shù)與傳質(zhì)單元高度傳質(zhì)單元數(shù)與傳質(zhì)單元高度 定義傳質(zhì)單元高度和傳質(zhì)單元數(shù)來表達(dá)填料層高度 Z，從計(jì)算角度而言，并無簡(jiǎn)便之利，但卻有利于對(duì) Z 的計(jì)算式進(jìn)展分析和了解。下面以NOG 和 HOG 為例給予闡明。 NOG 中的 dY 表示氣體經(jīng)過一微分填料段的氣相濃度變化，(Y-Y*為該微分段的相際傳質(zhì)推進(jìn)力。假設(shè)用 (Y-Y*)m 表示在某一高度填料層內(nèi)的傳質(zhì)平均推進(jìn)力，且氣體經(jīng)過該段填料層的濃度變化 (Ya-Yb) 恰好等于 (Y-Y*)m，即有 由 Z=HOGNOG 可知，這段填料層的高度就等于一個(gè)氣

52、相總傳質(zhì)單元高度HOG。因此，可將 NOG 看作所需填料層高度 Z 相當(dāng)于多少個(gè)傳質(zhì)單元高度 HOG。 1*mbaYYOGYYYYYYdYNab傳質(zhì)單元數(shù)與傳質(zhì)單元高度傳質(zhì)單元數(shù)與傳質(zhì)單元高度 傳質(zhì)單元數(shù) NOG 或 NOL 反映吸收過程的難易程度，其大小取決于分別義務(wù)和整個(gè)填料層平均推進(jìn)力大小兩個(gè)方面。NOG 與氣相或液相進(jìn)、出塔的濃度，液氣比以及物系的平衡關(guān)系有關(guān)，而與設(shè)備方式和設(shè)備中氣、液兩相的流動(dòng)情況等要素?zé)o關(guān)。在設(shè)備選型前可先計(jì)算出過程所需的 NOG 或 NOL。NOG 或 NOL 值大，分別義務(wù)艱巨，為防止塔過高應(yīng)選用傳質(zhì)性能優(yōu)良的填料。假設(shè) NOG 或 NOL 值過大，就應(yīng)重新思

53、索所選溶劑或液氣比 L/V 能否合理。 12*dYYGOYYYN12*dXXLOXXXN傳質(zhì)單元數(shù)與傳質(zhì)單元高度傳質(zhì)單元數(shù)與傳質(zhì)單元高度 總傳質(zhì)單元高度 HOG 或 HOL 那么表示完成一個(gè)傳質(zhì)單元分別義務(wù)所需的填料層高度，代表了吸收塔傳質(zhì)性能的高低，主要與填料的性能和塔中氣、液兩相的流動(dòng)情況有關(guān)。HOG 或 HOL 值小，表示設(shè)備的性能高，完成一樣傳質(zhì)單元數(shù)的吸收義務(wù)所需塔的高度小。 用傳質(zhì)單元高度 HOG、HOL 或傳質(zhì)系數(shù) KYa、Kxa 表征設(shè)備的傳質(zhì)性能其本質(zhì)是一樣的。但隨氣、液流率改動(dòng) Kya 或 Kxa 的值變化較大，普通流率添加，KYa或KXa增大。HOG 或 HOL 因分子分母同向變化的緣故，其變化幅度就較小。普通吸收設(shè)備的傳質(zhì)單元高度在 0.151.5m 范圍內(nèi)。 aKVHYGOaKLHXLO傳質(zhì)單元數(shù)與傳質(zhì)單元高度傳質(zhì)單元數(shù)與傳質(zhì)單元高度 類似地當(dāng)相平