第6章 氣體吸收

第六章氣體吸收6.1

概述

6.2

氣液相平衡

6.3

分子擴(kuò)散與單相傳質(zhì)

6.4

對(duì)流傳質(zhì)

6.5

吸收塔的計(jì)算

6.6解吸及計(jì)算

16.1.概述6.1.1.化工生產(chǎn)中的傳質(zhì)過(guò)程6.1.2.相組成表示法6.1.3.氣體吸收過(guò)程返回26.1.1.化工生產(chǎn)中的傳質(zhì)過(guò)程

1.傳質(zhì)分離過(guò)程：依靠物質(zhì)從一相到另一相傳遞過(guò)程，叫傳質(zhì)分離過(guò)程。2.傳質(zhì)分離過(guò)程的依據(jù)：依據(jù)混合物中各組分在兩相間平衡分配不同。3（1）氣體吸收

選擇一定的溶劑（外界引入第二相）造成兩相，處理氣體混合物。

（2）液體蒸餾

對(duì)于液體混合物加熱，使混合物內(nèi)部造成兩相，利用不同組分揮發(fā)性的差異，使得液體混合物得以分離。4（3）固體干燥對(duì)含一定濕分的固體提供一定的熱量，使溶劑汽化，利用濕分壓差，使?jié)穹謴墓腆w表面或內(nèi)部轉(zhuǎn)移到氣相，從而將含濕分的固體物料得以凈化。56.1.2.相組成表示法

1．質(zhì)量分率與摩爾分率質(zhì)量分率：在混合物中某組分的質(zhì)量占混合物總質(zhì)量的分率。摩爾分率：在混合物中某組分的摩爾數(shù)占混合物總摩爾數(shù)的分率。6氣相：液相：質(zhì)量分率與摩爾分率的關(guān)系：72．質(zhì)量比與摩爾比質(zhì)量比：混合物中某組分A的質(zhì)量與惰性組分B（不參加傳質(zhì)的組分）的質(zhì)量之比。摩爾比：混合物中某組分的摩爾數(shù)與惰性組分摩爾數(shù)之比。8氣相：液相：質(zhì)量分率與質(zhì)量比的關(guān)系：摩爾分率與摩爾比的關(guān)系：93．質(zhì)量濃度與摩爾濃度質(zhì)量濃度：?jiǎn)挝惑w積混合物中某組分的質(zhì)量。摩爾濃度：?jiǎn)挝惑w積混合物中某組分的摩爾數(shù)。10質(zhì)量濃度與質(zhì)量分率的關(guān)系：摩爾濃度與摩爾分率的關(guān)系：c—混合物在液相中的總摩爾濃度，kmol/m3；—混合物液相的密度，kg/m3。114．氣體總壓與理想氣體中組分的分壓總壓與某組分的分壓之間的關(guān)系:摩爾比與分壓之間的關(guān)系:摩爾濃度與分壓之間的關(guān)系:126.1.3.氣體吸收過(guò)程1.氣體吸收的目的（1）分離混合氣體以獲得一定的組分。（2）除去有害組分以凈化或精制氣體。（3）制備某種氣體的溶液。（4）工業(yè)廢氣的治理。2.吸收的依據(jù)混合物各組分在某種溶劑中溶解度的差異。133．吸收過(guò)程及設(shè)備14吸收質(zhì)惰性組分溶劑吸收液吸收尾氣154．吸收流程吸收與解吸流程含苯煤氣脫苯煤氣洗油苯水過(guò)熱蒸汽加熱器冷卻器165．吸收分類（1）物理吸收和化學(xué)吸收（2）單組分吸收和多組分吸收（3）等溫吸收和非等溫吸收（4）高濃度吸收和低濃度吸收6．吸收劑的選擇要求（1）溶解度大；17（2）選擇性高；（3）再生容易；（4）揮發(fā)性??；（5）粘度低；（6）化學(xué)穩(wěn)定性高；（7）腐蝕性低；（8）無(wú)毒、無(wú)害、價(jià)廉等。選擇原則：經(jīng)濟(jì)、合理。186.2.氣液相平衡6.2.1.氣液相平衡關(guān)系6.2.2.相平衡關(guān)系在吸收過(guò)程中的應(yīng)用

返回196.2.1.氣液相平衡關(guān)系1．溶解度曲線平衡狀態(tài)：一定壓力和溫度，一定量的吸收劑與混合氣體充分接觸，氣相中的溶質(zhì)向溶劑中轉(zhuǎn)移，長(zhǎng)期充分接觸后，液相中溶質(zhì)組分的濃度不再增加，此時(shí)，氣液兩相達(dá)到平衡。飽和濃度：平衡時(shí)溶質(zhì)在液相中的濃度。20平衡分壓：平衡時(shí)氣相中溶質(zhì)的分壓。平衡狀態(tài)的因素

F＝C－＋2=3-2+2=3當(dāng)壓力不太高、溫度一定時(shí)

p*A

=f1（x）y*=f2（x）

p*A

=f3（cA）21氨在水中的溶解度液相中氨的摩爾數(shù)氣相中氨的分壓60℃50℃40℃30℃2220℃下SO2在水中的溶解度101.3kPa202.6kPaxy23t=293KCO2NH310ncA,kmol/m3pA,kPa幾種氣體在水中的溶解度曲線24討論：（2）溫度、y一定，總壓增加，在同一溶劑中，溶質(zhì)的溶解度x隨之增加，有利于吸收。（1）總壓、y一定，溫度下降，在同一溶劑中，溶質(zhì)的溶解度x隨之增加，有利于吸收。25（3）相同的總壓及摩爾分率，

cO2

<cCO2

<cSO2

<cNH3

氧氣等為難溶氣體，氨氣等為易溶氣體2．亨利定律（1）亨利定律內(nèi)容總壓不高時(shí)，在一定溫度下，稀溶液上方氣相中溶質(zhì)的平衡分壓與溶質(zhì)在液相中的摩爾分率成正比，其比例系數(shù)為亨利系數(shù)。

26討論：1）E的影響因素：溶質(zhì)、溶劑、T物系一定，2）E大的，溶解度小，難溶氣體E小的，溶解度大，易溶氣體3）E的來(lái)源：實(shí)驗(yàn)測(cè)得；查手冊(cè)——溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓，kPa；x——溶質(zhì)在液相中的摩爾分率；E——亨利常數(shù)，單位同壓強(qiáng)單位。271）（2）亨利定律其它形式H——溶解度系數(shù)，kmol/（m3·kPa）cA——摩爾濃度，kmol/m3；

H與E的關(guān)系：28H的討論：1）H大，溶解度大，易溶氣體2）P對(duì)H影響小，2）

m——相平衡常數(shù)，無(wú)因次。29m與E的關(guān)系：m的討論：1）m大，溶解度小，難溶氣體2）303）【例6-1】某系統(tǒng)溫度為10℃，總壓101.3kPa，試求此條件下在與空氣充分接觸后的水中，每立方米水溶解了多少克氧氣？=101.3×0.21=21.27kPa查得10℃時(shí)，氧氣在水中的亨利系數(shù)E為3.31×106kPa。313.57×10-4kmol/m3

W=3.57×10-4×32×1000=11.42g/m3326.2.2.相平衡關(guān)系在吸收過(guò)程中的應(yīng)用1．判斷過(guò)程進(jìn)行的方向y

y*或x*

>x或

A由氣相向液相傳質(zhì)，吸收過(guò)程平衡狀態(tài)A由液相向氣相傳質(zhì)，解吸過(guò)程吸收過(guò)程：332．指明過(guò)程進(jìn)行的極限過(guò)程極限：相平衡。y·Pyx··ABCxy*y*y341）逆流吸收，塔高無(wú)限，G，yaG，ybL，xaL，xb2）逆流吸收，塔高無(wú)限，3．確定過(guò)程的推動(dòng)力1)吸收過(guò)程推動(dòng)力的表達(dá)式y(tǒng)-

y*或x*

-x或352）在x～y圖上·APyy*xx*36【例6-2】在總壓101.3kPa，溫度30℃的條件下,SO2摩爾分率為0.3的混合氣體與SO2摩爾分率為0.01的水溶液相接觸，試問(wèn)：（1）SO2的傳質(zhì)方向；（2）其它條件不變，溫度降到0℃時(shí)SO2的傳質(zhì)方向；（3）其它條件不變，總壓提高到202.6kPa時(shí)SO2的傳質(zhì)方向，并計(jì)算以液相摩爾分率差及氣相摩爾率差表示的傳質(zhì)推動(dòng)力。376.3.分子擴(kuò)散與單相傳質(zhì)6.3.1.分子擴(kuò)散6.3.2.單相分子擴(kuò)散6.3.3.單相對(duì)流傳質(zhì)6.3.4.

界面上的濃度386.3.分子擴(kuò)散與單相傳質(zhì)吸收過(guò)程：

（1）A由氣相主體到相界面，氣相內(nèi)傳遞；（2）A在相界面上溶解，溶解過(guò)程；（3）A自相界面到液相主體，液相內(nèi)傳遞。單相內(nèi)傳遞方式：分子擴(kuò)散；對(duì)流擴(kuò)散。1．分子擴(kuò)散與菲克定律6.3.1.分子擴(kuò)散39分子擴(kuò)散現(xiàn)象：40分子擴(kuò)散：在靜止或滯流流體內(nèi)部，若某一組分存在濃度差，則因分子無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)使該組分由濃度較高處傳遞至濃度較低處，這種現(xiàn)象稱為分子擴(kuò)散。擴(kuò)散通量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)垂直于擴(kuò)散方向的單位截面積擴(kuò)散的物質(zhì)量，J表示，kmol/(m2·s)。菲克定律：溫度、總壓一定，組分A在擴(kuò)散方向上任一點(diǎn)處的擴(kuò)散通量與該處A的濃度梯度成正比。41JA——組分A擴(kuò)散速率（擴(kuò)散通量），kmol/（m2·s）；—組分A在擴(kuò)散方向z上的濃度梯度（kmol/m3）/m；

DAB——組分A在B組分中的擴(kuò)散系數(shù)，m2/s。負(fù)號(hào)：表示擴(kuò)散方向與濃度梯度方向相反，擴(kuò)散沿著濃度降低的方向進(jìn)行42理想氣體：=436.3.2.單相分子擴(kuò)散分子擴(kuò)散兩種形式：等分子反向擴(kuò)散，單向擴(kuò)散。1．等分子反向擴(kuò)散及速率方程

JAJB(1)等分子反向擴(kuò)散TPpA2pB2TPpA1pB11244等分子反向擴(kuò)散：任一截面處兩個(gè)組分的擴(kuò)散速率大小相等，方向相反。

總壓一定=45

JA=－JB

DAB=DBA=D（2）等分子反向擴(kuò)散傳質(zhì)速率方程傳質(zhì)速率定義：任一固定的空間位置上，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的物質(zhì)量，記作N,kmol/(m2·s)。NA=氣相：46NA=液相：（3）討論1）472）組分的濃度與擴(kuò)散距離z成直線關(guān)系。3）等分子反方向擴(kuò)散發(fā)生在蒸餾過(guò)程中。2．單向擴(kuò)散及速率方程ppB1pA1pA2pB2擴(kuò)散距離z0zp4812JAJBNMcA/cNMcB/c總體流動(dòng)NMNA（1）總體流動(dòng)：因溶質(zhì)Ａ擴(kuò)散到界面溶解于溶劑中，造成界面與主體的微小壓差，使得混合物向界面處的流動(dòng)。（2）總體流動(dòng)的特點(diǎn)：1）因分子本身擴(kuò)散引起的宏觀流動(dòng)。2）A、B在總體流動(dòng)中方向相同，流動(dòng)速度正比于摩爾分率。49（3）單向擴(kuò)散傳質(zhì)速率方程50——微分式51在氣相擴(kuò)散——積分式5253——積分式——積分式液相：（4）討論1）組分A的濃度與擴(kuò)散距離z為指數(shù)關(guān)系2）、——漂流因數(shù)，無(wú)因次54漂流因數(shù)意義：其大小反映了總體流動(dòng)對(duì)傳質(zhì)速率的影響程度，其值為總體流動(dòng)使傳質(zhì)速率較單純分子擴(kuò)散增大的倍數(shù)。漂流因數(shù)的影響因素：濃度高，漂流因數(shù)大，總體流動(dòng)的影響大。低濃度時(shí)，漂流因數(shù)近似等于1，總體流動(dòng)的影響小。553）單向擴(kuò)散體現(xiàn)在吸收過(guò)程中。3．?dāng)U散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù)的意義：?jiǎn)挝粷舛忍荻认碌臄U(kuò)散通量，反映某組分在一定介質(zhì)中的擴(kuò)散能力，是物質(zhì)特性常數(shù)之一；D，m2/s。D的影響因素：A、B、T、P、濃度D的來(lái)源：查手冊(cè)；半經(jīng)驗(yàn)公式；測(cè)定56（1）氣相中的D范圍：10-5～10-4m2/s經(jīng)驗(yàn)公式（2）液相中的D范圍：10-10～10-9m2/s57【例6-3】有一直立的玻璃管，底端封死，內(nèi)充丙酮，液面距上端管口11mm，上端有一股空氣通過(guò)，5小時(shí)后，管內(nèi)液面降到距管口20.5mm，管內(nèi)液體溫度保持293K，大氣壓為100kPa，此條件下，丙酮的飽和蒸氣壓為24kPa。求丙酮在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)。z空氣丙酮58單位面積液面汽化的速率用液面高度變化的速率：=解59606.3.3.單相對(duì)流傳質(zhì)1．渦流擴(kuò)散渦流擴(kuò)散：流體作湍流運(yùn)動(dòng)時(shí)，若流體內(nèi)部存在濃度梯度，流體質(zhì)點(diǎn)便會(huì)靠質(zhì)點(diǎn)的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，相互碰撞和混合，組分從高濃度向低濃度方向傳遞，這種現(xiàn)象稱為渦流擴(kuò)散。61——渦流擴(kuò)散速率，kmol/(m2·s)；——渦流擴(kuò)散系數(shù)，m2/s。注意：渦流擴(kuò)散系數(shù)與分子擴(kuò)散系數(shù)不同，不是物性常數(shù)，其值與流體流動(dòng)狀態(tài)及所處的位置有關(guān)?？倲U(kuò)散通量：62TTWtWt熱流體冷流體pApAicAicA氣相液相TtGLE2．有效膜模型（1）單相內(nèi)對(duì)流傳質(zhì)過(guò)程631）靠近相界面處層流內(nèi)層：傳質(zhì)機(jī)理僅為分子擴(kuò)散，溶質(zhì)A的濃度梯度較大，pA隨z的變化較陡。2）湍流主體：渦流擴(kuò)散遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于分子擴(kuò)散，溶質(zhì)濃度均一化，pA隨z的變化近似為水平線。3）過(guò)渡區(qū)：分子擴(kuò)散+渦流擴(kuò)散，pA隨z的變化逐漸平緩。64（2）有效膜模型單相對(duì)流傳質(zhì)的傳質(zhì)阻力全部集中在一層虛擬的膜層內(nèi)，膜層內(nèi)的傳質(zhì)形式僅為分子擴(kuò)散。3．單相對(duì)流傳質(zhì)速率方程（1）氣相對(duì)流傳質(zhì)速率方程有效膜厚δG由層流內(nèi)層濃度梯度線延長(zhǎng)線與流體主體濃度線相交于一點(diǎn)E，則厚度δG為E到相界面的垂直距離。65——以分壓差表示推動(dòng)力的氣相傳質(zhì)分系數(shù)，kmol/（m2·s·kPa）。=傳質(zhì)系數(shù)×吸收的推動(dòng)力66氣相對(duì)流傳質(zhì)速率方程有以下幾種形式：——以氣相摩爾分率表示推動(dòng)力的氣相傳質(zhì)分系數(shù)，kmol/（m2·s）；各氣相傳質(zhì)分系數(shù)之間的關(guān)系：帶入上式與比較67液相傳質(zhì)速率方程有以下幾種形式：（2）液相對(duì)流傳質(zhì)速率方程68kL——以液相組成摩爾濃度表示推動(dòng)力的液相對(duì)流傳質(zhì)分系數(shù)，kmol/（m2·s·kmol/m3）；——以液相組成摩爾分率表示推動(dòng)力的液相對(duì)流傳質(zhì)分系數(shù)，kmol/（m2·s）；各液相傳質(zhì)分系數(shù)之間的關(guān)系：注意：對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)=f(操作條件、流動(dòng)狀態(tài)、物性）696.3.4.界面上的濃度定態(tài)傳質(zhì)=f（cAi）、cAi

1．一般情況2．平衡關(guān)系滿足亨利定律、cAi

703．圖解I（pAi，cAi）氣膜阻力液膜阻力操作點(diǎn)OI（界面）cA/kmol/m3cApA/kPa0716.4.對(duì)流傳質(zhì)6.4.1.兩相對(duì)流傳質(zhì)模型6.4.2.總傳質(zhì)速率方程6.4.3.傳質(zhì)阻力與傳質(zhì)速率的控制返回726.4.1.兩相對(duì)流傳質(zhì)模型相際對(duì)流傳質(zhì)三大模型：雙膜模型溶質(zhì)滲透模型表面更新模型1．雙膜模型pApAicAicA氣相液相GLE732．雙膜模型的基本論點(diǎn)（假設(shè)）

（1）氣液兩相存在一個(gè)穩(wěn)定的相界面，界面兩側(cè)存在穩(wěn)定的氣膜和液膜。膜內(nèi)為層流，A以分子擴(kuò)散方式通過(guò)氣膜和液膜。（2）相界面處兩相達(dá)平衡，無(wú)擴(kuò)散阻力。（3）有效膜以外主體中，充分湍動(dòng)，溶質(zhì)主要以

渦流擴(kuò)散的形式傳質(zhì)。雙膜模型也稱為雙膜阻力模型746.4.2.總傳質(zhì)速率方程

1．吸收過(guò)程的總傳質(zhì)速率方程（1）用氣相組成表示吸收推動(dòng)力——以氣相分壓差表示推動(dòng)力的氣相總傳質(zhì)系數(shù)，kmol/（m2·s·kPa）；——以氣相摩爾分率差表示推動(dòng)力的氣相總傳質(zhì)系數(shù)，kmol/（m2·s）；75（2）用液相組成表示吸收推動(dòng)力——以液相濃度差表示推動(dòng)力的液相總傳質(zhì)系數(shù)，kmol/m2·s·kmol/m3）；——以液相摩爾分率差表示推動(dòng)力的液相總傳質(zhì)系數(shù)，kmol/（m2·s）；（3）總傳質(zhì)系數(shù)與單相傳質(zhì)分系數(shù)之間的關(guān)系系統(tǒng)服從亨利定律或平衡關(guān)系在計(jì)算范圍為直線76根據(jù)雙膜理論77同理：用類似的方法得到78（4）總傳質(zhì)系數(shù)之間的關(guān)系

796.4.3.傳質(zhì)阻力與傳質(zhì)速率的控制1．傳質(zhì)阻力相間傳質(zhì)總阻力=液相(膜)阻力+氣相(膜)阻力注意:傳質(zhì)系數(shù)、傳質(zhì)阻力與推動(dòng)力一一對(duì)應(yīng)。802．傳質(zhì)速率的控制步驟（1）氣膜控制氣膜控制：傳質(zhì)阻力主要集中在氣相，此吸收過(guò)程為氣相阻力控制（氣膜控制）。H較大易溶氣體氣膜控制的特點(diǎn)：.pAGIpAicAcAi81提高傳質(zhì)速率的措施：提高氣體流速；加強(qiáng)氣相湍流程度。（2）液膜控制液膜控制：傳質(zhì)阻力主要集中在液相，此吸收過(guò)程為液相阻力控制（液膜控制）液膜控制的特點(diǎn)：H較小難溶氣體.82提高傳質(zhì)速率的措施：提高液體流速；加強(qiáng)液相湍流程度。同理：氣膜控制：液膜控制：m小易溶氣體m大難溶氣體83【例6-4】110kPa下操作的氨吸收塔，某截面上，含氨0.03摩爾分率的氣體與氨濃度為1kmol/m3的氨水接觸，已知?dú)庀鄠髻|(zhì)系數(shù)kG=5×10-9kmol/(m2·s·Pa)，液相傳質(zhì)系數(shù)kL=1.5×10-4m/s，氨水的平衡關(guān)系可用亨利定律表示，H=7.3×10-4kmol/(m3·Pa)，試計(jì)算：1）氣液界面上的兩相組成；2）以分壓差和摩爾濃度差表示的總推動(dòng)力、總傳質(zhì)系數(shù)、傳質(zhì)速率；3）以摩爾分率差表示總推動(dòng)力的氣相總傳質(zhì)系數(shù)；4）氣膜與液膜阻力的相對(duì)大小。846.5.吸收塔的計(jì)算6.5.1.物料衡算與操作線方程6.5.2.吸收劑用量的確定6.5.3.填料層高度的計(jì)算6.5.4.吸收塔的計(jì)算6.5.5.塔板數(shù)的計(jì)算返回85操作型：核算；操作條件與吸收結(jié)果的關(guān)系。計(jì)算依據(jù)：物料恒算相平衡吸收速率方程吸收塔的計(jì)算內(nèi)容：設(shè)計(jì)型：流向、流程、吸收劑用量、吸收劑濃度、塔高、塔徑6.5.吸收塔的計(jì)算865.5.1.物料衡算與操作線方程871．物料衡算定態(tài)，假設(shè)S不揮發(fā)，B不溶于S全塔范圍內(nèi)，對(duì)A作物料衡算：GBYb+LsXa=GBYa+LSXb

GB（Yb－Ya）=LS（Xb－Xa）GB，YaGB，YbLS，XaLS，Xb88Xb=Xa＋GB（Yb－Ya）/LS2．操作線方程式及操作線（1）逆流吸收GB，YaGB，YbLS，XaLS，XbGB，YLs，XGBY+LSXa=GBYa+LSXYa=Yb（1－）——A被吸收的百分率，稱為回收率或吸收率。89同理：逆流吸收操作線具有如下特點(diǎn)：XYbYaXbXaABY903）操作線僅與液氣比、濃端及稀端組成有關(guān)，與系統(tǒng)的平衡關(guān)系、塔型及操作條件T、p無(wú)關(guān)。2）操作線通過(guò)塔頂（稀端）A（Xa，Ya）及塔底（濃端）B（Xb，Yb）;1）定態(tài)，LS、GB、Yb、Xa恒定，操作線在X～Y

坐標(biāo)上為一直線，斜率為L(zhǎng)S/GB

。LS/GB為吸收操作的液氣比；915）平衡線與操作線共同決定吸收推動(dòng)力。操作線離平衡線愈遠(yuǎn)吸收的推動(dòng)力愈大；4）吸收操作線在平衡線的上方，解吸操作線在平衡線OE下方。XABYK.YXX*Y*92（2）并流吸收GB，YaGB，YbLS，XaLS，XbGB，YLS，XGBY+LSX=GBYa+LSXaYaYbXaXbABXY93逆流與并流的比較：1）逆流推動(dòng)力均勻，且2）Yb大，逆流時(shí)Yb與Xb在塔底相迂有利于提高Xb；Xa小，逆流時(shí)Ya與Xa在塔頂相迂有利于降低Ya。逆流與并流操作線練習(xí)94Y3X2X1Y1Y2X2Y2X3CDABY1Y2Y3X1X2X3CDAB955.5.2.吸收劑用量的確定96B1YbYaABOEXYXaXbX*bP971．最小液氣比最小液氣比定義：針對(duì)一定的分離任務(wù)，操作條件和吸收物系一定，塔內(nèi)某截面吸收推動(dòng)力為零，達(dá)到分離程度所需塔高無(wú)窮大時(shí)的液氣比。最小液氣比的計(jì)算（1）平衡曲線一般情況98X*b——與Yb相平衡的液相組成。平衡關(guān)系符合亨利定律時(shí)：2）平衡曲線為凸形曲線情況991002．操作液氣比101【例6-5】某礦石焙燒爐排出含SO2的混合氣體，除SO2外其余組分可看作惰性氣體。冷卻后送入填料吸收塔中，用清水洗滌以除去其中的SO2。吸收塔的操作溫度為20℃，壓力為101.3kPa。混合氣的流量為1000m3/h，其中含SO2體積百分?jǐn)?shù)為9%，要求SO2的回收率為90%。若吸收劑用量為理論最小用量的1.2倍，試計(jì)算：（1）吸收劑用量及塔底吸收液的組成X1；1022）當(dāng)用含SO20.0003（摩爾比）的水溶液作吸收劑時(shí)，保持二氧化硫回收率不變，吸收劑用量比原情況增加還是減少？塔底吸收液組成變?yōu)槎嗌?？已?01.3kPa，20℃條件下SO2在水中的平衡數(shù)據(jù)：與Y1相平衡的液相組成=0.0032低濃度吸收的特點(diǎn)：1036.5.3.填料層高度的計(jì)算1．傳質(zhì)單元數(shù)法

（1）塔高計(jì)算基本關(guān)系式hoyy+dyxx+dxhdhyaxaxbyb單位時(shí)間，dh內(nèi)吸收A的量：——塔截面積，㎡;GA——A的流率，kmol/(㎡·s)；G——混合氣體流率，kmol/(㎡·s)；L——吸收劑流率，kmol/(㎡·s)。104a——單位體積填料的有效傳質(zhì)面積，㎡。105填料層高度106同理：107——?dú)庀嗫傮w積傳質(zhì)系數(shù)，kmol/（m3·s）

——液相總體積傳質(zhì)系數(shù)，kmol/（m3·s）

填料層高度可用下面的通式計(jì)算：

Z=傳質(zhì)單元高度×傳質(zhì)單元數(shù)體積傳質(zhì)系數(shù)的物理意義：在單位推動(dòng)力下，單位時(shí)間，單位體積填料層內(nèi)吸收的溶質(zhì)量。

（2）傳質(zhì)單元數(shù)與傳質(zhì)單元高度

108以為例1）傳質(zhì)單元數(shù)、—液相總傳質(zhì)單元高度、總傳質(zhì)單元數(shù)——?dú)庀鄠髻|(zhì)單元高度、傳質(zhì)單元數(shù)——液相傳質(zhì)單元高度、傳質(zhì)單元數(shù)—?dú)庀嗫倐髻|(zhì)單元高度、總傳質(zhì)單元數(shù)定義：氣相總傳質(zhì)單元數(shù)109傳質(zhì)單元數(shù)的意義：反映了取得一定吸收效果的難易程度。氣體流經(jīng)一段填料，溶質(zhì)組成變化（yb－ya）等于該段填料平均吸收推動(dòng)力（y－y*）m時(shí)，，該段填料為一個(gè)傳質(zhì)單元。1102）傳質(zhì)單元高度

定義：氣相總傳質(zhì)單元高度，m。

傳質(zhì)單元高度的意義:完成一個(gè)傳質(zhì)單元分離效果所需的填料層高度，反映了吸收設(shè)備效能的高低。傳質(zhì)單元高度影響因素：填料性能、流動(dòng)狀況體積總傳質(zhì)系數(shù)與傳質(zhì)單元高度的關(guān)系:111傳質(zhì)單元高度變化范圍：0.15～1.5m。各種傳質(zhì)單元高度之間的關(guān)系平衡線斜率為m

112同理：比較上式：（3）傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算1）對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法氣液平衡線為直線操作線也為直線113=y－y＊=Ay+B114115同理：116平衡線與操作線平行時(shí)，當(dāng)、時(shí)，對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力可用算術(shù)平均推動(dòng)力。注意：平均推動(dòng)力法適用于平衡線為直線，逆流、并流吸收皆可。1172）吸收因數(shù)法平衡線為通過(guò)原點(diǎn)的直線，服從亨利定律

逆流為例：118S——解吸因數(shù)（脫吸因數(shù)）119120討論：m、yb、xa、S一定時(shí)：

注意：圖的適用范圍為>20及S<0.75。

的意義：反映了A吸收率的高低。

121參數(shù)S的意義：反映了吸收過(guò)程推動(dòng)力的大小，其值為平衡線斜率與吸收操作線斜率的比值。

S范圍在0.7～0.8

122

——吸收因數(shù)1233）數(shù)值積分法平衡線曲線時(shí)圖解積分法步驟如下：操作線上任取一點(diǎn)（x,y），其推動(dòng)力為(y-y*)。系列y～作圖得曲線。積分計(jì)算ya至yb范圍內(nèi)的陰影面積。124ybyaoE1252．等板高度法理論級(jí):不平衡的氣液兩相在一段填料層內(nèi)相互接觸，離開(kāi)該段填料的氣液兩相達(dá)到相平衡，此段填料為一個(gè)理論級(jí)。Z=HETP×NT

NT——完成分離任務(wù)，所需的理論級(jí)數(shù)；HETP——等板高度。等板高度：分離效果達(dá)到一個(gè)理論級(jí)所需的填料層高度。1266.5.4.吸收塔的計(jì)算命題：物系、操作條件一定，計(jì)算達(dá)到指定分離要求所需塔高。分離要求：殘余濃度ya或溶質(zhì)的回收率

1．設(shè)計(jì)型（1）流向的選擇

逆流特點(diǎn)：1)逆流推動(dòng)力大，傳質(zhì)速率快；2）吸收液的濃度高；3）溶質(zhì)的吸收率高；1274）液體受到上升氣體的曳力，限制了液體流量和氣體流量。（2）吸收劑進(jìn)口濃度的選擇及其最高允許濃度128（3）吸收劑流量的確定129【例6-6】在一塔徑為0.8m的填料塔內(nèi)，用清水逆流吸收空氣中的氨，要求氨的吸收率為99.5%。已知空氣和氨的混合氣質(zhì)量流量為1400kg/h，氣體總壓為101.3kPa，其中氨的分壓為1.333kPa。若實(shí)際吸收劑用量為最小用量的1.4倍，操作溫度（293K）下的氣液相平衡關(guān)系為y*=0.75x，氣相總體積吸收系數(shù)為0.088kmol/m3·s，試求（1）每小時(shí)用水量；（2）用平均推動(dòng)力法求出所需填料層高度。

130【例6-7】空氣中含丙酮2%（體積百分?jǐn)?shù)）的混合氣以0.024kmol/m2·s的流率進(jìn)入一填料塔，今用流率為0.065kmol/m2·s的清水逆流吸收混合氣中的丙酮，要求丙酮的回收率為98.8%。已知操作壓力為100kPa，操作溫度下的亨利系數(shù)為177kPa，氣相總體積吸收系數(shù)為0.0231kmol/m3·s，試用解吸因數(shù)法求填料層高度。1312．吸收塔的操作型計(jì)算命題：塔高一定時(shí)，吸收操作條件與吸收效果間的分析和計(jì)算;吸收塔的核算。

（１）定性分析【例5-8】在一填料塔中用清水吸收氨－空氣中的低濃氨氣，若清水量適量加大，其余操作條件不變，則ya、xb何變化？（已知體積傳質(zhì)系數(shù)隨流量變化關(guān)系為）

132定性分析步驟：1）根據(jù)條件確定HOG、S；2）利用ho=NOG·HOG，確定NOG的變化;

3）采用吸收因數(shù)法確定ya的變化;4）利用全塔物料衡算分析xb變化。

（2）定量計(jì)算問(wèn)題：吸收溫度降低，ya、xb、吸收操作線如何變化？

xa降低，ya、xb、吸收操作線如何變化？吸收壓力提高，ya、xb、吸收操作線如何變化？133【例6-9】某填料吸收塔在101.3kPa，293K下用清水逆流吸收丙酮—空氣混合氣中的丙酮，操作液氣比為2.0，丙酮的回收率為95%。已知該吸收為低濃度吸收，操作條件下氣液平衡關(guān)系為，吸收過(guò)程為氣膜控制，氣相總體積吸收系數(shù)與氣體流率的0.8次方成正比。（塔截面積為1㎡）（1）若氣體流量增加15%，而液體流量及氣、液進(jìn)口組成不變，試求丙酮的回收率有何變化？（2）若丙酮回收率由95%提高到98%，而氣體流量，氣、液進(jìn)口組成，吸收塔的操作溫度和壓力皆不變，試求吸收劑用量提高到原來(lái)的多少倍。1343．吸收過(guò)程的強(qiáng)化目標(biāo)：提高吸收過(guò)程的推動(dòng)力；降低吸收過(guò)程的阻力。（1）提高吸收過(guò)程的推動(dòng)力135【例5-10】在一填料吸收塔內(nèi)，用含溶質(zhì)為0.0099（摩爾分率）的吸收劑逆流吸收混合氣中溶質(zhì)的85%，進(jìn)塔氣體中溶質(zhì)濃度為0.091（摩爾分率），操作液氣比為0.9，已知操作條件下系統(tǒng)的平衡關(guān)系為，試求：（1）逆流操作改為并流操作后所得吸收液的濃度；（2）逆流操作與并流操作平均吸收推動(dòng)力的比。假設(shè)體積傳質(zhì)系數(shù)與流動(dòng)方式無(wú)關(guān)。1）逆流操作比并流操作的推動(dòng)力大；1362）提高吸收劑的流量；ybyaya’xbxb’xa137（2）降低吸收過(guò)程的傳質(zhì)阻力1）提高流體流動(dòng)的湍動(dòng)程度；2）改善填料的性能。3）吸收過(guò)程為氣膜控制時(shí)，降低吸收劑入口溫度；4）降低吸收劑入口溶質(zhì)的濃度；5）吸收過(guò)程為氣膜控制時(shí)，提高吸收的壓力。1386.5.5.塔板數(shù)的計(jì)算ya=y1xa=x0y1yix11ii+1Nx