天津大学版《化工原理》ppt课件.ppt

第二章第二章 气体吸收气体吸收教学要求教学要求 2-1 概述概述 2-2 低组成气体吸收低组成气体吸收的计算的计算 2-3 吸收系数吸收系数 2-4 其他吸收与解吸其他吸收与解吸教学要求教学要求重重 点：点：低浓吸收填料层高度的计算低浓吸收填料层高度的计算。基本概念：基本概念：最小溶剂用量最小溶剂用量、传质单元数传质单元数、传质传质 单元高度、吸收因子（解吸因子）单元高度、吸收因子（解吸因子）基本关系：基本关系：吸收过程的物料衡算（操作线方程）、吸收过程的物料衡算（操作线方程）、 最小溶剂用量计算、低浓吸收填料层高最小溶剂用量计算、低浓吸收填料层高 度的计算（平衡线为直线）度的计算（平衡线为直线）理解分析：理解分析：溶剂用量对吸收费用的影响，提高传质溶剂用量对吸收费用的影响，提高传质 效果的措施，传质性能的测定效果的措施，传质性能的测定。 2-1 概述概述一、吸收及其分类一、吸收及其分类1.吸收吸收：利用混合气体中各组分在溶剂（吸收剂）利用混合气体中各组分在溶剂（吸收剂） 中溶解度的差异，分离气体混合物的操中溶解度的差异，分离气体混合物的操 作。作。2.吸收的目的：回收溶质，制备溶液；净化气体。吸收的目的：回收溶质，制备溶液；净化气体。3.吸收分类吸收分类有无化有无化学反应学反应物理吸收物理吸收化学吸收化学吸收被吸收被吸收组分数组分数单组分吸收单组分吸收多组分吸收多组分吸收温度变温度变化情况化情况等温吸收等温吸收非等温吸收非等温吸收浓度高浓度高低情况低情况低浓度吸收低浓度吸收高浓度吸收高浓度吸收 2-1 概述概述4.吸收剂的选择：吸收剂的选择：（1）吸收剂对溶质有）吸收剂对溶质有较较大的溶解度；大的溶解度；（2）吸收剂对混合气中各组分有较好的选择性；）吸收剂对混合气中各组分有较好的选择性；（3）挥发度小，沸点高（蒸汽压低）；）挥发度小，沸点高（蒸汽压低）；（4）粘度低，腐蚀性小，无毒，价廉，易得等）粘度低，腐蚀性小，无毒，价廉，易得等。本章重点讨论：低浓度、单组分、等温、本章重点讨论：低浓度、单组分、等温、 物理吸收过程物理吸收过程 2-1 概述概述吸收塔吸收塔解吸塔解吸塔A+BA+B尾气尾气A+S吸收液吸收液GA：溶质（要分离的组分）：溶质（要分离的组分）二、二、吸收与解吸流程及设备吸收与解吸流程及设备 吸收剂吸收剂A+SA+G吸收和解吸是一完整的系统，解吸效果的好坏吸收和解吸是一完整的系统，解吸效果的好坏关系到吸收效果的好坏关系到吸收效果的好坏B：载气（混合气中除溶质载气（混合气中除溶质 外的所有组分）外的所有组分）；S：溶剂；：溶剂；G：载气（用于气提）：载气（用于气提） 2-1 概述概述吸收设备吸收设备连续接触式连续接触式填料塔填料塔逐级接触式逐级接触式板式塔板式塔 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算计算前提：溶剂不挥发，载气不溶解。计算前提：溶剂不挥发，载气不溶解。一、吸收塔的物料衡算与操作线方程一、吸收塔的物料衡算与操作线方程.操作线方程操作线方程(1)逆流逆流V载气的摩尔流量载气的摩尔流量 kmol/sL纯溶剂的摩尔流量纯溶剂的摩尔流量 kmol/sX,Y液、气相中溶质的摩尔比。液、气相中溶质的摩尔比。 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算V YV Y2L XV Y1L X1L X2在划定范围内，以单位时间在划定范围内，以单位时间为基准，对溶质做衡算为基准，对溶质做衡算: :LXVYLXVY22)(22XVLYXVLY对给定分离任务、选择好溶剂及对给定分离任务、选择好溶剂及操作条件时操作条件时:V, Y1,Y2,L,X2一定一定YX符合直线关系符合直线关系 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算)(*XfY L/VX2X1XY2Y1Y操作线的物理意义操作线的物理意义 反映填料塔任意截面反映填料塔任意截面气、液相组成间的关系。气、液相组成间的关系。(2)并流并流)(21XVLYXVLY过过（X1, Y1),(X2, Y2) 两点两点斜率：斜率：L/V试着画一下试着画一下? ? 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算Y1*X2X1XY2Y1YY2*)(*XfY L/V1Y2Y*222YYY*111YYY2.传质推动力传质推动力:塔底塔底: :塔顶塔顶: :逆流逆流任意截面任意截面? ?*YYY 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算X1X2XY2*Y2YY1Y1*)(*XfY 1Y2Y*211YYY*122YYY任意截面任意截面: :塔顶塔顶: :*YYY塔底塔底: :并流并流 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算二、吸收剂用量的确定二、吸收剂用量的确定1.溶剂用量溶剂用量L的影响（经济性）的影响（经济性）总费用总费用=设备费设备费+操作费操作费*111XXXVLL，minLLYYY0Y操作费用操作费用设备费用设备费用Y YY)(*XfY 以逆流为例以逆流为例X1XX2X1X1*YY2Y1 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算2.溶剂用量的求取溶剂用量的求取Lmin当溶剂用量减小到使塔的某个截面传质当溶剂用量减小到使塔的某个截面传质 推动力为推动力为0时，此时的溶剂用量为最小时，此时的溶剂用量为最小 溶剂用量。溶剂用量。minopt) 0 . 21 . 1 (LL 费用费用minLminLoptL费用费用关键：关键：Lmin 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算2121min*)(XXYYVL)(*11YXVLmin)(VL)(*XfY XX1X2X1*YY1Y2当纯溶剂吸收，平衡关系符合亨利定律时当纯溶剂吸收，平衡关系符合亨利定律时mYYYmXXYYVL1212121min*)( 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算)(*XfY VLmin)(VLXX2X1YY1Y2X1X1*2121min)(XXYYVL当平衡线有拐点时当平衡线有拐点时 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算例例1.用清水逆流吸收某混合气中溶质，已知入塔气体含溶质用清水逆流吸收某混合气中溶质，已知入塔气体含溶质7%（mol%)，混合气流量为，混合气流量为1500Nm3/h，操作条件下平衡，操作条件下平衡关系为：关系为：Y*=1.68X。要求吸收率为。要求吸收率为97%，试求：，试求： （1）溶质的吸收速度；）溶质的吸收速度；kmol/h （2）最小溶剂用量；）最小溶剂用量；t/h （3）当溶剂用量为）当溶剂用量为3200kg/h时，出塔溶液浓度是多少？时，出塔溶液浓度是多少？ 此时塔顶、塔此时塔顶、塔 底的传质推动力是多少？底的传质推动力是多少？ （4）如果出塔溶液浓度为）如果出塔溶液浓度为3%（mol%)，此时的溶剂用量，此时的溶剂用量 为多少？为多少？ （5）试绘出（）试绘出（3）、（）、（4）两种情况的操作线示意图，分）两种情况的操作线示意图，分 析要达到同样分离要求，哪种情况所需的传质面积析要达到同样分离要求，哪种情况所需的传质面积 大？大？ 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算两塔联合操作的操作线两塔联合操作的操作线aX1abY1aY2aY2bY1bX1bX2bX2aXYY*=f(X)X1aY1aX2bX1bY2aY2bX2aY1b=ab 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算Y2bX2bX2aX1aX1bY1bY2aY1aY*=f(X)XYY1aY2aY1b=Y2bX2bX2aX1aX1bab两塔联合操作的操作线两塔联合操作的操作线 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算L, X1X2=0Y2=0.003Y1=0.03X20.5L有循环的操作线有循环的操作线V=100kmol/hL=100kmol/hX=0.0151.有循环的操作线有循环的操作线2.循环点在循环点在x=0.015处的操作线处的操作线x1 x2 操作线操作线Y*=f(X)X1X2Y1Y2X2X=0.015YXX2* 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算例例2.在常压下用纯溶剂吸收某混合气中的溶质。在常压下用纯溶剂吸收某混合气中的溶质。 已知：入塔气体溶质浓度为已知：入塔气体溶质浓度为5%（mol%)，出，出 塔气体浓度塔气体浓度1%。操作条件下的平衡关系为：。操作条件下的平衡关系为： Y*=35X。试求：。试求： （1）逆流及并流时的最小液气比；）逆流及并流时的最小液气比； （2）压强升高至原来的）压强升高至原来的3倍时，逆流操作的液倍时，逆流操作的液 气比为原来的多少倍？气比为原来的多少倍？ 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算sVuD24uVDs4sV二、塔径的计算二、塔径的计算uD - 塔径 - 操作条件下的体积流量- 空塔气速，按空塔截面积计算的混合气体线速度 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算aVNA三、低浓吸收填料层高度的计算三、低浓吸收填料层高度的计算1.填料层高度的基本计算式填料层高度的基本计算式FNGAAGA溶质吸收速度溶质吸收速度 kmol/sNA传质速率传质速率 kmol/m2sF传质面积传质面积 m2V填料体积填料体积 m3a填料的有效比表面积填料的有效比表面积 m2/m3Z填料层高度填料层高度 m填料塔截面积填料塔截面积 m2ZaN A 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算dZY+dYX+dXXX1, LX2, LY2, VYY1, V对对dZ塔段进行物衡算：塔段进行物衡算：const, NA constZaNXLYVGddddAA当当NA选择不同表达式时，对全选择不同表达式时，对全塔积分可推出不同的塔积分可推出不同的Z计算式计算式： 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算当当NA=KY(Y-Y*)时时OGOGY012*ddNHYYYaKVZZYYZ当当NA=KX(X*-X)时时OLOLX012*ddNHXXXaKLZZXXZ 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算2.传质单元高度及传质单元数传质单元高度及传质单元数(1)传质单元高度传质单元高度aKLHXOLaKVHYOG传质单元高度传质单元高度=f(设备结构，操作条件）设备结构，操作条件）其数值大小反映设备传质性能的优劣。其数值大小反映设备传质性能的优劣。m5 . 15 . 0思考：传质单元高度受什么因素影响，反映什么？思考：传质单元高度受什么因素影响，反映什么？ 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算求取求取方法一：已知体积传质系数时，由定义式求解。方法一：已知体积传质系数时，由定义式求解。方法二：经验公式。方法二：经验公式。方法三：实验测定。方法三：实验测定。 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算(2)传质单元数传质单元数12*dOGYYYYYN12*dOLXXXXXN传传质质推推动动力力分分离离程程度度分分离离任任务务，操操作作条条件件）(OGfN其数值大小反映分离的难易程度其数值大小反映分离的难易程度NOG, 物系就越难分离。物系就越难分离。 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算一个传质单元一个传质单元1*d12OGYYYYYN1*)(*dmOGYYYYYYYNYY取（取（Y-Y*)=const*)(mYYYYOGHZ YY”Z=HOG 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算小结小结OGOGNHZ OLOLNHZaKVHYOGaKLHXOL12*dOGYYYYYN12*dOLXXXXXN填料层高度计算通式填料层高度计算通式Z=HN一定一定T, P 当低浓吸收，且当低浓吸收，且K=const 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算一定一定T, P 当低浓吸收，且当低浓吸收，且k=constakVHYGakLHXLLLNHZGGNHZ 12iGdYYYYYN12iLdXXXXXN 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算3.传质单元数传质单元数NOG的求取的求取(1)平衡线段为直线平衡线段为直线A 基本式基本式思路：利用操作线关系和相平衡关系，找出思路：利用操作线关系和相平衡关系，找出Y与与 Y-Y*之间的关系积分即可之间的关系积分即可平衡关系平衡关系操作线关系操作线关系Bm*XY)(22YLVXYLVX 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算B)(m*22YLVXYLVYB)(m)m1 (*22YLVXYLVYYYLVYYd)m1 (*)(d*OG112212*)( dm11*dYYYYYYYYYYLVYYYN 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算*lnm112211OGYYYYLVNB平均推动力法平均推动力法m21OGYYYN*ln*)(*)(22112211mYYYYYYYYYC 脱吸因数法脱吸因数法)1ln(112221SYYYYSSNOG 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算清水试求：试求：（2）每小时能吸收多少丙酮）每小时能吸收多少丙酮（3）若保持气液流量不变，将）若保持气液流量不变，将 填料层高度再增加填料层高度再增加3m，问，问 能多吸收多少丙酮？能多吸收多少丙酮？（1）总吸收系数）总吸收系数X16mY2Y13mY2已知：已知：D=880mm, Z=6m, Vs=2000m3/h, y1=5%, y2=0.263%, x1=6.12%, Y*=2.0X，25，常压常压。 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算m*)m1ln(m112221OGLVYYYYLVLVN令：令：A=L/mV吸收因子吸收因子 S=mV/L解吸因子解吸因子纯溶剂吸收时纯溶剂吸收时m11)m1ln(m11OGLVLVLVN 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算小结小结*lnm112211OGYYYYLVNm21OGYYYNm*)m1ln(m112221OGLVYYYYLVLVN低浓吸收平衡线段为直线，使低浓吸收平衡线段为直线，使K=const。适用于已知四个浓度和平适用于已知四个浓度和平衡关系时。衡关系时。适用于操作型适用于操作型问题分析。不问题分析。不需要需要X1。 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算讨论讨论*2221YYYY1)m(LV2)m(LV12)m()m(LVLVZNYYYYLV，OG2221,*m则则一一定定时时ZNLVYYYY,m*OG2221，一一定定时时从经济性上看从经济性上看较较适适宜宜8 .07 .0m在LV（1）图的走势）图的走势NOG 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算（2）如何提高吸收程度）如何提高吸收程度1mLV：如如增大溶剂用量，可增大溶剂用量，可有效提高吸收效果。有效提高吸收效果。但要慎用但要慎用。1mLV：如如降低操作温度、升高操降低操作温度、升高操作压力，或降低吸收剂作压力，或降低吸收剂入塔浓度均可提高吸收入塔浓度均可提高吸收效果。效果。Y*=mXX1*X2XYY2Y2Y1LLY*=mXY*=mXXX2X1YY1Y2*Y2*X2 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算例例3.逆流吸收塔中用纯溶剂进行低浓度吸收操作，逆流吸收塔中用纯溶剂进行低浓度吸收操作， 其操作线如图所示。其操作线如图所示。 若其它条件不变，而系统温度降低（设若其它条件不变，而系统温度降低（设T对对m的的 影响远大于影响远大于kYa，kXa), 则：则： （1）HOG；Y2；X1将如何变化？将如何变化？ （2）请画出操作线示意图。）请画出操作线示意图。 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算分析分析：mEPEmT，平衡线将下移平衡线将下移akakaKXYYm11aKVHaKYOGY，OGOGOGNNHZ，22221OG,*,mYYYYYNconstLV，时时当当22221OG,*,mYYYYYLVconstN，时时当当12XY ，mXY *X1YY2X例例2：某吸收塔在：某吸收塔在101.3 kPa，293K下用清水逆流吸下用清水逆流吸收丙酮一空气混合物中的丙酮，操作液气比收丙酮一空气混合物中的丙酮，操作液气比L/V=2.1时，丙酮回收率可达到时，丙酮回收率可达到=0.95。已知物系。已知物系的浓度较低，操作条件下的平衡关系为的浓度较低，操作条件下的平衡关系为Y* =1.18X。吸收过程为气膜控制，总传质系数吸收过程为气膜控制，总传质系数KYa与气体流与气体流率的率的0.8次方成正比，而与次方成正比，而与 L无关。（温度、压强无关。（温度、压强不变）试求：不变）试求：（1）如）如V=1.2V，L，X2，Y1不变不变, =？ Ym有何变化？有何变化？（2）欲将丙酮回收率由原来的）欲将丙酮回收率由原来的0.95提高至提高至0.98，若，若 其他操作条件不变，仅增大吸收剂用量，其他操作条件不变，仅增大吸收剂用量，L/L=? 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算解：解：原工况下：原工况下：aKVHYOGm11)m1ln(m11OGLVLVLVN562. 01 . 218. 1LmV95. 01 . 5OGN新工况下新工况下(1)VV2 . 18 . 0YVaK8 . 0YYOGOG)2 . 11(2 . 1VVaVKaKVHHOGOGOGOGNHNHZ（本题关键）（本题关键）9 . 42 . 11 . 52 . 0OGOGOGOGNHHN562. 0LmV92. 0 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算（2）98. 0因为：气膜控制因为：气膜控制KYa与与L无关无关OGOGHHOGOGOGOGNHNHZ1 . 5OGOGNN11)1ln(11OGLmVLmVLmVN由由：98. 0试差求解试差求解3 . 0LmV85. 2/ LL或者：或者：1 . 5OGN5011*2221YYYY查图查图2-183 . 0LmV85. 2/ LL*2122122)1 ( *YccYYcYYYY 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算例：在一填料塔内吸收某低浓混合气中溶质，现例：在一填料塔内吸收某低浓混合气中溶质，现 入塔溶剂中溶质浓度增大，其他操作条件不变，入塔溶剂中溶质浓度增大，其他操作条件不变，则出塔气、液组成将如何变化？则出塔气、液组成将如何变化？X1X2Y2Y1L/V分析分析 1.T、P不变，则平衡关系不变，则平衡关系?m?2.T、P、流量不变，则流量不变，则KYa、KXa?3.HOG?4.NOG?可用关系可用关系NOGmV/L(Y1-Y2*)/(Y2-Y2*)物料衡算物料衡算不变不变不变不变时时当当*,m2221OGYYYYNconstLV，Y2? 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算12122121)-(1)1 (1 )()(YcLVXcLmVXYYYVXXL表表达达式式代代入入，有有：将将X1 ?简化分析法：简化分析法：12121)()( , 21VYXXLYYVYYX1 ? 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算例：在一填料塔中用清水吸收空气中氨，若用水量例：在一填料塔中用清水吸收空气中氨，若用水量增大，其他条件不变，则增大，其他条件不变，则Y2, X1如何变化？如何变化？cYYYNm21OGX1X2Y2Y1L/V分析分析 1.T、P不变，则平衡关系不变，则平衡关系?m?2.易溶体系，？控制？则易溶体系，？控制？则KYa、KXa?3.HOG?4.NOG?由：由：NOGmV/L(Y1-Y2*)/(Y2-Y2*)Y2?物料衡算式？物料衡算式？从传质推动力角度考虑：从传质推动力角度考虑：?mY画图，看看画图，看看X1？ 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算例：在一填料塔中吸收低浓度气体，若用气量增大，例：在一填料塔中吸收低浓度气体，若用气量增大，要求吸收率不变，按比例增大吸收剂用量可行吗？要求吸收率不变，按比例增大吸收剂用量可行吗？X1X2Y2Y1L/V分析分析 1.T、P不变，则平衡关系不变，则平衡关系?m?2.V，L ,则则KYa、KXa?3.HOG?4.NOG?由：由：NOGmV/L(Y1-Y2*)/(Y2-Y2*)Y2?结论：要维持吸收率不变，需增大结论：要维持吸收率不变，需增大L。 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算（2）平衡线为曲线）平衡线为曲线A 图解积分法图解积分法平衡线不为直线平衡线不为直线，KYaconst)(iYAYYkN12dYGGYYiYYYakVNHZ12dGYYiYYYN 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算YY2Y1Y)(*XfY Y1iYiXX1X(Xi, Yi)X2(X1i, Y1i)YY2YY1YiY2iYiY1iiYY 1iYY221iYY 1iYY111图解积分图解积分GNiYY 10Y2Y1Y12YYiGYYdYN 6-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算B.数值积分法数值积分法已知：已知：kYa，kXa，Y1，Y2，X1，X2及及Y*=f(X)令令 Y=(Y1-Y2)/nYj=Y2+ j Y物料衡算物料衡算XjiiYXXXYYakak)(iiXfY 由由ijjYYf1j:0nYi)( 2)( 43d )(2421310G0nnnYYffffffffYYYfNn利用辛普森公式利用辛普森公式： 6-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算C.近似梯级法近似梯级法)(*XfY FTyXT*HH*A*AF操作线操作线辅助线辅助线平衡线平衡线操作线操作线平衡线平衡线辅助线辅助线做做FFTF * TFAA 1OGAGAEN适用于气膜控制及平衡适用于气膜控制及平衡线平缓情况。线平缓情况。EG 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算例：已知一填料吸收塔中的填料层高度为例：已知一填料吸收塔中的填料层高度为6m， 拟用洗油逆流吸收煤气中的苯，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)/m2h。KYa=0.05kmol/m2s，且，且 于于L无关，无关，Y*=0.13X。要求吸收率不小于。要求吸收率不小于0.95。 问该塔能否满足要求。问该塔能否满足要求。 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算解：解：Y2=Y1(1- A)Y2=0.001；X1=V(Y1-Y2)/L+X2=0.095 Y1=Y1-mX1=0.00765； Y2=Y2-mX2=0.001 Ym=( Y1 - Y2)/ln( Y1 / Y2)=0.00327NOG=(Y1-Y2)/ Ym =5.81S=m/(L/V)=0.65；X2=0； A= ANOG=(1/(1-S)ln(1-S)(1/(1- A)+S)=5.81HOG=(V/ )/3600/(KYa)=1.11mZ=HOGNOG=6.5(6.33)m6m所以：该吸收塔不能完成生产任务。所以：该吸收塔不能完成生产任务。例：在一填料吸收塔中，用清水处理含有二氧化硫的混例：在一填料吸收塔中，用清水处理含有二氧化硫的混合气体。逆流操作，操作压力为合气体。逆流操作，操作压力为3.039105Pa(绝绝对压力）。进塔气体中含二氧化硫对压力）。进塔气体中含二氧化硫5%（mol%)，处理气体量为处理气体量为1600Kg/h（气体平均相对分子量为（气体平均相对分子量为28）水的用量比最小用量大）水的用量比最小用量大1.7倍。冬天平均水温为倍。冬天平均水温为10时，亨利系数时，亨利系数E=2.453MPa，出口气体浓度为，出口气体浓度为0.2%；夏季平均水温为；夏季平均水温为30 ，亨利系数，亨利系数E=4.852MPa。（此吸收过程可视为液膜阻力控制）。（此吸收过程可视为液膜阻力控制）求：（求：（1）冬季水的用量？）冬季水的用量？ （2）夏季出口气体浓度为多少？）夏季出口气体浓度为多少？ 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算四、理论板层数四、理论板层数NT求取求取1.理论板：离开该板的两相达平衡。理论板：离开该板的两相达平衡。)(*nnXfY HETPYnYnXn+1Xn+1Yn-1Yn-1XnXnn板式塔板式塔TP) 1(HNZTTPENN填料塔填料塔HETPNZTHETP等板高度等板高度。 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算Yj-2V,Ybj-1jV,YtL,XtL,Xbj=NTj=1Yj-1Xj-1Xj2.理论板数的求取理论板数的求取（1）逐板计算法）逐板计算法已知：平衡关系已知：平衡关系Y*=f(X)板式塔的操作线方程：板式塔的操作线方程：反映相邻两板气、液相组成反映相邻两板气、液相组成间的关系。间的关系。jtt1jLXVYLXVYttj1jXVLYXVLYj塔板序号塔板序号 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算方法：方法：)(*jjXfY ttj1jXVLYXVLY操作线操作线平衡线平衡线操作线操作线平衡线平衡线操作线操作线平衡线平衡线N1Nt1N1YYYYN由由:Yb=Y0X1=XbXNY1YNX2YN-1YNYtNT=N当当：YN=Yt当当：YNYt使用一次平衡关系，就是一块理论板使用一次平衡关系，就是一块理论板已知：已知： 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算YtYbXYY*=f(X)XtXbabcacab 2Nt 2-2 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算（2）解析法）解析法当平衡线段为直线时：即当平衡线段为直线时：即Y*=mX+B交替使用平衡关系及操作线关系得交替使用平衡关系及操作线关系得: :m*)m1ln(ln1tttbmTLVYYYYLVNVL*lnmln1ttbbTYYYYVLN注意注意 NOG 与与 NT 的区别联系：的区别联系： 2-3 传质系数传质系数主要介绍：吸收系数的实验测定、经验公式、主要介绍：吸收系数的实验测定、经验公式、 准数关联式。准数关联式。 传质系数传质系数=f(物性参数物性参数、操作条件、设备结构操作条件、设备结构)1.吸收系数的实验测定吸收系数的实验测定试构造一个适当的实验系统，测定填料塔的传质试构造一个适当的实验系统，测定填料塔的传质性能及指定物系的传质系数。性能及指定物系的传质系数。 2-3 传质系数传质系数2.吸收系数的经验公式吸收系数的经验公式 对特定的设备，在一定的操作条件下，直接通过对特定的设备，在一定的操作条件下，直接通过实验测定得到的传质系数随重要操作条件变化的关实验测定得到的传质系数随重要操作条件变化的关系。系。（1）用水吸收氨：）用水吸收氨：. kGa=6.07 10-4G 0.9 W 0.39 kGa：气膜体积吸收系数：气膜体积吸收系数(kmol/(m3hkPa)。 G：气相的空塔质量流速：气相的空塔质量流速(kg/m2.s)。W：液相的空塔：液相的空塔质量流速质量流速(kg/m2s)。 公式使用条件：公式使用条件： 1）在填料塔中用水吸收氨；）在填料塔中用水吸收氨；2）直径为）直径为12.5mm的陶的陶瓷环填料。瓷环填料。 2-3 传质系数传质系数（2）常压下用水吸收二氧化碳常压下用水吸收二氧化碳 kLa=2.57 U 0.96 ， kLa：液膜体积吸收系数液膜体积吸收系数kmol/m3hkPa。 U：喷淋密度（单位时间内喷淋在单位塔截面积：喷淋密度（单位时间内喷淋在单位塔截面积上的液体体积上的液体体积m3/m2h)。 公式使用条件：公式使用条件： 1）常压下填料塔中用水吸收二氧化碳；）常压下填料塔中用水吸收二氧化碳； 2）直径）直径1032mm的陶瓷环；的陶瓷环； 3）U=320m3/m2h； 4）G=130580kg/m2h； 5）2127. 2-3 传质系数传质系数相关准数相关准数：DPlRTpkShGBmG气气相相：SmLLCDlCkSh 液液相相：(1)施伍德准数施伍德准数(Sherwood)反映传质影响反映传质影响DSC0eeudR 3.吸收系数的准数关联吸收系数的准数关联(2)施密特准数施密特准数(Schmidt)反映物性影响反映物性影响(3)雷诺准数雷诺准数反映流动因素影响反映流动因素影响 2-3 传质系数传质系数(4)伽利略准数（伽利略准数（Gallilio）准数）准数反映重力及反映重力及 粘性力综合影响粘性力综合影响2L23aglG 例例1计算气膜吸收系数的准数关联式：计算气膜吸收系数的准数关联式：CGeGG)()(SRShCGeGBmG)()(SRlRTpPDk 2-4 解吸及其它情况下的吸收解吸及其它情况下的吸收一、解吸（脱吸）一、解吸（脱吸）（1）气提（通入惰性气体）气提（通入惰性气体）（2） 通入过热水蒸汽通入过热水蒸汽（3）减压）减压1.定义及目的定义及目的（1）解吸）解吸吸收的逆过程。吸收的逆过程。（2）目的）目的回收溶质或再生溶剂。回收溶质或再生溶剂。2.解吸方法解吸方法 2-4 解吸及其它情况下的吸收解吸及其它情况下的吸收吸收液吸收液再生溶剂再生溶剂载气载气V, Y2L, X2L, X1V, Y13.解吸计算内容解吸计算内容（1）加入载气用量）加入载气用量V（2）解吸塔高度）解吸塔高度4.解吸计算解吸计算（1）载气用量）载气用量V 解吸的操作线解吸的操作线22XVLYXVLY 2-4 解吸及其它情况下的吸收解吸及其它情况下的吸收VL)(*XfY max)(VLY1*YX2Y1X1Y2X0min,1YVYYVLV直线，过（直线，过（X2,Y2) (X1, Y1) 两点两点2*121min)(YYXXLV（操作线与平衡线相交时）（操作线与平衡线相交时）2121min)(YYXXLVY1（操作线与平衡线相切时）（操作线与平衡线相切时）V=倍数倍数Vmin 2-4 解吸及其它情况下的吸收解吸及其它情况下的吸收（2）填料层高度计算）填料层高度计算12*dXOLOLXXXXXaKLNHZOLN*22*11ln11XXXXmVLmXXX21)1ln(11*22*21mVLXXXXmVLmVL适用于：低浓传质，适用于：低浓传质，平衡线段为直线时平衡线段为直线时 2-4 解吸及其它情况下的吸收解吸及其它情况下的吸收平衡线为曲线时平衡线为曲线时12iXLLdXXXXXakLNHZNL求取方法求取方法图解积分图解积分数值积分数值积分近似梯级法近似梯级法分段法分段法 2-4 解吸及其它情况下的吸收解吸及其它情况下的吸收例例 如图所示的吸收与解吸联合操作。在吸收塔内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，原料气中苯的浓度用煤油吸收混合气体中的苯，原料气中苯的浓度为为Y1=0.02,在吸收塔操作条件下在吸收塔操作条件下Y*=0.125X， L/V=0.16,洗油的入塔浓度为洗油的入塔浓度为X2=0.005,出塔尾气出塔尾气中苯的残余浓度为中苯的残余浓度为Y2=0.001,吸收过程为气膜控制吸收过程为气膜控制过程。解吸塔中用水蒸汽解吸，过程。解吸塔中用水蒸汽解吸，Y*=3.16X， L/V=0.365,为液膜控制过程。现欲将为液膜控制过程。现欲将Y2降到降到0.0005,试问试问:保持洗油入塔浓度而增大保持洗油入塔浓度而增大L/V能否达能否达到要求到要求;或保持或保持L不变不变,而降低洗油入塔浓度而降低洗油入塔浓度,解吸解吸塔的蒸汽量需增加多少塔的蒸汽量需增加多少? 2-4 解吸及其它情况下的吸收解吸及其它情况下的吸收Y*=0.125XY*=3.16XY1=0.02L/V=0.16L/V=0.365Y2=0.001X2=0.005吸收塔吸收塔解吸塔解吸塔Y2解解=0Y1解解Y2=0.0005V解解V解解 2-4 解吸及其它情况下的吸收解吸及其它情况下的吸收2.高浓度吸收高浓度吸收（1）高浓吸收特点）高浓吸收特点传质系数不为常数传质系数不为常数PpRTZDPkBmGyMBmLMxCCZDCk 由于流量变化，由于流量变化， ZG, ZL 不为常数不为常数由于浓度变化，漂流因子不为常数由于浓度变化，漂流因子不为常数温度、浓度对温度、浓度对D的影响可近似认为的影响可近似认为相消相消近似处理近似处理: :1BmMCC难溶、中溶难溶、中溶MBmACCC,易溶体系为气膜控制。易溶体系为气膜控制。k不为常数不为常数 2-4 解吸及其它情况下的吸收解吸及其它情况下的吸收（2）高浓计算基本公式）高浓计算基本公式A传质系数传质系数GyRTZDPk BmyBmGypPkpPRTZDPkyyyyPpP11ln)(iiBmiiyy11lnyyyykkxxkk 需要试差计需要试差计算界面浓度算界面浓度ky, kx低浓吸收时的传质系数，易由实验或低浓吸收时的传质系数，易由实验或 经验式求取。经验式求取。 2-4 解吸及其它情况下的吸收解吸及其它情况下的吸收B 操作线方程及吸收剂用量操作线方程及吸收剂用量xxLyyVxxLyyV11112222)() 1()() 1(2222xQQxQyxxQyy2222) 1(1)()(QyyQQyxyxQxyVV1xLL1V, L摩尔流量摩尔流量 kmol/s)1()1(22yLxVQ 2-4 解吸及其它情况下的吸收解吸及其它情况下的吸收)(xy)(*xfy 212212*1) 1(1)()(QyyQQyxyxQxyQLLminxx1x2x1*y1y2C 填料层高度填料层高度dGA=VdY=LdX=NAadZNA=ky(y - yi)ZyyyakyVZZ0yyi2y1211ln)1 (dd 2-4 解吸及其它情况下的吸收解吸及其它情况下的吸收yy2yy1xx2xx1VLkyakxayixif(y) 2-4 解吸及其它情况下的吸收解吸及其它情况下的吸收3.非等温吸收非等温吸收(1)特点：特点：A平衡线上移平衡线上移B传质系数增大传质系数增大(2)计算计算温度、浓度变化情况下的平衡关系温度、浓度变化情况下的平衡关系思路：找出思路：找出 xt 关系关系由由yxt关系得关系得y*。A溶剂基本不汽化；溶剂基本不汽化；B气体的显热变化可忽略；气体的显热变化可忽略；C热损失不计。热损失不计。假设：假设： 2-4 解吸及其它情况下的吸收解吸及其它情况下的吸收t+dtL, x ,t x +dxL+dLdZ微分溶解热微分溶解热, , kJ/kmolAcp溶液比热溶液比热, , kJ/kmol )d)(d()d() d(c PPxxLLttcLLxLtL对对dZ塔段进行热衡算，以塔段进行热衡算，以0为基准为基准化简化简：dd dPPLxxLLtctcLxLtcLd dP 2-4 解吸及其它情况下的吸收解吸及其它情况下的吸收)(1nn1nnxxttPc)(*xfy T3T2T1T0 x2xxx”y”*y*y)(1nn1nnPxxttc查查算算1nn21xxnxxx：令令查查y2*,cp,由由：T0, x2y1*,cp,x, T1x1, y1*xxx2xxx22溶剂用量、填料层高度根据具体溶剂用量、填料层高度根据具体情况选择合适方法计算情况选择合适方法计算。y2*