化工原理气体吸收精选PPT.ppt

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1、关于化工原理气体吸收第1页，讲稿共76张，创作于星期一第五章第五章 气体吸收气体吸收第一节第一节 概述概述第二节第二节 气液相平衡气液相平衡第三节第三节 传质机理与吸收过程的速率传质机理与吸收过程的速率 第四节第四节 填料吸收塔的计算填料吸收塔的计算 第五节第五节 填料塔的结构及特性填料塔的结构及特性 第六节第六节 解吸操作解吸操作 第2页，讲稿共76张，创作于星期一吸吸收收分分离离操操作作：利利用用混混合合气气体体中中各各组组分分在在液液体体中中溶溶解解度度差差异异，使使某某些些易易溶溶组组分分进进入入液液相相形形成成溶溶液液，不不溶溶或或难难溶溶组组分分仍仍留留在在气气相相，从而实现混合气

2、体的分离。从而实现混合气体的分离。吸收剂吸收剂气体气体yx界面界面气相主体气相主体 液相主体液相主体 相界面相界面气相扩散气相扩散 液相扩散液相扩散 yi xi 气气体体吸吸收收是是混混合合气气体体中中某某些些组组分分在在气气液液相相界界面面上上溶溶解解、在在气气相相和和液液相相内内由由浓浓度度差差推动的传质过程。推动的传质过程。第一节第一节 概述概述吸收实质：吸收实质：第3页，讲稿共76张，创作于星期一 吸收操作是分离气体混合物的一种重要方法，是传质过程中吸收操作是分离气体混合物的一种重要方法，是传质过程中的一种形式，在化工生产中有广泛的应用。的一种形式，在化工生产中有广泛的应用。吸收的应用

3、包括吸收的应用包括：1.原料气净化原料气净化;2.回收混合气体中的有用组分。回收混合气体中的有用组分。3.制备气体的溶液作为产品制备气体的溶液作为产品;4.环境保护，综合利用环境保护，综合利用;5.1.1 吸收操作在化工生产中的应用吸收操作在化工生产中的应用 第4页，讲稿共76张，创作于星期一氨氨合合成成原原料料气气中中的的CO2用用乙乙醇醇胺胺水水溶溶液液吸吸收收，以以防防止止氨氨合合成成催催化化剂中毒剂中毒.1.原料气净化原料气净化H2(CO2)第5页，讲稿共76张，创作于星期一低温甲醇洗工艺是德国低温甲醇洗工艺是德国Linde公司和公司和Lurgi公司共同开发的一种酸性气体净化工艺。公司

4、共同开发的一种酸性气体净化工艺。该工艺采用物理吸收法，以甲醇作为酸性气体吸收液，利用其在该工艺采用物理吸收法，以甲醇作为酸性气体吸收液，利用其在-60左右的低温下左右的低温下对酸性气体溶解度极大的物理特性，选择性地吸收原料气中的对酸性气体溶解度极大的物理特性，选择性地吸收原料气中的H2S,CO2及各及各种有机硫等杂质。种有机硫等杂质。低温甲醇洗装置低温甲醇洗装置煤制甲醇的生产工艺煤制甲醇的生产工艺空分空分水煤浆水煤浆气化气化低温低温 甲甲醇洗醇洗甲醇甲醇醋酸醋酸醋酐醋酐CO分离分离硫回收硫回收第6页，讲稿共76张，创作于星期一第7页，讲稿共76张，创作于星期一来来自自煤煤项项目目的的甲甲醇醇洗

5、洗装置情况：基本情况装置情况：基本情况工艺流程图工艺流程图原料气原料气/合成合成气体热交换气体热交换器器I新鲜甲新鲜甲醇储槽醇储槽锅炉给水锅炉给水冷却器冷却器原料气原料气冷却器冷却器补充泵补充泵 洗氨器洗氨器原料气原料气/合成气合成气体热交换器体热交换器II原料气原料气/废气热废气热交换器交换器地下地下废液罐废液罐地下地下废液泵废液泵吸收器吸收器C02 甲甲醇醇级级间冷却器间冷却器H2S-吸收器吸收器进料冷却器进料冷却器图例图例气体气体水水/蒸汽蒸汽液体液体热功率热功率流号流号备注备注合成气合成气原料气原料气原原料料气气冷冷凝物凝物补充甲醇补充甲醇废甲醇废甲醇第8页，讲稿共76张，创作于星期一

6、2.回收混合气体中的有用组分回收混合气体中的有用组分洗油处理焦炉气以回收煤气中的苯。洗油处理焦炉气以回收煤气中的苯。吸收与解吸流程吸收与解吸流程含苯煤气含苯煤气脱苯煤气脱苯煤气洗油洗油苯苯水水过热蒸汽过热蒸汽加加热热器器冷冷却却器器第9页，讲稿共76张，创作于星期一3.制备气体的溶液作为产品制备气体的溶液作为产品将气体中需要的成份以指定的溶剂吸收出来，成为液态的产品或半成品，如：将气体中需要的成份以指定的溶剂吸收出来，成为液态的产品或半成品，如：从含从含HCl气体中盐酸气体中盐酸，硫酸吸收，硫酸吸收SO3制浓硫酸，水吸收甲醛制福尔马林液。制浓硫酸，水吸收甲醛制福尔马林液。第10页，讲稿共76张

7、，创作于星期一4.环境保护，综合利用环境保护，综合利用如含如含SO2，NO，NO2等废气中，要除去这些有害成份。等废气中，要除去这些有害成份。第11页，讲稿共76张，创作于星期一吸收质或溶质吸收质或溶质(solute)：混合气体中的溶解组分，以混合气体中的溶解组分，以A表示。表示。惰性气体惰性气体(inert gas)或载体：或载体：不溶或难溶组分，以不溶或难溶组分，以B表示。表示。吸收剂吸收剂(absorbent)：吸收操作中所用的溶剂，以吸收操作中所用的溶剂，以S表示。表示。吸吸收收液液(strong liquor)：吸吸收收操操作作后后得得到到的的溶溶液液，主主要要成成分分为为溶溶剂剂S

8、和溶质和溶质A。吸吸收收尾尾气气(dilute gas)：吸吸收收后后排排出出的的气气体体，主主要要成成分分为为惰惰性性气气体体B和少量的溶质和少量的溶质A。解解吸吸或或脱脱吸吸(desorption)：与与吸吸收收相相反反的的过过程程，即即溶溶质质从从液液相相中中分分离离而转移到气相的过程。而转移到气相的过程。目的：循环使用吸收剂或回收溶质。目的：循环使用吸收剂或回收溶质。物物理理吸吸收收(physical absorption)：吸吸收收过过程程溶溶质质与与溶溶剂剂不不发发生生显显著著的的化化学学反反应应，可可视视为为单单纯纯的的气气体体溶溶解解于于液液相相的的过过程程。如如用用水水吸吸收

9、收二二氧氧化碳、用水吸收乙醇或丙醇蒸汽、用洗油吸收芳烃等。化碳、用水吸收乙醇或丙醇蒸汽、用洗油吸收芳烃等。5.1.2 吸收操作必须解决的问题吸收操作必须解决的问题 第12页，讲稿共76张，创作于星期一化化学学吸吸收收(chemical(chemical absorption)absorption)：溶溶质质与与溶溶剂剂有有显显著著的的化化学学反反应应发发生生。如如用用氢氢氧氧化化钠钠或或碳碳酸酸钠钠溶溶液液吸吸收收二二氧氧化化碳碳、用用稀稀硫硫酸酸吸吸收收氨氨等等过过程程。化化学学反反应应能能大大大大提提高高单单位位体体积积液液体体所所能能吸吸收收的的气体量并加快吸收速率。但溶液解吸再生较难。

10、气体量并加快吸收速率。但溶液解吸再生较难。单单组组分分吸吸收收：混混合合气气体体中中只只有有单单一一组组分分被被液液相相吸吸收收，其其余余组组分分因因溶溶解解度甚小其吸收量可忽略不计。度甚小其吸收量可忽略不计。多组分吸收：多组分吸收：有两个或两个以上组分被吸收。有两个或两个以上组分被吸收。溶溶解解热热：气气体体溶溶解解于于液液体体时时所所释释放放的的热热量量。化化学学吸吸收收时时，还还会会有有反应热。反应热。非等温吸收：非等温吸收：体系温度发生明显变化的吸收过程。体系温度发生明显变化的吸收过程。等温吸收：等温吸收：体系温度变化不显著的吸收过程。体系温度变化不显著的吸收过程。第13页，讲稿共76

11、张，创作于星期一气液两相的接触方式气液两相的接触方式连连续续接接触触(也也称称微微分分接接触触)：气气、液液两相的浓度呈连续变化。如填料塔。两相的浓度呈连续变化。如填料塔。级级式式接接触触：气气、液液两两相相逐逐级级接接触触传传质质，两两相相的的组组成成呈呈阶阶跃跃变变化化。如如板式塔。板式塔。散装填料散装填料塑料鲍尔环填料塑料鲍尔环填料规整填料规整填料 塑料丝网波纹填料塑料丝网波纹填料 第14页，讲稿共76张，创作于星期一物理吸收：物理吸收：吸收过程溶质与溶剂不发生显著的化学反应。如用水吸收吸收过程溶质与溶剂不发生显著的化学反应。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。

12、二氧化碳、用水吸收乙醇或丙醇蒸汽、用洗油吸收芳烃等。化学吸收：化学吸收：溶质与溶剂有显著的化学反应发生。如用溶质与溶剂有显著的化学反应发生。如用NaOH或或Na2CO3溶液溶液吸收吸收CO2、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、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。能吸收的气体量并加快吸收速率。但溶液解吸再生较难。单组分吸收：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。其吸收量可忽略不计。多组分吸收：多组分吸收：有

13、两个或两个以上组分被吸收。有两个或两个以上组分被吸收。非等温吸收：非等温吸收：体系温度发生明显变化的吸收过程。体系温度发生明显变化的吸收过程。等温吸收：等温吸收：体系温度变化不显著的吸收过程。体系温度变化不显著的吸收过程。本章主要讨论单组分、等温的物理吸收过程。本章主要讨论单组分、等温的物理吸收过程。5.1.3 吸收操作的分类吸收操作的分类 第15页，讲稿共76张，创作于星期一第二节第二节 气液相平衡气液相平衡 在吸收操作中气体的总量和液体的总量都随操作的进行而改变，但惰性气体和在吸收操作中气体的总量和液体的总量都随操作的进行而改变，但惰性气体和吸收剂的量始终保持不变。因此，在吸收计算中，相组

14、成以比质量分数或比摩吸收剂的量始终保持不变。因此，在吸收计算中，相组成以比质量分数或比摩尔分数表示较为方便。尔分数表示较为方便。1 1比质量分数与比摩尔分数比质量分数与比摩尔分数如果混合物是双组分气体混合物时如果混合物是双组分气体混合物时比质量分数与比摩尔分数的换算关系比质量分数与比摩尔分数的换算关系在计算比质量分数或比摩尔分数的数值时，通在计算比质量分数或比摩尔分数的数值时，通常以在操作中不转移到另一相的组分作为常以在操作中不转移到另一相的组分作为B B组组分。在吸收中，分。在吸收中，B B组分是指吸收剂或惰性气，组分是指吸收剂或惰性气，A A组组分是指吸收质分是指吸收质.M组分的千摩尔质量

15、，组分的千摩尔质量，kg/kmol 第16页，讲稿共76张，创作于星期一2 2质量浓度与物质的量浓度质量浓度与物质的量浓度 对于气体混合物，在压强不太高、温度不太低的情况下，可视为理想气体，则对于气体混合物，在压强不太高、温度不太低的情况下，可视为理想气体，则A组分，有组分，有质量浓度是指单位体积混合物内所含物质的质量。对于质量浓度是指单位体积混合物内所含物质的质量。对于A A组分组分,有有课本例题课本例题例题例题 在一常压、在一常压、298K的吸收塔内，用水吸收混合气中的的吸收塔内，用水吸收混合气中的SO2，已知，已知混合气体中含混合气体中含SO2的体积分数为的体积分数为20%，其余组成可看

16、作惰性气体，出，其余组成可看作惰性气体，出塔气体中含塔气体中含SO2体积分数为体积分数为2%，试分别用摩尔分数、摩尔比和摩尔，试分别用摩尔分数、摩尔比和摩尔浓度表示出塔气体中浓度表示出塔气体中SO2的组成。的组成。解：解：y2=0.02 第17页，讲稿共76张，创作于星期一吸收的相平衡关系，是指气液两相达到平衡时，被吸收的组分（吸收质）在两相吸收的相平衡关系，是指气液两相达到平衡时，被吸收的组分（吸收质）在两相中的浓度关系，即吸收质在吸收剂中的平衡溶解度。中的浓度关系，即吸收质在吸收剂中的平衡溶解度。5.2.1 气体在液体中的溶解度气体在液体中的溶解度 气体溶解度曲线气体溶解度曲线平衡状态：平

17、衡状态：一定压力和温度，一定量的吸收剂与混一定压力和温度，一定量的吸收剂与混合气体充分接触，气相合气体充分接触，气相 中的溶质中的溶质向溶剂中转移，长期充分接触后，液相中溶质组分向溶剂中转移，长期充分接触后，液相中溶质组分的浓度不再增加，此时，气液两相达到平衡。的浓度不再增加，此时，气液两相达到平衡。饱和浓度：饱和浓度：平衡时溶质在液相中的浓度。平衡时溶质在液相中的浓度。平衡分压：平衡分压：平衡时气相中溶质的分压，用平衡时气相中溶质的分压，用 表示表示 吸收速率吸收速率=解吸速率解吸速率第18页，讲稿共76张，创作于星期一讨论：讨论：（2）温度）温度一一定，定，分压增加分压增加，在同一溶剂中，

18、溶质的溶解度，在同一溶剂中，溶质的溶解度x随之增加，随之增加，有利于吸收有利于吸收。（1）分压）分压一一定，定，温度下降温度下降，在同一溶剂中，溶质的溶解度，在同一溶剂中，溶质的溶解度x随之增加，随之增加，有利于吸收有利于吸收。（3）相同的总压及摩尔分率，）相同的总压及摩尔分率，cO2 cCO2 cSO2 YA*，。若出现。若出现YAYA*，为吸收过程；，为吸收过程；A点在平衡线上，点在平衡线上，YA=YA*，体系达平衡，吸收过程停止；当体系达平衡，吸收过程停止；当 A点位于平衡线的下方时，则点位于平衡线的下方时，则YAYA*，是吸收进行的必要条件，而差值，是吸收进行的必要条件，而差值 YA=

19、YA-YA*，则是吸收则是吸收过程的推动力，差值越大，吸收速率越大。过程的推动力，差值越大，吸收速率越大。第29页，讲稿共76张，创作于星期一例例：在在常常压压及及20下下，测测得得氨氨在在水水中中的的平平衡衡数数据据为为：0.5gNH3/100gH2O浓浓度度为为的的稀稀氨氨水水上上方方的的平平衡衡分分压压为为400Pa，在在该该浓浓度度范范围围下下相相平平衡衡关关系系可可用用亨亨利利定定律律表表示示，试试求求亨亨利利系系数数E，溶溶解解度度系系数数H，及及相相平平衡衡常常数数m。（氨氨水水密密度度可可取取为为1000kg/m3）由亨利定律表达式知：由亨利定律表达式知：解：解：第30页，讲稿

20、共76张，创作于星期一亨利系数为亨利系数为 又又 相平衡常数相平衡常数 第31页，讲稿共76张，创作于星期一溶解度系数为：溶解度系数为：或由各系数间的关系求出其它系数或由各系数间的关系求出其它系数 第32页，讲稿共76张，创作于星期一5.3 传质机理与吸收过程的速率传质机理与吸收过程的速率（！需补充）（！需补充）1.1.传质的基本方式传质的基本方式吸收过程是溶质从气相转移到液相的质量传递过程。由于溶质从气相转移到吸收过程是溶质从气相转移到液相的质量传递过程。由于溶质从气相转移到液相是通过扩散进行的，因此传质过程也称为扩散过程。液相是通过扩散进行的，因此传质过程也称为扩散过程。吸收过程涉及两相间

21、的物质传递，包括三个步骤：吸收过程涉及两相间的物质传递，包括三个步骤：1.溶质由气相主体传递到两相界面，即溶质由气相主体传递到两相界面，即气相内的物质传递气相内的物质传递；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；界面上发生的溶解过程；3.溶质自界面被传递至液相主体，即溶质自界面被传递至液相主体，即液相内的物质传递液相内的物质传递。一般认为相界面的传质阻力很小，气液两相的浓度符合亨利定律，总过程的一般认为相界面的传质阻力很小，气液两相的浓度符合亨利定律，总过程的一般认为相界面的传质阻力很小，气液两相的浓度符合亨利定律，总过程的一般

22、认为相界面的传质阻力很小，气液两相的浓度符合亨利定律，总过程的速率由气相与液相内的传质速率决定。速率由气相与液相内的传质速率决定。速率由气相与液相内的传质速率决定。速率由气相与液相内的传质速率决定。第33页，讲稿共76张，创作于星期一（1 1）分子扩散）分子扩散 物质以分子运动的方式通过静止流体的转移，或物质物质以分子运动的方式通过静止流体的转移，或物质通过层流流体，且传质方向与流体的流动方向相垂直的转移，导致物质通过层流流体，且传质方向与流体的流动方向相垂直的转移，导致物质从高浓度处向低浓度处传递，这种传质方式称为分子扩散。分子扩散只从高浓度处向低浓度处传递，这种传质方式称为分子扩散。分子扩

23、散只是由于分子热运动的结果，扩散的推动力是浓度差，扩散速率主要决定是由于分子热运动的结果，扩散的推动力是浓度差，扩散速率主要决定于扩散物质和静止流体的温度及某些物理性质。于扩散物质和静止流体的温度及某些物理性质。传质的基本方式传质的基本方式分子扩散分子扩散 对流扩散对流扩散 涡流扩散涡流扩散 第34页，讲稿共76张，创作于星期一（2 2）涡流扩散）涡流扩散 在湍流主体中在湍流主体中,凭借流体质点的湍动和漩涡进行物质传递凭借流体质点的湍动和漩涡进行物质传递的现象，称为涡流扩散。若将一勺砂糖放入杯水之中，用勺搅动，则将甜的现象，称为涡流扩散。若将一勺砂糖放入杯水之中，用勺搅动，则将甜的更快更均，那

24、便是涡流扩散的效果了。涡流扩散速率比分子扩散速率大的更快更均，那便是涡流扩散的效果了。涡流扩散速率比分子扩散速率大得多，涡流扩散速率主要决定于流体的流动形态。得多，涡流扩散速率主要决定于流体的流动形态。（3 3）对流扩散）对流扩散对流扩散为湍流气体与相界面之间的涡流扩散与分子扩散这两种传质作用的对流扩散为湍流气体与相界面之间的涡流扩散与分子扩散这两种传质作用的总称。总称。对流扩散亦称对流传质，对流传质包括湍流主体的涡流扩散和层流内对流扩散亦称对流传质，对流传质包括湍流主体的涡流扩散和层流内层的分子扩散。层的分子扩散。第35页，讲稿共76张，创作于星期一2 2双膜理论双膜理论 由于吸收过程是物质

25、在两相之间的传递，由于吸收过程是物质在两相之间的传递，其过程极为复杂。为了从理论上说明这个机理，其过程极为复杂。为了从理论上说明这个机理，曾提过多种不同的理论，其中应用最广泛的是曾提过多种不同的理论，其中应用最广泛的是19261926年由刘易斯和惠特曼提出的年由刘易斯和惠特曼提出的“双膜理双膜理论论”。（1 1）相互接触的气、液两流体间存在着稳定的相）相互接触的气、液两流体间存在着稳定的相界面，界面两侧各有一个很薄的有效层流膜层。吸界面，界面两侧各有一个很薄的有效层流膜层。吸收质以分子扩散方式通过此二膜层。收质以分子扩散方式通过此二膜层。（3 3）在膜层以外的气、液两相中心区，由于流体充分湍动

26、，）在膜层以外的气、液两相中心区，由于流体充分湍动，吸收质的浓度是均匀的，即两相中心区内浓度梯度为零，全吸收质的浓度是均匀的，即两相中心区内浓度梯度为零，全部浓度变化集中在两个有效膜层内。部浓度变化集中在两个有效膜层内。（2 2）在相界面处，气、液两相达于平衡。）在相界面处，气、液两相达于平衡。双膜理论把复杂的相际传质过程大为简化。对于具有固定相界面的系统双膜理论把复杂的相际传质过程大为简化。对于具有固定相界面的系统及速度不高的两流体间的传质，双膜理论与实际情况是相当符合的。根及速度不高的两流体间的传质，双膜理论与实际情况是相当符合的。根据这一理论的基本概念所确定的相际传质速率关系，至今仍是传

27、质设备据这一理论的基本概念所确定的相际传质速率关系，至今仍是传质设备设计的主要依据，这一理论对于生产实际具有重要的指导意义。设计的主要依据，这一理论对于生产实际具有重要的指导意义。第36页，讲稿共76张，创作于星期一双膜理论的假想模型示意图双膜理论的假想模型示意图第37页，讲稿共76张，创作于星期一 3、吸收速率方程、吸收速率方程概念：吸收速率即指单位传质面积上单位时间内吸收的溶质量。概念：吸收速率即指单位传质面积上单位时间内吸收的溶质量。物理意义：表明吸收速率与吸收推动力之间关系的数学式即为吸收速率方程式。物理意义：表明吸收速率与吸收推动力之间关系的数学式即为吸收速率方程式。表示：吸收速率表

28、示：吸收速率NA，单位，单位kmol/(m2s)。按照双膜理论，吸收过程无论是物质传递的过程，还是传递方向上的浓度按照双膜理论，吸收过程无论是物质传递的过程，还是传递方向上的浓度分布情况，都类似于间壁式换热器中冷热流体之间的传热步骤和温度分布分布情况，都类似于间壁式换热器中冷热流体之间的传热步骤和温度分布情况。所以可用类似于传热速率方程的形式来表达吸收速率方程。情况。所以可用类似于传热速率方程的形式来表达吸收速率方程。由于吸收的推动力可以用各种不同形式的浓度差来表示，由于吸收的推动力可以用各种不同形式的浓度差来表示，所以，吸收速率方程也有多种形式。所以，吸收速率方程也有多种形式。吸收速率吸收速

29、率=过程推动力过程推动力/过程阻力过程阻力=吸收系数吸收系数过程推动力过程推动力第38页，讲稿共76张，创作于星期一（1）气膜吸收速率方程式气膜吸收速率方程式YA、Yi 气相主体和相界面处吸收质的比摩尔分数；气相主体和相界面处吸收质的比摩尔分数；K气气气膜吸收系数，气膜吸收系数，kmol/(m2s)。（2）液膜吸收速率方程式液膜吸收速率方程式 XA、Xi液相主体和相界面处液相中吸收质的液相主体和相界面处液相中吸收质的 比摩尔分数；比摩尔分数；K液液液膜吸收系数，液膜吸收系数，kmol/(m2s)。第39页，讲稿共76张，创作于星期一（3）吸收总系数及其相应的吸收速率方程式吸收总系数及其相应的吸

30、收速率方程式吸收速率吸收速率=总推动力总推动力/总阻力总阻力=两相主体浓度差两相主体浓度差/两膜阻力之和两膜阻力之和吸收过程的总推动力应该用任何一相主体浓度与其平衡浓度的差值来表示。吸收过程的总推动力应该用任何一相主体浓度与其平衡浓度的差值来表示。以以 表示总推动力的吸收速率方程式表示总推动力的吸收速率方程式K气气气相吸收总系数，气相吸收总系数，kmol/(m2s)。此时总阻力由气膜阻力此时总阻力由气膜阻力 与液膜阻力与液膜阻力 组成组成对溶解度大的易溶气体，相平衡常数对溶解度大的易溶气体，相平衡常数m m很小很小 此时表明易溶气体的液膜阻力很小，吸收的总阻力集中在气膜内。此时表明易溶气体的液

31、膜阻力很小，吸收的总阻力集中在气膜内。这种情况下气膜阻力控制着整个吸收过程速率，故称为这种情况下气膜阻力控制着整个吸收过程速率，故称为“气膜控制气膜控制”。第40页，讲稿共76张，创作于星期一第八章第八章 吸收吸收 以以 表示总推动力的吸收速率方程式表示总推动力的吸收速率方程式K液液液相吸收总系数，液相吸收总系数，kmol/(m2s)。此时总阻力由气膜阻力此时总阻力由气膜阻力 与液膜阻力与液膜阻力 组成组成对溶解度小的难溶气体，相平衡常数对溶解度小的难溶气体，相平衡常数m m很大很大此时表明难溶气体的总阻力集中在液膜内，这种情况下液膜阻力控制整个此时表明难溶气体的总阻力集中在液膜内，这种情况下

32、液膜阻力控制整个吸收过程速率，故称为吸收过程速率，故称为“液膜控制液膜控制”。对于溶解度适中的气体吸收过程，气膜阻力与液膜阻力均不可忽略。要提高过程速率，对于溶解度适中的气体吸收过程，气膜阻力与液膜阻力均不可忽略。要提高过程速率，必须兼顾气、液两膜阻力的降低。必须兼顾气、液两膜阻力的降低。正确判别吸收过程属于气膜控制或液膜控制，将给吸收过程的计算和设正确判别吸收过程属于气膜控制或液膜控制，将给吸收过程的计算和设备的选型带来方便。如气膜控制系统，在操作中增大气速，可减薄气膜厚度，备的选型带来方便。如气膜控制系统，在操作中增大气速，可减薄气膜厚度，降低气膜阻力，有利于提高吸收速率。降低气膜阻力，有

33、利于提高吸收速率。第41页，讲稿共76张，创作于星期一传质设备：传质设备：第四第四节 填料吸收塔的填料吸收塔的计算算 第42页，讲稿共76张，创作于星期一 操作型：核算；操作型：核算；操作条件与吸收结果的关系。操作条件与吸收结果的关系。计算依据：物料衡算计算依据：物料衡算 相平衡相平衡 吸收速率方程吸收速率方程吸收塔的计算内容：吸收塔的计算内容：设计型：流向、流程、吸收剂用量、设计型：流向、流程、吸收剂用量、吸收剂浓度、塔高、塔径吸收剂浓度、塔高、塔径第43页，讲稿共76张，创作于星期一定态逆流接触，通过吸收塔的惰性气量定态逆流接触，通过吸收塔的惰性气量和吸收剂量可认为不变。和吸收剂量可认为不

34、变。全塔范围内，对全塔范围内，对A作物料衡算作物料衡算：5.4.1 物料衡算与操作线方程物料衡算与操作线方程 1 1全塔物料衡算全塔物料衡算 V通过吸收塔的惰性气体量，通过吸收塔的惰性气体量，kmol/s；L通过吸收塔的吸收剂量，通过吸收塔的吸收剂量，kmol/s；Y1 Y2进塔、出塔气体中溶质进塔、出塔气体中溶质A的比摩尔分数的比摩尔分数 X1 X2出塔、进塔溶液中溶质出塔、进塔溶液中溶质A的比摩尔分数的比摩尔分数塔底截面一律以下标塔底截面一律以下标“1”1”代表，塔顶截面代表，塔顶截面 一律以下标一律以下标“2”2”代表代表G为单位时间内全塔吸收的吸收质的量为单位时间内全塔吸收的吸收质的量

35、第44页，讲稿共76张，创作于星期一 一般情况下，进塔混合气的组成与流量是吸收任务规定了的，如果吸收剂的组成与流量已一般情况下，进塔混合气的组成与流量是吸收任务规定了的，如果吸收剂的组成与流量已经确定，则经确定，则V、Y1、L、X2 及及 皆为已知数。又根据吸收操作的分离指标吸收率皆为已知数。又根据吸收操作的分离指标吸收率 ，可以得知气体出，可以得知气体出塔时的浓度塔时的浓度 Y2：式中，式中，表示气相中溶质被吸收的百分率，称为吸收率或回收率。表示气相中溶质被吸收的百分率，称为吸收率或回收率。在逆流操作的填料塔内，气体自下而上，其组成由在逆流操作的填料塔内，气体自下而上，其组成由Y1 逐渐变至

36、逐渐变至Y2 ，液体自上而下，其组成由，液体自上而下，其组成由X2逐渐变至逐渐变至X1。那么，填料层中各个截面上的气、液浓度那么，填料层中各个截面上的气、液浓度Y与与X之间的变之间的变化关系，需在填料层中的任一截面与塔的任一端面之间化关系，需在填料层中的任一截面与塔的任一端面之间作物料衡算。作物料衡算。2操作线方程与操作线操作线方程与操作线mnYX在塔内任取在塔内任取m-nm-n截面与塔底作溶质的物料衡算截面与塔底作溶质的物料衡算Ym-n截面上气相中溶质的比摩尔分数；截面上气相中溶质的比摩尔分数；Xm-n截面上液相中溶质的比摩尔分数。截面上液相中溶质的比摩尔分数。第45页，讲稿共76张，创作于

37、星期一称为吸收塔的操作线方程，它表明塔内任一截面上的气相组成称为吸收塔的操作线方程，它表明塔内任一截面上的气相组成Y Y与液相组成与液相组成X X之间成直线关系，直线的斜率为之间成直线关系，直线的斜率为 ，且此直线通过，且此直线通过 及及 两点两点。标绘在图。标绘在图8-58-5中的直线中的直线 ABAB，即为操作线。操作线上任何一点，代表着塔内，即为操作线。操作线上任何一点，代表着塔内相应截面上的液、气组成，端点相应截面上的液、气组成，端点A A代表塔顶稀端，端点代表塔顶稀端，端点B B代表塔底浓端。代表塔底浓端。逆流吸收塔操作线方程逆流吸收塔操作线方程 在进行吸收操作时，塔内任一在进行吸收

38、操作时，塔内任一截面上溶质在气相中的实际组成总截面上溶质在气相中的实际组成总是高于其平衡组成，所以操作线总是高于其平衡组成，所以操作线总是位于平衡线的上方。反之，如果是位于平衡线的上方。反之，如果操作线位于平衡线的下方，则应进操作线位于平衡线的下方，则应进行解吸过程。行解吸过程。第46页，讲稿共76张，创作于星期一吸收平衡线吸收平衡线回忆回忆相平衡在吸收过程中的应用相平衡在吸收过程中的应用判断吸收能否进行。判断吸收能否进行。确定吸收推动力。确定吸收推动力。吸收过程涉及两相间的物质传递，吸收过程涉及两相间的物质传递，包括三个步骤：包括三个步骤：传质的基本方式传质的基本方式分子扩散分子扩散 对流扩

39、散对流扩散 涡流扩散涡流扩散 第47页，讲稿共76张，创作于星期一双膜理论双膜理论（1 1）相互接触的气、液两流体间存在着稳定的相）相互接触的气、液两流体间存在着稳定的相界面，界面两侧各有一个很薄的有效层流膜层。吸界面，界面两侧各有一个很薄的有效层流膜层。吸收质以分子扩散方式通过此二膜层。收质以分子扩散方式通过此二膜层。（3 3）在膜层以外的气、液两相中心区，由于流体充分湍动，）在膜层以外的气、液两相中心区，由于流体充分湍动，吸收质的浓度是均匀的，即两相中心区内浓度梯度为零，全吸收质的浓度是均匀的，即两相中心区内浓度梯度为零，全部浓度变化集中在两个有效膜层内。部浓度变化集中在两个有效膜层内。（

40、2 2）在相界面处，气、液两相达于平衡。）在相界面处，气、液两相达于平衡。吸收速率方程吸收速率方程 1.1.气膜吸收速率方程式气膜吸收速率方程式 2.2.液膜吸收速率方程式液膜吸收速率方程式第48页，讲稿共76张，创作于星期一吸收总系数及其相应的吸收速率方程式吸收总系数及其相应的吸收速率方程式（1 1）以）以 表示总推动力的吸收速率方程式表示总推动力的吸收速率方程式（1 1）以）以 表示总推动力的吸收速率方程式表示总推动力的吸收速率方程式液膜控制液膜控制气膜控制气膜控制吸收塔的物料衡算和操作线方程吸收塔的物料衡算和操作线方程全塔物料衡算全塔物料衡算逆流吸收塔操作线方程逆流吸收塔操作线方程第49

41、页，讲稿共76张，创作于星期一逆流吸收操作线具有如下特点：逆流吸收操作线具有如下特点：3）操作线仅与液气比、浓端及稀端组成有关，与系）操作线仅与液气比、浓端及稀端组成有关，与系 统的平衡关系、塔型及操作条件统的平衡关系、塔型及操作条件T、p无关。无关。2）操作线通过塔顶（稀端）操作线通过塔顶（稀端）A(X2,Y2）及及塔底塔底 （浓端）（浓端）B（X1,Y1）;1）定态，）定态，L、V、Y1、X2恒定，操作线在恒定，操作线在XY 坐标上为一直线，斜率为坐标上为一直线，斜率为L/V。L/V为吸收为吸收 操作的操作的液气比液气比；5）平衡线与操作线共同决定吸收推动力。操作线）平衡线与操作线共同决定

42、吸收推动力。操作线 离平衡线愈远吸收的推动力愈大；离平衡线愈远吸收的推动力愈大；4）吸收操作线在平衡线的上方，解吸操作线在平）吸收操作线在平衡线的上方，解吸操作线在平 衡线下方。衡线下方。第50页，讲稿共76张，创作于星期一5.4.2 吸收剂用量与最小液气比吸收剂用量与最小液气比 1 1吸收剂的单位耗用量吸收剂的单位耗用量 由逆流吸收塔的物料衡算可知由逆流吸收塔的物料衡算可知吸收塔的最小液气比吸收塔的最小液气比如如V、Y1、Y2、X2 已知已知则则A A（X2、Y2）固定固定点点B B（X1、Y1）的横坐标取决于操作线的斜率的横坐标取决于操作线的斜率操作线的斜率操作线的斜率L/V称为液气比，是

43、吸收剂与惰性气体摩尔流量的比，称为液气比，是吸收剂与惰性气体摩尔流量的比，物理意义：处理含单位千摩尔惰性气的原料气所用的纯吸收剂耗用量大小。物理意义：处理含单位千摩尔惰性气的原料气所用的纯吸收剂耗用量大小。液气比对吸收设备尺寸和操作费用有直接的影响。液气比对吸收设备尺寸和操作费用有直接的影响。第51页，讲稿共76张，创作于星期一 当吸收剂用量增大，即操作线的斜率当吸收剂用量增大，即操作线的斜率L/V增大，则操作线向远离平衡线方向偏移，增大，则操作线向远离平衡线方向偏移，如图如图8-6中中AC线所示，此时操作线与平衡线间的距离增大，即各截面上吸收推线所示，此时操作线与平衡线间的距离增大，即各截面

44、上吸收推动力（动力（）增大。若在单位时间内吸收同样数量的溶质时，设备尺寸可以减小，）增大。若在单位时间内吸收同样数量的溶质时，设备尺寸可以减小，设备费用降低；但是，吸收剂消耗量增加，出塔液体中溶质含量降低，吸收剂设备费用降低；但是，吸收剂消耗量增加，出塔液体中溶质含量降低，吸收剂再生所需的设备费和操作费均增大。再生所需的设备费和操作费均增大。第52页，讲稿共76张，创作于星期一工工业吸收吸收过程程吸收和解吸吸收和解吸第53页，讲稿共76张，创作于星期一 若减少吸收剂用量，若减少吸收剂用量，L/VL/V减小，操作线向平衡线靠近，传质推动力减小，操作线向平衡线靠近，传质推动力必然减小，所需吸收设备

45、尺寸增大，设备费用增大。当吸收剂用量减小到使操必然减小，所需吸收设备尺寸增大，设备费用增大。当吸收剂用量减小到使操作线的一个端点与平衡线相交，此时传质过程的推动力为零，因而达到此作线的一个端点与平衡线相交，此时传质过程的推动力为零，因而达到此平衡所需的传质面积为无限大（塔为无限高）。显然，对于一定的吸收任平衡所需的传质面积为无限大（塔为无限高）。显然，对于一定的吸收任务，吸收剂的用量存在着一个最低极限，若实际液气比务，吸收剂的用量存在着一个最低极限，若实际液气比思考：思考：若减少吸收剂用量，其物理量的变化？若减少吸收剂用量，其物理量的变化？小于最小液气比时，便不能达到设计规定的分离要求。小于最

46、小液气比时，便不能达到设计规定的分离要求。图图8-6 8-6 吸收塔的最小液气比吸收塔的最小液气比第54页，讲稿共76张，创作于星期一这种极限情况下的吸收剂用量称为最小吸收剂用量，用这种极限情况下的吸收剂用量称为最小吸收剂用量，用 表示，相表示，相应的液气比称为最小液气比，用应的液气比称为最小液气比，用 表示。显然，对于一定的吸收表示。显然，对于一定的吸收任务，吸收剂的用量存在着一个最低极限，若实际液气比小于最小液任务，吸收剂的用量存在着一个最低极限，若实际液气比小于最小液气比时，便不能达到设计规定的分离要求。气比时，便不能达到设计规定的分离要求。设备费与操作费两方面影响到生产过程的经济效益设

47、备费与操作费两方面影响到生产过程的经济效益适宜液气比适宜液气比 2 2最小液气比的求法最小液气比的求法 （1 1）图解法）图解法（2 2）计算法）计算法课本例题课本例题第55页，讲稿共76张，创作于星期一吸收塔的塔径可根据圆形管道直径计算公式确定，即吸收塔的塔径可根据圆形管道直径计算公式确定，即 1 1、填料塔直径的计算、填料塔直径的计算吸收塔的内径，吸收塔的内径，m；操作条件下混合气体的体积流量，操作条件下混合气体的体积流量，m3/s；空塔气速，即按空塔截面积计算的混合气速度，空塔气速，即按空塔截面积计算的混合气速度，m/s。其值约为到。其值约为到0.2-0.3 m/s不等，适宜的数值由实验

48、或经验式求得。不等，适宜的数值由实验或经验式求得。在吸收过程中，由于吸收质不断进入液相，故混合气量由塔底至塔顶在吸收过程中，由于吸收质不断进入液相，故混合气量由塔底至塔顶逐渐减小。在计算塔径时，一般应以入塔时气量为依据。逐渐减小。在计算塔径时，一般应以入塔时气量为依据。5.4.3填料塔直径和填料层高度的计算填料塔直径和填料层高度的计算 第56页，讲稿共76张，创作于星期一填料塔提供接触面积的元件为填料，因此，塔内的填料塔提供接触面积的元件为填料，因此，塔内的填料装填量或一定直径的塔内填料层高度将直接影填料装填量或一定直径的塔内填料层高度将直接影响吸收结果。响吸收结果。2 2、填料层高度的计算、

49、填料层高度的计算填料层高度填料层高度Z Z等于所需的填料层体积等于所需的填料层体积V V除以塔截面积除以塔截面积S S。塔截面积已由塔径确定，填料层体积塔截面积已由塔径确定，填料层体积V V则取决于完成则取决于完成规定任务所需的总传质面积规定任务所需的总传质面积A A和每和每m m3 3填料层所能提供填料层所能提供的气液有效接触面积的气液有效接触面积a a 。即：。即：上式总传质面积应等于塔的吸收负荷上式总传质面积应等于塔的吸收负荷 （单位时间（单位时间内的传质量）与塔内传质速率内的传质量）与塔内传质速率 （单位时间内单位（单位时间内单位气液接触面积上的传质量）的比值。气液接触面积上的传质量）

50、的比值。计算塔的吸收负荷要依据物料衡算关系，计算传质速率要依据吸收速率方计算塔的吸收负荷要依据物料衡算关系，计算传质速率要依据吸收速率方程式，而吸收速率方程中的推动力总是实际浓度与某种平衡浓度的差额，程式，而吸收速率方程中的推动力总是实际浓度与某种平衡浓度的差额，因此又要知道相平衡关系。因此又要知道相平衡关系。第57页，讲稿共76张，创作于星期一总推动力以气相组成表示时的公式为：总推动力以气相组成表示时的公式为：总推动力以液相组成表示时的公式为：总推动力以液相组成表示时的公式为：“体积吸收总系数体积吸收总系数”有效接触面积有效接触面积a a（称为有效比表面积）值不仅与填料的形状、（称为有效比表