5.2 气体的吸收-3 (2).ppt

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1、讲授讲授 姜华姜华化化 工工 基基 础础An Introduction to Chemical Industry and EngineeringAn Introduction to Chemical Industry and Engineering教学目的：教学目的：重点难点：重点难点：课课 型：型：教学方法：教学方法：参考文献：参考文献：掌握吸收操作线方程和填料层高度的基本计算掌握吸收操作线方程和填料层高度的基本计算方法，以及适宜吸收剂用量的计算。方法，以及适宜吸收剂用量的计算。操作线方程、填料层高度的计算操作线方程、填料层高度的计算理论知识理论知识讲述、计算、分析讲述、计算、分析1 1、化

2、工原理（下）、化工原理（下）,大连理工大学编大连理工大学编,高等教育出版社高等教育出版社,2002.,2002.5-4 5-4 填料吸收塔的计算填料吸收塔的计算2 2、化工原理（下）、化工原理（下）,谭天恩等编谭天恩等编,化学工业出版社化学工业出版社,2004.,2004.3 3、化工分离过程、化工分离过程,陈洪钫等陈洪钫等,化学工业出版社化学工业出版社,1995.,1995.作业讲评23:23:气相总吸收系数与气膜分吸收系数和液膜分吸收系数气相总吸收系数与气膜分吸收系数和液膜分吸收系数之间的关系为之间的关系为:存在问题存在问题:气相总吸收系数气相总吸收系数K KG G、气膜分吸收系数、气膜分

3、吸收系数k kg g、液膜分吸、液膜分吸收系数收系数k kl l的书写要准确。的书写要准确。各种吸收系数均要有单位，并且各不相同。各种吸收系数均要有单位，并且各不相同。引引 言言一、吸收速率：一、吸收速率：N 吸收速率吸收速率,mol.m-2.s-1；吸收过程中的推动力，为浓度差或分压差。吸收过程中的推动力，为浓度差或分压差。K 传质系数；传质系数；由生产任务由生产任务决定的决定的N=K 塔设备塔设备（tower）板式塔板式塔（tray tower）填料塔填料塔（filled tower）逐级接触式逐级接触式连续微分接触式连续微分接触式二、传质设备：二、传质设备：液体液体尾气尾气气体气体尾气尾

4、气吸收液吸收液 填料吸收塔的计算填料吸收塔的计算设计设计计算计算 ：主要是获得达到指定的分离要求所需要主要是获得达到指定的分离要求所需要的塔的基本尺寸：填料层高度和塔径。的塔的基本尺寸：填料层高度和塔径。操作操作计算计算 ：要求算出给定的吸收塔的气液相出口浓要求算出给定的吸收塔的气液相出口浓度等参数。度等参数。对于低浓度气体的吸收，为了计算方便，对塔内的对于低浓度气体的吸收，为了计算方便，对塔内的吸收过程作如下假设：吸收过程作如下假设：气相中的惰性组分与液相中吸收剂的气相中的惰性组分与液相中吸收剂的摩尔流量不变。摩尔流量不变。塔内的温度始终相同。塔内的温度始终相同。传质总系数在整个塔内为常量。

5、传质总系数在整个塔内为常量。qn,V,qn,V,qn,Lqn,L吸收剂吸收剂12Y1Y2X2，X1，填 料 混合气混合气吸收液吸收液尾气尾气qn,V惰气的流量惰气的流量,mol/smol/sqn,L吸收剂的流量吸收剂的流量,mol/smol/s一、操作线方程一、操作线方程(equation of operating line)操作线方程操作线方程：操作线方程的操作线方程的依据依据：吸收塔中的物料衡算吸收塔中的物料衡算表示填料塔中某一截面上气液两相的表示填料塔中某一截面上气液两相的组成组成Y与与X之间的关系。之间的关系。qn,V,Y Y1 1qn,V,Y2X2,qn,LX1,qn,LXY连续定态

6、条件下连续定态条件下从填料层底至任一截面从填料层底至任一截面,对吸收质作物料衡算对吸收质作物料衡算在在全塔全塔范围内范围内,对对吸收质吸收质作物料衡算作物料衡算操作线操作线方程方程XY平衡线平衡线Y=mX(X2,Y2)(X1,Y1)(X,Y)(X,Y*=mX)(X*=Y/m,Y)操作线上的任一点，表示相应于操作线上的任一点，表示相应于吸收塔某一截面上气液两相的吸收塔某一截面上气液两相的Y Y与与X X间的关系。间的关系。操作线方程的依据是操作线方程的依据是质量守恒定律质量守恒定律，它与气液平衡和吸收速率及其它因它与气液平衡和吸收速率及其它因素（如塔型、相际接触情况、温度、素（如塔型、相际接触情

7、况、温度、压力）没有直接联系。压力）没有直接联系。操作线与平衡线间的距离是吸收操作线与平衡线间的距离是吸收的推动力的推动力YYYY*或或X X*XX。若操作线位于平衡线的下方，则若操作线位于平衡线的下方，则发生的是发生的是解吸解吸。操作线操作线XY平衡线Y=mX(X2,Y2)(X1,Y1)二、吸收剂用量二、吸收剂用量液气比液气比：吸收操作中，处理每摩尔惰性气体与所用吸收剂的物吸收操作中，处理每摩尔惰性气体与所用吸收剂的物 质的量之比。质的量之比。实际液气比：实际液气比：最小液气比：最小液气比：实际选用的液气比一般为最实际选用的液气比一般为最小液气比的小液气比的120%120%125%125%。

8、NOTENOTE：注意：注意：如果操作线与平衡线此同时如果操作线与平衡线此同时相切，则可按下式计算最小液气比相切，则可按下式计算最小液气比 XY图5-18 最小回流比计算示意图三、填料层高度的计算三、填料层高度的计算=A=连续定态连续定态操作条件下，KY可认为定值=z =填料的比表面积（填料的比表面积（mm2 2/m/m3 3）润湿率润湿率z z填料层高度，填料层高度，m;m;塔的截面积，塔的截面积，mm2 2吸收速率：吸收速率：qn,V,qn,V,qn,Lqn,L吸收剂吸收剂Y1Y2X2，X1，dA混合气混合气吸收液吸收液尾气尾气dNY-Y-dYdYY YX XX+dXX+dX三、填料层高度

9、的计算三、填料层高度的计算 以气相推动力表示填料层高度以气相推动力表示填料层高度:同理可得同理可得,以液相推动力表示填料层高度以液相推动力表示填料层高度:=HOGNOG传质单元高度传质单元高度(height of transfer unit,height of transfer unit,HTUHTU)：是指在填是指在填料比表面和塔径已定的条件下料比表面和塔径已定的条件下,一个传质单元所需的传质面一个传质单元所需的传质面积所相当的填料层的高度。积所相当的填料层的高度。传质单元：传质单元：=过程中吸收质的浓度变化过程中吸收质的浓度变化过程中的推动力过程中的推动力当吸收塔两截面间吸收质的浓度变化等

10、于这范围内吸收的推当吸收塔两截面间吸收质的浓度变化等于这范围内吸收的推动力时，这样一个区域就称为一个动力时，这样一个区域就称为一个传质单元传质单元(unit of mass unit of mass transfer)transfer)。气相传质单元数气相传质单元数气相传质单元高度气相传质单元高度Take a restTake a rest方法一方法一图解积分法图解积分法Y平衡线平衡线Y=mX(X2,Y2)(X1,Y1)X(X,Y)(X,Y*=mX)四、传质单元数的计算四、传质单元数的计算Y YY Y1 1Y Y2 2图解积分法既可用于服从亨利定律的体系，也可用于平衡图解积分法既可用于服从亨利

11、定律的体系，也可用于平衡线是曲线的体系。线是曲线的体系。缺点：准确性不高。缺点：准确性不高。操作线操作线方法二方法二解析法解析法平均推动力法平均推动力法传质单元数的计算传质单元数的计算塔底塔底气相气相传质推动力：传质推动力：塔顶塔顶气相气相传质推动力：传质推动力：Y平衡线平衡线Y=mX(X2,Y2)(X1,Y1)(X2,Y2*=mX2)(X1,Y1*=mX1)X气相传质平均推动力：气相传质平均推动力：塔底塔底液相液相传质推动力：传质推动力：适用条件：操作线和平衡线均为适用条件：操作线和平衡线均为直线但不要求平衡线过原点。直线但不要求平衡线过原点。优点：形式简明。优点：形式简明。缺点：必须已知缺

12、点：必须已知X X1 1，Y Y1 1，X X2 2，Y Y2 2。塔顶塔顶液相液相传质推动力：传质推动力：液相传质平均推动力：液相传质平均推动力：Y平衡线平衡线Y=mX(X2,Y2)(X1,Y1)(X1*=Y/m,Y1）X(X2*=Y/m,Y2）方法三方法三吸收因子法吸收因子法参考文献：参考文献：化工原理化工原理(下下),),大连理工大学编大连理工大学编,高等教育出版社高等教育出版社,2002.,2002.S=1.0S=1.00.80.8S S平衡线斜率与操作线斜率平衡线斜率与操作线斜率 的比值，称为的比值，称为吸收因子吸收因子。0.90.9适用于气液平衡关系为直线的情况适用于气液平衡关系为

13、直线的情况.缺点缺点:查图的准确性不高查图的准确性不高.优点优点:用于吸收过程的估算十分方便用于吸收过程的估算十分方便.传质单元数的计算传质单元数的计算方法四方法四近似梯级图解法（近似梯级图解法（BakerBaker法）法）参考文献：参考文献：化工原理（下）化工原理（下）,谭天恩等编谭天恩等编,化学工业出版社化学工业出版社,2004.,2004.传质单元数的计算传质单元数的计算X XY YX X1 1X X2 2Y Y1 1Y Y2 2平衡线平衡线操作线操作线适用于平衡线为直线或适用于平衡线为直线或弯曲程度不大的曲线弯曲程度不大的曲线.优点优点:比图解积分法简便比图解积分法简便.缺点缺点:准确

14、性不高准确性不高.传质单元数的计算传质单元数的计算方法五方法五数值积分法数值积分法(辛普森辛普森SimpsonSimpson数值积分法数值积分法)参考文献：参考文献：化工分离过程化工分离过程,陈洪钫等陈洪钫等,化学工业出版社化学工业出版社,1995.,1995.适用于平衡线为曲线的体系适用于平衡线为曲线的体系.优点优点:计算的准确性高；计算的准确性高；缺点缺点:计算比较繁琐计算比较繁琐.Y Y0 0、Y Yn n出入塔气相组成；出入塔气相组成；nn在在Y Y0 0与与Y Yn n间划分的区间数目，可取为任意偶数；间划分的区间数目，可取为任意偶数；YY把（把（Y Y0 0，Y Yn n）分成）分

15、成n n个相等的小区间，每一个个相等的小区间，每一个小区间的步长。小区间的步长。五、传质单元高度的求算五、传质单元高度的求算qn,V或或qn,L是由生产任务和工艺要求确定的。是由生产任务和工艺要求确定的。由选用的填料和液体喷淋量确定。由选用的填料和液体喷淋量确定。KY或或KX与选用的填料、温度、压力和操作条件等因素有与选用的填料、温度、压力和操作条件等因素有关。主要是通过实验测定，也可通过特征数关联式或经验关。主要是通过实验测定，也可通过特征数关联式或经验公式求算公式求算（自学）（自学）。根据塔中允许的流体流速确定：根据塔中允许的流体流速确定：体积传质系数体积传质系数填料层高度的计算填料层高度

16、的计算以气相推动力表示填料层高度以气相推动力表示填料层高度:以液相推动力表示填料层高度以液相推动力表示填料层高度:练 习 800800mmmm的填料塔，在常压和的填料塔，在常压和2020 C C下用清水吸收氨下用清水吸收氨空气混合空气混合气中的氨。混合气中的氨的分压为气中的氨。混合气中的氨的分压为1.51.5KPaKPa，惰气的质量流量为惰气的质量流量为0.40.4kg.skg.s-1-1，水的用量为最小用量的水的用量为最小用量的1.51.5倍，吸收率为倍，吸收率为98%98%。平衡。平衡关系为关系为Y=0.76XY=0.76X。气相体积吸收系数气相体积吸收系数K KY Y 为为0.100.1

17、0kmol.mkmol.m-3-3.s.s-1-1。空空气的相对分子量可取气的相对分子量可取2929。试求吸收塔的填料层高度（。试求吸收塔的填料层高度（m m）。）。解：解：实际液气比：实际液气比：最小液气比：最小液气比：Y Y1 1Y2X2X1Y Y1 1Y2X2X1塔底塔底气相气相传质推动力：传质推动力：塔顶塔顶气相气相传质推动力：传质推动力：气相传质平均推动力：气相传质平均推动力：教学目的：教学目的：重点难点：重点难点：掌握吸收操作线方程和填料层高度的基本掌握吸收操作线方程和填料层高度的基本计算方法，以及适宜吸收剂用量的计算。计算方法，以及适宜吸收剂用量的计算。操作线方程、填料层高度的计算操作线方程、填料层高度的计算总 结作作 业业P201：10、11、12