1、化工原理化工原理電子教案電子教案/目錄目錄 1 目錄目錄 第九章第九章 吸收吸收 第一節 概述 一、什么是吸收 二、吸收的目的 三、吸收分類 四、吸收設備及流程 五、吸收劑的選擇 化工原理化工原理電子教案電子教案/目錄目錄 2 目錄目錄 第九章第九章 吸收吸收 第二節 氣液相平衡 一、溶解度及溶解度曲線 二、亨利定律 第三節 吸收過程模型及吸收速率方程 一、雙膜模型 二、吸收速率方程 化工原理化工原理電子教案電子教案/目錄目錄 3 目錄目錄 第九章第九章 吸收吸收 第四節 二元低濃氣體吸收（或脫吸）的計算 一、物料衡算和操作線方程 二、吸收劑用量的確定 三、塔徑的計算 四、填料層高度的計算 習

2、題課 五、高濃氣體吸收 六、解吸 第五節 其他類型的吸收簡介 第九章小結 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 4/10 0 第九章第九章 吸收吸收 第一節第一節 概述概述 一、什么是吸收一、什么是吸收 相界面相界面 A B C D 氣體混合物氣體混合物液體液體 S 惰性組分惰性組分 吸收劑吸收劑 溶質溶質 利用利用氣體混合物氣體混合物中各組分在液體溶劑中中各組分在液體溶劑中溶解度的差異溶解度的差異來來 分離氣體混合物的操作稱為分離氣體混合物的操作稱為吸收吸收。 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 5/10 0 第一節第一節 概述概述 二、吸收的目的二、吸收的目的

3、 1制取產品制取產品 例如，用98%的硫酸吸收SO3氣體制取98%硫酸；用水吸收氯化氫 制取31%的工業鹽酸；用氨水吸收CO2生產碳酸氫銨等。 2從氣體中回收有用的組分從氣體中回收有用的組分 例如，用硫酸從煤氣中回收氨生成硫胺；用洗油從煤氣中回收粗 苯等。 3除去有害組分以凈化氣體除去有害組分以凈化氣體 主要包括原料氣凈化和尾氣、廢氣的凈化以保護環境。 例如用水或堿液脫除合成氨原料氣中的二氧化碳； 燃煤鍋爐煙氣、 冶煉廢氣等脫SO2等。 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 6/10 0 第一節第一節 概述概述 多組分吸收多組分吸收 單組分吸收單組分吸收 非等溫吸收非等溫吸收 等

4、溫吸收等溫吸收 化學吸收化學吸收 物理吸收物理吸收 三、吸收分類三、吸收分類 相界面相界面 A B C D 氣體混合物氣體混合物液體液體 S 惰性組分惰性組分 吸收劑吸收劑 溶質溶質 本章要介紹的本章要介紹的 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 7/10 0 請點擊觀看動畫請點擊觀看動畫 第一節第一節 概述概述 填料塔填料塔 板式塔板式塔 吸收劑吸收劑 吸收尾氣吸收尾氣 吸吸 收收 塔塔 混合氣混合氣 吸收液吸收液 逆流吸收操作示意圖逆流吸收操作示意圖 氣體氣體 溶劑溶劑 1 n 被吸收氣體被吸收氣體 板式塔板式塔 氣體氣體 溶劑溶劑 填料填料 被吸收氣體被吸收氣體 填料塔填料

5、塔 四吸收設備及流程四吸收設備及流程 1 1、吸收設備、吸收設備-塔設備塔設備 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 8/10 0 第一節第一節 概述概述 2吸收流程吸收流程 單一吸收塔流程：單一吸收塔流程： 吸吸 解解 收收 吸吸 塔塔 塔塔 吸收-解吸流程 吸收劑常常需 要回收再利用 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 9/10 0 第一節第一節 概述概述 （a）氣、液串聯（逆流）（b）氣體串聯、液體并聯（逆流） 多塔吸收流程多塔吸收流程 2吸收流程吸收流程 多塔吸收流程多塔吸收流程 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 10/1 00 第一節第

6、一節 概述概述 五吸收劑的選擇五吸收劑的選擇 5其它其它-無毒、無腐蝕性、不易燃燒、無毒、無腐蝕性、不易燃燒、 不發泡、價廉易得，并具有不發泡、價廉易得，并具有 化學穩定性等要求。化學穩定性等要求。 A A+B S （氣體）（氣體） （液體）（液體） 1溶解度溶解度-對溶質組分有較大的溶解度對溶質組分有較大的溶解度 2選擇性選擇性-對溶質組分有良好的選擇性，對溶質組分有良好的選擇性， 即對其它組分基本不吸收或吸收甚微，即對其它組分基本不吸收或吸收甚微， 3揮發性揮發性- 應不易揮發應不易揮發 4黏性黏性- 黏度要低黏度要低 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 11/1 00 第

7、二節第二節 氣液相平衡氣液相平衡 一、溶解度及溶解度曲線一、溶解度及溶解度曲線 A A+B S （氣體）（氣體） （液體）（液體） 3223 AA pPTfc, AA pfc A c A c ( (對雙組分氣體對雙組分氣體) ) 氣液達到相平衡時，液相中的溶質濃度稱為氣液達到相平衡時，液相中的溶質濃度稱為溶解度溶解度，記作，記作 對雙組分氣體吸收，所有變量共對雙組分氣體吸收，所有變量共4個：個： 溫度溫度T、總壓、總壓P、氣相組成、溶解度、氣相組成、溶解度 -獨立變量只有獨立變量只有3個，例如：個，例如：T、P、pA 在幾個大氣壓以內、溫度在幾個大氣壓以內、溫度T一定條件下，一定條件下， （溶

8、解平衡）（溶解平衡） 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 12/1 00 第二節第二節 氣液相平衡氣液相平衡 一、溶解度及溶解度曲線一、溶解度及溶解度曲線 AA pfc 上述具體函數關系目前尚無法理論推得，需通過實上述具體函數關系目前尚無法理論推得，需通過實 驗方法對具體物系進行測定。驗方法對具體物系進行測定。 如下圖示出了四種氣體在如下圖示出了四種氣體在20 C下在水中溶解度曲線。下在水中溶解度曲線。 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 13/1 00 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 pA，atm O 2 CO2

9、 SO2 NH3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 10ncA，kmol/m3 O2n=3，CO2n=2，SO2n=1，NH3n=0 幾種氣體在幾種氣體在 20水中的水中的溶解度曲線溶解度曲線 難溶體系難溶體系溶解度適中體系溶解度適中體系 易溶體系易溶體系 說明：說明： （1 1）不同氣體的溶解）不同氣體的溶解 度差異很大度差異很大 （2）對于稀溶液或極）對于稀溶液或極 稀溶液，溶解度曲線近稀溶液，溶解度曲線近 似為直線，即似為直線，即 AA pHc -亨利定律亨利定律 pA=723cApA=25.5cA pA=0.36cA pA=0.0136cA 化工原理化工原理電子教案電

10、子教案/ /第九章第九章 14/1 00 二、亨利定律二、亨利定律 AA pHc 通常由實驗測定。可從有關手冊中查得。如教材通常由實驗測定。可從有關手冊中查得。如教材P68 如圖，如圖，H越大，表明在相同的越大，表明在相同的pA下下 cA*越大，故越易溶。越大，故越易溶。 T ，H P在幾個大氣壓范圍內在幾個大氣壓范圍內 對對H影響可忽略。其他影響可忽略。其他 情況下，一般情況下，一般P ，H 屬物性屬物性 獲取方法：獲取方法： 影響因素：影響因素： -亨利定律亨利定律 溶解度系數，溶解度系數， kmol/(m3 Pa) 思考：思考：H H越大，表明越易溶還是越難溶？越大，表明越易溶還是越難溶

11、？ 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 pA，atm O 2 CO2 SO2 NH3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 10ncA，kmol/m3 O2n=3，CO2n=2，SO2n=1，NH3n=0 幾種氣體在幾種氣體在 20水中的水中的溶解度曲線溶解度曲線 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 15/1 00 二、亨利定律二、亨利定律 AA pHc -亨利定律亨利定律 c c H c p A A A Ex A A A x P E P p y A mx 亨利定律的其他形式：亨利定律的其他形式： E越大，越難溶；越大，

12、越難溶； H c E P E m 亨利系數，亨利系數，Pa 相平衡常數，無量綱相平衡常數，無量綱 思考：思考：E E越大，表明越易溶還是越大，表明越易溶還是 越難溶？越難溶？ E的影響因素：的影響因素： T ，E ；P對對E影響可忽略。影響可忽略。 m的影響因素：的影響因素： T ，m ；P ，m 思考：思考：m m越大，表明越易溶還是越大，表明越易溶還是 越難溶？越難溶？ m越大，越難溶；越大，越難溶； 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 16/1 00 氣膜氣膜 液膜液膜 pG pi 傳質方向傳質方向 Ci 氣相主體氣相主體 液相主體液相主體 CL G L z 距離距離 雙

13、膜模型雙膜模型 組成 第三節第三節 吸收過程模型及吸收速率方程吸收過程模型及吸收速率方程 三個串聯傳質環節：三個串聯傳質環節： 氣體側的對流傳質氣體側的對流傳質 界面溶解界面溶解 一、吸收過程模型一、吸收過程模型 NAGNAL 液體側的對流傳質液體側的對流傳質 回憶：回憶：第八章的雙膜模型第八章的雙膜模型 對照：對照： 間壁式換熱器的傳熱機理間壁式換熱器的傳熱機理 NAG= NAL 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 17/1 00 二、吸收速率方程二、吸收速率方程 氣膜氣膜 液膜液膜 pG pi 傳質方向傳質方向 Ci 氣相主體氣相主體 液相主體液相主體 CL G L z 距

14、離距離 雙膜模型雙膜模型 組成 G iG iGGAG k pp ppkN 1 L Li LiLAL k cc cckN 1 L Li G iG A k cc k pp N 11 x i y i A k xx k yy N 11 類似地：類似地：-分吸收速率方程 分分傳傳質質阻阻力力 分分推推動動力力 NAGNAL NAG= NAL 21212121 yykxxkppkCCkN yxGLA 對流傳質方程：對流傳質方程： 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 18/1 00 二、吸收速率方程二、吸收速率方程 假假設設氣氣液液相相平平衡衡關關系系滿滿足足亨亨利利定定律律，則則 LL H

15、pc ii Hpc L Li G iG A k cc k pp N 11 L Li Hk pp 1 LG LG Hkk pp 11 G LG K pp 1 氣膜氣膜 液膜液膜 pG pi 傳質方向傳質方向 Ci 氣相主體氣相主體 液相主體液相主體 CL G L z 距離距離 雙膜模型雙膜模型 組成 總總傳傳質質阻阻力力 總總推推動動力力 LGG HkkK 111 -以分壓差為推動力的以分壓差為推動力的氣相總吸收速率方程氣相總吸收速率方程 L p 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 19/1 00 二、吸收速率方程二、吸收速率方程 xy A k m k yy N 1 xy A k

16、mk xx N 11 y K yy 1 x K xx 1 氣膜氣膜 液膜液膜 pG pi 傳質方向傳質方向 Ci 氣相主體氣相主體 液相主體液相主體 CL G L z 距離距離 雙膜模型雙膜模型 組成 -以摩爾濃度差為推動力的以摩爾濃度差為推動力的 氣相總吸收速率方程氣相總吸收速率方程 -以摩爾分率差為推動力的以摩爾分率差為推動力的 氣相總吸收速率方程氣相總吸收速率方程 GG Hpc mxy myx -以摩爾分率差為推動力的以摩爾分率差為推動力的 液相總吸收速率方程液相總吸收速率方程 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 20/1 00 氣膜氣膜 液膜液膜 pG pi 傳質方向傳

17、質方向 Ci 氣相主體氣相主體 液相主體液相主體 CL G L z 距離距離 雙膜模型雙膜模型 組成 二、吸收速率方程二、吸收速率方程 P E pG P O CL C 傳傳質質推推動動力力的的圖圖示示 操作點 i p i c 液相總傳 質推動力 氣 相 總 傳 質 推 動 力 氣相分傳 質推動力 液相分傳 質推動力 L p G c L Li G iG A k CC k pp N 11 G LG K pp 1 L LG K CC 1 吸收速率方程的分析吸收速率方程的分析： 1.1.關于傳質推動力關于傳質推動力 操作點操作點P離平衡線越近，離平衡線越近， 則總推動力就越小則總推動力就越小 化工原理

18、化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 21/1 00 二、吸收速率方程二、吸收速率方程 氣膜氣膜 液膜液膜 pG pi 傳質方向傳質方向 Ci 氣相主體氣相主體 液相主體液相主體 CL G L z 距離距離 雙膜模型雙膜模型 組成 xyy k m kK 11 LGG HkkK 111 xy k m k 1 LG Hkk 11 氣膜控制氣膜控制 故故 GG kK yy kK -如圖，氣膜較厚，液膜較薄，即阻力主要由氣如圖，氣膜較厚，液膜較薄，即阻力主要由氣 膜決定。膜決定。 2 2、關于傳質阻力、關于傳質阻力 易溶體系屬于這種情況。易溶體系屬于這種情況。 化工原理化工原理電子教案電子教案/

19、 /第九章第九章 22/1 00 二、吸收速率方程二、吸收速率方程 液膜控制液膜控制 -如圖，液膜較厚，氣膜較薄，即阻力主要由液如圖，液膜較厚，氣膜較薄，即阻力主要由液 膜決定。膜決定。 難溶體系屬于這種情況。難溶體系屬于這種情況。 氣膜氣膜 液膜液膜 pG pi 傳質方向傳質方向 Ci 氣相主體氣相主體 液相主體液相主體 CL L G z 距離距離 雙膜模型雙膜模型 組成 yx mkk 11 GL k H k 1 故故 LL kK xx kK LGL kk H K 11 mkkK yxx 111 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 23/1 00 二、吸收速率方程二、吸收速率

20、方程 雙膜控制雙膜控制 -如圖，液膜、氣膜厚度相當，氣膜阻力和液膜如圖，液膜、氣膜厚度相當，氣膜阻力和液膜 阻力均不可忽略。阻力均不可忽略。 溶解度適中的體系屬于這種情況。溶解度適中的體系屬于這種情況。 氣膜氣膜 液膜液膜 pG pi 傳質方向傳質方向 Ci 氣相主體氣相主體 液相主體液相主體 CL G L z 距離距離 雙膜模型雙膜模型 組成 xyy k m kK 11 mkkK yxx 111 LGG HkkK 111 LGL kk H K 11 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 24/1 00 二、吸收速率方程二、吸收速率方程 影響傳質阻力的因素：影響傳質阻力的因素：

21、xyy k m kK 11 mkkK yxx 111 LGG HkkK 111 LGL kk H K 11 即影響傳質系數即影響傳質系數 k 的因素（第八章）的因素（第八章） u流動狀況流動狀況 如降膜濕壁塔、圓盤塔等：如降膜濕壁塔、圓盤塔等：kG G0.75，kL L0.7， 填料塔：填料塔： kL L0.75 0.95 u物性物性 u操作溫度和壓力操作溫度和壓力 u傳質面幾何特性等。傳質面幾何特性等。 返回目錄返回目錄作業：作業： 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 25/1 00 第四節第四節 二元低濃氣體吸收（或脫吸）的計算二元低濃氣體吸收（或脫吸）的計算 Ga ya

22、La xa D H Gb yb Lb xb 逆流吸收塔的物料衡算逆流吸收塔的物料衡算 計算項目主要有：計算項目主要有： u吸收劑用量吸收劑用量La、液相出塔濃度、液相出塔濃度xb u塔的主要工藝尺寸：塔的主要工藝尺寸： 塔徑塔徑D、填料層高度填料層高度H或塔板數或塔板數N 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 26/1 00 一、物料衡算和操作線方程一、物料衡算和操作線方程 Ga ya La xa Gb yb Lb xb 逆流吸收塔的物料衡算逆流吸收塔的物料衡算 對溶質對溶質 A，有，有 液液相相的的增增加加速速率率氣氣相相的的減減少少速速率率 abSabB XXLYYG aab

23、 B S b YXX G L Y GBYa LS Xa GBYb LS Xb GB-kmolB/s or kmolB/(m2s) ； LS -kmolS/s or kmolS/(m2s) ； Y（或（或X）-摩爾比；摩爾比； aabbaabb xLxLyGyG 全塔物料衡算全塔物料衡算 -可求解液相出塔濃度可求解液相出塔濃度xb -此式使用不方便，因為摩爾分率此式使用不方便，因為摩爾分率x、 y的定義基準從塔底到塔頂均在變化。的定義基準從塔底到塔頂均在變化。 將將 x、y換成摩爾比換成摩爾比X、Y可解決這個問題。可解決這個問題。 回收率回收率 為：為： b a b ab Y Y Y YY 1

24、化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 27/1 00 一、物料衡算和操作線方程一、物料衡算和操作線方程 GBYa LS Xa GBY LSX GBYb LS Xb 逆流吸收塔的物料衡算逆流吸收塔的物料衡算 液液相相量量的的增增加加速速率率氣氣相相量量的的減減少少速速率率 aSaB XXLYYG aa B S YXX G L Y 對塔上部任一段作質量衡算（對塔上部任一段作質量衡算（A組分）組分） -可求解全塔濃度分布可求解全塔濃度分布 -操作線方程操作線方程 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 28/1 00 一、物料衡算和操作線方程一、物料衡算和操作線方程 GBY

25、a LS Xa GBY LSX GBYb LS Xb 逆流吸收塔的物料衡算逆流吸收塔的物料衡算 aa B S YXX G L Y aab B S b YXX G L Y 操作線斜率越小，越靠操作線斜率越小，越靠 近平衡線，傳質推動力近平衡線，傳質推動力 越小，對傳質越不利。越小，對傳質越不利。 操作點操作點 X Y O Xb Yb 塔底塔底 Xa Ya 塔頂塔頂 直線，直線， B S G L 過塔頂點過塔頂點A(Xa，Ya)，塔底，塔底 B (Xb，Yb) 總是位于平衡線的上方；總是位于平衡線的上方； -液氣比液氣比斜率為斜率為 -操作線方程操作線方程 操作線方程：操作線方程： 化工原理化工原

26、理電子教案電子教案/ /第九章第九章 29/1 00 一、物料衡算和操作線方程一、物料衡算和操作線方程 G Ga Gb GB，L La Lb LS， Y y，X x，于于是是， Ga ya La xa GBYa LS Xa G y L x GBY LSX Gb yb Lb xb GBYb LS Xb 逆流吸收塔的物料衡算逆流吸收塔的物料衡算 aabb yxx G L y aa yxx G L y 對于低濃氣體（通常對于低濃氣體（通常yb10%），）， aab B S b YXX G L Y aa B S YXX G L Y 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 30/1 00 二

27、、吸收劑用量的確定二、吸收劑用量的確定 吸收劑用量取決于經濟性：吸收劑用量取決于經濟性： 塔高（包括解吸塔的）塔高（包括解吸塔的） 總費用總費用 操作中，吸收劑的消耗量操作中，吸收劑的消耗量 Ga ya La xa GBYa LS Xa G y L x GBY LSX Gb yb Lb xb GBYb LS Xb 逆流吸收塔的物料衡算逆流吸收塔的物料衡算 設備費能源費設備費能源費 計算項目主要有：計算項目主要有： u吸收劑用量吸收劑用量La、液相出塔、液相出塔 濃度濃度xb u塔的主要工藝尺寸：塔的主要工藝尺寸： 塔徑塔徑D、填料層高度填料層高度H或或 塔板數塔板數N 化工原理化工原理電子教案

28、電子教案/ /第九章第九章 31/1 00 Y Y B B Yb B B B Yb P YE E Ya A Ya A 0 Xa Xb 0 Xa XE Xb 費費用用 LS/GB 能源費能源費 總費用總費用 設備費：塔高設備費：塔高 總費用總費用有一最小值有一最小值 能源費能源費 因此，應當存在一個最適宜的液氣比因此，應當存在一個最適宜的液氣比 (LS/GB)opt，使，使總費用最總費用最小。小。 LS B S G L opt B S G L 總費用總費用設備費能源費設備費能源費 設備費設備費 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 32/1 00 二、吸收劑用量的確定二、吸收劑用量

29、的確定 Y Y B B Yb B B B Yb P YE E Ya A Ya A 0 Xa Xb 0 Xa XE Xb min )0 . 22 . 1( B S opt B S G L G L Ga ya La xa GBYa LS Xa G y L x GBY LSX Gb yb Lb xb GBYb LS Xb 逆流吸收塔的物料衡算逆流吸收塔的物料衡算 最小液氣比最小液氣比 此時，塔內必有一處達到相平衡，塔高需無窮高才行。此時，塔內必有一處達到相平衡，塔高需無窮高才行。 1、如何確定、如何確定(LS/GB) opt？ 一般根據生產經驗，取一般根據生產經驗，取 2、什么是、什么是(LS/GB

30、) min ？ 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 33/1 00 二、吸收劑用量的確定二、吸收劑用量的確定 Y Y B B Yb B B B Yb YE E Ya A Ya A 0 Xa Xb 0 Xa XE Xb ab ab B S XX YY G L minEb Eb B S XX YY G L min 最小液氣比的計算：最小液氣比的計算： 低濃時：低濃時： ab ab xx yy G L minEb Eb yy yy G L min min )0 . 22 . 1( B S B S G L G L 低濃時：低濃時： 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 3

31、4/1 00 二、吸收劑用量的確定二、吸收劑用量的確定 最小液氣比只對設計型問題有意義。最小液氣比只對設計型問題有意義。 Ga ya La xa GBYa LS Xa G y L x GBY LSX Gb yb Lb xb GBYb LS Xb 逆流吸收塔的物料衡算逆流吸收塔的物料衡算 可以，可以， 能，能， 但達不到指定的吸收要求但達不到指定的吸收要求 思考：思考：實際操作時的液氣比可否小于或等于最小液氣比？此時吸實際操作時的液氣比可否小于或等于最小液氣比？此時吸 收塔是否能操作？將會發生什么現象？收塔是否能操作？將會發生什么現象？ 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 35/

32、1 00 二、吸收劑用量的確定二、吸收劑用量的確定 Y Y B B Yb BB B Yb YE E Ya A Ya A 0 Xa Xb 0Xa XE Xb ab ab B S XX YY G L minEb Eb B S XX YY G L min 最小液氣比的計算：最小液氣比的計算： 低濃時：低濃時： ab ab xx yy G L minEb Eb yy yy G L min min )0 . 22 . 1( B S B S G L G L 低濃時：低濃時： 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 36/1 00 三、塔徑的計算三、塔徑的計算 u V D S 4 u為空塔氣速，

33、為空塔氣速，m/s， Vs為混合氣體的體積流量，為混合氣體的體積流量，m3/s。 Ga ya La xa GBYa LS Xa G y L x GBY LSX Gb yb Lb xb GBYb LS Xb 逆流吸收塔的物料衡算逆流吸收塔的物料衡算 由液泛速度來定，由液泛速度來定， 第十一章再講。第十一章再講。 計算項目主要有：計算項目主要有： u吸收劑用量吸收劑用量La、液相出塔、液相出塔 濃度濃度xb u塔的主要工藝尺寸：塔的主要工藝尺寸： 塔徑塔徑D、填料層高度填料層高度H或或 塔板數塔板數N 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 37/1 00 四、填料層高度的計算四、填料

34、層高度的計算 ya xa y x h G-dG dh h0 G y+dy x+dx A Gb yb xb 微微元元填填料料段段的的物物料料衡衡算算 引引入入 填填料料體體積積 質質面面積積填填料料層層所所具具有有的的有有效效傳傳 a AydGGdyyG)()( GyAd 1、填料層高度的一般計算式、填料層高度的一般計算式 LxAd A N aAdh 氣相中溶質氣相中溶質A的減少速率的減少速率 kmol/s 液相中溶質液相中溶質A的增加速率的增加速率 kmol/s 從氣相到液相的傳質速率從氣相到液相的傳質速率 kmol/s 對微元段填料對微元段填料dh作物料衡算：作物料衡算： 注意：注意：G、L

35、-kmol/(m2 s) kmol/s 計算項目主要有：計算項目主要有： u吸收劑用量吸收劑用量La、液相出塔、液相出塔 濃度濃度xb u塔的主要工藝尺寸：塔的主要工藝尺寸： 塔徑塔徑D、填料層高度填料層高度H或或 塔板數塔板數N 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 38/1 00 四、填料層高度的計算四、填料層高度的計算 ya xa y x h G-dG dh h0 G y+dy x+dx A Gb yb xb 微微元元填填料料段段的的物物料料衡衡算算 底底 頂頂 底底 頂頂 aN Lxd aN Gyd dhh AA H 0 0 底底 頂頂 底底 頂頂 xxaK Lxd yy

36、aK Gyd h xy 0 ak m akaK xyy 11 將總吸收速率方程將總吸收速率方程 代入得：代入得： xxKyyKN xyA 2、低濃氣體吸收時、低濃氣體吸收時 vG、L為常數為常數 vKy、Kx可視為常數可視為常數 va也可視為常數：也可視為常數： a與填料形狀、尺寸及填充狀況有關與填料形狀、尺寸及填充狀況有關 aN Lxd aN Gyd dh AA 氣相、液相氣相、液相總體積傳質系數總體積傳質系數 （適用于高、低濃吸收）（適用于高、低濃吸收） Why？ 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 39/1 00 2、低濃氣體吸收時、低濃氣體吸收時 b a y y y y

37、y dy aK G h0 OGOG NH b a x x x xx dx aK L h0 OLOL NH GG NH b a y y iy yy dy ak G h0 b a x x ix xx dx ak L h0 LL NH b a y y OG yy dy N 氣相總傳質單元數，無因次 氣相分傳質單元高度，m 氣相分傳質單元數，無因次 aK G H y OG 氣相總傳質單元高度氣相總傳質單元高度HTU ，m （Height of Transfer Unit） 流動狀況、物系、填料特性和操作條件流動狀況、物系、填料特性和操作條件 思考：思考：影響傳質單元高度影響傳質單元高度HTU的因素？的

38、因素？ 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 40/1 00 2、低濃氣體吸收時、低濃氣體吸收時 什么是傳質單元？什么是傳質單元？ kmkk yyyy ,1 ya xa y yb yk xk-1 yk+1 (y-y*)m,k k HOG yk yk+1 xk ya yN ,xN-1 N x yb xb 氣相總傳質單元 1 2 o 相平衡關系相平衡關系 如圖，將填料層分成若干段，如圖，將填料層分成若干段，1、2、N 段。每一段填料均需滿足以下條件：段。每一段填料均需滿足以下條件： 該段氣相（或液相）總的平該段氣相（或液相）總的平 均推動力均推動力 每一段氣相（或液相）組成的變化量每

39、一段氣相（或液相）組成的變化量 這一段填料就是一個傳質單元這一段填料就是一個傳質單元 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 41/1 00 2、低濃氣體吸收時、低濃氣體吸收時 ya xa y yb yk xk-1 yk+1 (y-y*)m,k k HOG yk yk+1 xk ya yN ,xN-1 N x yb xb 氣相總傳質單元 1 2 o 相平衡關系相平衡關系 b a y y OG yy dy N aK G H y OG 傳質單元高度？傳質單元高度？ 常用吸收設備的常用吸收設備的HTU約為約為 0.2 1.5m -每個傳質單元對應的填料層高度，每個傳質單元對應的填料層高度

40、，m 一個（氣相總）傳質單元 OGOG NHh 0 思考：思考： HTUHTU越大越好，還是越大越好，還是 越小越好？越小越好？ HTUHTU越小越好越小越好 傳質單元數？傳質單元數？ -傳質單元的個數，傳質單元的個數， 如圖，為如圖，為N個。個。 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 42/1 00 2、低濃氣體吸收時、低濃氣體吸收時 為什么為什么NOG就是傳質單元數就是傳質單元數N？ b a y y OG yy dy N aK G H y OG kmkk yyyy ,1 1 , k k y y kOG yy dy N 1 , 1 km kk yy yy ya xa y yb

41、yk xk-1 yk+1 (y-y*)m,k k HOG yk yk+1 xk ya yN ,xN-1 N x yb xb 氣相總傳質單元 1 2 o 相平衡相平衡 關系關系 一個（氣相總）傳質單元 每個傳質單元具有：每個傳質單元具有： )( 111 個個N b N k ka y y y y y y y y yy dy yy dy yy dy yy dy 12 1 1 b a y y OG yy dy N OGOG NHh 0 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 43/1 00 2、低濃氣體吸收時、低濃氣體吸收時 1 y-y* 0 ya yb y 傳質單元數傳質單元數 傳質單元

42、數傳質單元數NOG的幾何意義？的幾何意義？ b a y y OG yy dy N yb B ya A xa xb 越小越好越小越好 思考：思考：對設計型問題，對設計型問題，NOG越大越好，越大越好， 還是越小越好？還是越小越好？ -陰影部分面積陰影部分面積 思考：思考：如何使如何使NOG變小？變小？ 如圖所示，要使陰影面積變小，可以將傳質如圖所示，要使陰影面積變小，可以將傳質 推動力變大，或將分離要求降低，即推動力變大，或將分離要求降低，即ya變大。變大。 OGOG NHh 0 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 44/1 00 2、低濃氣體吸收時、低濃氣體吸收時 傳質單元數傳

43、質單元數NOG的兩種計算方法：的兩種計算方法： 吸收因數法吸收因數法 對數平均推動力法對數平均推動力法 （1）平衡線為直線時）平衡線為直線時 aK G H y OG b a y y OG yy dy N 圖解（或數值）積分法圖解（或數值）積分法 近似梯級法近似梯級法 （2）平衡線非直線時）平衡線非直線時 OGOG NHh 0 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 45/1 00 2、低濃氣體吸收時、低濃氣體吸收時 b a b a y y aa y y OG ySyyS dy yy dy N 1 傳質單元數傳質單元數NOG的兩種計算方法：的兩種計算方法： aa xyy L G x

44、aa yxx G L y bmxy aa yyyS L mG S 脫吸因數，無因次 mG L A 吸收因數，無因次 （1）平衡線為直線時）平衡線為直線時 代入代入 中積分得：中積分得： b a y y OG yy dy N aK G H y OG b a y y OG yy dy N bmxyy L G m aa 吸收因數法吸收因數法 對數平均推動力法對數平均推動力法 OGOG NHh 0 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 46/1 00 2、低濃氣體吸收時、低濃氣體吸收時 回回收收率率 為為： （低低濃濃） b a b a b ab y y Y Y Y YY 11 S yy

45、 yy S S N aa ab OG 1ln 1 1 -吸收因數法吸收因數法 OGOL SNN 類似可推得：類似可推得： 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 47/1 00 2、低濃氣體吸收時、低濃氣體吸收時 1 aa ab OG yy yy N S yy yy S S N aa ab OG 1ln 1 1 思考：思考：當當S1時，時，NOG？ 根據洛畢達法則可得根據洛畢達法則可得 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 48/1 00 2、低濃氣體吸收時、低濃氣體吸收時 aa yxx G L y bmxy yyy與與 y 關系也為直線函數關系關系也為直線函數關系

46、常數常數 ab ab yy yy dy yd a b ab ab y y ab ab OG y y yy yy yd yy yy y N b a ln 1 yb B ya A xa xb yb=yb yb ya=ya ya aK G H y OG b a y y OG yy dy N yb ya 傳質單元數傳質單元數NOG的兩種計算方法：的兩種計算方法： （1）平衡線為直線時）平衡線為直線時 吸收因數法吸收因數法 對數平均推動力法對數平均推動力法 OGOG NHh 0 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 49/1 00 2、低濃氣體吸收時、低濃氣體吸收時 a b ab m y

47、y yy y ln m ab OG y yy N aK G H y OG b a y y OG yy dy N a b ab ab y y ab ab OG y y yy yy yd yy yy y N b a ln 1 yb B ya A xa xb yb=yb yb ya=ya ya yb ya -對數平均推動力對數平均推動力 -對數平均推動力法對數平均推動力法 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 50/1 00 2、低濃氣體吸收時、低濃氣體吸收時 m ab OL x xx N im ab G y yy N im ab L x xx N a b ab m x x xx x

48、ln bbb xxx aaa xxx 同理，得：同理，得：式中：式中： 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 51/1 00 2、低濃氣體吸收時、低濃氣體吸收時 對數平均推動力法與吸收因數法的對比：對數平均推動力法與吸收因數法的對比： 相同點相同點：都適用于低濃、平衡線為直線的情況都適用于低濃、平衡線為直線的情況 不同點：不同點：前者涉及四個濃度，后者涉及三個濃度，前者涉及四個濃度，后者涉及三個濃度， 故后者特別適用于操作型問題的求解。故后者特別適用于操作型問題的求解。 m ab OG y yy N S yy yy S S N aa ab OG 1ln 1 1 化工原理化工原理電

49、子教案電子教案/ /第九章第九章 52/1 00 2、低濃氣體吸收時、低濃氣體吸收時 y 1 y-y* yb B E A y-y* B ya A O xa xb x O ya yb y 圖解法求 NOG b a y y OG yy dy N 傳質單元數傳質單元數NOG的兩種計算方法：的兩種計算方法： 圖解（或數值）積分法圖解（或數值）積分法 近似梯級法近似梯級法 （2）平衡線非直線時）平衡線非直線時 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 53/1 00 2、低濃氣體吸收時、低濃氣體吸收時 傳質單元數傳質單元數NOG的兩種計算方法：的兩種計算方法： 圖解（或數值）積分法圖解（或數值

50、）積分法 近似梯級法近似梯級法 （2）平衡線非直線時）平衡線非直線時 作圖步驟如下作圖步驟如下： 在操作線在操作線AB和平衡線和平衡線OE之間之間 作曲線作曲線MM ，使該線恰好等分使該線恰好等分AB 與與OE兩線之間的垂直距離。兩線之間的垂直距離。 自自A點起作一水平線，交點起作一水平線，交MM 于于 M1，并延長至并延長至D，使，使AM1=M1D。 過點過點D作垂線交作垂線交AB于點于點F。至至 此完成一個梯級法此完成一個梯級法ADF。 M M M1 如此類推，可繼續作出第二個如此類推，可繼續作出第二個 梯級，直至越過點梯級，直至越過點B的橫坐標的橫坐標xb為為 止。止。 D F y B

51、yb ya A O xa xb x 近近似似梯梯階階法法 E 梯級總數梯級總數 = NOG 如圖所示，梯級數為如圖所示，梯級數為2.8個。個。 亦稱為貝克（亦稱為貝克（Baker）法）法 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 54/1 00 2、低濃氣體吸收時、低濃氣體吸收時 近似梯級法近似梯級法 亦稱為貝克（亦稱為貝克（Baker）法）法 CCCM 1 2 y B E yb ya A O xa xb x M M M1 D F 梯級內的氣相濃度變化 FD FFAA 2 1 梯級內的平均推動力 C C C C F A 證明：證明：為什么梯級數就是氣為什么梯級數就是氣 相總傳質單元數

52、相總傳質單元數NOG？ 總總平平均均傳傳質質推推動動力力或或液液相相該該段段氣氣相相 組組成成的的變變化化量量或或液液相相每每一一段段氣氣相相 )( )( 可見，每一個梯級都滿足：可見，每一個梯級都滿足： 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 55/1 00 2、低濃氣體吸收時、低濃氣體吸收時 y B E yb ya A O xa xb x M M M1 D F C C F 思考：思考：根據近似梯級法判斷操根據近似梯級法判斷操 作線距平衡線越近，則作線距平衡線越近，則NOG如如 何變化？何變化？ 操作線越靠近平衡線，梯級數操作線越靠近平衡線，梯級數 越多，故越多，故NOG越大。越

53、大。 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 56/1 00 習題課習題課 m ab OG y yy N S yy yy S S N aa ab OG 1ln 1 1 aabb yxx G L y aK G H y OG OGOG NHh 0 min )0 . 22 . 1( G L G L 匯總：匯總： 或 低低 濃濃 氣氣 體體 吸吸 收收 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 57/1 00 習題課習題課 操作型操作型 設計型設計型 指吸收任務給定，求塔徑、塔高等。指吸收任務給定，求塔徑、塔高等。 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 58/1 0

54、0 設計型舉例設計型舉例 【例例1】常壓下，用煤油從苯蒸汽和空常壓下，用煤油從苯蒸汽和空 氣混合物中吸收苯，吸收率為氣混合物中吸收苯，吸收率為99%， 混合氣量為混合氣量為53kmol/h。入塔氣中含苯入塔氣中含苯 2%（體積（體積 %），入塔煤油中含苯），入塔煤油中含苯 0.02%（摩爾分率）。溶劑用量為最小（摩爾分率）。溶劑用量為最小 用量的用量的1.5倍，在操作溫度倍，在操作溫度50下，相下，相 平衡關系為平衡關系為y* = 0.36x，總傳質系數總傳質系數 Kya=0.015kmol/(m3 s)，塔徑為塔徑為1.1米。米。 試求所需填料層高度。試求所需填料層高度。 ya xa=0.0

55、2% =99% D=1.1m G= 53kmol/h L yb=0.02 xb 溶劑用量溶劑用量 為最小用為最小用 量的量的1.5倍倍 y* = 0.36x 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 59/1 00 設計型舉例設計型舉例 OGOG NHh 0 min 5 . 1 G L G L 3600 4 1 2 D m03. 1 015. 0 36001 . 1 4 1 53 2 ya xa=0.02% =99% D=1.1m G= 53kmol/h L yb=0.02 xb 溶劑用量溶劑用量 為最小用為最小用 量的量的1.5倍倍 y* = 0.36x OG H aK G y 【

56、解解】 屬于低濃氣體吸收屬于低濃氣體吸收 b a y y 1 0002. 0%99102. 01 ba yy a b ab x m y yy G L min GL m S 537. 0358. 05 . 1 67. 0 537. 0 36. 0 S mxy mxy S S N aa ab OG 1ln 1 1 358. 0 0002. 0 36. 0 02. 0 0002. 002. 0 98.1167. 0 0002. 036. 00002. 0 0002. 036. 002. 0 67. 01ln 67. 01 1 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 60/1 00 設計型

57、舉例設計型舉例 ya xa=0.02% =99% D=1.1m G= 53kmol/h L yb=0.02 xb 溶劑用量溶劑用量 為最小用為最小用 量的量的1.5倍倍 y* = 0.36x mNHh OGOG 4 .1298.1103. 1 0 至于用至于用“平均推動力法平均推動力法”請課下自行解算。請課下自行解算。 作業：作業： 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 61/1 00 習題課習題課 指吸收設備和流程已給定，考察操作條件指吸收設備和流程已給定，考察操作條件 的變化對吸收效果的影響的變化對吸收效果的影響 操作型操作型 設計型設計型 ya xa G yb L xb 操

58、作條件：操作條件： u氣液流量、氣液流量、 u氣液進口濃度、氣液進口濃度、 u操作溫度、壓力等操作溫度、壓力等 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 62/1 00 操作型定性分析舉例操作型定性分析舉例 快速分析法快速分析法 作圖作圖+ +排除法排除法 吸收因數法吸收因數法 【例例2】在逆流操作的填料吸收塔中，在逆流操作的填料吸收塔中， 對某一低濃氣體中的溶質組分進行對某一低濃氣體中的溶質組分進行 吸收，現因故吸收，現因故 (1)吸收劑入塔濃度變大；吸收劑入塔濃度變大； (2)吸收劑用量變小；吸收劑用量變小； 而其它操作條件均不變，試分析出而其它操作條件均不變，試分析出 塔氣體、

59、液體濃度如何變化？塔氣體、液體濃度如何變化？ ya? xa G yb L xb? ya? L xa G yb L xb? 【解解】 (1)吸收劑入塔濃度變大吸收劑入塔濃度變大 快速分析法：快速分析法： 依據：依據： 阻力阻力 推動力推動力 A N xa變大，變大，xb也將變大。也將變大。 xa變大，將使全塔液相濃度均變大，故全塔傳質推動力變大，將使全塔液相濃度均變大，故全塔傳質推動力 將變小，不利于吸收，因此，將變小，不利于吸收，因此，ya 變大。變大。 對照對照：傳：傳 熱章的操熱章的操 作型問題作型問題 分析方法分析方法 化工原理化工原理電子教案電子教案/ /第九章第九章 63/1 00

60、操作型定性分析舉例操作型定性分析舉例 快速分析快速分析 作圖作圖+ +排除法排除法 吸收因數法吸收因數法 【解解】 (1)吸收劑入塔濃度變大吸收劑入塔濃度變大 作圖作圖+ +排除法排除法 y yb B 原 E ya A O x 當當 xa變大時，原、新狀況下操作線變大時，原、新狀況下操作線 yb不不 變變 、 x a變 變 大大 Kya 不不變變， aK G H y OG 不不變變。 L/G不變不變 ya? xa G yb L xb? 影響因素：影響因素：流動狀況、物系、流動狀況、物系、 填料特性和操作條件填料特性和操作條件 與與h0不變相矛盾，故假設不變相矛盾，故假設 不成立。不成立。 a假