化工原理-第九章-吸收课件.ppt

1、化工原理化工原理电子教案电子教案/目录目录1目录目录 第九章第九章 吸收吸收第一节 概述一、什么是吸收二、吸收的目的三、吸收分类四、吸收设备及流程五、吸收剂的选择化工原理化工原理电子教案电子教案/目录目录2目录目录 第九章第九章 吸收吸收第二节 气液相平衡一、溶解度及溶解度曲线二、亨利定律 第三节 吸收过程模型及吸收速率方程 一、双膜模型 二、吸收速率方程 第四节 二元低浓气体吸收（或脱吸）的计算 一、物料衡算和操作线方程 二、吸收剂用量的确定 三、塔径的计算 四、填料层高度的计算化工原理化工原理电子教案电子教案/目录目录3目录目录 第九章第九章 吸收吸收习题课 第四节 二元低浓气体吸收（或脱

2、吸）的计算 五、高浓气体吸收 六、解吸 第五节 其他类型的吸收简介第三版第18次印刷的教材更正第九章小结化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章4/91第九章第九章 吸收吸收第一节第一节 概述概述一、什么是吸收一、什么是吸收相界面相界面ABCD气体混合物气体混合物液体液体S惰性组分惰性组分 吸收剂吸收剂 溶质溶质 利用利用气体混合物气体混合物中各组分在液体溶剂中中各组分在液体溶剂中溶解度的差异溶解度的差异来来分离气体混合物的操作称为分离气体混合物的操作称为吸收吸收。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章5/91第一节第一节 概述概述二、吸收的目的二、吸收的目的1制取产品制

3、取产品例如，用98%的硫酸吸收SO3气体制取98%硫酸；用水吸收氯化氢制取31%的工业盐酸；用氨水吸收CO2生产碳酸氢铵等。2从气体中回收有用的组分从气体中回收有用的组分例如，用硫酸从煤气中回收氨生成硫胺；用洗油从煤气中回收粗苯等。3除去有害组分以净化气体除去有害组分以净化气体主要包括原料气净化和尾气、废气的净化以保护环境。例如用水或碱液脱除合成氨原料气中的二氧化碳； 燃煤锅炉烟气、冶炼废气等脱SO2等。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章6/91第一节第一节 概述概述 多组分吸收多组分吸收单组分吸收单组分吸收非等温吸收非等温吸收等温吸收等温吸收化学吸收化学吸收物理吸收物理吸收三

4、、吸收分类三、吸收分类相界面相界面ABCD气体混合物气体混合物液体液体S惰性组分惰性组分 吸收剂吸收剂 溶质溶质 本章要介绍的本章要介绍的化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章7/91请点击观看动画请点击观看动画第一节第一节 概述概述 填料塔填料塔板式塔板式塔 吸收剂吸收剂 吸收尾气吸收尾气 吸吸 收收 塔塔 混合气混合气 吸收液吸收液 逆流吸收操作示意图逆流吸收操作示意图 气体气体 溶剂溶剂 1 n 被吸收气体被吸收气体 板式塔板式塔 气体气体 溶剂溶剂 填料填料 被吸收气体被吸收气体 填料塔填料塔 四吸收设备及流程四吸收设备及流程1 1、吸收设备、吸收设备-塔设备塔设备 化工原

5、理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章8/91第一节第一节 概述概述2吸收流程吸收流程单一吸收塔流程：单一吸收塔流程： 吸吸 解解 收收 吸吸 塔塔 塔塔 吸收-解吸流程 吸收剂常常需要回收再利用化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章9/91第一节第一节 概述概述 （a）气、液串联（逆流）（b）气体串联、液体并联（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 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章10/91第一节第一节 概述概述五吸收剂的选择五吸收剂的选择5其它其它-无毒、无腐蚀性、不易燃烧、无毒、无腐蚀性、不易燃烧、 不发泡、价廉易

6、得，并具有不发泡、价廉易得，并具有 化学稳定性等要求。化学稳定性等要求。 A A+B S （气体）（气体） （液体）（液体） 1溶解度溶解度-对溶质组分有较大的溶解度对溶质组分有较大的溶解度2选择性选择性-对溶质组分有良好的选择性，对溶质组分有良好的选择性， 即对其它组分基本不吸收或吸收甚微，即对其它组分基本不吸收或吸收甚微，3挥发性挥发性- 应不易挥发应不易挥发4黏性黏性- 黏度要低黏度要低化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章11/91第二节第二节 气液相平衡气液相平衡一、溶解度及溶解度曲线一、溶解度及溶解度曲线 A A+B S （气体）（气体） （液体）（液体）3223 AA

7、pPTfc, AApfc Ac Ac( (对双组分气体对双组分气体) ) 气液达到相平衡时，液相中的溶质浓度称为气液达到相平衡时，液相中的溶质浓度称为溶解度溶解度，记作，记作对双组分气体吸收，所有变量共对双组分气体吸收，所有变量共4个：个： 温度温度T、总压、总压P、气相组成、溶解度、气相组成、溶解度-独立变量只有独立变量只有3个，例如：个，例如：T、P、pA在几个大气压以内、温度在几个大气压以内、温度T一定条件下，一定条件下，（溶解平衡）（溶解平衡）化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章12/91第二节第二节 气液相平衡气液相平衡一、溶解度及溶解度曲线一、溶解度及溶解度曲线 AA

8、pfc 上述具体函数关系目前尚无法理论推得，需通过实上述具体函数关系目前尚无法理论推得，需通过实验方法对具体物系进行测定。验方法对具体物系进行测定。 如下图示出了四种气体在如下图示出了四种气体在20 C下在水中溶解度曲线。下在水中溶解度曲线。 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章13/911.0 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 几种气体在几种气体在 20水中的水中

9、的溶解度曲线溶解度曲线 难溶体系难溶体系溶解度适中体系溶解度适中体系 易溶体系易溶体系说明：说明：（1 1）不同气体的溶解）不同气体的溶解度差异很大度差异很大（2）对于稀溶液或极）对于稀溶液或极稀溶液，溶解度曲线近稀溶液，溶解度曲线近似为直线，即似为直线，即AApHc -亨利定律亨利定律pA=723cApA=25.5cApA=0.36cApA=0.0136cA化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章14/91二、亨利定律二、亨利定律AApHc 通常由实验测定。可从有关手册中查得。通常由实验测定。可从有关手册中查得。如图，如图，H越大，表明在相同的越大，表明在相同的pA下下cA*越大，

10、故越易溶。越大，故越易溶。T ，H P在几个大气压范围内在几个大气压范围内对对H影响可忽略。其他影响可忽略。其他情况下，一般情况下，一般P ，H 属物性属物性获取方法：获取方法：影响因素：影响因素：-亨利定律亨利定律溶解度系数，溶解度系数， kmol/(m3 Pa)思考：思考：H H越大，表明越易溶还是越难溶？越大，表明越易溶还是越难溶？化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章15/91二、亨利定律二、亨利定律AApHc -亨利定律亨利定律 ccHcpAAAEx AAAxPEPpy Amx 亨利定律的其他形式：亨利定律的其他形式：E越大，越难溶；越大，越难溶；HcE PEm 亨利系数

11、，亨利系数，Pa相平衡常数，无量纲相平衡常数，无量纲思考：思考：E E越大，表明越易溶还是越大，表明越易溶还是越难溶？越难溶？E的影响因素：的影响因素：T ，E ；P对对E影响可忽略。影响可忽略。m的影响因素：的影响因素：T ，m ；P ，m 思考：思考：m m越大，表明越易溶还是越大，表明越易溶还是越难溶？越难溶？m越大，越难溶；越大，越难溶；化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章16/91教材更正教材更正v P24第六行（第六行（8-5）应为（）应为（8-5a）。）。v P2430所有大写的所有大写的C均应为小写的均应为小写的c。v P30例例94的第七行的第七行“表示明表示明

12、”应为应为“表示时表示时” 作业：作业：化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章17/91第三节第三节 吸收过程模型及吸收速率方程吸收过程模型及吸收速率方程三个串联传质环节：三个串联传质环节： 气体气体液体液体气体侧的对流传质气体侧的对流传质界面溶解界面溶解一、吸收过程模型一、吸收过程模型 气膜气膜 液膜液膜 pG pi 传质方向传质方向 Ci 气相主体气相主体 液相主体液相主体 CL G L z 距离距离 双膜模型双膜模型组成NAGNAL液体侧的对流传质液体侧的对流传质-双膜模型双膜模型化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章18/91二、吸收速率方程二、吸收速率方程 气

13、膜气膜 液膜液膜 pG pi 传质方向传质方向 Ci 气相主体气相主体 液相主体液相主体 CL G L z 距离距离 双膜模型双膜模型组成 GiGiGGAGkppppkN1 LLiLiLALkcccckN1 LLiGiGAkcckppN11 xiyiAkxxkyyN11 类似地：类似地：-分吸收速率方程 分分传传质质阻阻力力分分推推动动力力 NAGNALNAG= NAL 21212121yykxxkppkCCkNyxGLA 对流传质方程：对流传质方程：化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章19/91二、吸收速率方程二、吸收速率方程假假设设气气液液相相平平衡衡关关系系满满足足亨亨利利

14、定定律律，则则 LLHpciiHpc LLiGiGAkcckppN11 LLiHkpp1 LGLGHkkpp11 GLGKpp1 气膜气膜 液膜液膜 pG pi 传质方向传质方向 Ci 气相主体气相主体 液相主体液相主体 CL G L z 距离距离 双膜模型双膜模型组成总总传传质质阻阻力力总总推推动动力力 LGGHkkK111 -以分压差为推动力的以分压差为推动力的气相总吸收速率方程气相总吸收速率方程 Lp化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章20/91二、吸收速率方程二、吸收速率方程xyAkmkyyN 1xyAkmkxxN11 yKyy1 xKxx1 气膜气膜 液膜液膜 pG p

15、i 传质方向传质方向 Ci 气相主体气相主体 液相主体液相主体 CL G L z 距离距离 双膜模型双膜模型组成-以摩尔浓度差为推动力的以摩尔浓度差为推动力的 液相总吸收速率方程液相总吸收速率方程-以摩尔分率差为推动力的以摩尔分率差为推动力的 气相总吸收速率方程气相总吸收速率方程GGHpc mxy myx -以摩尔分率差为推动力的以摩尔分率差为推动力的 液相总吸收速率方程液相总吸收速率方程化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章21/91 气膜气膜 液膜液膜 pG pi 传质方向传质方向 Ci 气相主体气相主体 液相主体液相主体 CL G L z 距离距离 双膜模型双膜模型组成二、吸

16、收速率方程二、吸收速率方程 P E pG P O CL C 传传质质推推动动力力的的图图示示 操作点ipic液相总传质推动力气相总传质推动力气相分传质推动力液相分传质推动力 Lp GcLLiGiGAkCCkppN11 GLGKpp1 LLGKCC1 吸收速率方程的分析吸收速率方程的分析：1.1.关于传质推动力关于传质推动力操作点操作点P离平衡线越近，离平衡线越近，则总推动力就越小则总推动力就越小化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章22/91二、吸收速率方程二、吸收速率方程 气膜气膜 液膜液膜 pG pi 传质方向传质方向 Ci 气相主体气相主体 液相主体液相主体 CL G L z

17、 距离距离 双膜模型双膜模型 组成 xyykmkK 11LGGHkkK111 xykmk 1LGHkk11 气膜控制气膜控制故故 GGkK yykK -如图，气膜较厚，液膜较薄，即阻力主要由气如图，气膜较厚，液膜较薄，即阻力主要由气 膜决定。膜决定。2 2、关于传质阻力、关于传质阻力 易溶体系属于这种情况。易溶体系属于这种情况。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章23/91二、吸收速率方程二、吸收速率方程液膜控制液膜控制-如图，液膜较厚，气膜较薄，即阻力主要由液如图，液膜较厚，气膜较薄，即阻力主要由液 膜决定。膜决定。难溶体系属于这种情况。难溶体系属于这种情况。 气膜气膜 液膜液

18、膜 pG pi 传质方向传质方向 Ci 气相主体气相主体 液相主体液相主体 CL L G z 距离距离 双膜模型双膜模型 组成 yxmkk11 GLkHk 1故故 LLkK xxkK LGLkkHK11 mkkKyxx111 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章24/91二、吸收速率方程二、吸收速率方程双膜控制双膜控制-如图，液膜、气膜厚度相当，气膜阻力和液膜如图，液膜、气膜厚度相当，气膜阻力和液膜 阻力均不可忽略。阻力均不可忽略。溶解度适中的体系属于这种情况。溶解度适中的体系属于这种情况。 气膜气膜 液膜液膜 pG pi 传质方向传质方向 Ci 气相主体气相主体 液相主体液相主

19、体 CL G L z 距离距离 双膜模型双膜模型组成xyykmkK 11mkkKyxx111 LGGHkkK111 LGLkkHK11 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章25/91二、吸收速率方程二、吸收速率方程影响传质阻力的因素：影响传质阻力的因素：xyykmkK 11mkkKyxx111 LGGHkkK111 LGLkkHK11 即影响传质系数即影响传质系数 k 的因素（第八章）的因素（第八章）u流动状况流动状况 如降膜湿壁塔、圆盘塔等：如降膜湿壁塔、圆盘塔等：kG G0.75，kL L0.7， 填料塔：填料塔： kL L0.75 0.95u物性物性u操作温度和压力操作温度

20、和压力u传质面几何特性等。传质面几何特性等。返回目录返回目录作业：作业：化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章26/91【例例】常温常压吸收塔的某个截面上（微分段内）常温常压吸收塔的某个截面上（微分段内），含氨，含氨3%3%（体积分数）的气体与浓度为（体积分数）的气体与浓度为1 1kmol.mkmol.m-3-3的氨水相遇。若已知：的氨水相遇。若已知：k ky y=5.1=5.11010-4-4kmol.skmol.s-1-1.m.m-2-2、k kx x=0.83=0.831010-2-2kmol.skmol.s-1-1.m.m-2-2, ,平衡关系可用平衡关系可用y=0.75x

21、y=0.75x表示。试计算：表示。试计算：（1 1）以气相、液相摩尔分数差表示的总推动力、总）以气相、液相摩尔分数差表示的总推动力、总传质系数和传质速率；传质系数和传质速率；（2 2）气、液两相传质阻力的相对大小；）气、液两相传质阻力的相对大小；（3 3）平衡分压和气相界面处的分压。）平衡分压和气相界面处的分压。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章27/91第四节第四节 二元低浓气体吸收（或脱吸）的计算二元低浓气体吸收（或脱吸）的计算 Ga ya 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 计算项目主要有：计算项目主要有：u吸收剂用量吸收

22、剂用量La、液相出塔浓度、液相出塔浓度xbu塔的主要工艺尺寸：塔的主要工艺尺寸： 塔径塔径D、填料层高度填料层高度H或塔板数或塔板数N化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章28/91一、物料衡算和操作线方程一、物料衡算和操作线方程 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 对溶质对溶质 A，有，有液液相相的的增增加加速速率率气气相相的的减减少少速速率率 abSabBXXLYYG aabBSbYXXGLY GBYa LS Xa GBYb LS XbGB-kmolB/s or kmolB/(m2s) ；LS -kmolS/s or kmo

23、lS/(m2s) ； Y（或（或X）-摩尔比；摩尔比；aabbaabbxLxLyGyG 全塔物料衡算全塔物料衡算-可求解液相出塔浓度可求解液相出塔浓度xb-此式使用不方便，因为摩尔分率此式使用不方便，因为摩尔分率x、y的定义基准从塔底到塔顶均在变化。的定义基准从塔底到塔顶均在变化。 将将x、y换成摩尔比换成摩尔比X、Y可解决这个问题。可解决这个问题。回收率回收率 为：为： bababYYYYY 1 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章29/91一、物料衡算和操作线方程一、物料衡算和操作线方程 GBYa LS Xa GBY LSX GBYb LS Xb 逆流吸收塔的物料衡算逆流吸收

24、塔的物料衡算 液液相相量量的的增增加加速速率率气气相相量量的的减减少少速速率率 aSaBXXLYYG aaBSYXXGLY 对塔上部任一段作质量衡算（对塔上部任一段作质量衡算（A组分）组分）-可求解全塔浓度分布可求解全塔浓度分布-操作线方程操作线方程化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章30/91一、物料衡算和操作线方程一、物料衡算和操作线方程 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 aaBSYXXGLY aabBSbYXXGLY 操作线斜率越小，越靠操作线斜率越小，越靠近平衡线，传质推动力近平衡线，传质推动力越小，对传

25、质越不利。越小，对传质越不利。操作点操作点XYOXbYb塔底塔底XaYa塔顶塔顶直线，直线，BSGL过塔顶点过塔顶点A(Xa，Ya)，塔底，塔底 B (Xb，Yb)总是位于平衡线的上方；总是位于平衡线的上方；-液气比液气比斜率为斜率为-操作线方程操作线方程操作线方程：操作线方程：化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章31/91一、物料衡算和操作线方程一、物料衡算和操作线方程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

26、衡算逆流吸收塔的物料衡算 aabbyxxGLy aayxxGLy 对于低浓气体（通常对于低浓气体（通常yb10%），）， aabBSbYXXGLY aaBSYXXGLY 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章32/91二、吸收剂用量的确定二、吸收剂用量的确定 Y Y B B Yb B B B Yb P YE E Ya A Ya A 0 Xa Xb 0 Xa XE Xb LS BSGL min BSGLmin)0 . 22 . 1( BSoptBSGLGL Ga ya La xa GBYa LS Xa G y L x GBY LSX Gb yb Lb xb GBYb LS Xb 逆流

27、吸收塔的物料衡算逆流吸收塔的物料衡算仅从能耗上看，希望吸收剂用量越小越好，但是仅从能耗上看，希望吸收剂用量越小越好，但是-最小液气比最小液气比此时，塔内必有一处达到相此时，塔内必有一处达到相平衡，塔高需无穷高才行。平衡，塔高需无穷高才行。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章33/91二、吸收剂用量的确定二、吸收剂用量的确定最小液气比只对设计型问题有意义。最小液气比只对设计型问题有意义。 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，但达不到指定

28、的吸收要求但达不到指定的吸收要求思考：思考：实际操作时的液气比可否小于或等于最小液气比？此时吸实际操作时的液气比可否小于或等于最小液气比？此时吸收塔是否能操作？将会发生什么现象？收塔是否能操作？将会发生什么现象？化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章34/91二、吸收剂用量的确定二、吸收剂用量的确定 Y Y B B Yb BB B Yb YE E Ya A Ya A 0 Xa Xb 0Xa XE XbababBSXXYYGL minEbEbBSXXYYGL min最小液气比的计算：最小液气比的计算：低浓时：低浓时：ababxxyyGL minEbEbyyyyGL minmin)0

29、. 22 . 1( BSBSGLGL低浓时：低浓时：化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章35/91三、塔径的计算三、塔径的计算uVDS 4 u为空塔气速，为空塔气速，m/s，Vs为混合气体的体积流量，为混合气体的体积流量，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化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章36/91四、填料层高度的计算四、填料层高度的计算 ya xa y x h G-dG dh h0 G y+dy x+dx A Gb yb

30、xb 微微元元填填料料段段的的物物料料衡衡算算 引引入入填填料料体体积积质质面面积积填填料料层层所所具具有有的的有有效效传传 a AydGGdyyG)()( GyAd1、填料层高度的一般计算式、填料层高度的一般计算式 LxAd AN aAdh气相中溶质气相中溶质A的减少速率的减少速率 液相中溶质液相中溶质A的增加速率的增加速率从气相到液相的传质速率从气相到液相的传质速率注意：注意：G、L-kmol/(m2 s)对微元段填料对微元段填料dh作物料衡算：作物料衡算：化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章37/91四、填料层高度的计算四、填料层高度的计算 ya xa y x h G-dG

31、 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 底底顶顶底底顶顶aNLxdaNGyddhhAAH00 底底顶顶底底顶顶xxaKLxdyyaKGydhxy0akmakaKxyy 11将总吸收速率方程将总吸收速率方程 代入得：代入得： xxKyyKNxyA 2、低浓气体吸收时、低浓气体吸收时vG、L为常数为常数vKy、Kx可视为常数可视为常数va也可视为常数：也可视为常数： a与填料形状、尺寸及填充状况有关与填料形状、尺寸及填充状况有关 aNLxdaNGyddhAA 气相、液相气相、液相总体积传质系数总体积传质系数（适用于高、低浓吸收）（适用于

32、高、低浓吸收）化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章38/912、低浓气体吸收时、低浓气体吸收时 bayyyyydyaKGh0OGOGNH baxxxxxdxaKLh0OLOLNH GGNH bayyiyyydyakGh0 baxxixxxdxakLh0LLNH bayyOGyydyN气相总传质单元数，无因次气相分传质单元高度，m 气相分传质单元数，无因次aKGHyOG 气相总传质单元高度气相总传质单元高度HTU ，m（Height of Transfer Unit） 流动状况、物系、填料特性和操作条件流动状况、物系、填料特性和操作条件思考：思考：影响传质单元高度影响传质单元高度H

33、TU的因素？的因素？化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章39/91传质单元传质单元 传质单元的定义传质单元的定义h0= HOG NOG = HOL NOLaKGHyOG bayyOGyydyNaKLHxOL abxxOLxxdxN传质单元高度（m）完成确定的分离任务所需基本传质单元的个数, 其值取决于分离要求, 反映分离的难易程度完成某一个单元的传质所需高度, 其值取决于操作因素,是吸收设备传质性能高低的反映物理意义液 相气 相传质单元数（无因次）化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章40/91OGOGNhH y2 x2 1 2 yk xk-1 k HOG yk+1

34、xk yN ,xN-1 N y1 x1 传质单元高度传质单元高度HTU的物理意义？的物理意义？常用吸收设备的常用吸收设备的HTU约为约为0.15 1.5m，思考：思考： HTU越大越好，还是越小越好？越大越好，还是越小越好？-每个传质单元对应的填料层高度每个传质单元对应的填料层高度思考：思考：影响传质单元高度影响传质单元高度HTUHTU的因素？的因素？流动状况、物系、填料特性和操作条件流动状况、物系、填料特性和操作条件化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章41/91 1 y-y* 0 y2 y1 y 传质单元数传质单元数 若若吸吸收收过过程程的的传传质质推推动动力力 (y y*)

35、越越小小或或分分离离要要求求 (y1 y2)越越高高， 则则 NOG越越大大。 传质单元数的物理意义？传质单元数的物理意义？12*yOGydyNyyOGOGNhH0 y1 B y2 A x2 x1 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章42/91分析分析 bayyGOGOyydyNHh10即 mmabGOyyyyyyN 1个传质单元内填料层两端气相宏观浓度差个传质单元内填料层两端气相宏观浓度差恰好等于单元段内平均传质推动力恰好等于单元段内平均传质推动力若若 为平均推动力为平均推动力取取myy 则则 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章43/912、低浓气体吸收时、低浓

36、气体吸收时传质单元数传质单元数NOG的两种计算方法：的两种计算方法：吸收因数法吸收因数法对数平均推动力法对数平均推动力法（1）平衡线为直线时）平衡线为直线时aKGHyOG bayyOGyydyN图解（或数值）积分法图解（或数值）积分法近似梯级法近似梯级法（2）平衡线非直线时）平衡线非直线时OGOGNHh 0化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章44/912、低浓气体吸收时、低浓气体吸收时 babayyaayyOGySyySdyyydyN1传质单元数传质单元数NOG的两种计算方法：的两种计算方法： aaxyyLGx aayxxGLy bmxy aayyySLmGS 脱吸因数，无因次m

37、GLA 吸收因数，无因次（1）平衡线为直线时）平衡线为直线时代入代入 中积分得：中积分得： bayyOGyydyNaKGHyOG bayyOGyydyN bmxyyLGmaa 吸收因数法吸收因数法对数平均推动力法对数平均推动力法OGOGNHh 0化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章45/912、低浓气体吸收时、低浓气体吸收时回回收收率率 为为： （低低浓浓）babababyyYYYYY 11 SyyyySSNaaabOG1ln11-吸收因数法吸收因数法OGOLSNN 类似可推得：类似可推得：化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章46/912、低浓气体吸收时、低浓气体吸

38、收时1 aaabOGyyyyN SyyyySSNaaabOG1ln11思考：思考：当当S1时，时，NOG？根据洛毕达法则可得根据洛毕达法则可得化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章47/912、低浓气体吸收时、低浓气体吸收时 aayxxGLy bmxy yyy与与 y 关系也为直线函数关系关系也为直线函数关系常数常数 ababyyyydyydabababyyababOGyyyyyyydyyyyyNba ln1 yb B ya A xa xb yb=yb yb ya=ya ya aKGHyOG bayyOGyydyN yb ya传质单元数传质单元数NOG的两种计算方法：的两种计算方法

39、：（1）平衡线为直线时）平衡线为直线时吸收因数法吸收因数法对数平均推动力法对数平均推动力法OGOGNHh 0化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章48/912、低浓气体吸收时、低浓气体吸收时ababmyyyyy lnmabOGyyyN aKGHyOG bayyOGyydyNabababyyababOGyyyyyyydyyyyyNba ln1 yb B ya A xa xb yb=yb yb ya=ya ya yb ya-对数平均推动力对数平均推动力-对数平均推动力法对数平均推动力法化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章49/912、低浓气体吸收时、低浓气体吸收时mabO

40、LxxxN imabGyyyN imabLxxxN ababmxxxxx lnbbbxxx aaaxxx 同理，得：同理，得：式中：式中：化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章50/912、低浓气体吸收时、低浓气体吸收时对数平均推动力法与吸收因数法的对比：对数平均推动力法与吸收因数法的对比： 相同点相同点：都适用于低浓、平衡线为直线的情况都适用于低浓、平衡线为直线的情况 不同点：不同点：前者涉及四个浓度，后者涉及三个浓度，前者涉及四个浓度，后者涉及三个浓度， 故后者特别适用于操作型问题的求解。故后者特别适用于操作型问题的求解。mabOGyyyN SyyyySSNaaabOG1ln1

41、1化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章51/91习题课习题课mabOGyyyN SyyyySSNaaabOG1ln11 aabbyxxGLy aKGHyOG OGOGNHh 0min)0 . 22 . 1( GLGL汇总：汇总：或化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章52/91习题课习题课指吸收设备和流程已给定，考察操作条件指吸收设备和流程已给定，考察操作条件的变化对吸收效果的影响的变化对吸收效果的影响 操作型操作型设计型设计型指吸收任务给定，求塔径、塔高等。指吸收任务给定，求塔径、塔高等。 ya xa G yb L xb操作条件：操作条件：u气液流量、气液流量、u气

42、液进口浓度、气液进口浓度、u操作温度、压力等操作温度、压力等化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章53/91设计型举例设计型举例【例例1】常压下，用煤油从苯蒸汽和空常压下，用煤油从苯蒸汽和空气混合物中吸收苯，吸收率为气混合物中吸收苯，吸收率为99%，混合气量为混合气量为53kmol/h。入塔气中含苯入塔气中含苯2%（体积（体积 %），入塔煤油中含苯），入塔煤油中含苯0.02%（摩尔分率）。溶剂用量为最小（摩尔分率）。溶剂用量为最小用量的用量的1.5倍，在操作温度倍，在操作温度50下，相下，相平衡关系为平衡关系为y* = 0.36x，总传质系数总传质系数Kya=0.015kmol/(

43、m3 s)，塔径为塔径为1.1米。米。试求所需填料层高度。试求所需填料层高度。 ya xa=0.02% =99% D=1.1m G= 53kmol/h L yb=0.02 xb 溶剂用量溶剂用量为最小用为最小用量的量的1.5倍倍y* = 0.36x化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章54/91设计型举例设计型举例OGOGNHh 0min5 . 1 GLGL 3600412D m03. 1015. 036001 . 141532 ya xa=0.02% =99% D=1.1m G= 53kmol/h L yb=0.02 xb 溶剂用量溶剂用量为最小用为最小用量的量的1.5倍倍y*

44、= 0.36x OGHaKGy【解解】 属于低浓气体吸收属于低浓气体吸收 bayy 1 0002. 0%99102. 01 bayyababxmyyyGL minGLmS 537. 0358. 05 . 1 67. 0537. 036. 0 SmxymxySSNaaabOG1ln11358. 00002. 036. 002. 00002. 002. 0 98.1167. 00002. 036. 00002. 00002. 036. 002. 067. 01ln67. 011 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章55/91设计型举例设计型举例 ya xa=0.02% =99% D=

45、1.1m G= 53kmol/h L yb=0.02 xb 溶剂用量溶剂用量为最小用为最小用量的量的1.5倍倍y* = 0.36xmNHhOGOG4 .1298.1103. 10 至于用至于用“平均推动力法平均推动力法”请课下自行解算。请课下自行解算。作业：作业：化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章56/91操作型定性分析举例操作型定性分析举例【例例2】在逆流操作的填料吸收在逆流操作的填料吸收塔中，对某一低浓气体中的溶塔中，对某一低浓气体中的溶质组分进行吸收，现因故质组分进行吸收，现因故 (1)吸收剂入塔浓度变大；吸收剂入塔浓度变大； (2)吸收剂用量变小；吸收剂用量变小；而其它

46、操作条件均不变，试分而其它操作条件均不变，试分析出塔气体、液体浓度如何变析出塔气体、液体浓度如何变化？化？ ya? xa G yb L xb? 快速分析法快速分析法作图作图+ +排除法排除法吸收因数法吸收因数法 ya? L xa G yb L xb? 【解解】 (1)吸收剂入塔浓度变大吸收剂入塔浓度变大 xa变大，将使全塔浓度均变大，因此变大，将使全塔浓度均变大，因此xb也将变大。而且也将变大。而且全塔传质推动力将变小，故不利于吸收，因此，全塔传质推动力将变小，故不利于吸收，因此，ya 变大。变大。快速分析法：快速分析法：化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章57/91操作型定性分

47、析举例操作型定性分析举例快速分析快速分析作图作图+ +排除法排除法吸收因数法吸收因数法【解解】 (1)吸收剂入塔浓度变大吸收剂入塔浓度变大作图作图+ +排除法排除法 y yb B 原 E ya A O x 当当 xa变大时，原、新状况下操作线变大时，原、新状况下操作线 yb不不 变变 、 xa变变 大大Kya 不不变变，aKGHyOG 不不变变。L/G不变不变 ya? xa G yb L xb? 影响因素：影响因素：流动状况、物系、流动状况、物系、 填料特性和操作条件填料特性和操作条件与与h0不变相矛盾，故假设不变相矛盾，故假设不成立。不成立。 a假设假设ya不变不变b假设假设ya变小变小作图

48、知此作图知此时操作线时操作线为红线，为红线，可见可见NOG h0 1 y-y* 0 ya yb y 传质单元数传质单元数 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章58/91操作型定性分析举例操作型定性分析举例快速分析快速分析作图作图+ +排除法排除法吸收因数法吸收因数法【解解】 (1)吸收剂入塔浓度变大吸收剂入塔浓度变大作图作图+ +排除法排除法Kya 不不变变，aKGHyOG 不不变变。 ya? xa G yb L xb? 与与h0不变相矛盾，故假设不变相矛盾，故假设不成立。不成立。 b假设假设ya变小变小作图知此时操作线为作图知此时操作线为红线，可见红线，可见NOG h0 y y

49、b B 原 E ya A O x 当 xa变大时，原、新状况下操作线 因此，因此，ya只能只能 1 y-y* 0 ya yb y 传质单元数传质单元数 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章59/91操作型定性分析举例操作型定性分析举例快速分析快速分析作图作图+ +排除法排除法吸收因数法吸收因数法【解解】 (1)吸收剂入塔浓度变大吸收剂入塔浓度变大作图作图+ +排除法排除法 ya? xa G yb L xb? y yb B 原 E ya A O x 当xa变大时，原、新状况下操作线 关于关于xb：与与ya的分析类似的分析类似 假设假设xb不变、变小，作不变、变小，作图可知图可知NO

50、G将变小，故将变小，故h0将变小，与将变小，与h0 一定相矛盾，一定相矛盾，因此，因此， xb 1 y-y* 0 ya yb y 传传质质单单元元数数 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章60/91操作型定性分析举例操作型定性分析举例【解解】 (1)吸收剂入塔浓度变大吸收剂入塔浓度变大吸收因数法：吸收因数法： ya? xa G yb L xb? NOG与（yb-mxa）/（ya-mxa）关系曲线 NOG（yb-mxa）/（ya-mxa） S增大增大由题意可知：由题意可知：不不变变LmGS 不变不变aKGHyOG NOGh0/HOG不变不变不不变变aaabmxymxy 由右图可知，