1、第四節(jié) 低含量氣體吸收,一、特點(diǎn),1、G、L不變 G：kmol混合氣/（m2塔截面s） L：kmol溶液/（m2塔截面s）,2、等溫吸收 由溶解熱引起的液體溫度升高不顯著，可不作熱量衡算,3、kx、ky為常量,二、吸收塔的物料衡算 操作線方程,1、操作線,逆流操作,取控制體，全塔衡算 G（y1-y2）=L（x1-x2）,對(duì)塔中某一截面衡算,尋找任一截面上 y 與 x 的關(guān)系,即：,操作線方程,操作線在相圖中表示,（1）由塔頂，塔底兩端點(diǎn)作直線,（2）由塔頂或塔底一個(gè)端點(diǎn)及 操作線斜率L/G作直線,線段AB：全塔操作線,B為塔底兩相濃度坐標(biāo)（y1,x1）,A為塔頂兩相濃度坐標(biāo)（y2,x2）,點(diǎn)M

2、為塔某一截面兩相濃度坐標(biāo),線上任一點(diǎn)坐標(biāo)代表塔內(nèi)某一截面上氣液兩相組成,操作線斜率：,并流操作,G（y1-y2）=L（x2-x1）,操作線斜率：,操作線方程：,2、操作線與推動(dòng)力,操作線與平衡線于同一圖中，則操 作線上任一點(diǎn)M與平衡線間的垂直距 離即為塔內(nèi)某截面上以氣相組成表示 的吸收推動(dòng)力（y-ye），操作點(diǎn)與平 衡線的水平距離即為該截面上以液相 組成表示的吸收推動(dòng)力（xe-x）。,由圖可見(jiàn)，在吸收塔內(nèi)推動(dòng)力的變化規(guī)律是由操作線與平衡線共同決定的。,三、相際傳質(zhì)速率方程式 吸收過(guò)程基本方程,1、物料衡算微分方程式,主要討論：微分接觸吸收塔中，塔高與吸收速率關(guān)系,同時(shí)：dydx,對(duì)微元塔段dh

3、進(jìn)行物料衡算,-Gdy = dN = Ldx,2、吸收過(guò)程的積分表達(dá)式 吸收過(guò)程的基本方程式 填料層高度計(jì)算式,隨著吸收的進(jìn)行，氣體濃度y逐漸下降，而液體濃度x逐漸 上升。因此，吸收塔內(nèi)各截面的傳質(zhì)速率NA是變化的。,積分：,吸收過(guò)程基本方程式 塔高計(jì)算基本方程式,3、傳質(zhì)單元數(shù)和傳質(zhì)單元高度,將以上塔高計(jì)算分成兩個(gè)部分研究便于工程分析處理,HOG：稱為傳質(zhì)單元高度，具有長(zhǎng)度因次，單位是m,NOG：稱為以（y-ye）為推動(dòng)力的傳質(zhì)單元數(shù)，為無(wú)因次量,因此上式可寫成：,同樣，另一式可寫成以（xe-x）為推動(dòng)力的傳質(zhì)單元數(shù) 和相應(yīng)的傳質(zhì)單元高度,HOG、HOL指完成一個(gè)傳質(zhì)單元所需塔高，是吸收設(shè)備

4、效能 高低的反映。,討論：傳質(zhì)單元數(shù)和傳質(zhì)單元高度的意義,NOG、NOL反映了分離任務(wù)的難易：數(shù)值太大表明吸收劑 性能差或表明分離要求過(guò)高。,HOG和HOL中的 Kya, Kxa稱為容積傳質(zhì)系數(shù)，與Ky、Kx相比，還包括了填料性能的優(yōu)劣及表面潤(rùn)濕情況好壞的因素。,常用設(shè)備的傳質(zhì)單元高度為 0.151.5m，由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。,思考：OG 與 HOL 及 NOG 及 NOL 之間的關(guān)系換算式是什么？,4、傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算,(1)對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法,其推導(dǎo)過(guò)程類似于傳熱對(duì)數(shù)平均溫差tm,在吸收塔內(nèi)，各個(gè)截面上的推動(dòng)力是在變化的， 本方法在于尋求各截面推動(dòng)力的平均值，以便于計(jì)算,前提：氣液相平衡曲線為直線,

5、氣相傳質(zhì)推動(dòng)力,液相傳質(zhì)推動(dòng)力,任一截面,同理：,（2）吸收因數(shù)法（類似于傳熱單元數(shù)法）,主要用于處理工程實(shí)際問(wèn)題，計(jì)算操作型時(shí)比較方便。,（2）公式中有三個(gè)數(shù)群：,繪圖如下：,同理：,討論：,（1）用吸收因數(shù)法處理工程實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行操作型計(jì)算方便,由圖直接查出NOG 教材P32. 圖8-22,利用該圖象進(jìn)行吸收操作參數(shù)變化的分析比較方便,該數(shù)群中兩個(gè)為入塔濃度，只 有一個(gè)為出塔濃度,分析：入塔條件不變，即G、L、m不變，1/A，HOG不變，,由圖可知 不變，y1增大，顯然y2也增大,x1的變化用NOL、A、 三個(gè)數(shù)群關(guān)系處理 同理因?yàn)镹OL、A不變，故 不變， 由于x1x2, 數(shù)群為假分?jǐn)?shù)，當(dāng)

6、y1增大時(shí)，x1必定增大,不確定,解吸因數(shù)增大，表明操作線斜率減小，向平衡線靠近， 推動(dòng)力減小，不利于吸收，使y2增大。 x1的變化與m及L/G有關(guān)，而m與L/G的具體變化有關(guān)， 本題沒(méi)有明確，因此x1的變化不確定,（3）圖解積分法及數(shù)值積分法：,圖解積分,當(dāng)平衡線ye = f（x）為一曲線時(shí)，平衡線斜率處處不等 總傳質(zhì)系數(shù)Kya也不再是常數(shù)，不能使用對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力 或吸收因數(shù)法，而只能采用圖解積分法或數(shù)值積分計(jì)算,數(shù)值積分,教材中辛普生法,作業(yè)：8、9、/1014,四、吸收塔的設(shè)計(jì)型計(jì)算,1、設(shè)計(jì)型命題,設(shè)計(jì)要求：H,吸收率（回收率）,對(duì)低濃度,計(jì)算方法：,過(guò)程數(shù)學(xué)描述,給定條件：y1、G、

7、y2或（回收率）、y=f（x）或m。,選擇條件,流向逆、并流 x2溶劑進(jìn)塔濃度 L吸收劑用量 溶劑再循環(huán)等,（1）流向選擇,y= f(x),由圖可知，并流下端點(diǎn)比逆流下端點(diǎn)離m線近，其ym并 ym逆,討論：,A、當(dāng)吸收塔進(jìn)出口濃度相同時(shí)一樣時(shí)，ym逆ym并,B、采用逆流可使吸收操作范圍大，如平衡線為y=mx,則一般只宜采用逆流，若為并流則推動(dòng)力小,一般 采用 逆流,D、逆流的缺點(diǎn)在于上升氣體對(duì)下流液體有作用力，限 制了吸收塔所允許的液體流速和氣體流速,（2）x2 選擇,分析：,作圖： x2 的選擇必將是斜率為L(zhǎng)/G的直線在y1及y2間平行移動(dòng)。,流向已定（逆流）,流量L已定（ L/G斜率已定）

8、,y1（任務(wù)）、y2（規(guī)定分離要求）已定,根據(jù)全塔物料衡算可知選擇x2則確定x1,（1）x2選擇過(guò)低則對(duì)吸收劑的再生提出過(guò)高要求使 再生設(shè)備和再生費(fèi)用加大。,討論：,（2）x2選擇過(guò)高則推動(dòng)力減小，塔高變大,結(jié)論：對(duì)規(guī)定的分離要求，x2必須小于x2e=y2/m， 具體大小要多方案比較確定,存在最適 宜x2， 經(jīng)濟(jì)優(yōu)化 問(wèn)題,x2e = x2max 技術(shù)限制,（3）L 選擇,此時(shí)流向、x2已定，同時(shí)任務(wù)y1、規(guī)定分離要求y2及G已定,操作線斜率改變，X1將改變,塔頂狀況已定（y2，x2） 則A點(diǎn)已經(jīng)確定 L確定，則x1確定,選擇L，即改變液氣比 L/G 改變操作線斜率,討論：,結(jié)果,經(jīng)濟(jì) 優(yōu)化

9、問(wèn)題,結(jié)果,C、,相應(yīng)的吸收劑用量為最小吸收劑用量Lmin,技術(shù)限 制問(wèn)題,D、,由圖可知：,A、,y = mx 相平衡關(guān)系為直線：符合亨利定律,y = f（x），相平衡關(guān)系為曲線,（4）吸收劑再循環(huán)與返混,A、再循環(huán),虛線為無(wú)再循環(huán)時(shí)的操作線和平衡線,實(shí)線為再循環(huán)時(shí)的操作線和平衡線。,溶劑無(wú)循環(huán)時(shí)為虛線位置 AB為無(wú)循環(huán)時(shí)的操作線,再循環(huán)時(shí)平衡線下移原因：再循環(huán)溶液經(jīng)冷卻器后溫度 下降，使氣體溶解度增大，即m下降（平衡線斜率下降）,B、返混,流體自身由下游返回上游的現(xiàn)象稱為返混。,任何形式的返混均使傳質(zhì)推動(dòng)力下降，對(duì)傳質(zhì)不利。,由圖可知，液體局部返混相當(dāng)于A、B兩截面間再循環(huán)。,討論：,（2

10、）再循環(huán)適用場(chǎng)合,B、,2、解題示例,例題1、 塔高的計(jì)算 教材P37，例85,（1）對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法,思路分析：,（2）吸收因數(shù)法：,可無(wú)須知道亨利定律的具體形式，即無(wú)須知道m(xù)的具體數(shù)值。,例題2、吸收率與塔高關(guān)系,根據(jù)傳質(zhì)單元數(shù)圖,例題3 教材P64，習(xí)題13（b） 畫操作線，關(guān)鍵：找點(diǎn)與斜率,五、吸收塔操作型計(jì)算,1、操作型命題,2、計(jì)算方法：,解題基本方法是試差法。,基本公式仍是三個(gè),試差過(guò)程：,判斷依據(jù)：H = 定值，以計(jì)算值與給定值比較,傳質(zhì)量：,可不試差而得到精確解,方法之二：吸收因數(shù)法,某定值 即由公式算出y2,3、吸收塔的操作和調(diào)節(jié),操作型最重要的特征：H一定（氣體入口條件y

11、1、G已定）,調(diào)節(jié)手段：L、x2、t 三要素,最終結(jié)果：y2或組分的回收率,過(guò)程分析：,（1）改變吸收劑用量 L常用方法,G、y1不變， x2、t不變,（2）改變吸收劑入口溫度 t,（3）改變吸收劑進(jìn)口濃度 x2,有利吸收,注意事項(xiàng)：,A、氣液兩相在塔底接近平衡,紅線,欲降低y2，使升高，用增大 吸收劑用量L增大的方法更有效。,B、氣液兩相在塔頂接近平衡,例題：氣體處理量的變化對(duì)吸收操作的影響 教材P47，例 8-7,解：（1）對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法,y1、x2不變，y2、x1變化,物料衡算式,吸收過(guò)程基本方程式,（2）吸收因數(shù)法,由原工況已知：,新工況：,討論：,丙酮易溶，氣膜控制，增大氣體流率則

12、增大傳質(zhì)系數(shù)Kya。 而推動(dòng)力未有很大變化，傳質(zhì)量的增大是,解題要領(lǐng)：,（1）三個(gè)方程,（2）四個(gè)濃度 y1、y2、x1、x2 關(guān)鍵是求出x1,（4）,（3）,（5）,塔高求算解題思路,（）阻力控制調(diào)節(jié),討論：,（1）阻力控制的判斷方法,氣體的溶解性， 相平衡常數(shù)m的大小,傳質(zhì)系數(shù)ky、kx的大小,易溶，m很小，ky很小 氣相阻力控制,難溶，m很大，kx很小 液相阻力控制,作業(yè)：15、16、17、19/20-22,六、解吸塔計(jì)算,（解吸是吸收的相反過(guò)程，教材P38）,惰性氣流一般為零 y2=0,1、物料衡算,2、最小氣液比,解吸液量L由生產(chǎn)任務(wù)所定，,方法之二：,3、解吸塔高計(jì)算(推動(dòng)力與吸收相反）,方法之一：,例題 P39. 解吸氣流用量的計(jì)算,第五節(jié) 高含量氣體吸收,一、特點(diǎn)：,1、G、L 沿塔高變化，但惰性氣體流率GB及不揮發(fā)性溶劑流 率LS不變,2、吸收過(guò)程非等溫的，應(yīng)考慮溫度對(duì)吸收過(guò)程的