1、2020/7/27,1,8.1 吸收過(guò)程概述,8.2 吸收過(guò)程的相平衡關(guān)系,8.3 吸收過(guò)程的速率關(guān)系,第八章 氣體吸收,8.3.1 膜吸收速率方程,2020/7/27,2,一、氣膜吸收速率方程,氣膜內(nèi)的吸收速率方程可表示為,氣膜阻力,2020/7/27,3,比較得,由道爾頓分壓定律,一、氣膜吸收速率方程,2020/7/27,4,二、液膜吸收速率方程,液膜阻力,液膜內(nèi)的吸收速率方程可表示為,2020/7/27,5,比較得,由,二、液膜吸收速率方程,2020/7/27,6,穩(wěn)態(tài)下，氣、液兩膜中的傳質(zhì)速率相等，即,直線,通過(guò)定點(diǎn)A (c，p),斜率kL / kG,三、界面組成的確定,2020/7/

2、27,7,界面組成的確定,2020/7/27,8,8.3 吸收過(guò)程的速率關(guān)系,8.3.1 膜吸收速率方程,第八章 氣體吸收,8.3.2 總吸收速率方程,2020/7/27,9,一、以(p- p*)表示的總吸收速率方程,設(shè)吸收系統(tǒng)服從亨利定律或平衡關(guān)系在過(guò)程所涉及的濃度范圍內(nèi)為直線,根據(jù)雙膜模型，相界面上兩相互成平衡,2020/7/27,10,由此得,整理得,由,相加得,一、以(p- p*)表示的總吸收速率方程,2020/7/27,11,令,則,KG,氣相總吸收系數(shù)，kmol/(m2skPa),總阻力,液膜阻力,氣膜阻力,氣相總吸收 速率方程式,一、以(p- p*)表示的總吸收速率方程,2020

3、/7/27,12,對(duì)于易溶氣體，H值很大,液膜阻力,氣膜阻力控 制整個(gè)吸收 過(guò)程的速率,氣膜 控制,示例：水吸收氨,氣膜阻力,氣膜控制示意圖,一、以(p- p*)表示的總吸收速率方程,2020/7/27,13,設(shè)吸收系統(tǒng)服從亨利定律或平衡關(guān)系在過(guò)程所涉及的濃度范圍內(nèi)為直線,根據(jù)雙膜模型，相界面上兩相互成平衡,二、以(c*- c)表示的總吸收速率方程,2020/7/27,14,由此得,整理得,由,相加得,二、以(c*- c)表示的總吸收速率方程,2020/7/27,15,令,則,KL,液相總吸收系數(shù)，m/s,總阻力,氣膜阻力,液膜阻力,液相總吸收 速率方程式,二、以(c*- c)表示的總吸收速率

4、方程,2020/7/27,16,對(duì)于難溶氣體，H值很小,氣膜阻力,示例：水吸收氧,液膜阻力,液膜控制示意圖,液膜阻力控 制整個(gè)吸收 過(guò)程的速率,液膜 控制,二、以(c*- c)表示的總吸收速率方程,2020/7/27,17,同理，可導(dǎo)出,Ky,氣相總吸收系數(shù)，kmol/(m2s),氣相總吸收 速率方程式,三、以(y- y*)表示的總吸收速率方程,2020/7/27,18,同理，可導(dǎo)出,Kx,液相總吸收系數(shù)，kmol/(m2s),液相總吸收 速率方程式,四、以(x*- x)表示的總吸收速率方程,2020/7/27,19,同理，可導(dǎo)出,KY,對(duì)于低濃度吸收,氣相總吸收系數(shù)，kmol/(m2s),氣

5、相總吸收 速率方程式,五、以(Y- Y*)表示的總吸收速率方程,2020/7/27,20,同理，可導(dǎo)出,KX,對(duì)于低濃度吸收,液相總吸收系數(shù)，kmol/(m2s),液相總吸收 速率方程式,六、以(X*- X)表示的總吸收速率方程,2020/7/27,21,8.3 吸收過(guò)程的速率關(guān)系,8.3.1 膜吸收速率方程,第八章 氣體吸收,8.3.2 總吸收速率方程,8.3.3 吸收速率方程小結(jié),2020/7/27,22,吸收速率方程小結(jié),使用吸收速率方程式應(yīng)注意以下幾點(diǎn):,（1）上述的各種吸收速率方程式是等效的。采用任何吸收速率方程式均可計(jì)算吸收過(guò)程速率。,（2）任何吸收系數(shù)的單位都是kmol/(m2s

6、單位推動(dòng)力)。,（3）必須注意各吸收速率方程式中的吸收系數(shù)與吸收推動(dòng)力的正確搭配及其單位的一致性。,2020/7/27,23,（4）上述各吸收速率方程式都是以氣液組成保持不變?yōu)榍疤岬模虼酥贿m合于描述穩(wěn)態(tài)操作的吸收塔內(nèi)任一橫截面上的速率關(guān)系，而不能直接用來(lái)描述全塔的吸收速率。在塔內(nèi)不同橫截面上的氣液組成各不相同，其吸收速率也不相同。,（5）在使用與總吸收系數(shù)相對(duì)應(yīng)的吸收速率方程式時(shí)，在整個(gè)過(guò)程所涉及的濃度范圍內(nèi)，平衡關(guān)系須為直線。,吸收速率方程小結(jié),2020/7/27,24,8.1 吸收過(guò)程概述,8.2 吸收過(guò)程的相平衡關(guān)系,8.3 吸收過(guò)程的速率關(guān)系,8.4 低組成氣體吸收的計(jì)算,8.4.1

7、 物料衡算與操作線方程,第八章 氣體吸收,2020/7/27,25,一、全塔物料衡算,在工業(yè)中，吸收操作多采用塔式設(shè)備，既可采用氣液兩相在塔內(nèi)逐級(jí)接觸的板式塔，也可采用氣液兩相在塔內(nèi)連續(xù)接觸的填料塔。工業(yè)中以采用填料塔為主，故本節(jié)對(duì)于吸收過(guò)程計(jì)算的討論結(jié)合填料塔進(jìn)行。,2020/7/27,26,逆流吸收塔的物料衡算,原料氣：AB,吸收劑：S,尾氣：B(含微量A),溶液：S+A,V (kmolB/s),Y1 (kmolA/kmolB),L (kmolS/s),X2 (kmolA/kmolS),L(kmolS/s),X1(kmolA/kmolS),m,n,Y,X,V (kmolB/s),Y2 (k

8、molA/kmolB),填 料 塔,2020/7/27,27,在吸收塔的兩端面間，對(duì)溶質(zhì)A作物料衡算,溶質(zhì)A的吸收率,氣體出塔時(shí)的組成Y2,一、全塔物料衡算,2020/7/27,28,二、操作線方程與操作線,吸收塔內(nèi)任一橫截面上，氣液組成Y與X之間的關(guān)系稱為操作關(guān)系，描述該關(guān)系的方程即為操作線方程。,在 m-n 截面與塔底端面之間對(duì)組分 A 進(jìn)行衡算，可得,逆流吸收塔 操作線方程,2020/7/27,29,同理，在 m-n 截面與塔頂端面之間作組分 A 的衡算，得,操作線方 程為直線,斜率,B (X1，Y1),T (X2，Y2),二、操作線方程與操作線,逆流吸收塔 操作線方程,過(guò)點(diǎn),塔底,塔頂

9、,2020/7/27,30,逆流吸收塔中的操作線,Y*=f(X),操作線,推動(dòng)力,斜率 （液氣比）,2020/7/27,31,8.4 低組成氣體吸收的計(jì)算,8.4.1 物料衡算與操作線方程,第八章 氣體吸收,8.4.2 吸收劑用量的確定,2020/7/27,32,一、最小液氣比,在吸收塔的計(jì)算中，通常氣體處理量是已知的，而吸收劑的用量需通過(guò)工藝計(jì)算來(lái)確定。在氣量一定的情況下，確定吸收劑的用量也即確定液氣比 。,液氣比 的確定方法是，先求出吸收過(guò)程的最小液氣比 ，然后再根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，確定適宜（操作）液氣比。,2020/7/27,33,吸收塔的最小液氣比,Y*=f(X）,2020/7/27,34,

10、最小液氣比可用圖解法求得 ：,一、最小液氣比,最小液氣比,最小溶劑用量,純?nèi)軇┪?2020/7/27,35,吸收塔的最小液氣比 （非正常曲線）,Y*=mX,2020/7/27,36,二、適宜的液氣比,操作費(fèi)用,設(shè)備費(fèi)用,填料層高度,根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，取,推動(dòng)力,適宜液氣比,適宜溶劑用量,處理量 一定,動(dòng)力消耗,2020/7/27,37,作 業(yè),書上p82 習(xí)題: 4、5,2020/7/27,38,8.4 低組成氣體吸收的計(jì)算,8.4.1 物料衡算與操作線方程,第八章 氣體吸收,8.4.2 吸收劑用量的確定,8.4.3 塔徑的計(jì)算,2020/7/27,39,塔徑的計(jì)算,工業(yè)上的吸收塔通常為圓柱

11、形，故吸收塔的直徑可根據(jù)圓形管道內(nèi)的流量公式計(jì)算：,注意,計(jì)算塔徑時(shí)，一般應(yīng)以塔底的氣量為依據(jù)。,計(jì)算塔徑的關(guān)鍵在于確定適宜的空塔氣速u 。,吸收塔直徑計(jì)算式,計(jì)算塔徑時(shí)， 采用操作狀態(tài)下的數(shù)據(jù)。,2020/7/27,40,8.4 低組成氣體吸收的計(jì)算,8.4.1 物料衡算與操作線方程,第八章 氣體吸收,8.4.2 吸收劑用量的確定,8.4.3 塔徑的計(jì)算,8.4.4 吸收塔有效高度的計(jì)算,一、傳質(zhì)單元數(shù)法,二、等板高度法,2020/7/27,41,一、傳質(zhì)單元數(shù)法,1. 基本計(jì)算公式,填料塔為連續(xù)接觸式設(shè)備，隨著吸收的進(jìn)行，沿填料層高度氣液兩相的組成均不斷變化，塔內(nèi)各截面上的吸收速率并不相同

12、。為解決填料層高度的計(jì)算問題，需要對(duì)微元填料層進(jìn)行物料衡算。,微元填料層的物料衡算,2020/7/27,42,在微元填料層內(nèi)對(duì)組分A作物料衡算：,填料總比 表面積,填料潤(rùn)濕比表面積aW,填料有效比表面積a,一、傳質(zhì)單元數(shù)法,填料有效比表面積 m2/m3,吸收塔截面積 m2,2020/7/27,43,由吸收速率方程式,代入可得,一、傳質(zhì)單元數(shù)法,2020/7/27,44,整理可得,在全塔范圍內(nèi)積分,一、傳質(zhì)單元數(shù)法,填料層高度基 本計(jì)算公式,2020/7/27,45,2. 傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù),比較：換熱器的換熱管長(zhǎng)度基本計(jì)算公式,一、傳質(zhì)單元數(shù)法,傳熱單 元長(zhǎng)度,傳熱單 元數(shù),傳熱單 元長(zhǎng)

13、度,傳熱單 元數(shù),2020/7/27,46,一、傳質(zhì)單元數(shù)法,分析,令,氣相總傳質(zhì) 單元高度,氣相總傳 質(zhì)單元數(shù),2020/7/27,47,令,液相總傳質(zhì) 單元高度,液相總傳 質(zhì)單元數(shù),一、傳質(zhì)單元數(shù)法,填料的有效比表面積 a 很難確定，通常將 KY a 及KX a 作為一體看待。,kmol/(m3s),KX a, 液相總體積吸收系數(shù),KY a, 氣相總體積吸收系數(shù),2020/7/27,48,HOG 的物理意義,KY,NA,HOG,HOG 是反映吸收速率大小因數(shù)，HOG 越小，吸收速率越大。,一、傳質(zhì)單元數(shù)法,2020/7/27,49,NOG 是反映吸收分離難易程度的因數(shù)，NOG 越大，吸收分

14、離的難度越大。,Z,NOG,HOG 一定,吸收分離的難度,一、傳質(zhì)單元數(shù)法,NOG 的物理意義,2020/7/27,50,3. 傳質(zhì)單元數(shù)的求法,(1) 解析法, 脫吸因數(shù)法,設(shè)平衡關(guān)系為,由操作線方程，可得,一、傳質(zhì)單元數(shù)法,直線 關(guān)系,2020/7/27,51,一、傳質(zhì)單元數(shù)法,由,代入得,2020/7/27,52,令,脫吸因數(shù)為平衡線斜率 與操作線斜率的比值 。,一、傳質(zhì)單元數(shù)法,脫吸因數(shù),則,2020/7/27,53,積分并化簡(jiǎn)，可得,適用條件,一、傳質(zhì)單元數(shù)法,同理，可導(dǎo)出,吸收因數(shù),吸收因數(shù)為操作線斜率 與平衡線斜率的比值 。,平衡關(guān)系為直線,2020/7/27,54,計(jì)算填料層高

15、度,計(jì)算尾氣濃度,計(jì)算吸收劑用量,2020/7/27,55, 對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法,由于,所以,一、傳質(zhì)單元數(shù)法,2020/7/27,56,可導(dǎo)出,令,則,一、傳質(zhì)單元數(shù)法,對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力,2020/7/27,57,同理，可導(dǎo)出,其中,一、傳質(zhì)單元數(shù)法,適用條件,平衡關(guān)系為直線,2020/7/27,58,若,一、傳質(zhì)單元數(shù)法,或,則,或,可用算術(shù)平均值代替對(duì)數(shù)平均值,2020/7/27,59,(2) 數(shù)值積分法,辛普森(Simpson)數(shù)值積分法,一、傳質(zhì)單元數(shù)法,適用條件,平衡關(guān)系為曲線,2020/7/27,60,8.4 低組成氣體吸收的計(jì)算,8.4.1 物料衡算與操作線方程,第八章 氣體吸收,

16、8.4.2 吸收劑用量的確定,8.4.3 塔徑的計(jì)算,8.4.4 吸收塔有效高度的計(jì)算,一、傳質(zhì)單元數(shù)法,二、等板高度法,2020/7/27,61,二、等板高度法,1. 基本計(jì)算式,等板高度法是依據(jù)理論級(jí)的概念來(lái)計(jì)算填料層高度，故又稱為理論級(jí)模型法。,設(shè)填料層由N級(jí)組成，在每一級(jí)上氣液兩相密切接觸，溶質(zhì)組分由氣相向液相轉(zhuǎn)移。若離開某一級(jí)時(shí)，氣液兩相的組成達(dá)到平衡，則稱該級(jí)為一個(gè)理論級(jí)。,2020/7/27,62,吸收塔的理論級(jí)模型,Ym,Xm,平衡 關(guān)系,Ym1,Xm,操作 關(guān)系,2020/7/27,63,設(shè)完成指定分離任務(wù)所需理論級(jí)為NT，則所需的填料層高度可按下式計(jì)算：,填料層等板高度的意

17、義：分離效果與一個(gè)理論級(jí)的作用相當(dāng)?shù)奶盍蠈痈叨取?二、等板高度法,理論 級(jí)數(shù),等板高度,2020/7/27,64,2. 理論級(jí)數(shù)的確定,(1) 逐級(jí)計(jì)算法,設(shè) 平衡關(guān)系,(a),操作關(guān)系,(b),二、等板高度法,2020/7/27,65,由 YI =Y2,XI,Y,X,Y,XN,YN+1,Y1,二、等板高度法,(a),(b),(a),(a),(a),(b),(b),逐級(jí)計(jì)算過(guò)程如下,2020/7/27,66,(2) 梯級(jí)圖解法,梯級(jí)圖解法求理論級(jí)數(shù)的具體步驟是：首先在直角坐標(biāo)系中標(biāo)繪出操作線及平衡關(guān)系曲線，然后，在操作線與平衡線之間，從塔頂(或塔底)開始逐次畫階梯直至與塔底(或塔頂)的組成相等或超過(guò)此組成為止。如此所畫出的階梯數(shù)，就是吸收塔所需的理論級(jí)數(shù)。,二、等板高度法,2020/7/27,67,Y*=f(X),梯級(jí)圖解法求NT