第五章第五章 吸吸 收收第一节第一节 概概 述述第二节第二节 吸收的相平衡吸收的相平衡第三节第三节 吸收速率吸收速率第四节第四节 填料吸收塔的计算填料吸收塔的计算第五节第五节 填料塔填料塔1感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials第一节第一节 概概 述述3) 吸收剂：收吸收质的液体。吸收剂：收吸收质的液体。一、吸收的一些相关概念：一、吸收的一些相关概念：1) 吸收：也叫气体吸收，是利用适当的液体来处理气体混吸收：也叫气体吸收，是利用适当的液体来处理气体混 合物，使其中一种或多种组分由气相转入液相的合物，使其中一种或多种组分由气相转入液相的 操作。操作。2) 吸收质：混合气体中被吸收的气体组分。吸收质：混合气体中被吸收的气体组分。混合气体由吸收质和惰性气体组成；混合气体由吸收质和惰性气体组成；如用水来吸收混合气体中的如用水来吸收混合气体中的CO2： CO2为吸收质，水为吸收剂。为吸收质，水为吸收剂。2感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials二、吸收的应用：二、吸收的应用：1) 制取产品制取产品 用吸收剂吸收气体中某些组分而获得产品。用吸收剂吸收气体中某些组分而获得产品。2) 分离混合气体分离混合气体 吸收剂选择性地吸收气体中某些组分以吸收剂选择性地吸收气体中某些组分以 达到分离目的。达到分离目的。98.1%的硫酸吸收的硫酸吸收SO3制制98.5%的浓硫酸；的浓硫酸；水吸收甲醛制福尔马林溶液；水吸收甲醛制福尔马林溶液；用氨水吸收用氨水吸收CO2制碳酸氢氨等；制碳酸氢氨等；从焦炉气或城市煤气中分离苯；从焦炉气或城市煤气中分离苯；从石油催化裂解气中分离丁二烯等；从石油催化裂解气中分离丁二烯等；3感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials3) 气体净化气体净化4）作为环境保护和职业保健的重要手段）作为环境保护和职业保健的重要手段原料气的净化：如合成氨原料气脱原料气的净化：如合成氨原料气脱H2S、脱、脱CO2等；等；尾气处理：如燃煤锅炉烟气，冶炼废气等脱除尾气处理：如燃煤锅炉烟气，冶炼废气等脱除SO2等。等。用氨水来吸收制硫酸的尾气中用氨水来吸收制硫酸的尾气中SO2 NH4HSO3工艺气的净化：如硫酸生产中工艺气的净化：如硫酸生产中HF、As2O3、SO3的水的水 洗脱除等；洗脱除等；4感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials物理吸收：吸收过程溶质与溶剂不发生显著的化学反应，物理吸收：吸收过程溶质与溶剂不发生显著的化学反应， 可视为单纯的气体溶解于液相的过程。可视为单纯的气体溶解于液相的过程。化学吸收：溶质与溶剂有显著的化学反应发生。化学吸收：溶质与溶剂有显著的化学反应发生。三、吸收的类型三、吸收的类型用水吸收二氧化碳用水吸收二氧化碳用水吸收乙醇或丙醇蒸汽用水吸收乙醇或丙醇蒸汽用吸收油吸收芳烃等用吸收油吸收芳烃等 用氢氧化钠或碳酸钠溶液吸收二氧化碳用氢氧化钠或碳酸钠溶液吸收二氧化碳 用稀氨水吸收硫酸生产尾气中的用稀氨水吸收硫酸生产尾气中的SOSO2 2等等物理吸收物理吸收物理吸收物理吸收可逆可逆可逆可逆热效应小热效应小热效应小热效应小极限：溶解度极限：溶解度极限：溶解度极限：溶解度推动力小推动力小推动力小推动力小速率小速率小速率小速率小化学吸收化学吸收化学吸收化学吸收不可逆不可逆不可逆不可逆热效应大热效应大热效应大热效应大化学平衡化学平衡化学平衡化学平衡推动力大推动力大推动力大推动力大速率大速率大速率大速率大两类吸收特性的比较：两类吸收特性的比较：5感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials单组分吸收：混合气体中只有单一组分被液相吸单组分吸收：混合气体中只有单一组分被液相吸 收，其余组分因溶解度很小其吸收收，其余组分因溶解度很小其吸收 量可忽略不计。量可忽略不计。多组分吸收：有两个或两个以上组分被吸收。多组分吸收：有两个或两个以上组分被吸收。解吸：与吸收相反的过程，即溶质从液相中分离解吸：与吸收相反的过程，即溶质从液相中分离 而转移到气相的过程。而转移到气相的过程。6感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials1)吸收剂应有良好的选择性吸收剂应有良好的选择性2) 吸收剂的蒸汽压应尽量低。吸收剂的蒸汽压应尽量低。3)尽量选用无毒、难燃、腐蚀性较小的吸收剂。尽量选用无毒、难燃、腐蚀性较小的吸收剂。4)吸收剂粘度要低。吸收剂粘度要低。5)化学稳定性好，在吸收条件下不发生化学反应。化学稳定性好，在吸收条件下不发生化学反应。四、吸收剂的选择四、吸收剂的选择对气体中要吸收的组分有大的溶解度对气体中要吸收的组分有大的溶解度对其余组分的溶解度要小。对其余组分的溶解度要小。6)易得、廉价、易再生或再次使用，并不污染环境。易得、廉价、易再生或再次使用，并不污染环境。7感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials五、吸收的操作条件五、吸收的操作条件工业上，吸收一般在吸收塔中工业上，吸收一般在吸收塔中进行，如图所示。进行，如图所示。吸收是气液间的传递过程，为吸收是气液间的传递过程，为提高其传递速率和吸收率，应注意提高其传递速率和吸收率，应注意以下方面：以下方面：.采用连续操作。采用连续操作。.气液间一般采用逆流操作。气液间一般采用逆流操作。.尽量增大气液间的有效界面。尽量增大气液间的有效界面。.增大相际的湍动程度增大相际的湍动程度降低传质阻力。降低传质阻力。8感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials第二节第二节 吸收的相平衡吸收的相平衡气液的相平衡关系是指当时条件下吸收质在溶液中的气液的相平衡关系是指当时条件下吸收质在溶液中的溶解度，决定了吸收的极限。溶解度，决定了吸收的极限。一、亨利定律一、亨利定律1、气液的相平衡关系、气液的相平衡关系 溶解平衡是动态的溶解平衡是动态的 平衡分压平衡分压p*：处于相互平衡的气液两相中溶质在气相：处于相互平衡的气液两相中溶质在气相 中的分压。中的分压。 平衡浓度平衡浓度x*：处于相互平衡的气液两相中溶质在液相：处于相互平衡的气液两相中溶质在液相 中的浓度。中的浓度。9感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials2、以摩尔分数、以摩尔分数x表示：表示：当总压不太高时，一定温度下的稀溶液中溶质的溶解度与当总压不太高时，一定温度下的稀溶液中溶质的溶解度与其在气相中的分压成正比。其在气相中的分压成正比。式中：式中： p* 溶质在气相中的平衡分压，溶质在气相中的平衡分压，kPa x 溶质在液相中的摩尔分数溶质在液相中的摩尔分数 E 亨利系数，亨利系数，kPa。 亨利系数的值随物系的特性及温度而异；亨利系数的值随物系的特性及温度而异； 物系一定，物系一定，E 值一般随温度的上升而增大；值一般随温度的上升而增大； E 值的大小代表了气体在该溶剂中溶解的难易程度；值的大小代表了气体在该溶剂中溶解的难易程度； 同一溶剂中，难溶气体同一溶剂中，难溶气体E 值很大，易溶气体值很大，易溶气体E 值很小；值很小；10感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials3、以物质的量浓度、以物质的量浓度c表示表示: 式中式中: :H为溶解度系数，其值随温度升高而降低。为溶解度系数，其值随温度升高而降低。因为因为则则 H 的单位：的单位：kmolkmolm m3 3PaPa-1-1 当溶液很稀时：当溶液很稀时：11感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials4、用摩尔分数表示：、用摩尔分数表示： P 为气相的总压。为气相的总压。 y 为与组成为为与组成为x 的液相相互平衡的气相中溶质的液相相互平衡的气相中溶质 的摩尔分数；的摩尔分数； m =E/P,相平衡系数，无量纲；相平衡系数，无量纲； m 也是亨利系数的另一种形式。也是亨利系数的另一种形式。12感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials13感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials由上式可得：由上式可得： 代入相平衡关系代入相平衡关系得：得：5、用摩尔比表示的相平衡关系、用摩尔比表示的相平衡关系 在低浓度气体吸收计算中，通常采用基准不变的比在低浓度气体吸收计算中，通常采用基准不变的比摩尔分数摩尔分数 Y（ 或或 X ）表示组成。）表示组成。 对于稀溶液，对于稀溶液，X的值较小，则有：的值较小，则有：14感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials例例 含氨为含氨为氨氨 =0.20的氨的氨-空气混合气空气混合气100m3，用水吸收至混合，用水吸收至混合气中含氨为气中含氨为氨氨 =0.05。设吸收过程中有中间冷却使前后温度不。设吸收过程中有中间冷却使前后温度不变，试求氨被吸收的体积数，并用摩尔比的计算作对比。变，试求氨被吸收的体积数，并用摩尔比的计算作对比。解：解：吸收前吸收前 氨氨 10020%=20m3 空气空气 10080%=80m3吸收后空气比例降为吸收后空气比例降为95%，且氨只占，且氨只占5%，氨的体积为，氨的体积为若以摩尔比计算，则若以摩尔比计算，则y1=0.20，y2=0.05吸收的氨为：吸收的氨为：吸收的氨为：吸收的氨为：20-4.21=15.79 m315感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials以分压及摩尔分数以分压及摩尔分数x表示：表示：以物质的量浓度以物质的量浓度c表示表示:用摩尔分数表示：用摩尔分数表示：用摩尔比表示用摩尔比表示: :16感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials二、气体在液体中的溶解度二、气体在液体中的溶解度1、溶解度很小、溶解度很小难溶气体，难溶气体，E很大，很大，109如：如：O2、H2、N2、CO等等2、溶解度中等、溶解度中等可溶气体，可溶气体，E较大，较大，107如：如：CO2、SO2 、Cl2、H2S等等3、溶解度很大、溶解度很大易溶气体，易溶气体，E较小，较小，103如：如：HCl、NH3等等17感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials18感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials第三节第三节 吸收速率吸收速率 吸收操作的推动力是偏离平衡的浓度差或分压差，吸收操作的推动力是偏离平衡的浓度差或分压差，吸收速率可写成：吸收速率可写成：式中：式中：N单位时间传递的吸收质的量单位时间传递的吸收质的量 吸收过程的推动力。吸收过程的推动力。 K过程的传质系数。过程的传质系数。19感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials一、一、 双膜理论双膜理论1、吸收过程中吸收质的传递、吸收过程中吸收质的传递 气相主体气相主体 通过通过气相气相边界层边界层 气液界面气液界面气相侧气相侧 气液界面液相侧气液界面液相侧 通过通过液相液相边界层边界层 液相主体液相主体20感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials2、双膜理论的基本观点：、双膜理论的基本观点：(1)(1)相相互互接接触触的的两两流流体体间间存存在在着着稳稳定定的的相相界界面面，界界面面两两侧侧各各存存在在着着一一个个很很薄薄( (等等效效厚厚度度分分别别为为 1 1 和和 2 2) )的的流流体体膜膜层层。溶溶质质以以分分子子扩散方式扩散方式通过此两膜层。通过此两膜层。(2)(2)相相界界面面没没有有传传质质阻阻力力，即即溶溶质质在在相相界界面面处处的的浓浓度度处于相平衡状态。处于相平衡状态。(3)(3)在在膜膜层层以以外外的的两两相相主主流流区区由由于于流流体体湍湍动动剧剧烈烈，传传质质速速率率高高，传传质质阻阻力力可可以以忽忽略略不不计计，相相际际的的传传质质阻阻力力集集中中在在两两个个膜层内。膜层内。 21感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials3、双膜理论评价、双膜理论评价 该理论提出的双阻力概念，认为传质阻力集中在相接触的两该理论提出的双阻力概念，认为传质阻力集中在相接触的两流体相中，而界面阻力可忽略不计的概念，在传质过程的计算流体相中，而界面阻力可忽略不计的概念，在传质过程的计算中得到了广泛承认，是传质过程及设备设计的依据。中得到了广泛承认，是传质过程及设备设计的依据。按双膜理论，传质系数与扩散系数成正比，这与实验所得的按双膜理论，传质系数与扩散系数成正比，这与实验所得的关联式的结果相差较大；关联式的结果相差较大；由此理论所得的传质系数计算式形式简单，但等效膜层厚度由此理论所得的传质系数计算式形式简单，但等效膜层厚度 1和和 2以及界面上浓度以及界面上浓度 pi 和和 ci 都难以确定；都难以确定；对具有自由相界面或高度湍动的两流体间的传质体系，相界对具有自由相界面或高度湍动的两流体间的传质体系，相界面是不稳定的，因此双膜理论假设的界面两侧存在稳定的等效面是不稳定的，因此双膜理论假设的界面两侧存在稳定的等效膜层以及物质以分子扩散方式通过此两膜层等都难以成立；因膜层以及物质以分子扩散方式通过此两膜层等都难以成立；因此出现了如此出现了如“对流扩散对流扩散”、“界面动力状态界面动力状态”等其它一些吸收等其它一些吸收传质理论。传质理论。22感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials二、分子扩散定律二、分子扩散定律菲克定律菲克定律分子扩散是吸收质在静止或滞流流体中的扩散。分分子扩散是吸收质在静止或滞流流体中的扩散。分子扩散服从菲克定律，扩散速率可以表示为：子扩散服从菲克定律，扩散速率可以表示为：式中：式中：N传质速率，单位传质速率，单位mol/s； A相间传质接触面积，单位相间传质接触面积，单位m2； 扩散距离，即膜的厚度，单位扩散距离，即膜的厚度，单位m； c吸收质的浓度，单位吸收质的浓度，单位mol/m3； D扩散系数，单位为扩散系数，单位为m2/s。1、菲、菲(费费)克定律克定律23感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials2、扩散系数、扩散系数D单位：单位：m2s-1物理意义：浓度梯度为物理意义：浓度梯度为1mol m-4时，时，1m2面积上面积上1s所传所传 递的物质的量。递的物质的量。D是物质的物理性质之一，表明其扩散能力的大小。是物质的物理性质之一，表明其扩散能力的大小。D的影响因素的影响因素扩散质和扩散介质的种类：分子小，扩散质和扩散介质的种类：分子小，D大大气体压力：压力小，气体压力：压力小，D大大温度：温度高，温度：温度高，D大大24感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials定态条件下，将上式积分，菲克定律为：定态条件下，将上式积分，菲克定律为：对气体：对气体：则：则：当扩散质当扩散质A通过静止的惰性气体通过静止的惰性气体B进行稳定扩散时：进行稳定扩散时：在液相中，扩散质在液相中，扩散质A通过溶剂层进行稳定扩散时：通过溶剂层进行稳定扩散时：3、斯特藩（、斯特藩（Stephan)定律定律25感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials三、三、 吸收速率方程吸收速率方程1、分吸收速率方程、分吸收速率方程(1)、气膜分吸收速率方程、气膜分吸收速率方程 kg为气膜吸收分系数，单位：为气膜吸收分系数，单位：molPa-1m-2s-1 k kg g中中难测，难测，k kg g值来源：测定值或按经验公值来源：测定值或按经验公 式、特征数关系式计算。式、特征数关系式计算。26感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials(2)、液膜分吸收速率方程、液膜分吸收速率方程 kl为液膜吸收分系数，单位：为液膜吸收分系数，单位：ms-1 k kl l中中难测，难测，k kl l值来源：测定值或按经验公式、值来源：测定值或按经验公式、 特征数关系式计算。特征数关系式计算。 c0为溶液总浓度，为溶液总浓度， cs为吸收剂浓度，单位：为吸收剂浓度，单位：molm-327感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials(3)、吸收推动力间的关系、吸收推动力间的关系c、ci、c*、c0、csp、pi、p*、P0、pB28感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials2、总吸收速率方程、总吸收速率方程(1)、气相总吸收速率方程、气相总吸收速率方程由分吸收速率方程：由分吸收速率方程：整理得：整理得：将亨利定律将亨利定律c=Hp*代入：代入：由由得：得：两式相加：两式相加：29感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials 这就是气相总吸收速率方程。这就是气相总吸收速率方程。 KG为气相总吸收系数，单位：为气相总吸收系数，单位：kmolkmolPaPa-1-1m m2 2s s-1-1。 为气相总吸收阻力为气相总吸收阻力(液相部分已折算液相部分已折算) 当气体为容易溶气体时，当气体为容易溶气体时，H很大，很大，KGkg，吸收为，吸收为 气膜控制。气膜控制。30感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials由气相分吸收速率方程：由气相分吸收速率方程：整理得：整理得：将亨利定律将亨利定律p=c*/H代入：代入：由由得：得：两式相加：两式相加：(2)、液相总吸收速率方程、液相总吸收速率方程31感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials KL为液相总吸收系数，单位：为液相总吸收系数，单位：m ms s-1-1。 为液相总吸收阻力为液相总吸收阻力(气相部分已折算气相部分已折算) 当气体为难溶气体时，当气体为难溶气体时，H很小，很小，KL kl，吸收为，吸收为 液膜控制。液膜控制。32感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials(3)、总吸收速率方程的推动力、总吸收速率方程的推动力气相推动力：气相推动力：p-p*液相推动力：液相推动力：c*-c(4)、两个总吸收总系数的关系、两个总吸收总系数的关系即：即：或或33感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials3、用比摩尔分率表示的总吸收速率方程、用比摩尔分率表示的总吸收速率方程(1)、用、用Y表示的气相总吸收速率方程表示的气相总吸收速率方程由由得：得： KY为以为以Y表示的气相总吸系数，单位：表示的气相总吸系数，单位：molmolm m-2-2s s-1-1 KY= = 当气相中的吸收质较少时，当气相中的吸收质较少时，Y、Y*都很小，都很小，KYKGP 若再是易溶气体，若再是易溶气体，KYKGPkgP( (气膜控制气膜控制) )34感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials(2)、用、用X表示的液相总吸收速率方程表示的液相总吸收速率方程由由得：得： KX为以为以X X表示的液相总吸系数，单位：表示的液相总吸系数，单位：molmolm m-2-2s s-1-1 对于难溶气体的稀溶液，对于难溶气体的稀溶液，KXKLc0klc0( (液膜控制液膜控制) ) KX= =35感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials分吸收速率方程分吸收速率方程总吸收速率方程总吸收速率方程36感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials37感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials38感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials作业：作业：P185起起3，5，7，839感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials第四节第四节 填料吸收塔的计算填料吸收塔的计算设计型计算：设计型计算：按给定的生产任务和工艺条件来设计满足任按给定的生产任务和工艺条件来设计满足任 务要求的单元设备。务要求的单元设备。操作型计算：操作型计算：根据已知的设备参数和工艺条件来求算所能根据已知的设备参数和工艺条件来求算所能 完成的任务。完成的任务。计算依据：物系的相平衡、传质速率和物料衡算。计算依据：物系的相平衡、传质速率和物料衡算。 以吸收为例说明填料塔填料层高度的计算方法。以吸收为例说明填料塔填料层高度的计算方法。 在吸收中，填料塔为最常用的塔型。在吸收中，填料塔为最常用的塔型。 40感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials一、填料层高度的计算一、填料层高度的计算1、以气相推动力表示的计算式：、以气相推动力表示的计算式：接触面dA传质量dN浓度变化dYY2Y1 在吸收塔中的任一微分截面在吸收塔中的任一微分截面吸收速率方程为：吸收速率方程为：若惰气流量为若惰气流量为qn(V), 气相中吸收气相中吸收质含量的变化为质含量的变化为dY，则有，则有综合以上两式，得：综合以上两式，得：整理得：整理得：41感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials在连续定态操作条件下，设在连续定态操作条件下，设KY在过程中为定值，积分得：在过程中为定值，积分得：设填料层的高度为设填料层的高度为H，空塔截面积为，空塔截面积为A0，单位体积填料的有，单位体积填料的有效表面积为效表面积为a，则，则 这即为气相推动力表示的填料层高度的计算式。这即为气相推动力表示的填料层高度的计算式。 吸收塔两截面间的吸收质浓度变化吸收塔两截面间的吸收质浓度变化等于等于这个范围的吸这个范围的吸 收推动力时，这样的一个区域就称为一个收推动力时，这样的一个区域就称为一个传质单元。 n nG G称为气相传质单元数称为气相传质单元数 h hG G称气相传质单元高度，称气相传质单元高度，42感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials通过与上面类似推导，以液相推动力表示的计算式：通过与上面类似推导，以液相推动力表示的计算式： 上式即为液相推动力表示的填料层高度的计算式；上式即为液相推动力表示的填料层高度的计算式； q qn n(L(L) )为通过吸收塔的吸收剂流量，为通过吸收塔的吸收剂流量，mol/smol/s，kmol/skmol/s； n nL L称为液相传质单元数；称为液相传质单元数； h hL L称为液相传质单元高度。称为液相传质单元高度。2、以液相推动力表示的计算式：、以液相推动力表示的计算式：43感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials二、吸收塔中的物料衡算二、吸收塔中的物料衡算操作线方程操作线方程1、操作线方程、操作线方程取传质面积微元取传质面积微元dA，对吸收质作物料衡算：，对吸收质作物料衡算：qn(V)qn(L)Y+dYY2Y1X2X1X+dXYX 定态条件下，定态条件下，q qn n(L(L) )、q qn n(V(V) )为定值，积分：为定值，积分：44感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials 操作线为一条直线，斜操作线为一条直线，斜 率为率为q qn n(L)/q(L)/qn n(V(V) )； 操作线上任意一点表示操作线上任意一点表示 吸收塔某一截面上气液吸收塔某一截面上气液 组成关系。组成关系。 操作线仅是物料衡算关操作线仅是物料衡算关 系，与其它因素无关。系，与其它因素无关。 操作线与平衡线间的距离操作线与平衡线间的距离 即为传质推动力。即为传质推动力。Y-YY-Y* * X X* *-X-X 对全塔进行物料衡算：对全塔进行物料衡算：YXoY*=f(X)AY1X1X2Y2BYXX*Y*PY- Y*X*-X45感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & MaterialsV, Y1V, Y2L, X2L, X1V, YL, X对对气气、液液两两相相并并流流操操作作作作物物料料衡衡算算，可可得得并并流流时时的的操操作作线线方程，其斜率为方程，其斜率为- - q qn n(L)/q(L)/qn n(V(V) ) 。 YXoY*=f(X)AY1X1X2Y2BYXX*Y*PY- Y*X*-X并流操作线方程并流操作线方程46感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials2 2、吸收剂用量的确定、吸收剂用量的确定 (1)(1)液气比：液气比：处处理理单单位位惰惰性性气气体体的的吸吸收剂用量：收剂用量：YXoY*=f(X)AY1X1X2Y2Bqn(L)/qn(V)Y- Y*AX1qn(L)/qn(V)X1,maxqn(L)/qn(V) MC不同液气比不同液气比q qn n(L)/q(L)/qn n(V(V) )下的操作线图下的操作线图为操作线的斜率。为操作线的斜率。47感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials（2 2）最小液气比）最小液气比qqn n(L)/q(L)/qn n(V)(V) M M随随液液气气比比的的减减小小，操操作作线线将将与与平平衡衡线线相相交交或或者者相相切切，此时对应的液气比称为最小液气比，此时对应的液气比称为最小液气比，YXoY*=f(X)Y1X2Y2BX1,max=X1*(L/V)minCYXoY*=f(X)Y1X2Y2BX1*(L/V)minCX1,max 两线在两线在 Y Y1 1 处相交时，处相交时，X X1,max1,max=X=X1 1* *； 两线在中间某个浓度处相切时，两线在中间某个浓度处相切时， X X1,max1,maxXX1 1* * 。 48感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials49感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials最小液气比的计算式：最小液气比的计算式：对于满足亨利定律的体系：对于满足亨利定律的体系： 最小液气比时，吸收液浓度最大，吸收剂用量最少；最小液气比时，吸收液浓度最大，吸收剂用量最少； 最小液气比时，吸收推动力最小，传质面积极大；最小液气比时，吸收推动力最小，传质面积极大； 吸收仍能进行，但达不到预期的效果，；吸收仍能进行，但达不到预期的效果，；（3 3）实际液气比）实际液气比综合考虑，实际液气比一般为最小液气比的综合考虑，实际液气比一般为最小液气比的1.151.5倍。倍。一般一般常用常用50感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials三三.传质单元数的计算传质单元数的计算传质单元数传质单元数nG和和nL可由平衡线和操作线求算。常用的是可由平衡线和操作线求算。常用的是图解积分法，在特殊情况下可用解析法。图解积分法，在特殊情况下可用解析法。1、图解积分法、图解积分法图解积分法的基本原理为（以图解积分法的基本原理为（以nG为例）为例）以以Y对对 作图，在作图，在Y1至至Y2的范围内，曲线下面的面积的范围内，曲线下面的面积为为 ，计算该面积的值，即为传质单元数。，计算该面积的值，即为传质单元数。51感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials图解积分法其步骤为：图解积分法其步骤为： 1) 在操作线和平衡线上得若干组与在操作线和平衡线上得若干组与 Y 相应的相应的 1/(Y-Y*)值；值；YXoY*=f(X)AY1X1X2Y2BYXX*Y*PY- Y*X*-X52感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials2) 在在 Y1 到到 Y2 的范围内作的范围内作 Y 1/(Y-Y*)曲线；曲线；YoY1Y21/(Y-Y*)3) 计算曲线下阴影面积，此面积的值即为传质计算曲线下阴影面积，此面积的值即为传质 单元数单元数 nG。 53感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials2、解析法、解析法条件：解析法适用于气液平衡关系服从亨利定律，即在处条件：解析法适用于气液平衡关系服从亨利定律，即在处 理的变化范围内平衡线为理的变化范围内平衡线为直线或接近直线直线或接近直线。将传质推动力将传质推动力(Y-Y*)用传质推动力对数平均值用传质推动力对数平均值Y Ym m计算，计算，以气相推动力表示时：以气相推动力表示时：式中：式中： 气相传质推动力气相传质推动力 的对数平均值。的对数平均值。54感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials以液相推动力表示的计算式：以液相推动力表示的计算式：式中：式中：55感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials例例 发酵法生产酒精时所排出的气体中含有乙醇，其余为二发酵法生产酒精时所排出的气体中含有乙醇，其余为二氧化碳、氮、氧等惰性气体。乙醇含量为氧化碳、氮、氧等惰性气体。乙醇含量为 (乙醇乙醇)=0.01，在常压和在常压和40下，用回收的水吸收气体中的乙醇，回收水下，用回收的水吸收气体中的乙醇，回收水中含乙醇中含乙醇x=0.0001。要求乙醇回收率达。要求乙醇回收率达90%，水的用量为，水的用量为最小液气比的最小液气比的 1.4倍。倍。 气液平衡关系可近似的用气液平衡关系可近似的用Y=1.068X表示。试求吸收所需的传质单元数。表示。试求吸收所需的传质单元数。解：求进出口气液组成解：求进出口气液组成y1=0.01，=0.90，x2=0.0001,56感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials最小液气比：最小液气比：实际液气比为最小液气比的实际液气比为最小液气比的1.4倍：倍：57感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials四、传质单元高度的求算四、传质单元高度的求算传质单元高度为：传质单元高度为： 式中式中 或或 是由生产要求确定的；是由生产要求确定的；其中其中 或或 可以根据可以根据(kg，k1)或或(KG，K1)求取。求取。 a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； A0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；kg、kl根据特征数关系及经验公式求算。根据特征数关系及经验公式求算。58感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials例：有一吸收塔，直径例：有一吸收塔，直径880mm,所用填料为所用填料为50mm拉西环。每拉西环。每小时处理混合气体量小时处理混合气体量2000m3（25 C,1atm），其中丙酮含量），其中丙酮含量5，用水作吸收剂，塔顶送出的废气含丙酮，用水作吸收剂，塔顶送出的废气含丙酮0.263%，塔底，塔底送出的溶液含丙酮送出的溶液含丙酮61.2g/kg，Kya=188kmol/mh, 在操作条件在操作条件下的平衡关系为下的平衡关系为Y*2X，空塔横截面积，空塔横截面积A0.554m2。求每小。求每小时可回收多少丙酮？所需的填料层高度？时可回收多少丙酮？所需的填料层高度？ y1=0.05y2=0.00263x2=0x1=61.2g/kg解：由题意得解：由题意得59感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials每小时回收的丙酮为：每小时回收的丙酮为：即每小时可回收即每小时可回收3.9kmol丙酮丙酮,所需的填料层高度为所需的填料层高度为5.31米。米。60感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials18，21，23，24，26，28，31作业：作业：61感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials第五节第五节 填料塔填料塔一、填料一、填料1、对填料的要求、对填料的要求(1)、比表面要大，、比表面要大，大大(2)、空隙率要大，、空隙率要大，大大(3)、价廉易得；、价廉易得；(4)、轻质高强；、轻质高强；(5)、耐腐蚀，化学性能稳定；、耐腐蚀，化学性能稳定；2、填料的材质、填料的材质钢、不锈钢、陶瓷、塑料、木材、焦炭、石英沙；钢、不锈钢、陶瓷、塑料、木材、焦炭、石英沙；62感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials3、填料的类型、填料的类型实实体体填填料料丝丝网网填填料料拉西环拉西环鲍尔环鲍尔环环环十字环十字环米字环米字环阶梯环阶梯环鞍形填料鞍形填料波纹填料波纹填料鞍形网鞍形网形网形网三角线圈三角线圈填料填料弧鞍环弧鞍环矩鞍环矩鞍环 填料的填装方式分为整砌和乱堆两类。填料的填装方式分为整砌和乱堆两类。63感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials64感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials65感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials金属丝网填料三角螺旋填料环填料66感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials67感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials1、塔壳体、塔壳体2、液体分布器、液体分布器3、填料压板、填料压板4、填料、填料5、液体再布器、液体再布器6、填料支承板、填料支承板二、填料塔的结构二、填料塔的结构68感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials1、填料支承板、填料支承板69感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials2、填料压紧装置、填料压紧装置 70感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials3、液体分布器：、液体分布器：(a) 喷头式喷头式(b) 盘式筛孔型盘式筛孔型(c)盘式溢流管式盘式溢流管式(d)排管式排管式(e)环管式环管式(f)槽式槽式(g)槽盘式槽盘式71感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials4、液体再分布器、液体再分布器用于大塔径的斜板式液体收集器 3800液体收集再分布器用于小塔径的斜板式液体收集器 72感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials7、气体出口：、气体出口：丝网、折板，除雾、除沫。丝网、折板，除雾、除沫。金属丝网除沫器5、液体出口装置：、液体出口装置：液封、液封、U形管（有压）形管（有压）6、气体进口：、气体进口：斜面式、缺口式，口都向下；斜面式、缺口式，口都向下；73感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials三、液泛速度和塔径计算三、液泛速度和塔径计算1、空塔速度：、空塔速度：2、填料塔内的流体力学特性、填料塔内的流体力学特性塔内没有任何物质（填料）时，气塔内没有任何物质（填料）时，气体在与塔截面垂直方向上的流速。体在与塔截面垂直方向上的流速。(1)、低气速区：、低气速区：v小，小，pv 1.82 (2)、拦液区：、拦液区：v较大，较大，pvn,n1.82 拦液点、载点拦液点、载点(3)、液泛区：、液泛区：v很大，很大，p随随垂直上升垂直上升 ， 气体成泡状通过，稳定性差。气体成泡状通过，稳定性差。74感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials泛点：由载区转为液泛区的转折点即为泛点。泛点：由载区转为液泛区的转折点即为泛点。液泛速度：泛点气体的流速称为液泛速度。液泛速度：泛点气体的流速称为液泛速度。 液泛速度是填料塔操作的极限；液泛速度是填料塔操作的极限； 气体的实际流速为液泛速度的气体的实际流速为液泛速度的60%60%80%80%。75感谢你的欣赏2019-8-9化工基础化工基础 College of Chemistry & MaterialsCollege of Chemistry & Materials4、计算塔径、计算塔径u 实际气体流速：实际气体流速：3、液泛速度的计算、液泛速度的计算a a：填料的有效比表面，：填料的有效比表面，m m2 2/m/m3 3v0 0：液泛速度，：液泛速度，m/sm/s ：填料空隙率，：填料空隙率，m m3 3/m/m3 3G G/L L：气体与液体的密度比；：气体与液体的密度比；/0 0：当时吸收液的粘度与：当时吸收液的粘度与2020时水的粘度之比；时水的粘度之比；q qm m(L)/q(L)/qm m(V(V) )：液体与气体质量流量之比；液体与气体质量流量之比；b:b:常数，拉西环常数，拉西环0.0220.022，弧鞍环，弧鞍环0.260.26。 76感谢你的欣赏2019-8-9