第九章吸收2

• ②.适用条件： • a 气液平衡线为直线 • b 操作线为直线
y=mx+b
2）解吸因数法 适用于气液平衡关系为 通过原点的直线。 Y＊＝mX
L Y Y2 V X X2
（9-108）
联立解得：Y＊＝m[（V/L）(Y-Y2)+X2]
Y＊＝m[（V/L）(Y-Y2)+X2]
N OG
9.4 9.4.1. 9.4.2. 9.4.3. 9.4.4.
吸收塔的计算
Hale Waihona Puke 物料衡算与操作线方程 吸收剂用量的确定 填料层高度的计算 吸收塔的操作型计算
吸收塔的计算内容 1、设计型计算： 塔高、塔径、吸收剂用量、 吸收剂浓度 等的计算 2、操作型计算： 核算塔设备是否合用，操作条件与吸收结 果的关系。 物料衡算 ， 3、计算依据： 气液相平衡关系， 吸收速率方程
④在吸收操作时，因Y > Y*或X* > X，操作线 在平衡线的上方，
• ⑤解吸操作时，Y<Y*或X*<X，故解吸操作 线在平衡线的下方， • ⑥平衡线与操作线共同决定吸收推动力， 操作线离平衡线愈远，吸收的推动力愈大；
9．4．2 最小液气比与吸收剂用量
1、最小液气比 对一定的分离任务，当操作条件和吸收物 系一定、塔内某截面的吸收推动力为零时，达 到分离要求所需要的塔高将为无穷大，此时的 液气比即为最小液气比 ：
吸收塔填料层高度的计算
1、填料层高度的计算方法： 传质单元数法
2、计算依据：
1）物料衡算 2）吸收速率方程 3）相平衡关系
• 3．塔高计算基本关系式 • 1)取微元体积的原因， • 2）对溶质A作物料衡算
• • • • • •
对微元填料层dZ作物料衡算： 在单位时间内： 气相溶质减少量 VdY =液相溶质增加的量 LdX =由气相转移到液相溶质A的量 dG， 即： dG ＝VdY= LdX dG=NAdS =NA(aAdZ) 微元填料层dZ所提供的气液传质面积
L L Y X (Y2 X 2 ) V V
逆流吸收操作线方程
②在塔底与塔内任一截面m-n间对溶质A作物 料衡算
VY1 LX VY LX 1
或 等效 方程
L L Y X (Y1 X 1 ) V V
L L Y X (Y2 X 2 ) V V L L Y X (Y1 X 1 ) V V
解析出dY得：
Y1 Y2 dY d (Y ) Y1 Y2
N OG
Y1 Y2
dY * Y Y
Y1
Y1 Y2 dY d (Y ) Y1 Y2
N OG
Y1 Y2 dY * Y2 Y Y Y1 Y2

Y1
Y2
d(Y ) Y
Y1 Y 2 Y1 Y1 Y 2 ln ＝ Y1 Y 2 Y 2 Ym
dG LdX
NA(aAdZ)
K X ( X * X )aAdZ LdX
液相总体积 吸收系数
L dX dZ * K X aA X X
Z
Y1
Y2
Y1 VdY V dY * K Y aA(Y Y ) K Y aAY2 Y Y *
X1 L dX L dX Z X 2 K aA X* X X 2 X* X K aA X X X1
逆流吸收操作线方程
2）逆流吸收操作线方 程的特点：
平衡线
液气比＝L/V
吸收操作线
①当L、V、Y1、X2恒定时，吸收操作线为直 线，其斜率L/V称为吸收操作的液气比；
• ②操作线通过塔顶T（X2，Y2）（稀端）及 塔底B（X1， Y1）（浓端），
• ③操作线仅与液气比、塔底及塔顶组成有 关，而与平衡关系、塔型及操作条件T、p 无关。
V Y1 dY K Ya ZA Y2 Y Y*
在单位推动力下，单位时间，单位体积填 料层内吸收的溶质量。 在低浓度吸收的情况下，体积吸收系数在 全塔范围内为常数，可取平均值。
4、传质单元数和传质单元高度
1）气相总传质单元高度和气相传质单 元数：
V Z K Y aA

Y1
Y2
dY H OG NOG YY
L Y1 Y2 Y1 Y2 ( ) min * V X1 X 2 Y1 X 2 m
X1*=Y1/m
(3)如果平衡线出现如下图所示的形状，则过 点T作平衡线的切线，与水平线Y=Y1相交于B′ 点，则可按下式计算最小液气比
L Y1 Y2 ( ) min ' V X1 X 2
Y1 Y1 Y
* 1
Y2 Y2 Y
* 2
塔底与塔顶两截面上吸收推动力 的对数平均值，称为对数平均推动力
Y1 Y2 Ym Y1 ln Y2
液相总传质单元数的计算式
NOL X1 X 2 X1 X 2 X 1 X 2 X m X 1 ln X 2
dG=NAdS =NA(aAdZ) • dG ＝VdY NA(aAdZ)
*
N A KY (Y Y * )
VdY KY (Y Y )aAdZ
V dY dZ K Y aA Y Y *
气相总体积 吸收系数
dG=NAdS =NA(aAdZ)
NA K X ( X X )
•
HOG可以看成（V/A）与1/KYa的乘积， 而HOL可以看成L/A与1/KXa的乘积，故物 系性质（如填料性能和填料润湿情况 ）、 操作条件、及传质设备结构参数影响HOG和 HOL 。 • HOG↓，吸收阻力小，Z小。 HOG的数量级通常在0.1～1m 之间
5）、传质单元数的物理意义 NOG、NOL计算式中的分子为气相或液 相的组成变化，即分离效果（分离要求）；分 母为吸收过程的推动力；
X m
X 1 X 2 X 1 ln X 2
* X 2 X 2 X2
* X 1 X 1 X1
注意：
Y1 X 1 （1）当 Y 2 、 X 2 2 2
时，
可用算术平均推动力代替对数平均推动力，产
生的误差小于4%，这是工程上允许的；
mV （2）当平衡线与操作线平行，即解析因素 L
dY Y2 Y Y*
Y1
* 1 Y1 Y2 ln 1 S S * 1 S Y2 Y2
积分得： N OG
mV S L
解吸因数（脱吸因数）
对数坐标
• 讨论：
* Y1 Y2 • （ 1） 值的大小 * Y2 Y2
反映了溶质A吸收率的高
低。
9．4．1 物料衡算和操作线方程 1．全塔物料衡算 1）假设： （1）定态操作， （2）吸收剂不挥发，惰性气体不溶于吸收剂，
2）、物料衡算 在单位时间和全塔范围内， 对溶质A作物料衡算 ： VY1 +LX 2 =VY2 +LX 1 或 V（Y1－Y 2）=L（X1－X 2） 或：
L Y1 Y2 V X1 X 2
5．传质单元数的计算 1）对数平均推动力法： 适用于平衡线和操作 线均为直线的情况。 ① 、推导：因平衡线和 操作线均为直线，故推 动力ΔY也与气相组成Y 成直线关系。
即
d (Y ) Y1 Y2 dY Y1 Y2
推导： 直线TB的斜率为：
dY Y1 Y2 dX X1 X2
a
直线TB的纵坐标减去平衡线Y＝mX+b的纵坐标 之差ΔY与X也为直线关系(即EF线)，其斜率 为：
dY Y1 Y2 dX X1 X2
b
式b/a得 ：
dY dX
＝
Y1 Y2 X1 X2 Y1 Y2 X1 X 2
dY dX
d (Y ) Y1 Y2 dY Y1 Y2
L ( ) min V
2、最小液气比的计算： （1）图解法：当平衡曲线符合图9-12所示的 情况时，最小液气比可根据物料衡算采用图解 法求得:
B F Y1 Y2 L * V min T F X1 X 2
*
(2)解析法：若平衡关系符合亨利定律(平衡线 为过原点的直线)时，则采用下列解析式计算 最小液气比 :
3、确定操作液气比：
L ( ) Y , 设备费用 ； V L ( ) Y , 设备费用 ； V L ，再生费用增加。
L L ＝（ 1.1 ～ 2.0 ） V V min
4、吸收剂用量的确定： L=（1.1～2.0）Lmin
9.4.3
•
当气体流经一段填料层后，其气相中 溶质组成变化（Y1－ Y2）等于该段填料层 的平均吸收推动力（Y－Y*）m时，该段填 料即为一个传质单元。
N OG Y1 Y2 dY * Y2 Y Y (Y Y * ) m
Y1
（中值定理）
• 传质单元数N与相平衡关系和物料进出口浓 度有关，与填料性能无关，反映吸收的难 易程度，N↓，分离容易。
• HOG和HOL与填料塔的结构及操作条件等因 素有关， HOG和HOL 大，吸收阻力大，填 料性能差； • NOG和NOL反映吸收的难易程度，与物系相 平衡关系及进、出口浓度有关，与填料特 性无关。
4）传质单元高度的物理意义 ： 传质单元高度：是传质单元数等于1时的 填料层高度，即为完成一个传质单元的分离效 果所需的填料层高度。
气相总传质单元数 NOG，无量纲
气相总传质单元 高度HOG，单位， m
2）液相传质单元高度和传质单元数
X1 L dX Z * X 2 K X aA X X
液相总传质单元高 度HOL，单位，m
液相总传质单元数 NOL，无量纲
3)填料层高度计算通式： Z=传质单元高度HOG×传质单元数NOG 或：Z=传质单元高度HOL×传质单元数NOL
• 液相总传质单元数
1 Y1 m X2 1 N OL ln 1 1 S Y1 m X1 S 1 S 1 L 吸收因数。 S mV 1
吸收因素L/mV的物理意义为： 吸收操作线的斜率与平衡线斜率的比值。
3）图解积分法（平衡线为曲线） ①如图9-14所示,在Y1和Y2之间的操作线上选取 若干个点，过每一点作垂线，与平衡线相 交，求出各点的Y-Y* 和1/（Y-Y*） ；
(平衡线斜率与吸收操作线斜率的比值)为1时， * * * Y Y Y Y Y Y 为常数，对下式积分得： 1 1 2 2
dY 1 * Y2 Y Y Y Y*
Y1
N OG

Y1 Y2
dY
Y1 Y2 Y1 Y2 Y1 Y1* Y2 Y2*
可用两线间任意处的推动力
• ②在Y2到Y1范围内作Y 1/（Y-Y*）曲线， 如图所示；
• ③在Y2与Y1之间，Y 1/（Y-Y*）曲线和横 坐标所包围的面积为传质单元数，如图所 示的阴影部分面积。
图解积分数据表
Y
Y*
Y-Y* 1/（Y-Y*）
9．4．4吸收塔的操作型计算 1、吸收塔的操作型计算内容: 1）、已知塔高Z，气、液流量V,L，混合气体 中进口溶质组成Y1、吸收剂进口组成X2、体积 传质系数KYa时，核算指定设备能否完成分离 任务。
①、 a的定义 ：单位体积填料层提供的有效 气液传质面积，m2/m3；
②、a值与填料的类型、形状、尺寸、填充情 况有关，还随流体物性、流动状况而变化。
③、a值不易直接测定，常将它与传质系数的 乘积作为一个物理量，称为体积吸收系数。如 KYa为气相总体积吸收系数，单位为kmol/ （m3· s）。
气相总体积吸收系数KYa的物理意义：
3）溶质回收率
已吸收的溶质A的量 Y1 Y2 A 混合气体中溶质A的量 Y1
X1=X2＋V（Y1－Y2）/L
Y2=Y1（1－φA） 5）、出塔气体组 成 4）、塔底排 出液组成
2．吸收操作线方程与操 作线 1）逆流吸收操作线方程： ①在塔顶和截面m－n之 间对溶质A作物料衡算， VY+LX2=VY2+LX
• 当物系及气、液相进口浓度一定时，吸收 定S的NOG 就愈大，所需填料层高度愈高.
* Y1 Y2 率愈高，Y2愈小， * 愈大，则对应于一 Y2 Y2
• （2）解吸因素S反映了吸收过程推动力的 大小： • S越大，吸收操作线越靠近平衡线，则吸收 过程的推动力越小，NOG值增大 • S通常取0.7～0.8m