化工基础 吸收

第四节 二元低浓气体吸收（或脱吸）的计算
Ga ya
计算项目主要有： 吸收剂用量La、液相出塔浓度xb 塔的主要工艺尺寸： 塔径D、填料层高度H或塔板数N
D
La xa
H
Gb yb
Lb xb
逆流吸收塔的物料衡算
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《化工原理》电子教案/第九章
一、物料衡算和操作线方程
全塔物料衡算 -----可求解液相出塔浓度xb 对溶质 A，有
最小液气比只对设计型问题有意义。
逆流吸收塔的物料衡算
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《化工原理》电子教案/第九章
二、吸收剂用量的确定
最小液气比的计算：
Y Yb B B B Y Yb YE
LS LS (1.2 ~ 2.0) G GB B
B E B
min
Ya Ya A Xb 0
A
0 Xa
G K ya
yb ya
（1）平衡线为直线时
吸收因数法 对数平均推动力法
N OG
dy y y
y mx b
L y x xa ya G

y y y 与 y 关系也为直线函数关系
yb B
dy yb ya 常数 dy yb ya
A
Xa
XE
Xb
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二、吸收剂用量的确定
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 收塔是否能操作？将会发生什么现象？
可以， 能，
Ga ya GBYa
La xa LS Xa
但达不到指定的吸收要求
Gy GBY Gb y b GBYb Lx LSX Lb xb LS Xb
一、物料衡算和操作线方程
对塔上部任一段作质量衡算（A组分） -----可求解全塔浓度分布
气相量的减少速率 液相量的增加速率
GBYa LS Xa
GB Y Ya LS X X a
GBY
LSX
LS X X a Ya -------操作线方程 Y GB
GBYb LS Xb
逆流吸收塔的物料衡算
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《化工原理》电子教案/第九章
一、物料衡算和操作线方程
LS X X a Ya-------操作线方程 Y GB
操作线方程： 直线， LS ----液气比 斜率为
GBYa
LS Xa
GB
过塔顶点A(Xa，Ya)，塔底 B (Xb，Yb) 总是位于平衡线的上方； Yb 塔底 O 操作点 操作线斜率越小，越靠 近平衡线，传质推动力 越小，对传质越不利。
(y-y*)m,k
这一段填料就是一个传质单元
相平衡关系
x
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H OG
2、低浓气体吸收时
传质单元高度？ -----每个传质单元对应的填料层高度，m
常用吸收设备的HTU约为 0.21.5m
G K ya
N OG

yb ya
dy y y
h0 H OG N OG
ya 1 2 yk k




Gb
yb
xb
（适用于高、低浓吸收）
微元填料段的物料衡
2、低浓气体吸收时 G、L为常数 Ky、Kx可视为常数
气相、液相总体积传质系数
1 1 m K ya k ya kxa
a也可视为常数： a与填料形状、尺寸及填充状况有关11/97
《化工原理》电子教案/第九章
2、低浓气体吸收时
G 气相总传质单元高度HTU ，m H OG （Height of Transfer Unit） K ya
G yb dy h0 ya y y HOG N OG K ya
L x b dx h0 xa x x H OL N OL K xa
h0 G dy k y a y a y y i H G N G
yb
气相总传质单元数，无因次
N OG

yb ya
dy y y
气相分传质单元高度，m
气相分传质单元数，无因次
L xb dx h0 HL NL k x a xa x i x
思考：影响传质单元高度HTU的因素？
流动状况、物系、填料特性和操作条件
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2、低浓气体吸收时
什么是传质单元？ 如图，将填料层分成若干段，1、2、……、N 段。每一段填料均需满足以下条件：
xa
思考： HTU越大越好，还是 越小越好？
HTU越小越好
一个（气相总）传质单元 y yb
xk-1 HOG yk+1 xk yN ,xN-1 yb xb
气相总传质单元
传质单元数？ -----传质单元的个数， N
yk+1 yk ya
o
(y-y*)m,k
相平衡关系
x
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如图，为N个。
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四、填料层高度的计算
1、填料层高度的一般计算式
ya xa
对微元段填料dh作物料衡算： 气相中溶质A的减少速率 ＝液相中溶质A的增加速率 ＝从气相到液相的传质速率
填 料 层 所 具 有 的 有 效质 面 积 传 引入 a 填料体积
y G-dG dh x h
h0
G y+dy x+dx A
G( y dy) (G dG) yA
H OG
2、低浓气体吸收时
为什么NOG就是传质单元数N？ 每个传质单元具有：y k 1 y k y y m,k
N OG
G K ya

yb ya
dy y y
h0 H OG N OG
N OG ,k
N OG
yb ya
yk 1
yk
dy yk 1 yk 1 y y y y m ,k
mG 脱吸因数，无因次 L L A 吸收因数，无因次 mG S
yb
a
N OG
dy y y
代入 N OG y
dy 中积分得： N OG y y
dy y a y y yb dy ya 1 S y Sy y a a 《化工原理》电子教案/第九章
LS X b X a Ya Yb GB
Gb yb
GBYb
Lb xb
LS Xb
Y Ya Ya 回收率为： b 1 Yb Yb
逆流吸收塔的物料衡算
GB-----kmolB/s or kmolB/(m2s) ； LS -----kmolS/s or kmolS/(m2s) ； 2/97 Y（或X）-----摩尔比； 《化工原理》电子教案/第九章
Xa
XE
Xb
LS G B
Y Ya b min X b X a
LS G B
Yb Y E min X b X E
yb ya L 低浓时： G min xb xa
yb y E L 低浓时： G min yb y E
GBY
LSX
Y Ya
塔顶
GBYb
LS Xb
逆流吸收塔的物料衡算
Xa
X
Xb
LS X b X a Ya Yb GB
《化工原理》电子教案/第九章
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一、物料衡算和操作线方程
对于低浓气体（通常yb<10%），
Ga ya G Ga Gb GB，L La Lb LS， GBYa
N
yk+1 xk yN ,xN-1 yb xb
yk+1 yk ya
(y-y*)m,k
o
气相总传质单元
相平衡 关系 15/97
x
《化工原理》电子教案/第九章
h0 H OG N OG
2、低浓气体吸收时 传质单元数NOG的两种计算方法：
（1）平衡线为直线时 吸收因数法 对数平均推动力法 （2）平衡线非直线时 图解（或数值）积分法 近似梯级法
La xa LS Xa
Y y，X x，于是，
L yb xb xa ya G L y x xa ya G
Yb LS X b X a Ya GB
Gy GBY Gb y b GBYb
Lx LSX Lb xb LS Xb
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逆流吸收塔的物料衡算
ya 1 2 yk k xk-1 HOG yk+1 xk yN ,xN-1 N yb xb
气相总传质单元 《化工原理》电子教案/第九章
xa
一个（气相总）传质单元
y yb yk+1 yk ya
o
每一段气相（或液相）组成的变化量 ＝该段气相（或液相）总的平 均推动力
yk 1 yk y y m ,k
yb


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2、低浓气体吸收时
N OG
yb ya 1 ln1 S S 1 S ya ya -------吸收因数法
类似可推得： N OL SN OG
yb ya 横坐标 值的大小反映溶质吸收率的高低； ya ya
在相同 S 下，横坐标越大，NOG 越大；
H OG
G K ya
yb ya
N》电子教案/第九章
h0 H OG N OG
2、低浓气体吸收时
传质单元数NOG的两种计算方法：
吸收因数法 对数平均推动力法
H OG
G K ya
yb ya
（1）平衡线为直线时 L G y x xa ya x y ya xa G L G y mx b m y ya mxa b S y ya ya L