化工基础 吸收

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
《化工原理》电子教案/第九章
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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：
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；
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。
《化工原理》电子教案/第九章
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三、塔径的计算
Ga ya GBYa La xa LS Xa
D
4VS u
u为空塔气速，m/s， Vs为混合气体的体积流量，m3/s。
Gy GBY Gb y b GBYb
Lx LSX Lb xb LS Xb
逆流吸收塔的物料衡算
源自文库9/97
《化工原理》电子教案/第九章
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
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
y G-dG dh x h


将总吸收速率方程 N A K y y y K x x x 代入得：

d Lx 顶 N Aa
底
h0
G y+dy x+dx A
底 d Gy d Lx h0 顶 K a y y 顶 K a x x y x 底
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
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
A
Xa
XE
Xb
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《化工原理》电子教案/第九章
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




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
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
H OG
G K ya
yb ya
N OG
dy y y
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《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：
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
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
注意：G、L----kmol/(m2s)
Ad Gy Ad Lx
N A aAdh
Gb
yb
xb
微元填料段的物料衡算
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《化工原理》电子教案/第九章
ya
xa
四、填料层高度的计算
d Gy d Lx dh N Aa N Aa H 底 d Gy h0 dh 0 顶 N a A
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
平衡，塔高需无穷高才行。
LS (1.2 ~ 2.0) G opt B
B B Y Yb YE
min
B E
Gy GBY
B
Lx LSX Lb xb LS Xb
Y Yb P
B
Gb y b GBYb
逆流吸收塔的物料衡算
Ya Ya 0 A Xa Xb 0


dy y y
ya 1 2
xa
一个（气相总）传质单元 y yb
k k-1

y1
ya
y 2 dy yk 1 yb dy dy dy y x y1 y y yk y y y y k y N y Hy
OG
1 1 1 N (个 )
(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
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
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
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
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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
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
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
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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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
《化工原理》电子教案/第九章
Y
LS X X a Ya GB
二、吸收剂用量的确定
仅从能耗上看，希望吸收剂用量越小越好，但是
Ga ya GBYa La xa LS Xa
LS
LS GB
LS G B
LS G B
--最小液气比 min 此时，塔内必有一处达到相
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
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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yb ya 而在相同的 下，S 越大，NOG 越大。 ya ya
回收率为：

Yb Ya Y y 1 a 1 a （低浓） Yb Yb yb
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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：
H OG
气相的减少速率 液相的增加速率
GBYa LS Xa
Ga ya
La xa
Gb yb Ga ya Lb xb La xa
-------此式使用不方便，因为摩尔分率x、 y的定义基准从塔底到塔顶均在变化。 将 x、y换成摩尔比X、Y可解决这个问题。
GB Yb Ya LS X b X a