化工原理讲稿4(第七章)

得：N OG N OG
Y1 Y2 Y1 ln Y1 Y2 Y2
Y2 Y2 Y2* Y1 Y2 、其中： Y1 Y2 Y1 Y1 Y1* Y1 ln Y2 Y1 Y2 Y1 Y2 、其中：Ym Y1 Ym ln Y2
其中：NOG 1 的意义
指气体流经一段填料层，溶质组成变化（Y1 － Y2） 等于该段填料平均吸收推动力（Y－Y *）m时， 该段填料为一个传质单元；
b.液相总传质单元数 ：
NOL
X1 X2
dX X* X
③填料层高度
填料层高度：Z NOG HOG NOL HOL
讨论：
V 0.024kmol / m2 s 因此时为低浓度吸收，故： Ω Ω
mV 1.77 0.024 0.654 S L 0.065 Y mX Y1 1 1 2 1 83.3 Y2 1 1 0.988 Y2 mX 2 Y1 mX 2 1 ln 1 S S 1 S Y2 mX 2
c.体积总传质系数与传质单元高度的关系:
1 1 H OG K a V 0.8 Y H OG V 0.2； H V OG 同理：H OL L0.2；
② 传质单元数 a.气相总传质单元数 ：
NOG
Y1 Y2
Y1 Y2 dY 气相组成变化 * * Y Y (Y Y ) m 平均传质推动力
•平均推动力法适用： a. 平衡线为直线时：逆流、并流吸收皆可；
b.当
Y1 2 Y2
NOG
Y1 Y2 X1 X 2 、NOL ； Ym X m
X 1 、 2 时：可用算术平均推动力 ； X 2
c.平衡线与操作线平行时：
Ym Y Y1 Y2 Y1 Y1 Y1* Y2 Y2 Y2* Y1 Y2 Y1 Y2 Y1 Y2 N OG Ym Y1 Y2 当Y * mX N OG Y1 Y2 Y1 Y2 Y1 mX 2 1 Y1 mX 1 Y2 mX 2 Y2 mX 2 Y1 1 ） Y2 1
Y1 Y2 (Y Y )1 (Y Y )2 d (Y ) A dY Y1 Y2 Y1 Y2
* *
NOG
Y1 dY Y1 Y Y dY d Y 1 2 * Y2 Y Y Y2 Y Y2 Y Y Y 1 2 Y1
解： y1 1.333 0.0132 (1) y1 0.0132 Y1 0.0134
101.3 1 y1 1 0.0132 Y2 Y1 (1 ) 0.0134(1 0.995) 0.0000669 X2 0
因混合气中氨含量很少，故：
1400 M 29kg/kmol V (1 0.0132) 47.7kmol/h； 29 Ω 0.785 0.82 0.5m2；
kmol s m a.传质单元高度单位： 3 2 （kmol m s）m
b.传质单元高度的意义: 完成一个传质单元效果分离所需的填料层高度；
Y1 Y2 Y1 dY Y2 Y Y * Y 1 m 当： X X1 X 2 1 dX X 2 X * X X m 1
mV Y mX 2 （ f 、1 ） L Y2 mX 2
② Y1 mX 2 的意义：反映了A吸收率的高低；
Y2 mX 2
Y1 mX 2 Y2 NOG Y2 mX 2
③当采用纯溶剂X2=0时，若已知B=L/Lmin、；
Y1 / m X 2 Y1 L L /V B Lmin （L / V） X1 X 2 mX 1 min X1 X 2 mX 1 Y1 / B 1 mV L m Y Y Y Y Y Y B 1 2 1 2 1 2 其中： Y1 Y1 Y2 Y1 1 ） （ 1 1 B 1 N OG ln 1 1 B 1
mV Y1 mX 2 mV 1 N OG ln 1 mV L Y2 mX 2 L 1 L mV 令：S 、称为脱吸因数（解吸因数） L m （S ：表示相平衡线与操作线的斜率之比） LV N OG Y1 mX 2 1 ln 1 S S 1 S Y2 mX 2
2.传质单元高度与传质单元数
填料层高度： Y1 X1 V dY L dX Z Y2 Y Y * K X a X 2 X * X KY a
填料层高度可用下面的通式计算： Z=传质单元高度×传质单元数 ①传质单元高度
V 气相传质单元高度：H OG K a Y L 液相传质单元高度：H OL K X a
H OG
V 47.7 / 3600 0.30m KY a 0.088 0.5
Z NOG H OG 14.24 0.30 4.27m
=
【例】空气中含丙酮2%（体积百分数）的混合气以
0.024kmol/(m2· s)的流率进入一填料塔，今用流率为
0.065kmol/(m2· s)的清水逆流吸收混合气中的丙酮， 要求丙酮的回收率为98.8%。已知操作压力为100 kPa，操作温度下的亨利系数为177 kPa，气相总体 积吸收系数为0.0231 kmol/(m3· s)。
Y1 Y2 47.7(0.0134 0.0000669) 得：Lmin V * 35.6kmol / h 0.0134 X1 X 2 0 0.75 实际吸收剂用量：L 1.4 Lmin 1.4 35.4 49.8kmol / h
(2)用平均推动力法：
47.7 (0.0134 0.0000669) X1 X 2 V Y1 Y2） L 0 （ / 0.0128； 49.8 Y1* 0.75 X1 0.75 0.0128 0.00953、Y2* 0；
单位填料层dZ内吸收溶质A的量；
：塔截面积、m2；
GA：溶质A的流率、kmol/s ； ② 吸收速率方程： dGA N AdA N A (adZ ) a：单位体积填料的有效传质面积、 单位： m2传质面积/m3填料；
N A KY (Y Y * ) 其中： * NA K X ( X X )
注意：
① 稳态操作中V、L、均为常量；
② KYa与KXa：称为气相与液相总体积传质系数；
物理意义：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； 单位：kmol/（m3· s）；
③ a：反映吸收设备的大小和填料特性、
也反映流体物性和流动状态的影响； 注：KY的单位：kmol/（m2· s）；
Y1 Y1 Y1* 0.0134 0.00953 0.00387 Y2 Y2 Y2* 0.0000669 0 0.0000669 Y1 Y2 0.00387 0.0000669 Ym 0.000936 Y1 0.00387 ln ln 0.0000669 Y2 N OG Y1 Y2 0.0134 0.0000669 14.24 Ym 0.000936
【例】在一塔径为0.8m的填料塔内，用清水逆流 吸收空气中的氨，要求氨的吸收率为99.5%。 已知：空气和氨的混合气质量流量为1400kg/h， 气体总压为101.3kPa，其中氨的分压为1.333 kPa。 若实际吸收剂用量为最小用量的1.4倍，操作温度 293K下的气液相平衡关系为Y*=0.75X，气相总体 积吸收系数为0.088kmol/(m3· s)；试求： （1）每小时用水量； （2）用平均推动力法求出所需填料层高度。
N OG
X1 X 2 X1 X 2 同理：N OL＝ N OL＝ X 1 X 2 X m X 1 ln X 2 其中：X m
* X 1 X 2 X 1 X 1 X 1 、 ； * X 1 X 2 X 2 X 2 ln X 2
Y1 mX 2 Y2 mX 2
NOG （ f
mV Y mX 2 、1 ） L Y2 mX 2
NOG 讨论： ①S=mV/L的意义： 反映了吸收过程推动力的大小，为平衡线斜率 与吸收操作线斜率的比值；
V Y1 mX 2 L L 一定，S 推动力 、NOG Y2 mX 2 mV m
③气液相平衡关系： Y * mX
VdY V dY dZ N（a） dZ K a （Y Y *） A Y 整理： L dX dZ LdX dZ N（a） K X a （X * X） A
Y1 V dY Z K a Y2 Y Y * Y 积分： X1 L dX Z K X a X 2 X * X
a.操作线上任取一点（X、Y），推动力为 (Y - Y*)；
1 b.系列Y～ Y Y * 作图得曲线；
c.积分计算Y2至Y1范围内的阴影面积；
N OG
Y1 Y2
dY Y Y*
Y
Y1
E
1 Y Y*
Y2
o
dY Y2 Y Y *
Y1
X2
X1 X
Y2
Y1
② 对数平均推动力法
汽液平衡线为直线：Y * mX b 条件： L L 吸收操作线为直线：Y X (Y1 X 1 ) V V 吸收推动力为直线：Y Y Y * AY B
三、填料层高度计算
条件：低浓度气体、稳态吸收过程；
1.填料层高度的基本计算式 •填料塔为连续接触式设备； •气液两相溶质组成沿填料层连续变化； Z •各截面上传质推动力与传质速率
Y2
X2
Y
X
Z dZ
随之变化；
Y+dY
X+dX
Y1
X1
取微元高度的填料层进行计算：
①物料衡算： dGA VdY LdX
（X 2 =0 N OG
③ 吸收因数法
条件：平衡线为通过原点的直线 ，
服从亨利定律Y*=mX；
V 以逆流为例： X (Y Y2 ) X 2 L Y1 Y1 dY dY N OG Y2 Y Y * Y2 Y mX Y1 dY N OG Y2 V Y m[ (Y Y2 ) X 2 ] L Y1 dY Y2 mV mV (1 )Y ( Y2 mX 2 ) L L
试用：解吸因数法求填料层高度？
解： y1 0.02 Y1 y1 0.02 0.0204
1 y1 1 0.02 Y2 Y1 (1 ) 0.0204 (1 0.988) 0.00025 E 177 X 2 0、m 1.77 p 100
① HOG、HOL：反映塔设备条件（）、填料性能
及润湿情况，反映设备性能高低； ② NOG、NOL： 反映与相平衡条件（m）、气液 进出塔浓度的关系，反映吸收过程 的难易程度；
③ V/ ： kmol（B）/（m2· s）；
L/ ： kmol（S）/（m2· s）；
3.传质单元数的计算
填料层高度的计算关键在于传质单元数NOG、NOL 的计算； ① 图解积分法 当平பைடு நூலகம்线为曲线时，图解积分法步骤如下：