化工原理精品课程课件13-14学时下详解
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第八章 气体吸收
8.4 低组成气体吸收的计算 8.4.1 物料衡算与操作线方程 8.4.2 吸收剂用量的确定 8.4.3 塔径的计算 8.4.4 吸收塔有效高度的计算
一、传质单元数法 二、等板高度法
二、等板高度法
(3) 解析法 (克列姆塞尔法)
平衡关系 Y* mX b
操作关系
Y
qn,L qn,V
X
(Y2
qn,L qn,V
X2)
依次使用操作线方程和平衡方程，经推导可得
Y1 Y2 ANT 1 A Y1 Y2* ANT 1 1
克列姆塞尔方程
二、等板高度法
溶质的吸收率
A
Y1 Y2 Y1
溶质的最大吸收率
A,max
Y1 Y2* Y1
溶质的相对吸收率
A A,max
Y1 Y1
Y2 Y2*
代入整理得
ln A
NT
1 1
ln A
克列姆塞尔方程
克列姆塞尔算图
二、等板高度法
进一步整理得
NT
1 ln A
ln
1
1 A
Y1 Y2
Y2* Y2*
1
A
整理可得
克列姆塞 尔方程
或
NT ～ Y1 Y2*
Y2 Y2* 关系曲线图
第八章 气体吸收
8.1 吸收过程概述 8.2 吸收过程的相平衡关系 8.3 吸收过程的速率关系 8.4 低组成气体吸收的计算 8.5 吸收系数
吸收系数的获取途径
吸收系数是吸收过程计算的关键。吸收系数不 仅与物性、设备类型、填料形状和规格等有关，而 且还与塔内流体流动状况、操作条件密切相关。
获取吸收 系数途径
实验测定 经验公式计算 准数关联式计算
第八章 气体吸收
8.1 吸收过程概述 8.2 吸收过程的相平衡关系 8.3 吸收过程的速率关系 8.4 低组成气体吸收的计算 8.5 吸收系数 8.5.1 吸收系数的测定
一、实验装置与流程
实验测定是获得吸收系数的根本途径。实验测 定一般在已知内径和填料层高度的中间实验设备上 或生产装置上进行，用实际操作的物系，选定一定 的操作条件进行实验。
水吸收氨过程吸收系数的测定实验流程
二、测定方法
测定数据：
操作温度 t
操作压力 P
空气流量 qn,V 氨气流量 qn,A
计算进塔气体组成 Y1
水流量 qn,L
出塔气体组成 Y2
出塔液体组成 X1
三、吸收系数的计算
总体积吸收系数KY a 计算公式：
Z qn,V Y1 Y2 KY a Ym
KY a
qn,V (Y1 Y2 ) ZYm
qn,GA VP Ym
qn,GA qn,V (Y1 Y2 ) qn,L ( X1 X 2 )
第八章 气体吸收
8.5 吸收系数 8.5.1 吸收系数的测定 8.5.2 吸收系数的经验公式(选读) 8.5.3 吸收系数的准数关联式(选读)
第八章 气体吸收
8.5 吸收系数 8.6 其他吸收与解吸 8.6.1 其他吸收过程(选读) 8.6.2 解吸(脱吸)
一、解吸的原理与应用
吸收
传质 方向
操作 条件
气相中的溶质 向液相中溶解
低温、高压
应用场合
❖溶剂昂贵；不易获得 ❖吸收溶质为目的产物
解吸 液相中的溶质 向气相中释放
高温、低压
解吸 方法
二、化工中常用的解吸方法
气提解吸 加入气提气，降低溶质的分压。 减压解吸 吸收在加压下进行，通过减压进行解吸。 加热解吸 对吸收液加热，通过升温进行解吸。 加热－减压联合解吸 加热－减压联合进行，提高解吸程度。
三、气提解吸的计算
从原理上，气提解吸与逆流吸收是相同的，只 是在解吸中传质的方向与吸收相反，吸收过程的操 作线在平衡线的上方，而解吸过程的操作线在平衡 线的下方。因此，吸收过程的分析方法和计算方法 均适用于解吸过程。
气提解吸过程示意图
三、气提解吸的计算
在气提解吸计算中，一般待解吸的吸收液流量 qn,l及其进、出塔组成X2、X1均由工艺规定，入塔载 气组成Y1也由工艺规定（一般为零），待求的量为 载气流量qn,V及填料层高度Z等。
三、气提解吸的计算
1.操作线方程 气提解吸操作线方程可通过物料衡算获得
Y
qn,L qn,V
(X
X
2)
Y2
或
Y
qn,L qn,V
(X
X 1)
Y1
气提解吸操 作线方程
操作线方 程为直线
三、气提解吸的计算
直线的斜率 qn,L qn,V
直线通过点
B (X1，Y1) T (X2，Y2)
塔底
塔顶
吸 收
吸收与解吸操作线的比较
解 吸
三、气提解吸的计算
2.最小气液比和载气流量的计算 在气提解吸的计算中，通常吸收液的量是已
知的，而载气的用量需通过工艺计算来确定。在 液量一定的情况下，确定载气的用量也即确定气
液比 qn,V / qn,L。 气液比 qn,V / qn,L 的确定方法是，先求出气提
解吸过程的最小气液比 (qn,V / qn,L )min，然后再根据
工程经验，确定适宜（操作）气液比。
(
qn,L qn,V
)max
( qn,L )
qn,V
qn,L
qn,V
Y2*
T*
Y2
T
Y2
T
Y1
B
X1
X2
解吸塔的最小气液比
(
qn,V qn,L
)min
1
(
qn,L qn,V
)max
三、气提解吸的计算
最小气液比可用图解法求得 ：
qn,L qn,V
max
Y2* X2
Y1 X1
qn,V qn,L
min
(qn,L
1 / qn,V )max
X2 X1 mX 2 X1
最小气液比
qn,V ,min
X2 X1 mX2 X1
qn,L
最小载气用量
三、气提解吸的计算
选择适宜的气液比需进行经济权衡，根据生产 实践经验，取
qn,V
qn,L
1.2
~
2.0
( qn,V qn,L
)min
适宜气液比
或
qn,V 1.2 ~ 2.0 qn,V ,min 适宜载气用量
三、气提解吸的计算
3.填料层高度的计算 气提解吸塔填料层高度的计算方法与逆流吸收
塔填料层高度的计算方法完全相同。
(1)传质单元数法
Z HOLNOL
液相传质单元高度
HOL
qn,L K X a
三、气提解吸的计算
液相传质单元数
NOL
1 1 A
ln
1
A
X2 X1
X1* X1*
A
或
NOL
1 1 A
ln 1
A Y1
Y1
Y2* Y1*
A
三、气提解吸的计算
（2）等板高度法
Z NT HETP
理论级数
ln A
NT
1 1
ln A
或
NT
1 ln A
ln 1
1 A
Y1 Y2
Y2* Y2*
1
A
克列姆塞 尔方程
8.4 低组成气体吸收的计算 8.4.1 物料衡算与操作线方程 8.4.2 吸收剂用量的确定 8.4.3 塔径的计算 8.4.4 吸收塔有效高度的计算
一、传质单元数法 二、等板高度法
二、等板高度法
(3) 解析法 (克列姆塞尔法)
平衡关系 Y* mX b
操作关系
Y
qn,L qn,V
X
(Y2
qn,L qn,V
X2)
依次使用操作线方程和平衡方程，经推导可得
Y1 Y2 ANT 1 A Y1 Y2* ANT 1 1
克列姆塞尔方程
二、等板高度法
溶质的吸收率
A
Y1 Y2 Y1
溶质的最大吸收率
A,max
Y1 Y2* Y1
溶质的相对吸收率
A A,max
Y1 Y1
Y2 Y2*
代入整理得
ln A
NT
1 1
ln A
克列姆塞尔方程
克列姆塞尔算图
二、等板高度法
进一步整理得
NT
1 ln A
ln
1
1 A
Y1 Y2
Y2* Y2*
1
A
整理可得
克列姆塞 尔方程
或
NT ～ Y1 Y2*
Y2 Y2* 关系曲线图
第八章 气体吸收
8.1 吸收过程概述 8.2 吸收过程的相平衡关系 8.3 吸收过程的速率关系 8.4 低组成气体吸收的计算 8.5 吸收系数
吸收系数的获取途径
吸收系数是吸收过程计算的关键。吸收系数不 仅与物性、设备类型、填料形状和规格等有关，而 且还与塔内流体流动状况、操作条件密切相关。
获取吸收 系数途径
实验测定 经验公式计算 准数关联式计算
第八章 气体吸收
8.1 吸收过程概述 8.2 吸收过程的相平衡关系 8.3 吸收过程的速率关系 8.4 低组成气体吸收的计算 8.5 吸收系数 8.5.1 吸收系数的测定
一、实验装置与流程
实验测定是获得吸收系数的根本途径。实验测 定一般在已知内径和填料层高度的中间实验设备上 或生产装置上进行，用实际操作的物系，选定一定 的操作条件进行实验。
水吸收氨过程吸收系数的测定实验流程
二、测定方法
测定数据：
操作温度 t
操作压力 P
空气流量 qn,V 氨气流量 qn,A
计算进塔气体组成 Y1
水流量 qn,L
出塔气体组成 Y2
出塔液体组成 X1
三、吸收系数的计算
总体积吸收系数KY a 计算公式：
Z qn,V Y1 Y2 KY a Ym
KY a
qn,V (Y1 Y2 ) ZYm
qn,GA VP Ym
qn,GA qn,V (Y1 Y2 ) qn,L ( X1 X 2 )
第八章 气体吸收
8.5 吸收系数 8.5.1 吸收系数的测定 8.5.2 吸收系数的经验公式(选读) 8.5.3 吸收系数的准数关联式(选读)
第八章 气体吸收
8.5 吸收系数 8.6 其他吸收与解吸 8.6.1 其他吸收过程(选读) 8.6.2 解吸(脱吸)
一、解吸的原理与应用
吸收
传质 方向
操作 条件
气相中的溶质 向液相中溶解
低温、高压
应用场合
❖溶剂昂贵；不易获得 ❖吸收溶质为目的产物
解吸 液相中的溶质 向气相中释放
高温、低压
解吸 方法
二、化工中常用的解吸方法
气提解吸 加入气提气，降低溶质的分压。 减压解吸 吸收在加压下进行，通过减压进行解吸。 加热解吸 对吸收液加热，通过升温进行解吸。 加热－减压联合解吸 加热－减压联合进行，提高解吸程度。
三、气提解吸的计算
从原理上，气提解吸与逆流吸收是相同的，只 是在解吸中传质的方向与吸收相反，吸收过程的操 作线在平衡线的上方，而解吸过程的操作线在平衡 线的下方。因此，吸收过程的分析方法和计算方法 均适用于解吸过程。
气提解吸过程示意图
三、气提解吸的计算
在气提解吸计算中，一般待解吸的吸收液流量 qn,l及其进、出塔组成X2、X1均由工艺规定，入塔载 气组成Y1也由工艺规定（一般为零），待求的量为 载气流量qn,V及填料层高度Z等。
三、气提解吸的计算
1.操作线方程 气提解吸操作线方程可通过物料衡算获得
Y
qn,L qn,V
(X
X
2)
Y2
或
Y
qn,L qn,V
(X
X 1)
Y1
气提解吸操 作线方程
操作线方 程为直线
三、气提解吸的计算
直线的斜率 qn,L qn,V
直线通过点
B (X1，Y1) T (X2，Y2)
塔底
塔顶
吸 收
吸收与解吸操作线的比较
解 吸
三、气提解吸的计算
2.最小气液比和载气流量的计算 在气提解吸的计算中，通常吸收液的量是已
知的，而载气的用量需通过工艺计算来确定。在 液量一定的情况下，确定载气的用量也即确定气
液比 qn,V / qn,L。 气液比 qn,V / qn,L 的确定方法是，先求出气提
解吸过程的最小气液比 (qn,V / qn,L )min，然后再根据
工程经验，确定适宜（操作）气液比。
(
qn,L qn,V
)max
( qn,L )
qn,V
qn,L
qn,V
Y2*
T*
Y2
T
Y2
T
Y1
B
X1
X2
解吸塔的最小气液比
(
qn,V qn,L
)min
1
(
qn,L qn,V
)max
三、气提解吸的计算
最小气液比可用图解法求得 ：
qn,L qn,V
max
Y2* X2
Y1 X1
qn,V qn,L
min
(qn,L
1 / qn,V )max
X2 X1 mX 2 X1
最小气液比
qn,V ,min
X2 X1 mX2 X1
qn,L
最小载气用量
三、气提解吸的计算
选择适宜的气液比需进行经济权衡，根据生产 实践经验，取
qn,V
qn,L
1.2
~
2.0
( qn,V qn,L
)min
适宜气液比
或
qn,V 1.2 ~ 2.0 qn,V ,min 适宜载气用量
三、气提解吸的计算
3.填料层高度的计算 气提解吸塔填料层高度的计算方法与逆流吸收
塔填料层高度的计算方法完全相同。
(1)传质单元数法
Z HOLNOL
液相传质单元高度
HOL
qn,L K X a
三、气提解吸的计算
液相传质单元数
NOL
1 1 A
ln
1
A
X2 X1
X1* X1*
A
或
NOL
1 1 A
ln 1
A Y1
Y1
Y2* Y1*
A
三、气提解吸的计算
（2）等板高度法
Z NT HETP
理论级数
ln A
NT
1 1
ln A
或
NT
1 ln A
ln 1
1 A
Y1 Y2
Y2* Y2*
1
A
克列姆塞 尔方程