Transcript 第五章吸收
第五章 气体吸收 第一节 概述 第二节 气液相平衡 第三节 吸收过程的传质速率 第四节 吸收塔的计算 第五节 填料塔 1 第一节 概述 一、吸收操作的应用 二、吸收过程与设备 三、吸收过程分类 四、吸收剂的选择 2 一、气体操作的应用 （1）分离混合气体以获得一定的组分。 （2）除去有害组分以净化或精制气体。 （3）制备某种气体的溶液。 （4）工业废气的治理。 吸收的依据 混合物各组分在某种溶剂中溶解度的差异。 3 二、吸收过程与设备 4 洗油 脱苯煤气 含苯煤气 苯 加 热 器 冷 却 器 水 过热蒸汽 吸收与解吸流程 5 三、吸收过程的分类 （1）物理吸收和化学吸收 （2）单组分吸收和多组分吸收 （3）等温吸收和非等温吸收 （4）高浓度吸收和低浓度吸收 四、吸收剂的选择 （1）溶解度大； 6 （2）选择性高； （3）再生容易； （4）挥发性小； （5）粘度低； （6）化学稳定性高； （7）腐蚀性低； （8）无毒、无害、价廉等。 选择原则：经济、合理。 7 第二节 气液相平衡 一、 平衡溶解度 二、 亨利定律 三、 气液相平衡关系在吸收中的应用 8 一、平衡溶解度 平衡状态：一定压力和温度，一定量的吸收 剂与混合气体充分接触，气相 中的溶质 向溶剂中转移，长期充分接 触后，液相 中溶质组分的浓度不再增加，此时，气 液两相达到平衡。 饱和浓度：平衡时溶质在液相中的浓度。 9 平衡分压：平衡时气相中溶质的分压。 平衡状态的因素 F＝C－＋2=3－2+2=3 当压力不太高、温度一定时 p* A =f1（ x ） y*=f2（x） p* A =f3（ cA ） 10 氨在水中的溶解度 11 20℃下SO2在水中的溶解度 12 几种气体在水中的溶解度曲线 13 讨论： （1）总压、y一定，温度下降，在同一溶剂中， 溶质的溶解度x随之增加，有利于吸收 。 （2）温度、y一定，总压增加，在同一溶剂中， 溶质的溶解度x随之增加，有利于吸收 。 （3）相同的总压及摩尔分率， cO2 < cCO2 < cSO2 < cNH3 氧气等为难溶气体，氨气等为易溶气体 14 二、亨利定律 （一）亨利定律 总压不高时，在一定温度下，稀溶液上方 气相中溶质的平衡分压与溶质在液相中的摩尔 分率成正比，其比例系数为亨利系数。 p A Ex * 15 p A ——溶质在气相中的平衡分压，kPa； * x——溶质在液相中的摩尔分率； E——亨利常数，单位同压强单位。 讨论： 1）E的影响因素：溶质、溶剂、T 物系一定，T E 2）E大的，溶解度小，难溶气体 E小的，溶解度大，易溶气体 3）E的来源：实验测得；查手册 16 （二）亨利定律其它形式 1）p * A cA H H——溶解度系数， kmol/（m3·kPa） cA——摩尔浓度，kmol/m3； H与E的关系： p * A cA H c c c H x E c H 17 c M E L M S (1 x ) M A x S MS S HM S H的讨论：1）H大，溶解度大，易溶气体 2）P对H影响小， T H 2）y mx * m——相平衡常数，无因次。 18 m与E的关系 ： p * A py * y p Ex * m E p m的讨论：1）m大，溶解度小，难溶气体 2） T m p m 19 3）Y * mX 20 三、 相平衡关系在吸收中的应用 （一）判断过程进行的方向 pA pA A由气相向液相传质，吸收过程 pA pA 平衡状态 * * pA pA * 吸收过程： y A由液相向气相传质，解吸过程 * * * c y 或x >x或 A cA 21 y y y* · A y* y P · B · C x x （二）指明过程进行的极限 过程极限：相平衡。 22 （1）逆流吸收，塔高无限， V，y2 L y 2, min * y2 mx L，x2 2 （2）逆流吸收，塔高无限， L x 1 , max y1 V，y1 m L，x1 （三）确定过程的推动力 （1）吸收过程推动力的表达式 p A p A * y- * * * c y 或x -x或 A cA 23 （2）在x～y图上 y A · P x x* y* 24 第三节 吸收过程的传质速率 一、 分子扩散与菲克定律 二、 等摩尔逆向扩散 三、 组分A通过静止组分B的扩散 四、 分子扩散系数 五、 单相内对流传质 六、 两相间的双模理论 七、 总传质速率方程 25 吸收过程： （1）A由气相主体到相界面，气相内传递； （2）A在相界面上溶解，溶解过程； （3）A自相界面到液相主体，液相内传递。 单相内传递方式：分子扩散；对流扩散 。 一、 分子扩散与菲克定律 26 分子扩散：在静止或滞流流体内部，若某一组分存 在浓度差，则因分子无规则的热运动使 该组分由浓度较高处传递至浓度较低处， 这种现象称为分子扩散。 扩散速率：单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截 面积扩散的物质量，J表示， kmol/(m2·s)。 菲克定律：温度、总压一定，组分A在扩散方向上任一 点处的扩散通量与该处A的浓度梯度成正比。 27 J A D AB dc A dz JA——组分A扩散速率（扩散通量）， kmol/（m2·s）； dc A dz —组分A在扩散方向z上的浓度梯度（kmol/m3）/m； DAB——组分A在B组分中的扩散系数，m2/s。 负号：表示扩散方向与浓度梯度方向相反，扩散沿 着浓度降低的方向进行 28 理想气体： cA dc A dz pA RT = JA 1 dp A RT dz D AB dpA RT dz 分子扩散两种形式：等摩尔逆向扩散，组分A通过 静止组分B的扩散。 29 二、等摩尔逆向扩散 T P pA1 pB1 1 JA T P pA2 2 pB2 JB 30 等摩尔逆向扩散：任一截面处两个组分的扩散速率 大小相等，方向相反。 D AB dp A RT dz D BA dp B RT dz JA J 总压一定 B p p A pB dp A dz = dp B dz 31 JA=－JB DAB=DBA=D 等分子反向扩散传质速率方程 传质速率定义：任一固定的空间位置上， 单位时间 内通过单位面积的物质量，记作N, kmol/(m2· s) 。 气相： NA = J A D dp A RT dz 32 NA 液相： NA= NA D RTz ( p A1 p A2 ) J A D AB D z dc A dz ( c A1 c A2 ) 讨论 1） N A p A 1 p A 2 33 2）组分的浓度与扩散距离z成直线关系。 p p pB2 pB1 pA1 pA2 0 扩散距离z z 3）等分子反方向扩散发生在蒸馏过程中。 三、 组分A通过静止组分B的扩散 34 （1）整体移动：因溶质Ａ扩散 JA 到界面溶解于溶剂中，造 成界面与主体的微小压差， NM 使得混合物向界面处的流 NMcB/c JB 动。 （2）整体移动的特点： NA NMcA/c 1 2 1）因分子本身扩散引起的宏观流动。 2）A、B在整体移动中方向相同，流动速度正比于摩尔 分率。 35 N MA N M N MB N M cA c cB c NA JA NM cA c cB NB JB NM 0 JB NM NA Dc c cB c dc A c c A dz ——微分式 36 在气相扩散 cA pA c RT NA NA NA p Bm p RT dpA Dp RT ( p p A ) d z Dp ln RTz p B2 p B1 Dp RTzp ——积分式 ( p A1 p A2 ) ——积分式 Bm p B2 p B1 ln p B2 p B1 37 NA 液相： c Sm Dc zc Sm ( c A1 c A2 ) ——积分式 c S2 c S1 ln c S2 c S1 （4）讨论 1）组分A的浓度与扩散距离z为指数关系 2） p p Bm 、c c ——漂流因子，无因次 Sm 38 漂流因子意义：其大小反映了整体移动对传质速率的影 响程度，其值为总体流动使传质速率较单纯分子扩 散增大的倍数。 p p Bm 1 c 1 c Sm 漂流因子的影响因素： 浓度高，漂流因数大，总体流动的影响大。 低浓度时，漂流因数近似等于1，总体流动的影响小。 3）单向扩散体现在吸收过程中。 39 四、分子扩散系数 扩散系数的意义：单位浓度梯度下的扩散通量，反映 某组分在一定介质中的扩散能力，是物质特性常 数之一；D，m2/s。 D的影响因素：A、B、T、P、浓度 D的来源：查手册；半经验公式；测定 40 （1）气相中的D 范围：10-5～10-4m2/s 经验公式 D f (T ， p ) D T 1 . 75 T D p D p （2）液相中的D 范围：10-10～10-9m2/s D f (T ， ) D T T D D 41 五、 单相内的对流传质 涡流扩散：流体作湍流运动时，若流体内部 存在浓度梯度，流体质点便会靠 质点的无规则运动，相互碰撞和 混合，组分从高浓度向低浓度方 向传递，这种现象称为涡流扩散。 J A ,e D e dc A dz 42 J A , e ——涡流扩散速率，kmol/(m2·s)； De ——涡流扩散系数，m2/s。 注意：涡流扩散系数与分子扩散系数不同，不是物性 常数，其值与流体流动状态及所处的位置有 关。 总扩散通量： J A (D D e ) dc A dz 43 （一）单相内对流传质的有效膜模型 单相内对流传质过程 热流体 冷流体 气相 液相 pAG E T TW pAi tW cAi t zT zt cAL zG zL 44 1）靠近相界面处层流内层：传质机理仅为分 子扩散，溶质A的浓度梯度较大，pA随z的 变化较陡。 2）湍流主体：涡流扩散远远大于分子扩散， 溶质浓度均一化，pA随z的变化近似为水 平线。 3）过渡区：分子扩散+涡流扩散，pA随z的 变化逐渐平缓。 45 有效膜模型 单相对流传质的传质阻力全部集中在一层虚 拟的膜层内，膜层内的传质形式仅为分子扩散 。 有效膜厚zG由层流内层浓度梯度线延长线与流 体主体浓度线相交于一点E，则厚度zG为E到相界 面的垂直距离。 （二）气相传质速率方程 46 NA Dp R T zG pBm (p A G p A i ) N A k G ( p AG p A i ) kG Dp R T zG pBm k G——以分压差表示推动力的气膜传质分系数， kmol/（m2·s·kPa）。 NA =传质系数×吸收的推动力 47 气相对流传质速率方程有以下几种形式： N A k G ( p AG p A i ) N A k y ( y yi ) k y ——以气相摩尔分率表示推动力的气膜传 质分系数，kmol/（m2·s）； 各气相传质分系数之间的关系： p AG py p A i py i 带入上式 N A k G ( p AG p A i ) 与 N A k y ( y y i ) 比较 k y pk G 48 （二）液相传质速率方程 ' NA Dc zL cBm ( c A i c AL ) N A k L ( c A i c AL ) ' kL Dc zL cBm 液相传质速率方程有以下几种形式： N A k L ( c A i c AL ) N A k x ( xi x) 49 kL——以液相组成摩尔浓度表示推动力的液膜 对流传质分系数，kmol/（m2·s·kmol/m3）； k x ——以液相组成摩尔分率表示推动力的液膜 对流传质分系数，kmol/（m2·s）； 各液相传质分系数之间的关系： k x ck L 注意： 对流传质系数=f (操作条件、流动状态、物性） 50 六、 两相间传质的双模理论 相际对流传质三大模型：双膜模型 溶质渗透模型 表面更新模型 （一）双膜理论 气相 液相 pAG E pAi cAi cAL zG zL 51 双膜模型的基本论点（假设） （1）气液两相存在一个稳定的相界面，界面两侧存 在稳定的气膜和液膜。膜内为层流，A以分子扩 散方式通过气膜和液膜。 （2）相界面处两相达平衡，无扩散阻力。 （3）有效膜以外主体中，充分湍动，溶质主要以 涡流扩散的形式传质。 双膜模型也称为双膜阻力模型 52 七、总传质速率方程 （一）气相传质速率方程 N * A K G ( pA pA ) * NA K y(y y ) * N A K Y (Y Y ) K G ——以气相分压差表示推动力的气相总传质 系数，kmol/（m2·s·kPa）； K y ——以气相摩尔分率差表示推动力的气相 总传质系数，kmol/（m2·s）； K Y ——以气相摩尔比差表示推动力的气相 总传质系数，kmol/（m2·s）； 53 （二）液相总传质速率方程 N N N K L * A K L (c A c A ) * A K x (x x) A K X (X * X) ——以液相浓度差表示推动力的液相总传 质系数，kmol/m2·s·kmol/m3）； K x ——以液相摩尔分率差表示推动力的液相 总传质系数，kmol/（m2·s）； K X ——以液相摩尔比差表示推动力的液相 总传质系数，kmol/（m2·s）； 54 （三）总传质系数与单相传质分系数之间的关系 系统服从亨利定律或平衡关系在计算范围为直线 根据双膜理论 1 1 KG 1 Hk 1 1 kG L H KL kL kG 1 1 m K K ky y 1 x 1 kx kx 1 mk K G HK mK y K L x y 55 1 1 KY 1 K X kY 1 kX m kX 1 mk mK Y KX Y （四）总传质系数之间的关系 pK G K y pK G K Y cK L K x cK L K X 56 （五）传质速率的控制 1 1.传质阻力 KG 1 Hk 1 L 1 kG H KL kL kG 1 m 1 K y 1 KY 1 Kx 1 KX kx ky m 1 kX 1 kx 1 kX 注 意 与传 推质 动系 力数 一、 一传 对质 应阻 。力 : 1 kY 1 mk y 1 mk Y 相间传质总阻力 = 液相(膜)阻力 +气相(膜)阻力 57 2.传质速率的控制步骤 （1）气膜控制 气膜控制：传质阻力主要集中在气相，此吸收过程 为气相阻力控制（气膜控制）。 气膜控制的特点： pA 1 . KG * kG H 较大易溶气体 pAi pA 1 * p A p A p A p Ai I cA cAi * cA N * A kG ( pA pA ) 58 提高传质速率的措施：提高气体流速； 加强气相湍流程度。 （2）液膜控制 液膜控制：传质阻力主要集中在液相，此吸收过程 为液相阻力控制（液膜控制） 液膜控制的特点： 1 KL pA p Ai 1 kL . * H较小难溶气体 pA * c A c A c Ai c A N * A k L (c A c A ) * c A c Ai cA 59 提高传质速率的措施：提高液体流速； 加强液相湍流程度。 同理： 气膜控制： 1 KY kY Y Y 1 液膜控制： K X * * X 1 Y Yi 1 kX X Xi X m小易溶气体 N * A k Y (Y Y ) m大难溶气体 N A kX (X * X) 60 第四节 吸收塔的计算 一、物料衡算与操作线方程 二、吸收剂的用量最小液气比 三、填料层高度的计算 四、吸收塔的操作计算 五、解吸塔的计算 61 传质设备： 62 吸收塔的计算内容： • 设计型：流向、流程、吸收剂用量、 吸收剂浓度、塔高、塔径 • 操作型：核算； 操作条件与吸收结果的关系。 计算依据：物料衡算 相平衡 吸收速率方程 63 一、物料衡算与操作线方程 物料衡算 定态，假设S不挥发，B不溶于S 全塔范围内，对A作物料衡算 ： G,Y2 L,X2 G,Y1 L,X1 GY1+LX2=GY2+LX1 G（Y1－Y2）=L（X1－X2） G (Y 1 Y 2 ) G Y1 Y1 Y 2 Y1 64 ——A被吸收的百分率，称为回收率或吸收率。 Y2=Y1（1－） X1=X2＋G（Y1－Y2）/L 操作线方程式及操作线 G，Y2 G，Y （1）逆流吸收 L，X GY+LX2=GY2+LX Y L G X (Y 2 L，X2 L G X2) G，Y1 L，X1 65 同理： Y L G X (Y 1 L G X1) 逆流吸收操作线具有如下特点： Y B Y1 L Y f (X ) * G Y2 A X2 X1 X 66 1）定态，L、G、Y1、X2恒定，操作线在X～Y 坐标上为一直线，斜率为L/G 。 L/G为吸收 操作的液气比； 2）操作线通过塔顶（稀端） A （X2，Y2）及塔底 （浓端） B （X1， Y1）; 3）操作线仅与液气比、浓端及稀端组成有关，与系 统的平衡关系、塔型及操作条件T、p无关。 67 4）吸收操作线在平衡线的上方，解吸操作线在平 衡线OE下方。 5）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； Y . Y * f (X ) K Y Y* B A X X* X 68 （2）并流吸收 GY+LX=GY2+ LX2 Y L G Y Y2 Y1 X (Y 2 L G X2) G,Y2 L,X2 V,Y L,X G,Y1 L,X1 A B X2 X1 X 69 逆流与并流的比较： 1）逆流推动力均匀，且 Y m 逆 流 Ym并流 2） Y1大，逆流时Y1与X1在塔底相迂有利于提高X1； X2小，逆流时Y2与X2在塔顶相迂有利于降低Y2。 逆流与并流操作线练习 70 Y3 X2 X1 Y1 A C Y1 C D Y2 Y3 B Y2 X3 X2 B A D Y2 X1 X2 X3 71 二、吸收剂的用量最小液气比 B Y1 E B1 P Y A Y2 O X2 X1 X X*1 72 （一）最小液气比 最小液气比定义：针对一定的分离任务，操作条件和 吸收物系一定，塔内某截面吸收推动力为零，达到分 离程度所需塔高无穷大时的液气比。 L G m in 最小液气比的计算 1.平衡曲线一般情况 73 Y1 Y 2 L * G X X2 m in 1 X*1——与Y1相平衡的液相组成。 平衡关系符合亨利定律时： Y1 Y 2 L Y1 G m in X2 m 2.平衡曲线为凸形曲线情况 74 Y1 Y 2 L X 1 ,m ax X 2 G m in 75 （二）操作液气比 L Y , Z , 设备费 V L Y , Z , 设 备 费 ， 并 不 总 有 效 V L , 再生费 L G (1 .1 2 .0 ) L V min 76 三、填料层高度的计算 传质单元数法 Y2 X2 Y X （一）填料层高度的基本计算式 单位时间，dZ内吸收A的量： d G A V d Y L d X N A dz a Z dZ N A K Y (Y Y *) ——塔截面积，㎡; Z Y+dY X+dX GA——A的流率，kmol/(s)； G——惰性气体流率，kmol/(s)； Y1 X1 L——吸收剂流率， kmol/(s)。 77 a——单位体积填料的有效传质面积，㎡/m3。 dZ Z G dY K Y a Y Y G K Y a N OG Y1 Y2 dY Y1 Y2 Y Y dY Y Y 填料层高度 * * * H OG V K Y a Z N OG H OG 78 同理： Z N OL H OL Z NG HG Z NL HL H OL HG HL L K X a V kY a L k X a N OL NG NL X1 X2 dX X * X Y1 dY Y2 Y Yi X1 dX X2 Xi X 79 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 KY a ——气相总体积传质系数，kmol/（m3·s） KXa ——液相总体积传质系数，kmol/（m3·s） 体积传质系数的物理意义： 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。 （二）传质单元数与传质单元高度 80 N OG 、 H OG —气相总传质单元高度、总传质单元数 H OL 、N OL —液相总传质单元高度、总传质单元数 N G 、 H G ——气相传质单元高度 、传质单元数 N L、 H L ——液相传质单元高度 、传质单元数 （1）传质单元数 •定义： N OG Y1 Y2 G Y1 dY 为例 以Z dY 气相总传质单元数 Y Y * K Y a Y2 Y Y * 81 N OG Y1 Y2 dY Y Y * Y1 Y 2 * (Y Y ) m 组成变化 平均推动力 •传质单元数的意义： 反映了取得一定吸收效果的难易程度。 N OG 1的 意 义 ： 气体流经一段填料，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。 82 （2）传质单元高度 •定义： H O G G K Y a 气相总传质单元高度，m。 •传质单元高度的意义: 完成一个传质单元分离效果所需的填料层高度， 反映了吸收设备效能的高低。 •传质单元高度影响因素： 填料性能、流动状况 •体积总传质系数与传质单元高度的关系: 83 KYa G 0.7 0.8 , G V K Y a 0.3 0.2 传质单元高度变化范围：0.10～1.0m。 •各种传质单元高度之间的关系 1 平衡线斜率为m KY G KYa 1 kY G m kX kY a H OG H G mG kXa mG L L L HL 84 同理 ： L H OL H L 比较上式： H O G mG L mG HG H OL （三）传质单元数的计算 1.对数平均推动力法 气液平衡线为直线 操作线也为直线 Y Y * mX b L G X (Y 1 L G X1) 85 N OG ΔYm Y1 Y 2 Ym Δ Y1 Δ Y 2 ln 同理： N OL ΔX m Δ Y1 ΔY2 * Δ Y1 Y1 Y1 * ΔY2 Y2 Y2 X1 X2 ΔX m ΔX 1 ΔX 2 ln ΔX 1 ΔX 2 * ΔX 1 X 1 X 1 * ΔX 2 X 2 X 2 86 注意： •平均推动力法适用于平衡线为直线，逆流、并流吸收 皆可。 •平衡线与操作线平行 时， Y Y * N OG •当 Δ Y1 ΔY2 2 * * Y1 Y1 Y 2 Y 2 Y1 Y 2 Y1 、Δ X 1 ΔX 2 * Y1 2 Y1 Y 2 * Y2 Y2 时，对数平均推动力可用算术 平均推动力 。 87 2.吸收因数法 平衡线为通过原点的直线 ，服从亨利定律 逆流为例：Y * X mX G L N OG (Y Y 2 ) X 2 Y1 Y2 dY Y Y * Y1 dY Y2 Y mX 88 N OG S Y 1 mX ln 1 S 1 S Y 2 mX 1 2 2 S mV L Y2 m X 2 S——解吸因数 （脱吸因数） Y1 m X 2 89 注意：图的适用范围为 Y2 m X 2 Y1 m X 2 <0.05及 S<1。 3.图解积分法 平衡线曲线时 图解积分法步骤如下： N OG Y1 Y2 dY Y Y * 90 • 操作线上任取一点（X, Y），其推动力为(Y - Y*)。 • 系列Y～ Y 1 Y * 作图得曲线。 • 积分计算Y2至Y1范围内的阴影面积。N OG Y1 Y2 dY Y Y * 91 四、 吸收塔操作计算 命题：塔高一定时，吸收操作条件与吸收效果间的 分析和计算; 吸收塔的核算。 定性分析 例 在一填料塔中用清水吸收氨－空气中的低浓氨 气，若清水量适量加大，其余操作条件不变，则Y2、 X1如何变化？（已知体积传质系数随气量变化关系 为 0.8 ） kY a G 92 定性分析步骤： 1）根据条件确定HOG、S； 2）利用 Z N OG H OG ，确定 的变化; 3）采用吸收因数法确定Y2的变化; 4）利用全塔物料衡算分析X1变化。 水吸收混合气中的氨为气膜控制过程 K Y a kY a G 0.8 因气体流量V不变 k Y a 、 K Y a 近似不变，H 不变 OG 93 Z N OG H OG S m ,L NOG不变 S L/G Y2 m X 2 Y1 m X 2 Y 1 mX 2 Y 2 mX 2 Y2 L ( X 1 X 2 ) G (Y1 Y 2 ) GY1 L ( X 1 X 2 ) G Y1 X1 94 Y1 Y2 Y 2’ X2 X1’ X1 问题：吸收温度降低， Y2、X1、吸收操作线如何变化？ X2降低， Y2、X1 、吸收操作线如何变化？ 吸收压力提高， Y2、X1 、吸收操作线如何变化？ （2）定量计算 95 例 在一填料塔内用纯溶剂吸收气体混合物中的某溶质 组分，进塔气体溶质浓度为0.01（摩尔比，下同），混 合气质量流量为1400kg/h，平均摩尔质量为29，操作液 气比为1.5，在操作条件下气液平衡关系为Y*=1.5X，当 两相逆流操作时，工艺要求气体吸收率为95％，现有一 填料层高度为7m、塔径为0.8m的填料塔，气相总体积 传质系数为0.088kmol/（m3·s），问： （1） 操作液气比是最小液气比的多少倍？ （2）出塔液体的浓度； （3） 该塔是否合适？ 96 解：（1） Y 2 Y 1 (1 ) 0 . 01 (1 0 . 95 ) 0 . 00 05 Y1 Y 2 Y1 Y 2 L m 1.5 0.95 1.43 * X1 X2 Y2 / m G m in L （2） X1 X2 G L 1.5 G 1.05 1.43 L G m in (Y 1 Y 2 ) X 2 G L Y 1 0.01 0.95 / 1.5 6.33 10 3 97 （3） * Y 1 1.5 X 1 1.5 0 . 0 0633 0 . 0 095 * Y2 0 Y 1 Y 1 Y 1 0 . 01 0 . 0 095 0 . 0 005 * Y 2 Y 2 Y 2 0 . 00 05 0 0 . 00 05 * Ym Y1 Y 2 ln Y1 Y2 0 . 0 005 0 . 00 05 ln 0 . 0 005 0 0 0 . 00 05 Y m Y 1 Y 2 0 . 0005 98 N OG y1 G Y1 Y 2 Ym Y1 1 Y1 1400 0 . 01 0 . 00 05 19 0 . 0 005 0 . 01 1 0 . 01 0 . 0 099 (1 0.0099 ) 47.8km ol/h 29 2 Ω 0 . 785 0 . 8 0 . 5 m H OG G K Y aΩ 47.8 / 3600 0.088 0.5 Z N OG H OG 2 0.30m 19×0.30=5.7m Z需要=5.7m<Z实际＝7m，故该塔合适 99 五、 解吸塔的计算 解吸过程：溶质从吸收液中分离出的操作， 称为解吸。 解吸目的：获得所需较纯的溶质；溶剂再生 循环使用。 （一）解吸条件及传质方向 条件： p A p A * 或 Y Y * 推动力：p A p A 或 Y * Y * 或 或 X X X X * * 传质方向：溶质由液相向气相传递。 100 （二）解吸方法 1．气提解吸： 2．减压解吸： 3．加热解吸： pA pA * 或 Y Y p p A p A * * * t p A p A p A * 解吸能耗大，整个吸收过程的能耗主要在解吸。 101 （三）解吸塔的计算（解吸塔塔高及载气量） 1.物料衡算与操作线方程 G,Y1 全塔物料衡算： G（ Y1 － Y2）=L（ X1 － X2 ） V,Y L,X, L L 操作线： Y X (Y 1 X1) G L，X1, G L—吸收液流量，kmol/m2·s; G,Y2 L,X2 G—载气流量，kmol/m2·s; 102 Y*=f(X) Y A* * 1 G L m in Y1 A L G Y2 B X2 X1 103 2.最小气液比和载气流量的确定 物系和操作条件一定，完成一定分离任务,推动力 G 为零,塔高无穷大时对应的气液比为最小气液比。以 L m in 表示。对应的气体用量为最小用量，记作Gmin。 X1 X2 G 平衡线非下凹: L Y * Y m in 1 2 G m in L X2 X1 Y 2 Y1 * G m in 实际载气流量G=（1.1～2.0） 104 3.传质单元数法计算解吸填料层高度 Z N OL H OL H OL L K X a N OL X1 dX X2 X X * • 平均推动力法 N OL X1 X2 ΔX m ΔX m ΔX 1 ΔX 2 ln ΔX 1 ΔX 2 * ΔX 1 X 1 X 1 * ΔX 2 X 2 X 2 105 • 吸收因数法 N OL * X1 X2 ln 1 A A * 1 A X2 X2 A 1 L mG ——吸收因数 106 第五节 填料塔 一、填料塔的结构和填料性能 二、气液两相在填料层内的流动 三、塔径的计算 四、填料塔的附件 107 一、 填料塔的结构及填料性能 （一） 填料塔结构 填料 液体分布器 液体再分布器 支承板 除沫器 （二） 填料性能 108 1.作用：提供传质面积； 促使分散、湍动、液膜更新。 2.填料特性 1）比表面积 a：单位堆积体积所具有的表面积， 1/m 2）空隙率ε： 单位体积填料所具有的空隙体积 ，m3/m3 3）干填料因子 ：a/ε3 湿填料因子φ——液体喷淋下测得的 a/ε3 。 109 （三） 常用填料 环形 （拉西环、鲍尔环、阶梯环） 形状 鞍形 （矩鞍形、弧鞍形） 波纹形（板波纹、网状波纹） 材料：陶瓷、金属、塑料 堆放：整砌、乱堆 110 拉西环 鲍尔环 阶梯环 环 111 鞍形环 板波纹 丝网波纹 槽式液体分布器 112 二、 气液两相在填料层内的流动 （一）气体通过填料的压降 L=0 干填料 L↑，空隙率ε↓，压降大。 L:载点 F:泛点 1）L点以下， u小， ΔP∝u1.8∼2.0。 113 2）L点以上，u大，拦液现象，拦 液现象时的气速为载点气速， 超过载点气速后，ΔP∝u>2.0 。 3）液泛区 u↑↑，塔内液泛，泛点气速。ΔP∼u 斜率急剧增加, 使填料塔不能正常操作。 （二）泛点气速的计算 114 Ф—湿填料因子，1/m； Ψ 水 L —液体密度校正系数， L G ' G L ' ； 1/ 2 2 u G 0.2 L g L ↓ 2 u G 0.2 L g L ↓ u ' L G ' G L 1/ 2 115 三、 塔径的计算 D 4V S u D——吸收塔塔径，m; VS ——实际体积流量，m3/s; u ——空塔气速， m3/s。 116 四、填料塔的附件 （一）支承板 （二）液体分布器 117 管式 莲蓬头式 管式 盘式 槽式 盘式 118 （三）液体再分布器 截锥式 斜板式 （四）除沫器 折板除沫器 丝网除沫器 119