浙江大学本科生课程化工原理 第八章 气体吸收 1/26
幻灯片 2目录
§ 8.4 二元低浓气体吸收 ( 或脱吸 ) 的计算
§ 8.4.1 物料衡算和操作线方程
§ 8.4.2 吸收剂用量的确定
§ 8.4.3 塔径的计算
§ 8.4.4 低浓气体吸收时填料层高度浙江大学本科生课程化工原理 第八章 气体吸收 2/26
G
a
y
a
L
a
x
a
D
H
G
b
y
b
L
b
x
b
逆流吸收塔的物料衡算
§ 8.4 二元低浓气体吸收 ( 或脱吸 ) 的计算计算项目主要有:
( 1) 吸收剂用量
( 2) 塔的主要工艺尺寸:
包括塔径 D,填料层高度 H或塔板数 N
G,L-----kmol/s or kmol/(m2s) ;
y(或 x) -----摩尔分率;
浙江大学本科生课程化工原理 第八章 气体吸收 3/26
G
a
y
a
L
a
x
a
G
b
y
b
L
b
x
b
逆流吸收塔的物料衡算对溶质 A,有液相的增加速率气相的减少速率?
abSabB XXLYYG
aab
B
S
b YXXG
LY
回收率? 为,
b
a
b
ab
Y
Y
Y
YY 1?
§ 8.4.1 物料衡算和操作线方程
GBYa LS Xa
GBYb LS Xb
GB-----kmolB/s or kmolB/(m2s) ;
LS -----kmolS/s or kmolS/(m2s) ;
Y(或 X) -----摩尔比;
aabbaabb xLxLyGyG
全塔物料衡算:
浙江大学本科生课程化工原理 第八章 气体吸收 4/26
G
a
y
a
L
a
x
a
G
B
Y
a
L
S
X
a
G y
L x
G
B
Y
L
S
X
G
b
y
b
L
b
x
b
G
B
Y
b
L
S
X
b
逆流吸收塔的物料衡算液相量的增加速率气相量的减少速率?
aSaB XXLYYG
aa
B
S YXX
G
LY
对塔上部任一段的 A组分作质量衡算:
-------操作线方程直线,斜率为
B
S
G
L
(称为 液气比 ),
并通过点 A ( X a,Y a ),B ( X b,Y b )
总是位于平衡线的上方;
Y
b
B
Y P
Y
a
A
O X
a
X X
b
逆流吸收塔操作线
aab
B
Sb YXXGLY§ 8.4.1 物料衡算和操作线方程操作线斜率越小,越靠近平衡线,传质推动力越小,
对传质不利。
操作点浙江大学本科生课程化工原理 第八章 气体吸收 5/26
G? G a? G b? G B,L? L a? L b? L S,
Y? y,X? x,于是,
G
a
y
a
L
a
x
a
G
B
Y
a
L
S
X
a
G y
L x
G
B
Y
L
S
X
G
b
y
b
L
b
x
b
G
B
Y
b
L
S
X
b
逆流吸收塔的物料衡算
aabb yxxGLy
aa yxxGLy
§ 8.4.1 物料衡算和操作线方程对于低浓气体 ( 通常 yb<10%),
aab
B
Sb YXXGLY
aa
B
S YXXGLY
浙江大学本科生课程化工原理 第八章 气体吸收 6/26
Y Y B B?
Y
b
B B? B Y
b
P Y
E
E
Y
a
A
Y
a
A
0 X
a
X
b
0 X
a
X
E
X
b
LS?
B
S
G
L?
min
BSGL 最小液气比
m i n
)0.2~2.1(


B
S
B
S
G
L
G
L
aabb yxxGLy aabBSb YXXGLY
G
a
y
a
L
a
x
a
G
B
Y
a
L
S
X
a
G y
L x
G
B
Y
L
S
X
G
b
y
b
L
b
x
b
G
B
Y
b
L
S
X
b
逆流吸收塔的物料衡算
§ 8.4.2 吸收剂用量的确定吸收塔设计中,吸收剂用量改变对吸收过程的影响,
浙江大学本科生课程化工原理 第八章 气体吸收 7/26
§ 8.4.2 吸收剂用量的确定思考:
若实际操作时,液气比小于或等于最小液气比,吸收塔是否能操作? 将会发生什么现象?
最小液气比只对设计型问题有意义。
G
a
y
a
L
a
x
a
G
B
Y
a
L
S
X
a
G y
L x
G
B
Y
L
S
X
G
b
y
b
L
b
x
b
G
B
Y
b
L
S
X
b
逆流吸收塔的物料衡算能,但达不到指定的吸收要求浙江大学本科生课程化工原理 第八章 气体吸收 8/26
Y Y B B?
Y
b
B B? B Y
b
Y
E
E
Y
a
A
Y
a
A
0 X
a
X
b
0 X
a
X
E
X
b
ab
ab
B
S
XX
YY
G
L



m i n Eb
Eb
B
S
XX
YY
G
L



m i n
§ 8.4.2 吸收剂用量的确定最小液气比的计算:
低浓时:
ab
ab
xx
yy
G
L


m i n Eb
Eb
yy
yy
G
L


m i n
浙江大学本科生课程化工原理 第八章 气体吸收 9/26
u
V
D S
4
§ 8.4.3 塔径的计算
u为空塔气速,m/s,
Vs为混合气体的体积流量,m3/s。
G
a
y
a
L
a
x
a
G
B
Y
a
L
S
X
a
G y
L x
G
B
Y
L
S
X
G
b
y
b
L
b
x
b
G
B
Y
b
L
S
X
b
逆流吸收塔的物料衡算浙江大学本科生课程化工原理 第八章 气体吸收 10/26
y
a
x
a
y x
h
G - dG
dh
H
G
y + d y x + d x
A
G
b
y
b
x
b
微元填料段的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引入填料体积质面积填料层所具有的有效传?a
G,L ------- k m o l / ( m 2?s)
AydGGdyyG )()(GyAd
§ 8.4.4 低浓气体吸收时填料层高度计算项目主要有:
( 1) 吸收剂用量
( 2) 塔的主要工艺尺寸:包括塔径,填料层高度或塔板数一,填料层高度的一般计算式
LxAd?
AN?
aAdh
浙江大学本科生课程化工原理 第八章 气体吸收 11/26
底顶底顶 aN
Lxd
aN
GyddhH
AA
H
0


底顶底顶 xxaK
Lxd
yyaK
GydH
xy
ak
m
akaK xyy
11
§ 8.4.4 低浓气体吸收时填料层高度
Ky,Kx可视为常数将总吸收速率方程 代入得:xxKyyKN
xyA
二,低浓气体吸收时
G,L为常数
a也可视为常数,a与填料形状,尺寸及填充状况有关

aN
Lxd
aN
Gyddh
AA

y a x a
y x
h
G - dG
d h
H
G
y + d y x + d x
A
G b y b x b
气相、液相 总体积传质系数浙江大学本科生课程化工原理 第八章 气体吸收 12/26
bayy
y yy
dy
aK
GH OGOG NH
baxx
x xx
dx
aK
LH OLOL NH
GG NH
b
a
y
y iy yy
dy
ak
GH
baxx
ix xx
dx
ak
LH
LL NH
bayyOG yy dyN
气相总传质单元数,无因次气相分传质单元高度,m
气相分传质单元数,无因次
aK
GH
y
OG?
气相总传质单元高度 HTU,m
( Height of Transfer Unit)
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二,低浓气体吸收时浙江大学本科生课程化工原理 第八章 气体吸收 13/26
什么是传质单元?
总平均传质推动力或液相该段气相组成的变化量或液相每一段气相
)(
)(
kmkk yyyy,1 一个 (气相总)传质单元
1,kkyykOG yy dyN
y
a
x
a
1 y
2 y
b
y
k
x
k -1
y
k + 1
( y - y * )
m,k
k H
OG
y
k
y
k +1
x
k
y
a
y
N
,x
N -1
N x
y
b
x
b
气相总传质单元o
相平衡关系 1,
1?

km
kk
yy
yy
bayyOG yy dyN
aK
GH
y
OG?
浙江大学本科生课程化工原理 第八章 气体吸收 14/26
OG
OG N
HH?
y
a
x
a
1
2
y
k
x
k - 1
k H
OG
y
k +1
x
k
y
N
,x
N - 1
N
y
b
x
b
传质单元高度 HTU的物理意义?
常用吸收设备的 HTU约为 0.15? 1.5m,
思考:
HTU越大越好,还是越小越好?
-----每个传质单元对应的填料层高度二,低浓气体吸收时浙江大学本科生课程化工原理 第八章 气体吸收 15/26
y
a
x
a
1 y
2 y
b
y
k
x
k -1
y
k + 1
( y - y * )
m,k
k H
OG
y
k
y
k +1
x
k
y
a
y
N
,x
N -1
N x
y
b
x
b
气相总传质单元一个 (气相总)传质单元
)(
111
个N?

bNkka yyyyyyyy yy dyyy dyyy dyyy dy 1211
bayyOG yy dyN
二,低浓气体吸收时浙江大学本科生课程化工原理 第八章 气体吸收 16/26
1
y - y *
0 y
a
y
b
y
传质单元数若吸收过程的传质推动力 ( y? y? )
越小或分离要求 ( y b? y a ) 越高,
则 N OG 越大 。
传质单元数的物理意义?
二,低浓气体吸收时
bayyOG yy dyN
OG
OG N
HH?
y b B
y a
A
x a x b
浙江大学本科生课程化工原理 第八章 气体吸收 17/26
aa yxxGLy
bmxy
yyy 与 y 关系也为直线函数关系
ab
ab
yy
yy
dy
yd

a
b
ab
ab
y
y
ab
ab
OG
y
y
yy
yy
yd
yy
yy
y
N
b
a



ln
1
a
b
ab
m
y
y
yyy

lnm
ab
OG y
yyN
对数平均推动力法
y b B
y a
A
x a x b
yb=yb?yb?
ya=ya?ya?
(1)平衡线为直线时
OGOG NHH
aK
GH
y
OG?
bayyOG yy dyN
二,低浓气体吸收时浙江大学本科生课程化工原理 第八章 气体吸收 18/26
m
ab
OL x
xxN

im
ab
G y
yyN

im
ab
L x
xxN

a
b
ab
m
x
x
xx
x


ln
bbb xxx
aaa xxx
同理,得:
式中:
二,低浓气体吸收时浙江大学本科生课程化工原理 第八章 气体吸收 19/26
aa xyyLGx aa yxxGLy
bmxyyLGmbmxy aa aa yyyS
L
mGS 脱吸因数,无因次
mG
LA 吸收因数,无因次吸收因数法
(1)平衡线为直线时
bayyOG yy dyN二,低浓气体吸收时代入 中积分得:
bayyOG yy dyN
浙江大学本科生课程化工原理 第八章 气体吸收 20/26




S
yy
yyS
SN aa
ab
OG 1ln1
1
OGOL SNN?







aaa
aab
y
y
aa
y
y
OG
ySyyS
ySyyS
S
ySyyS
dy
yy
dy
N
b
a
b
a
1
1
ln
1
1
1
二,低浓气体吸收时浙江大学本科生课程化工原理 第八章 气体吸收 21/26
横坐标
aa
ab
yy
yy
值的大小反映溶质吸收率的高低;
由图 8 - 13 可见,在相同 S 下,横坐标越大,N OG 越大;
而在相同的
aa
ab
yy
yy
下,S 越大,N OG 越大。
回收率? 为,(低浓)
b
a
b
a
b
ab
y
y
Y
Y
Y
YY 11?
1
aa
ab
OG yy
yyN





Syy yySSN
aa
ab
OG 1ln1
1
思考:当 S=1时,NOG=?
二,低浓气体吸收时浙江大学本科生课程化工原理 第八章 气体吸收 22/26
对数平均推动力法与吸收因数法的对比:
相同点,都适用于 低浓,平衡线为直线 的情况不同点,前者涉及四个浓度,后者涉及三个浓度,
故后者特别适用于操作型问题的求解 。
m
ab
OG y
yyN




Syy yySSN
aa
ab
OG 1ln1
1
二,低浓气体吸收时浙江大学本科生课程化工原理 第八章 气体吸收 23/26
y
1
y - y *
y
b
B E A?
y - y * B?
y
a
A
O x
a
x
b
x O y
a
y
b
y
图解法求 N
OG
图解 (或数值)积分法、近似梯级法
(2)平衡线不为直线时
b
a
y
yOG yy
dyN
二,低浓气体吸收时浙江大学本科生课程化工原理 第八章 气体吸收 24/26
近似梯级法 亦称为贝克 ( Baker) 法求 NOG( 补充内容 )
作图步骤如下,
① 在操作线 AB和平衡线 OE之间作曲线 MM?,使该线恰好等分 AB与 OE两线之间的垂直距离 。
② 自 A点起作一水平线,交 MM?于 M1,
并延长至 D,使 AM1=M1D。
③ 过点 D作垂线交 AB于点 F。 至此完成一个梯级法 ADF。
M
M?
M1
④ 如此类推,可继续作出第二个梯级,直至越过点 B的横坐标 x
b为止 。 D
F
二,低浓气体吸收时
y
B E
y
b
y
a
A
O x
a
x
b
x
E
梯级总数 = NOG 如图所示,梯级数为 2.8个 。
浙江大学本科生课程化工原理 第八章 气体吸收 25/26
CCCM 12
y
B E
y
b
y
a
A
O x
a
x
b
x
M
M?
M1 D
F
梯级内的气相浓度变化
FD
FFAA 21
梯级内的平均推动力
CC?
C
C?
F?
A?
二,低浓气体吸收时思考,为什么梯级数就是气相总传质单元数?
总平均传质推动力或液相该段气相组成的变化量或液相每一段气相
)(
)(
浙江大学本科生课程化工原理 第八章 气体吸收 26/26
1
y - y *
0 y
a
y
b
y
传质单元数思考,操作线距平衡线越近,则 NOG如何变化?
y
B E
y
b
y
a
A
O x
a
x
b
x
M
M?
M1D
F
C
C?
F?
二,低浓气体吸收时
bayyOG yy dyN