化工基础-第五章-传质过程及塔设备(吸收)课件

.第五章 传质过程及.1 物物质以以扩散方式从一散方式从一处转移到另一移到另一处的的过程，称程，称为质量量传递过程程，简称称传质。在一相中。在一相中发生的物生的物质传递是是单相相传质，通，通过相界面的物相界面的物质传递为相相间传质。传质过程广泛运用于混合物的分离操作；它常程广泛运用于混合物的分离操作；它常与化学反与化学反应共存，影响着化学反共存，影响着化学反应过程，甚至成程，甚至成为化学反化学反应的控制因素。掌握的控制因素。掌握传质过程的程的规律，了解律，了解传质分离的工分离的工业实施方法，具有十分重要的意施方法，具有十分重要的意义。.物质以扩散方式从一处转移到另一处的过程，称为质量传递25.1 5.1 传质过程及塔程及塔设备简介介 1.1.传质过程的程的类型型 气体吸收气体吸收利用气体中各利用气体中各组分在液体溶分在液体溶剂中的溶解度中的溶解度不同，使易溶于溶不同，使易溶于溶剂的物的物质由气相由气相传递到液相。到液相。两相两相间的的传质过程，分程，分为流体相流体相间和和流固相流固相间的的传质两两类。（1 1）流体相）流体相间的的传质过程程气相一液相气相一液相 包括气体的吸收、液体的蒸包括气体的吸收、液体的蒸馏、气、气体的增湿等体的增湿等单元操作。元操作。液体蒸液体蒸馏是依据液体中各是依据液体中各组分的分的挥发性不同，使其中性不同，使其中沸点低的沸点低的组分气化，达到分离的目的。分气化，达到分离的目的。增湿增湿是将干燥的空气与液相接触，水分蒸是将干燥的空气与液相接触，水分蒸发进入气相。入气相。.5.1 传质过程及塔设备简介 1.传质过程的类型 气体吸收利3气相一固相气相一固相 含有水分或其它溶含有水分或其它溶剂的固体，与比的固体，与比较干燥的干燥的热气体相接触，被加气体相接触，被加热的湿分气化而离开固体的湿分气化而离开固体进入气入气相，从而将湿分除去，相，从而将湿分除去，这就是就是固体的干燥固体的干燥。液相一液相液相一液相 在均相液体混合物中加入具有在均相液体混合物中加入具有选择性性的溶的溶剂，系，系统形成两个液相。形成两个液相。（2 2）流一固相）流一固相间的的传质过程程 气体吸附的相气体吸附的相间传递方向恰与固体干燥相反，它方向恰与固体干燥相反，它是气相某个或某些是气相某个或某些组分从气相向固相的分从气相向固相的传递过程。程。.气相一固相 液相一液相 在均相液体混合物中加入具有选择性4 含某物含某物质的的过饱和溶液与同一物和溶液与同一物质的固相相接的固相相接触触时，其分子以，其分子以扩散方式通散方式通过溶液到达固相表面，溶液到达固相表面，并析出使固体并析出使固体长大，大，这是是结晶晶。液相一固相液相一固相固体浸取固体浸取是是应用液体溶用液体溶剂将固体原料中的可溶将固体原料中的可溶组分提取出来的操作。分提取出来的操作。液体吸附液体吸附是固液两相相接触，使液相中某个或某是固液两相相接触，使液相中某个或某些些组分分扩散到固相表面并被吸附的操作。散到固相表面并被吸附的操作。离子交离子交换是溶液中阳离子或阴离子与称是溶液中阳离子或阴离子与称为离子交离子交换剂的固相上相同离子的交的固相上相同离子的交换过程。程。.含某物质的过饱和溶液与同一物质的固相相接触时，其分子52 2传质过程的共性程的共性 单相物系内的物相物系内的物质传递是依靠物是依靠物质的的扩散作用来散作用来实现的，常的，常见的的扩散方式有散方式有分子分子扩散散和和涡流流扩散散两种。两种。前者物前者物质靠分子运靠分子运动从高从高浓度度处转移到低移到低浓度度处，物物质在静止或滞流流体中的在静止或滞流流体中的扩散；后者是因流体的散；后者是因流体的湍湍动和旋和旋涡产生生质点位移，使物点位移，使物质由高由高浓度度处转移移到低到低浓度度处的的过程。程。（1 1）传质的方式与的方式与历程程某某组分在两相分在两相间传质，步，步骤是：是：从一相主体从一相主体扩散到散到两相界面的两相界面的该相一相一侧，然后通，然后通过相界面相界面进入另一相，入另一相，最后从此相的界面向主体最后从此相的界面向主体扩散。散。涡流流扩散、分子散、分子扩散，两者散，两者统称称对流流扩散。散。.2传质过程的共性 单相物系内的物质传递是依靠物质的扩散作用6条件的改条件的改变可破坏原有的平衡。其平衡体系的独可破坏原有的平衡。其平衡体系的独立立变量数由相律决定：量数由相律决定：f=k +2f f为独立独立变量数量数,k,k为组分数分数,为相数，相数，“2”2”是指是指外界的温度和外界的温度和压力两个条件力两个条件。（2 2）传质过程的方向与极限程的方向与极限相相间传质和相和相际平衡的共有平衡的共有规律律稀溶液，气液两相的平衡关系遵循亨利稀溶液，气液两相的平衡关系遵循亨利(HenryHenry)定律；定律；理想溶液的气液相理想溶液的气液相间符合拉符合拉乌尔(RaoultRaoult)定律定律。一定条件下，一定条件下，处于非平衡于非平衡态的两相体系内的两相体系内组分会分会自自发地地进行行传质，使体系，使体系组成成趋于平衡于平衡态的的传递。在一定条件下在一定条件下(如温度、如温度、压力力)，两相体系必然有，两相体系必然有一个平衡关系一个平衡关系。.条件的改变可破坏原有的平衡。其平衡体系的独立变量数由相律决7 若物若物质在一相中在一相中(A A相相)实际浓度大于其在另一相度大于其在另一相(B(B相相)实际浓度所要求的平衡度所要求的平衡浓度，度，则物物质将由将由A A相向相向B B相相传递；P PA A P PA A*相相间传质过程的方向和极限的判断：程的方向和极限的判断：若物若物质在在A A相相实际浓度等于度等于B B相相实际浓度所要求的度所要求的平衡平衡浓度，度，则无无传质过程程发生体系生体系处于平衡状于平衡状态。P PA A P PA A*物物质在在A A相相实际浓度小于其在度小于其在B B相相实际浓度所要求度所要求的平衡的平衡浓度，度，则传质过程向相反方向程向相反方向进行，即从行，即从B B相向相向A A相相传递；P PA A P PA A*.若物质在一相中(A相)实际浓度大于其在另一相(B相)实8相平衡关系指明相平衡关系指明传质过程的方向，平衡是程的方向，平衡是传质过程的程的极限，而极限，而组分分浓度偏离平衡状度偏离平衡状态的程度便是的程度便是传质过程程的推的推动力。力。传质速率与速率与传质推推动力的大小有关，可以写力的大小有关，可以写为：即即 传质速率速率=传质系数系数传质推推动力力（3 3）传质过程推程推动力与速率力与速率物物质传递的快慢以的快慢以传质速率表示，定速率表示，定义为：单位位时间内，内，单位相接触面上被位相接触面上被传递组分的物分的物质的量的量相相间传质的每一步有各自的速率方程，称的每一步有各自的速率方程，称为分速率分速率方程方程；整个；整个过程速率方程程速率方程为总速率方程速率方程，相，相应的有的有传质分系数和分系数和总系数系数之分。之分。.相平衡关系指明传质过程的方向，平衡是传质过程的极限，而组分浓93.3.塔塔设备简介介 传质过程有共同的程有共同的规律，也有通用的律，也有通用的传质设备。气体吸收和液体精气体吸收和液体精馏两种气液两种气液传质过程通常在塔程通常在塔设备内内进行。提供气、液两相充分接触的机会。行。提供气、液两相充分接触的机会。根据塔内气液接触部件的根据塔内气液接触部件的结构型式，分构型式，分为填料塔与板填料塔与板式塔两大式塔两大类。（1 1）填料塔）填料塔 填料塔填料塔 结构如构如图所示所示,圆筒形筒形,内装填料内装填料 液体由上往下流液体由上往下流动时，由于塔壁，由于塔壁处阻力阻力较小而向小而向塔壁偏流，使填料不能全部塔壁偏流，使填料不能全部润湿，湿，导致气液接触不致气液接触不良，影响良，影响传质效果，称之效果，称之为塔壁效塔壁效应。.3.塔设备简介 传质过程有共同的规律，也有通用的传质10.113.1 填料塔的填料塔的结构构.3.1 填料塔的结构.12a a、填料、填料 长期的研究，开期的研究，开发出出许多性能多性能优良的填料，如良的填料，如图是是几种填料的形状。几种填料的形状。.a、填料.13 填料分填料分类散堆填料散堆填料环形形鞍形鞍形球形拉西环鲍尔环阶梯环弧鞍（贝鞍）矩鞍（英特洛克斯）金属环矩鞍规整填料整填料波波纹型型隔栅型丝网波纹孔板波纹格利希隔栅.填料分类散堆填料环形鞍形球形拉西环鲍尔环阶梯环弧鞍（贝鞍）14 勒辛环鲍尔环拉西环.勒辛环鲍尔环拉西环.15阶梯环金属环矩鞍 弧鞍环.阶梯环金属环矩鞍 弧鞍环.16 规整填料混堆填料.规整填料混堆填料.17 拉西拉西环优点是点是结构构简单、制造方便、造价低廉、制造方便、造价低廉，缺点是缺点是气液接触面小，沟流及塔壁效气液接触面小，沟流及塔壁效应较严重，气体重，气体阻力大，操作阻力大，操作弹性范性范围窄窄等。等。鞍形鞍形(弧鞍和矩鞍弧鞍和矩鞍)填料填料像像马鞍形的填料，鞍形的填料，不易形不易形成大量的局部不均匀区域，空隙率大，气流阻力小成大量的局部不均匀区域，空隙率大，气流阻力小。鞍鞍环填料填料综合了鞍形填料液体分布性好和合了鞍形填料液体分布性好和环形填形填料通量大的料通量大的优点，是目前性能最点，是目前性能最优良的散装填料。良的散装填料。波波纹填料填料由由许多多层高度相同但高度相同但长短不等的波短不等的波纹薄薄板板组成，整砌成，整砌结构，流体阻力小，通量大、分离效构，流体阻力小，通量大、分离效率高，不适合有沉淀物、易率高，不适合有沉淀物、易结焦和粘度大的物料，焦和粘度大的物料，装卸、清洗装卸、清洗较困困难，造价也高。，造价也高。金属金属丝网网价格昂价格昂贵用于要求高用于要求高,产量不大操作。量不大操作。.拉西环优点是结构简单、制造方便、造价低廉，缺点是气液18 b、液体分布器、液体分布器作用：使液体能作用：使液体能够均匀地分布在填料均匀地分布在填料层上。上。类型：多孔型、溢流型。型：多孔型、溢流型。（d）排管式(a)莲蓬头式(b)多孔环管式(c)溢流管式.b、液体分布器作用：使液体能够均匀地分布在填料层上。类型：19.20C、液体收集及再分布装置、液体收集及再分布装置作用：将上段填料作用：将上段填料层流下的液体收集充分混合后，重新分布流下的液体收集充分混合后，重新分布在下段填料在下段填料层上。上。形式：形式：(a)截锥型(b)“罗赛脱”型.C、液体收集及再分布装置作用：将上段填料层流下的液体收集充分21液体收集器液体收集器液体再分布器液体再分布器.液体收集器液体再分布器.22d、气体分布器、气体分布器作用：使气体能作用：使气体能够均匀分布。均匀分布。形式：形式：塔气体分布器塔气体分布器小塔气体分布器小塔气体分布器大塔气体分布器大塔气体分布器.d、气体分布器作用：使气体能够均匀分布。形式：塔气体分布器小23e、除沫装置、除沫装置作用：回收气体作用：回收气体夹带的液沫和的液沫和雾滴。滴。形式：形式：折流板式除沫器折流板式除沫器 旋旋转板式除沫器板式除沫器.e、除沫装置作用：回收气体夹带的液沫和雾滴。形式：折流板式除24f、填料支承板、填料支承板作用：支撑填料及其所持液体。作用：支撑填料及其所持液体。形式：形式：(a)栅板(b)升气管式.f、填料支承板作用：支撑填料及其所持液体。形式：(a)栅板25填料支撑板：填料支撑板：.填料支撑板：.26它是气、液两相在多孔床它是气、液两相在多孔床层中逆中逆向流向流动的复的复杂过程。受填料程。受填料层压降降,液泛气速液泛气速,持液量持液量,气液分布等影响气液分布等影响.空塔气速空塔气速是指按空塔是指按空塔计算得到的气算得到的气体体线速度。速度。下下图为不同不同喷淋密度下，淋密度下，单位高度填料位高度填料层的的压降降pp/H H与空与空塔气速塔气速u u的关系的关系图。填料塔内的流体力学状况填料塔内的流体力学状况 L=0L=0，即气体通，即气体通过干填料干填料层时ppH Hu u呈直呈直线关系，关系，直直线的斜率的斜率为1.8-2.01.8-2.0，表明，表明ppH H与与u u的的1.81.82 2倍呈倍呈正比，气流状正比，气流状态为湍流湍流。.它是气、液两相在多孔床层中逆向流动的复杂过程。受填料层压降,27 气速增大至某气速增大至某值时，液体流液体流动受到两相流体受到两相流体间摩擦力的摩擦力的阻碍阻碍，填料填料层的持液量随气速的增加而增加的持液量随气速的增加而增加，此此现象称象称拦液液现象象。将开始将开始拦液的液的转折点称折点称载点点，载点点对应的空塔气的空塔气速称速称载点气速点气速。超超过载点气速后点气速后，pp/H Hu u关系关系线斜率加大斜率加大，填料填料层内的液流分布和表面内的液流分布和表面润湿程度均大有改湿程度均大有改变，两相湍两相湍动程度程度加加剧，塔内持液量不断增多塔内持液量不断增多，液体充液体充满整个塔空整个塔空间，导致致压降急降急剧升高。液体由分散相升高。液体由分散相变为连续相相，气体由气体由连续相相变为分散相分散相，以鼓泡状通以鼓泡状通过液液层,把液体把液体带出塔出塔顶，塔操作不塔操作不稳定定，此此现象称象称液泛液泛。开始开始发生液泛的生液泛的转折点折点为泛点泛点，相相应的空塔气速称的空塔气速称泛点气速泛点气速。影响泛点气速的因素有填料特性影响泛点气速的因素有填料特性、流体物性流体物性、气液的流气液的流量等量等。实际操作气速常取泛点气速的操作气速常取泛点气速的 50508585。.气速增大至某值时，液体流动受到两相流体间摩擦力的阻碍，28(2)板板 式式 塔塔板式塔板式塔结构及性能构及性能（1）板式塔板式塔结构构 板式塔的壳体板式塔的壳体为圆筒形，里面装有若干筒形，里面装有若干块水平的塔板水平的塔板功能功能：为混合物的气、液两相提供多混合物的气、液两相提供多级的充分、有效的接触与及的充分、有效的接触与及时、完全分离的条件。、完全分离的条件。进料回流液塔顶气相塔底液相.(2)板 式 塔板式塔结构及性能进料回流液塔顶气相塔底液29汽、液两相接触方式汽、液两相接触方式 两相流两相流动的推的推动力力 全塔：逆流接触塔板上：错流接触液体：重力气体：压力差.汽、液两相接触方式 两相流动的推动力 全塔：逆流接触30塔板上的气液两相流塔板上的气液两相流动有有错、逆流之分，如、逆流之分，如图所示。所示。.塔板上的气液两相流动有错、逆流之分，如图所示。.31.32塔板塔板结构构气体通道气体通道 形式很多，如形式很多，如筛板、浮板、浮阀、泡罩等，、泡罩等，对塔板性能影响很大。塔板性能影响很大。降液管（液体通道）降液管（液体通道）液体流通通道，多液体流通通道，多为弓形。弓形。受液受液盘 塔板上接受液体的部分。塔板上接受液体的部分。溢流堰溢流堰 使塔板上使塔板上维持一定高度的液持一定高度的液层，保，保证两相充分接触。两相充分接触。浮浮阀塔内部塔内部结构构.塔板结构气体通道 降液管（液体通道）受液盘 溢流33塔板上塔板上理想流理想流动情况情况：液体横向均匀流液体横向均匀流过塔板，气体从气体通道上升，均匀穿塔板，气体从气体通道上升，均匀穿过液液层。气液两相接触。气液两相接触传质，达相平衡，分离后，达相平衡，分离后，继续流流动。传质的非理想流的非理想流动情况情况：反向流反向流动 液沫液沫夹带、气泡、气泡夹带，即，即：返混返混现象象 后果后果：使已分离的两相又混合使已分离的两相又混合，板效率降低，能耗增加板效率降低，能耗增加。不均匀流不均匀流动 液面落差（水力坡度）：引起塔板上气速不均；液面落差（水力坡度）：引起塔板上气速不均；塔壁作用（阻力）：引起塔板上液速不均，中塔壁作用（阻力）：引起塔板上液速不均，中间 近壁；近壁；后果：使塔板上气液接触不充分，板效率降低。后果：使塔板上气液接触不充分，板效率降低。.塔板上理想流动情况：传质的非理想流动情况：后果：使已分离的两34塔板的塔板的结构型式有构型式有a a泡罩塔板泡罩塔板 构造如构造如图示。泡罩塔板有示。泡罩塔板有较好的操作好的操作弹性，性，结构复构复杂、造价高，尤其是气体流径曲折，塔板、造价高，尤其是气体流径曲折，塔板压降大、液泛气速低、生降大、液泛气速低、生产能力小。能力小。组成：升气管和泡罩成：升气管和泡罩.塔板的结构型式有a泡罩塔板 构造如图示。泡罩塔板有较好的35圆形泡罩形泡罩条形泡罩条形泡罩泡罩塔泡罩塔优点点：塔板操作塔板操作弹性大，塔效率也比性大，塔效率也比较高，不易堵。高，不易堵。缺点：缺点：结构复构复杂，制造成本高，塔板阻力大但生，制造成本高，塔板阻力大但生产能力不大。能力不大。.圆形泡罩条形泡罩泡罩塔优点：塔板操作弹性大，塔效率也比较高，36b b浮浮阀塔板塔板 浮浮阀塔板是泡罩塔的改塔板是泡罩塔的改进型，如型，如图。浮浮阀塔生塔生产能力与操作能力与操作弹性大、板效率高、塔板阻力性大、板效率高、塔板阻力小、小、结构构简单、造价低等、造价低等优点，但浮点，但浮阀对材料的抗腐材料的抗腐蚀性要性要较高，采用不高，采用不锈钢制造。制造。.b浮阀塔板 浮阀塔板是泡罩塔的改进型，如图。浮阀塔生产37圆形浮形浮阀条形浮条形浮阀浮浮阀塔塔盘方形浮方形浮阀.圆形浮阀条形浮阀浮阀塔盘方形浮阀.38优点：浮点：浮阀根据气体流量，自根据气体流量，自动调节开度，提高了塔板的操作开度，提高了塔板的操作弹性、降低塔板的性、降低塔板的压降，同降，同时具有具有较高塔板效率，在生高塔板效率，在生产中得到广中得到广泛的泛的应用。用。缺点：浮缺点：浮阀易脱落或易脱落或损坏。坏。方形浮方形浮阀F1型浮型浮阀.优点：浮阀根据气体流量，自动调节开度，提高了塔板的操作弹性、39c.舌形塔板舌形塔板 气流方向气流方向：垂直垂直 小角度小角度倾斜，斜，改善液沫改善液沫夹带、液面落差、液面落差 。气液接触状气液接触状态：喷射状射状态连续相相：气相气相；分散相分散相：液相液相 促促进两相两相传质。形式：舌形塔板、浮舌塔板、斜孔塔板、垂直形式：舌形塔板、浮舌塔板、斜孔塔板、垂直筛板等。板等。缺点缺点：气泡气泡夹带现象比象比较严重。重。20=R2550三面切口舌片;拱形舌片;5050mm定向舌片的尺寸和倾角舌形塔板：舌形塔板：.c.舌形塔板 气液接触状态：喷射状态形式：舌形塔板、浮舌塔40d d筛孔塔板孔塔板 结构构简单、造、造价低廉、气体价低廉、气体压降小、生降小、生产能力能力较大；缺大；缺点是操作点是操作弹性性范范围较窄，小窄，小孔孔筛板易堵塞。板易堵塞。舌形塔板舌形塔板e e导向向筛板板 如如图.d筛孔塔板 结构简单、造价低廉、气体压降小、生产能力较大；41（导向向筛板）板）应用用：用于减用于减压塔的低阻力、高效率塔板。塔的低阻力、高效率塔板。斜台斜台：抵消液面落差的影响。抵消液面落差的影响。导向孔向孔：使气、液流向一致，减小液面落差。使气、液流向一致，减小液面落差。液流(a)斜台装置液流液流(b)导向孔 林德林德筛板板.（导向筛板）液流(a)斜台装置液流液流(b)导向孔 林德筛42 a.a.气液接触状气液接触状态 孔速孔速较低低时,气体以鼓泡形式通气体以鼓泡形式通过液液层，板上气液两相呈鼓泡接触，板上气液两相呈鼓泡接触，图(a)(a).随孔速的增大气泡的随孔速的增大气泡的数量而增加数量而增加,气泡表面气泡表面连成一片成一片发生合并与破裂生合并与破裂,板上液体板上液体以泡沫形式存在于气泡之中以泡沫形式存在于气泡之中,但液体但液体为连续相相,气体气体为分散分散相相,图5(b)5(b).孔速孔速继续增大增大,气体从孔口气体从孔口喷出出,液体由液体由连续相相变为分散相分散相,气体气体则由分散相由分散相变为连续相相,图.板式塔上流体力学状况板式塔上流体力学状况塔板形式多塔板形式多样，下面介，下面介绍塔板上气液接触状塔板上气液接触状态、漏液、漏液、雾沫沫夹带、液泛等流体力学、液泛等流体力学规律。律。.a.气液接触状态 孔速较低时,气体以鼓泡形式通过液层，板上43 塔板上气、液两相接触状塔板上气、液两相接触状态从从严重漏液到液泛整个范重漏液到液泛整个范围内存在有四种接触状内存在有四种接触状态，即：，即：鼓泡状鼓泡状态、泡沫状、泡沫状态、喷射状射状态及乳化状及乳化状态。.塔板上气、液两相接触状态从严重漏液到液泛整个范围内存在有四44泡沫状泡沫状态由于孔口由于孔口处鼓泡鼓泡剧烈，各烈，各种尺寸的气泡种尺寸的气泡连串迅速上升，串迅速上升，将液相拉成液膜展开在气相内将液相拉成液膜展开在气相内，因泡沫，因泡沫剧烈运烈运动，使泡沫不，使泡沫不断破裂和生成，以及断破裂和生成，以及产生液滴生液滴群，泡沫群，泡沫为传质创造了良好条造了良好条件。是工件。是工业上重要的接触状上重要的接触状态之一。之一。.泡沫状态由于孔口处鼓泡剧烈，各种尺寸的气泡连串迅速45 喷射状射状态从从筛孔或孔或阀孔中吹出的高孔中吹出的高速气流将液相分散高度湍速气流将液相分散高度湍动的液滴群，液相由的液滴群，液相由连续相相转变为分散相，两相分散相，两相间传质面面为液滴群表面。由于液体横液滴群表面。由于液体横向流向流经塔板塔板时将多次分散和将多次分散和凝聚，表面不断更新，凝聚，表面不断更新，为传质创造了良好的条件，是工造了良好的条件，是工业塔板上另一重要的气、液塔板上另一重要的气、液接触状接触状态。.喷射状态从筛孔或阀孔中吹出的高速气流将液相分散高度湍46 b b漏液漏液 气体通气体通过筛孔的速度孔的速度较小小时，气体通，气体通过筛孔的孔的动压不足以阻止板上液体的流下，液体会直接从孔口落下，不足以阻止板上液体的流下，液体会直接从孔口落下，这种种现象称象称为漏液漏液。正常操作。正常操作时，一般控制漏液量不大于液体流量的，一般控制漏液量不大于液体流量的1010。相。相应的孔流气速的孔流气速为漏液点气速漏液点气速 。.b漏液 气体通过筛孔的速度较小时，气体通过筛孔的动压47 c液泛液泛 如果由于某种原因，使得气、液两相流如果由于某种原因，使得气、液两相流动不不畅，使板上液，使板上液层迅速迅速积累，以致充累，以致充满整个空整个空间，破坏塔的正常操作，称此，破坏塔的正常操作，称此现象象为液泛液泛。液液 泛泛现象象.c液泛 液 泛现象.48 过量量雾沫沫夹带液泛液泛原因：原因：气相在液气相在液层中鼓泡，气泡破裂，将中鼓泡，气泡破裂，将雾沫沫弹溅至上一至上一层塔板；塔板；气相运气相运动是是喷射状，将液体分散并可携射状，将液体分散并可携带一部分液沫流一部分液沫流动。说明：开始发生液泛时的气速称之为液泛气速。.过量雾沫夹带液泛原因：.49 降液管液泛降液管液泛当塔内气、液两相流量当塔内气、液两相流量较大，大，导致降液管内阻力及塔板阻力增大致降液管内阻力及塔板阻力增大时，均会引起降液管液，均会引起降液管液层升高，当降液管内液升高，当降液管内液层高度高度难以以维持塔持塔板上液相板上液相畅通通时，降液管内液，降液管内液层迅速上升，以致达到上一迅速上升，以致达到上一层塔板，塔板，逐逐渐充充满塔板空塔板空间，即，即发生液泛。并称之生液泛。并称之为降液管内液泛降液管内液泛。说明：明：两种液泛互相影响和关联，其最终现象相同。.降液管液泛当塔内气、液两相流量较大，导致降液管内阻力及50对塔塔设备的要求：的要求：气液气液负荷大，即荷大，即单位塔截面位塔截面处理理物料量大，生物料量大，生产能力大；能力大；传质效率高，达到效率高，达到规定分定分离要求的塔高离要求的塔高较低；低；操作操作稳定，物料量在相当范定，物料量在相当范围内内变化化时不致引起不致引起传质效率效率显著著变动；气体通气体通过塔塔时阻力小，以适阻力小，以适应减减压操作或操作或节省省动力；力；结构构简单，易加工制造，易加工制造，维修方便，耐腐修方便，耐腐蚀，不堵塞。，不堵塞。（3 3）填料塔与板式塔的比）填料塔与板式塔的比较 填料塔填料塔结构构简单,直径小直径小,气体通气体通过阻力小阻力小,处理有腐理有腐蚀性的物料好性的物料好,在在压降小的真空蒸降小的真空蒸馏系系统和液和液气比大的方面操作有气比大的方面操作有优势；板式塔生；板式塔生产能力和操作能力和操作弹性大性大,塔效率塔效率稳定利于放大。定利于放大。吸收操作一般用填料塔；精吸收操作一般用填料塔；精馏操作采用板式塔。操作采用板式塔。.对塔设备的要求：气液负荷大，即单位塔截面处理物料量大，生产51小小 结 传质过程有程有单相相传质和相和相间传质之分，有流体相之分，有流体相间和流固相和流固相间传质两两类。工。工业中常中常见的的传质操作有吸操作有吸收、精收、精馏、干燥、萃取、吸附、离子交、干燥、萃取、吸附、离子交换、结晶等。晶等。它它们遵循一些共同的遵循一些共同的传质规律，亦具有各自操作的特律，亦具有各自操作的特点，在点，在实际分析中采用的方法也不尽相同，于本章的分析中采用的方法也不尽相同，于本章的学学习中中应悉心体会其悉心体会其实质。填料塔和精填料塔和精馏塔是塔是实现吸收和精吸收和精馏操作的操作的场所，所，它提供了气液两相接触的表面。填料和塔板是塔它提供了气液两相接触的表面。填料和塔板是塔设备的核心构件，在很大程度上决定着填料塔和精的核心构件，在很大程度上决定着填料塔和精馏塔的塔的性能。性能。优良的塔良的塔设备应具具备效率高、阻力小、通量大、效率高、阻力小、通量大、操作操作稳定等特点。定等特点。.小 结 传质过程有单相传质和相间传质之分，有流体相525.2 5.2 气体的吸收气体的吸收 1概述概述 吸收是用于分离气体混合物的一种常吸收是用于分离气体混合物的一种常见的的单元操作。元操作。吸收操作所用的液体称吸收操作所用的液体称为吸收吸收剂，被溶解吸收的，被溶解吸收的组分分称称为吸收吸收质，不被吸收的，不被吸收的组分称分称为惰性惰性组分分，分，分别以以S S、A A、B B表示。表示。工工业生生产中的吸收中的吸收过程通常包括程通常包括吸收与解吸吸收与解吸两部分。两部分。如用如用炼焦焦过程的副程的副产物煤焦油物煤焦油(洗油洗油)回收焦炉煤气内回收焦炉煤气内含有的少量苯、甲苯含有的少量苯、甲苯类低碳低碳氢化合物，如化合物，如图所示。所示。.5.2 气体的吸收 1概述 吸收是用于分离气体混合物的53吸收吸收质在吸收在吸收剂中的溶中的溶解度随温度的解度随温度的变化有化有较大大的差异，以便吸收的差异，以便吸收剂再生；再生；吸收吸收剂选择原原则：对吸收吸收质有有较大的溶解大的溶解度，以加速吸收、减少吸度，以加速吸收、减少吸收收剂用量；用量；对所所处理气体必理气体必须有有较高的高的选择性；性；蒸气蒸气压低，以减少吸收和再生低，以减少吸收和再生过程中的程中的挥发损失；失；性性质稳定，粘度小，价廉、易得、无毒、不易燃定，粘度小，价廉、易得、无毒、不易燃烧。能能满足足这些条件的吸收些条件的吸收剂很很难找到找到,对可供可供选用的吸收用的吸收剂应作技作技术经济评价后合理价后合理选择。.吸收质在吸收剂中的溶解度随温度的变化有较大的差异，以便吸收542.2.吸收的相平衡吸收的相平衡 在一定温度和在一定温度和总压下，混合气与定量吸收下，混合气与定量吸收剂共存并共存并充分接触，吸收充分接触，吸收质在气液两相中的分配在气液两相中的分配趋于平衡，吸于平衡，吸收收剂中吸收中吸收质浓度达到度达到饱和。吸收和。吸收质在气相中的分在气相中的分压称称平衡分平衡分压，在液相中的，在液相中的组成称成称平衡平衡浓度度或平衡溶解或平衡溶解度，度，简称称溶解度溶解度。吸收吸收过程中，吸收程中，吸收质与吸收与吸收剂发生化学反生化学反应的吸收称的吸收称化学吸收；不化学吸收；不发生明生明显化学反化学反应的吸收称物理吸收。的吸收称物理吸收。（1 1）气体在液体中的溶解度）气体在液体中的溶解度影响吸收影响吸收过程的因素有温度、程的因素有温度、总压、气液相、气液相组成成。气体在液相中的溶解度，随温度和吸收气体在液相中的溶解度，随温度和吸收质在气相的在气相的组成而成而变化。下化。下图为SO2、NH3、HCl的气液相平衡关系。的气液相平衡关系。.2.吸收的相平衡 在一定温度和总压下，混合气与定量吸收剂共55 加加压和降温都可以提和降温都可以提高气体的溶解度，尤其是高气体的溶解度，尤其是温度改温度改变，溶解度，溶解度变化化较大。吸收操作尽量大。吸收操作尽量维持在持在较高高压力和力和较低温度下低温度下进行。行。对于同于同样浓度的溶液，度的溶液，易溶气体在溶液上方的平易溶气体在溶液上方的平衡分衡分压小，小，难溶气体在溶溶气体在溶液上方的平衡分液上方的平衡分压大。大。.加压和降温都可以提高气体的溶解度，尤其是温度改56吸收操作吸收操作处理的气体理的气体为低低浓度气体度气体(10%),形成的是稀形成的是稀溶液。当溶液。当总压不太高不太高时(0.5Mpa)，稀溶液的相平衡关，稀溶液的相平衡关系服从亨利定律：系服从亨利定律：P*=E x 式中式中 P P*与稀溶液相平衡的吸收与稀溶液相平衡的吸收质气相平衡分气相平衡分压；xx吸收吸收质在溶液中的摩在溶液中的摩尔分数；分数；EE亨利系数，亨利系数，PaPa。吸收吸收质在稀溶液上方的气相平衡分在稀溶液上方的气相平衡分压与其在液相中与其在液相中的摩的摩尔分数呈正比，比例系数分数呈正比，比例系数为E。E的大小与吸收的大小与吸收质和吸收和吸收剂的种的种类及温度有关。不同吸收及温度有关。不同吸收质，E E越大，越大，越越难溶解；同一吸收溶解；同一吸收质，温度升高，温度升高，E E增大，溶解度增大，溶解度下降下降.故故E的大小能的大小能够反映气体溶解的反映气体溶解的难易程度。易程度。（2 2）亨利定律）亨利定律.吸收操作处理的气体为低浓度气体(10%),形成的是稀溶液。当57亨利定律有不同的数学表达形式：亨利定律有不同的数学表达形式：P*=c/H y*=mx 式中式中 cc液相中吸收液相中吸收质物物质的量的量浓度，度，HH溶解度系数，溶解度系数，y*y*与与X相平衡的吸收相平衡的吸收质在气相中的摩在气相中的摩尔分数；分数；mm相平衡常数，量相平衡常数，量纲为1 1。吸收吸收过程中，气相中的吸收程中，气相中的吸收质进入液相，气、液相的入液相，气、液相的量都量都发生生变化。化。工程上采用在吸收工程上采用在吸收过程中数量不程中数量不发生生变化的气相中化的气相中的惰性的惰性组分和液相中的分和液相中的纯吸收吸收剂为基准。基准。.亨利定律有不同的数学表达形式：P*=c/H y*=m58以混合物中吸收以混合物中吸收质的物的物质的量与惰性的量与惰性组分物分物质的量的的量的比来表示气相中吸收比来表示气相中吸收质的量，称的量，称为摩摩尔比比，用，用Y Y表示；表示；以液相中的吸收以液相中的吸收质的物的物质的量与的量与纯吸收吸收剂的物的物质的量的量的比来表示液相中吸收的比来表示液相中吸收质的量，用的量，用X X表示。摩表示。摩尔比与摩比与摩尔分数的关系是：分数的关系是：对稀溶液稀溶液,X值很小，上式化很小，上式化简为 Y*mX 式中式中 Y Y*为与与X X相平衡的气相摩相平衡的气相摩尔比。比。.以混合物中吸收质的物质的量与惰性组分物质的量的比来表示气相中59 定定义单位体位体积溶液中吸收溶液中吸收质和吸收和吸收剂的物的物质的量之的量之和和为溶液的溶液的总浓度，度，记作作c c0 0，单位位为 则:式中式中溶液的密度，溶液的密度，MrMr溶液的平均摩溶液的平均摩尔质量，量，M MA A吸收吸收质的平均摩的平均摩尔质量，量，MsMs吸收吸收剂的平均摩的平均摩尔质量，量，.定义单位体积溶液中吸收质和吸收剂的物质的量之和为溶液的总60对稀溶液，稀溶液，s MrMss MrMs 有可得可得EH的关系的关系亦可得亦可得Em的关系的关系由知道由知道尔顿分分压定律定律.对稀溶液，s MrMs 有可得EH的关系亦可得E61 例例5-1 在操作温度在操作温度为30，总压为101.3 kPa的条件下，含的条件下，含SO2的混合气与水接触，的混合气与水接触，试求与求与 =0.1的混合气呈平衡的液相中的混合气呈平衡的液相中SO2的平衡的平衡浓度度为多少（多少（）。）。该浓度范度范围气一液相平气一液相平衡关系符合亨利定律。衡关系符合亨利定律。.例5-1 在操作温度为30，总压为101.3 kP62解：根据亨利定律解：根据亨利定律 =Hp p为气相中气相中SO2的的实际分分压，由道，由道尔顿分分压定律定律 =101.30.1=10.1kPa 查表知表知30下下SO2的亨利系数的亨利系数E=4.85 103kPa，换算算为溶解度系数溶解度系数 =0.0115所以所以=10.1 0.01150.1165.解：根据亨利定律 =Hp所以=10.1 633.3.吸收速率吸收速率 分子分子扩散速率散速率 吸收吸收质A在液相内的分子在液相内的分子扩散速率与散速率与其其浓度梯度呈正比，用度梯度呈正比，用费克克(Fick)定律来表示：定律来表示：（1 1）单相内的相内的扩散散吸收吸收质在某一相中的在某一相中的扩散有分子散有分子扩散与散与涡流流扩散两种。散两种。式中式中 NA扩散速率散速率,kmolm-2 s-1 DAB比例系数比例系数,组分分A在介在介质B中的中的扩散系散系数数 m2 s-1 dcA/dz组分分A在在z方向上的方向上的浓度梯度度梯度,kmolm-3 m-1；z为扩散距离散距离,m；负号表示号表示扩散散方向沿方向沿组分分A浓度降低的方向度降低的方向进行行.3.吸收速率 分子扩散速率 吸收质A在液相内的分子扩散速64 扩散系数是物散系数是物质的物性常数，表示的物性常数，表示扩散散质在介在介质中的中的扩散能力。散能力。定定态条件下，若条件下，若扩散在液相中散在液相中进行，行，组分分A在在z方方向上向上扩散散L距离，距离，浓度由度由 变为，则 若若扩散在气相中散在气相中进行，且气相行，且气相为理想气体混合物，理想气体混合物，组分分A在在z方向上方向上扩散散G距离，分距离，分压由由 变化到化到 ，则.扩散系数是物质的物性常数，表示扩散质在介质中的扩散能65式中式中 C0液相液相总浓度度,kmolm-3 CBm液体液体层两两侧组分分B浓度的度的对数平均数平均值,kmolm-3 p气相气相总压,Pa pBm气体气体层两两侧组分分B分分压的的对数平均数平均值,Pa液相液相气相气相费克定律适用于两克定律适用于两组分分A与与B等分子逆向互相等分子逆向互相扩散的情形。散的情形。在吸收在吸收过程中，用斯蒂芬定律表示：程中，用斯蒂芬定律表示：.式中 C0液相总浓度,kmolm-3液相气相费克定66其中 和 称为漂流因子漂流因子，其值大于1 意意义：漂流因子反映了：漂流因子反映了总体流体流动对传质速率的影响，其速率的影响，其值愈大愈大 总体流体流动作用越作用越强。当当A很低很低时，则漂流因子漂流因子 1，总体流体流动的影响消失。的影响消失。分子分子扩散系数散系数DAB 物物质传递性性质的度量参数，表达的度量参数，表达组分分扩散散难易程度。易程度。物理意物理意义：单位位浓度梯度下的度梯度下的扩散通量。散通量。影响因素：系影响因素：系统的温度、的温度、压力和物系的力和物系的组成。成。数据来源：一般由数据来源：一般由实验确定、半确定、半经验公式公式计算。算。.其中 和 称为漂流因子，其67对流流扩散速率散速率 由于由于对涡流流流流动中中扩散散认识上的不上的不充分，只能仿照充分，只能仿照费克定律将克定律将涡流流扩散速率表散速率表为：式中式中DE涡流流扩散系数，散系数，m2s-1 涡流流扩散系数不是物散系数不是物质的特性常数，它与湍流程度的特性常数，它与湍流程度有关，且随有关，且随质点位置而异。湍流流体中，点位置而异。湍流流体中，涡流流扩散和散和分子分子扩散同散同时起着起着传质作用，作用，对流流扩散速率散速率为：湍流主体以湍流主体以涡流流扩散散为主，主，D DE ED DABAB，滞流底，滞流底层为分子分子扩散，散，D DABABD DE E，D DE E00；在；在过渡渡层，D DABAB和和D DE E数量数量级相当相当。.对流扩散速率 由于对涡流流动中扩散认识上的不充分，只能仿68 吸收操作中吸收吸收操作中吸收质从气相从气相转移至液相移至液相经历了气相了气相扩散、散、界面溶解和液相界面溶解和液相扩散三个步散三个步骤。吸收吸收质在气液界在气液界面两面两侧的分的分压和和浓度度变化如化如图中的中的实线所所示。示。（2 2）两相）两相间传质.吸收操作中吸收质从气相转移至液相经历了气相扩散、界面溶解69 a.a.气、液两相气、液两相间有一个有一个稳定的相界面，其两定的相界面，其两侧分分别存在存在稳定的气膜和液膜；膜内流体呈滞流状定的气膜和液膜；膜内流体呈滞流状态，膜外，膜外的流体呈湍流状的流体呈湍流状态；b.b.相界面上气液两相相界面上气液两相处于平衡，即相界面上没有于平衡，即相界面上没有传质阻力；阻力；c.c.吸收吸收质在两个膜内以分子在两个膜内以分子扩散形式通散形式通过。湍流主。湍流主体中体中浓度分布均匀，不存在度分布均匀，不存在浓度梯度和度梯度和传质阻力，故阻力，故吸收的阻力全部集中在气、液两个膜内。吸收的阻力全部集中在气、液两个膜内。研究者先后提出了研究者先后提出了许多描述它的物理模型，刘易斯多描述它的物理模型，刘易斯(Lewis W K)和惠特曼和惠特曼(Whitman W G)提出的双膜理提出的双膜理论。双膜理。双膜理论的要点的要点为：.a.气、液两相间有一个稳定的相界面，其两侧分别存在稳定的70 双膜理双膜理论提出的物理模型使复提出的物理模型使复杂的两相的两相间传质简化化为两个虚两个虚拟膜膜层内的分子内的分子扩散。膜散。膜层是吸收是吸收过程的程的阻力所在，吸收阻力所在，吸收质在一定推在一定推动力力p pA A-p pAiAi和和c cAiAi-c-cA A下克服下克服两个膜两个膜层的阻力的阻力进行行传质。双膜理双膜理论对低气速填料塔等具有固定低气速填料塔等具有固定传质界面的界面的吸收吸收过程适用性好。程适用性好。气膜内气膜内液膜内液膜内式中式中 分分别为虚虚拟气膜和液膜的气膜和液膜的厚度厚度.双膜理论提出的物理模型使复杂的两相间传质简化为两个虚71稳定操作下，气、液相定操作下，气、液相传质速率相等。由于考察范速率相等。由于考察范围及推及推动力表示形式不同，将吸收速率方程分力表示形式不同，将吸收速率方程分为两两类。（3 3）吸收速率方程）吸收速率方程单相吸收速率方程相吸收速率方程液相液相气相气相式中式中:kG气相气相传质系数系数,kmolm-2s-1Pa-1 kL液相液相传质系数系数,ms-1经比比较变换有有.稳定操作下，气、液相传质速率相等。由于考察范围及推动力表示形72对一定物系一定物系DAB为定定值，在定，在定态操作条件下操作条件下p、T、C、pBm、cBm均均为定定值，但由于虚，但由于虚拟膜膜层的厚度无法直接的厚度无法直接计算或算或测出，出，还需通需通过实验确定确定kG和和kL.其特征数关其特征数关联式式为：式中式中Sh舍伍德（舍伍德（Sherwood）数，）数，Sh=kd/DAB；k为kG或或kL ；d为特性尺寸，特性尺寸，m，可以是塔径、填料直径等；，可以是塔径、填料直径等；Re雷雷诺数，数，Sc施米特施米特(Schmit)数。数。系系统分分压差和气相摩差和气相摩尔比差表示吸收比差表示吸收总推推动力力时，总吸收速率方程吸收速率方程为总吸收速率方程吸收速率方程.对一定物系DAB为定值，在定态操作条件下p、T、C、pBm、73式中式中KG以系以系统分分压差差(p-p*)为总推推动力力时的的总传质系数，系数，kmolm-2s-1Pa-1 p吸收吸收质在气相中的分在气相中的分压，PaPa；p*与液相与液相浓度相平衡的气相平衡分度相平衡的气相平衡分压，PaPa；KY以气相摩以气相摩尔比差比差(Y-Y*)为总推推动力力时的的总传质系数，系数，kmolm-2s-1 Y吸收吸收质在气相中的摩在气相中的摩尔比；比；Y*与液相摩与液相摩尔比相平衡的气相摩比相平衡的气相摩尔比。比。当用系当用系统液相液相浓度差和液相摩度差和液相摩尔比差表示比差表示总推推动力，力，总速率吸收方程速率吸收方程为.式中KG以系统分压差(p-p*)为总推动力时的总传质 74式中式中 KL以系以系统浓度差（度差（c*-c）为总推推动力力时的的总传质系数系数;c吸收吸收质在液相中的在液相中的浓度；度；c*与气相与气相浓度相平衡的液相平衡度相平衡的液相平衡浓度；度；KX以液相摩以液相摩尔比差（比差（X*-X）为总推推动力力时的的总传质系数系数;X吸收吸收质在液相中的摩在液相中的摩尔比；比；X*与气相摩与气相摩尔比相平衡的液相摩比相平衡的液相摩尔比。比。根据双膜理根据双膜理论，相界面上气液两相，相界面上气液两相浓度达到平度达到平衡，服从亨利定律，衡，服从亨利定律，则.式中 KL以系统浓度差（c*-c）为总推动力时的总传质75代入式（代入式（5-22）中，并）中，并经整理，有整理，有同理，气相吸收速率方程可写成：同理，气相吸收速率方程可写成：式（式（5-31）与式（）与式（5-32）相加，整理得）相加，整理得（531）（532）（533）.代入式（5-22）中，并经整理，有（531）（532）76与式（与式（5-27）比）比较并整理有并整理有（534）同理可得同理可得（535）此两式表明，吸收此两式表明，吸收总阻力阻力为气相阻力和液相阻力两者之和。气相阻力和液相阻力两者之和。.与式（5-27）比较并整理有（534）同理可得（53577将将 代入式（代入式（5-27），有），有 与式（与式（5-28）比）比较，有，有（536）（537）由于稀溶液的由于稀溶液的浓度很低，度很低，Y和和Y*都都较小，分母可以小，分母可以视为1，则（538）同理可推得同理可推得（540）.将 代入式（5-27），有 与式（5-28）比较，有（5378气膜控制与液膜控制气膜控制与液膜控制当气体容易溶解当气体容易溶解时，溶解度系数，溶解度系数H较大，液相阻大，液相阻力非常小，力非常小，KGkG 即易溶气体的吸收阻力主要集中在气膜内，称即易溶气体的吸收阻力主要集中在气膜内，称为气膜控制气膜控制。当气体当气体难于溶解于溶解时，溶解度系数小，气膜阻力，溶解度系数小，气膜阻力非常小，非常小，KL kL即即难溶气体的吸收阻力主要集中在液膜内，称溶气体的吸收阻力主要集中在液膜内，称为液膜控制液膜控制。.气膜控制与液膜控制当气体容易溶解时，溶解度系数H较大，液相79例例5-2 110kPa下操作的氨吸收塔的某截面上，下操作的氨吸收塔的某截面上，含氨摩含氨摩尔分数分数为0.03的气体与氨的气体与氨浓度度为1的氨的氨水相遇，已知气相水相遇，已知气相传质系数系数,为，液相液相传质系数系数 为，氨水的平衡关系可用亨利定律表示，溶解度氨水的平衡关系可用亨利定律表示，溶解度系数系数H为7.3 ，试计算：算：(1）气、液界面上的两相）气、液界面上的两相组成；成；（2）以分）以分压差和摩差和摩尔浓度差表示的度差表示的总推推动力、力、总传质系数和系数和传质速率；速率；（3）气膜与液膜阻力的相）气膜与液膜阻力的相对大小。大小。.例5-2 110kPa下操作的氨吸收塔的某截面上，含氨摩尔分80解：（解：（1）相界面上气液两相）相界面上气液两相组成相互平衡，即成相互平衡，即 根据气、液相速率方程根据气、液相速率方程 联立以上三式，并求解得立以上三式，并求解得.解：（1）相界面上气液两相组成相互平衡，即.81（2）以分）以分压差表示的差表示的总推推动力力以摩以摩尔分数差表示的分数差表示的总推推动力力.（2）以分压差表示的总推动力.82.834 4填料吸收塔的填料吸收塔的计算算 填料吸收塔填料吸收塔计算包括算包括设计计算和操作算和操作计算。算。设计计算主要是算主要是获得达到指定分离要求所需要的塔的基本得达到指定分离要求所需要的塔的基本尺寸：填料尺寸：填料层高度和塔径。操作高度和塔径。操作计算算则要求算出要求算出给定定的吸收塔的气液相出口的吸收塔的气液相出口浓度等参数。度等参数。a a气相中的惰性气相中的惰性组分与液相中吸收分与液相中吸收剂的摩的摩尔流量流量不不变；b b塔内的温度始塔内的温度始终相同；相同；c c传质总系数在整个塔内系数在整个塔内为常量。常量。吸收操作一般多采用逆流。吸收操作一般多采用逆流。为计算方便，算方便，对塔内的吸塔内的吸收收过程作如下假程作如下假设：.4填料吸收塔的计算 填料吸收塔计算包括设计计算和操84(1)(1)物料衡算与吸收操作物料衡算与吸收操作线方程方程 如如图，取塔底至塔截面，取塔底至塔截面MMMM间的塔段作的塔段作为衡算范衡算范围，对吸收吸收质作物料衡算：作物料衡算：qn,VY+qn,LX1=qn,VY1+qn,LX经整理整理 得得.(1)物料衡算与吸收操作线方程 如图，取塔底至塔截面MM85上式称上式称为吸收操作吸收操作线方程。方程。式中，式中，qn，V惰性惰性组分的摩分的摩尔流量，流量，mols-1 qn，L吸收吸收剂的摩的摩尔流量，流量，mols-1 Y1，Y分分别为吸收塔底及截面吸收塔底及截面M上吸收上吸收质的气相摩的气相摩尔比，比，mol(吸收吸收质)/mol(惰性惰性组分分)X1，X分分别为吸收塔底及截面吸收塔底及截面M上吸收上吸收质的液相摩的液相摩尔比，比，mol(吸收吸收质)/mol(吸收吸收剂).上式称为吸收操作线方程。式中，qn，V惰性组分的摩尔流量86 通通过代表塔底代表塔底组成成的的A（X1,Y1）点。）点。Y2和和X2是吸收塔是吸收塔顶截面上的截面上的实际气液相气液相浓度，服从度，服从吸收操作吸收操作线方程。方程。如如图所示。所示。操作操作线离平离平衡衡线越越远，吸收推，吸收推动力力越大越大。.通过代表塔底组成的A（X1,Y1）点。Y2和X2是吸87吸收吸收剂用量大小直接影响着操作用量大小直接影响着操作费用和用和设备尺寸，必尺寸，必须首先确定。首先确定。对吸收吸收质进行物料衡算：行物料衡算：式中式中qn,L/qn,V 是每摩是每摩尔惰性惰性组分所用吸收分所用吸收剂的物的物质的量的量(mol)，称称为吸收液气比吸收液气比。吸收率的定吸收率的定义为：气体气体经过吸收塔被吸收的吸收吸收塔被吸收的吸收质的量与的量与进入吸收塔的吸收入吸收塔的吸收质的量之比的量之比，即，即qn,VY1+qn,LX2=qn,VY2+qn,LX1经整理整理 得得（2 2）吸收）吸收剂用量用量.吸收剂用量大小直接影响着操作费用和设备尺寸，必须首先确定。对88线，吸收推，吸收推动力增大，吸收力增大，吸收速率加快，完成同等分离任速率加快，完成同等分离任务所需的气液接触面所需的气液接触面积减小，减小，塔高减低，塔高减低，设备费用降低；用降低；但吸收但吸收剂消耗增加，消耗增加，输送吸送吸收收剂所需的功率增加，液相所需的功率增加，液相出口出口浓度度X1下降，再生下降，再生费用用也增加，操作也增加，操作费用上升。用上升。如如图，吸收操作吸收操作线的的B点固定，若增大吸收点固定，若增大吸收剂用量，用量，操作操作线斜率斜率qn,L/qn,V增大增大,A点左移，操作点左移，操作线远离平衡离平衡.线，吸收推动力增大，吸收速率加快，完成同等分离任务所需的气液89如下如下图(a(a),(b),(b)所示，当吸收所示，当吸收剂用量减小到一定程度，用量减小到一定程度，操作操作线与平衡与平衡线将相交或相切。将相交或相切。此此时吸收推吸收推动力力为零，零，要完成要完成规定的气体分离任定的气体分离任务塔高必塔高必须无无穷大。此大。此时吸吸收收剂的用量称的用量称为最小吸收最小吸收剂用量，以用量，以qn,Lm表示。表示。相相应的液气比称的液气比称为最小液气比最小液气比，以，以 qn,L,m/qn,V表示表示.若减小吸收若减小吸收剂用量，操作用量，操作线斜率减小斜率减小,A点右移，点右移，操作操作线靠近平衡靠近平衡线，吸收推，吸收推动力减小，吸收速率减力减小，吸收速率减慢，完成同等分离任慢，完成同等分离任务所需的气液接触面所需的气液接触面积增大。增大。.如下图(a),(b)所示，当吸收剂用量减小到一定程度，操作线90 吸收吸收剂用量大，用量大，设备费用低，操作用低，操作费用高；吸收用高；吸收剂用量小，用量小，设备费用高，操作用高，操作费用低，各有