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7.4 低浓度气体吸收

逆流吸收塔物料衡算. 7.4 低浓度气体吸收. 通常是指混合气中溶质组成 y 1 < 10% 的吸收过程。. 简化假定： ① 气、液两相摩尔流率恒定 （ q nG = q nL =const ）； ② 等温吸收。. 7.4.1 吸收塔的物料衡算及操作线方程. (1) 物料衡算. 全塔物料衡算：. 溶质吸收率（或回收率）：. 饱和度：. （ 2 ）操作线方程. 从塔顶到任意塔截面对溶质衡算有：. —— 操作线方程. y e =mx. y 1. y 2. 可见，在低浓度条件下 y - x 为一直线，

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7.4 低浓度气体吸收

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  1. 逆流吸收塔物料衡算 7.4低浓度气体吸收 通常是指混合气中溶质组成y1 < 10%的吸收过程。 简化假定： ① 气、液两相摩尔流率恒定 （ qnG=qnL=const ）； ② 等温吸收。 7.4.1 吸收塔的物料衡算及操作线方程 (1) 物料衡算 全塔物料衡算：

  2. 溶质吸收率（或回收率）： 饱和度： （2）操作线方程 从塔顶到任意塔截面对溶质衡算有： ——操作线方程

  3. ye=mx y1 y2 可见，在低浓度条件下 y-x为一直线， 以 为斜率，且过（x1，y1）,（ x2，y2） x1 x2 逆流吸收塔物料衡算和操作线

  4. ye=mx y1 ye1 y2 ye2 xe2 xe1 x2 x1 (3)吸收塔内的传质推动力 以气相表示: 以液相表示: 吸收过程的传质推动力 (4) 最小液气比和溶剂用量 对于吸收塔的设计，所处理的气体量qnG、组成y1、 y2及液相的最初组成x2为工艺条件所定，而溶剂的用量则在设计中规定，其用量取决于适宜的液气比。

  5. ye=mx y1 y2 x1 xe1 x2 qnL/qnG对操作线的影响 最小液气比：

  6. y1 M yM y2 x1 x2 xM 最小溶剂用量 ： 注意：平衡线上凸时，应利用切点坐标求取最小液气比。

  7. 最小液气比： 操作液气比： 一般取： 溶剂用量： 说明：有时实际选取的液气比比此值大些，因为此时的qnL值 不一定满足填料层最小允许喷淋密度。

  8. h 微元填料层物料衡算 7.4.2 吸收塔高度的计算 （1）填料层高度计算的基本关系式 ●　过程的操作线方程； ●　传质速率方程； ● 相平衡方程。 对 dh微元段作溶质A衡算： dh微元段的传质速率方程：

  9. 物料衡算式与传质速率式联立得： 填料层高度 ： 同样可以推得以液相传质速率方程表示的计算式：

  10. 同理，可得： （2） 传质单元数与传质单元高度 令 ——气相总传质单元高度，m —— 气相总传质单元数，无量纲数。 所以

  11. 类似地：

  12. 令 —— 吸收因子 由 于是有:

  13. yj (y-yj)m HOG yj-1 yej-1 yej x2 x1 气相总传质单元与传质单元高度概念示意图 xe2 传质单元：通过一定高度填料层的传质，使一相组成的变化恰好等于其中的平均推动力，这样一段填料层的传质称为一个传质单元。 ① 传质单元数（以NOG为例）： 可见，传质单元数决定于分离前后气、液相组成和相平衡关系，其大小表示了分离任务的难易。

  14. yj (y-yj)m HOG yj-1 yej-1 x2 x1 yej xe2 ② 传质单元高度（以HOG为例） 完成一个传质单元分离任务所需的填料层高度。 说明： ▲　影响传质单元高度的因素：填料性能，流动情况； ▲　其值大小反映了填料层传质动力学性能的优劣。

  15. 对数平均推动力法 吸收因子法 ▲　数值变化范围小，一般在0.2 –1.5 m范围内。 ▲　传质单元高度数值由实验测定或用Kya计算得出。 (3) 传质单元数的计算 ① 平衡线为直线时 计算方法 a）对数平均推动力法 平衡线、操作线均为直线，则 △y与 y成线性变化。

  16. △y1 △y2 y1 y2 所以

  17. 则 令 —— 对数平均推动力 同理：

  18. A=1时 b）吸收因子法 若平衡关系为直线时, 依物料衡算有： 代入以上方程并整理得：

  19. A≠1时 同理: 式中： 由上两式可得：

  20. 可见

  21. 传质过程参数 ◆ 一定，即吸收要求一定 则A↑ NOG↓； ↑ NOG↑； ◆ A一定时 说明： ◆关于吸收因子A的讨论； A 值对塔内推动力的影响

  22. 不同吸收因子对操作的影响 吸收因子对传质推动力的影响： A>1，当h无限高时，塔顶首先达平衡， A<1，当h无限高时，塔底首先达平衡， A=1，当h无限高时，塔顶、塔底同时达平衡

  23. 要使φ↑，则塔顶平衡，A＞1.0，一般A=1.4 要使x1↑，则塔底平衡，A＜1.0， 适宜的A值，应优化而定 ② 平衡关系为曲线规律时 ∵ m≠const Kya ≠const ∴ 应采用图解法。 若 m 变化不大，Kya变化不超过10%，则可近似认为 Kya =常数（取一平均值）。此时，h的计算又归结到NOG的计算。 a）图解或数值积分法

  24. B y1 A Δy1 y B Δy ye1 A ye y2 Δy2 ye2 O O x y2 y y1 x2 x1 图解积分示意图

  25. 代替△ym。 △ 每一区段内，用 y1 y F yF C A D M1 y2 F1 C1 A1 O x2 x x1 近似梯级法求传质单元数 b）近似梯级图解法 两点假定： △　每一小段平衡线视为直线；

  26. yn+1=y1 y yⅡ y1=y2 O x0=x2 xn=x1 x xⅠ xⅡ 图解法求理论级数 (4) 理论级当量高度（HETP）法计算填料层高度 理论板当量高度（Hth）：完成一个理论级数的分离任务所需的 填料层高度。 总填料层高度：h=NT×Hth ① 图解法

  27. N ② 解析法 若平衡关系符合亨利定律，则有: 由关联图可见： A，y2→N 或 A， N→ y2

  28. αηL 2 3 10 10 200 400 20 40 10 0.80 0.80 ET 0.60 0.60 全塔效率 0.40 0.40 0.20 0.20 0.0 0.0 1 0.1 100 10 0.01 60 20 40 6 0.003 2 4 8 0.006 0.6 0.02 0.2 0.06 ηL H/p ηL -按塔顶和塔底平均组成及平均温度计算的液相粘度,mPas; H-塔顶和塔底平均温度下溶质的亨利系数,m3kPa/kmol; 3 p-操作压强,kPa. 塔板效率关联图 （5） 板式吸收塔塔板数计算 实际塔板数

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