福州大学：《化工原理》课程教学资源（电子教案）第八章 气体吸收（8.5）低含量气体吸收

福州大学化工原理电子教案 气体吸收 85低含量气体吸收 851吸收过程的数学描述 以逆流填料吸收塔为例,如右图所示 (1)底含量气体吸收底特点 ①G、L可视为常量 为+dh ②吸收过程时等温底(不必进行热衡) t dy r,dr ③传质系数为常量 底含量气体吸收底上述特点将使计算过程大为简化。 (2)全塔物料衡算 G(y1-y2)=L(x1-x2) (3)料衡算和传递速率的微分表达式 沿塔高(H的正方向)气液浓度是连续变化的,传质推动力和传图820收塔内两相含量的变化 质速率也是沿塔高变化的,必须先列出无聊衡算和传质速率的微分表达 式,然后沿塔高积分得到积分式才能用于吸收过程计算。取微元塔段dh作物料衡算得 对气相Gdy= Nadh=K,a(y-yd (NA=K-y=k(-y) kmol ,m2为塔截面积 Kmo N m2为传质面积; m2为传质面积,m3为填料体积: 高度 对液相Ldx=NAdh=K(x-x)dh (4)传质速率积分式 H= dh K aJy2 1 Ka (5)传质单元数欲传质单元高度 令 N OXG K N H K H=Ho·No;=Hou·Nou 式中:Ho,Ho-分别为气相、液相总传质单元高度,m NoG,No——分别为气相、液相总传质单元数,无因次。 根据上述定义,吸收塔填料层高度可以表达为 填料层高度=传质单元高度×传质单元数 传质单元高度和传质单元数的物理意义代表什么呢? ①传质单元数(NoG,No)的大小反映吸收过程进行的难易程度,它与吸收塔的结构因素以及气 液流动状况无关。例如,No中所含变量y,y2为气体的进、出塔浓度,反映了吸收的分离要求,(y-y) 为传质推动力。根据积分中值定理应有

福州大学化工原理电子教案 气体吸收 - 1 - 8.5 低含量气体吸收 8.5.1 吸收过程的数学描述 以逆流填料吸收塔为例，如右图所示 （1）底含量气体吸收底特点 ① G、L 可视为常量 ② 吸收过程时等温底（不必进行热衡） ③ 传质系数为常量 底含量气体吸收底上述特点将使计算过程大为简化。 （2）全塔物料衡算 G y y L x x ( 1 2 1 2 − = − ) ( ) （3）料衡算和传递速率的微分表达式 沿塔高（ H  的正方向）气液浓度是连续变化的，传质推动力和传 质速率也是沿塔高变化的，必须先列出无聊衡算和传质速率的微分表达 式，然后沿塔高积分得到积分式才能用于吸收过程计算。取微元塔段 dh 作物料衡算得 对气相 A y e G y N a h K a y y h d d ( )d = = − （ A y e y i N K y y k y y = − = − ( ) ( ) ） 式中：G—— 2 kmol m s ， 2 m 为塔截面积； NA —— 2 kmol m s ， 2 m 为传质面积； a—— 2 3 m m ， 2 m 为传质面积， 3 m 为填料体积； h—— m ，高度。 对液相 A x e L x N a h K a x x h d d ( )d = = − （4）传质速率积分式 H y1 0 y2 y e d d G y H h K a y y = = −   1 2 H x 0 x x e d d L x H h K a x x = = −   （5）传质单元数欲传质单元高度 令 y1 OG OG y2 e y d , y G N H y y K a = = −  x1 OL OL x2 e x d , x L N H x x K a = = −  H H N H N =  =  OG OG OL OL 式中： OG OL H H, ——分别为气相、液相总传质单元高度，m； OG OL N N, ——分别为气相、液相总传质单元数，无因次。 根据上述定义，吸收塔填料层高度可以表达为 填料层高度＝传质单元高度×传质单元数 传质单元高度和传质单元数的物理意义代表什么呢？ ① 传质单元数（ OG OL N N, ）的大小反映吸收过程进行的难易程度，它与吸收塔的结构因素以及气 液流动状况无关。例如， NOG 中所含变量 1 2 y y, 为气体的进、出塔浓度，反映了吸收的分离要求， e ( ) y y − 为传质推动力。根据积分中值定理应有

福州大学化工原理电子教案 气体吸收 -2=y=B元 当分离要求提高(y-y2)↑或平均推动力减小(y-y)m时,均会使N↑,相应H↑。在填料塔设 计计算时,可用改变吸收剂的种类,降低操作温度或提高操作压力,增大吸收剂用量、减小吸收剂入口浓 度等方法,以增大吸收过程的推动力,从而达到减小No的目的。 N oG J 2 y-ye 若任一段填料填层气体浓度分变化等于该段平均推动力,即(yi-y)=(y-y),则 1,该段填料层就称为一个传质单元,其高度为Ho。一个填料吸收塔可以看成由若干个传 质单元构成,传质单元的数目乘以传质单元高度就是填料层高度。 ②传质单元高度可理解为一个传质单元所需的填料层高度,是吸收设备效能高度的反映。以 Ho=为例,G代表混合气体处理量,体积总传质系数Ka(3-)值的大小反映总传质阻力、填料 层性能及操作时填料润湿情况等。故Ho与设备结构、气液流动情况和物系物性有关。在设计计算中,选 用分离能力强的高效填料及适宜的操作条件以降低传质阻力(提高传质系数),增加单位体积填料的有效 气液接触面积a,可使Ho减小。显然传质单元高度越小,在相同条件下达到同样吸收要求所需的填料层 高度也就越低,即传质效果越好 若选用NA=k(y-y)MA=k(x-x)可分别导出HG,H1,NL的表达式如表85所示。NG与 (y-y),NL与(x-x)有关,而y、x难求,仅当中等溶解度气体吸收且平衡线为曲线时才用NG或NL 求H,以后详细介绍。 (6)吸收计算基本类型与基本关系式 ①类型:设计型计算(求H),操作型计算(H已知)这两种类型计算的具体命题及计算方法以后详 细介绍,但两类问题均可联立以下三个基本关系式得以解决。 ②基本关系式 全塔物料衡算式G(y-y2)=L(x-x2) 相平衡方程式 y=mx或y=mx+b(直线) y=f(x)(曲线) 吸收过程基本方程式 H=H k aNya 或 h=hoLnol-Kaxix-xe 变量数:m、H、G、L、、y2、x、x2、K、a(或K3a)共9个 关系式:3个。 还需给出5个独变量才能求出另1个因变量。通常m、G、y、x2为已知量,H、L、y2、x、Ka 或Ka)视不同的题型可以是已知量、亦可为待求量。有时题目不是给出y2值,而是用吸收率(也称 回收率)n表示分离程度,刀定义如下 y-y2=1-2 VI 则y2=(1-n)y1n↑,y2↓,分离要求个

福州大学化工原理电子教案 气体吸收 - 2 - y1 1 2 1 2 OG y2 e e m m d ( ) y y y y y N y y y y y − − = = = − −   当分离要求提高 1 2 ( ) y y −  或平均推动力减小 e m ( ) y y −  时，均会使 NOG  ,相应 H  。在填料塔设 计计算时，可用改变吸收剂的种类，降低操作温度或提高操作压力，增大吸收剂用量、减小吸收剂入口浓 度等方法，以增大吸收过程的推动力，从而达到减小 NOG 的目的。 1 1 2 1 1 2 2 1 ' ' ' OG ' ' ' e e e e e d d d d d i i n y y y y y y y y y y y y y y y N y y y y y y y y y y + = = + + + + + − − − − −      若任 一 段填 料填 层 气体 浓度 分 变化 等 于该 段平 均 推动 力 ，即 ( ) ( ) ' 1 e m, ' i i i y y y y + − = − ， 则 1 ' ' e d 1 i i y y y y y + = −  ，该段填料层就称为一个传质单元，其高度为 HOG 。一个填料吸收塔可以看成由若干个传 质单元构成，传质单元的数目乘以传质单元高度就是填料层高度。 ② 传质单元高度可理解为一个传质单元所需的填料层高度，是吸收设备效能高度的反映。以 OG y G H K a = 为例，G 代表混合气体处理量，体积总传质系数 y 3 kmol ( ) m s K a  值的大小反映总传质阻力、填料 层性能及操作时填料润湿情况等。故 HOG 与设备结构、气液流动情况和物系物性有关。在设计计算中，选 用分离能力强的高效填料及适宜的操作条件以降低传质阻力（提高传质系数），增加单位体积填料的有效 气液接触面积 a ，可使 HOG 减小。显然传质单元高度越小，在相同条件下达到同样吸收要求所需的填料层 高度也就越低，即传质效果越好。 若选用 A y A x ( ), ( ) N k y y N k x x = − = − i i 可分别导出 G L L H H N , , 的表达式如表 8-5 所示。 NG 与 ( )i y y − ，NL 与 ( ) i x x − 有关，而 i y 、 i x 难求，仅当中等溶解度气体吸收且平衡线为曲线时才用 NG 或 NL 求 H ，以后详细介绍。 （6）吸收计算基本类型与基本关系式 ①类型：设计型计算（求 H），操作型计算（H 已知）这两种类型计算的具体命题及计算方法以后详 细介绍，但两类问题均可联立以下三个基本关系式得以解决。 ②基本关系式 全塔物料衡算式 G y y L x x ( 1 2 1 2 − = − ) ( ) 相平衡方程式 e y mx = 或 e y mx b = + （直线） e y f x = ( ) （曲线） 吸收过程基本方程式 y1 OG OG y2 y e G yd H H N K a y y = = −  或 1 2 x OL OL x x e L xd H H N K a x x = = −  变量数： m、 H 、G 、 L 、 1 y 、 2 y 、 1 x 、 2 x 、 K ay （或 K ax ）共 9 个。 关系式：3 个。 还需给出 5 个独变量才能求出另 1 个因变量。通常 m 、G 、 1 y 、 2 x 为已知量， H 、L 、 2 y 、 1 x 、K ay （或 K ax ）视不同的题型可以是已知量、亦可为待求量。有时题目不是给出 2 y 值，而是用吸收率（也称 回收率）  表示分离程度，  定义如下： 1 2 2 1 1 1 y y y y y  − = = −   1 则 2 1 y y = − (1 )  2    , y ，分离要求 

福州大学化工原理电子教案 气体吸收 传质单元高度的值约为0.5~1.5m,具体数值须由使用测定(或由试验得到Ka或Ka的关联式求 Ho或HoL),这将在传质设备一章中详述。在本章Ho(或Ka)及Ho.(或K、a)均为已知值或根 据已知条件易求出,故计算H的问题主要在于传质单元数的计算,此外,吸收剂用量L如何确定亦很重要, 下面讨论这两个问题。 852操作线、最小液气比及吸收剂用量 (1)操作线 斜率m 图8-21逆流吸收的操作线 吸收塔内气、液组成沿塔髙的变化受物料衡算式的约束,为求得逆流吸收塔任一截面上相互接触的气 液组成y与x的关系,可在塔顶与任一截面间作溶质A的物料衡算,得 Gy+Lx,=Gv,+Lx L 或 x+l y2 x 同理,在塔底与任一截面间作物料衡算,可得 L L y 由全塔物料衡算可得(2-Gx)=(-Gx),故以上两式实际上是等效的,逆流吸收增操作线只有一条, 在y-x图中为一条直线,如图中AB线所示 B(η,x)代表塔底(浓端),A(y2x2)代表塔顶(稀端),直线斜率一称为吸收操作的液气比,线上 任一点M代表塔内某一截面上气、液两相的组成y与x。点M与平衡线之间的垂直距离代表总推动力 Δy=(ν-y),水平距离代表总推动力Δx=(x-x),故吸收塔内推动力的变化规律是由操作线与平衡线 共同决定的 思考题:①并流吸收塔操作线方程及操作线形式怎样?逆流、并流各用在什么场合? ②解吸收塔操作线位置在什么地方? (2)最小液气比 在吸收操作中G、y1、y(或们)及都是根据生产工艺要求规定的,操作线的斜率G反映处理单 位气体量所耗用的溶剂量。当一定时,Lx个,操作费用(吸收剂费用或吸收剂再生费用)↓ 另一方面G操作线向平衡线靠近,传质推动力4,Ax,N、个N"增高,设备折旧费。反 L↑ 操作费用,设备折旧费ˇ。故存在 使总费用=(操作费用+设备折旧费)最小,必

福州大学化工原理电子教案 气体吸收 - 3 - 传质单元高度的值约为 0.5～1.5 m ，具体数值须由使用测定（或由试验得到 K ay 或 K ax 的关联式求 HOG 或 HOL ），这将在传质设备一章中详述。在本章 HOG （或 K ay ）及 HOL （或 K ax ）均为已知值或根 据已知条件易求出，故计算 H 的问题主要在于传质单元数的计算，此外，吸收剂用量 L 如何确定亦很重要， 下面讨论这两个问题。 8.5.2 操作线、最小液气比及吸收剂用量 （1）操作线 吸收塔内气、液组成沿塔高的变化受物料衡算式的约束，为求得逆流吸收塔任一截面上相互接触的气 液组成 y 与 x 的关系，可在塔顶与任一截面间作溶质 A 的物料衡算，得 Gy Lx Gy Lx + = + 2 2 或 2 2 L L y x y x G G   = + −     同理，在塔底与任一截面间作物料衡算，可得 1 1 ( ) L L y x y x G G = + − 由全塔物料衡算可得 2 2 1 1 ( ) ( ) L L y x y x G G − = − ，故以上两式实际上是等效的，逆流吸收塔操作线只有一条， 在 y x − 图中为一条直线，如图中 AB 线所示。 1 1 B y x ( , ) 代表塔底（浓端）， 2 2 A y x ( , ) 代表塔顶（稀端），直线斜率 L G 称为吸收操作的液气比，线上 任一点 M 代表塔内某一截面上气、液两相的组成 y 与 x 。点 M 与平衡线之间的垂直距离代表总推动力 e  = − y y y ( ) ，水平距离代表总推动力 e  = − x x x ( ) ，故吸收塔内推动力的变化规律是由操作线与平衡线 共同决定的。 思考题：① 并流吸收塔操作线方程及操作线形式怎样？逆流、并流各用在什么场合？ ② 解吸收塔操作线位置在什么地方？ （2）最小液气比 在吸收操作中 G 、 1 y 、 2 y （或  ）及 2 x 都是根据生产工艺要求规定的，操作线的斜率 L G 反映处理单 位气体量所耗用的溶剂量。当 G 一定时， 2 , , L L x G    ，操作费用（吸收剂费用或吸收剂再生费用）  ； 另一方面， L G  操作线向平衡线靠近，传质推动力 OG OL y x N N , , , ,       塔高  ，设备折旧费  。反 之， L  ，操作费用  ，设备折旧费  。故存在一 opt ( ) L G 使总费用＝（操作费用＋设备折旧费）最小，必

福州大学化工原理电子教案 气体吸收 须进行优化设计,确定最佳液气比(Gl L 另一方面,吸收剂的最小用量也存在着技术上的限制。当G减小到图中的Gm时,操作线与平衡 线相交与C点,塔底的气、液两相组成达到平衡,此时塔底推动力A=y-y为零,所需塔高将为无穷 大,显然这是液气比的下限,通常称之为吸收设计的最小液气比,可按物料衡算求得: y 吸 年(后 收 G 图8-26最小液气比 计算方法 ①若相平衡关系符合亭利定律,则。=m:又若题目给用纯溶剂(如清水)吸收,则互=0 C)平衡关系符合亨利定律一是纯溶剂吸收=0一9m=m ②若题给平衡关系为1=mx+b,则x。=-b 此时若为纯溶剂吸收,G ③若平衡关系为曲线,分两种情况处理。若曲线如图所示,作图法求出C点所对应的x值或将平 衡曲线拟合成方程再用方程求x:(编程优化设计时用);若曲线形状如图8-26C(p36)所示,则切线斜率 即为2 同理吸收剂进口浓度的选择亦存在经济上的优化问题及技术上的上限,特别对于吸收一解吸系统此 问题必须妥当选择(p35~p36)。 (3)吸收剂用量的确定 最佳液气比须通过优化设计求出(在课程设计环节完成),为避免优化(须建立数学模型用最优化方法编 程求解)计算,可按下式确定适宜液气比,然后求出吸收剂用量L: L =(1.1~2)(一) 8.53传质单元数的计算方法 (1)操作线与推动力的变化规律(平衡线为直线) 为了积分求出N、No,必须找到推动力y=(y-y)和Ax=(x-x)分别随气液组成y和x的变 化规律。在吸收塔内推动力的变化规律式由操作线与平衡线共同决定的。以低含量逆流吸收塔为例,操作

福州大学化工原理电子教案 气体吸收 - 4 - 须进行优化设计，确定最佳液气比 opt ( ) L G 。 另一方面，吸收剂的最小用量也存在着技术上的限制。当 L G 减小到图中的 min ( ) L G 时，操作线与平衡 线相交与 C 点，塔底的气、液两相组成达到平衡，此时塔底推动力 1 1 1e  = − y y y 为零，所需塔高将为无穷 大，显然这是液气比的下限，通常称之为吸收设计的最小液气比，可按物料衡算求得： 1 2 min 1e 2 ( ) L y y G x x − = − 计算方法： ① 若相平衡关系符合亨利定律，则 1 1e y x m = ；又若题目给用纯溶剂（如清水）吸收，则 2 x = 0 ，故： 1 2 min 2 1 2 1 2 ( ) 0 1 L y y y y x m m G y y x m  − − = = − 平衡关系符合亨利定律 纯溶剂吸收 ② 若题给平衡关系为 e y mx b = + ，则 1 1e y b x m − = ，此时若为纯溶剂吸收， min ( ) L m G   。 ③ 若平衡关系为曲线，分两种情况处理。若曲线如图所示，作图法求出 C 点所对应的 1e x 值或将平 衡曲线拟合成方程再用方程求 1e x （编程优化设计时用）；若曲线形状如图 8-26C（p36）所示，则切线斜率 即为 min ( ) L G 。 同理吸收剂进口浓度 2 x 的选择亦存在经济上的优化问题及技术上的上限，特别对于吸收－解吸系统此 问题必须妥当选择（p35～p36）。 （3）吸收剂用量的确定 最佳液气比须通过优化设计求出（在课程设计环节完成），为避免优化（须建立数学模型用最优化方法编 程求解）计算，可按下式确定适宜液气比，然后求出吸收剂用量 L： min (1.1 ~ 2)( ) L L G G = 8.5.3 传质单元数的计算方法 （1）操作线与推动力的变化规律（平衡线为直线） 为了积分求出 NOG 、 NOL ,必须找到推动力 e  = − y y y ( ) 和 e  = − x x x ( ) 分别随气液组成 y 和 x 的变 化规律。在吸收塔内推动力的变化规律式由操作线与平衡线共同决定的。以低含量逆流吸收塔为例，操作

福州大学化工原理电子教案 气体吸收 线AB为直线,若平衡线亦为直线,则Δy和Δx随y和x呈线性变化,其变化率为常数,可用塔底和塔顶 的端值表示,即: d(△ d(Ax)△x1 y1-y2 (2)平衡线为直线(=my=mnx+b)时的对数平均推动力法 N y-y2「nd(△y)y1 -2122In y-yA-4y2A4y△y1-4y2 Ay=y,.,ve 或 +b Ay2=y2-ye,J2=mx,yea=mx,+b N y1-y2 S≠1 . Am d(Ax) Ax,-Ax,J4x2△x y y In y2 V2- b 思考题:以上对数平均推动力法均以逆流为例导出,对并流吸 收塔是否适用?并流吸收塔操作线方程及在-x图上形式怎 样? (3)吸收因数法 除对数平均推动力法之外,为计算传质单元数,可将相平 衡关系与操作线方程代入传质单元数的定义式中直接积分求 解,以O为例 y-y ①若y=mx=mtr(-y2)+x2 m=S☆ s mG,Je=S(y-y2)+mx y1二mx2 L 代入OG Vi. 中积分得到 图822传质单元数

福州大学化工原理电子教案 气体吸收 - 5 - 线 AB 为直线，若平衡线亦为直线，则 y 和 x 随 y 和 x 呈线性变化，其变化率为常数，可用塔底和塔顶 的端值表示，即： 1 2 1 2 1 2 1 2 d( ) d( ) , d d y x y y x x y y y x x x    −   −  = = − − （2）平衡线为直线（ e e y mx y mx b = = + 或 ）时的对数平均推动力法 1 1 2 2 1 2 1 2 1 OG e 1 2 1 2 2 d d( ) ln y y y y y y y y y y y N y y y y y y y y   − −   = = = −  −    −     令 1 2 m 1 2 ln y y y y y  −   =   1 2 1 1 e e1 1 e1 1 2 2 e e2 2 e2 2 , , y y y y mx y mx b y y y y mx y mx b  = − = = +  = − = = + 或 或 1 2 OG m y y N y − =  ( S 1 ) 1 1 2 2 1 2 1 2 1 OL e 1 2 1 2 2 d d( ) ln x x x x x x x x x x x N x x x x x x x x   − −   = = = −  −    −     令 1 2 m 1 2 ln x x x x x  −   =   1 1 1 1 e 1 e1 e1 2 2 2 e2 2 e2 e2 , , y y b x x x x x m m y y b x x x x x m m −  = − = = −  = − = = 或 或 1 2 OL m x x N x − =  ( S 1 ) 思考题：以上对数平均推动力法均以逆流为例导出，对并流吸 收塔是否适用？并流吸收塔操作线方程及在 y x − 图上形式怎 样？ （3）吸收因数法 除对数平均推动力法之外，为计算传质单元数，可将相平 衡关系与操作线方程代入传质单元数的定义式中直接积分求 解，以 NOG 为例 1 2 OG e y d y y N y y = −  ① 若 e 2 2 [ ( ) ] G y mx m y y x L = = − + 令 e 2 2 1 , , ( ) mG L S A y S y y mx L S mG = = = = − + 代入 NOG 中积分得到

福州大学化工原理电子教案 气体吸收 N -m1+7 该式包括n2-mx2三个数群,可将其绘制成图8(p32),由图可看出: y a.当S一定时,y2-mx2 个 即吸收要求,马↓、N↑H↑ V1-mr, b.若 一定,S↑(A4M个,H↑ ,这说明S值大时对吸收不利,故称S为解吸因素 反之SL,A↑,N4,H4 故A越大,对吸收越有利,故称A为吸收因素。 C.定量计算不用该图(查阅不准确),但定性分析该图很有用,记住: ②若y=mx且x2=0纯溶剂吸收),B=1 y2 S≠ 7 L 再已知 B( Bmn mg m S L Bmn b7 OG Bn≠1 Bn 1-n n 在这种情况下,不必知道m值用吸收因数法即可求出NoG,若用对数平均推动力法则求不出NoG。 K,=my,Ho-K、aLmK、aK shol H=HoG NoG=Ho No=SNoc =D-In((l-S)1-2+ 所以HO与HO.,No与No有一定关系,计算时选用其中一套公式即可,一般常用H=HoNo;。但吸 收操作型问题定性分析时有时要判断x的变化趋势,因上面NoG、No.的表达式中均与x无关,为判断x1 的变化趋势,须导出与x有关的No(或NoG),以Nou为例 y]=A(x-x1)+ VI 式中:mG(x-x)+y一塔顶与任一截面间的物料衡算导出的操作线方程。 代入No中积分得到 NoL 1-d In[(-A)2,-mx,+A() V1-Y1 记住 此定性结论在吸收操作型问题定性分析中有用 思考题:若平衡关系为y=mx+b的形式,吸收因数法NoG、NO的表达式形式如何?解题指南p272-273

福州大学化工原理电子教案 气体吸收 - 6 - 1 2 OG 2 2 1 ln[(1 ) ] 1 y mx N S S S y mx − = − + − − s 1 该式包括 NOG、 S 、 1 2 2 2 y mx y mx − − 三个数群，可将其绘制成图 8-22（p32），由图可看出： a． 当 S 一定时， 1 2 2 2 y mx y mx −  − （即吸收要求  ， 2 y  ）， NOG  ， H  b． 若 1 2 2 2 y mx y mx −  − 一定， OG S A N H     ( ), , ，这说明 S 值大时对吸收不利，故称 S 为解吸因素。 反之 OG S A N H     , , , , 故 A 越大，对吸收越有利，故称 A 为吸收因素。 C．定量计算不用该图（查阅不准确），但定性分析该图很有用，记住： ② 若 1 e 2 2 1 0( 1 y y mx x y  = = = − 且 纯溶剂吸收）， ， OG 1 1 ln[(1 ) ] 1 1 N S S S  = − + − − s 1 再已知 min ( ) L L m G G = =    mG m 1 S L m   = = = OG 1 1 1 1 ln[(1 ) ] 1 1 1 N     = − + − −   1 在这种情况下，不必知道 m 值用吸收因数法即可求出 NOG ，若用对数平均推动力法则求不出 NOG 。 ③ y OG oL y y x , x G mGL sL K mK H sH K a LmK a K a = = = = = ， H H N H N = = OG OG OL OL ,故 1 2 OL OG 2 2 ln[(1 ) ] 1 S y mx N SN S S S y mx − = = − + − − 所以 HOG 与 HOL , NOG 与 NOL 有一定关系，计算时选用其中一套公式即可，一般常用 H H N = OG OG 。但吸 收操作型问题定性分析时有时要判断 1 x 的变化趋势，因上面 NOG 、NOL 的表达式中均与 1 x 无关，为判断 1 x 的变化趋势，须导出与 1 x 有关的 NOL （或 NOG ），以 NOL 为例： 1 2 OL e x d x x N x x = −  若 1 e 1 1 1 1 [ ( ) ] ( ) y L y x x x y A x x m m G m = = − + = − + 式中： 1 1 1 [ ( ) ] L x x y m G − + ——塔顶与任一截面间的物料衡算导出的操作线方程。 代入 NOL 中积分得到 1 2 OL 1 1 1 ln[(1 ) ] 1 y mx N A A A y mx − = − + − − ( A 1 ) 记住： 此定性结论在吸收操作型问题定性分析中有用 思考题：若平衡关系为 e y mx b = + 的形式，吸收因数法 NOG 、NOL 的表达式形式如何？解题指南 p272-273

福州大学化工原理电子教案气体吸收 (4)当S=1或A=1时对数平均推动力法和吸收因数法均不成立,此时NoG、NoL如何求?解题指 南p2 dy y-y2 y,-y2 y-ye V1-Vle y2-y2 dr x xIe-x (5)平衡关系为曲线时传质单元数的求法 图解积分法或数值积分法 平衡关系为曲线时,m为变量,教材介绍去一平均的,将y视为常数,则 Ka为某一平均值移出积分号外 H= K,ay y-ye 然后用图解或数值积分法求出No=2y-y,此法误差大 GG ①易溶气体(气膜控制),1∞K.aka,可视为常数移出积分号外,用图解或数值积分法求 LL ②难溶气体(液膜控制),", Hol k,a_a,可视为常数移至积分号外,用图解积分 或数值积分求 N x2 x-x ③中等溶解度气体(双膜控制),例如水吸收SO2,平衡线为曲线,m为变量,此时用下式求H HGNG ka(y-y )kam(-y) Na=ky(y-y)=k(x-x) νx在操作线上可以等分亦可不等分。联立解出y,x值,然后图解积分或数值积分求NG 854解吸塔计算 解吸推动力与吸收相反,操作线位于平衡线下发 注意:解题指南p275解吸部分x=x1,y=x=x2,Vb=y2 (1)全塔物料衡算 G(1-y2)=L(x1-x2) (2)操作线方程 L yG+(y2-2x)任一截面与塔底间

福州大学化工原理电子教案 气体吸收 - 7 - （4）当 S =1 或 A =1 时对数平均推动力法和吸收因数法均不成立，此时 NOG 、NOL 如何求？解题指 南 p273 1 2 1 2 1 2 OG e 1 1e 2 2e y d y y y y y y N y y y y y y − − = = = − − −  1 2 1 2 1 2 OL e 1e 1 2e 2 x d x x x x x x N x x x x x x − − = = = − − −  （5）平衡关系为曲线时传质单元数的求法 图解积分法或数值积分法。 y y x 1 1 m K k k = + 平衡关系为曲线时，m 为变量，教材介绍去一平均的 m ，将 y k 视为常数，则 OG y G H K a = 为某一平均值移出积分号外 1 2 y e y d y G y H K a y y = −  然后用图解或数值积分法求出 1 2 OG e y d y y N y y = −  ,此法误差大。 ① 易溶气体（气膜控制）， OG y y G G H K a k a =  ，可视为常数移出积分号外，用图解或数值积分法求 NOG ② 难溶气体（液膜控制）， K k x x  ， OL x x L L H K a k a =  ，可视为常数移至积分号外，用图解积分 或数值积分求 1 2 OL e x d x x N x x = −  ③ 中等溶解度气体（双膜控制），例如水吸收 SO2 ，平衡线为曲线， m 为变量，此时用下式求 H 1 1 2 2 G G y y d d ( ) ( ) y y y y i i G y G y H H N k a y y k a y y = = = − −   A y x ( ) ( ) N k y y k x x = − = − i i x y i i b i i y y k x x k y ax  − = −  −    = y x, 在操作线上可以等分亦可不等分。联立解出 , i i y x 值，然后图解积分或数值积分求 NG 8.5.4 解吸塔计算 解吸推动力与吸收相反，操作线位于平衡线下发。 注意：解题指南 p275 解吸部分 1 1 2 2 , , , a a b b x x y y x x y y = = = = （1）全塔物料衡算 1 2 1 2 G y y L x x ( ) ( ) − = − （2）操作线方程 2 2 ( ) L L y x y x G G = + − 任一截面与塔底间

福州大学化工原理电子教案 气体吸收 L L y==x+(y 任一截面与塔顶间 (3)最小气液比 解吸L一定,G个(L)=y-(4y=0,△x=0) max 则(元m称为最小气液比 hm=1-1:mm1用纯解吸气=0m工2定义解析率r=m 适宜气液比∠=(11-k G (4)填料层高度的计算 d=HM k,ay(e -y) H=HouN、a-kaJ(x-x)(塔顶,浓端:x2塔底,稀端) NoL = SNOG, HOL =AN OG与吸收一样 In[(1-A A≠1 x2-y2/m OG S≠1 注意:(1)解题指南吸收部分下标b本教材1(塔底),下标a本教材2(塔顶) (2)解题指南解吸部分下标b本教材2(塔底),下标a本教材1(塔顶) 8.5.5吸收(解吸)塔的设计型计算 例15-5 给定E,m不知道,须先求m。给定液相组成为X及K、a可知平衡关系为Y=mX的形式,故选 Y,X,GB2,ls等符号对应的公式。 (1)求G(解吸气为空气含CO2) )min ls 8000 水中2很低 s≈L kmol 式中: MHo 18Kg/Kmol Ls mY-Y Y2

福州大学化工原理电子教案 气体吸收 - 8 - 或 1 1 ( ) L L y x y x G G = + − 任一截面与塔顶间 （3）最小气液比 解吸 L 一定， 1e 2 max 1 2 , , ( 0, 0) L L y y G c y x G G x x −   =  =  = − 点（ ） 则 min ( ) G L 称为最小气液比。 1 2 1 2 1 2 min e 2 1e 2 1 2 1 1 ( ) 0 G x x x x x x y mx y L y y mx y m x m   − − − =  = − − 1 2 1 x -x 若 用纯解吸气 定义解析率 ＝ x 适宜气液比 min (1.1 ~ 2)( ) G G L L = （4）填料层高度的计算 1 2 OG OG y e d ( ) y y G y H H N k a y y = = −  1 2 OL OL x e d ( ) x x L x H H N k a x x = = −  （ 1 x 塔顶，浓端； 2 x 塔底，稀端） OL OG OL OG N SN H AN = = , 与吸收一样 1 2 OL 2 2 1 / ln[(1 ) ] 1 / x y m N A A A x y m − = − + − − （ A 1 ） 1 2 OG 1 1 1 / ln[(1 ) ] 1 / x y m N S S S x y m − = − + − − （ S 1 ） 注意：（1）解题指南吸收部分下标 b 本教材 1（塔底），下标 a 本教材 2（塔顶）； （2）解题指南解吸部分下标 b 本教材 2（塔底），下标 a 本教材 1（塔顶）。 8.5.5 吸收（解吸）塔的设计型计算 例 15-5 给定 E， m 不知道，须先求 m 。给定液相组成为 X 及 K ax 可知平衡关系为 Y mX = 的形式，故选 B S Y X G L , , , 等符号对应的公式。 （1） 求 G（解吸气为空气含 CO2 ） B 2 1 G G y = − B B min S S 20( ) G G L L = 水中 CO2 很低 2 S H O 8000 L L M  = 式中： LS —— 2 kmol m h MH O2 —— 18Kg/Kmol B 1 2 S 1 2 G X X L mX Y − = − 2 2 2 1 y Y y = − ， E m P =

福州大学化工原理电子教案 气体吸收 g×M GlKmol/(m.F)化为Kgmh) P空气 103 塔截面积 8000 (2)求塔高H H=HN 吸收国数法Ma=可(-0x2/m+月 A= 对数平均推动力法X1-X2 △x1=X1-X1=X1 AX= △X,=X,-X,=X 须Y1,2,X1,X24个组成,对本题设计型问题不难(与吸收因数法难度相当),但求解吸操作型问题用吸收 因数法解方便。 例15-6不要求 例15-7p290~292(5)讨论几个问题要求掌握 856吸收(解吸)塔的操作型计算 8.56.1操作型计算命题方式(解题指南p292) 85.62操作型问题定性分析方法机例题 (1)吸收操作型问题定性分析法 In[(l-S) y1-mx2+S 步骤: (1)根据命题给条件确定H;,S的变化情况 (2)利用∞=H判别No的变化趋势: VI- (3)根据图确定y2-mx2的变化情况,随之确定的变化趋势 (4)最后确定^的变化趋势,有3中方法: ①利用L(x1-x2)=G(η-y2)确定x1的变化趋势,须与对数平均推动力法结合用反正法才能确定 x的变化趋势,很繁琐。 ②根据o1-A a.根据题给条件确定HoL,A的变化趋势 b.利用0H判别o的变化趋势;

福州大学化工原理电子教案 气体吸收 - 9 - 2 G[Kmol/(m h)]  化为 2 Kg/(m h)  G M   空气 空气  塔截面积 3 40 10 8000  ＝ （2） 求塔高 H H H N = OL OL S OL x L H K a = 吸收因数法 1 2 OL 2 2 1 / ln[(1 ) ] 1 / X Y m N A A A X Y m − = − + − − S B L A mG = 对数平均推动力法 1 2 OL m X X N X − =  1 2 m 1 2 ln X X X X X  −   =   1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 Y X X X X m Y X X X X m    = − = −  = − = − 须 1 2 1 2 Y Y X X , , , 4 个组成，对本题设计型问题不难（与吸收因数法难度相当），但求解吸操作型问题用吸收 因数法解方便。 例 15-6 不要求 例 15-7 p290～292（5）讨论几个问题要求掌握。 8.5.6 吸收（解吸）塔的操作型计算 8.5.6.1 操作型计算命题方式（解题指南 p292） 8.5.6.2 操作型问题定性分析方法机例题 （1）吸收操作型问题定性分析法 1 2 OG 2 2 1 ln[(1 ) ] 1 y mx N S S S y mx − = − + − − 步骤： （1） 根据命题给条件确定 OG H S, 的变化情况； （2） 利用 OG OG H N H = 判别 NOG 的变化趋势； （3） 根据图确定 1 2 2 2 y mx y mx − − 的变化情况，随之确定 2 y 的变化趋势； （4） 最后确定 1 x 的变化趋势，有 3 中方法： ① 利用 1 2 1 2 L x x G y y ( ) ( ) − = − 确定 1 x 的变化趋势，须与对数平均推动力法结合用反正法才能确定 1 x 的变化趋势，很繁琐。 ② 根据 1 2 OL 1 1 1 ln[(1 ) ] 1 y mx N A A A y mx − = − + − − a． 根据题给条件确定 OL H A, 的变化趋势； b． 利用 OL OL H N H = 判别 NOL 的变化趋势；

福州大学化工原理电子教案 气体吸收 V1-m c.根据图确定x-mx的变化情况,随之确定x的变化趋势 近似法。高吸收率时y2“H,D(x-x2)=G(-y2)C。 例15-8 解吸收塔操作型问题定性分析自学掌握。P295~296两个图有错,请订正 856.3操作型问题计算例题 例15-10 (1)求H(设计型) H=H Y=mYm未知,纯溶剂吸收X2=0,用吸收因数法方便 S≠1 Ls Bn B(min= Bmn (2)G增加20%求 G变,Gg,KYa,Ho,S,Nox,Y1,n均变,而ls,H不变,属第一类命题操作型问题,用吸收因数法 求方便。 n(1-S) K、a,气膜控制 Ka≈ka∝G07≈G0 G03 Ho'=()0.3Ho;=1203×1.11 '=mGB'm×1.2Gg=12S (3)见解题指南p298 例15-11 y=mx,用G,L,yx等符号对应的公式 L (1) B(min= Bmn L= BmnG, G 3600×224×9 式中:s—一标态m gΩ=0.785D2 (2)求K、a H=H N K

福州大学化工原理电子教案 气体吸收 - 10 - c． 根据图确定 1 2 1 1 y mx y mx − − 的变化情况，随之确定 1 x 的变化趋势。 ③ 近似法。高吸收率时 2 1 1 2 1 2 1 y y L x x G y y Gy , ( ) ( ) − = −  。 例 15-8 解吸收塔操作型问题定性分析自学掌握。P295～296 两个图有错，请订正。 8.5.6.3 操作型问题计算例题 例 15-10 （1） 求 H（设计型） H H N = OG OG Y mX = m 未知，纯溶剂吸收 2 X = 0 ，用吸收因数法方便 OG 1 1 ln[(1 ) ] 1 1 N S S S  = − + − − （ S 1 ） B S mG 1 S L  = = S S min B B ( ) L L m G G = =    （2）G 增加 20％求  ' G 变， B Y OG OG 1 G K a H S N Y , , , , , , 均变，而 S L H, 不变，属第一类命题操作型问题，用吸收因数法 求方便。 OG 1 1 ' ln[(1 ') '] 1 ' 1 ' N S S S  = − + − − OG OG ' ' H N H = B OG Y G H K a = ，气膜控制 0.7 0.7 0.3 B Y Y B B 0.7 B G K a k a G G G G     = B 0.3 OG OG B ' ' ( )0.3 1.2 1.11 G H H G = =  B B S S ' 1.2 ' 1.2 mG m G S S L L  = = = （3）见解题指南 p298 例 15-11 y mx = ，用 G L y x , , , 等符号对应的公式 （1） 2 min 0, ( ) L L x m G G = = =    S , 3600 22.4 V L m G G = =     式中： VS——标态 m3 /h  —— 2  = 0.785D （2）求 K ay OG OG OG y G H H N N K a = =