化工原理15.1.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,返回,广州大学化工原理电子课件,返回,第五章 吸收,1,5.1,.,概,述,5.1.1.,吸收操作的应用,（,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。,2,5.1.2,吸收过程及设备,3,吸收质,惰性组分,溶剂,吸收液,吸收尾气,4,5.1.3,吸收分类,（,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,5.1.4,吸收剂的选择要求,（,1,）溶解度大；,5,（,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。,6,5.2,.1.,气液相平衡关系,1,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。,7,平衡分压：,平衡时气相中溶质的分压。,氨在水中的溶解度,气相中氨的分压,60,50,40,30,液相中氨的摩尔数,8,20,下,SO,2,在水中的溶解度,101.3kPa,202.6kPa,x,y,9,结论：,（,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,。,（,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,。,10,（,3,）相同的总压及摩尔分率，,c,O2,c,CO2,c,SO2,x,或,A,由气相向液相传质，吸收过程,平衡状态,A,由液相向气相传质，解吸过程,吸收过程：,16,相对于气相浓度,y,而言，液相浓度欠饱和(,xy*,)，,溶质,A,由气相向液相转移。,传质过程的方向,气、液相浓度(,y,x,),在平衡线上方(,P,点)：,y,x,o,y*=,f(x,),P,y,x,y*,结论：若系统气、液相浓度(,y,x,),在平衡线上方，则体系将发生从气相到液相的传质，即吸收过程。,x*,释放溶质,吸收溶质,17,相对于气相浓度而言实际液相浓度过饱和(,xx*,),，故液相有释放溶质,A,的能力。,相对于液相浓度,x,而言气相浓度为欠饱和(,yy*,)，,溶质,A,由液相向气相转移。,传质过程的方向,气、液相浓度(,y,x,),在平衡线下方(,Q,点)：,y,x,o,y*=,f(x,),Q,y,x,y*,结论：,若系统气、液相浓度(,y,x,),在平衡线下方，则体系将发生从液相到气相的传质，即解吸过程。,x*,释放溶质,吸收溶质,18,相对于气相浓度而言液相浓度为平衡浓度(,x=x*,),，故液相不释放或吸收溶质,A,。,相对于液相浓度,x,而言气相浓度为平衡浓度(,y=y*,)，,溶质,A,不发生转移。,传质过程的方向,气、液相浓度(,y,x,),处于平衡线上(,R,点)：,y,x,o,y*=,f(x,),R,y,x,y*,结论：,若系统气、液相浓度(,y,x,),处于平衡线上，则体系从宏观上讲将不会发生相际间的传质，即系统处于平衡状态。,x*,19,传质过程的限度,对吸收而言：,若保持液相浓度,x,不变，气相浓度,y,最低只能降到与之相平衡的浓度,y,*,，,即,y,min,=y*,；,若保持气相浓度,y,不变，则液相浓度,x,最高也只能升高到与气相浓度,y,相平衡的浓度,x*,，,即,x,max,=x*,。,y,x,o,y*=,f(x,),P,y,x,y*,x*,20,传质过程的限度,y,x,o,y*=,f(x,),Q,y,x,y*,x*,对解吸而言：,若保持液相浓度,x,不变，气相浓度,y,最高只能升到与之相平衡的浓度,y,*,，,即,y,max,=y*,；,若保持气相浓度,y,不变，则液相浓度,x,最高也只能降到与气相浓度,y,相平衡的浓度,x*,，,即,x,min,=x*,。,21,5.3,.,吸收过程的传质速率,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。,5.3,.1.,分子扩散,与菲克定律,22,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。,扩散通量：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/(m,2,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。,23,J,A,组分,A,扩散速率（扩散通量），,kmol,/,（,m,2,s,）；,组分,A,在扩散方向,z,上的浓度梯度（,kmol/m,3,）,/m,；,D,AB,组分,A,在,B,组分中的扩散系数，,m,2,/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,24,理想气体：,=,25,5.3.2.,单相分子扩散,分子扩散两种形式：等摩尔逆向扩散，单向扩散。,1,等摩尔逆向扩散及速率方程,J,A,J,B,(1),等摩尔逆向扩散,T P,p,A2,p,B2,T P,p,A1,p,B1,1,2,26,等分子反向扩散：,任一截面处两个组分的扩散速率,大小相等，方向相反。,总压一定,=,27,J,A,=,J,B,D,AB,=,D,BA,=,D,（,2,）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/(m,2,s),。,N,A,=,气相：,28,N,A,=,液相：,（,3,）讨论,1,）,29,2,）组分的浓度与扩散距离,z,成直线关系。,3,）等分子反方向扩散发生在蒸馏过程中。,2,单向扩散及速率方程,p,p,B1,p,A1,p,A2,p,B2,扩散距离,z,0,z,p,30,1,2,J,A,J,B,N,M,c,A,/c,N,M,c,B,/c,总体流动,N,M,N,A,（,1,）总体流动：因溶质扩散,到界面溶解于溶剂中，造,成界面与主体的微小压差，,使得混合物向界面处的流,动。,（,2,）总体流动的特点：,1,）因分子本身扩散引起的宏观流动。,2,）,A,、,B,在总体流动中方向相同，流动速度正比于摩尔,分率。,31,（,3,）单向扩散传质速率方程,32,微分式,33,在气相扩散,积分式,34,35,积分式,积分式,液相：,（,4,）讨论,1,）组分,A,的浓度与扩散距离,z,为指数关系,2,）,、,漂流因数，,无因次,36,漂流因数意义,：其大小反映了总体流动对传质速率的影,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。,漂流因数的影响因素：,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。,37,3,）单向扩散体现在吸收过程中。,3,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,，,m,2,/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,38,（,1,）气相中的,D,范围：,10,-5,10,-4,m,2,/s,经验公式,（,2,）液相中的,D,范围：,10,-10,10,-9,m,2,/s,39,5.3.3.,单相对流传质,1,涡流扩散,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。,40,涡流扩散速率，,kmol/(m,2,s),；,涡流扩散系数，,m,2,/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：,41,T,T,W,t,W,t,热流体,冷流体,p,A,p,Ai,c,Ai,c,A,气相,液相,T,t,G,L,E,2,有效膜模型,（,1,）单相内对流传质过程,42,1,）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，,p,A,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，,p,A,随,z,的变化近似为水,平线。,3,）过渡区：分子扩散,+,涡流扩散，,p,A,随,z,的,变化逐渐平缓。,43,（,2,）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,。,3,单相对流传质速率方程,（,1,）气相对流传质速率方程,有效膜厚,G,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,G,为,E,到相界面的垂直距离。,44,以分压差表示推动力的气相传质分系数，,kmol,/,（,m,2,skPa,）。,=,传质系数,吸收的推动力,45,气相对流传质速率方程有以下几种形式：,以气相摩尔分率表示推动力的气相传,质分系数，,kmol,/,（,m,2,s,）；,各气相传质分系数之间的关系：,带入上式,与,比较,46,液相传质速率方程有以下几种形式：,（,2,）液相对流传质速率方程,47,k,L,以液相组成摩尔浓度表示推动力的液相,对流传质分系数，,kmol,/,（,m,2,skmol/m,3,）；,以液相组成摩尔分率表示推动力的液相,对流传质分系数，,kmol,/,（,m,2,s,）；,各液相传质分系数之间的关系：,注意：,对流传质系数,=,f,(,操作条件、流动状态、物性）,48,6.3.4.,界面上的浓度,定态传质,=,f,（,c,Ai,）,、,c,Ai,1,一般情况,2,平衡关系满足亨利定律,、,c,Ai,49,3,图解,I,（,p,Ai,，,c,Ai,）,气膜阻力,液膜阻力,操作点,O,I,（界面）,c,A,/kmol/m,3,c,A,p,A,/kPa,0,50,6.4.,对流传质,6.4,.1.,两相对流传质模型,6.4.2.,总传质速率方程,6.4.3.,传质阻力与传质速率的控制,51,5.4,.1.,两相对流传质模型,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,1,双膜模型,p,A,p,Ai,c,Ai,c,A,气相,液相,G,L,E,52,2,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,53,6.4.2.,总传质速率方程,1,吸收过程的总传质速率方程,（,1,）用气相组成表示吸收推动力,以气相分压差表示推动力的气相总传质,系数，,kmol,/,（,m,2,skPa,）；,以气相摩尔分率差表示推动力的气相,总传质系数，,kmol,/,（,m,2,s,）；,54,（,2,）用液相组成表示吸收推动力,以液相浓度差表示推动力的液相总传,质系数，,kmol/m,2,skmol/m,3,）；,以液相摩尔分率差表示推动力的液相,总传质系数，,kmol,/,（,m,2,s,）；,（,3,）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,55,（,4,）总传质系数之间的关系,56,6.4.3.,传质阻力与传质速率的控制,1,传质阻力,相间传质总阻力,=,液相,(,膜,),阻力,+,气相,(,膜,),阻力,注意,:,传质系数、传质阻力,与推动力一一对应。,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）。,H,较大易溶气体,气膜控制的特点：,.,p,AG,I,p,Ai,c,A,c,Ai,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：,H,较小难溶气体,.,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：,液膜控制：,m,小易溶气体,m,大难溶气体,60,54,吸收塔的物料衡算与操作线方程,5-4-1,、物料衡算,目的：,计算给定吸收任务下所需的吸收剂用量,L,或吸收剂出口浓度,X,1,。,混合气体通过吸收塔的过程中，可溶组分不断被吸收，故气体的总量沿塔高而变，液体也因其中不断溶入可溶组分，其量也沿塔高而变。但是，,通过塔的惰性气体量和溶剂量是不变的,。,61,以逆流操作的填料塔为例：,对稳定吸收过程，单位时间内气相在塔内被吸收的溶质,A,的量必须等于液相吸收的量。,通过对全塔,A,物质量作物料衡算，可得：,下标“1”代表塔内填料层下底截面，,下标“2”代表填料层上顶截面。,V,单位时间通过塔的惰性气体量；,kmol(B)/s,；,L,单位时间通过吸收塔的溶剂量；,kmol(S)/s,；,Y,任一截面的混合气体中溶质与惰性气体的摩尔比；,kmol(A)/kmol(B,),；,X,任一截面的溶液中溶质与溶剂的摩尔比；,kmol(A)/kmol(S,),。,V,Y,2,V,Y,1,L,X,1,L,X,2,V,Y,L,X,62,物料衡算,若,G,A,为吸收塔的传质负荷，即气体通过填料塔时，单位时间内溶质被吸收剂吸收的量,kmol/s,，,则,进塔气量,V,和组成,Y,1,是吸收任务规定的，进塔吸收剂温度和组成,X,2,一般由工艺条件所确定，出塔气体组成,Y,2,则由任务给定的吸收率,求出,V,Y,2,V,Y,1,L,X,1,L,X,2,V,Y,L,X,在填料塔内，对气体流量与液体流量一定的稳定的吸收操作，气、液组成沿塔高连续变化；,在塔的任一截面接触的气、液两相组成是相互制约的；,全塔物料衡算式就代表,L、V,一定，塔内具有最高气、液浓度的截面“1”（浓端），或具有最低气、液浓度的截面“2”（稀端）的气、液浓度关系。,63,5-4-1,、操作线方程与操作线,同理，若在任一截面与塔顶端面间作溶质,A,的物料衡算，有,V,Y,2,V,Y,1,L,X,1,L,X,2,V,Y,L,X,上两式均称为,吸收操作线方程,，代表逆流操作时塔内任一截面上的气、液两相组成,Y,和,X,之间的关系。,（,L/V,）,称为吸收塔操作的,液气比,。,若取填料层任一截面与塔的塔底端面之间的填料层为物料衡算的控制体，则所得溶质,A,的物料衡算式为,V,Y,2,V,Y,1,L,X,1,L,X,2,V,Y,L,X,64,操作线方程与操作线,当,L/V,一定，操作线方程在,Y-X,图上为以液气比,L/V,为斜率，过塔进、出口的气、液两相组成点(,Y,1,，X,1,),和(,Y,2,，X,2,),的直线，称为,吸收操作线,。,Y,X,o,Y,*,=,f(X,),A,Y,1,X,1,X,2,Y,2,B,Y,X,X,*,Y,*,P,线上任一点的坐标(,Y，X,),代表了塔内该截面上气、液两相的组成。,操作线上任一点,P,与平衡线间的垂直距离(,Y-Y,*,),为塔内该截面上以气相为基准的吸收传质推动力；与平衡线的水平距离(,X,*,-X,),为该截面上以液相为基准的吸收传质推动力。,两线间垂直距离（,Y-Y,*,）,或水平距离（,X,*,-X,）,的变化显示了吸收过程推动力沿塔高的变化规律。,Y-Y,*,X,*,-X,65,操作线方程与操作线,并流操作线方程,V,Y,1,V,Y,2,L,X,2,L,X,1,V,Y,L,X,对气、液两相,并流操作,的吸收塔，取塔内填料层任一截面与塔顶（浓端）构成的控制体作物料衡算,，,可得并流时的操作线方程，其斜率为（,-,L/V,）,。,Y,X,o,Y,*,=,f(X,),A,Y,1,X,1,X,2,Y,2,B,Y,X,X,*,Y,*,P,Y-Y,*,X,*,-X,66,542,吸收剂用量的决定,吸收剂用量,L,或液气比,L/V,在吸收塔的设计计算和塔的操作调节中是一个很重要的参数。,吸收塔的设计计算中，气体处理量,V,，,以及进、出塔组成,Y,1,、Y,2,由设计任务给定，吸收剂入塔组成,X,2,则是由工艺条件决定或设计人员选定。,可知吸收剂出塔浓度,X,1,与吸收剂用量,L,是相互制约的。,由全塔物料衡算式,选取的,L/V,，操作线斜率,，操作线与平衡线的距离,，塔内传质推动力,，完成一定分离任务所需塔高,；,L/V,，吸收剂用量,，吸收剂出塔浓度,X,1,，循环和再生费用,；,若,L/V,，吸收剂出塔浓度,X,1,，塔内传质推动力,，完成相同任务所需塔高,，设备费用,。,67,吸收剂用量的确定,不同液气比,L/V,下的操作线图直观反映了这一关系。,Y,X,o,Y,*,=,f(X,),A,Y,1,X,1,X,2,Y,2,B,L/V,Y-Y,*,A,X,1,(L/V),X,1,max,(L/,V),min,C,最小液气比(,L/,V,),min,要达到规定的分离要求，或完成必需的传质负荷量,G,A,=V,(,Y,1,-Y,2,),，L/V,的减小是有限的。,当,L/V,下降到某一值时，操作线将与平衡线相交或者相切,，,此时对应的,L/V,称为,最小液气比,，用,(,L/,V),min,表示，而对应的,X,1,则用,X,1,max,表示。,68,最小液气比,(,L/,V,),min,随,L/V,的减小，操作线与平衡线是相交还是相切取决于平衡线的形状。,Y,X,o,Y,*,=,f(X,),Y,1,X,2,Y,2,B,X,1,max,=X,1,*,(L/,V),min,C,Y,X,o,Y,*,=,f(X,),Y,1,X,2,Y,2,B,X,1,*,(L/,V),min,C,X,1,max,两线在,Y,1,处相交时,，,X,1,max,=X,1,*,；,两线在中间某个浓度处相切时,，,X,1,max,X,1,*,。,最小液气比的计算式：,69,吸收剂用量的确定,在最小液气比下操作时，在塔的某截面上（塔底或塔内）气、液两相达平衡，传质推动力为零，完成规定传质任务所需的塔高为无穷大。对一定高度的塔而言，在最小液气比下操作则不能达到分离要求。,实际液气比应在大于最小液气比的基础上，兼顾设备费用和操作费用两方面因素，按总费用最低的原则来选取。,根据生产实践经验，一般取,注意：,以上由最小液气比确定吸收剂用量是以热力学平衡为出发点的。从两相流体力学角度出发，还必须使填料表面能被液体充分润湿以保证两相均匀分散并有足够的传质面积，因此所取吸收剂用量,L,值还应不小于所选填料的最低润湿率，即单位塔截面上、单位时间内的液体流量不得小于某一最低允许值。,70,塔径的计算,V,S,=D,2,u/4,D=,（,4V,S,/u,）,1/2,V,S,操作条件下混合气体的体积流量，,m,3,/s,；,u,空塔气速，,m/s,；,计算时,以塔底气量为依据,，因塔底气量大于塔顶。,71,填料层高度的计算,一、填料层高度的基本计算式,计算填料层高度，应根据混合气体中溶质的高低而采用不同的方法。在工业生产中有很多吸收操作是从混合气体中把少量可溶组分洗涤下来，属于低浓度气体的吸收。本节重点讨论,低浓度吸收中填料层高度的计算,。,填料层高度的计算仍然离不开,物料衡算,，另外还与,传质速率方程,和,相平衡关系,有关。因为,填料层高度,z,取决于填料层体积与塔截面积（,填料层体积,/,塔截面积,），而填料层体积又取决于完成规定任务所需的总传质面积和每立方米填料所提供的气液有效接触面积（,填料体积,=,总传质面积,/,有效接触面积,/,每米,3,填料,），而,总传质面积,=,塔吸收负荷（,kmol/s,）,/,传质速率（,kmol/m,2,s,）,。塔的,吸收负荷,依据,物料衡算关系,，,传质速率依据吸收速率方程,，而吸收速率中的,推动力总是实际浓度与某种平衡浓度之差额,，因此须知相平衡关系。下面具体来分析填料层高度之计算方法。,72,此传质量也就是在,d,Z,段内溶质,A,由气相转入液相的量。因此,若,d,Z,微元段内传质速率为,N,A,，,填料提供的传质面积为,d,F,=,a,d,Z,，,则通过传质面积,d,F,溶质,A,的传递量为,对填料层中高度为,d,Z,的微分段作物料衡算可得溶质,A,在单位时间内由气相转入液相的量,d,G,A,填料层高度的基本计算式,填料塔内气、液组成,Y、X,和传质推动力,Y,（,或,X,）,均随塔高变化，故塔内各截面上的吸收速率也不相同。,V,Y,2,V,Y,1,L,X,1,L,X,2,Y,X,Z,Y+,d,Y,d,Z,X+,d,X,73,将以比摩尔分数表示的总的传质速率方程代入，则有,对上两式沿塔高积分得,在上述推导中，用相内传质速率方程替代总的传质速率方程可得形式完全相同的填料层高度,Z,的计算式。,若采用,N,A,=,k,Y,(,Y,-Y,i,),和,N,A,=,k,X,(,X,i,-X,),可得：,用其它组成表示法的传质速率方程，可推得以相应相组成表示的填料层高度,Z,的计算式。,填料层高度的基本计算式,74,低浓度气体吸收填料层高度的计算,特点：,低浓度气体吸收（,y,1,10%,）因吸收量小，由此引起的塔内温度和流动状况的改变相应也小，吸收过程可视为等温过程，传质系数,k,Y,、k,X,、K,Y,、K,X,沿塔高变化小，可取塔顶和塔底条件下的平均值。填料层高度,Z,的计算式：,对高浓度气体，若在塔内吸收的量并不大（如高浓度难溶气体吸收），吸收过程具有低浓度气体吸收的特点，也可按低浓度吸收处理。,体积传质系数：,实际应用中，常将传质系数与比表面积,a,的乘积（,K,y,a,及,K,X,a,）,作为一个完整的物理量看待，称为体积传质系数或体积吸收系数，单位为,kmol/(s.m,3,)。,体积传质系数的物理意义：,传质推动力为一个单位时，单位时间，单位体积填料层内吸收的溶质摩尔量。,75,二、传质单元数与传质单元高度,对气相总传质系数和推动力：,H,OG,气相总传质单元高度，,m；,N,OG,气相总传质单元数，无因次。,H,OL,液相总传质单元高度，,m；,N,OL,液相总传质单元数，无因次。,若令,对液相总传质系数和推动力：,若令,76,传质单元数与传质单元高度,定义传质单元高度和传质单元数来表达填料层高度,Z,，,从计算角度而言，并无简便之利，但却有利于对,Z,的计算式进行分析和理解。下面以,N,OG,和,H,OG,为例给予说明。,N,OG,中的,d,Y,表示气体通过一微分填料段的气相浓度变化，(,Y-Y,*,）,为该微分段的相际传质推动力。,如果用(,Y-Y,*,),m,表示在某一高度填料层内的传质平均推动力，且气体通过该段填料层的浓度变化(,Y,a,-Y,b,),恰好等于(,Y-Y,*,),m,，,即有,由,Z=H,OG,N,OG,可知，这段填料层的高度就等于一个气相总传质单元高度,H,OG,。,因此，可将,N,OG,看作所需填料层高度,Z,相当于多少个传质单元高度,H,OG,。,77,传质单元数与传质单元高度,传质单元数,N,OG,或,N,OL,反映吸收过程的难易程度，其大小取决于分离任务和整个填料层平均推动力大小两个方面。,N,OG,与气相或液相进、出塔的浓度，液气比以及物系的平衡关系有关，而与设备形式和设备中气、液两相的流动状况等因素无关。,在设备选型前可先计算出过程所需的,N,OG,或,N,OL,。,N,OG,或,N,OL,值大，分离任务艰巨，为避免塔过高应选用传质性能优良的填料。若,N,OG,或,N,OL,值过大，就应重新考虑所选溶剂或液气比,L/V,是否合理。,78,传质单元数与传质单元高度,总传质单元高度,H,OG,或,H,OL,则表示完成一个传质单元分离任务所需的填料层高度，代表了吸收塔传质性能的高低，主要与填料的性能和塔中气、液两相的流动状况有关。,H,OG,或,H,OL,值小，表示设备的性能高，完成相同传质单元数的吸收任务所需塔的高度小。,用传质单元高度,H,OG,、,H,OL,或传质系数,K,Y,a、K,x,a,表征设备的传质性能其实质是相同的。但随气、液流率改变,K,y,a,或,K,x,a,的值变化较大，一般流率增加，,K,Y,a,（,或,K,X,a,）,增大。,H,OG,或,H,OL,因分子分母同向变化的缘故，其变化幅度就较小。,一般吸收设备的传质单元高度在 0.151.5,m,范围内。,79,传质单元数与传质单元高度,类似地,当相平衡关系可用,Y,*,=MX,或,Y=MX+B,表示时，利用不同基准的总传质系数之间的换算关系，以及总传质系数与相内传质系数之间的关系，可导出如下关系式,气相传质单元高度,气相传质单元数,液相传质单元高度,液相传质单元数,80,三、传质单元数的计算,对于低浓度的气体吸收，用总传质单元数计算填料层高度,Z,时，可避开界面组成,y,i,和,x,i,。,若平衡线为直线或在所涉及的浓度范围内为直线段，直接积分就可得,N,OG,或,N,OL,的解析式，其求解方式主要有对数平均推动力法和吸收因子法。下面以求解,N,OG,为例。,1.,对数平均推动力法,设平衡线段方程为,逆流吸收操作线方程为,上两式相减得,取微分,81,对数平均推动力法,以气相为基准的全塔的对数平均传质推动力,上式说明了,N,OG,的含意：对低浓度气体吸收是以全塔的对数平均推动力,Y,m,作为度量单位，量衡完成分离任务（,Y,1,-Y,2,）,所需的传质单元高度的数目。若分离程度（,Y,1,-Y,2,）,大或平均推动力,Y,m,小，,N,OG,值就大，所需的填料层就高。,82,2.,吸收因子法,将操作线方程写为,代入相平衡方程,令,A=L/(MV)，,即,吸收因子,代入,N,OG,定义式并积分,83,吸收因子法,将,N,OG,表示为两个无因次数群,为了计算方便，将此式绘制成以 1/,A,为参数的曲线图,吸收因子,L/,(,MV,),是操作线斜率与平衡线斜率的比值。,A,值越大，两线相距越远，传质推动力越大，越有利于吸收过程，,N,OG,越小。,A,的倒数,(,MV,),/L,称为,解吸因子,，其值越大，对吸收越不利，由图可知，,N,OG,越大。,84,吸收因子法,若令,r,=(,Y,1,-Y,2,)/(,Y,1,-Y,2,*,),，,r,称为,相对吸收率,，为塔内实际达到的浓度变化,(,Y,1,-Y,2,),与可能达到的最大浓度变化,(,Y,1,-Y,2,*,),之比值。这样,当 1/,A,一定时，,r,值越大，则,(,Y,1,-Y,2,*,)/(,Y,2,-Y,2,*,),数值越大，,N,OG,值越大。,与对数平均推动力法相比，吸收因子法用于解决吸收操作型问题的计算较为方便。,85,3.,液相传质单元数的计算,当用（,X,*,-X,）,作传质推动力时，对平衡线为直线的情况，用完全类似的方法可导出与,N,OG,计算式并列的,N,OL,计算式,86,4.,平衡线为曲线时传质单元数的计算,当平衡线为曲线不能用较简单确切的函数式表达时，通常可采用图解积分法或数值积分法求解传质单元数。,图解积分法,图解积分法的关键在于找到若干点与积分变量,Y,相对应的被积函数的值。其步骤为,(1)在操作线和平衡线上得若干组与,Y,相应的值 1/(,Y,-,Y,*,)；,Y,X,o,Y,*,=,f(X,),A,Y,1,X,1,X,2,Y,2,B,Y,X,X,*,Y,*,P,Y-Y,*,X,*,-X,87,图解积分法,(2)在,Y,1,到,Y,2,的范围内作,Yf(Y,),曲线,；,Y,o,Y,1,Y,2,1/(,Y,-,Y,*,),(3),计算曲线下阴影面积，此面积的值即为传质单元数,N,OG,。,88,Thanks!,89,