第八章 吸收2(课件）-《化工单元操作》同步教学（化学工业出版)

第八章 吸收 第一节 吸收过程的计算 一、吸收塔的物料衡算和操作线方程 全塔物料衡算 在单组分气体吸收过程中，吸收质在气液两相中的浓度沿着吸收塔高不断的变化， 导致气液两相的总量也随塔高而变化。由于通过吸收塔的惰性气量和吸收剂量可认为不变， 因而在进行吸收物料衡算时气、液两相组成用比摩尔分数表示就十分方便。 图8-4为稳定操作状态下、单组分吸收逆流接触的填料吸收塔。图中符号如下： ——通过吸收塔的惰性气体量，kmol/s； ——通过吸收塔的吸收剂量，kmol/s； 、 ——进塔、出塔气体中溶质 的比摩尔分数 、 ——出塔、进塔溶液中溶质 的比摩尔分数。 （注意：本章中塔底截面一律以下标“1”代表， 塔顶截面 一律以下标“2”代表） 对单位时间内进、出吸收塔的溶质量作物料衡算， 可得下式： 整理，得 式中 为单位时间内全塔吸收的吸收质的量，单位与 、 一致。 一般情况下，进塔混合气的组成与流量是吸收任务规定了的，如果吸收剂的组成与流量 已经确定，则 、 、 及 皆为已知数。又根据吸收操作的分离指标吸收率 ， 可以得知气体出塔时的浓度 ： 式中 ，表示气相中溶质被吸收的百分率，称为吸收率。 2．操作线方程与操作线 在逆流操作的填料塔内，气体自下而上，其组成由 逐渐变至 ，液体自上而下，其 组成由 逐渐变至 。那么，填料层中各个截面上的气、液浓度 与 之间的变化 关系，需在填料层中的任一截面与塔的任一端面之间作物料衡算。 在图8-4所示的塔内任取 - 截面与塔底（图示虚线范围）作溶质的物料衡算，得： 整理，得 上式称为吸收塔的操作线方程， 式中 —— - 截面上气相中溶质的比摩尔分数； —— - 截面上液相中溶质的比摩尔分数。 它表明塔内任一截面上的气相组成 与液相 组成 之间成直线关系，直线的斜率为 ， 且此直线通过 （ ， ）及 （ ， ）两点。 标绘在图8-5中的直线 ，即为操作线。 图8-5逆流吸收的操作线 操作线上任何一点，代表着塔内相应截面上的液、 气组成，端点 代表塔顶稀端，端点 代表塔底浓端。 应指出，操作线方程式及操作线都是由物料衡算得来的， 与系统的平衡关系、操作温度和压力、 塔的结构型式等无关。 在进行吸收操作时，塔内任一截面上溶质在气相中的实际组成总是高于其平衡组成， 所以操作线总是位于平衡线的上方。反之，如果操作线位于平衡线的下方，则 应进行解吸过程。 由图8-5可知吸收塔内任一截面处气液两相间的传质推动力是由操作线和平衡线 的相对位置决定的。操作线上任一点的坐标代表塔内某一截面处气、液两相的组成 衡线之间的垂直距离即为该截面上以气相比摩尔分数表示的吸收 ）； 与平衡线之间的水平距离则表示该截面上以液相比摩尔分数 （ ）。 状态，该点与平 动力（ 总推 表示的吸收总推动力 在操作线上 至 点范围内， 之间垂直距离（或水平距离）的变化情况，可以看出整个吸收过程中推动力的变化。 由操作线与平衡线 显然，操作线与平衡线之间的距离越远，则传质推动力越大。 二、吸收剂消耗量 1．吸收剂的单位耗用量 由逆流吸收塔的物料衡算可知 率 ，如图8-6所示。 在 、 、 、 已知的情况下，吸收塔操作线的一个端点 （ 、 ） 已经 固定，另一个端点 则在 的水平线上移动，点 的横坐标取决于操作线的斜 图8-6吸收塔的最小液气比 操作线的斜率称为液气比 ，是吸收剂与惰性气体摩尔流量的比，即处理含单 位千摩尔惰性气的原料气所用的纯吸收剂耗用量大小。液气比对吸收设备尺寸和操作 费用有直接的影响。 当吸收剂用量增大，即操作线的斜率 增大，则操作线向远离平衡线方向偏移， 如图8-6中AC线所示，此时操作线与平衡线间的距离增大，即各截面上吸收推动力 （ ）增大。 若在单位时间内吸收同样数量的溶质时，设备尺寸可以减小，设 备费用降低；但是，吸收剂消耗量增加，出塔液体中溶质含量降低，吸收剂再生所需 的设备费和操作费均增大。 若减少吸收剂用量， 减小，操作线向平衡线靠近，传质推动力（ ） 必然减小，所需吸收设备尺寸增大，设备费用增大。当吸收剂用量减小到使操作线的一 个端点与平衡线相交，如图8-6中AD线所示，在交点处相遇的气液两相组成已相互平衡， 此时传质过程的推动力为零，因而达到此平衡所需的传质面积为无限大（塔为无限高）。 这种极限情况下的吸收剂用量称为最小吸收剂用量，用 表示，相应的液气比称为 最小液气比，用 表示。 显然，对于一定的吸收任务，吸收剂的用量存在着一个