【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 液膜阻力 ,即傳質(zhì)總阻力主要集中在氣膜層中 ,把此種吸收傳質(zhì)過(guò)程稱為“氣膜控制”，此時(shí)有 。氣膜控制傳質(zhì)過(guò)程有以下三個(gè)特點(diǎn)： ①氣膜控制時(shí) ,液相界面組成 Xi≈XA,氣膜推動(dòng)力 (YAYi)≈(YAYA＊ )； ②由于相平衡系數(shù) m很小 ,而 YA=mXA＊ ，所以較小的氣相組成 YA就能與較大的液相組成 XA＊ 相平衡 ,即吸收越容易完全； ③對(duì)于氣膜控制過(guò)程，要提高總傳質(zhì)系數(shù) K氣 ，應(yīng)加大氣相的湍流程度以降低氣膜厚度。 Kk?氣 氣 第三節(jié) 吸收速率 ,由于吸收質(zhì)的溶解度很小 ,即相平衡系數(shù) m很大 ,由 (612)附式可知 ,在 k氣 和 k液 值數(shù)量級(jí)相近的情況下 ,必然有液膜阻力大于氣膜阻力 ,即傳質(zhì)總阻力主要集中在液膜層中 ,把此種吸收傳質(zhì)過(guò)程稱為“液膜控制”，此時(shí)有 。液膜控制傳質(zhì)過(guò)程有以下三個(gè)特點(diǎn)： ①液膜控制時(shí) ,氣相界面組成 Yi≈YA,液膜推動(dòng)力 (XiXA)≈(XA＊ XA)； ②由于相平衡系數(shù) m很大，而 YA=mXA＊ ，所以較大的氣相組成 YA就能與較小的液相組成 XA＊ 相平衡 ,即吸收越不容易完全； ③對(duì)于液膜控制過(guò)程，要提高總傳質(zhì)系數(shù) K液 ，應(yīng)加大液相的湍流程度以降低液膜厚度。 ,氣、液膜阻力均不可忽略 ,若要提高過(guò)程速率 ,即要提高總傳質(zhì)系數(shù) K,應(yīng)同時(shí)加大氣、液兩相的湍流程度 ,以同時(shí)兼顧氣、液兩膜阻力的降低。 正確判別吸收過(guò)程屬于氣膜控制或液膜控制 ,將給吸收過(guò)程計(jì)算、設(shè)備選型及操作設(shè)計(jì)帶來(lái)方便。 Kk?液 液第四節(jié) 吸收 (或解吸 )過(guò)程的計(jì)算 吸收與解吸是傳質(zhì)方向相反的兩個(gè)過(guò)程 ，兩者所用的設(shè)備基本相同 ， 其計(jì)算的方法原則上相同 。 故本節(jié)將以吸收塔為例討論有關(guān)吸收的計(jì)算 。 一 、 物料衡算和操作線方程 在單組分氣體吸收過(guò)程中 ， 吸收質(zhì)在氣液兩相中的濃度沿著吸收塔高不斷的變化 ， 導(dǎo)致氣液兩相的總量也隨塔高而變化 。 但是其中通過(guò)吸收塔的惰性氣流量 V 和吸收劑流量 L可認(rèn)為不變 ， 因而在進(jìn)行吸收物料衡算時(shí)氣 、 液兩相組成用比摩爾分?jǐn)?shù) X、 Y 表示就十分方便 。 圖 66為穩(wěn)定操作狀態(tài)下 、 單組分吸收逆流接觸的填料吸收塔 ,各相關(guān)參數(shù)如圖示 。 圖 66 吸收塔的物料衡算 第四節(jié) 吸收 (或解吸 )過(guò)程的計(jì)算 現(xiàn)以單位時(shí)間全塔進(jìn)、出的溶質(zhì)量為對(duì)象有 : V(Y1Y2)＝ L(X1X2)＝ GA (613) 式中 GA為單位時(shí)間全塔被吸收的吸收質(zhì)的量 ,。 一般情況下 ,進(jìn)塔混合氣的組成 Y1與流量 V是吸收任務(wù)規(guī)定了的 ,再根據(jù)吸收操作的分離指標(biāo) 吸收率 =(Y1Y2)／ Y1,也能方便確定出氣體出塔時(shí)的濃度 Y2,如果又知道吸收劑的入塔組成 X2與流量 L,那么就可以利用式 (613)求得塔底排出的吸收液組成 X1。 當(dāng)然在已知 L、 V、 Y X1和 X2的情況下 ,也可由式 (613)計(jì)算氣體出塔濃度 Y2,從而進(jìn)一步求算吸收率 ,判斷吸收過(guò)程是否已達(dá)分離要求 。 ?第四節(jié) 吸收 (或解吸 )過(guò)程的計(jì)算 在逆流操作的填料塔內(nèi) ， 氣體自下而上 ， 其組成由 逐漸降至 ， 液體自上而下 ， 其組成由 逐漸升至 。 那么 ，填料層中各個(gè)截面上的氣 、 液濃度 與 之間的變化關(guān)系 ，需在填料層中的任一截面與塔的任一端面之間作物料衡算 。 在圖 66所示的塔內(nèi)任取 mn截面與塔底 （ 圖示虛線范圍 ） 作溶質(zhì)的物料衡算 ， 得： 整理，得 （ 614） 1Y2Y 2X 1XY X11VY L X VY L X? ? ?11LLY X Y XVV??? ? ?????第四節(jié) 吸收 (或解吸 )過(guò)程的計(jì)算 式 (614)表示吸收塔任一截面上 ,氣 、液兩相中吸收質(zhì)的濃度 Y與 X間關(guān)系式 ,稱為 吸收塔的操作線方程式 。 該式在XY標(biāo)坐圖上為一條直線 ,稱為 吸收操作線 ,見(jiàn)圖 67中的直線 AB。 該線的斜率為 L/V,稱為液氣比 ,端點(diǎn) B(X1,Y1)及A(X2,Y2)分別表示塔底濃端及塔頂稀端濃度 ,線上任一點(diǎn) (X,Y)則表示塔中相應(yīng)截面上液氣濃度 。 在進(jìn)行吸收操作時(shí) ,塔內(nèi)任一截面上溶質(zhì)在氣相中的實(shí)際組成總是高于其平衡組成 ,所以操作線總是位于平衡線的上方。反之 ,如果操作線位于平衡線的下方 ,則應(yīng)進(jìn)行解吸過(guò)程。 圖 67 逆流吸收的操作線 第四節(jié) 吸收 (或解吸 )過(guò)程的計(jì)算 二 、 吸收劑消耗量 由逆流吸收塔的全塔物料衡算可知 （ 615） 在 V、 Y Y2和 X2 已知的情況下 ， 吸收塔操作線的一個(gè)端點(diǎn) A（ X2,Y2） 已經(jīng)固定 ， 另一個(gè)端點(diǎn) B則在 Y=Y1的水平線上移動(dòng) ， 點(diǎn) B的橫坐標(biāo)取決于操作線的斜率 L/V， 如圖68所示 。 操作線的斜率稱為液氣比 ， 是吸收劑與惰性氣體摩爾流量的比 ， 即處理含單位千摩爾惰性氣的原料氣所需用的純吸收劑耗用量大小 。 液氣比對(duì)吸收設(shè)備尺寸和操作費(fèi)用有直接的影響 。 現(xiàn)討論如下： 1212YYLV X X???第四節(jié) 吸收 (或解吸 )過(guò)程的計(jì)算 （ 1） 當(dāng)吸收劑用量增大 ， 即操作線的斜率增大 ， 則操作線向遠(yuǎn)離平衡線方向偏移 ， 如圖 68(a)中 AC線所示 ， 此時(shí)操作線與平衡線間的距離增大 ， 即各截面上吸收推動(dòng)力（ ） 增大 。 此時(shí) ， 假若在單位時(shí)間內(nèi)吸收同樣數(shù)量的溶質(zhì)時(shí) ， 設(shè)備尺寸就可以減小 ， 設(shè)備費(fèi)用就能降低；但是 ， 吸收劑消耗量的增加 ，不僅會(huì)導(dǎo)致出塔液體中溶質(zhì)含量降低 ， 而且使吸收劑再生所需的設(shè)備費(fèi)和操作費(fèi)均增大 。 YY??圖 68 吸收塔的最小液氣比 第四節(jié) 吸收 (或解吸 )過(guò)程的計(jì)算 （ 2）相反，若減少吸收劑用量，即操作線的斜率減小 ,操作線向平衡線靠近，傳質(zhì)推動(dòng)力（ ）必然減小，所需吸收設(shè)備尺寸增大，設(shè)備費(fèi)用將會(huì)增大。但是 ,由于吸收劑消耗量的減小 ,出塔液體中溶質(zhì)含量 X1必將增大 ,從而使吸收劑再生所需的設(shè)備費(fèi)和操作費(fèi)都將降低。 （ 3）當(dāng)吸收劑用量減小到使操作線與平衡線相交或相切 ,如圖 68中 AD線所示 ,此時(shí)吸收劑用量稱為 最小用量 ,用 Lmin表示；所對(duì)應(yīng)的 L／ V稱為最小液氣比 ,用 (L／ V)min表示；所對(duì)應(yīng)的吸收液出吸收塔濃度 X1稱為最大出塔濃度 ,用 X1max表示 ,且 X1max=X1※ =Y1/m。但與此同時(shí) ,由于在交點(diǎn)處相遇的氣液兩相組成已相互平衡 ,那么傳質(zhì)過(guò)程的推動(dòng)力將為零 (Y=Y1※ ),因而達(dá)到此狀態(tài)所需的傳質(zhì)面積將為無(wú)限大 (塔為無(wú)限高 )。 YY??第四節(jié) 吸收 (或解吸 )過(guò)程的計(jì)算 可見(jiàn) ,對(duì)于一定的吸收任務(wù) ,吸收劑的用量存在著一個(gè)最低極限 ,若實(shí)際液氣比小于最小液氣比時(shí) ,便不能達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的分離要求 。 在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中 ， 吸收劑用量的大小總是從設(shè)備費(fèi)與操作費(fèi)兩方面影響到生產(chǎn)過(guò)程的經(jīng)濟(jì)效益為前提 ， 選擇一個(gè)適宜的液氣比 ， 使兩項(xiàng)費(fèi)用之和最小 。 根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn) ，一般情況下取操作液氣比為最小液氣比的 ～ 適宜 。 即： (616) 必須指出 ,為了保證填料表面能被液體充分潤(rùn)濕 ， 還應(yīng)考慮到單位時(shí)間每平方米塔截面上流下的液體量 （ 稱為噴淋密度 ） 不得小于某一最低允許值 。 如果按式 (616)算出的吸收劑用量不能滿足充分潤(rùn)濕填料的起碼要求 ， 則應(yīng)采用更大的液氣比 。 m in( 1 .1 ~ 2 .0 )LLVV? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ?適 宜第四節(jié) 吸收 (或解吸 )過(guò)程的計(jì)算 最小液氣比可用圖解法或計(jì)算法求出： :一般情況下 ,平衡線如圖 86（ a） 所示的曲線 ， 則由圖讀出與 Y1相平衡的 的數(shù)值后 ， 用下式計(jì)算最小液氣比： （ 617） 如果平衡線為圖 86(b)所示的曲線 ,則應(yīng)過(guò) D點(diǎn)作平衡曲線的切線 ,由圖讀出 D點(diǎn)的橫坐標(biāo) 的數(shù)值 ,代入式 (617)計(jì)算最小液氣比 。 :若平衡線為直線并可表示為 時(shí) ， 則式 (617)可表示為 : (618) 121m in2YYLYV Xm??? ????? ?12m in 12YYLV X X???? ??????1X?1X?Y mX? ?第四節(jié) 吸收 (或解吸 )過(guò)程的計(jì)算 例題 在一填料塔中 ,用洗油逆流吸收混合氣體中的苯。已知混合氣體的流量為 1600m3／ h,進(jìn)塔氣體中含苯 (摩爾分?jǐn)?shù) ,下同 )，要求吸收率為 90％ ,操作溫度為 250C,操作壓強(qiáng)為 ,相平衡關(guān)系為 Y※=26X，操作液氣比為最小液氣比的 。試求下列兩種情況下的吸收劑用量及出塔洗油中苯的含量：①洗油進(jìn)塔濃度 x2=；②洗油進(jìn)塔濃度 x2=0。 解 先確定混合氣中惰性氣體量和吸收質(zhì)的比摩爾分?jǐn)?shù) , =， Y2= Y1(1 )= ()=， = ① 洗油進(jìn)塔濃度 X2=,由于氣液平衡關(guān)系為直線 ,由 (618)式有 ,實(shí)際液氣比 (L/V)實(shí) = = L實(shí) == =2046 kmol／ h 出塔洗油中苯的含量 X1由式 (615)有： ② 當(dāng)洗油進(jìn)塔濃度 x2=0,則 X2=0, 則由 (618)式同理有： ,實(shí)際液氣比 (L/V)實(shí) = = L實(shí) ==1890 kmol／ h，出塔時(shí) 1 6 0 0 2 7 3 ( 1 0 . 0 5 ) 6 2 . 2 /2 2 . 4 2 7 3 2 5V k m o l h惰 氣= 創(chuàng) =+1111yY y= ? 2220 .0 0 0 1 51 1 0 .0 0 0 1 5xX x==12m in1 2 6 26( ) 6 1526YYLYV Xm = = =31212() 10V Y YXXL ==+1 2 1 2m in112( ) 26 = Y Y YL mYYVXmmj= = = = ?31212() 1 .5 6 1 0V Y YXXL= + = ?第四節(jié) 吸收 (或解吸 )過(guò)程的計(jì)算 三、吸收推動(dòng)力的求算 吸收塔內(nèi)的液氣比和操作線確定后 ,就可以利用操作線和平衡線求吸收推動(dòng)力。由前述討論可知 (見(jiàn)圖 67),吸收塔內(nèi)任一截面處氣液兩相間傳質(zhì)推動(dòng)力是由操作線和平衡線相對(duì)位置 (即二者垂直或水平距離 )決定的。