【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 可看出，在逆流穩(wěn)定吸收操作中，任一截面上的氣液組成之間成一一對(duì)應(yīng)的直線關(guān)系，直線的斜率，截距。塔頂?shù)慕M成為，塔底的組成為，所以此直線通過(guò)點(diǎn)和點(diǎn)。所以分別以為橫、縱坐標(biāo)時(shí)，操作線為一條直線，其端點(diǎn)為兩點(diǎn)，線段中任一點(diǎn)表示的是塔內(nèi)任一截面上氣、液相的組成和。點(diǎn)的氣、液組成都較高，稱為“濃端”，點(diǎn)的氣、液組成都較低，稱為“稀端”。并流時(shí)，也可得到相應(yīng)的一條直線操作線，其方程式為：從操作線方程的推導(dǎo)可看出，操作線方程僅為物料衡算的結(jié)果，與系統(tǒng)平衡關(guān)系、系統(tǒng)參數(shù)（溫度、壓力等）、設(shè)備尺寸結(jié)構(gòu)均無(wú)關(guān)。另外，在吸收時(shí)，塔內(nèi)任一截面上，氣相的濃度總是高于液相的平衡濃度的，所以操作線永遠(yuǎn)位于平衡線的上方，極限情況是操作線與平衡線交于一點(diǎn)后停止，而脫吸時(shí)正好相反，操作線位于平衡線的下方。特別在低濃度吸收時(shí)，由于氣、液兩相中所占的分率較小，可認(rèn)為在全塔范圍內(nèi)近似為常數(shù)，所以逆流時(shí)操作線方程可寫成：并流時(shí) 由于很多情況下，吸收可近似為低濃度吸收，所以上面兩式更常用一些。3 吸收劑（溶劑）的用量或以低濃度的逆流吸收操作為例介紹：操作線方程為。操作線的斜率為，稱為液氣比，根據(jù)一般的設(shè)計(jì)任務(wù)，給出，所以可知操作線過(guò)點(diǎn)，另一端點(diǎn)在的軌道上運(yùn)動(dòng)。為了降低操作費(fèi)用，我們希望在以上參數(shù)確定后，溶劑用量越小越好，即希望操作線的斜率盡可能小，即希望操作線盡可能繞點(diǎn)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。但為進(jìn)行吸收的操作，操作線必須位于平衡線的上方，所以操作線極限位置是與平衡線交于一點(diǎn)。當(dāng)平衡線為規(guī)則曲線或直線時(shí)，交點(diǎn)一定位于線上，所以此點(diǎn)的坐標(biāo)為，此時(shí)溶劑的用量最小，對(duì)應(yīng)的稱為最小溶劑用量，對(duì)應(yīng)的操作費(fèi)用最少；但同時(shí)，此點(diǎn)的傳質(zhì)推動(dòng)力趨近于，所以傳質(zhì)速率也趨近于，要完成相應(yīng)的傳質(zhì)任務(wù)則需無(wú)窮大的傳質(zhì)面積，即所需的填料層高度趨近于無(wú)窮，設(shè)備費(fèi)用趨近于無(wú)窮大。所以，當(dāng)增大時(shí)，操作費(fèi)用增大，但傳質(zhì)推動(dòng)力增大，設(shè)備費(fèi)用降低；而減少時(shí)，操作費(fèi)用減少，但傳質(zhì)推動(dòng)力減少，設(shè)備費(fèi)用增加。選擇一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的溶劑用量，盡可能使總費(fèi)用最小化，設(shè)計(jì)時(shí)，一般選擇，或。其中或 在亨利體系中，而在非亨利體系中，則需用圖解法求。當(dāng)平衡線不為規(guī)則曲線，有一個(gè)或多個(gè)突起的拐點(diǎn)時(shí)，交點(diǎn)若仍在點(diǎn)，可逆使操作線的一部分位于平衡線的下方，這是操作中不可能實(shí)現(xiàn)的，此時(shí)的或的求取方法是過(guò)點(diǎn)作平衡線的切線，切線對(duì)應(yīng)的斜率為。另外在使用填料塔作傳質(zhì)設(shè)備時(shí)，的值還應(yīng)保證填料表面能被充分地潤(rùn)濕，所以還需對(duì)（或噴淋密度）進(jìn)行校核，而板式塔設(shè)計(jì)時(shí)則不用。1. 過(guò)程的簡(jiǎn)化當(dāng)氣體混合物中溶質(zhì)的濃度小于時(shí)，可認(rèn)為吸收是低濃度吸收。此時(shí)可假定：⑴ 在全塔范圍內(nèi)，氣、液流量是常數(shù)，變化不大。⑵ 溶解熱效應(yīng)可忽略不計(jì)，所以可認(rèn)為是等溫吸收，物體的物性常數(shù)可視為不變。⑶ 因?yàn)楹蜏囟瓤梢暈椴蛔?，所以全塔?nèi)傳質(zhì)系數(shù)可視為不變。⑷ 平衡關(guān)系可用或近似用亨利定律來(lái)表示。過(guò)程簡(jiǎn)化后，計(jì)算方法如下：對(duì)過(guò)程作物料和熱量的衡算—→列出傳質(zhì)速率方程—→求算設(shè)備相關(guān)尺寸。其中等溫操作時(shí)，熱量的衡算可不作。2. 物料衡算微分方程設(shè)塔截面為，單位體積填料層所提供的有效傳質(zhì)表面積為，氣、液流量分別為。在填料塔內(nèi)任取一段微元高度，則此段中兩相的傳質(zhì)有效表面積為。設(shè)傳質(zhì)速率為，穩(wěn)定傳質(zhì)時(shí)，為常數(shù)，所以有：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，微元段中溶質(zhì)的傳遞量 ；單位時(shí)間內(nèi)，氣體中溶質(zhì)遷出的量 ；單位時(shí)間內(nèi)，液體中溶質(zhì)遷入的量 ；三者在數(shù)值上是相等的，所以有：即：其中，代入上式，可得：及 而后，在全塔范圍內(nèi)積分，可得出填料層高度，的上下限分別為；的上下限分別為；的上下限分別為。填料層高度=所需填料體積/塔截面積，其中，所需填料體積取決于完成規(guī)定任務(wù)所需的總傳質(zhì)面積和單位體積填料能提供的有效傳質(zhì)面積，這涉及到物料衡算、相平衡和傳質(zhì)速率三方面的應(yīng)用。3. 物料衡算積分式將以上四式變量分離后，代入積分，根據(jù)假設(shè)，G、L、K、k為常數(shù)，所以有：其中，可看作一個(gè)整體，稱為體積傳質(zhì)系數(shù)，測(cè)定時(shí)作為一個(gè)物理量來(lái)對(duì)待。，氣相的總傳質(zhì)單元高度；，氣相的分傳質(zhì)單元高度；，稱為液相的總傳質(zhì)單元高度；，稱為液相分傳質(zhì)單元高度。表示過(guò)程條件所決定的某種單元高度，它與設(shè)備形式、操作條件等有關(guān)，數(shù)值上等于完成一個(gè)傳質(zhì)單元所需的填料層高度，反映出設(shè)備性能的高低，傳質(zhì)阻力的大小，填料性能優(yōu)劣及潤(rùn)濕情況等，可作為設(shè)備是否需改善的依據(jù)。若傳質(zhì)阻力大或填料性能差（?。?，會(huì)使增大，~，具體值由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。通常隨著流量或的增大而增大，所以氣、液流量增大會(huì)使降低。，傳質(zhì)單元數(shù)，無(wú)因次，代表的倍數(shù)。傳質(zhì)單元數(shù)僅與物質(zhì)相平衡關(guān)系及氣液進(jìn)、出口濃度有關(guān)，而與設(shè)備形式和操作條件無(wú)關(guān)，所以在選擇設(shè)備之前即可計(jì)算出的值來(lái)，它反映出分離任務(wù)的難易程度，過(guò)高，說(shuō)明溶劑性能差，需另選溶劑種類，或說(shuō)明分離要求過(guò)高，所以可起到預(yù)警的作用，可溶劑種類和的選擇是否合理。，則表示這段填料層中，濃度的變化=此段內(nèi)的平均推動(dòng)力。5. 傳質(zhì)單元數(shù)的求解從上式可看出，傳質(zhì)單元高度的求取是比較容易的，填料層高度計(jì)算的難點(diǎn)在于傳質(zhì)單元數(shù)的求解，下面以的計(jì)算為例介紹傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算。⑴ 解析法（數(shù)學(xué)計(jì)算法）① 對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法當(dāng)平衡線為直線，或在計(jì)算范圍內(nèi)成直線時(shí)，可用此法。此時(shí)，推動(dòng)力用表示，必須找出隨變化的規(guī)律來(lái)。，當(dāng)平衡線為直線時(shí)，隨也成線性地變化（因?yàn)?，根?jù)平衡關(guān)系，與成直線關(guān)系；根據(jù)操作關(guān)系，與也成直線關(guān)系；所以與成直線關(guān)系；所以隨也成線性地變化，所以常數(shù)。在吸收塔濃端，在吸收塔稀端 令 （對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力） 同理，可推導(dǎo)出其它三種形式： 當(dāng)已知時(shí)，就用此法計(jì)算。② 吸收因數(shù)法又（平衡線是過(guò)原點(diǎn)的直線）操作線與平衡線斜率之比，吸收因數(shù) 脫吸因數(shù)可見：與對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法相比，吸收因數(shù)法減少了變量數(shù)，在不知道大小的情況下也可求出的值，適于解決操作型問(wèn)題。從上式還可看出，越大，說(shuō)明平衡線與操作線間的距離越大，傳質(zhì)推動(dòng)力越大，在相等的情況下，增大會(huì)使下降，有利于吸收操作，故而得名。反映出溶質(zhì)吸收率的高低，降低，其值升高，要求吸收率增大，升高。將三者的關(guān)系繪成圖，如書：p39：圖9—13，工程計(jì)算時(shí)，常用查圖的方法代替計(jì)算，雖然精確度有所降低，但快捷方便。注意：Ⅰ.當(dāng)平衡線不過(guò)原點(diǎn)時(shí)，設(shè)y*=mx+b，則代入直接計(jì)算，可得Ⅱ.若m= L/G，即操作線‖平衡線時(shí)，S=A=1，此時(shí)NOG只能用求極限的方法來(lái)求取，此時(shí)全塔各截面上△y相同，所以NOG= (yb—ya)/(△y)a。Ⅲ.S＜1或A＞1時(shí)，操作線斜率＞平衡線斜率，塔頂處推動(dòng)力較小，ya較小，吸收較完全，有利于吸收；S＞1或A＜1時(shí)，操作線斜率＜平衡線斜率，塔底處推動(dòng)力較小，xb較大，可獲得較高濃度的吸收液，相應(yīng)要求用較少的L。Ⅳ.S＜1 時(shí)，若兩線有交點(diǎn)，應(yīng)在塔的頂部；S＞1或A＜1時(shí)，若兩線有交點(diǎn)，應(yīng)在塔的底部。Ⅴ.降低S，一般需增大液氣比L/G，吸收率增大，ya減小，但操作費(fèi)用增加；增大S，則可降低溶劑用量L，xb增大，但ya也增大，設(shè)備費(fèi)用增大。所以S的選取也是個(gè)經(jīng)濟(jì)衡算的結(jié)果，一般取S=~。⑵ 圖解積