[物理]2011 sjh 第八章 气体吸收.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * 所以填料层高度的计算将涉及到物料衡算、传质速率与相平衡三种关系式的应用 只适合于描述稳态操作的吸收塔内任一横截面上的速率关系，而不能直接用来描述全塔的吸收速率。塔内各界面上的吸收速率并不相同。 但是： ho dz z y+dy V x+dx L V,y V,ya L,x L,xa V,yb L,xb A（气液接触面积）难于测定 另外： 为此考虑： 微元填料层高度 dZ 微元体积ΩdZ 相界面面积aΩdZ 气相传入到液相的溶质量为NAaΩdZ 单位塔截面的溶质量为NAaΩdZ 物料衡算 积分 Z * 此传质量也就是在 dZ 段内溶质 A 由气相转入液相的量。因此 若 dZ 微元段内传质速率为NA，填料提供的传质面积为 dF=a?dZ，则通过传质面积 dF 溶质 A 的传递量为 对填料层中高度为 dZ 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 dGA 1 填料层高度的基本计算式 V, Y2 V, Y1 L, X1 L, X2 Y X Z Y+dY dZ X+dX * 将以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，用膜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 NA=kY(Y-Yi) 和 NA=kX(Xi - X) 可得： 1 填料层高度的基本计算式 * 低浓度气体吸收填料层高度的计算 特点：低浓度气体吸收（y110%），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 kY、kX 、KY、KX 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（KYa 及 KXa）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.m3) 。 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。 * 2 传质单元数与传质单元高度 对气相总传质系数和推动力： HOG —— 气相总传质单元高度，m； NOG —— 气相总传质单元数，无因次。 HOL —— 液相总传质单元高度，m； NOL —— 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 * 2 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NOG 和 HOG 为例给予说明。 NOG 中的 dY 表示气体通过一微分填料段的气相浓度变化，(Y-Y*）为该微分段的总传质推动力。 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 (Ya-Yb) 恰好等于 (Y-Y*)m，即有 ： 由 Z=HOGNOG 可知，这段填料层的高度就等于一个气相总传质单元高度HOG。 因此，可将 NOG 看作所需填料层高度 Z 相当于多少个传质单元高度 HOG。 * 2 传质单元数与传质单元高度 传质单元数 NOG 或 NOL 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。 NOG 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 NOG 或 NOL。NOG 或 NOL 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 NOG 或 NOL 值过大，就应重新考虑所选溶剂或液气比 L/V 是否合理。 * 2 传质单元数与传质单元高度 总传质单元高度 HOG 或 HOL 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。 HOG 或 HOL 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 HOG、HOL 或传质系数 KYa、Kxa 表征设备的传质性能其实质是相同的。但随气、液流率改变 Kya 或 Kxa 的值变化较大，一般流率增加，KYa（或KXa）增大。HOG 或 HOL 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 0.15~1.5m 范围内。 * 3 传质单元数的计算 其求解方式主要有脱吸因数法和对数