西北大学：《化工原理》课程教学资源（课件讲稿）第八章 气体吸收 第五节 低浓度气体吸收

西北大学化工原理 第五节 低浓度气体吸收 一、过程的数学描述 ⎪⎪⎩ ⎪⎪⎨⎧ 吸收过程的速率式 相平衡关系 热量衡算 物料衡算 基本方法：

西北大学化工原理 第五节 低浓度气体吸收 一、过程的数学描述 ⎪⎪⎩ ⎪⎪⎨⎧ 吸收过程的速率式 相平衡关系 热量衡算 物料衡算 基本方法：

西北大学化工原理 1、低浓度气体吸收的特点 y1＜5～10％ 制作 人赵 彬侠 西北 大学 x1 L X2 y2 y1 G

西北大学化工原理 1、低浓度气体吸收的特点 y1＜5～10％ 制作 人赵 彬侠 西北 大学 x1 L X2 y2 y1 G

西北大学化工原理 1）G、L为常量； 2）吸收过程是等温的；实际吸收时，溶质在溶解过程 中，由于溶解热的存在，液体的温度会升高，但由 于溶质浓度低，液温升高并不显著，所以可以认为 吸收是在等温条件下进行的，所以对低浓度气体吸 收可不作热量衡算; 3)传质系数K为常量，K=f（物性，设备，操作条件） ，在设备一定的条件下，前面假定了T不变，即物性 不变，还假定了G.L不变，即流动状况不变，所以传 质分系数kx, ky在全塔内可以认为为常数

西北大学化工原理 1）G、L为常量； 2）吸收过程是等温的；实际吸收时，溶质在溶解过程 中，由于溶解热的存在，液体的温度会升高，但由 于溶质浓度低，液温升高并不显著，所以可以认为 吸收是在等温条件下进行的，所以对低浓度气体吸 收可不作热量衡算; 3)传质系数K为常量，K=f（物性，设备，操作条件） ，在设备一定的条件下，前面假定了T不变，即物性 不变，还假定了G.L不变，即流动状况不变，所以传 质分系数kx, ky在全塔内可以认为为常数

西北大学化工原理 2、物料衡算微分方程式 制作 人赵 彬侠 西北 大学 吸收塔 x1 L X2 y2 y1 G h h+dh y x y+dy x+dx 以微元塔段为控制体作物料衡算，忽略 控制体两断面轴向的分子扩散，气体中 组分A减少的量=被传递到液相中的量， aAdhNGdyA adhNGdy − = A ⇒ − = A a—单位容积内具有的有效吸收表面（m2/m3） aAdh—微元体内的有效吸收表面 AaAdhN —单位时间内在此微元塔段内容质的传递量

西北大学化工原理 2、物料衡算微分方程式 制作 人赵 彬侠 西北 大学 吸收塔 x1 L X2 y2 y1 G h h+dh y x y+dy x+dx 以微元塔段为控制体作物料衡算，忽略 控制体两断面轴向的分子扩散，气体中 组分A减少的量=被传递到液相中的量， aAdhNGdyA adhNGdy − = A ⇒ − = A a—单位容积内具有的有效吸收表面（m2/m3） aAdh—微元体内的有效吸收表面 AaAdhN —单位时间内在此微元塔段内容质的传递量

西北大学化工原理 对液相 adhNLdx = A 3、相际传质速率方程式 ( )( ) ( ) ()dhxxKxaLdxdhyyKyaGdy adhNGdy adhNLdx yyKN xxKN e e A A yA e exA −=− −= =− = = − )( = − )( 4、全塔物料衡算式 对两相 = LdxGdy )()( 21 21 − = − xxLyyG

西北大学化工原理 对液相 adhNLdx = A 3、相际传质速率方程式 ( )( ) ( ) ()dhxxKxaLdxdhyyKyaGdy adhNGdy adhNLdx yyKN xxKN e e A A yA e exA −=− −= =− = = − )( = − )( 4、全塔物料衡算式 对两相 = LdxGdy )()( 21 21 − = − xxLyyG

西北大学化工原理 对低浓度吸收，L、G以及kx、ky都是常数，如果在吸收 操作范围之内平衡线斜率m变化不大，则总传质系数Kx 、Ky亦沿塔高保持不变，那么，上两式积分可得 ∫ − = 12yy e yy dy Kya G H ∫ − = 12xx e xx dx Kxa L H 上两式为低浓度气体吸收过程的基本方程式

西北大学化工原理 对低浓度吸收，L、G以及kx、ky都是常数，如果在吸收 操作范围之内平衡线斜率m变化不大，则总传质系数Kx 、Ky亦沿塔高保持不变，那么，上两式积分可得 ∫ − = 12yy e yy dy Kya G H ∫ − = 12xx e xx dx Kxa L H 上两式为低浓度气体吸收过程的基本方程式

西北大学化工原理 5、传质单元数与传质单元高度 aK L or H aK G H xx dx Nor yy dy N x OL y OG x x e OL y y e OG = = − = − = ∫ ∫ 12 12 OG OG HNHorHNH OLOL = ⋅ = ⋅ NOG—（y-ye）为推动力的传质单元数 NOL—(xe-x)为推动力的传质单元数 NOG、NOL都是无因次量 HOG、HOL—传质单元高度，具有长度因次，单位为m

西北大学化工原理 5、传质单元数与传质单元高度 aK L or H aK G H xx dx Nor yy dy N x OL y OG x x e OL y y e OG = = − = − = ∫ ∫ 12 12 OG OG HNHorHNH OLOL = ⋅ = ⋅ NOG—（y-ye）为推动力的传质单元数 NOL—(xe-x)为推动力的传质单元数 NOG、NOL都是无因次量 HOG、HOL—传质单元高度，具有长度因次，单位为m

西北大学化工原理 NOG和NOL只与物系的相平衡以及进出口浓度y1、y2有关， 它反映了分离的难易程度，若NOG或NOL太大，表明难分离 （吸收剂性能差，或分离要求太多）若NOG或NOL小，表示 容易分离（吸收剂性能好或分离的要求低）。 HOG、HOL与设备的型式及操作状态有关，反映了操作状态 及设备的传质速率，表示完成一传质单元所需要的塔 高 。 Kya∝G (Kxa∝L)随G的变化不太大，HOG 的变化范围为0.15～1.5m，具体的需由实验测定。 aK G y

西北大学化工原理 NOG和NOL只与物系的相平衡以及进出口浓度y1、y2有关， 它反映了分离的难易程度，若NOG或NOL太大，表明难分离 （吸收剂性能差，或分离要求太多）若NOG或NOL小，表示 容易分离（吸收剂性能好或分离的要求低）。 HOG、HOL与设备的型式及操作状态有关，反映了操作状态 及设备的传质速率，表示完成一传质单元所需要的塔 高 。 Kya∝G (Kxa∝L)随G的变化不太大，HOG 的变化范围为0.15～1.5m，具体的需由实验测定。 aK G y

西北大学化工原理 由于NA有不同的表达形式，H塔高由不同的表达形式，见下表： ⎪⎪⎩ ⎪⎪⎨⎧ − = − = ∫ ∫ 1 2 1 2 x x y y xxe dx NOL yey dy NOG ( ) ( ) ⎩⎨⎧ −− xxx yye e 与与y 要积分 需要找出

西北大学化工原理 由于NA有不同的表达形式，H塔高由不同的表达形式，见下表： ⎪⎪⎩ ⎪⎪⎨⎧ − = − = ∫ ∫ 1 2 1 2 x x y y xxe dx NOL yey dy NOG ( ) ( ) ⎩⎨⎧ −− xxx yye e 与与y 要积分 需要找出

西北大学化工原理 二、传质单元数的计算法 1、操作线与推动力的变化规律 y 制作 人赵 彬侠 西北 大学x G，y1 y2 x2 （1）逆流吸收 x1 ( ) 22 2 2 yxx G L y LxGyLxGy +−= + = + 上式在（x,y）坐标图上为一直线，用 线段AB表示，称该线为吸收操作线，操 作线两端点坐标（y1,x1）和(y2,x2)

西北大学化工原理 二、传质单元数的计算法 1、操作线与推动力的变化规律 y 制作 人赵 彬侠 西北 大学x G，y1 y2 x2 （1）逆流吸收 x1 ( ) 22 2 2 yxx G L y LxGyLxGy +−= + = + 上式在（x,y）坐标图上为一直线，用 线段AB表示，称该线为吸收操作线，操 作线两端点坐标（y1,x1）和(y2,x2)