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第5章 气体吸收
低浓度气体吸收的特点
1.贯穿填料层（以后简称全塔）的气液相摩尔流率V、L均可视为常量，其单位为：kmol/(m2.s) ；
2.全塔可视为等温吸收（略去了溶解热效应）；
3.传质分系数k y 、 k x在全塔不同截面处均可视为常量。
设计型计算：给定混合气体处理量、Y1和回收率(Y2) 选择适宜的吸收剂、操作条件 吸收剂的最小用量 实际用量 选择填料 操作流速 塔径 传质系数 填料层高度……。
计算类型：设计型计算、操作型计算
吸收剂和惰性气体的量通过
吸收塔前后无变化.
气体:自下而上
液体:自上而下
V– 惰性气体的摩尔流量，kmol(B)/s(h)
L – 吸收剂的的摩尔流量，kmol(S)/s(h)
Y – 气体中溶质的摩尔比，kmol(A)/kmol(B);
X-- 液体中溶质的摩尔比，kmol(A)/kmol(S);
一、全塔物料衡算
设吸收过程无物料损失,根据质量守恒定律
L/V—液气比
即处理1kmol惰性气体的原料所用纯吸收剂量的kmol数.
吸收率φ :分离指标
即气相中被吸收的吸收质的量与气相中原有的吸收质的量之比.
由前面的式子可得:Y2=Y1(1-φ)
生产中,V、L、Y1、X2为已知,若再知φ，即可求出出口液浓度X1。
二、吸收操作线
在吸收塔上任取一截面，
气液相浓度为Y、X，
又物料衡算：
VY1+LX=VY+L X1
整理可得：下式
吸收塔的操作线方程，操作线在X –Y 坐标系内是一条直线，操作线斜率为 L/V，称为液气比。
关于操作线的说明：
①吸收操作线方程是由物料衡算得出的，与液气比和塔一端的气液组成有关，与吸收速率、温度、压力、接触状态、塔型无关。
②操作线与平衡线的垂直距离表示总推动力△Y，水平距离距离表示总推动力△X，操作线与平衡线的距离越远，其传质推动力越大。
③吸收操作线位于平衡线的上方，脱吸操作线位于平衡线的下方（精馏操作线位于平衡线的下方）；
④逆流吸收塔塔底为浓端，塔顶为稀端；并流操作吸收塔塔顶截面Y大、X小，塔底截面Y小、X大；
⑤降低吸收剂的温度、提高总压；选择对溶质溶解度大的吸收剂；改物理吸收为化学吸收都将使平衡线下移，从而增大吸收推动力，提高吸收速率。
三、吸收剂用量
一、吸收剂用量的确定
1、已知V、Y1、Y2、和X2，确定L；
L/V= （Y1-Y2)/（X1-X2）
2、吸收剂用量对吸收的影响：
V由生产任务确定,T点固定,L↑,L/V↑ ,A点沿Y=Y1左移,则操作线离平衡线距离变远，推动力↑，对一定的分离任务,则可减少所需的传质面积，设备费用↓,但吸收剂用量、运输及回收等操作费用↑；
L↓,L/V↓ ,A点沿Y=Y1右移,则操作线离平衡线距离变近，推动力↓，对一定的分离任务,则要增加所需的传质面积，设备费用↑,当L/V↓，与平衡线相交时，X=X1*,塔底流出液浓度与刚进混合气中吸收质浓度平衡，吸收推动力为零，传质面积无限大，实际生产无法达到，是吸收的一种极限，此时的液气比为最小液气比。如下图所示：
最佳吸收剂用量：使设备费和操作费总和最少。
吸收剂的经验法确定：
3、确定最小液气比（L/V）min（或Lmin）；
① 操作线与平衡线相交，B点移至B* 处，X1=X1*；
② 操作线与平衡线相切， X1=X1*。
式中：X1* -- 与Y1平衡的液相组成或切线上与Y1对应的液相组成；
平衡关系符合亨利定律 X1* = Y1/m；
4、确定实际液气比 L/V（或L）；
L/V = （1.1～2.0）(L/V)min ；
L =(1.1 ～2.0) Lmin;
选择吸收剂用量时应考虑以下两方面：
（1）因吸收剂用量的大小与吸收塔的操作费和设备费密切相关，所以应通过经济核算选择一适宜液气比。
（2）吸收剂用量除了应大于最小用量之外，还应满足能将全部填料表面充分润湿这一要求。
二、塔径的计算
塔径计算式为
D—吸收塔的塔径；m
VS—混合气体的体积流量,应以进塔气体的体积流量计m3/s；
u—空塔气速，通常取液泛气速的0.6～0.8倍，即u=(0.6～0.8)umax；
计算的塔径应按我国压力容器公称直径的标准进行圆整。
练习题
1、用纯水吸收混合气中的丙酮。如果吸收塔混合气进料为200kg/h，丙酮摩尔分数为10%，纯水进料为1000kg/h，操作在293K和101.3kPa下进行，要求得到无丙酮的气体和丙酮水溶液。设惰性气体不溶于水（MB=29kg/kmol），试问吸收塔溶液出口浓度为若干？
2、用清水吸收混合气体中的氨，进塔气体中含氨6%（体积分数，下同），吸收后离塔气体含氨0.4%，溶液出口含量X1=0.012，此系统平衡关系Y*=2.52X，求进出口处推动力。
练习题解答
（1）气体进口组成Y1=y1(1-y1)=0.1/(1-0.1)=0.11 气体出口组成Y2=0 X2=0
L=1000/18=55.56kmol/h
惰性气体摩尔流量V=200/31.9(1-0.1)=5.64kmol/h
溶液出口浓度可由全塔物料衡算求得：
V（Y1-Y2)=L（X1-X2）
即X1=5.64(0.11-0)/55.56=0.011
（2）由于其他条件不变，改变的只是惰性气体的摩尔流量 V=pVh(1-y1)/RT=5.24kmol/h
则 X1=5.24(0.11-0)/55.56=0.010
练习题
某厂准备采用一个填料吸收塔用清水逆流吸收含有10%（体积%）的SO2的混合气体。已知塔内的操作压力102.63kPa和温度25℃。要求处理的混合气体量为1000m3/h,实际吸收剂用量是最小吸收剂用量的1.5倍，吸收率要达到98%，塔内气体的实际空塔速度为0.5m/s。试求：
(1)吸收用水量为多少 (2)吸收塔直径为多少m？ (3)若想再提高吸收率，你认为可采用什么措施？（附：气液平衡方程：Y=40X，M=64）

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