化工单元过程与操作：物料衡算与操作线方程

( 一) 物料衡算

图3 -4 所示为一个稳定操作下的逆流接触吸收塔。塔底截面用1 -1′表示，塔顶截面用2 -2′表示，塔中任一截面用m -m′表示。图中各符号意义如下:

V 表示单位时间通过吸收塔的惰性气体量，kmol( B) /s;L 表示单位时间通过吸收塔的吸收剂量，kmol( S) /s;Y1、Y2 分别表示为进塔和出塔气体中溶质组分摩尔比，kmol( A) /kmol( B) ; X1、X2 分别表示为出塔和进塔液体中溶质组分的摩尔比，kmo( A) /kmol( S) 。

在稳定操作条件下，V 和L 的量没有变化;气相从进塔到出塔，吸收质的浓度逐渐减小;而液相从进塔到出塔，吸收质的浓度是逐渐增大的。在无物料损失时，单位时间进塔物料中溶质A 的量等于出塔物料中A 的量。或气相中溶质A 减少的量等于液相中溶质增加的量，即:

图3-4　逆流吸收塔示意图

一般工程上，在吸收操作中进塔混合气的组成Y1 和惰性气体流量V 是由吸收任务给定的。吸收剂初始浓度X2 和流量L 往往根据生产工艺确定，如果溶质回收率η 也确定，则气体离开塔组成Y2 也是定值:

式中:η——混合气体中溶质A 被吸收的百分率，称为吸收率或回收率。

这样，通过全塔物料衡算便可求得塔底排出吸收液的组成X1。

想一想 物料衡算式中用气体或液体总摩尔流量可以吗?(www.xing528.com)

( 二) 操作线方程与操作线

操作线方程，即描述塔内任一截面上气相组成Y 和液相组成X 之间关系的方程。

从塔底截面与任意截面M-N 间作溶质组分的物料衡算，得:

在塔顶截面与任意截面M-N 间作溶质组分的物料衡算，得:

图3-5　逆流吸收塔操作线示意图

式( 3 -3) 和式( 3 -4) 均表明塔内任一截面上气、液两相组成之间关系是一直线关系，都是逆流吸收塔操作线方程。根据全塔物料衡算可以看出，两方程表示的是同一条直线。该直线斜率是L/V，通过塔底B( X1、Y1) 及塔顶T( X2、Y2) 两点，见图3 -15。

图3 -15 为逆流吸收塔操作线和平衡线示意图。曲线OE为平衡线，BT 为操作线。操作线与平衡线之间的距离决定吸收操作推动力的大小，操作线离平衡线越远，推动力越大。操作线上任意一点A 代表塔内相应截面上的气、液相浓度Y、X 之间的关系。在进行吸收操作时，塔内任一截面上，吸收质在气相中的浓度总是要大于与其接触的液相的气相平衡浓度，所以吸收过程操作线的位置在平衡线上方。

想一想 能求出并流吸收的操作线方程吗?