化工原理第五章吸收(傳質(zhì)理論之一)超詳細(xì)講解

1、 第五章第五章 吸收（傳質(zhì)理論之一）吸收（傳質(zhì)理論之一）1 概述概述 一、一、 傳質(zhì)：傳質(zhì)：物質(zhì)從一相轉(zhuǎn)移到另一相的過(guò)程。物質(zhì)從一相轉(zhuǎn)移到另一相的過(guò)程。 如：如：吸收吸收、蒸餾蒸餾、萃取、結(jié)晶、吸附、蒸發(fā)、萃取、結(jié)晶、吸附、蒸發(fā)、干燥、冷凍、升華、凝華等。干燥、冷凍、升華、凝華等。二、吸收：二、吸收：用某種液體用某種液體(吸收劑吸收劑S)處理氣體處理氣體混合物，使其中某個(gè)目標(biāo)組分混合物，使其中某個(gè)目標(biāo)組分(吸收質(zhì)吸收質(zhì)A)得得到分離的過(guò)程，不能被吸收的組分統(tǒng)稱為到分離的過(guò)程，不能被吸收的組分統(tǒng)稱為惰性惰性組分組分B。 吸收吸收 解吸解吸 互為逆過(guò)程。互為逆過(guò)程。三、吸收的應(yīng)用：三、吸收的應(yīng)用：

2、制取產(chǎn)品，凈化氣體，回收有用組分。制取產(chǎn)品，凈化氣體，回收有用組分。四、吸收分類：四、吸收分類：利用混合氣體中各組分利用混合氣體中各組分溶解度的差異溶解度的差異分離氣體分離氣體物理吸收物理吸收:特點(diǎn)：弱結(jié)合、游離、特點(diǎn)：弱結(jié)合、游離、可逆、易解吸可逆、易解吸 速率：速率：g l擴(kuò)散速率擴(kuò)散速率 極限：達(dá)極限：達(dá)g l相平衡相平衡化學(xué)吸收：化學(xué)吸收：AS發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而分離氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而分離氣體特點(diǎn)：強(qiáng)結(jié)合，不可逆特點(diǎn)：強(qiáng)結(jié)合，不可逆 速率：反應(yīng)或擴(kuò)散速率速率：反應(yīng)或擴(kuò)散速率 極限：化學(xué)平衡極限：化學(xué)平衡(本章只討論物理吸收本章只討論物理吸收)五、吸收流程：五、吸收流程： 在連續(xù)操作的立式吸收

3、塔中，氣在連續(xù)操作的立式吸收塔中，氣，液，液逆流逆流接觸接觸進(jìn)行傳質(zhì)。進(jìn)行傳質(zhì)。3 要分離和要分離和回收回收A：則采用：則采用吸收吸收解吸解吸 聯(lián)合流程。聯(lián)合流程。1 要使氣相中要使氣相中A被吸收完被吸收完全全-凈化氣體凈化氣體：則采用：則采用單程單程(單塔或多塔單塔或多塔)吸吸收收。2 希望液相希望液相A的濃度高的濃度高-制取產(chǎn)品制取產(chǎn)品：則采用液：則采用液相相循環(huán)吸收循環(huán)吸收。吸收吸收 解吸解吸 聯(lián)合流程聯(lián)合流程噴淋塔：噴淋塔： 氣相連續(xù)氣相連續(xù) 液膜塔液膜塔(填料塔填料塔)：氣相連續(xù)：氣相連續(xù)鼓泡塔：鼓泡塔： 液相連續(xù)液相連續(xù)4 吸收塔吸收塔（1）噴淋塔）噴淋塔（2）填料塔）填料塔（3）

4、鼓泡塔）鼓泡塔六、吸收劑的選取原則：六、吸收劑的選取原則： 高選擇性、高選擇性、 低蒸氣壓、低蒸氣壓、 低粘度、低粘度、 低價(jià)格、低價(jià)格、 無(wú)毒無(wú)污染。無(wú)毒無(wú)污染。七、要解決的問(wèn)題：七、要解決的問(wèn)題： 1. 吸收極限相平衡理論 2. 吸收速率雙膜理論。 3. 填料塔吸收面積的計(jì)算填料塔吸收面積的計(jì)算。 4. 強(qiáng)化吸收的途徑。八、常見(jiàn)的吸收體系溶解度八、常見(jiàn)的吸收體系溶解度易溶：易溶：NH3, SO3, NO2, HClH2O中等：中等： SO2 , Cl2 , H2S H2O 難溶：難溶：O2, H2, CO, CO2 H2O 2 吸收相平衡吸收相平衡 當(dāng)物理吸收達(dá)到兩相平衡當(dāng)物理吸收達(dá)到兩相

5、平衡A(g) A(l)時(shí)，溶質(zhì)時(shí)，溶質(zhì)A在氣液兩相中的濃度不變，且服從在氣液兩相中的濃度不變，且服從亨利定律亨利定律關(guān)系。關(guān)系。NA(gl)=NA(lg) (NAmolA/molS)亨利定律：亨利定律：在溫度一定、總壓不太高在溫度一定、總壓不太高(5 atm)時(shí)時(shí), 大多數(shù)中等或難溶體系大多數(shù)中等或難溶體系吸收平衡時(shí)的液相濃度吸收平衡時(shí)的液相濃度與與其氣相分壓成正比氣相分壓成正比。氣液兩相濃度有多種表示法，氣液兩相濃度有多種表示法，亨利定律有多種形式。亨利定律有多種形式。1、 以以pA xA表示的亨利定律表示的亨利定律 pA*=E xA 或或 xA*=pA/ E 即即 xA*pA pA*A的的

6、氣相平衡分壓氣相平衡分壓(與濃度為與濃度為xA的液相平衡的液相平衡)， xA液相液相A的摩爾分?jǐn)?shù)的摩爾分?jǐn)?shù) (實(shí)際濃度實(shí)際濃度)。 xA*A的的液相平衡濃度液相平衡濃度(與分壓為與分壓為pA的氣相平衡的氣相平衡)， pA氣相氣相A的分壓的分壓 (實(shí)際濃度實(shí)際濃度) 。 E亨利系數(shù)亨利系數(shù)Pa或或atm, E, xA*, 即吸收體系的即吸收體系的亨利系數(shù)亨利系數(shù)越大越大, 氣體越難溶氣體越難溶。附表九可查。附表九可查E值。值。2 、 以以pA CA表示的亨利定律表示的亨利定律 p*A= CA/ H 或或 C*A= H pA 即即 C*A pA CA液相液相A的物質(zhì)的量濃度的物質(zhì)的量濃度(實(shí)際濃度

7、實(shí)際濃度)kmol/m3 （ CA = nA /V ）. C*A液相液相A的平衡濃度的平衡濃度(與分壓為與分壓為pA的氣相平衡的氣相平衡) H溶解度系數(shù)溶解度系數(shù)kmol/(m3*Pa) or kmol/(m3*atm), H, CA*,即即吸收體系的吸收體系的溶解度系數(shù)越大，氣體越易溶溶解度系數(shù)越大，氣體越易溶。 對(duì)一定的吸收體系對(duì)一定的吸收體系(質(zhì)質(zhì)A，劑，劑S確定確定)，E和和H為常數(shù)，都反映為常數(shù)，都反映A在在S中的溶解度大小。中的溶解度大小。EH關(guān)系？先找關(guān)系？先找CAxA關(guān)系：關(guān)系：即即E1/ H ，E，H，氣體在該吸收劑中越難溶。，氣體在該吸收劑中越難溶。xACA關(guān)系：關(guān)系：AA

8、SSAAExxHMHCp=*-3 、 以以yA xA表示的亨利定律表示的亨利定律A的氣相摩爾分?jǐn)?shù)的氣相摩爾分?jǐn)?shù) yA=pA/p總總 = nA/ n總總 y*A=p*A/P=(ExA)/P=mxA 或或 x*A= yA/m 即即 x*AyA m=E/P相平衡系數(shù)相平衡系數(shù)(無(wú)因次無(wú)因次)，E, m,氣體越難溶氣體越難溶。例例5-1解：空氣解：空氣-水體系，已知水體系，已知p空氣空氣=P總總和和E，求液相平衡濃度，求液相平衡濃度(以以x*A 和和cm3/100g水溶液表示水溶液表示)x*A=pA/E=101325/6.73*109=1.51*10-5 (mol空氣空氣/mol水水) 即水中空氣含量

9、即水中空氣含量0.00151 mol空氣空氣/100 mol H2O即即100mol(1800g)水中含空氣水中含空氣0.00151mol 0.0015*22.4*103cm3=33.6 cm3(標(biāo)態(tài)標(biāo)態(tài))故水中空氣含量故水中空氣含量33.6 cm3/1800g=1.86(標(biāo)態(tài)標(biāo)態(tài)) cm3/100g水水例例5-2解：解：SO2-水體系水體系,20時(shí)溶液的濃度為時(shí)溶液的濃度為2.5%(質(zhì)量百分比質(zhì)量百分比),求氣相求氣相SO2的的平衡分壓平衡分壓,查附表九知：查附表九知：E= 0.36107 Pa，將質(zhì)量百分比將質(zhì)量百分比xA 。p*A=ExA=0.36*107*0.00716=25.78 k

10、Pa 例例5-3：含含NH320%(yA1)的的NH3-空氣混合氣體空氣混合氣體100m3, 用水恒溫吸收至混合體中含氨用水恒溫吸收至混合體中含氨5%(yA2),求求NH3被吸收被吸收的體積。的體積。 解：由于吸收前后混合氣體總體積變化，以吸收前解：由于吸收前后混合氣體總體積變化，以吸收前混合氣體總體積混合氣體總體積100m3為基準(zhǔn)計(jì)算：為基準(zhǔn)計(jì)算：VNH3吸收吸收=VNH3前前-VNH3后后吸收前：吸收前：VNH3前前=V總前總前*20 %(yA1)=100*20% = 20 m3 吸收后：吸收后：VNH3后后=V總后總后(無(wú)法求得無(wú)法求得)*5% (yA2)而而: VB =V空氣空氣=10

11、0-20 =80 m3 (吸收前后吸收前后VB不變不變) VNH3后后=VB*(VNH3后后/VB) 若能求出若能求出每份惰性組分空氣含每份惰性組分空氣含NH3的分?jǐn)?shù)的分?jǐn)?shù)VNH3殘殘/ V空氣空氣，則則吸收后殘存的吸收后殘存的VNH3殘殘可求可求。 而而 VNH3后后/ V空氣空氣= (VNH3殘殘/V后總后總)/ (V空氣空氣/V后總后總)=yA2/ yB2 =yA2/(1-yA2)=5%/(1-5%)=5/95 (份份NH3/份空氣份空氣) VNH3后后=5/95*80=4.2 m3 VNH3吸收吸收=20-4.2=15.8m3 上例中利用惰性氣體量在吸收前后不變的特點(diǎn)，求出上例中利用惰

12、性氣體量在吸收前后不變的特點(diǎn)，求出吸收后吸收后惰性氣體中吸收質(zhì)惰性氣體中吸收質(zhì)A的含量分率的含量分率，再乘以惰氣的量，再乘以惰氣的量(vB-m3B, or nB-molB)，即可求吸收后氣體中殘存，即可求吸收后氣體中殘存A的量，的量，進(jìn)而求進(jìn)而求A被吸收的量。被吸收的量。惰性氣體惰性氣體B中吸收質(zhì)中吸收質(zhì)A的含量分率：的含量分率：吸收前吸收前1：nA1/nB=(nA1/n總總1)/(nB/n總總1)= yA1/yB1 =YA1 = yA1/(1-yA1) 吸收后吸收后2：nA2/nB=(nA2/n總總2)/(nB/n總總2)= yA2 /yB2 =YA2 = yA2/(1-yA2)由此提示我們

13、：由此提示我們：要求要求A被吸收的量，要用到被吸收的量，要用到A在惰性氣體在惰性氣體B中中A的含量分率的含量分率yA/yB，令為令為YA。 定義：定義： YA 摩爾比摩爾比/比摩爾分?jǐn)?shù)比摩爾分?jǐn)?shù)(率率)上例用比摩爾分率計(jì)算：上例用比摩爾分率計(jì)算： VNH3VB(YA1-YA2) 吸收前：吸收前： YA1= yA1/yB2=yA1/(1-yA1 )=0.2/0.8=0.25 吸收后：吸收后：YA2=yA2/yB2=yA2/(1-yA2)=0.05/0.95=0.053 被吸收被吸收NH3的體積：的體積： VNH380*(0.25-0.053) =15.8 m3 YA:每每mol惰氣中所含惰氣中所

14、含A的的mol數(shù)。起始時(shí)數(shù)。起始時(shí)-YA1,終了時(shí)終了時(shí)-YA24 、 以以YAXA比摩爾分率表示的亨利定律比摩爾分率表示的亨利定律XA：每：每mol吸收劑中所含吸收劑中所含A的的mol數(shù)。吸收從數(shù)。吸收從XA1XA2即:AAAAAAXXxxxX11 11AAAAAAyYYyyYAAAAAAAAAAAmXYmXYmXXYXmXYY*)1 ()1 (11AAAAAAAAAmXXmmXYmXYmXXY 稀溶液)1 (1)1 (*或:YA*=mXAXA*=YA/m 由由y*A=mxA得：得：注意：注意：1 吸收達(dá)平衡時(shí)：吸收達(dá)平衡時(shí)：YA*=mXA或或 XA*= YA/m，但兩方程的意，但兩方程的意

15、 義不同，義不同，YA*與與YA不同。不同。2 yA=nA/nT YA=yA/yB=nA/nB xA=nA/nT XA=xA/xS=nA/nS 3 溶解度溶解度 mAg(A)/100g(S) xA、CA、XA與與mA的關(guān)系：的關(guān)系： xA= nA/ nT= (mA/MA)/( mA/MA+100/MS) XA=nA / nS= (mA/MA)/(100/MS) CA= nA/VT= T（溶液）（溶液） mA/(100+mA)/MA kmol/m3 4 長(zhǎng)期放置的吸收體系是平衡體系，在平衡體系中引入氣長(zhǎng)期放置的吸收體系是平衡體系，在平衡體系中引入氣 體或溶液體或溶液, 平衡將被破壞平衡將被破壞,

16、 可能再吸收可能再吸收(pAp*A或或xAx*A) , 也可能解吸也可能解吸(pAx*A)。例例5-4 已知總壓已知總壓P=101.325 kPa及及 PAmA (mAg(A)/1000g(S)的的關(guān)系，求關(guān)系，求YAXA關(guān)系：關(guān)系： 解：先轉(zhuǎn)變成解：先轉(zhuǎn)變成 yAxA關(guān)系：關(guān)系： yA=nA/n總總= pA/ p xA=nA/n總總=(mA/MA)/( mA/MA+1000/MS) 再轉(zhuǎn)化成再轉(zhuǎn)化成YAXA關(guān)系：關(guān)系： YA= yA/(1- yA) XA= xA/ (1- xA)亦可直接求：亦可直接求： YA=pA/pB=pA/ (pT-pA ) XA=nA/nS=(mA/MA)/ (100

17、0/MS)作業(yè)：作業(yè)：P185 7練習(xí)：練習(xí)：P185 65-3 吸收速率吸收速率 吸收速率決定吸收達(dá)到平衡的時(shí)間，決定吸收操作的吸收速率決定吸收達(dá)到平衡的時(shí)間，決定吸收操作的生產(chǎn)強(qiáng)度，是吸收設(shè)備選型和設(shè)備設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。生產(chǎn)強(qiáng)度，是吸收設(shè)備選型和設(shè)備設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。二、擴(kuò)散二、擴(kuò)散1、分子擴(kuò)散：物質(zhì)以、分子擴(kuò)散：物質(zhì)以分子熱運(yùn)動(dòng)方式分子熱運(yùn)動(dòng)方式穿過(guò)穿過(guò)靜止或滯流流靜止或滯流流體體的傳遞過(guò)程的傳遞過(guò)程特點(diǎn)：傳遞速率慢。特點(diǎn)：傳遞速率慢。2 、對(duì)流擴(kuò)散：物質(zhì)以、對(duì)流擴(kuò)散：物質(zhì)以相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式穿過(guò)穿過(guò)湍流流體湍流流體的傳遞的傳遞過(guò)程過(guò)程特點(diǎn)：傳遞速率快。特點(diǎn)：傳遞速率快。一、吸收速率定

18、義：一、吸收速率定義：NA= dnA/d 對(duì)于對(duì)于穩(wěn)定吸收穩(wěn)定吸收過(guò)程：過(guò)程：NA=nA/ mol(A)/s 吸收過(guò)程是物質(zhì)的相轉(zhuǎn)移過(guò)程，通過(guò)吸收過(guò)程是物質(zhì)的相轉(zhuǎn)移過(guò)程，通過(guò)擴(kuò)散擴(kuò)散方式進(jìn)行。方式進(jìn)行。三、費(fèi)克分子擴(kuò)散定律三、費(fèi)克分子擴(kuò)散定律 如圖如圖:AAACADNAACAN 單位時(shí)間內(nèi)穿過(guò)面積為單位時(shí)間內(nèi)穿過(guò)面積為A，厚度為，厚度為的擴(kuò)散層的吸收質(zhì)的擴(kuò)散層的吸收質(zhì)A的物質(zhì)的量的物質(zhì)的量D擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù) m2/s 322Nmol m mmACs mmols分子擴(kuò)散模型分子擴(kuò)散模型四、吸收機(jī)理四、吸收機(jī)理雙膜理論雙膜理論實(shí)際吸收過(guò)程一般在噴淋塔、填料塔、鼓泡塔中進(jìn)實(shí)際吸收過(guò)程一般在噴淋塔、填

19、料塔、鼓泡塔中進(jìn)行。無(wú)論采用那種吸收塔，吸收過(guò)程都存在氣行。無(wú)論采用那種吸收塔，吸收過(guò)程都存在氣液相界液相界面，面，類比間壁傳熱類比間壁傳熱提出了提出了雙膜理論雙膜理論以導(dǎo)出吸收速率。以導(dǎo)出吸收速率。 如圖：如圖：1 氣液氣液兩相主體兩相主體因湍流使因湍流使A以對(duì)流擴(kuò)散方式傳遞以對(duì)流擴(kuò)散方式傳遞，傳遞，傳遞速率快速率快, 濃度一致，濃度一致，忽略忽略湍流主體中對(duì)流擴(kuò)散的湍流主體中對(duì)流擴(kuò)散的阻力阻力。2 相相界面兩側(cè)存在滯流的氣膜和液膜，雙膜中界面兩側(cè)存在滯流的氣膜和液膜，雙膜中A以分子以分子擴(kuò)散方式傳遞擴(kuò)散方式傳遞，傳遞速率慢，濃度下降很快，整個(gè)傳，傳遞速率慢，濃度下降很快，整個(gè)傳質(zhì)過(guò)程的阻力

20、全部集中在雙膜中。質(zhì)過(guò)程的阻力全部集中在雙膜中。3 到達(dá)到達(dá)相界面相界面的的A能能無(wú)阻無(wú)阻力力地瞬時(shí)溶于液相，且地瞬時(shí)溶于液相，且界面上氣液兩相達(dá)平衡界面上氣液兩相達(dá)平衡, 即：即：pi = ci / H 。雙膜理論要點(diǎn)：雙膜理論要點(diǎn)：將對(duì)流給熱將對(duì)流給熱視為視為壁壁附近滯流層的附近滯流層的熱傳熱傳導(dǎo)過(guò)程導(dǎo)過(guò)程付立葉定付立葉定律律將吸收將吸收視為視為A穿過(guò)相界面附穿過(guò)相界面附近滯流雙膜的近滯流雙膜的分子擴(kuò)散過(guò)分子擴(kuò)散過(guò)程程費(fèi)克定律費(fèi)克定律傳熱過(guò)程傳熱過(guò)程吸收過(guò)程吸收過(guò)程理論理論實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)()()()giBglASiSlD PA ppRTpDA CND CCA CCC 1122()()TwTtwt

21、A TtA tA tt 1-高溫流體傳熱膜高溫流體傳熱膜(分分)系數(shù)系數(shù)2-低溫流體傳熱膜低溫流體傳熱膜(分分)系數(shù)系數(shù)kg-氣膜吸收分系數(shù)氣膜吸收分系數(shù)kl -液膜吸收分系數(shù)液膜吸收分系數(shù)五、費(fèi)克分子擴(kuò)散定律的應(yīng)用五、費(fèi)克分子擴(kuò)散定律的應(yīng)用當(dāng)當(dāng)A分子通過(guò)分子熱運(yùn)動(dòng)的碰撞而傳遞時(shí)，其傳遞速率：分子通過(guò)分子熱運(yùn)動(dòng)的碰撞而傳遞時(shí)，其傳遞速率：g ,l 氣膜、液膜厚度氣膜、液膜厚度, 由于在膜層中有部分對(duì)流傳質(zhì)由于在膜層中有部分對(duì)流傳質(zhì), 真正的真正的分子擴(kuò)散距離分子擴(kuò)散距離g, l。對(duì)氣膜：用對(duì)氣膜：用pB/pT對(duì)對(duì)g加以較正：加以較正：()BgggAiggBpPD A pD PNA ppRTRT

22、p=kgA(p-pi)BgggpRTPDkTTkg-氣膜吸收分系數(shù)氣膜吸收分系數(shù)對(duì)液膜：用對(duì)液膜：用CS /(CA+CS)=CS /CT 對(duì)對(duì)l 加以較正：加以較正：= ()SSllSATlAlTiSlSlTCCCCCDA CDCNACCCCC=klA(Ci-C)SlTllCCDk所以，可用界面附近氣膜中的擴(kuò)散速率：所以，可用界面附近氣膜中的擴(kuò)散速率：NA=kgA(p-pi)或液膜中的擴(kuò)散速率：或液膜中的擴(kuò)散速率：NA=klA(Ci-C) 計(jì)算吸收速率。計(jì)算吸收速率。kl -液膜吸收分系數(shù)液膜吸收分系數(shù)作業(yè)：作業(yè)：P185 12、13 kg、ky分別以分壓分別以分壓pA、氣相摩爾分率、氣相摩爾

23、分率 yA 表示的表示的氣膜吸收分系氣膜吸收分系數(shù)數(shù)。 2 液膜液膜吸收吸收分速率方程分速率方程 kl、kx分別以物質(zhì)的量濃度分別以物質(zhì)的量濃度cA 、摩爾分?jǐn)?shù)、摩爾分?jǐn)?shù)xA表示的表示的液膜吸收分液膜吸收分系數(shù)系數(shù)。六、吸收速率方程六、吸收速率方程1 氣膜氣膜吸收吸收分速率方程分速率方程或表示為或表示為:或表示為：或表示為：)(k)(k)(kyggiiTiAyyAyyApppANky=kgpT3 氣相氣相吸收吸收總速率方程總速率方程pi、Ci 、yi、xi 難求難求,設(shè)設(shè)法消去法消去p-pi 氣相主體與界面上氣相主體與界面上A的分壓差。的分壓差。ci-c 界面上與液相主體中界面上與液相主體中A

24、的濃度差。的濃度差。 吸收過(guò)程中，氣相濃度吸收過(guò)程中，氣相濃度，用某處的實(shí)際分壓與該氣相能下，用某處的實(shí)際分壓與該氣相能下降到的最低值之差表示推動(dòng)力，而氣相所能降到的最低分壓是與降到的最低值之差表示推動(dòng)力，而氣相所能降到的最低分壓是與該氣相相接觸的液相達(dá)平衡的平衡分壓該氣相相接觸的液相達(dá)平衡的平衡分壓pA*。NA=kgA(p-pi)=klA(ci-c)=klAH(pi-p)HHHHp*是與液相主體濃度是與液相主體濃度C平衡的分壓平衡的分壓 KG, Ky, KY -以分壓以分壓,摩爾分率摩爾分率yA,比摩爾分率比摩爾分率YA表示推動(dòng)力的表示推動(dòng)力的氣相吸收總系數(shù)氣相吸收總系數(shù)。1/KG = 1/

25、kg + 1/klHTTTTT4 液相液相吸收吸收總速率方程總速率方程KL,Kx,KX以以c, x, X表示推動(dòng)力的表示推動(dòng)力的液相吸總系數(shù)液相吸總系數(shù)。AENccccAEccAppANgAiiliigAk)(k/ )(k)(kgANccAilk）（lgk1kEANccAllAKccAccAKEccAN/1k/1k/lg）（）（）（HHHHH注意：注意：以不同濃度表示推動(dòng)力，其數(shù)值和單位各不以不同濃度表示推動(dòng)力，其數(shù)值和單位各不相同，但相同，但NA總是相同的，單位總是相同的，單位molA/s，通過(guò)，通過(guò)K、k (吸收總系數(shù)和分系數(shù)吸收總系數(shù)和分系數(shù))來(lái)調(diào)節(jié)來(lái)調(diào)節(jié)NA的數(shù)值和單位。的數(shù)值和單位。

26、七、強(qiáng)化傳質(zhì)吸收的途徑和措施七、強(qiáng)化傳質(zhì)吸收的途徑和措施 吸收速率吸收速率 NA=KA即：即：總阻力總阻力=氣膜阻力氣膜阻力+液膜阻力液膜阻力1/KG=1/kg+1/klH1/KL=H/kg+1/klKG/KL=HHHH1、提高、提高K值值H對(duì)對(duì)難溶體系難溶體系：H小，小，m大，大， 則：則： 1/KL 1/kl，1/Kx1/kx 即：即：總阻力總阻力液膜阻力液膜阻力液膜控制液膜控制 應(yīng)選用鼓泡塔吸收應(yīng)選用鼓泡塔吸收，以攪拌液體，使液膜阻力，以攪拌液體，使液膜阻力。 又又k1/，故，故加大氣液兩相的相對(duì)速度加大氣液兩相的相對(duì)速度，Re，k，亦可提高，亦可提高K值。值。對(duì)對(duì)易溶體系易溶體系： H

27、大，大，m小，小， 則：則： 1/KG1/kg，1/Ky1/ky 即：即：總阻力總阻力氣膜阻力氣膜阻力氣膜控制氣膜控制 應(yīng)選用填料塔或噴淋塔吸收應(yīng)選用填料塔或噴淋塔吸收，以攪拌氣體，使，以攪拌氣體，使氣膜阻力氣膜阻力。1/KG=1/kg+1/klH3 增大氣液接觸面積增大氣液接觸面積A、增大氣液兩相的分散度增大氣液兩相的分散度。、開(kāi)發(fā)和采用開(kāi)發(fā)和采用比表面積比表面積（m2/m3）大的填料大的填料。2 增大吸收推動(dòng)力增大吸收推動(dòng)力 采用逆流吸收采用逆流吸收。 若若=y-y* or: =Y-Y* y和和Y恒定，可減小恒定，可減小y*、Y* y*= mx, Y*= m X， 增大吸收劑用量增大吸收劑

28、用量，則，則x和和X，y*和和Y*都都，。 又又 m=E/P=S/PHMS P; 使用使用MS大的吸收劑大的吸收劑，可使，可使m, ； T，H，m，。P169規(guī)整填料：規(guī)整填料： 要求完成一定吸收任務(wù)要求完成一定吸收任務(wù)所需傳質(zhì)面積所需傳質(zhì)面積A，要用要用NA=KA，先求：先求：NA、K、(Y-Y*) X。一、填料塔的物料衡算式一、填料塔的物料衡算式操作線方程操作線方程 如圖：如圖：GmolB/s情性氣體的摩爾流量情性氣體的摩爾流量 （工藝條件所確定）（工藝條件所確定） LmolS/s吸收劑的摩爾流量吸收劑的摩爾流量(人為確定人為確定)在穩(wěn)定吸收過(guò)程中：對(duì)全塔進(jìn)行物料衡算得：在穩(wěn)定吸收過(guò)程中：

29、對(duì)全塔進(jìn)行物料衡算得： NA=G(Y1-Y2)=L(X1-X2) .(1) 可求可求NA 式中：式中：G, Y1, Y2, X2，均為定值，只，均為定值，只X1和和L變。變。 從從塔頂塔頂至至任一截面任一截面M-M作物料衡算得：作物料衡算得：54 填料吸收塔的計(jì)算填料吸收塔的計(jì)算 上式是上式是一條直線方程一條直線方程, 在在YX相圖相圖上為一直線上為一直線, 兩端點(diǎn)為兩端點(diǎn)為(X1,Y1), (X2,Y2) 。斜率。斜率L/G液氣比。液氣比。 由于由于(X1,Y1), (X2,Y2)分別是塔底和塔頂?shù)臍庖合鄬?shí)際組分別是塔底和塔頂?shù)臍庖合鄬?shí)際組成，所以，成，所以，直線上任意一點(diǎn)的坐標(biāo)都表示塔中某

30、一截面上直線上任意一點(diǎn)的坐標(biāo)都表示塔中某一截面上實(shí)際的氣液組成實(shí)際的氣液組成操作線方程操作線方程。二、二、L/GX1關(guān)系關(guān)系 將吸收體系的將吸收體系的相平衡線相平衡線與與操作線操作線，繪在同一，繪在同一XY相圖上相圖上平衡線：平衡線：操作線：操作線：(過(guò)過(guò)(X1, Y1)，(X2, Y2)兩點(diǎn)兩點(diǎn))氣相推動(dòng)力氣相推動(dòng)力Y-Y*塔頂塔頂 Y2-Y2*;塔底塔底Y1-Y1* XYX1液相推動(dòng)力液相推動(dòng)力X*-X 塔頂塔頂X2*-X2 塔底塔底X1*-X1, 實(shí)際上僅由實(shí)際上僅由 L 決定：決定：L,L/G, 圖圖, , X1; L, L/G,圖中圖中, ，X1 。即：吸收推動(dòng)力大小取決于吸收推動(dòng)力

31、大小取決于操作線偏離平衡線的程度操作線偏離平衡線的程度，由，由 操作線斜率操作線斜率 L/G 確定。確定。是操作線到平衡線是操作線到平衡線的的縱向距離縱向距離， 從Y2Y1。是平衡線到操作線是平衡線到操作線的的橫向距離，從橫向距離，從X2X1。對(duì)操作線方程變形有：對(duì)操作線方程變形有： 式中式中G, Y1, Y2, X2, 均由工藝條件確定均由工藝條件確定, 只有只有X1L變。變。 2、L，L/G ，圖中線，圖中線Y1、X1都都，但，但X1 1、L, L/G ,圖中線圖中線Y1 ，X1都都，但，但X1 。三、吸收劑用量三、吸收劑用量L的確定的確定即：即：X1 和和由由 L而定而定，如何確定如何確

32、定L？當(dāng)當(dāng)X1=X1*時(shí)：時(shí)：L=LM最小吸收劑用量，最小吸收劑用量， LM/G最小液氣比最小液氣比 (圖中線圖中線) 。 3、L再再，L/G再再 ，操作，操作線與平衡線相交線與平衡線相交(切切)，則，則X1 到到X1*(=Y1/m) , 達(dá)最大達(dá)最大值值; 而而 L下降到下降到(Lmin=)LM。 4、L再再 , 則則: 不到塔底不到塔底, 氣液已達(dá)平衡氣液已達(dá)平衡X1=X1*, 塔下塔下部無(wú)用。即：部無(wú)用。即：即： 而而X1*=Y1/m，Y1、Y2、X2、G、 m已知，所以已知，所以LM 或或 LM/G 可求可求。實(shí)際吸收劑用量實(shí)際吸收劑用量四、液相出口濃度四、液相出口濃度X1的計(jì)算的計(jì)算

33、知知 L可求可求X1。求求X1和和L步驟小結(jié)：步驟小結(jié)：據(jù)：據(jù)：或：1 求求2 求求X1*： X1*=Y1/m 而而m=E/P=CT/PH=S/MSPH 或：或： 據(jù)據(jù)Y1到平衡線上查得到平衡線上查得X1* (只有氣液平衡數(shù)據(jù)只有氣液平衡數(shù)據(jù))。若qv混合氣體體積流量m3/h，則：)/(36004 .22)-1 (=001skmolBPPTTyqGvTTTT3 求最小液氣比求最小液氣比 LM/G：4 求實(shí)際液氣比求實(shí)際液氣比L/G： L/G=(1.22.0)LM/G 求吸收劑用量：求吸收劑用量：L= L/G*G=(1.22.0)LM/G*G5 求求X1： 據(jù)據(jù)可求可求X1。若不需求若不需求Lm

34、olS/s，可據(jù)，可據(jù)P161 例5-5 、例5-6下式求下式求X1。作業(yè)：作業(yè)：P186 18 (Y*=26.7X) 五、吸收推動(dòng)力五、吸收推動(dòng)力的計(jì)算的計(jì)算由前面的討論知：由前面的討論知： NA=KYA(Y-Y*)=KXA(X*-X)塔底處氣液兩相推動(dòng)力：塔底處氣液兩相推動(dòng)力：Y1=Y1-Y1* 和和 X1=X1*-X1塔頂處氣液兩相推動(dòng)力：塔頂處氣液兩相推動(dòng)力：Y2=Y2-Y2* 和和 X2=X2*-X2 類似于求類似于求tm= (Tt )m，先找先找 d(T-t) dA關(guān)系，找關(guān)系，找d(Y-Y*)dA，然后積分。，然后積分。 (Y1-Y1*)(Y2-Y2*) (X1*-X1)(X2*

35、-X2)故須取故須取平均值平均值，對(duì)服從亨利定律對(duì)服從亨利定律的吸收體系：的吸收體系：以以(Y-Y*)為例求：為例求： (Y-Y*)m= YmX1Y2X2Y1如圖：在吸收塔中取一微元高度如圖：在吸收塔中取一微元高度dH，dH內(nèi)填料的表面積內(nèi)填料的表面積dA, 在在dH內(nèi)作物料衡算內(nèi)作物料衡算：衡算方向：塔頂：衡算方向：塔頂塔底塔底( 濃度濃度 )底底底底頂頂上式積分得：*1()()()Ymd YYKYYdAGL1122112211ln()TtKATtM CpM Cp*11*221ln()YYYmK AYYGL對(duì)應(yīng)代入上式得：代入上式得：注意：注意： 1表示塔底的腳標(biāo)，表示塔底的腳標(biāo)，2表示塔頂

36、的腳標(biāo)。表示塔頂?shù)哪_標(biāo)。 計(jì)算計(jì)算Ym時(shí)，時(shí)，Y1, Y2, m, X2 ,Y2* 易求易求, 關(guān)鍵在于關(guān)鍵在于 求求Y1*，要，要 求求Y1* X1L/GLM/GX1*Y1。 計(jì)算計(jì)算Xm時(shí)時(shí), X1*=Y1/m, X2*=Y2/m, X2=x2/1-x2 易求，關(guān)鍵在于求易求，關(guān)鍵在于求X1，求法同上。，求法同上。或直接用公式求：或直接用公式求：1 以氣相濃度表示的計(jì)算式：以氣相濃度表示的計(jì)算式： 又又A=H填料填料*A0* A0填料塔橫截面積，填料塔橫截面積，填料的有填料的有效比表面積效比表面積，可近似用，可近似用代替，代替，填料的比表面積。填料的比表面積。氣相傳質(zhì)單元高度氣相傳質(zhì)單元高

37、度 氣相傳質(zhì)單元高度，是氣相吸收質(zhì)的氣相傳質(zhì)單元高度，是氣相吸收質(zhì)的濃度變化量剛好等于過(guò)程平均推動(dòng)力濃度變化量剛好等于過(guò)程平均推動(dòng)力 Ym時(shí)所需傳質(zhì)區(qū)域?qū)?yīng)的填料層高度時(shí)所需傳質(zhì)區(qū)域?qū)?yīng)的填料層高度,是使?jié)舛茸兓鞘節(jié)舛茸兓痀1-Y=Ym所需所需H填料填料六、填料層高度的計(jì)算式：六、填料層高度的計(jì)算式：2 液相表示計(jì)算式液相表示計(jì)算式液相傳質(zhì)單元高度液相傳質(zhì)單元高度 氣相傳質(zhì)單元數(shù)氣相傳質(zhì)單元數(shù)是經(jīng)全塔吸收后氣相濃度的變化量是經(jīng)全塔吸收后氣相濃度的變化量相當(dāng)于過(guò)程平均推動(dòng)力的相當(dāng)于過(guò)程平均推動(dòng)力的倍數(shù)倍數(shù)。例例1、某吸收塔在常壓下用清水吸收焦?fàn)t氣中的氨。焦某吸收塔在常壓下用清水吸收焦?fàn)t氣中的氨

38、。焦?fàn)t氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下含氨爐氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下含氨10g/m3，焦?fàn)t氣的處理量為，焦?fàn)t氣的處理量為5000m3/h(標(biāo)態(tài)標(biāo)態(tài))，吸收率不低于，吸收率不低于99%。水用量為最小用。水用量為最小用量的量的1.5倍?；旌蠚怏w倍?；旌蠚怏w303K時(shí)進(jìn)入吸收塔，在此條件下時(shí)進(jìn)入吸收塔，在此條件下的平衡關(guān)系為：的平衡關(guān)系為：Y*= 1.2 X，試計(jì)算氣相傳質(zhì)單元數(shù)，試計(jì)算氣相傳質(zhì)單元數(shù)nG。(塔徑為塔徑為1.4 m,氣相吸收總系數(shù)氣相吸收總系數(shù)KY=220 kmol / (m3*h) )，并求填料層高度并求填料層高度H填料填料。解：解： X2 =0 ，=0.99 ， L=1.5LM ，Y*=1.2Xy1=10/

39、17/1000/22.4=22.4/1700=0.01318 G=5000*(1-0.01318)/22.4=220.3 kmol/hY1= y1/ (1- y1)=0.01318/(1- 0.01318)=0.013356 Y2=Y1 (1-)=0.0001336nG=Y1-Y2/Ym= (0.01336-0.0001336)/0.001256 =0.01322/0.001256=10.53 (個(gè)個(gè))X1*=Y1/m=0.013356/1.2=0.010984 (L=1.5LM/G*G=?) X1 =X1*/1.5=0.010984/1.5=0.007323Y1*=mX1=1.20.0073

40、23=0.008787 Y2*=mX2=0Y1=0.013356-0.008787=0.004569 Y2 =0.0001336-0=0.0001336 Y1/Y2=34.2 Ym=Y1-Y2/ln(Y1/Y2)=(0.004569-0.0001336)/ln34.2=0.004435/3.5322=0.001256 hG=G/KYA0=220.3/220*0.785*1.42=0.6508 m H填料填料= hG*nG=0.6508*10.53=6.85 m3、不服從亨利定律的體系填料層高度計(jì)算不服從亨利定律的體系填料層高度計(jì)算 前面用過(guò)前面用過(guò) dNA= G dY = L dX = L d

41、(Y*/m) 對(duì)不服從亨利定律的體對(duì)不服從亨利定律的體系系則無(wú)法尋得則無(wú)法尋得d(Y-Y*)dNA 關(guān)系關(guān)系, 但仍有：但仍有：步驟：根據(jù)題給平衡數(shù)據(jù)換算步驟：根據(jù)題給平衡數(shù)據(jù)換算為為XY數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)，在XY坐標(biāo)圖上坐標(biāo)圖上作出平衡線作出平衡線（紅色線）（紅色線）。 求出求出Y1, Y2, X2, 在平衡線在平衡線上據(jù)上據(jù)X2查得查得Y2*, 據(jù)據(jù)Y1查得查得X1*LM/G L/GX1，據(jù)，據(jù)(X1, Y1), (X2, Y2)作出操作線作出操作線（綠色（綠色線）。線）。GAKY 以以Y對(duì)對(duì)1/(Y-Y*)作圖得一曲線，作圖得一曲線，曲線下方曲線下方 Y1 Y2之間的面積即之間的面積即為為nG

42、。 在在Y1Y2之間取一組之間取一組Y值，對(duì)每值，對(duì)每一個(gè)一個(gè)Y值，在操作線上查得對(duì)應(yīng)的值，在操作線上查得對(duì)應(yīng)的X值，值，據(jù)據(jù)X到平衡線上查得對(duì)應(yīng)的到平衡線上查得對(duì)應(yīng)的Y*，計(jì)算，計(jì)算Y-Y*, 并求得并求得1/（Y-Y*）數(shù)據(jù)）數(shù)據(jù), 列表：列表：同理，對(duì)液相有：同理，對(duì)液相有：液相傳質(zhì)單元數(shù)液相傳質(zhì)單元數(shù)同理：在同理：在X1X2之間取一組之間取一組X值值, 據(jù)據(jù)X到操作線查到操作線查得得Y,再據(jù)再據(jù)Y值到平衡線查得值到平衡線查得X*值，計(jì)算值，計(jì)算X*-X值和值和1/（X*-X）值，列表，作圖可求：）值，列表，作圖可求：例例2：在逆流吸收塔中，用洗油吸收焦?fàn)t氣中的苯，在逆流吸收塔中，用洗油

43、吸收焦?fàn)t氣中的苯，已知焦?fàn)t氣進(jìn)氣流量為已知焦?fàn)t氣進(jìn)氣流量為1000 m3/h（常壓（常壓25吸收），吸收），其中含苯其中含苯3%，要求，要求 =95%，洗油中原來(lái)含苯，洗油中原來(lái)含苯0.005 %吸收條件下吸收條件下Y*=0.113X, L=1.2LM。求每小時(shí)耗洗。求每小時(shí)耗洗油多少？油多少？ nG解解: Y1=y1/1-y1=0.03/1-0.03=0.03093 Y2=Y1(1-)=0.001546 x2=0.00005 X2 = 0.005 /0.995x2 Y2*=0.113X20, X1*=Y1/0.113=0.0309/0.113=0.2734 LM/G=Y1-Y2/X1*-X2

44、=0.1074, G=1000*(1-y1)*273/298/22.4=39.67 kmol/h, L=1.2LM= 1.2(LM/G)*G=1.2*0.1074*39.67=5.113 kmol/h, X1=(X1*-X2)/1.2+X2=0.2277, Y1*= 0.113 X1=0.02573, Ym=(Y1-Y2)/ln(Y1/Y2)=0.00310習(xí)題習(xí)題21:含乙炔含乙炔y1=0.20的乙炔的乙炔-空氣混合氣體在空氣混合氣體在25和和101.3kPa下與乙炔水溶液相接觸，溶液濃度為下與乙炔水溶液相接觸，溶液濃度為0.3g (乙炔乙炔)/1000g(水水)。相平衡關(guān)系為相平衡關(guān)系為:

45、 p*=0.135106x kPa求求傳質(zhì)方向傳質(zhì)方向和傳質(zhì)推動(dòng)力和傳質(zhì)推動(dòng)力Y Ym m 。解：解：實(shí)際濃度與平衡濃度之差決定傳質(zhì)方向，實(shí)際濃度與平衡濃度之差決定傳質(zhì)方向，如：如： pAp*A or：xA x*A則繼續(xù)吸收，反之則解吸。則繼續(xù)吸收，反之則解吸。 pC2H2=101.30.2=20.26 kPa 而而p*C2H2=0.135106 xC2H2xC2H2=0.3/26/(0.3/26+1000/18)=0.0002077 p*C2H2=28.04 kPa pA pA * 為為解吸解吸過(guò)程。過(guò)程。 或或xC2H2= 0.0002077 而而 x*C2H2 =pC2H2/0.135106=0.00015 xC2H2 x*C2H2 為為解吸解吸過(guò)程。過(guò)程。 Y=pC2H2/p空氣空氣=20.26/(101.3-20.26)=0.25 Y*=p*C2H2/p空氣空氣=28.04/(101.3-28.04)=0.3828 Y=Y-Y*=0.25-0.3828= - 0.133習(xí)題課：習(xí)題課： P187 24、26習(xí)題習(xí)題24：分析：要求氣相傳質(zhì)單元數(shù)分析：要求氣相傳質(zhì)單元數(shù)nG。2121nm21YYYYYYYG，解：由題意可知，解：由題意可知，或每秒處理氣量為或每秒處理氣量為1m3,換算成物質(zhì)的量為換算成物質(zhì)的量為1m3處理氣中含吸收質(zhì)處理氣中含吸收質(zhì)25g，換算成物質(zhì)的