化工原理課件第五章 吸收

2022/11/51第五章吸收本章重點(diǎn)：填料吸收塔的工藝計(jì)算2022/11/11第五章吸收本章重點(diǎn)：2022/11/52吸收主要內(nèi)容第一節(jié)概述第二節(jié)氣液相平衡第三節(jié)吸收過(guò)程的速率第四節(jié)吸收塔的計(jì)算第五節(jié)填料塔2022/11/12吸收主要內(nèi)容第一節(jié)概述2022/11/53第一節(jié)概述吸收

：利用氣體中各組分在液相中溶解度的差異而分離混合氣體的操作稱(chēng)為吸收。所用液體稱(chēng)為吸收劑（或溶劑）。氣體中被溶解的組分稱(chēng)為吸收質(zhì)或溶質(zhì)。不被溶解的組分稱(chēng)為惰性氣體或載體。吸收操作的依據(jù)：混合氣體中各組分溶解度的不同用吸收操作來(lái)進(jìn)行氣體混合物的分離時(shí)必須解決以下幾方面的問(wèn)題：

（1）

選擇合適的吸收劑。（2）

提供氣液接觸的場(chǎng)所（傳質(zhì)設(shè)備）。（3）

吸收劑的再生。

2022/11/13第一節(jié)概述吸收：利用氣體中各組分2022/11/54

吸收的目的：（１）分離和凈化原料氣（２）分離和吸收氣體中的有用組分（３）制取液體產(chǎn)品（４）廢氣的治理合適吸收劑所應(yīng)具備的條件：１.對(duì)被吸收的組分要有較大的溶解度，且有較好的選擇性。２.要有較低的蒸氣壓，以減少吸收過(guò)程中溶劑的揮發(fā)損失

３要有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，以免使用過(guò)程中變質(zhì)。

４腐蝕性要小,以減小設(shè)備費(fèi)用和維修費(fèi)。

5吸收后的溶劑應(yīng)易于再生。

2022/11/142022/11/55吸收的分類(lèi)物理吸收：溶質(zhì)不與溶劑發(fā)生明顯的化學(xué)反應(yīng)化學(xué)吸收：溶質(zhì)與溶劑發(fā)生明顯的化學(xué)反應(yīng)單組分吸收：混合氣中只有一個(gè)組分被吸收多組分吸收：混合氣體中有兩個(gè)或多個(gè)組分被吸收等溫吸收：在吸收的過(guò)程中，溫度變化很小非等溫吸收：吸收過(guò)程中溫度發(fā)生顯著地變化本章重點(diǎn)：?jiǎn)谓M分等溫物理吸收2022/11/15吸收的分類(lèi)2022/11/565-１氣體在液體中的溶解度

在一定溫度和壓力下，氣液兩相接觸時(shí)將發(fā)生溶質(zhì)氣體向液相轉(zhuǎn)移，使其在液相中的濃度增加，當(dāng)長(zhǎng)期充分接觸后，液相中溶質(zhì)濃度不再增加達(dá)到飽和，這時(shí)兩相達(dá)到相平衡。此時(shí)，溶質(zhì)在液相中的濃度稱(chēng)為平衡溶解度。簡(jiǎn)稱(chēng)為溶解度。溶解度隨溫度和溶質(zhì)氣體的分壓不同而不同，平衡時(shí)溶質(zhì)在氣相中的分壓稱(chēng)為平衡分壓。溶質(zhì)組分在兩相中的組成服從相平衡關(guān)系。加壓和降溫有利于吸收操作，反之，升溫和減壓對(duì)解吸有利。但加壓、減壓費(fèi)用太高一般不采用。

第二節(jié)氣液相平衡2022/11/165-１氣體在液體中的溶解度第二節(jié)2022/11/57５－２亨利定律亨利定律當(dāng)總壓不高（一般小于500KPa）時(shí)，在一定溫度下，稀溶液上方氣相中溶質(zhì)的平衡分壓與其在液相中的濃度之間存在著如下的關(guān)系：

PA*=E·x

式中:PA*---------溶質(zhì)A在氣相中的平衡分壓,KPax----------溶質(zhì)在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)

,E----------享利系數(shù)，KPa亨利定律其它幾種表達(dá)形式:

PA*=CA/Hy*==m·xY*=mXCA-----------液相中溶質(zhì)的摩爾濃度,kmol/m3;

y------溶質(zhì)在氣相中的摩爾分?jǐn)?shù)

X,Y------溶質(zhì)在液相和氣相的摩爾比2022/11/17５－２亨利定律2022/11/58亨利定律各系數(shù)之間的關(guān)系:

-----吸收劑的密度P------氣相總壓

-----吸收劑的平均摩爾質(zhì)量(p183例題5-1)5-3相平衡與吸收過(guò)程的關(guān)系不平衡的氣液兩相接觸后所發(fā)生的傳質(zhì)過(guò)程是吸收還是解吸，要視溶質(zhì)在氣相中的分壓與其液相中的平衡分壓間的關(guān)系而定。若溶質(zhì)在氣體中得分壓大于其液相的平衡分壓，就會(huì)發(fā)生吸收過(guò)程，直至達(dá)到平衡狀態(tài)為止。反之，若氣相溶質(zhì)的分壓小于其液相的平衡分壓，則溶液中的溶質(zhì)就會(huì)解吸出來(lái)，重又返回到氣相中。過(guò)程進(jìn)行到氣液達(dá)到平衡狀態(tài)為止。相平衡指明傳質(zhì)過(guò)程的方向。當(dāng)不平衡的氣液兩相接觸時(shí)，溶質(zhì)是被吸收還是解吸，取決于相平衡關(guān)系。2022/11/18亨利定律各系數(shù)之間的關(guān)系:2022/11/59

第三節(jié)吸收過(guò)程的速率用液體吸收氣體中某一組分，是該組分從氣相轉(zhuǎn)移到液相的傳質(zhì)過(guò)程。它包括：（1）該組分從氣相主體傳遞到氣、液兩相的界面。（2）在相界面上溶解而進(jìn)入液相。（3）從液相一側(cè)界面向液相主體傳遞。在相內(nèi)（氣相或液相）傳質(zhì)方式包括分子擴(kuò)散和湍流擴(kuò)散。

分子擴(kuò)散：當(dāng)流體內(nèi)部某一組分存在濃度差時(shí)，因微觀的分子熱運(yùn)動(dòng)使組分從濃度高處傳遞到較低處，這種現(xiàn)象稱(chēng)為分子擴(kuò)散。湍流擴(kuò)散：當(dāng)流體流動(dòng)或攪拌時(shí)，由于流體質(zhì)點(diǎn)的宏觀運(yùn)動(dòng)（湍流），使組分從濃度高處向低處移動(dòng)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為湍流擴(kuò)散。在湍流狀態(tài)下，流體內(nèi)部產(chǎn)生旋渦，故又稱(chēng)為渦流擴(kuò)散。

2022/11/192022/11/5105-4分子擴(kuò)散與費(fèi)克定律A、B分子在濃度差的作用下，向低濃區(qū)作分子擴(kuò)散。由于容器中P始終恒定，可知:右移的A分子數(shù)=左移的B分子數(shù)。

費(fèi)克定律

:

JA---組分的擴(kuò)散速率，kmol/(m2.s)

式中負(fù)號(hào)表示擴(kuò)散沿著組分濃度降低的方向進(jìn)行DAB----擴(kuò)散系數(shù),m2/s2022/11/1105-4分子擴(kuò)散與費(fèi)克定律A、B分子2022/11/5115-5等摩爾逆向擴(kuò)散（等摩爾反向擴(kuò)散）

(p184)在等分子反方向擴(kuò)散的傳質(zhì)過(guò)程中，傳質(zhì)速率=擴(kuò)散通量

5-6組分A通過(guò)靜止組分B的擴(kuò)散（單相擴(kuò)散）2022/11/1115-5等摩爾逆向擴(kuò)散（等摩爾反向2022/11/5125-7分子擴(kuò)散系數(shù)

是物性之一，是介質(zhì)種類(lèi)、T、P及濃度的函數(shù)。獲取途徑：

⑴查手冊(cè)、資料等。P358附錄13列出了某些組分在氫氣、二氧化碳和空氣中分子擴(kuò)散系數(shù)。⑵實(shí)測(cè)。通常組分在氣體中的擴(kuò)散，濃度的影響可以忽略。在液體中的擴(kuò)散，濃度的影響不可忽略，而壓力的影響不顯著。5-8單相內(nèi)對(duì)流傳質(zhì)（參看P185）對(duì)流傳質(zhì)包括分子擴(kuò)散和湍流擴(kuò)散（也稱(chēng)渦流擴(kuò)散）。

將全部分壓差集中在ZG中，假設(shè)其內(nèi)只有層流。即，全部擴(kuò)散(D+DE)都集中在該ZG層中以分子擴(kuò)散的形式傳質(zhì)。

2022/11/1125-7分子擴(kuò)散系數(shù)

是物性之一2022/11/513吸收時(shí)，氣側(cè)“對(duì)流傳質(zhì)”的傳質(zhì)速率為：

液側(cè)：

5—9兩相間傳質(zhì)的雙膜理論⑴相互接觸的氣液兩相流體間存在著穩(wěn)定的相界面，界面兩側(cè)各有一層很薄的層流膜，溶質(zhì)A以分子擴(kuò)散的方式通過(guò)兩層膜，由氣相進(jìn)入液相主體。⑵在相界面處，氣液兩相達(dá)平衡。⑶在氣液兩相的主體中，由于流動(dòng)充分湍動(dòng)，物質(zhì)濃度均勻。該理論把氣液相際間的阻力全部集中在兩個(gè)膜層中。2022/11/113吸收時(shí)，氣側(cè)“對(duì)流傳質(zhì)”的傳質(zhì)速率為：2022/11/514

5-10總傳質(zhì)速率方程式一、

總傳質(zhì)速率方程式NA=KG(P-P*

)=(P-P*

)/(1/KG)NA=KL(C*

-C)=(C*

-C)/(1/KL)二、吸收總系數(shù)與兩相分系數(shù)的關(guān)系若物系服從亨利定律

1/KG=1/kG+1/H·k-L=RG+RL

吸收總阻力1/KG是氣膜阻力1/kG與液膜阻力1/H.kL兩者之和。

1/KL=1/kL+H/kG=RL’+RG’對(duì)于易溶氣體,其溶解度很大，KG約等于kG

，屬于氣膜控制過(guò)程。要提高吸收速率，關(guān)鍵是降低氣膜層的厚度。對(duì)于難溶氣體,其溶解度很低,KL約等于kL

，屬于液膜控制過(guò)程。要提高吸收速率，關(guān)鍵是降低液膜厚度。2022/11/1145-10總傳質(zhì)速率方程式2022/11/5155-11傳質(zhì)速率方程式的各種表示形式在吸收塔的計(jì)算中應(yīng)用最多是以下兩種形式

NA=KY(Y-Y*

)NA=KX(X*

-X)吸收塔計(jì)算的內(nèi)容主要是通過(guò)物料衡算及操作線方程，確定吸收劑的用量和塔設(shè)備的主要尺寸（塔徑和塔高）。5-12物料衡算與操作線方程在塔底與截面m—n之間作物料衡算qn,vY+qn,lX1=qn,vY1+qn,lX

---操作線方程第四節(jié)

吸收塔的計(jì)算2022/11/1155-11傳質(zhì)速率方程式的各種表示形2022/11/5165-13吸收劑的用量與最小液氣比出塔氣體摩爾比Y2的給出形式（1）如果溶質(zhì)是有害氣體，一般直接規(guī)定Y2的值。（2）如果吸收的目的是回收有用物質(zhì)，則以回收率的形式給出η=Y2=Y1(1-η)qn,vY1Y2X2

一般為吸收工藝條件所規(guī)定qn,l=（1.1～1.5）qn,l,m2022/11/1165-13吸收劑的用量與最小液氣比2022/11/517

5-14填料層高度的計(jì)算一、填料層高度的基本計(jì)算式

該微元內(nèi)，吸收質(zhì)的傳遞量dG為：填料層高度計(jì)算涉及物料衡算、傳質(zhì)速率和相平衡關(guān)系。我們前面介紹的所有傳質(zhì)速率方程都適用于穩(wěn)定操作的吸收塔中的"某一橫截面",而不能用于全塔。

由吸收速率方程可知，該微元內(nèi)，氣相和液相吸收質(zhì)的變化量dG為：-----填料踏的橫截面積-----單位體積填料的有效氣液接觸面積2022/11/1175-14填料層高度的計(jì)算一、填2022/11/518于是，微元填料層dZ中的吸收速率方程式：

分別整理二式并積分得到：

二、傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)2022/11/118于是，微元填料層dZ中的吸收速率方程式2022/11/519HOG是設(shè)備性能的體現(xiàn)，一般變化幅度不大。NOG反映傳質(zhì)的難易程度，為減少NOG應(yīng)設(shè)法增大推動(dòng)力。計(jì)算填料層高度的關(guān)鍵是如何求算傳質(zhì)單元數(shù)三、傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算（對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法）應(yīng)用前提：在吸收過(guò)程涉及的濃度范圍內(nèi)平衡關(guān)系可以用線性方程

Y*=mX+b(注：b可以＝0或≠0)表示的情況。

對(duì)于都是直線的平衡線和操作線，它們的差值△Y=Y-Y*與Y將呈線性關(guān)系2022/11/119HOG是設(shè)備性能的體現(xiàn)，一般變化幅度不2022/11/5202022/11/1202022/11/5215-15吸收塔操作計(jì)算所謂吸收塔的操作計(jì)算，指填料塔已建成，即填料層的高度是一定的，對(duì)于操作中的吸收塔，通常已知qn,v和Y1以及控制目標(biāo)Y2（或η）。生產(chǎn)中可調(diào)節(jié)的變量有溫度t、壓力P、

qn,l（或qn,l/qn,v）及進(jìn)口溶液組成X2。如果溫度升高，平衡線斜率增大，操作線與平衡線的間的距離變小，推動(dòng)力變小，同樣的塔高將不能完成分離任務(wù)，所以出塔氣體中溶質(zhì)的含量將升高。所以說(shuō)降溫對(duì)吸收有利。但溫度太低流體的粘度大，流動(dòng)性不好。如果壓力P增大，相平衡常數(shù)m變小，傳質(zhì)推動(dòng)力增大，對(duì)吸收有利，Y2的值減小。2022/11/1215-15吸收塔操作計(jì)算2022/11/522如果qn,l（或qn,l/qn,v

）增大，傳質(zhì)推動(dòng)力增大，對(duì)吸收有利，Y2的值減小。但解吸的負(fù)荷增大，應(yīng)綜合考慮吸收和解吸的成本。如果解吸塔操作不好，可能使進(jìn)入吸收塔的溶液中溶質(zhì)的含量增高，即X2增大，操作線下移，傳質(zhì)推動(dòng)力減小，Y2的值增大。

第五節(jié)填料塔填料塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壓降低，易用耐腐蝕材料制造，是一種重要的氣液傳質(zhì)設(shè)備。

5-17填料塔的結(jié)構(gòu)及填料特性

填料塔的塔體為一圓形筒體，筒內(nèi)分層裝有一定高度的填料。自塔上部進(jìn)入的液體通過(guò)分布器均勻噴灑于塔截面上。在填料層內(nèi)液體沿填料表面呈膜狀流下。各層填料之間設(shè)有液體再分布器，將液體重新均勻分布。2022/11/122如果qn,l（或qn,l/qn,v2022/11/523氣體自塔下部進(jìn)入，通過(guò)填料縫隙中自由空間，從塔上部排除。離開(kāi)填料層的氣體可能挾帶少量霧狀液滴，因此有時(shí)需要在塔頂安裝除沫器。氣液兩相在填料塔內(nèi)進(jìn)行逆流接觸傳質(zhì)。如圖P172所示。填料塔生產(chǎn)情況的好壞與是否正確選用填料有很大關(guān)系。填料按其形狀可以分為環(huán)形、鞍形、波紋形。P172有各種填料的圖示

環(huán)形填料主要有：拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、階梯環(huán)。鞍形環(huán)主要有：矩鞍形、弧鞍形。

波紋形主要有：板形波紋、網(wǎng)狀波紋。

拉西環(huán)是最古老最典型的一種填料，形狀簡(jiǎn)單，但阻力大，傳質(zhì)效率低。鞍形填料是一種象馬鞍形的敞開(kāi)式填料。它與鮑爾環(huán)都被認(rèn)為是效率高、阻力小的性能好的工業(yè)用填料。

2022/11/123氣體自塔下部進(jìn)入，通過(guò)填料縫隙中自由空2022/11/524金屬波紋網(wǎng)填料是六十年代發(fā)展起來(lái)的一種新型規(guī)整填料。填料有平行絲網(wǎng)波紋片垂直組裝而成。

填料可用陶瓷、金屬、朔料等不同材料制成。填料的裝填分為亂堆和整砌。

亂堆：裝卸較方便，壓降大，適用于直徑50mm以下的填料。整砌：壓降小，適用于50mm以上的填料。各種填料性能的好壞是依靠填料特性參數(shù)反映。

（1）

填料個(gè)數(shù)n：指單位體積填料中填料的個(gè)數(shù)。對(duì)于亂堆填料來(lái)說(shuō)是一個(gè)統(tǒng)計(jì)數(shù)字，其值由實(shí)測(cè)方法求得。n值越大，提供的表面積也越大，對(duì)吸收有利。（2）比表面積at：指單位體積填料中填料表面積，m2/m3at=na。（a。指一個(gè)填料的表面積）空隙率ε：指干塔狀態(tài)時(shí)單位體積填料所具有的空隙體積，m3/m3

2022/11/124金屬波紋網(wǎng)填料是六十年代發(fā)展起來(lái)的一種2022/11/5255-18填料塔內(nèi)氣液兩相流動(dòng)特性填料塔內(nèi)氣液兩相通常為逆流流動(dòng)。

單位體積填料層中滯留的液體體積稱(chēng)為持液量。液體流量一定時(shí)，氣體流速（或流量）越大，持液量也越大，則氣體通過(guò)填料層的壓力也越大。為確定塔徑，需要選定空塔氣速，為確定動(dòng)力消耗需知道氣體的壓力降。氣體通過(guò)填料層的壓力降氣速較低，填料表面液膜厚∝(液固間摩擦力和LS)，與u幾乎無(wú)關(guān)

氣速增至一定值后，氣液間阻力不容忽視，液膜加厚→出現(xiàn)攔液現(xiàn)象

2022/11/1255-18填料塔內(nèi)氣液兩相流動(dòng)特性單位2022/11/526再增大氣速至液體不能順利下流，此時(shí)填料層中的持液量增加迅速，往往可以看到填料層的某個(gè)高度上出現(xiàn)“積液層”。

若此時(shí)不增加氣速，積液層仍在擴(kuò)大，則會(huì)達(dá)到“液泛”。液泛時(shí)的氣速也是最大的極限氣速，并由其確定適宜的操作氣速。

5—19塔徑的計(jì)算

qv,s---在操作條件下混合氣體的體積流量，m3/s

u----混合氣體的空塔速度，m/s

通常u=(0.5——0.85)u泛

2022/11/126再增大氣速至液體不能順利下流，此時(shí)填料2022/11/527吸收小結(jié)

1、了解吸收的目的及溶劑選擇的依據(jù)2、掌握亨利定律各種形式的表達(dá)式及其系數(shù)之間的換算關(guān)系3、了解費(fèi)克定律及等分子反向擴(kuò)散和單相擴(kuò)散4、了解傳質(zhì)速率方程的各種表達(dá)式以及相關(guān)的分傳質(zhì)系數(shù)與總傳質(zhì)系數(shù)的關(guān)系5、掌握雙膜理論并能解釋氣膜控制和液膜控制6、掌握最小液氣比、適宜液氣比及出塔溶液濃度的計(jì)算7、熟練地運(yùn)用平均對(duì)動(dòng)力法計(jì)算傳質(zhì)單元數(shù)8、掌握利用傳質(zhì)單元高度和傳質(zhì)單元數(shù)計(jì)算填料層高度9對(duì)填料吸收塔的結(jié)構(gòu)和特性有所了解作業(yè):P20010、112022/11/127吸收小結(jié)1、了解吸收的目的及溶劑選擇2022/11/528第五章吸收本章重點(diǎn)：填料吸收塔的工藝計(jì)算2022/11/11第五章吸收本章重點(diǎn)：2022/11/529吸收主要內(nèi)容第一節(jié)概述第二節(jié)氣液相平衡第三節(jié)吸收過(guò)程的速率第四節(jié)吸收塔的計(jì)算第五節(jié)填料塔2022/11/12吸收主要內(nèi)容第一節(jié)概述2022/11/530第一節(jié)概述吸收

：利用氣體中各組分在液相中溶解度的差異而分離混合氣體的操作稱(chēng)為吸收。所用液體稱(chēng)為吸收劑（或溶劑）。氣體中被溶解的組分稱(chēng)為吸收質(zhì)或溶質(zhì)。不被溶解的組分稱(chēng)為惰性氣體或載體。吸收操作的依據(jù)：混合氣體中各組分溶解度的不同用吸收操作來(lái)進(jìn)行氣體混合物的分離時(shí)必須解決以下幾方面的問(wèn)題：

（1）

選擇合適的吸收劑。（2）

提供氣液接觸的場(chǎng)所（傳質(zhì)設(shè)備）。（3）

吸收劑的再生。

2022/11/13第一節(jié)概述吸收：利用氣體中各組分2022/11/531

吸收的目的：（１）分離和凈化原料氣（２）分離和吸收氣體中的有用組分（３）制取液體產(chǎn)品（４）廢氣的治理合適吸收劑所應(yīng)具備的條件：１.對(duì)被吸收的組分要有較大的溶解度，且有較好的選擇性。２.要有較低的蒸氣壓，以減少吸收過(guò)程中溶劑的揮發(fā)損失

３要有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，以免使用過(guò)程中變質(zhì)。

４腐蝕性要小,以減小設(shè)備費(fèi)用和維修費(fèi)。

5吸收后的溶劑應(yīng)易于再生。

2022/11/142022/11/532吸收的分類(lèi)物理吸收：溶質(zhì)不與溶劑發(fā)生明顯的化學(xué)反應(yīng)化學(xué)吸收：溶質(zhì)與溶劑發(fā)生明顯的化學(xué)反應(yīng)單組分吸收：混合氣中只有一個(gè)組分被吸收多組分吸收：混合氣體中有兩個(gè)或多個(gè)組分被吸收等溫吸收：在吸收的過(guò)程中，溫度變化很小非等溫吸收：吸收過(guò)程中溫度發(fā)生顯著地變化本章重點(diǎn)：?jiǎn)谓M分等溫物理吸收2022/11/15吸收的分類(lèi)2022/11/5335-１氣體在液體中的溶解度

在一定溫度和壓力下，氣液兩相接觸時(shí)將發(fā)生溶質(zhì)氣體向液相轉(zhuǎn)移，使其在液相中的濃度增加，當(dāng)長(zhǎng)期充分接觸后，液相中溶質(zhì)濃度不再增加達(dá)到飽和，這時(shí)兩相達(dá)到相平衡。此時(shí)，溶質(zhì)在液相中的濃度稱(chēng)為平衡溶解度。簡(jiǎn)稱(chēng)為溶解度。溶解度隨溫度和溶質(zhì)氣體的分壓不同而不同，平衡時(shí)溶質(zhì)在氣相中的分壓稱(chēng)為平衡分壓。溶質(zhì)組分在兩相中的組成服從相平衡關(guān)系。加壓和降溫有利于吸收操作，反之，升溫和減壓對(duì)解吸有利。但加壓、減壓費(fèi)用太高一般不采用。

第二節(jié)氣液相平衡2022/11/165-１氣體在液體中的溶解度第二節(jié)2022/11/534５－２亨利定律亨利定律當(dāng)總壓不高（一般小于500KPa）時(shí)，在一定溫度下，稀溶液上方氣相中溶質(zhì)的平衡分壓與其在液相中的濃度之間存在著如下的關(guān)系：

PA*=E·x

式中:PA*---------溶質(zhì)A在氣相中的平衡分壓,KPax----------溶質(zhì)在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)

,E----------享利系數(shù)，KPa亨利定律其它幾種表達(dá)形式:

PA*=CA/Hy*==m·xY*=mXCA-----------液相中溶質(zhì)的摩爾濃度,kmol/m3;

y------溶質(zhì)在氣相中的摩爾分?jǐn)?shù)

X,Y------溶質(zhì)在液相和氣相的摩爾比2022/11/17５－２亨利定律2022/11/535亨利定律各系數(shù)之間的關(guān)系:

-----吸收劑的密度P------氣相總壓

-----吸收劑的平均摩爾質(zhì)量(p183例題5-1)5-3相平衡與吸收過(guò)程的關(guān)系不平衡的氣液兩相接觸后所發(fā)生的傳質(zhì)過(guò)程是吸收還是解吸，要視溶質(zhì)在氣相中的分壓與其液相中的平衡分壓間的關(guān)系而定。若溶質(zhì)在氣體中得分壓大于其液相的平衡分壓，就會(huì)發(fā)生吸收過(guò)程，直至達(dá)到平衡狀態(tài)為止。反之，若氣相溶質(zhì)的分壓小于其液相的平衡分壓，則溶液中的溶質(zhì)就會(huì)解吸出來(lái)，重又返回到氣相中。過(guò)程進(jìn)行到氣液達(dá)到平衡狀態(tài)為止。相平衡指明傳質(zhì)過(guò)程的方向。當(dāng)不平衡的氣液兩相接觸時(shí)，溶質(zhì)是被吸收還是解吸，取決于相平衡關(guān)系。2022/11/18亨利定律各系數(shù)之間的關(guān)系:2022/11/536

第三節(jié)吸收過(guò)程的速率用液體吸收氣體中某一組分，是該組分從氣相轉(zhuǎn)移到液相的傳質(zhì)過(guò)程。它包括：（1）該組分從氣相主體傳遞到氣、液兩相的界面。（2）在相界面上溶解而進(jìn)入液相。（3）從液相一側(cè)界面向液相主體傳遞。在相內(nèi)（氣相或液相）傳質(zhì)方式包括分子擴(kuò)散和湍流擴(kuò)散。

分子擴(kuò)散：當(dāng)流體內(nèi)部某一組分存在濃度差時(shí)，因微觀的分子熱運(yùn)動(dòng)使組分從濃度高處傳遞到較低處，這種現(xiàn)象稱(chēng)為分子擴(kuò)散。湍流擴(kuò)散：當(dāng)流體流動(dòng)或攪拌時(shí)，由于流體質(zhì)點(diǎn)的宏觀運(yùn)動(dòng)（湍流），使組分從濃度高處向低處移動(dòng)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為湍流擴(kuò)散。在湍流狀態(tài)下，流體內(nèi)部產(chǎn)生旋渦，故又稱(chēng)為渦流擴(kuò)散。

2022/11/192022/11/5375-4分子擴(kuò)散與費(fèi)克定律A、B分子在濃度差的作用下，向低濃區(qū)作分子擴(kuò)散。由于容器中P始終恒定，可知:右移的A分子數(shù)=左移的B分子數(shù)。

費(fèi)克定律

:

JA---組分的擴(kuò)散速率，kmol/(m2.s)

式中負(fù)號(hào)表示擴(kuò)散沿著組分濃度降低的方向進(jìn)行DAB----擴(kuò)散系數(shù),m2/s2022/11/1105-4分子擴(kuò)散與費(fèi)克定律A、B分子2022/11/5385-5等摩爾逆向擴(kuò)散（等摩爾反向擴(kuò)散）

(p184)在等分子反方向擴(kuò)散的傳質(zhì)過(guò)程中，傳質(zhì)速率=擴(kuò)散通量

5-6組分A通過(guò)靜止組分B的擴(kuò)散（單相擴(kuò)散）2022/11/1115-5等摩爾逆向擴(kuò)散（等摩爾反向2022/11/5395-7分子擴(kuò)散系數(shù)

是物性之一，是介質(zhì)種類(lèi)、T、P及濃度的函數(shù)。獲取途徑：

⑴查手冊(cè)、資料等。P358附錄13列出了某些組分在氫氣、二氧化碳和空氣中分子擴(kuò)散系數(shù)。⑵實(shí)測(cè)。通常組分在氣體中的擴(kuò)散，濃度的影響可以忽略。在液體中的擴(kuò)散，濃度的影響不可忽略，而壓力的影響不顯著。5-8單相內(nèi)對(duì)流傳質(zhì)（參看P185）對(duì)流傳質(zhì)包括分子擴(kuò)散和湍流擴(kuò)散（也稱(chēng)渦流擴(kuò)散）。

將全部分壓差集中在ZG中，假設(shè)其內(nèi)只有層流。即，全部擴(kuò)散(D+DE)都集中在該ZG層中以分子擴(kuò)散的形式傳質(zhì)。

2022/11/1125-7分子擴(kuò)散系數(shù)

是物性之一2022/11/540吸收時(shí)，氣側(cè)“對(duì)流傳質(zhì)”的傳質(zhì)速率為：

液側(cè)：

5—9兩相間傳質(zhì)的雙膜理論⑴相互接觸的氣液兩相流體間存在著穩(wěn)定的相界面，界面兩側(cè)各有一層很薄的層流膜，溶質(zhì)A以分子擴(kuò)散的方式通過(guò)兩層膜，由氣相進(jìn)入液相主體。⑵在相界面處，氣液兩相達(dá)平衡。⑶在氣液兩相的主體中，由于流動(dòng)充分湍動(dòng)，物質(zhì)濃度均勻。該理論把氣液相際間的阻力全部集中在兩個(gè)膜層中。2022/11/113吸收時(shí)，氣側(cè)“對(duì)流傳質(zhì)”的傳質(zhì)速率為：2022/11/541

5-10總傳質(zhì)速率方程式一、

總傳質(zhì)速率方程式NA=KG(P-P*

)=(P-P*

)/(1/KG)NA=KL(C*

-C)=(C*

-C)/(1/KL)二、吸收總系數(shù)與兩相分系數(shù)的關(guān)系若物系服從亨利定律

1/KG=1/kG+1/H·k-L=RG+RL

吸收總阻力1/KG是氣膜阻力1/kG與液膜阻力1/H.kL兩者之和。

1/KL=1/kL+H/kG=RL’+RG’對(duì)于易溶氣體,其溶解度很大，KG約等于kG

，屬于氣膜控制過(guò)程。要提高吸收速率，關(guān)鍵是降低氣膜層的厚度。對(duì)于難溶氣體,其溶解度很低,KL約等于kL

，屬于液膜控制過(guò)程。要提高吸收速率，關(guān)鍵是降低液膜厚度。2022/11/1145-10總傳質(zhì)速率方程式2022/11/5425-11傳質(zhì)速率方程式的各種表示形式在吸收塔的計(jì)算中應(yīng)用最多是以下兩種形式

NA=KY(Y-Y*

)NA=KX(X*

-X)吸收塔計(jì)算的內(nèi)容主要是通過(guò)物料衡算及操作線方程，確定吸收劑的用量和塔設(shè)備的主要尺寸（塔徑和塔高）。5-12物料衡算與操作線方程在塔底與截面m—n之間作物料衡算qn,vY+qn,lX1=qn,vY1+qn,lX

---操作線方程第四節(jié)

吸收塔的計(jì)算2022/11/1155-11傳質(zhì)速率方程式的各種表示形2022/11/5435-13吸收劑的用量與最小液氣比出塔氣體摩爾比Y2的給出形式（1）如果溶質(zhì)是有害氣體，一般直接規(guī)定Y2的值。（2）如果吸收的目的是回收有用物質(zhì)，則以回收率的形式給出η=Y2=Y1(1-η)qn,vY1Y2X2

一般為吸收工藝條件所規(guī)定qn,l=（1.1～1.5）qn,l,m2022/11/1165-13吸收劑的用量與最小液氣比2022/11/544

5-14填料層高度的計(jì)算一、填料層高度的基本計(jì)算式

該微元內(nèi)，吸收質(zhì)的傳遞量dG為：填料層高度計(jì)算涉及物料衡算、傳質(zhì)速率和相平衡關(guān)系。我們前面介紹的所有傳質(zhì)速率方程都適用于穩(wěn)定操作的吸收塔中的"某一橫截面",而不能用于全塔。

由吸收速率方程可知，該微元內(nèi)，氣相和液相吸收質(zhì)的變化量dG為：-----填料踏的橫截面積-----單位體積填料的有效氣液接觸面積2022/11/1175-14填料層高度的計(jì)算一、填2022/11/545于是，微元填料層dZ中的吸收速率方程式：

分別整理二式并積分得到：

二、傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)2022/11/118于是，微元填料層dZ中的吸收速率方程式2022/11/546HOG是設(shè)備性能的體現(xiàn)，一般變化幅度不大。NOG反映傳質(zhì)的難易程度，為減少NOG應(yīng)設(shè)法增大推動(dòng)力。計(jì)算填料層高度的關(guān)鍵是如何求算傳質(zhì)單元數(shù)三、傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算（對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法）應(yīng)用前提：在吸收過(guò)程涉及的濃度范圍內(nèi)平衡關(guān)系可以用線性方程

Y*=mX+b(注：b可以＝0或≠0)表示的情況。

對(duì)于都是直線的平衡線和操作線，它們的差值△Y=Y-Y*與Y將呈線性關(guān)系2022/11/119HOG是設(shè)備性能的體現(xiàn)，一般變化幅度不2022/11/5472022/11/1202022/11/5485-15吸收塔操作計(jì)算所謂吸收塔的操作計(jì)算，指填料塔已建成，即填料層的高度是一定的，對(duì)于操作中的吸收塔，通常已知qn,v和Y1以及控制目標(biāo)Y2（或η）。生產(chǎn)中可調(diào)節(jié)的變量有溫度t、壓力P、

qn,l（或qn,l/qn,v）及進(jìn)口溶液組成X2。如果溫度升高，平衡線斜率增大，操作線與平衡線的間的距離變小，推動(dòng)力變小，同樣的塔高將不能完成分離任務(wù)，所以出塔氣體中溶質(zhì)的含量將升高。所以說(shuō)降溫對(duì)吸收有利。但溫度太低流體的粘度大，流動(dòng)性不好。如果壓力P增大，相平衡常數(shù)m變小，傳質(zhì)推動(dòng)力增大，對(duì)吸收有利，Y2的值減小。2022/11/1215-15吸收塔操作計(jì)算2022/11/549如果qn,l（或qn,l/qn,v

）增大，傳質(zhì)推動(dòng)力增大，對(duì)吸收有利，Y2的值減小。但解吸的負(fù)荷增大，應(yīng)綜合考慮吸收和解吸的成本。如果解吸塔操作不好，可能使進(jìn)入吸收塔的溶液中溶質(zhì)的含量增高，即X2增大，操作線下移，傳質(zhì)推動(dòng)力減小，Y2的值增大。

第五節(jié)填料塔填料塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壓降低，易用耐腐蝕材料制造，是一種重要的氣液傳質(zhì)設(shè)備。

5-17填料塔的結(jié)構(gòu)及填料特性

填料塔的塔體為一圓形筒體，筒內(nèi)分層裝有一定高度的填料。自塔上部進(jìn)入的液體通過(guò)分布器均勻噴灑于塔截面上。在填料層內(nèi)液體沿填料表面呈膜狀流下。各層填料之間設(shè)有液體再分布器，將液體重新均勻分布。2022/11/122如果qn,l（或qn,l/qn,v2022/11/550氣體自塔下部進(jìn)入，通過(guò)填料縫隙中自由空間，從塔上部排除。離開(kāi)填料層的氣體可能挾帶少量霧狀液滴，因此有時(shí)需要在塔頂安裝除沫器。氣液兩相在填料塔內(nèi)進(jìn)行逆流接觸傳質(zhì)。如圖P172所示。填料塔生產(chǎn)情況的好壞與是否正確選用填料有很大關(guān)系。填料按