第九章吸收化工原理

一、吸收過程：1.定義：氣相液相2.依據(jù)：不同氣體組分在液體中的溶解度差異第一節(jié)概述NH3:氣相液相1現(xiàn)在是1頁\一共有128頁\編輯于星期二3.相關(guān)概念：吸收質(zhì)(溶質(zhì))：A尾氣：B+(A)惰性組分(載體)：B吸收劑：S吸收液：S+A2現(xiàn)在是2頁\一共有128頁\編輯于星期二二、吸收的應(yīng)用：A有用；回收A有害；凈化制備A的S溶液。三、解吸：液相氣相3現(xiàn)在是3頁\一共有128頁\編輯于星期二四、吸收的分類：性質(zhì)溶質(zhì)數(shù)目熱效應(yīng)物理：化學(xué)：無明顯化學(xué)反應(yīng)有明顯化學(xué)反應(yīng)等溫：非等溫：溫變小溫變大單組分：多組分：A為1個A為多個4現(xiàn)在是4頁\一共有128頁\編輯于星期二五、吸收劑的選擇依據(jù)：溶解度（大）&對溫度敏感；吸收選擇性（高）--選擇系數(shù)揮發(fā)度（?。?；粘性（?。环€(wěn)定性高、腐蝕性小等

。5現(xiàn)在是5頁\一共有128頁\編輯于星期二逐級接觸式微分接觸式(連續(xù))——板式塔——處理量大——填料塔——處理量小分類六、吸收設(shè)備：6現(xiàn)在是6頁\一共有128頁\編輯于星期二7現(xiàn)在是7頁\一共有128頁\編輯于星期二第二節(jié)氣液相平衡研究目的：吸收的極限？吸收的推動力？1.氣液平衡氣相：pA*液相：CA*氣相液相氣體溶解度：T和P一定,平衡時的濃度——極限程度一、溶解度曲線8現(xiàn)在是8頁\一共有128頁\編輯于星期二（3）摩爾比氣相液相（1）摩爾濃度（2）摩爾分率氣相液相平衡濃度的不同表達(dá)方法9現(xiàn)在是9頁\一共有128頁\編輯于星期二相律：C＝3，P=2，

參數(shù)：P、T、y()、x∴f=32、影響平衡溶解度的因素10現(xiàn)在是10頁\一共有128頁\編輯于星期二3.溶解度曲線T一定：溶解度（平衡濃度）和平衡分壓關(guān)系曲線——已知氣相實際分壓：已知液相實際濃度：11現(xiàn)在是11頁\一共有128頁\編輯于星期二特點：同若同若若利于吸收；若利于脫吸。12現(xiàn)在是12頁\一共有128頁\編輯于星期二同T同下，大，易溶同T同下，大，難溶13現(xiàn)在是13頁\一共有128頁\編輯于星期二二、氣液相平衡關(guān)系式——亨利定律1.表達(dá)式：(液相濃度用摩爾分率表示)T一定，亨利系數(shù),單位同無因次說明：P<5atm，稀溶液，平衡狀態(tài)時：理想溶液，T一定，P<5atm，非理想溶液，14現(xiàn)在是14頁\一共有128頁\編輯于星期二同S中

互成平衡已知氣相實際分壓：已知液相實際濃度：15現(xiàn)在是15頁\一共有128頁\編輯于星期二2.表達(dá)式：(液相濃度用摩爾濃度表示)溶解度系數(shù),關(guān)系式：溶液的密度16現(xiàn)在是16頁\一共有128頁\編輯于星期二

說明：同S中

17現(xiàn)在是17頁\一共有128頁\編輯于星期二相平衡常數(shù)(分配系數(shù))道爾頓定律：3.表達(dá)式(氣液均用摩爾分率表示)關(guān)系式：18現(xiàn)在是18頁\一共有128頁\編輯于星期二說明：

同S中

19現(xiàn)在是19頁\一共有128頁\編輯于星期二氣相液相4.表達(dá)式(氣液均用摩爾比表示)20現(xiàn)在是20頁\一共有128頁\編輯于星期二5.其他表示法：(√)(√)(√)(√)(X)平衡關(guān)系為：(√)21現(xiàn)在是21頁\一共有128頁\編輯于星期二例:二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)為30％的某種混合氣體與水充分接觸，系統(tǒng)溫度為30℃,總壓為101.33kPa。試求液相中二氧化碳的平衡組成，分別以摩爾分?jǐn)?shù)和物質(zhì)的量濃度表示。在操作范圍內(nèi)亨利定律可適用。道爾頓定律：解：查表得：30℃22現(xiàn)在是22頁\一共有128頁\編輯于星期二另一解法23現(xiàn)在是23頁\一共有128頁\編輯于星期二三、相平衡與吸收過程的關(guān)系1.判斷傳質(zhì)方向及推動力：已知體系的

若——吸收，若——平衡，若——解吸,

若——吸收,若——平衡，若——解吸,24現(xiàn)在是24頁\一共有128頁\編輯于星期二例：設(shè)在1atm，20℃下氨氣在水中的E=95.25kPa.(1)使含氨y=0.1的混合氣和x=0.05的氨水相接觸,判斷傳質(zhì)過程為吸收還是解吸?解:(1)吸收吸收過程的極限為25現(xiàn)在是25頁\一共有128頁\編輯于星期二解吸(2)若以y=0.05的含氨混合氣與x=0.1的氨水接觸時,結(jié)果?解吸26現(xiàn)在是26頁\一共有128頁\編輯于星期二第三節(jié)傳質(zhì)機理與吸收速率1.吸收傳質(zhì)步驟：氣相主體→氣液相界面；相界面上的溶解（阻力≈0）；服從氣液平衡關(guān)系相界面→液相主體。2.傳質(zhì)形式：分子擴散——分子的熱運動渦流擴散——質(zhì)點的宏觀運動（靜止、滯流）（湍流）濃度高→低27現(xiàn)在是27頁\一共有128頁\編輯于星期二一、傳質(zhì)機理1.菲克（Fick）定律：擴散通量濃度變化率,

A在B中的分子擴散系數(shù)，(一)分子擴散：28現(xiàn)在是28頁\一共有128頁\編輯于星期二

（P不太高，T均勻）說明：不穩(wěn)定的分子擴散29現(xiàn)在是29頁\一共有128頁\編輯于星期二2.等分子反向擴散(1)傳質(zhì)速率()——總傳質(zhì)速率①穩(wěn)定②等分子30現(xiàn)在是30頁\一共有128頁\編輯于星期二∵無氣體的宏觀運動31現(xiàn)在是31頁\一共有128頁\編輯于星期二32現(xiàn)在是32頁\一共有128頁\編輯于星期二例：在上圖所示的兩個大容器內(nèi)分別裝有濃度不同的NH3和N2兩種氣體的混合物。連通管長為0.61m，內(nèi)徑為24.4mm，T＝25℃，壓強為101.3kPa。左側(cè)容器內(nèi)NH3分壓為20kPa，右側(cè)容器內(nèi)NH3分壓為6.67kPa。已知該條件下NH3－N2的擴散系數(shù)為2.30*10-5m2/s。求(1)單位時間內(nèi)從容器1向容器2傳遞的NH3量，kmol/s;(2)連通管中與截面1相距0.305m處的NH3分壓，kPa。

33現(xiàn)在是33頁\一共有128頁\編輯于星期二解:(1)穩(wěn)定的等分子反向擴散單位時間內(nèi)傳遞的NH3量(2)穩(wěn)態(tài)過程34現(xiàn)在是34頁\一共有128頁\編輯于星期二或35現(xiàn)在是35頁\一共有128頁\編輯于星期二3.單向擴散(1)總體流動N－－總體流動的通量(A+B)總體流動中A的通量

總體流動中B的通量

（2）分子擴散36現(xiàn)在是36頁\一共有128頁\編輯于星期二(3)傳質(zhì)速率：A組分：B組分：37現(xiàn)在是37頁\一共有128頁\編輯于星期二又38現(xiàn)在是38頁\一共有128頁\編輯于星期二又39現(xiàn)在是39頁\一共有128頁\編輯于星期二漂流因數(shù)漂流因數(shù)不大時，——總體流動對傳質(zhì)速率的影響；40現(xiàn)在是40頁\一共有128頁\編輯于星期二例：一氨水貯槽直徑為2m，槽內(nèi)裝有農(nóng)業(yè)氨水，濃度為10％(質(zhì)量濃度)，敞口，氨以分子擴散方式揮發(fā)而損失。假定擴散時是通過一層厚度為5mm的靜止空氣層，平均溫度為20℃。在1atm下，氨的擴散系數(shù)為0.0647m2/h。試計算一晝夜內(nèi)氨的揮發(fā)損失量。E=268.8kPa,假設(shè)氨水濃度不變。解:氨在空氣中的分壓41現(xiàn)在是41頁\一共有128頁\編輯于星期二42現(xiàn)在是42頁\一共有128頁\編輯于星期二4.擴散系數(shù)介質(zhì)種類；溫度：影響因素：壓強：影響氣體D;濃度：影響液體?！镄猿?shù)P↑,D↓

43現(xiàn)在是43頁\一共有128頁\編輯于星期二5.液相中分子擴散：較小

溶劑濃度的對數(shù)平均值。單向擴散：44現(xiàn)在是44頁\一共有128頁\編輯于星期二(湍流中)渦流擴散系數(shù)，m2/s非物性常數(shù)(二)渦流擴散：45現(xiàn)在是45頁\一共有128頁\編輯于星期二二、對流傳質(zhì)與雙膜理論1.對流傳質(zhì)運動的流體相界面分子擴散渦流擴散加和：46現(xiàn)在是46頁\一共有128頁\編輯于星期二2.有效滯流膜：滯流內(nèi)層：分子擴散,阻力較大；過渡區(qū)：分子+渦流,阻力較?。煌牧骱诵膮^(qū)：渦流,阻力很??；47現(xiàn)在是47頁\一共有128頁\編輯于星期二3.對流傳質(zhì)速率：氣相：液相：48現(xiàn)在是48頁\一共有128頁\編輯于星期二存在穩(wěn)定相界面,其上氣液平衡,阻力≈0;存在氣膜層和液膜層,其內(nèi)為分子擴散;氣膜或液膜外為湍流,阻力≈0。4.雙膜理論49現(xiàn)在是49頁\一共有128頁\編輯于星期二三、吸收速率方程式1.氣膜吸收速率方程:以表示：——氣膜吸收系數(shù)，——氣膜阻力，與對應(yīng)。50現(xiàn)在是50頁\一共有128頁\編輯于星期二以表示：——氣膜吸收系數(shù)，——氣膜阻力，與對應(yīng)。

51現(xiàn)在是51頁\一共有128頁\編輯于星期二2.液膜吸收速率方程:以表示：——液膜吸收系數(shù)，——液膜阻力，與對應(yīng)。52現(xiàn)在是52頁\一共有128頁\編輯于星期二以表示：——液膜吸收系數(shù)，——液膜阻力，與對應(yīng)。

53現(xiàn)在是53頁\一共有128頁\編輯于星期二3.總吸收速率方程式(1)以表示：總吸收系數(shù)×總推動力——與液相主體濃度呈平衡的氣相中A分壓；——氣相總吸收系數(shù)，——兩膜總阻力，與對應(yīng)。54現(xiàn)在是54頁\一共有128頁\編輯于星期二(2)以表示：(3)以表示：(4)以表示：55現(xiàn)在是55頁\一共有128頁\編輯于星期二

4.總吸收系數(shù)之間的關(guān)系56現(xiàn)在是56頁\一共有128頁\編輯于星期二

57現(xiàn)在是57頁\一共有128頁\編輯于星期二與的關(guān)系：

5.總吸收系數(shù)與氣膜、液膜吸收系數(shù)之間的關(guān)系58現(xiàn)在是58頁\一共有128頁\編輯于星期二兩膜總阻力氣膜阻力液膜阻力說明：①若則－－氣膜控制②對于氣膜控制,若強化吸收,需③對于氣膜控制,有：易溶氣體59現(xiàn)在是59頁\一共有128頁\編輯于星期二兩膜總阻力氣膜阻力液膜阻力說明：①若則－－液膜控制②對于液膜控制,若強化吸收,需③對于液膜控制,有：難溶氣體同理：60現(xiàn)在是60頁\一共有128頁\編輯于星期二(1)單側(cè)吸收速率方程:氣膜液膜6.小結(jié):61現(xiàn)在是61頁\一共有128頁\編輯于星期二(2)雙側(cè)吸收速率方程:62現(xiàn)在是62頁\一共有128頁\編輯于星期二63現(xiàn)在是63頁\一共有128頁\編輯于星期二例：P=101.33kPa時，用水吸收含A的混合氣體，A的分壓為4.0kPa,液相中x=0.01,平衡關(guān)系服從亨利定律,氣膜,液膜系數(shù),m=0.84，(1)求，并分析控制因素。(2)求NA解：氣膜阻力液膜阻力(1)64現(xiàn)在是64頁\一共有128頁\編輯于星期二故為氣膜控制總阻力(2)65現(xiàn)在是65頁\一共有128頁\編輯于星期二例:用填料塔進(jìn)行吸收操作,已知ky=kx=0.026kmol/(m2s)分別計算當(dāng)m=0.1和5兩種情況下，氣體流量增加一倍時，總傳質(zhì)阻力的變化情況。解：m=0.1原工況：流量增加一倍：(1)66現(xiàn)在是66頁\一共有128頁\編輯于星期二m=5原工況：流量增加一倍：(2)67現(xiàn)在是67頁\一共有128頁\編輯于星期二第四節(jié)吸收塔的計算一、物料衡算與操作線方程

1.全塔物料衡算：(穩(wěn)態(tài)的逆流過程)——惰性組分摩爾流量,——吸收劑摩爾流量,回收率68現(xiàn)在是68頁\一共有128頁\編輯于星期二2.操作線方程式：在m-n截面與塔底間：在m-n截面與塔頂間：69現(xiàn)在是69頁\一共有128頁\編輯于星期二操作線：為濃端與稀端的連線；與平衡線無關(guān)；平衡線上方——吸收；平衡線下方——脫吸。70現(xiàn)在是70頁\一共有128頁\編輯于星期二二、吸收劑用量與最小液氣比①②設(shè)備費↓,操作費↑設(shè)備費↑,操作費↓71現(xiàn)在是71頁\一共有128頁\編輯于星期二1.最小液氣比：圖解法:相交時72現(xiàn)在是72頁\一共有128頁\編輯于星期二相切時計算法:(符合亨利定律)

73現(xiàn)在是73頁\一共有128頁\編輯于星期二2.實際液氣比：74現(xiàn)在是74頁\一共有128頁\編輯于星期二例:擬設(shè)計一填料吸收塔，處理某制藥廠含SO2的廢氣。用水逆流吸收爐氣中的SO2。氣量100m3·h-1,爐氣溫度20℃,含SO29%(體積)。要求SO2的回收率為90%,吸收劑用量為最小用量1.3倍。已知操作壓力和溫度為101.33kPa和20℃,平衡關(guān)系為Y=36X-0.0162。(1)當(dāng)X2=0.0003時,求L和X1；(2)當(dāng)X’2=0時,求X1。解：(1)總的氣體摩爾流量為：75現(xiàn)在是75頁\一共有128頁\編輯于星期二惰性組分的摩爾流量為：進(jìn)塔氣體中SO2的摩爾比為：出塔氣體中SO2的摩爾比為：76現(xiàn)在是76頁\一共有128頁\編輯于星期二與Y1平衡的液相濃度為：最小液用量為：實際液用量為：77現(xiàn)在是77頁\一共有128頁\編輯于星期二出塔液相濃度為：(2)最小液用量為：78現(xiàn)在是78頁\一共有128頁\編輯于星期二實際液用量為：出塔液相濃度為：79現(xiàn)在是79頁\一共有128頁\編輯于星期二第三節(jié)吸收塔的計算三、填料層高度的計算1.分析：物料衡算吸收速率方程相平衡關(guān)系80現(xiàn)在是80頁\一共有128頁\編輯于星期二2.基本計算式：在微元內(nèi)——塔截面積，——有效比表面積，——塔內(nèi)各截面上并不相等81現(xiàn)在是81頁\一共有128頁\編輯于星期二(1)以氣相濃度表示：82現(xiàn)在是82頁\一共有128頁\編輯于星期二(2)以液相濃度表示：——液相總體積吸收系數(shù)，——氣相總體積吸收系數(shù)，83現(xiàn)在是83頁\一共有128頁\編輯于星期二3.傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)：(1)概念:無因次氣相總傳質(zhì)單元高度，m氣相總傳質(zhì)單元數(shù)84現(xiàn)在是84頁\一共有128頁\編輯于星期二液相總傳質(zhì)單元高度，m液相總傳質(zhì)單元數(shù)85現(xiàn)在是85頁\一共有128頁\編輯于星期二(2)的物理意義:86現(xiàn)在是86頁\一共有128頁\編輯于星期二傳質(zhì)阻力

填料性能、潤濕情況越好，氣體流量(3)說明：如物系、流動狀況相同，則同。87現(xiàn)在是87頁\一共有128頁\編輯于星期二反映吸收過程的難易程度推動力越小，越大。與相平衡關(guān)系、氣體進(jìn)出口濃度有關(guān)與填料性能無關(guān)88現(xiàn)在是88頁\一共有128頁\編輯于星期二(1)圖解積分法－－平衡關(guān)系為曲線作操作線和平衡線

計算計算＝格子數(shù)×每格面積

4.的計算：89現(xiàn)在是89頁\一共有128頁\編輯于星期二(2)對數(shù)平均推動力法－－90現(xiàn)在是90頁\一共有128頁\編輯于星期二91現(xiàn)在是91頁\一共有128頁\編輯于星期二若,可92現(xiàn)在是92頁\一共有128頁\編輯于星期二(3)解吸因數(shù)法93現(xiàn)在是93頁\一共有128頁\編輯于星期二——解吸因數(shù)，無因次；

94現(xiàn)在是94頁\一共有128頁\編輯于星期二S反映了吸收推動力的大小。

反映了吸收率的高低95現(xiàn)在是95頁\一共有128頁\編輯于星期二回收率一定液氣比一定96現(xiàn)在是96頁\一共有128頁\編輯于星期二例：以清水在填料塔內(nèi)逆流吸收空氣～氨混合氣中的氨，混合氣含氨4.0%(體積),要求回收率為0.96,氣相流率為,采用的液氣比為最小液氣比的1.4倍，平衡關(guān)系為,總傳質(zhì)系數(shù),試求:①塔底液相濃度X1；②所需填料層高度H

。

解：97現(xiàn)在是97頁\一共有128頁\編輯于星期二（1）

（2）

98現(xiàn)在是98頁\一共有128頁\編輯于星期二①解吸因數(shù)法：99現(xiàn)在是99頁\一共有128頁\編輯于星期二②

對數(shù)平均推動力法：100現(xiàn)在是100頁\一共有128頁\編輯于星期二四、吸收塔的操作型計算例：在一填料吸收塔內(nèi)用純吸收劑吸收某氣體混合物中的可溶組分，溶質(zhì)的初始含量為0.05，回收率為60％，吸收液出口含量為0.098(均為摩爾比)。操作條件下的氣液平衡關(guān)系為，兩相逆流接觸。已知該過程為氣相阻力控制，試求液體流量增加一倍時，可溶組分的回收率有何變化？原工況下的液氣比為解：101現(xiàn)在是101頁\一共有128頁\編輯于星期二原工況下的傳質(zhì)單元數(shù)為氣相阻力控制，故L增加，及近似不變102現(xiàn)在是102頁\一共有128頁\編輯于星期二回收率為：103現(xiàn)在是103頁\一共有128頁\編輯于星期二第三節(jié)吸收塔的計算五、體積吸收系數(shù)的測定1.測定體系2.實驗內(nèi)容水—空氣—CO2

(1)測定液相總體積吸收系數(shù)(2)測定吸收劑用量對的影響。3.實驗流程104現(xiàn)在是104頁\一共有128頁\編輯于星期二105現(xiàn)在是105頁\一共有128頁\編輯于星期二4.實驗原理轉(zhuǎn)子流量計氣相色譜106現(xiàn)在是106頁\一共有128頁\編輯于星期二取樣狀態(tài)進(jìn)樣狀態(tài)空氣—CO2

空氣—CO2

載氣氣相色譜載氣氣相色譜107現(xiàn)在是107頁\一共有128頁\編輯于星期二第四節(jié)填料塔一、填料(1)特性要求：比表面積a(大)空隙率ε(大)填料因子φ=a/ε3(小)干填料因子；

(濕)填料因子。

(2)分類散裝填料規(guī)整填料108現(xiàn)在是108頁\一共有128頁\編輯于星期二拉西環(huán)①結(jié)構(gòu)簡單,易制造；優(yōu)點：②研究較成熟?！邚奖鹊扔?。①缺點：②氣液有效接觸面低溝流、壁流109現(xiàn)在是109頁\一共有128頁\編輯于星期二鮑爾環(huán)：①內(nèi)表面利用率高；優(yōu)點：②液布均勻；③傳質(zhì)效率高,操作彈性大。

110現(xiàn)在是110頁\一共有128頁\編輯于星期二階梯環(huán)：①氣流阻力?。粌?yōu)點：③傳質(zhì)效率高。②強度高,空隙率大;點接觸111現(xiàn)在是111頁\一共有128頁\編輯于星期二弧鞍、矩鞍①氣流阻力?。粌?yōu)點：③液布均勻；易重疊,強度差。缺點：②表面利用率高;——敞開型填料④制造方便。112現(xiàn)在是112頁\一共有128頁\編輯于星期二金屬鞍環(huán)：鮑爾環(huán)矩鞍環(huán)階梯環(huán)集的優(yōu)點113現(xiàn)在是113頁\一共有128頁\編輯于星期二波紋板：①傳質(zhì)效率高；優(yōu)點：②結(jié)構(gòu)緊湊,比表面大;①裝卸清理困難,造價高；缺點：②不適宜粘度大、易聚合、有沉淀物的物料。②排列規(guī)整，氣阻小