化工原理多媒体课件.ppt

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1、化工原理多媒体课件淮阴工学院生命科学与化学工程学院第2章 吸收 Absorption概述2.1 气体吸收的相平衡关系2.2 传质机理与吸收速率2.3 吸收塔的计算2.4 吸收系数2.5 脱吸及其他条件下的吸收1 吸收概念吸收概念利用气体混合物中各组分在溶剂（吸收剂）中溶解利用气体混合物中各组分在溶剂（吸收剂）中溶解度不同而进行分离的操作度不同而进行分离的操作能够溶解的组分：溶质能够溶解的组分：溶质A不溶解的组分：惰性组分或载体不溶解的组分：惰性组分或载体B吸收剂吸收剂S，吸收后为吸收液或溶液（，吸收后为吸收液或溶液（S+A）吸收后排出的气体：尾气（吸收后排出的气体：尾气（B+少量少量A）2 吸

2、收过程吸收过程吸收塔，与精馏塔类似吸收塔，与精馏塔类似上一页 下一页概述 Overview3 应用应用获得有用组分获得有用组分除去有害组分除去有害组分制备气体水溶液制备气体水溶液工业废气治理工业废气治理上一页 下一页4 分类分类物理吸收，化学吸收物理吸收，化学吸收单组分吸收，多组分吸收单组分吸收，多组分吸收等温吸收，非等温吸收等温吸收，非等温吸收5 脱吸脱吸得到纯气体组分得到纯气体组分吸收剂再循环吸收剂再循环6 吸收与蒸馏的区别吸收与蒸馏的区别引入第二相：蒸馏由内部产生，吸收加入另一组分引入第二相：蒸馏由内部产生，吸收加入另一组分溶剂溶剂传质方向：蒸馏为双向传质，吸收为单向传质传质方向：蒸馏为

3、双向传质，吸收为单向传质上一页 下一页本章主要内容本章主要内容低浓度单组分等温物理吸收的原理与计算低浓度单组分等温物理吸收的原理与计算上一页 下一页返回2.1 气体吸收的相平衡关系Phase Equilibrium Relationship of Gas Absorption2.1.1 气体的溶解度气体的溶解度2.1.2 亨利定律亨利定律2.1.3 吸收剂的选择吸收剂的选择2.1.4 相平衡关系在吸收过程中的应用相平衡关系在吸收过程中的应用上一页 下一页返回1 溶解度的概念溶解度的概念在恒定温度与压强下，气体与吸收剂接触，达到平在恒定温度与压强下，气体与吸收剂接触，达到平衡状态时气体在吸收剂中

4、的饱和浓度称为溶解度，衡状态时气体在吸收剂中的饱和浓度称为溶解度，溶解度由实验测定。溶解度由实验测定。2 表示方法表示方法单位质量或体积的液体中所含溶质的质量单位质量或体积的液体中所含溶质的质量3 相律相律T、P、x、y四个变量；四个变量；T、P一定，一定，x、y有一一对有一一对应关系应关系上一页 下一页2.1.1 气体的溶解度4 规律规律温度升高，溶解度减小温度升高，溶解度减小压强升高，溶解度增大压强升高，溶解度增大不同气体，溶解度不同，而且有显著差别不同气体，溶解度不同，而且有显著差别下一页上一页结论结论加压和降温对吸收有利加压和降温对吸收有利减压和升温对脱吸有利减压和升温对脱吸有利上一页

5、 下一页返回1 亨利定律亨利定律描述当总压不高，温度恒定，稀溶液上方的气体溶描述当总压不高，温度恒定，稀溶液上方的气体溶质平衡分压与该溶质在液相中的浓度之间的关系。质平衡分压与该溶质在液相中的浓度之间的关系。2 表达形式表达形式1)pi-xi关系关系2)pi-ci关系关系3)yi-xi关系关系4)Yi-Xi关系关系上一页 下一页2.1.2 亨利定律1)pi-xi关系关系形式形式理想溶液，在总压不高，温度恒定条件下，在整个理想溶液，在总压不高，温度恒定条件下，在整个浓度范围内都符合亨利定律，亨利系数等于该温度浓度范围内都符合亨利定律，亨利系数等于该温度下纯溶质的饱和蒸汽压。此时，亨利定律与拉乌尔

6、下纯溶质的饱和蒸汽压。此时，亨利定律与拉乌尔定律一致。定律一致。非理想稀溶液，溶质分压不超过非理想稀溶液，溶质分压不超过1105Pa，恒定温恒定温度下，满足亨利定律。度下，满足亨利定律。亨利系数由实验测定。亨利系数由实验测定。亨利系数是温度的函数：温度升高，亨利系数是温度的函数：温度升高，E值增大。值增大。溶解度大，溶解度大，E值小。值小。下一页上一页2)pi-ci关系关系形式形式H是温度的函数，温度升高，是温度的函数，温度升高，H值减小。值减小。溶解度大，溶解度大，H值大。值大。H与与E的关系的关系下一页上一页3)yi-xi关系关系形式形式m与与E的关系的关系m是温度与总压的函数是温度与总压

7、的函数温度升高，温度升高，m增大；压强升高，增大；压强升高，m减小。减小。溶解度大，溶解度大，m小小上一页 下一页4)Yi-Xi关系关系摩尔比定义摩尔比定义形式形式下一页上一页上一页 下一页例例21 含有含有30（体积）（体积）CO2的某种混合气与水的某种混合气与水接触，系统温度为接触，系统温度为30C，总压为总压为101.33kPa。试试求液相中求液相中CO2的平衡浓度的平衡浓度ci*为若干为若干kmol/m3。解：解：下一页上一页例例22 已知在已知在101.33kPa及及20C时，氨在水中时，氨在水中的溶解度数据如本例附表的溶解度数据如本例附表1所示。试按以上数据标所示。试按以上数据标绘

8、出绘出pi*-xi曲线及曲线及Xi-Yi*曲线，并据此计算亨利系曲线，并据此计算亨利系数数E及相平衡常数及相平衡常数m值，再指出该溶液服从亨利定值，再指出该溶液服从亨利定律的组成范围。律的组成范围。解：解：上一页 下一页上一页 下一页返回（1）溶解度）溶解度对溶质的溶解度要大，对操作条件要敏感对溶质的溶解度要大，对操作条件要敏感（2）选择性）选择性对惰性组分溶解度要小对惰性组分溶解度要小（3）挥发度）挥发度挥发度要小挥发度要小（4）粘性）粘性粘度要小粘度要小（5）其他）其他无毒性、无腐蚀性、不易然、不发泡、冰点低、价廉易得、无毒性、无腐蚀性、不易然、不发泡、冰点低、价廉易得、化学稳定性化学稳定

9、性上一页 下一页返回2.1.3 吸收剂的选择1 判断传质进行的方向判断传质进行的方向根据实际组成与平衡组成的关系判断根据实际组成与平衡组成的关系判断2 确定传质的推动力确定传质的推动力实际组成与平衡组成的偏离程度实际组成与平衡组成的偏离程度上一页 下一页2.1.4 相平衡关系在吸收过程中的应用3 3 指明传质过程进行的极限指明传质过程进行的极限平衡是传质过程进行的极限平衡是传质过程进行的极限对逆流吸收过程对逆流吸收过程出塔尾气中溶质的最低组成出塔尾气中溶质的最低组成出塔吸收液中溶质的最高组成出塔吸收液中溶质的最高组成上一页 下一页第第1 1讲小结讲小结吸吸收收过过程程是是气气、液液相相间间的的

10、单单方方向向传传质质问问题题；相相间间接接触触方方式式有有逐逐级级接接触触式式及及微微分分接接触触式式；一一个个完完整整的的工工业业吸吸收收过过程程包包括括溶溶质质的的吸吸收收及及吸吸收收剂剂的的再再生生，即即包包括吸收与脱吸两部分。括吸收与脱吸两部分。相相平平衡衡关关系系对对传传质质过过程程的的分分析析与与描描述述有有重重要要作作用用。HenryHenry定定律律所所描描述述的的是是稀稀溶溶液液(不不管管理理想想还还是是非非理理想想溶溶液液)中中溶溶质质的的蒸蒸汽汽压压与与其其浓浓度度成成正正比比，当当物物系系为为理理想溶液时，想溶液时，HenryHenry定律与定律与RaoultRaoul

11、t定律一致。定律一致。依依据据气气、液液相相平平衡衡原原理理可可以以判判断断吸吸收收过过程程的的方方向向(吸吸收收或或脱脱吸吸)，指指出出吸吸收收过过程程进进行行的的极极限限(它它限限制制了了吸吸收收设设备备内内气气、液液出出口口处处的的极极限限浓浓度度)及及计计算算吸吸收收过过程程的的推推动动力力。但但是是，相相平平衡衡关关系系并并末末说说明明吸吸收收过过程程进进行的快慢。行的快慢。吸吸收收剂剂是是吸吸收收过过程程成成败败的的关关键键，其其选选择择的的主主要要原原则则是溶解度高、选择性好、易于再生。是溶解度高、选择性好、易于再生。上一页 下一页返回2.2 传质机理与吸收速率2.2.1 分子扩

12、散与菲克定律2.2.2 气相中的定态分子扩散2.2.3 液相中的定态分子扩散2.2.4 扩散系数2.2.5 对流传质2.2.6 吸收过程机理2.2.7 吸收速率方程式上一页 下一页返回分子扩散：分子扩散：静止或层流流动的流体中静止或层流流动的流体中涡流扩散：涡流扩散：湍流流动的流体中湍流流动的流体中1 分子扩散分子扩散定义：在一相内部存在浓度差的条件下，由于分子定义：在一相内部存在浓度差的条件下，由于分子的无规则热运动而产生的物质传递现象的无规则热运动而产生的物质传递现象过程分析过程分析推动力为浓度差，非稳态分子扩散推动力为浓度差，非稳态分子扩散扩散通量：单位面积上单位时间内扩散传递的物质扩散

13、通量：单位面积上单位时间内扩散传递的物质的量，单位为：的量，单位为：kmol/m2.s上一页 下一页2.2.1 分子扩散与菲克定律2 菲克（菲克（Fick）定律定律物质物质A的分子扩散通量与该位置上的分子扩散通量与该位置上A的浓度梯度成正的浓度梯度成正比，比例系数称为物质比，比例系数称为物质A在介质在介质B中的扩散系数中的扩散系数比较：牛顿粘性定律，傅立叶定律比较：牛顿粘性定律，傅立叶定律下一页上一页对于两组分构成的混合气体对于两组分构成的混合气体上一页 下一页扩散通量的另一种表示方法扩散通量的另一种表示方法下一页上一页返回1 等分子反向扩散等分子反向扩散（1）过程分析）过程分析在有限时间内为

14、稳态分子扩散在有限时间内为稳态分子扩散A与与B向相反方向扩散的分子数相等，为等分子反向扩散向相反方向扩散的分子数相等，为等分子反向扩散上一页 下一页2.2.2 气相中的稳态分子扩散（2）传质速率（传质通量）传质速率（传质通量）任一固定的空间位置上，单位时间、单位面积扩散的物质任一固定的空间位置上，单位时间、单位面积扩散的物质的量。的量。物质物质A 的传质速率等于分子扩散通量的传质速率等于分子扩散通量下一页上一页例例23 在图在图27所示的左右两个大容器内，分别所示的左右两个大容器内，分别装有浓度不同的装有浓度不同的NH3和和N2两种气体混合物。连通管两种气体混合物。连通管长长0.61m，内径内

15、径24.4mm，系统温度系统温度25C，压强压强 101.33kPa。左侧容器内左侧容器内NH3的分压为的分压为20kPa，右右侧容器内侧容器内NH3的分压为的分压为6.67kPa。已知在已知在25C、101.33kPa的条件下，的条件下，NH3-N2的扩散系数为的扩散系数为2.30X10-5m2/s。试求：试求：（1）单位时间内自容器）单位时间内自容器1向容器向容器2传递的传递的NH3量，量，kmol/s；（；（2）连通管中连通管中与截面与截面1相距相距0.305m处处NH3的分压，的分压，kPa。上一页 下一页2 一组分通过另一停滞组分的扩散一组分通过另一停滞组分的扩散（1）过程分析）过程

16、分析稳态等分子反向扩散稳态等分子反向扩散总体流动总体流动（2）方程建立）方程建立组分组分A的传质速率的传质速率上一页 下一页组分组分B的传质速率的传质速率稳态时，总体流动通量等于组分稳态时，总体流动通量等于组分A的传质通量的传质通量下一页上一页上一页 下一页pBm：物质物质B分压的对数平均值，分压的对数平均值，kPa；P/pBm：漂流因子，无因次，反映总体流动对传质速率的漂流因子，无因次，反映总体流动对传质速率的影响；其值大于影响；其值大于1下一页上一页等分子反向扩散：理想溶液的精馏过程等分子反向扩散：理想溶液的精馏过程一组分通过另一停滞组分的扩散：吸收和脱吸过程一组分通过另一停滞组分的扩散：

17、吸收和脱吸过程例例24 若设法改变条件，使图若设法改变条件，使图27所示的连通管所示的连通管中发生中发生NH3通过停滞的通过停滞的N2而向截面而向截面2稳定扩散过程，稳定扩散过程，且维持且维持1、2两截面上两截面上NH3的分压及系统的温度、压的分压及系统的温度、压强仍与例强仍与例23中的数值相同，再求：（中的数值相同，再求：（1）单位时）单位时间内传递的间内传递的NH3量，量，kmol/s；（；（2）连通管中与截连通管中与截面面1相距相距0.305m处处NH3的分压，的分压，kPa。上一页 下一页返回1 过程分析过程分析扩散速度远远小于气相中的扩散速度；扩散速度远远小于气相中的扩散速度；扩散系

18、数比气相小约扩散系数比气相小约105；扩散通量基本相同；扩散通量基本相同；主要发生一组分通过另一停滞组分的单向扩散。主要发生一组分通过另一停滞组分的单向扩散。2 方程的建立方程的建立上一页 下一页返回2.2.3 液相中的稳态分子扩散1 扩散系数扩散系数是物性参数是物性参数气相：种类、温度、压强有关气相：种类、温度、压强有关液相：种类、温度、浓度有关液相：种类、温度、浓度有关2 一些常用物质的扩散系数一些常用物质的扩散系数表表2 22 2，物质在空气中的扩散系数，物质在空气中的扩散系数表表2 23 3，物质在水中的扩散系数，物质在水中的扩散系数3 3 扩散系数的来源扩散系数的来源实验测定实验测定

19、物理化学手册，化学工程手册等查阅物理化学手册，化学工程手册等查阅经验或半经验公式估算经验或半经验公式估算上一页 下一页2.2.4 扩散系数4 计算公式计算公式气相扩散系数（马克斯维尔吉利兰公式）气相扩散系数（马克斯维尔吉利兰公式）结构复杂的物质的分子体积可由克普加和法则由原子体积结构复杂的物质的分子体积可由克普加和法则由原子体积作近似估算作近似估算扩散系数的修正扩散系数的修正上一页 下一页液相中扩散系数的经验公式液相中扩散系数的经验公式例例25 用温克而曼法（用温克而曼法（Winkelmanns method）测定测定CCl4蒸汽在空气中的扩散系数，其装置示意于蒸汽在空气中的扩散系数，其装置示

20、意于本题附图本题附图1。实验在。实验在48 C及及101.33kPa下进行，下进行，测得的数据列于本例附表测得的数据列于本例附表1中。中。48C下下CCl4的饱和的饱和蒸汽压蒸汽压p*=37.6kPa，液体液体CCl4的密度的密度L1540kg/m3。计算计算48 C、101.33kPa下下CCl4蒸蒸汽在空气中的扩散系数。汽在空气中的扩散系数。上一页 下一页下一页上一页下一页上一页上一页 下一页上一页 下一页例例26 试用马克斯维尔吉利兰公式分别计算试用马克斯维尔吉利兰公式分别计算0C、101.33kPa条件下乙醇蒸汽及乙酸蒸汽在空条件下乙醇蒸汽及乙酸蒸汽在空气中的扩散系数。气中的扩散系数。

21、解：（解：（1）下一页上一页（2）上一页 下一页第第2讲小结讲小结传传质质：静静止止流流体体内内部部的的分分子子传传递递问问题题；流流动动流流体体内内部部对对流流分分子子传传递递问问题题；两两相相间间的的传传质质模模型型与与传传质质速速率问题。率问题。FickFick定定律律描描述述了了由由浓浓度度梯梯度度引引起起的的扩扩散散速速率率关关系系式式；而而扩扩散散速速率率方方程程则则描描述述了了存存在在主主体体流流动动时时的的分分子子扩扩散散速速率率关关系系式式，此此主主体体流流动动是是由由于于分分子子单单向向扩扩散散使使界面压力低于主体压力，而造成主体向界面的流动。界面压力低于主体压力，而造成主

22、体向界面的流动。等等分分子子反反向向扩扩散散速速率率方方程程式式实实为为FickFick定定律律的的直直接接积积分分结结果果，而而单单向向分分子子扩扩散散中中，由由于于伴伴生生总总体体流流动动，使使分分子子扩扩散散速速率率比比等等分分子子反反向向扩扩散散速速率率增增大大了了一一个个倍数，此倍数称为漂流因子。倍数，此倍数称为漂流因子。上一页 下一页第第2讲小结讲小结分子扩散系数是物质的传递性质，其数值可从三种分子扩散系数是物质的传递性质，其数值可从三种途径获得。在用经验关联式估其物性数值时，明确途径获得。在用经验关联式估其物性数值时，明确关联式的适用范围，了解物性的影响因素及校正关关联式的适用范

23、围，了解物性的影响因素及校正关系是重要的。系是重要的。上一页 下一页返回1 涡流扩散涡流扩散依靠流体质点的湍动和漩涡来传递物质的现象依靠流体质点的湍动和漩涡来传递物质的现象涡流扩散的速率远远大于分子扩散涡流扩散的速率远远大于分子扩散表示方法表示方法涡流扩散系数涡流扩散系数DE不是物性参数不是物性参数2 对流传质对流传质运动着的流体与相界面之间的传质过程。是湍流主运动着的流体与相界面之间的传质过程。是湍流主体与相界面之间的涡流扩散与分子扩散两种传质作体与相界面之间的涡流扩散与分子扩散两种传质作用的总和用的总和处理方法：与对流传热过程类似处理方法：与对流传热过程类似上一页 下一页2.2.5 对流传

24、质上一页 下一页过程分析过程分析层流内层：分子扩散层流内层：分子扩散 浓度梯度较大浓度梯度较大过渡层：分子扩散涡流扩散过渡层：分子扩散涡流扩散 有有 浓度梯度浓度梯度湍流主体：涡流扩散湍流主体：涡流扩散 浓度梯度很小浓度梯度很小层流内层分压线与气相主体分压线交于一点层流内层分压线与气相主体分压线交于一点H，此交点与此交点与相界面的距离相界面的距离zG定义为有效层流膜（停层膜），流动为层定义为有效层流膜（停层膜），流动为层流，故物质传递形式为分子扩散流，故物质传递形式为分子扩散气相气相液相液相返回上一页 下一页1 双膜理论双膜理论气液流体间存在稳定的相界面，界面两侧各有一个气液流体间存在稳定的相

25、界面，界面两侧各有一个很薄的停滞膜，吸收质以分子扩散方式通过此二膜很薄的停滞膜，吸收质以分子扩散方式通过此二膜由气相主体进入液相主体由气相主体进入液相主体在相界面处，气液两相达到平衡在相界面处，气液两相达到平衡在两个停滞膜以外的气液两相主体中，由于流体充在两个停滞膜以外的气液两相主体中，由于流体充分湍动，物质浓度均匀分湍动，物质浓度均匀2 应用应用固定相界面的系统固定相界面的系统低速流体间的传质低速流体间的传质2.2.6 吸收过程的机理上一页 下一页2 溶质渗透理论溶质渗透理论上一页 下一页3 表面更新理论表面更新理论返回上一页 下一页吸收过程步骤吸收过程步骤气相主体气相相界面，气相相界面液相

26、相界面，液相气相主体气相相界面，气相相界面液相相界面，液相相界面液相主体相界面液相主体1 气膜吸收速率方程式气膜吸收速率方程式2.2.7 吸收速率方程式上一页 下一页上一页 下一页2 液膜吸收速率方程式液膜吸收速率方程式上一页 下一页3 界面浓度界面浓度上一页 下一页4 总吸收系数及其相应的吸收速率方程式总吸收系数及其相应的吸收速率方程式1）以）以pA-pA*表示总推动力的吸收速率方程式表示总推动力的吸收速率方程式易溶气体，易溶气体，H值很大值很大易溶气体的吸收过程为气膜控制。提高吸收速率要减小气易溶气体的吸收过程为气膜控制。提高吸收速率要减小气膜阻力膜阻力上一页 下一页（2）以）以cA*-c

27、A表示总推动力的吸收速率方程式表示总推动力的吸收速率方程式难溶气体，难溶气体，H值很小值很小难溶气体的吸收过程为液膜控制，要提高吸收速率，要减难溶气体的吸收过程为液膜控制，要提高吸收速率，要减小液膜阻力小液膜阻力上一页 下一页中等溶解度气体的吸收过程，气膜阻力与液膜阻力均不能中等溶解度气体的吸收过程，气膜阻力与液膜阻力均不能忽略，要提高吸收速率，需要同时减小气膜和液膜阻力忽略，要提高吸收速率，需要同时减小气膜和液膜阻力上一页 下一页（3）以）以YA-YA*表示总推动力的吸收速率方程式表示总推动力的吸收速率方程式上一页 下一页（4）以）以XA*-XA表示总推动力的吸收速率方程式表示总推动力的吸收

28、速率方程式上一页 下一页5 小结小结上一页 下一页上一页 下一页适用条件适用条件气、液浓度保持不变；气、液浓度保持不变；稳态操作；稳态操作；吸收塔内任一横截面；吸收塔内任一横截面；对于总吸收速率方程式，平衡关系必须为直线，即对于总吸收速率方程式，平衡关系必须为直线，即H应为应为常数，也就是要符合亨利定律；常数，也就是要符合亨利定律；对于气膜或液膜控制过程，可直接应用。对于气膜或液膜控制过程，可直接应用。上一页 下一页例例27 已知某低浓度气体溶质被吸收时，平衡关已知某低浓度气体溶质被吸收时，平衡关系服从亨利定律，气膜吸收系数系服从亨利定律，气膜吸收系数 kG=2.7410-7kmol/(m2.

29、s.kPa)，液膜吸收系数液膜吸收系数 kL=6.9410-5m/s，溶解度系数溶解度系数H=1.5kmol/(m3.kPa)。试试求总气相吸收系数求总气相吸收系数KG kmol/(m2.s.kPa)，并分析该吸收并分析该吸收过程的控制因素。过程的控制因素。解：解：上一页 下一页上一页 下一页第第3讲小结讲小结对对流流扩扩散散包包括括分分子子扩扩散散和和涡涡流流扩扩散散。由由于于流流体体的的流流动，尤其是涡流的混合作用，大大强化了传质过程。动，尤其是涡流的混合作用，大大强化了传质过程。引引入入有有效效膜膜模模型型后后，虽虽然然使使对对流流扩扩散散过过程程的的数数学学描描述述得得以以简简化化，但

30、但由由于于有有效效膜膜厚厚度度及及界界面面浓浓度度难难以以测测定，工程计算问题并未得到解决。定，工程计算问题并未得到解决。实际传质过程多数为相间传质，出于相界面传递过实际传质过程多数为相间传质，出于相界面传递过程的复杂性。过程的描述采用了数学模型法，双膜程的复杂性。过程的描述采用了数学模型法，双膜模型是最简单且是目前工程上使用的相间传质模型，模型是最简单且是目前工程上使用的相间传质模型，用此模型建立的相间传质速率方程回避了难以测定用此模型建立的相间传质速率方程回避了难以测定的界面浓度，方便了工程计算。的界面浓度，方便了工程计算。上一页 下一页第第3讲小结讲小结相间传质是一串联速率过程，了解各项

31、内传质阻力相间传质是一串联速率过程，了解各项内传质阻力的相对大小，以及整个过程中的控制步骤，对强化的相对大小，以及整个过程中的控制步骤，对强化传质过程是重要的，它能指出过程强化目标。传质过程是重要的，它能指出过程强化目标。由于推动力中浓度的表达形式不同，吸收速率方程由于推动力中浓度的表达形式不同，吸收速率方程也有多种形式，要注意方程式中推动力与阻力的一也有多种形式，要注意方程式中推动力与阻力的一致。由于推动力沿塔变化，传质速率方程为一局部致。由于推动力沿塔变化，传质速率方程为一局部速率关系式。速率关系式。上一页 下一页返回2.3 吸收塔的计算2.3.1 吸收塔的物料衡算与操作线方程2.3.2

32、吸收剂用量的确定2.3.3 塔径的计算2.3.4 填料层高度的计算2.3.5 理论板层数的计算上一页 下一页返回1 物料衡算物料衡算2.3.1 吸收塔的物料衡算与操作线方程上一页 下一页2 吸收塔的操作线方程与操作线吸收塔的操作线方程与操作线下一页上一页返回1 液气比液气比L/V操作线的斜率操作线的斜率增大吸收剂用量，斜率增大，推动力增大，操作费增大吸收剂用量，斜率增大，推动力增大，操作费增大增大减小吸收剂用量，斜率减小，推动力减小，设备费减小吸收剂用量，斜率减小，推动力减小，设备费增大增大适宜液气比需根据经济指标优化计算适宜液气比需根据经济指标优化计算经验值经验值2 最小液气比最小液气比(L

33、/V)min定义：操作线与平衡线相交或相切定义：操作线与平衡线相交或相切2.3.2 吸收剂用量的决定上一页 下一页下一页上一页平衡关系为上凹曲线，图解法，确定操作线与平衡线交点平衡关系为上凹曲线，图解法，确定操作线与平衡线交点坐标坐标平衡关系为下凹曲线，图解法，操作线与平衡线切线，确平衡关系为下凹曲线，图解法，操作线与平衡线切线，确定切线与定切线与Y1线交点线交点B坐标坐标上一页 下一页平衡关系符合亨利定律，解析法平衡关系符合亨利定律，解析法下一页上一页例例28 用洗油吸收焦炉气中的芳烃。吸收塔内的用洗油吸收焦炉气中的芳烃。吸收塔内的温度温度27C、压强为压强为106.7kPa。焦炉气流量为焦

34、炉气流量为850m3/h，其中所含芳烃的摩尔分率为其中所含芳烃的摩尔分率为0.02，要，要求芳烃回收率不低于求芳烃回收率不低于95。进入吸收塔顶的洗油中。进入吸收塔顶的洗油中所含芳烃的摩尔分率为所含芳烃的摩尔分率为0.005。若取溶剂用量为理。若取溶剂用量为理论最小用量的论最小用量的1.5倍，求每小时送入吸收塔顶的洗倍，求每小时送入吸收塔顶的洗油量及塔底流出的吸收液浓度。操作条件下的平衡油量及塔底流出的吸收液浓度。操作条件下的平衡关系可用下式表达，即关系可用下式表达，即解：上一页 下一页下一页上一页上一页 下一页第第4讲小结讲小结吸收过程描述的基本依据仍是；物料衡算、热量衡吸收过程描述的基本依

35、据仍是；物料衡算、热量衡算、相平衡关系、传质速率，这些基本方法对各单算、相平衡关系、传质速率，这些基本方法对各单元操作具有普遍意义。元操作具有普遍意义。吸收塔吸收塔(如填料塔如填料塔)的设计计算目的主要是确定为满的设计计算目的主要是确定为满足工艺要求所需要的填料层高度，其关键在从经济足工艺要求所需要的填料层高度，其关键在从经济与技术观点确定适宜的设计参数：吸收剂的用量及与技术观点确定适宜的设计参数：吸收剂的用量及其入塔浓度。其入塔浓度。操作线方程关联了填料塔内任一截面处相遇气、液操作线方程关联了填料塔内任一截面处相遇气、液相组成的变化规律，它是对塔段进行物料衡算的结相组成的变化规律，它是对塔段

36、进行物料衡算的结果，只与吸收操作方式、物料流量及组成有关，而果，只与吸收操作方式、物料流量及组成有关，而与相平衡关系、操作温度、压强及设备结构无关与相平衡关系、操作温度、压强及设备结构无关。返回上一页 下一页1 填料层高度的基本计算式填料层高度的基本计算式2.3.4 填料层高度的计算下一页上一页KYa、Kxa：体积吸收系数，kmol/(m3.s)上一页 下一页2 传质单元高度与传质单元数传质单元高度与传质单元数下一页上一页传质单元高度与传质单元数的物理意义传质单元高度与传质单元数的物理意义上一页 下一页传质单元高度是完成一个传质单元分离任务所需的填料层传质单元高度是完成一个传质单元分离任务所需

37、的填料层高度；高度；传质单元高度与填料性能、润湿情况、物系特性及操作条传质单元高度与填料性能、润湿情况、物系特性及操作条件有关，其值大小反映填料层传质动力学性能的优劣；件有关，其值大小反映填料层传质动力学性能的优劣；对于低浓度气体吸收，各传质单元所对应的传质单元高度对于低浓度气体吸收，各传质单元所对应的传质单元高度可视为相等可视为相等下一页上一页传质单元：通过一定高度填料层的传质，使一相组成的变传质单元：通过一定高度填料层的传质，使一相组成的变化恰好等于其中的平均推动力，这样一段填料层的传质称化恰好等于其中的平均推动力，这样一段填料层的传质称为一个传质单元；为一个传质单元；传质单元数决定于分离

38、前后气液相的组成和相平衡关系，传质单元数决定于分离前后气液相的组成和相平衡关系，而与设备型式无关，其值大小表示分离任务的难易。而与设备型式无关，其值大小表示分离任务的难易。3 传质单元数的求法传质单元数的求法1）解析法）解析法（1）脱吸因数式）脱吸因数式上一页 下一页下一页上一页上一页 下一页分析分析回收率一定，增大回收率一定，增大S，减小液气比，减小液气比，NOG增大；减小增大；减小S，增增大液气比，大液气比，NOG减小。减小。S一定，回收率增大，一定，回收率增大，NOG增大；回收率减小，增大；回收率减小，NOG减小。减小。S1，操作线斜率小于平衡线斜率，在塔底接近平衡，可操作线斜率小于平衡

39、线斜率，在塔底接近平衡，可获得最浓的吸收液。获得最浓的吸收液。S1非常慢反应，与物理吸收相同，非常慢反应，与物理吸收相同，1中速反应，中速反应，与很多因素有关，参阅化学反应工程与很多因素有关，参阅化学反应工程上一页 下一页第第7讲小结讲小结吸收系数影响因素众多，通常采用实验测定。虽然吸收系数影响因素众多，通常采用实验测定。虽然建立适用广泛的膜传质系数关联式是一件引人入胜建立适用广泛的膜传质系数关联式是一件引人入胜的工作，但由于塔设备中气液两相直接接触，交互的工作，但由于塔设备中气液两相直接接触，交互作用复杂，很难得到令人满意的结果，这使吸收系作用复杂，很难得到令人满意的结果，这使吸收系数的直接查定仍是获取实用数据的主要手段。数的直接查定仍是获取实用数据的主要手段。由于脱吸只不过是吸收的反过程，所以吸收所采用由于脱吸只不过是吸收的反过程，所以吸收所采用的塔设备及在吸收塔设计中所采用的方法都适于脱的塔设备及在吸收塔设计中所采用的方法都适于脱吸过程。但是，因为脱吸塔内的传质过程是从液相吸过程。但是，因为脱吸塔内的传质过程是从液相向气相进行，所以其过程推动力为吸收过程推动力向气相进行，所以其过程推动力为吸收过程推动力的负值，在的负值，在yxyx图上操作线必位于平衡线下方。图上操作线必位于平衡线下方。上一页返回下一页