研究生入学考试吸收.pptx

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1、会计学1研究生入学考试吸收研究生入学考试吸收界面界面 气气相相主主体体 组分组分 组分组分 液相液相主体主体 1扩散物质从一相的主体扩散到两相界面（单相中的扩散）；扩散物质从一相的主体扩散到两相界面（单相中的扩散）；2在界面上的扩散物质从一相进入另一相（相际间传质）；在界面上的扩散物质从一相进入另一相（相际间传质）；3进入另一相的扩散物质从界面向该相的主体扩散（单相中的扩散）；进入另一相的扩散物质从界面向该相的主体扩散（单相中的扩散）；物质传递的三个步骤：物质传递的三个步骤：第1页/共78页物质在单相中的传递靠扩散，发生在流体中的扩物质在单相中的传递靠扩散，发生在流体中的扩散有散有分子扩散分子

2、扩散和和涡流扩散涡流扩散两种。两种。分子扩散分子扩散：依靠分子的无规则热运动，主要发生在静止或依靠分子的无规则热运动，主要发生在静止或层流流体中。层流流体中。涡流扩散涡流扩散：依靠流体质点的湍动和旋涡而传递物质，主要依靠流体质点的湍动和旋涡而传递物质，主要发生在湍流流体中。发生在湍流流体中。物质在单相中的扩散物质在单相中的扩散 第2页/共78页1传质学基础传质学基础n n1、1混合物组成的表示方法：n n表7-1 混合物组成表示法；n n表7-2 混合物组成换算关系；n n例7-1。第3页/共78页A B A B A B A B 分子扩散分子扩散：在一相内部存在浓度差或浓度梯度的情况下，由于分

3、子的无规：在一相内部存在浓度差或浓度梯度的情况下，由于分子的无规则运动而导致的物质传递现象。分子扩散是物质分子微观运动的结果。则运动而导致的物质传递现象。分子扩散是物质分子微观运动的结果。扩散通量扩散通量：单位时间内单位面积上扩散传递的物质量，其单位为：单位时间内单位面积上扩散传递的物质量，其单位为mol/(m2s)。一、分子扩散与菲克定律一、分子扩散与菲克定律1 1 分子分子扩散散 第4页/共78页式中式中JA物质物质A在在z方向上的分子扩散通量，方向上的分子扩散通量，kmol/(m2s)dCA/dz物质物质A的浓度梯度，的浓度梯度，kmol/m4DAB物质物质A在介质在介质B中的分子扩散系

4、数，中的分子扩散系数，m2/s负号负号表示扩散是沿着物质表示扩散是沿着物质A浓度降低的方向进行的。浓度降低的方向进行的。当物质当物质A在介质在介质B中发生扩散时，任一点处物质中发生扩散时，任一点处物质A的扩散通的扩散通量与该位置上量与该位置上A的浓度梯度成正比，即：的浓度梯度成正比，即：2 2 菲克（菲克（FickFick）定律）定律 第5页/共78页假定：假定：pA1pA2pB11，漂流因子的大小直接反映了总体流动在传质中所占分，漂流因子的大小直接反映了总体流动在传质中所占分量的大小，即漂流因子体现了总体流动对传质速率的影响。量的大小，即漂流因子体现了总体流动对传质速率的影响。单向扩散的传质

5、通量单向扩散的传质通量 第15页/共78页分子扩散系数是物质的特征系数之一，表示物质在介质中分子扩散系数是物质的特征系数之一，表示物质在介质中的扩散能力；的扩散能力；扩散系数取决于扩散质和介质的种类及温度等因数。扩散系数取决于扩散质和介质的种类及温度等因数。对于气体中的扩散，浓度的影响可以忽略；对于气体中的扩散，浓度的影响可以忽略；对于液体中的扩散，浓度的影响可以忽略，而压强的影响对于液体中的扩散，浓度的影响可以忽略，而压强的影响不显著。不显著。物质的扩散系数可由实验测得，或查有关资料，或借助于物质的扩散系数可由实验测得，或查有关资料，或借助于经验或半经验公式进行计算。经验或半经验公式进行计算

6、。四、分子扩散系数四、分子扩散系数 第16页/共78页物质在湍流的流体中传质，主要凭藉湍流流体质点的湍动物质在湍流的流体中传质，主要凭藉湍流流体质点的湍动和旋涡引起流体各部分之间的剧烈混合，在有浓度差存在的条和旋涡引起流体各部分之间的剧烈混合，在有浓度差存在的条件下，物质朝着浓度降低的方向进行传递，这种现象称为件下，物质朝着浓度降低的方向进行传递，这种现象称为涡流涡流扩散扩散（eddydiffusion）。）。五、湍流流体中的对流传质五、湍流流体中的对流传质1 1 涡流流扩散散 第17页/共78页在湍流流体中同时存在涡流扩散在湍流流体中同时存在涡流扩散和分子扩散（涡流扩散占和分子扩散（涡流扩散

7、占主导地位主导地位），其总扩散通量为），其总扩散通量为 式中式中D分子扩散系数，分子扩散系数，m2/s；DE涡流扩散系数，涡流扩散系数，m2/s；dCA/dZ沿沿z方向的浓度梯度，方向的浓度梯度，kmol/m4；J总扩散通量总扩散通量kmol/(m2s)注：涡流扩散系数注：涡流扩散系数DE不是物性常数，它与湍动有关，且随位置不是物性常数，它与湍动有关，且随位置而不同。由于其难以测定，常将分子扩散和涡流扩散结合在一而不同。由于其难以测定，常将分子扩散和涡流扩散结合在一起考虑。起考虑。第18页/共78页对流传质对流传质是指发生在运动着的流体与相截面之间的传质过程。是指发生在运动着的流体与相截面之间

8、的传质过程。在实际生产中，传质操作多发生在流体湍流的情况下，此时的在实际生产中，传质操作多发生在流体湍流的情况下，此时的对流传质对流传质是湍流主体与相界面之间的涡流扩散与分子扩散两种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用的总和。传质作用的总和。以吸收为例：吸收剂沿壁面自上而下流动，混合气体自下以吸收为例：吸收剂沿壁面自上而下流动，混合气体自下而上流过液体表面。考察稳定操作状况下吸收塔设备任一截面而上流过液体表面。考察稳定操作状况下吸收塔设备任一截面m-n处相界面的气相一侧溶质处相界面的气相一侧溶质A浓度分布情况。浓度分布情况。2 2 对流流传质 第19页/共78页液相液相 m

9、n相界面相界面 气相滞流内层气相滞流内层 气相气相 0zGzG 距离距离z p Hpi 气气相相分分压压p 气相有效气相有效膜层厚度膜层厚度 滞流内滞流内层厚度层厚度 滞流滞流层层湍流主体湍流主体第20页/共78页流体主体与相界面之间存在三个流动区域，即湍流主体、流体主体与相界面之间存在三个流动区域，即湍流主体、过度层和滞流层。过度层和滞流层。过渡层过渡层同时存在分子扩散和涡流扩散，分压梯度逐渐同时存在分子扩散和涡流扩散，分压梯度逐渐变小，曲线逐渐平缓。变小，曲线逐渐平缓。滞流层滞流层溶质的传递主要依靠分子扩散作用，由于溶质的传递主要依靠分子扩散作用，由于D值较值较小，在该区域内分压梯度较大，

10、曲线陡峭。小，在该区域内分压梯度较大，曲线陡峭。湍流主体湍流主体主要依靠涡流扩散，大量旋涡引起的混合作主要依靠涡流扩散，大量旋涡引起的混合作用使得气相主体内溶质的分压趋于一致，分压线为直线。用使得气相主体内溶质的分压趋于一致，分压线为直线。第21页/共78页延长滞流内层的分压线和气相主体延长滞流内层的分压线和气相主体的分压线交于的分压线交于H点，点，此点与相界面的距离为此点与相界面的距离为zG，在在zG以内的流动为滞流，其物质以内的流动为滞流，其物质传递纯属分子扩散，此虚拟的膜层称为传递纯属分子扩散，此虚拟的膜层称为有效滞流膜。有效滞流膜。整个有效滞流层的传质推动力为气相主体与相界面处的整个有

11、效滞流层的传质推动力为气相主体与相界面处的分压之差，即全部传质阻力都包含在有效滞流膜层内。分压之差，即全部传质阻力都包含在有效滞流膜层内。第22页/共78页由气相主体至相界面的对流传质速率为（按有效滞流膜层由气相主体至相界面的对流传质速率为（按有效滞流膜层内的分子扩散速率计算）内的分子扩散速率计算）式中式中NA溶质溶质A的对流传质速率，的对流传质速率，kmol/(m2s)；zG气相有效滞流膜层厚度气相有效滞流膜层厚度,m；kG气膜吸收系数；气膜吸收系数；p气相主体中溶质气相主体中溶质A的分压的分压,kPa；pi相界面处溶质相界面处溶质A的分压的分压,kPa；pBM惰性组分惰性组分B在气相主体中

12、与相界面处的分压的对数平均在气相主体中与相界面处的分压的对数平均值值,kPa；第23页/共78页在液相中的传质速率为在液相中的传质速率为 式中式中zL液相有效滞流膜层厚度，液相有效滞流膜层厚度，m；C液相主体中的溶质液相主体中的溶质A浓度，浓度，kmol/m3；ci相界面处的溶质相界面处的溶质A浓度，浓度，kmol/m3；cSm溶剂溶剂S在液相主题与相界面处的浓度的对数均在液相主题与相界面处的浓度的对数均值，值，kmol/m3；kL液膜吸收系数或液膜传质系数液膜吸收系数或液膜传质系数 第24页/共78页当气液两相接触时，两相之间有一个相界面，在相界面两侧当气液两相接触时，两相之间有一个相界面，

13、在相界面两侧分别存在着呈层流流动的稳定膜层（有效层流膜层）。溶质必分别存在着呈层流流动的稳定膜层（有效层流膜层）。溶质必须以分子扩散的形式连续的通过这两个膜层，膜层的厚度主要须以分子扩散的形式连续的通过这两个膜层，膜层的厚度主要随流速而变，流速愈大厚度愈小。随流速而变，流速愈大厚度愈小。在相界面上气液两相相互成平衡。在相界面上气液两相相互成平衡。在膜层以外的主体内，由于流体的充分湍动，溶质的浓度分在膜层以外的主体内，由于流体的充分湍动，溶质的浓度分布均匀，可认为两相主体中的浓度梯度为零，即浓度梯度全部布均匀，可认为两相主体中的浓度梯度为零，即浓度梯度全部集中在两个有效膜层中。集中在两个有效膜层

14、中。用双膜理论解释具有固定相界面的系统及速度不高的两流体用双膜理论解释具有固定相界面的系统及速度不高的两流体间的传质过程（如湿壁塔），与实际情况是大致相符合的。间的传质过程（如湿壁塔），与实际情况是大致相符合的。六、双膜理论六、双膜理论（two-film theorytwo-film theory）第25页/共78页pA cA pA,i cA,i 气气膜膜液液膜膜相界面相界面 气相主体气相主体 液相主体液相主体 传质方向传质方向 图图双膜理论示意图双膜理论示意图 溶质溶质A在气相中的分压在气相中的分压 溶溶质质A在在液液相相中中的的摩摩尔尔浓浓度度 双膜理论把复杂的相际传质过程归结为经由两个流

15、体停滞膜层的分双膜理论把复杂的相际传质过程归结为经由两个流体停滞膜层的分子扩散过程，而相界面处及两相主体中均无传质阻力存在，这样，子扩散过程，而相界面处及两相主体中均无传质阻力存在，这样，整个相际传质过程的阻力便全部体现在两个停滞膜层里。在两相主整个相际传质过程的阻力便全部体现在两个停滞膜层里。在两相主体浓度一定的情况下，两膜的阻力便决定了传质速率的大小。体浓度一定的情况下，两膜的阻力便决定了传质速率的大小。第26页/共78页1、4 传质设备简介传质设备简介n n对传质设备的要求：1、给传质的各相提供良好的接触机会，包括增大相接触面积和增强湍动程度；传质的各相在接触后能分离完全；传质的两相间要

16、有较大的推动力。另外要求结构简单紧凑，操作方便，运转稳定可靠周期长、能耗小等。n n常见的有填料塔和板式塔。第27页/共78页第28页/共78页2 吸收吸收混合气体（A+B）吸收剂（S）吸收尾气（A+B）（A未溶解的部分）吸收液（A+S）第29页/共78页2 吸收吸收n n一、吸收的概念一、吸收的概念n n 使混合气体与适当的液体接触，气体中的一个或几个组分便溶使混合气体与适当的液体接触，气体中的一个或几个组分便溶解在液体中而形成溶液，于是原混合气体的组分得以分离。解在液体中而形成溶液，于是原混合气体的组分得以分离。n n这种利用个组分溶解度不同而分离气体混合物的操作称为吸收。这种利用个组分溶

17、解度不同而分离气体混合物的操作称为吸收。n n吸收物质或溶质：能够溶解的组分；吸收物质或溶质：能够溶解的组分；n n惰性组分或载体：不被溶解的组分；惰性组分或载体：不被溶解的组分；n n吸收剂：吸收操作所用的溶剂。吸收剂：吸收操作所用的溶剂。第30页/共78页2 吸收吸收n n二、吸收的分类：n n1、物理吸收：溶质与溶剂之间不发生显著的化学反应，可以当作是气体单纯地溶解于液相的物理过程。例如：用水吸收二氧化碳。n n2、化学吸收：溶质与溶剂发生显著的化学反应。例如用硫酸吸收氨气，用碱液吸收二氧化碳。第31页/共78页2 吸收吸收n n1 1、单组分吸收：混合气体中只有一个组分进入液相，其余组

18、分皆、单组分吸收：混合气体中只有一个组分进入液相，其余组分皆可认为不溶解于吸收剂；可认为不溶解于吸收剂；n n2 2、多组分的吸收：混合气体中有两个或多个组分进入液相。、多组分的吸收：混合气体中有两个或多个组分进入液相。n n例如：合成氨原料气中含有氮气、氢气一氧化碳和二氧化碳等几例如：合成氨原料气中含有氮气、氢气一氧化碳和二氧化碳等几个组分，其中唯有二氧化碳在水中有较显著的溶解，因此称为单个组分，其中唯有二氧化碳在水中有较显著的溶解，因此称为单组分的吸收。组分的吸收。第32页/共78页2 吸收吸收n n非等温吸收：气体溶解在液体中，常伴随着热效应，当发生化学反应时，还会有反应热，其结果是使液

19、相温度逐渐升高。n n等温吸收：若热效应很小或被吸收的组分在气相中浓度很低而吸收剂的用量相对很大时，温度升高并不显著可认为是等温吸收。第33页/共78页2 吸收吸收n n三、吸收三、吸收 过程进行的条件过程进行的条件n n吸收过程进行的方向与限度取决于溶质在气液两相中的平衡关系。吸收过程进行的方向与限度取决于溶质在气液两相中的平衡关系。n n气相中溶质的实际分压高于与液相成平衡的溶质分压时，溶质便气相中溶质的实际分压高于与液相成平衡的溶质分压时，溶质便由气相向液相中转移，称为吸收过程。由气相向液相中转移，称为吸收过程。n n气相中溶质的实际分压低于与液相成平衡的溶质分压时，溶质便气相中溶质的实

20、际分压低于与液相成平衡的溶质分压时，溶质便由液相向气相中转移，称为解吸（脱吸）过程。由液相向气相中转移，称为解吸（脱吸）过程。n n本章重点介绍低浓度单组分等温物理吸收的原理和计算。本章重点介绍低浓度单组分等温物理吸收的原理和计算。第34页/共78页拉乌尔定律拉乌尔定律n n液相为理想溶液，遵循拉乌尔定律：液相为理想溶液，遵循拉乌尔定律：n n式中式中 p p溶液上方组分的平衡分压，溶液上方组分的平衡分压，PaPa；n n在溶液温度下纯组分的饱和蒸气压，在溶液温度下纯组分的饱和蒸气压，PaPa；n nX X溶液中组分的摩尔分率。溶液中组分的摩尔分率。n n下标下标A A表示易挥发组分，表示易挥

21、发组分，B B表示难挥发组分。表示难挥发组分。第35页/共78页道尔顿分压定律道尔顿分压定律n n气相为理想气体，遵循道尔顿分压定律。n nyA-气相中的组分A的摩尔分率；n nP-溶液上方的总压。第36页/共78页气相组成的表示方法气相组成的表示方法组成符号单位分压pAPa或kPa摩尔分率yAkmol吸收质/kmol混合气体摩尔比YAkmol吸收质/kmol惰性组分第37页/共78页液相组成的表示方法液相组成的表示方法组成符号单位摩尔浓度cAkmol吸收质/m3溶液摩尔分率xAkmol吸收质/kmol溶液摩尔比XAkmol吸收质/kmol吸收剂第38页/共78页2、2、1 气体在液体中的气体

22、在液体中的溶解度溶解度n n平平平平衡衡衡衡浓浓浓浓度度度度（饱饱饱饱和和和和浓浓浓浓度度度度）：在在恒恒定定的的温温度度与与压压强强下下，使使一一定定量量的的液液体体与与混混合合气气体体接接触触，溶溶质质便便向向液液相相转转移移，直直至至液液相相中中溶溶质质达达到到饱饱和和，浓浓度度不不再再增增加加为为止止。这这种种状状态态称称为为相相际际动动平平衡衡，简简称称相相平平衡衡或或平衡。平衡。n n平平衡衡状状态态下下气气相相中中的的溶溶质质分分压压称称为为平平平平衡衡衡衡分分分分压压压压或或饱饱饱饱和和和和分分分分压压压压，液液相相中中的的溶溶质质浓浓度度称称为为平平平平衡衡衡衡浓浓浓浓度度度

23、度或或饱饱和和浓度。浓度。n n气气体体在在液液体体中中的的溶溶解解度度表表明明在在一一定定条条件件下下吸吸收收过过程可能达到的程可能达到的极限程度极限程度。n n气气体体溶溶质质在在一一定定液液体体中中的的溶溶解解度度与与整整个个物物质质的的温温度、压强及该溶质在气相中的浓度密切相关。度、压强及该溶质在气相中的浓度密切相关。第39页/共78页平衡分压与溶解度间的关系用曲线表示，这些曲线称为溶解度曲线。第40页/共78页溶解度曲线得到的结论溶解度曲线得到的结论溶解度曲线得到的结论溶解度曲线得到的结论n n1 1、在相同的温度下，氨在水中的溶解度很大，氧在水中的溶解度、在相同的温度下，氨在水中的

24、溶解度很大，氧在水中的溶解度极小。极小。n n2 2、对于同样浓度的溶液，易溶气体在溶液上方的分压小，难溶气、对于同样浓度的溶液，易溶气体在溶液上方的分压小，难溶气体在溶液上方的分压大。换言之，如欲得到一定浓度的溶液，对体在溶液上方的分压大。换言之，如欲得到一定浓度的溶液，对易溶气体所需的分压较低，而对难溶气体所需的分压则很高。易溶气体所需的分压较低，而对难溶气体所需的分压则很高。n n对于同一种溶质来说，溶解度随温度的升高而减小，加压和降温对于同一种溶质来说，溶解度随温度的升高而减小，加压和降温对吸收操作有利。因为加压和降温可以提高气体的溶解度。对吸收操作有利。因为加压和降温可以提高气体的溶

25、解度。第41页/共78页2、2、2亨利定律亨利定律n n当总压不高（不超过5*105Pa）时，在恒定温度下，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成正比。第42页/共78页2、2、2亨利定律亨利定律n n一、一、一、一、p-xp-x关系关系关系关系n n n np*p*溶质在气相中的平衡分压；溶质在气相中的平衡分压；n nxx溶质在液相中的摩尔分率；溶质在液相中的摩尔分率；n nEE亨利系数，其数值随物系的特性及温度而亨利系数，其数值随物系的特性及温度而异。异。(kPa)(kPa)n n对于理想溶液，亨利系数即为该温度下纯溶质的饱和对于理想溶液，亨利系数即为该温度下纯溶质的饱和蒸气

26、压。蒸气压。n n对对于于一一定定的的气气体体和和一一定定的的溶溶剂剂，亨亨利利系系数数随随温温度度变变化化而而变变化化。一一般般说说来来，温温度度上上升升则则E E值值增增大大，这这体体现现着着气气体体溶溶解解度度随随温温度度升升高高而而减减少少的的变变化化趋趋势势。在在同同一一溶溶剂剂中中，难难溶溶气气体体的的E E值值很很大大，而而易易溶溶气气体体的的E E值值则则很很小。小。第43页/共78页2、2、2亨利定律亨利定律n n二、二、二、二、p-cp-c关系关系关系关系n n n np*p*气相中溶质的平衡分压，气相中溶质的平衡分压，kPakPa；n ncc单位体积溶液中溶质的摩尔数，单

27、位体积溶液中溶质的摩尔数，kmol/mkmol/m3 3；n nHH溶解度系数，溶解度系数，kmol/(kNm)kmol/(kNm)。n nE E与与HH的关系的关系n n溶解度系数也是温度的函数。对于一定的溶质和溶剂，溶解度系数也是温度的函数。对于一定的溶质和溶剂，HH值随温度值随温度升高而减少；易溶气体的升高而减少；易溶气体的HH值很大，难溶气体的值很大，难溶气体的HH很小。很小。第44页/共78页2、2、2亨利定律亨利定律n n三、三、三、三、x-yx-y的关系的关系的关系的关系n ny*y*与该液相成平衡的气相中溶质的摩尔分率；与该液相成平衡的气相中溶质的摩尔分率；n nxx液相中溶质

28、的摩尔分率；液相中溶质的摩尔分率；n nmm相平衡常数，或分配系数，无因次；相平衡常数，或分配系数，无因次；n nPP系统的总压；系统的总压；n n相相平平衡衡常常数数mm也也是是由由实实验验得得出出。对对于于一一定定的的物物系系，它它是是温温度度和和压压强强的的函函数数。由由mm的的数数值值大大小小同同样样可可以以比比较较不不同同气气体体溶溶解解度度的的大大小小，mm值值愈愈小小，则则表表明明该该气气体体的的溶溶解解度度愈愈小小。温温度度升升高高、总总压压下下降降则则mm值值变变大大，不不利利于吸收操作。于吸收操作。第45页/共78页2、2、2亨利定律亨利定律n n四、四、XY的关系的关系n

29、 n摩尔比定义：n n n n表明当液相中溶质浓度足够低时，平衡关系在XY图中也近似地表示成一条通过原点的直线，斜率为m。第46页/共78页2、2、2亨利定律亨利定律n n亨利定律的各种表达式所描述的都是互成平衡的气液两相组成间的关系，它们既可用来根据液相组成计算平衡时的气相组成，同样可用来根据气相组成计算平衡时的液相组成。例7-3。第47页/共78页2、2、4 相平衡与吸收过程的关相平衡与吸收过程的关系系n n（1 1）相平衡指明传质的过程方向）相平衡指明传质的过程方向 不平衡的汽液两相接触后所发不平衡的汽液两相接触后所发生的传质过程是吸收还是解吸，要视溶质在气相中的分压与其液生的传质过程是

30、吸收还是解吸，要视溶质在气相中的分压与其液相的平衡分压间的关系而定。若溶质在气相中的分压大于其液相相的平衡分压间的关系而定。若溶质在气相中的分压大于其液相的平衡分压，就会发生吸收过程，直至达到平衡状态为止；反之的平衡分压，就会发生吸收过程，直至达到平衡状态为止；反之若气相中的分压小于其液相中的平衡分压，溶液中的溶质就会解若气相中的分压小于其液相中的平衡分压，溶液中的溶质就会解吸出来，重又返回到气相中，直至汽液达到平衡状态。吸出来，重又返回到气相中，直至汽液达到平衡状态。n n（2 2）相平衡是过程的极限）相平衡是过程的极限第48页/共78页2、2、4 相平衡与吸收过程的关相平衡与吸收过程的关系

31、系n n（3）相平衡关系可判断吸收过程推动力大小。例7-4。第49页/共78页2、2、5 吸收剂的选择吸收剂的选择n n评价吸收剂的依据（1）对需吸收的组分要有较大的溶解度；（2）对所处理的气体要有较好的选择性；（3）要有较低的蒸汽压，以减少吸收过程中的溶剂的挥发损失；（4）吸收后的溶剂应易于再生。（5）在操作温度下，具有较低的粘度，以利于汽液良好接触及便于运输。第50页/共78页三、三、吸收速率方程吸收速率方程 吸收过程中的吸收过程中的吸收速率吸收速率是指单位时间内，在单位面积上被吸是指单位时间内，在单位面积上被吸收的溶质量。表明吸收速率与吸收推动力之间关系的数学式称为收的溶质量。表明吸收速

32、率与吸收推动力之间关系的数学式称为吸收速率方程吸收速率方程。对于吸收过程的速率关系，可以用速率对于吸收过程的速率关系，可以用速率=推动力推动力/阻力，其中的推阻力，其中的推动力是浓度差，吸收阻力的倒数为吸收系数。动力是浓度差，吸收阻力的倒数为吸收系数。1 气膜气膜 吸收速率方程式吸收速率方程式2 液膜吸收速率方程式液膜吸收速率方程式第51页/共78页上式表明，在分压上式表明，在分压浓度浓度图上，图上，pi-ci关系为过定点关系为过定点D（c，p），斜率为），斜率为-kG/kL的直的直线。根据双膜理论，界面处线。根据双膜理论，界面处的气液浓度符合平衡关系，的气液浓度符合平衡关系，所以该直线与气液

33、平衡线的所以该直线与气液平衡线的交点即为点（交点即为点（ci，pi）0cci 液相浓度液相浓度 D(c,p)(ci,pi)p=f(c)ppi 气气相相分分压压双膜理论双膜理论：（：（1）界面处的汽液浓度符合平衡关系；（）界面处的汽液浓度符合平衡关系；（2）对于定对于定态传质，气液两膜中的传质速率应当相等，即态传质，气液两膜中的传质速率应当相等，即 3 3 界面界面浓度度 第52页/共78页吸收过程的总推动力可采用任何一相的主体浓度与其平衡吸收过程的总推动力可采用任何一相的主体浓度与其平衡浓度的差值来表示。浓度的差值来表示。(1)以（以（p-pe）表示总推动力）表示总推动力双膜理论：双膜理论：p

34、i=ci/H亨利定律：亨利定律：pe=c/H 液相吸收速率方程液相吸收速率方程 NA=kL(ci-c)NA=kLH(pi-pe)气相吸收速率方程气相吸收速率方程 NA=kG(p-pi)代代入入 4 总吸收速率方程总吸收速率方程 第53页/共78页令令 式中式中KG气相总吸收系数，气相总吸收系数，kmol/(m2skPa)对于易溶气体，对于易溶气体，H值很大，则有：值很大，则有：1/HkL1/kG，此时传，此时传质阻力的绝大部分存在于气膜之中，液膜阻力可以忽略。质阻力的绝大部分存在于气膜之中，液膜阻力可以忽略。NA=KG(p-pe)1/KG1/kG或或KGkG 对于气膜控制的吸收，要提高总吸收系

35、数，应该加大气相湍对于气膜控制的吸收，要提高总吸收系数，应该加大气相湍动程度。动程度。即气膜阻力控制着整个吸收即气膜阻力控制着整个吸收过程的速率，吸收程的速率，吸收总推推动力的力的绝大部分用于克服气膜阻力，此种情况称为大部分用于克服气膜阻力，此种情况称为“气膜控制气膜控制”（gas-filmcontrol）。如：水吸收氨，浓硫酸吸收水蒸气等过程。）。如：水吸收氨，浓硫酸吸收水蒸气等过程。第54页/共78页(2)以（以（Ce-C）表示总推动力）表示总推动力 令令代入代入 NA=KL(ce-c)KL液相总吸收系数，液相总吸收系数，m/s第55页/共78页对于难溶气体，对于难溶气体，H值很小，则有：

36、值很小，则有：H/kG1/kL，此时传质，此时传质阻力的绝大部分存在于液膜之中，气膜阻力可以忽略。阻力的绝大部分存在于液膜之中，气膜阻力可以忽略。1/KL1/kL或或KLkL 即液膜阻力控制着整个吸收过程的速率，吸收总推动力的绝即液膜阻力控制着整个吸收过程的速率，吸收总推动力的绝大部分用于克服液膜阻力，此种情况称为大部分用于克服液膜阻力，此种情况称为“液膜控制液膜控制”（liquid-filmcontrol）。如：水吸收氧或氢。）。如：水吸收氧或氢。对于中等溶解度的气体，气膜阻力和液膜阻力都不可忽略，对于中等溶解度的气体，气膜阻力和液膜阻力都不可忽略，要提高总吸收系数，必须同时增大气相和液相的

37、湍动程度。要提高总吸收系数，必须同时增大气相和液相的湍动程度。第56页/共78页(3)以（以（Y-Ye）表示总推动力）表示总推动力 分压定律：分压定律：p=Py Y=y/（1-y）y=Y/（1+Y）同理同理 式中式中Ye表示与液相浓度表示与液相浓度X成平衡的气相浓度成平衡的气相浓度 NA=KG(p-pe)当吸收质在气相中的浓度很小时，当吸收质在气相中的浓度很小时，Y和和Ye都很小，则有都很小，则有KYKGP 第57页/共78页(4)以（以（Xe-X）表示传质总推动力）表示传质总推动力 液相浓度以液相浓度以X表示，与气相浓度成平衡的液相浓度以表示，与气相浓度成平衡的液相浓度以Xe表示。表示。当吸

38、收质浓度在液相中很小时，当吸收质浓度在液相中很小时，Xe和和X都很小，则有都很小，则有 令令 KX液相总吸收系数，液相总吸收系数，kmol/（m2s）KXKLC第58页/共78页、为为推推动力动力、为推动力为推动力、为为推推动动力力气气膜膜NA=KG(p-pi)NA=kY(Y-Yi)kY=PkG/(1+Y)(1+Yi)NA=ky(y-yi)ky=PkG 液液膜膜NA=kL(Ci-C)NA=kX(Xi-X)kX=kLC/(1+Xi)(1+X)NA=kX(xi-X)kX=CkL 气气相相NA=KG(P-Pe)KG=1/(1/kG+1/HkL)气膜控制气膜控制KG=kG NA=KY(Y-Ye)KY=

39、PKG/(1+Y)(1+Ye)KY=1/(1/kY+m/kX)气膜控制时气膜控制时KY=kYNA=Ky(y-ye)Ky=PKGKy=1/(1/ky+m/kX)气膜控制时气膜控制时Ky=ky 液相液相NA=KL(Ce-C)KL=1/(H/kG+1/kG)液膜控制时液膜控制时KL=kL NA=KX(Xe-X)KX=KL./(1+Xe)(1+X)KX=1/(1/mky+1/kx)液膜控制时液膜控制时KX=kX NA=Kx(xe-x)Kx=CKLKx=1/(1/mky+1/kx)液膜控制时液膜控制时Kx=kx 传质速率方程式的各种形式传质速率方程式的各种形式 第59页/共78页假设：假设：吸收塔计算的

40、内容主要是通过物料衡算及操作线方程，确吸收塔计算的内容主要是通过物料衡算及操作线方程，确定吸收剂的用量和塔设备的主要尺寸（塔径和塔高）。定吸收剂的用量和塔设备的主要尺寸（塔径和塔高）。吸收操作多采用逆流；吸收操作多采用逆流；低浓度气体吸收；低浓度气体吸收；吸收是在等温下进行；吸收是在等温下进行；传质分系数传质分系数kG、kL在全塔为常数；在全塔为常数；传质总系数传质总系数KG或或KL也可认为是常数。也可认为是常数。四、四、吸收塔的计算吸收塔的计算 第60页/共78页V，Y1 L，X1 YX V，Y2 L，X2 m n 逆流吸收塔的物料衡算逆流吸收塔的物料衡算 1 吸收塔的物料衡算吸收塔的物料衡

41、算 第61页/共78页对对全全塔塔来来说说，气气体体混混合合物物经经过过吸吸收收塔塔后后，吸吸收收质质的的减减少少量等于液相中吸收质的增加量，即：量等于液相中吸收质的增加量，即：V(Y1-Y2)=L(X1-X2)Y2=Y1（1-A）式中：式中：V惰性气体的摩尔流量惰性气体的摩尔流量,Kmol/SL吸收剂摩尔流量吸收剂摩尔流量,Kmol/SY1、Y2分别为吸收塔的塔底和塔顶的液相比摩尔分率；分别为吸收塔的塔底和塔顶的液相比摩尔分率；X1、X2分别为吸收塔的塔底和塔顶的液相比摩尔分率；分别为吸收塔的塔底和塔顶的液相比摩尔分率；A混合气体中溶质混合气体中溶质A被吸收的百分率，称为吸收率或回收率被吸收

42、的百分率，称为吸收率或回收率第62页/共78页现现取取塔塔内内任任一一截截面面与与塔塔底底（图图中中的的虚虚线线范范围围）作作溶溶质的物料衡算，质的物料衡算，即：即：V(Y1-Y)=L(X1-X)式中：式中：Y、Y1分别为分别为m-n截面和塔底气相中溶质的比摩尔分率，截面和塔底气相中溶质的比摩尔分率，Kmol(溶质溶质)/Kmol(惰性气体惰性气体)；X、X1分别为分别为m-n截面和塔底液相中溶质的比摩尔分率，截面和塔底液相中溶质的比摩尔分率，Kmol(溶质溶质)/Kmol(溶剂溶剂)。同理，可得同理，可得 上两式称为吸收操作线方程式。上两式称为吸收操作线方程式。第63页/共78页0X2XX1

43、 Y1YY2 TAB Ye=f（X）在任一截面上的气相浓度在任一截面上的气相浓度Y与液相浓度与液相浓度X之间成直线关系，之间成直线关系，直线的斜率为直线的斜率为L/V，过点，过点B（X1，Y1）和）和T（X2，Y2）两点。）两点。端点端点B代表塔底端面，称为代表塔底端面，称为“浓端浓端”，端点，端点T代表塔顶端面，代表塔顶端面，称为称为“稀端稀端”。第64页/共78页说明：说明：(1)在进行实际吸收操作时，在塔内任一截面上，溶质在气在进行实际吸收操作时，在塔内任一截面上，溶质在气相中的实际分压总高于与其接触的液相平衡分压，故吸收相中的实际分压总高于与其接触的液相平衡分压，故吸收操作线总位于平衡

44、线上方；若在下方，则为脱吸。操作线总位于平衡线上方；若在下方，则为脱吸。(2)吸收操作线方程是从溶质的物料平衡关系出发而推得的吸收操作线方程是从溶质的物料平衡关系出发而推得的关系式，它取决于气液两相和流量、，以吸收塔内某关系式，它取决于气液两相和流量、，以吸收塔内某截面上的气液浓度有关，而与相平衡关系、塔的类型、相截面上的气液浓度有关，而与相平衡关系、塔的类型、相际接触情况及操作条件无关。此式应用的唯一必要条件是际接触情况及操作条件无关。此式应用的唯一必要条件是稳定状态下连续逆流操作。稳定状态下连续逆流操作。第65页/共78页0X2X1 Y1Y2 TB Ye=f（X）B操作线的斜率操作线的斜率

45、V/L称为称为“液气比液气比”，是溶剂与惰性气体摩，是溶剂与惰性气体摩尔流量的比值。它反映单位气体处理量的溶剂耗用量大小。尔流量的比值。它反映单位气体处理量的溶剂耗用量大小。如左图所示，在如左图所示，在V、Y1、Y2及及X2已知的情况下，吸收已知的情况下，吸收操作线的一个端点操作线的一个端点T已固定，已固定，另一个端点另一个端点B则在则在Y=Y1上移上移动，点动，点B的横坐标由操作线的横坐标由操作线的斜率的斜率V/L决定。决定。2 2 吸收吸收剂的用量与最小液气比的用量与最小液气比 第66页/共78页当塔底流出的吸收液与刚进塔的混合气体呈平衡状态时，吸当塔底流出的吸收液与刚进塔的混合气体呈平衡

46、状态时，吸收的推动力为零。此种状况下，吸收操作线的斜率称为收的推动力为零。此种状况下，吸收操作线的斜率称为最小液最小液气比气比，以，以(L/V)min。相应的吸收剂用量为最小吸收剂用量，用。相应的吸收剂用量为最小吸收剂用量，用Lmin表示。表示。增大吸收剂用量可以使吸收推动力增大，达到一定限度后，增大吸收剂用量可以使吸收推动力增大，达到一定限度后，效果变得不明显，而溶剂的消耗、输送及回收等项操作费用急效果变得不明显，而溶剂的消耗、输送及回收等项操作费用急剧增加。剧增加。吸收剂用量的选择吸收剂用量的选择：应从设备费与操作费两方面综合考虑，选：应从设备费与操作费两方面综合考虑，选择适宜的液气比，使

47、两种费用之和最小。择适宜的液气比，使两种费用之和最小。L/V=(1.11.2)(L/V)min或或L=(1.11.2)Lmin 第67页/共78页(1)平衡线为凹形平衡线为凹形 根据水平线根据水平线Y=Y1与平衡线的交点与平衡线的交点B的的横坐标横坐标Xe1求出。求出。0X2X1 Y1Y2 TB Ye=f（X）B3 图解法求最小液气比图解法求最小液气比 第68页/共78页(2)平衡线为凸形平衡线为凸形 步骤：过点步骤：过点T作平衡线作平衡线的切线，找出水平线的切线，找出水平线Y=Y1与切线的交点与切线的交点B，读出读出B的横坐标的横坐标X1，再，再按下式计算。按下式计算。0X2X1 Y1Y2

48、TB Ye=f（X）B第69页/共78页若气液浓度都很低，平衡关系符合亨利定律，可用若气液浓度都很低，平衡关系符合亨利定律，可用Ye=mX表示，可直接用下式计算出最小液气比，即表示，可直接用下式计算出最小液气比，即 第70页/共78页例例在一逆流操作的吸收塔中，用清水吸收混合气体中的在一逆流操作的吸收塔中，用清水吸收混合气体中的SO2。气体处。气体处理量为理量为1.20m3（标准）（标准）s-1，进塔气体中含，进塔气体中含SO28%（体积百分数），要求（体积百分数），要求SO2的吸收率为的吸收率为85%，在该吸收操作条件下的相平衡关系，在该吸收操作条件下的相平衡关系Ye=26.7X，用水量，用

49、水量为最小用量的为最小用量的1.5倍。试求：倍。试求：（1）用水量为多少？）用水量为多少？（2）若吸收率提高至）若吸收率提高至90%，用水量又为多少？，用水量又为多少？解：惰性气体量解：惰性气体量为为例例例例题题题题第71页/共78页（1）当吸收率为）当吸收率为85%时时实际液气比实际液气比最小液气比最小液气比Y2=Y1（1-A）=0.087(1-0.85)=0.0131Xe1=Y1/26.7=0.087/26.7=3.25810-3X2=0（清水）（清水）L=34.02V=34.0249.29=1677mols-1=0.03m3s-1 L/V=1.5(L/V)min=1.522.68=34.

50、02 实际用水量实际用水量第72页/共78页（2）若吸收率提高至）若吸收率提高至90%，出塔气体浓度为，出塔气体浓度为Y2，则最小液气比，则最小液气比实际液气比实际液气比 L=36.05V=36.0549.29=1777mols-1=0.032m3s-1 从计算结果可知，在其他条件相同时，吸收率提高，最小从计算结果可知，在其他条件相同时，吸收率提高，最小液气比增大，所需的吸收剂用量也增大。液气比增大，所需的吸收剂用量也增大。(L/V)=1.5(L/V)min=1.524.03=36.05实际用水量实际用水量第73页/共78页建立和不断更新两相接触表面，使之具有尽可能大的接触建立和不断更新两相接