重庆理工大学《化工原理》第2章吸收

《重庆理工大学《化工原理》第2章吸收》由会员分享，可在线阅读，更多相关《重庆理工大学《化工原理》第2章吸收（279页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、1 第 2章 吸 收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 （ 自 学 ） 2 第 2章 吸 收第 一 讲 概 述 、 亨 利 定 律 、 菲 克 定 律 第 二 讲 分 子 扩 散 、 涡 流 扩 散 、 传 质 机 理 3 2.0 概 述2.0.1 吸 收 的 原 理 与 流 程第 2 章 吸 收第 2章 吸 收 4混 合 气 体A B 吸 收 剂S尾 气B(含 微 量 A) 吸 收 液A+S吸收塔引 入 一 液 相 （ 吸 收 剂 ） 各

2、 组 分 在 吸 收剂 中 溶 解 度 不 同 。气 体 混 合 物分 离 物 系形 成 两 相 体 系 的 方 法传 质 原 理 1. 吸 收 的 原 理图 2-1吸 收 操 作 示 意 图溶 质 （ 吸收 物 质 ） 惰 性 组 分（ 载 体 ） 5 2、 气 体 吸 收 的 流 程吸 收 过 程吸 收 过 程 ： 溶 质 溶 解 于 吸 收 剂 中逆 流 操 作解 吸 过 程 ： 溶 质 从 溶 液 中 释 放 出并 流 操 作气 体 吸 收 过 程 在 吸 收 塔 中 进 行 。吸 收 解 吸 6具 有 吸 收 剂 再 生 的 连 续 吸 收 流 程 7 2.0 概 述2.0.1 吸

3、收 的 原 理 与 流 程第 2 章 吸 收第 2章 吸 收2.0.2 吸 收 的 分 类 与 应 用 8气 体吸 收 按 被 吸 收组 分 数 目 单 组 分 吸 收按 吸 收 有无 化 反 学反 应按 溶 质 组成 的 高 低 低 组 成 吸 收按 吸 收 的温 度 变 化 多 组 分 吸 收物 理 吸 收化 学 吸 收高 组 成 吸 收等 温 吸 收非 等 温 吸 收气 体 吸 收 过 程 的 分 类 方 法1. 吸 收 的 分 类 9 2. 气 体 吸 收 的 工 业 应 用 净 化 或 精 制 气 体示 例 ： 合 成 氨 工 艺 中 原 料 气 中 的 净 化 脱 碳 。示 例 ：

4、 用 水 吸 收 氯 化 氢 气 体 制 取 盐 酸 。 回 收 混 合 气 体 中 所 需 的 组 分 示 例 ： 用 洗 油 处 理 焦 炉 气 以 回 收 芳 烃 。 工 业 废 气 的 治 理 示 例 ： 废 气 中 含 有 SO 2、 H2S等 有 害 气 的 脱 除 。 气 体 吸 收 的 应 用 场 合 制 取 某 种 气 体 的 液 态 产 品 10 2.0 概 述 第 2 章 吸 收第 2章 吸 收2.1 气 体 吸 收 的 相 平 衡 关 系2.1.1 气 体 的 溶 解 度 11 1.溶 解 度 曲 线 液 体 S气 体 （ A B）A 溶 解 A 逸 出 A A( )p

5、 f x Ax 平 衡 方 程达 平 衡 状 态 时 气 体 在 液 体中 的 溶 解 度气 相 分 压液 相 组 成 Ap 在 一 定 温 度 和 压 力 下 ， 令某 气 体 混 合 物 （ A B） 与 液 体 S 接 触 。 Ap Ax 线曲 溶 解 度 曲 线 12 氨 在 水 中 的 溶 解 度 易 溶 13二 氧 化 硫 在 水 中 的 溶 解 度 中 等 溶 解 度 14氧 在 水 中 的 溶 解 度 难 溶 15 2. 温 度 、 压 力 对 溶 解 度 的 影 响 加 压 和 降 温 ； 对 同 一 溶 质 ， 在 相 同 的 气 相 分 压 下 ， 溶 解 度随 温 度

6、的 升 高 而 减 小 。 对 同 一 溶 质 ， 在 相 同 的 温 度 下 ， 溶 解 度 随 气相 分 压 的 升 高 而 增 大 。 减 压 和 升 温 。 有 利 于吸收 操 作有 利 于 解 吸 操作温 度 的 影 响压 力 的 影 响注 意 16 2.0 概 述 第 2 章 吸 收第 2章 吸 收2.1 气 体 吸 收 的 相 平 衡 关 系2.1.1 气 体 的 溶 解 度2.1.2 亨 利 定 律 17 1.亨 利 定 律 的 表 达 式 若 溶 质 在 气 、 液 相 中 的 组 成 分 别 以 分 压 p、 摩尔 分 数 x 表 示 ， 亨 利 定 律 为式 中 ： E亨

7、 利 系 数 ， kPa。 溶 解 度 亨 利 系 数1） p x关 系 ii Exp 易 溶 气 体 ； 难 溶 气 体 。 E 小E 大注 意 18 若 溶 质 在 气 、 液 相 中 的 组 成 分 别 以 分 压 p、摩 尔 浓 度 c 表 示 ， 亨 利 定 律 为式 中 ： H溶 解 度 系 数 ， kmol/(m3kpa)。溶 解 度 溶 解 度 系 数2) p c关 系 Hcp ii 易 溶 气 体 ； 难 溶 气 体 。 H 大H 小1. 亨 利 定 律 的 表 达 式 注 意 19 若 溶 质 在 气 、 液 相 中 的 组 成 分 别 以 摩 尔 分 数y、 x表 示 ，

8、 亨 利 定 律 为式 中 ： m 相 平 衡 常 数 。溶 解 度 相 平 衡 常 数3） y x关 系 ii mxy 易 溶 气 体 ； 难 溶 气 体 。 m 小m 大1. 亨 利 定 律 的 表 达 式 注 意 20 4） Y X关 系 摩 尔 比 定 义 iii xxX 1液 相 中 溶 剂 的 摩 尔 数液 相 中 溶 质 的 摩 尔 数 iii yyY 1数气 相 中 惰 性 组 分 的 摩 尔气 相 中 溶 质 的 摩 尔 数 1. 亨 利 定 律 的 表 达 式 21 iii XXx 1 iii YYy 1iiii XXmYY 11由 以 上 定 义得整 理 得 对 于 低

9、组 成 吸 收 iXm1 1 简 化 得 ii mXY iii XmmXY 11 1. 亨 利 定 律 的 表 达 式 = 22 亨 利 定 律 表 达 式 可 改 写 为 以 下 形 式 ：Epx ii ii Hpc myx i i mYX ii 1. 亨 利 定 律 的 表 达 式 23 2.各 系 数 间 的 关 系 推 导 可 得 亨 利 定 律 表 达 式 各 系 数 间 的 关 系 如 下 ： SH EM pEm S 1H pM m 溶 液密 度溶 剂 S 的摩 尔 质 量E H 关 系E m 关 系H m 关 系 24 2.0 概 述 第 2 章 吸 收第 2章 吸 收2.1 气

10、 体 吸 收 的 相 平 衡 关 系2.1.1 气 体 的 溶 解 度2.1.2 亨 利 定 律2.1.3 吸 收 剂 的 选 择 25 吸 收 剂 的 选 择 溶 解 度 选 择 性 挥 发 度 黏 度 其 他 吸 收 剂 对 溶 质 组 分 的 溶 解 度 要 大 。 吸 收 剂 应 对 溶 质 组 分 有 较 大 溶 解 度 ， 而 对 混 合 气 体 中 的 其 他 组 分 溶 解 度 甚 微 。 吸 收 剂 的 蒸 汽 压 要 低 ， 即 挥 发 度 要 小 。吸 收 剂 在 操 作 温 度 下 的 黏 度 要 低 。 无 毒 、 无 腐 蚀 、 不 易 燃 易 爆 、 不 发 泡

11、、 冰点 低 、 价 廉 易 得 ， 且 化 学 性 质 稳 定 。 吸 收 剂 选 择 的 原 则 26 2.0 概 述 第 2 章 吸 收第 2章 吸 收2.1 气 体 吸 收 的 相 平 衡 关 系2.1.1 气 体 的 溶 解 度2.1.2 亨 利 定 律2.1.3 吸 收 剂 的 选 择 2.1.4 相 平 衡 关 系 在 吸 收 过 程 中 的 应 用 27 1.判 断 传 质 进 行 的 方 向 设 某 瞬 时 ， 气 相 中 溶 质 的 实 际 组 成 为 y， 溶 液中 溶 质 的 实 际 组 成 为 x。若 传 质 方 向 由 气 相 到 液 相进 行 吸 收 过 程若 传

12、 质 方 向 由 液 相 到 气 相进 行 解 吸 过 程 ii yy ii xx ii yy ii xx 28 2.确 定 传 质 的 推 动 力 以 气 相 表 示 的传 质 推 动 力 以 液 相 表 示 的传 质 推 动 力 iii yyy iii xxx 吸 收 推 动 力 示 意 图 实 际 组 成 偏 离 平 衡 组 成 的 程 度 越 大 ， 过 程 的 推动 力 就 越 大 ， 其 传 质 速 率 也 将 越 大 。 29 3.指 明 传 质 进 行 的 极 限对 于 逆 流 吸 收 塔 ，液 相 出 口 最 大 组 成气 相 出 口 最 低 组 成 x2x 1y1 y2mi

13、n2iy max1ix 2*2 ii mxy * 11 ii yx m 30 2.0 概 述 第 2 章 吸 收第 2章 吸 收2.1 气 体 吸 收 的 相 平 衡 关 系2.2 传 质 机 理 与 吸 收 速 率2.2.1 分 子 扩 散 与 菲 克 定 律 31 概 述 溶 质 A由 气 相 主 体 扩 散 至 两 相 界 面 气 相 侧 (气 相内 传 质 )； 溶 质 A在 相 界 面 上 溶 解 ， (通 过 界 面 的 传 质 ） ； 溶 质 A由 相 界 面 液 相 侧 扩 散 至 液 相 主 体 (液 相 内传 质 )。 气 相 主 体 液 相 主 体 相 界 面 溶 解气

14、相 扩 散 液 相 扩 散1） 吸 收 过 程 32 概 述2） 单 相 内 的 传 质 方 式 分 子 扩 散 ： 静 止 的 或 层 流 流 动 的 流 体 中 ，靠 分 子 运 动 来 进 行 传 质 的 方 式 ； 涡 流 扩 散 ： 在 湍 流 流 动 的 流 体 中 ， 靠 流 体质 点 的 脉 动 来 进 行 传 质 的 方 式 。 33 1.分 子 扩 散 现 象 由 于 分 子 的 无 规 则 热 运 动 而 形 成 的 物 质 传 递 现象 分 子 扩 散 。 分 子 扩 散 简 称 为 扩 散 。 分 子 扩 散在 气 相 、 液 相 和 固 相 中 均 能 发 生 。

15、扩 散 现 象动 画 34 描 述 分 子 扩 散 过 程 的 基 本 方 程 菲 克 定 律kmol/(m2 s )2.菲 克 定 律 式 中 ： DAB 物 质 A在 介 质 B中 的 分 子 扩 散 系 数 ， m2/s 扩 散通 量 浓 度梯 度AA AB ddcJ D z 35 AA AB ddcJ D z BB BA ddcJ D z A Bd d 0d dc cz z A Bc c c 数常对 于 两 组 分 扩 散 系 统 AB BAD D BAJ J 故 2.菲 克 定 律结 论 ： 在 由 A、 B两 种 气 体 所 构 成 的 混 合 物 中 ， A与 B的 扩 散 系

16、数 相 等 。 D 36 小 结1. 吸 收 操 作 混 合 气 体A B 吸 收 剂S尾 气B(含 微 量 A) 吸 收 液A+S吸收塔图 2-1吸 收 操 作 示 意 图加 压 和 降 温 有 利 吸 收 操 作减 压 和 升 温 有 利 脱 吸 操 作 37 小 结 *i iiii ii ip Excp Hy mxY mX 2. 亨 利 定 律 的 形 式 iii ii i ii px Ec Hpyx mYX m i iiii ii ip Excp Hy mxY mX p Excp Hy mxY mX 适 用 条 件 ： 总 压 不 高 及 一 定 温 度 下 ， 稀 溶 液 。 38

17、小 结E、 H 和 m均 与 温 度 有 关 ： t H ； t E、 m ；E、 H和 总 压 无 关 ， 但 m和 总 压 有 关 。三 者 的 关 系 ：3. E、 H 和 m sEH M 一 般 ， H ， E、 m 该 气 体 的 溶 解 度 越 大 。pEm S 1H pM m 39 小 结4. 相 平 衡 关 系 的 应 用1） 判 断 传 质 的 方 向A点 位 于 平 衡 线 上方 吸 收 ；A点 位 于 平 衡 线 下方 解 吸2） 确 定 传 质 推 动 力3） 指 明 传 质 的 极 限 40 小 结 气 相 扩 散 ； 溶 解 ； 液 相 扩 散 。 气 相 主 体

18、液 相 主 体 相 界 面溶 解气 相 扩 散 液 相 扩 散5.吸 收 过 程 ：6.单 相 （ 气 相 和 液 相 ） 内 的 传 质 方 式 ： 分 子 扩 散 涡 流 扩 散 41 小 结7.分 子 扩 散 的 基 本 定 律 菲 克 定 律 ：kmol/(m2 s )AA AB ddcJ D z AB BAD D D 42 思 考 题作 业 题 : 1、 31.温 度 和 压 力 对 吸 收 过 程 的 平 衡 关 系 有 何 影 响 ？2.亨 利 定 律 为 何 具 有 不 同 的 表 达 形 式 ？3.亨 利 定 律 的 适 用 条 件 是 什 么 ？4.相 平 衡 关 系 在

19、吸 收 过 程 中 有 何 作 用 ？练 习 题 目 43 2.0 概 述 第 2 章 吸 收第 2章 吸 收2.1 气 体 吸 收 的 相 平 衡 关 系2.2 传 质 机 理 与 吸 收 速 率2.2.1 分 子 扩 散 与 菲 克 定 律2.2.2 气 相 中 的 稳 态 分 子 扩 散 44 1. 等 分 子 反 向 扩 散 常 数 BA JJ特 点 ： 2121 BBAA pppp ， 2121 PPTT ，1.扩 散 的 物 理 模 型 45 2） 扩 散 过 程 的 求 解 对 于 等 分 子 反 方 向 扩 散 过 程 ， 有 ：1.等 分 子 反 方 向 扩 散传 质 速 率

20、 （ N） ： 任 一 固 定 的 空 间 位 置 上 ， 单 位 时 间内 通 过 单 位 面 积 的 物 质 的 量 ， kmol/(m2 s) 。 dzdcD AAA JN RTpc AA dzdpRTDN AA 46 分 离 变 量积 分 得 1.等 分 子 反 方 向 扩 散 12 BBB ppRTzDN 对 组 份 B： 21 AAA ppRTzDN 210 AApp AzA dpRTDdzN等 分 子 反 向 扩 散 传 质 速 率 方 程 47 1.等 分 子 反 方 向 扩 散 12 BBB ppRTzDN 21 AAA ppRTzDN l 传 质 速 率 与 推 动 力 成

21、 正 比 ，与 扩 散 距 离 成 反 比 ；l 气 体 分 压 与 扩 散 距 离 z成 直 线关 系 ；l 对 等 分 子 反 向 扩 散 ， N A=-NB等 分 子 反 向 扩 散 传 质 速 率 方 程 48气 相 相 界 面 液 相 2.一 组 分 通 过 另 一 停 滞 组 分 的 扩 散1) 扩 散 的 物 理 模 型 设 由 A、 B两 组 分 组 成 的 二 元 混 合 物 中 ， 组 分 A为 扩 散 组 分 ， 组 分 B为 不 扩 散 组 分 （ 称 为 停 滞 组分 ） ， 组 分 A通 过 停 滞 组 分 B进 行 扩 散 。 溶 质 NAN B 0惰 性 组 分

22、 B吸 收 操 作 49示 例 ： 用 水 吸 收 空 气 中 的 氨 在 多 组 分 系 统 中 ，各 组 分 在 进 行 分 子 扩散 的 同 时 其 微 团 常 处于 运 动 状 态 总 体流 动 现 象 。2. 一 组 分 通 过 另 一 停 滞 组 分 的 扩 散总 体 流 动 现 象 JBN NcA/cNcB/cJA NANB=0相 界 面气 相 （ A B） 液 相 S总 体流 动 50 2） 扩 散 过 程 的 求 解2.一 组 分 通 过 另 一 停 滞 组 分 的 扩 散JBN NcA/cNcB/cJA NANB=0相 界 面气 相 （ A B） 液 相 S总 体流 动NN

23、A AA A cN J N c 组 分 A 的 传 质 通 量ccNJN A AAA AAA )1( JccN dzdcD A 51NB= 0 整 理 得 (1) z1 = 0，边 界 条 件 pA = pA1(2) z2 = z， pA = pA22. 一 组 分 通 过 另 一 停 滞 组 分 的 扩 散dzdcccDc AA -NA dzdppp pRTD AA-NA 52 分 离 变 量 并 积 分 得 一 组 分 通 过 另 一 停 滞组 分 传 质 速 率 表 达 式由 于 扩 散 过 程 中 总 压 不 变 ， 即 B2 A2p p p B1 A1p p p B2 B1 A1 A

24、2p p p p 2. 一 组 分 通 过 另 一 停 滞 组 分 的 扩 散12ln BBppRTzDpAN 53 由 此 得 令 B2 B1Bm B2B1lnp pp pp 组 分 B 的对 数 平 均 分压据 此 ， 得 2.一 组 分 通 过 另 一 停 滞 组 分 的 扩 散1212 21 ln BBBB AA pppp ppRTzDp AN 21 AABmA pppPRTzDN 一 组 分 通 过 另 一 停 滞组 分 传 质 速 率 表 达 式1 2 12 21ln BB BB AA pppp ppRTzDp 54 比 较 反 映 了 总 体 流 动 对 传 质 速 率 的 影

25、响 。 相 差 Bm/p p 飘 流 因数 2.一 组 分 通 过 另 一 停 滞 组 分 的 扩 散 Bm/p p 21 AAA ppRTzDN 21 AABmA pppPRTzDN 55 Bm/ 1p p Bmp p因 为故 Bm/ 1p p A AN JBm/p p AN 总 体 流 动 影 响无 总 体 流 动2.一 组 分 通 过 另 一 停 滞 组 分 的 扩 散混 合 气 体 中 A的 浓 度 越 高 ， 漂 流 因 数 越 大 ， 总 体流 动 的 影 响 越 大 。 56 第 2 章 吸 收第 2章 吸 收2.1 气 体 吸 收 的 相 平 衡 关 系2.2 传 质 机 理

26、与 吸 收 速 率2.2.1 分 子 扩 散 与 菲 克 定 律2.2.2 气 相 中 的 稳 态 分 子 扩 散2.2.3 液 相 中 的 稳 态 分 子 扩 散 57 1.液 相 中 分 子 扩 散 的 特 点 与 处 理 原 则 组 分 A的 扩 散 系 数 随 浓 度 而 变 。1） 液 体 扩 散 的 特 点 2） 液 体 扩 散 的 处 理 原 则 扩 散 系 数 以 平 均 扩 散 系 数 代 替 。 总 浓 度 在 整 个 液 相 中 并 非 到 处 保 持 一 致 。 总 浓 度 以 平 均 总 浓 度 代 替 。 58 2.液 相 中 的 扩 散 通 量 方 程 对 于 一

27、 组 分 通 过 另 一 停 滞 组 分 的 扩 散 过 程 ，仿 照 气 相 的 传 质 速 率 关 系 式 ， 有 ：溶 质 A在 溶 剂 S中 的 扩 散 系 数 ， m 2/s 。S2 S1Sm S2 S1ln( / )c cc c c 溶 剂 S 的 对数 平 均 浓 度式 中 )( A21Am cczccDN SA 其 中 ： D 59 第 2 章 吸 收第 2章 吸 收2.1 气 体 吸 收 的 相 平 衡 关 系2.2 传 质 机 理 与 吸 收 速 率2.2.1 分 子 扩 散 与 菲 克 定 律2.2.2 气 相 中 的 稳 态 分 子 扩 散2.2.3 液 相 中 的 稳

28、 态 分 子 扩 散2.2.4 扩 散 系 数 （ 自 学 ） 60 扩 散 系 数 扩 散 系 数 的 影 响 因 素 。 扩 散 系 数 的 获 取 途 径 。 扩 散 系 数 的 数 值 范 围 。自 学 提 纲 61 1.扩 散 系 数 的 性 质 和 获 得dzdcJD AAAB 1） 物 理 意 义 ： 单 位 浓 度 梯 度 下 的 扩 散 通 量 。2） 表 征 A在 B中 扩 散 能 力 的 大 小 ， 是 物 性 常 数 ， 。3） D的 影 响 因 素 ： A、 B、 T、 P、 x、 m气 体 ： ;D,DT,TD,),T(fD mmm液 体 ： ;DP,DT,PTD,

29、)P,T(fD . 751 m2/s、 cm2/s 62 1.扩 散 系 数 的 性 质 和 获 得D A,B（ 气 ） 10-5 m2/sDA,B（ 液 ） 10-9 m2/s DA,B（ 固 ） 1；3.混 合 气 体 中 A的 浓 度 越 高 ， 漂 流 因 数 越 大 ， 总 体 流 动 的 影 响 越 大 。 85 思 考 题作 业 题 : 4、 51.何 为 “ 总 体 流 动 ” ， 对 传 质 过 程 有 何 影 响 ？2.何 为 “ 漂 流 因 子 ” ， 与 主 体 流 动 有 何 关 系 ？3.气 体 扩 散 系 数 与 哪 些 因 素 有 关 ？4.双 膜 模 型 的

30、要 点 和 模 型 参 数 是 什 么 ？练 习 题 目 86 第 2章 吸 收2.1 气 体 吸 收 的 相 平 衡 关 系2.2 传 质 机 理 与 吸 收 速 率2.2.1 分 子 扩 散 与 菲 克 定 律2.2.2 气 相 中 的 稳 态 分 子 扩 散2.2.3 液 相 中 的 稳 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 的 机 理2.2.7 吸 收 速 率 方 程 式 87 吸 收 速 率 为 单 位 相 际 传 质 面 积 上 单 位 时 间 内 吸 收的 溶 质 量 。 阻 力推 动 力吸 收 速 率 推 动 力吸 收

31、 系 数 推 动 力 为 组 成 差 ， 吸 收 阻 力 的 倒 数 为 吸 收 系 数 。概 述 88 1.膜 吸 收 速 率 方 程 式 A G AA( )iN k p p A A Ay iN k y y A AA G1/ ip pN k A AA y1/ iy yN kG1/k 气 膜 阻 力yk/11） 气 膜 吸 收 速 率 方 程 式 89比 较 得 Gyk pk 1.气 膜 吸 收 速 率 方 程 式 )( AiAGA ppkN )( AiAG yyPk A G AA( )iN k p p A A Ay iN k y y )( AiAGA PyPykN AA Pyp AiAi P

32、yp kG与 ky的 关 系 ： 90 LA A A( )iN k c c A A Ax iN k x x A AA L1/ic cN k A AA 1/i xx xN kL1/k xk/1 液 膜 阻 力 1.膜 吸 收 速 率 方 程 式 2） 液 膜 吸 收 速 率 方 程 式 91比 较 得 1.气 膜 吸 收 速 率 方 程 式 )( AAiL xxck )( AAiLA cxcxkN kL与 kx的 关 系 ：LA A A( )iN k c c A Ai ic cxA Ac cx LA A A( )iN k c c A A Ax iN k x x Lxk ck 92 根 据 双 膜

33、 理 论 ， 界 面 处 的 气 液 浓 度 符 合 平 衡 关 系 。同 时 ， 在 定 态 状 况 下 ， 气 液 两 膜 中 的 传 质 速 率 相 等 。)()( AiALiAAGA cckppkN =f（ cAi） iAp 、 cAi iAp 解 析 法 3） 界 面 组 成 1.膜 吸 收 速 率 方 程 式 93 图 解 法 )cc(k )pp(kN AiAL iAAGA 1.膜 吸 收 速 率 方 程 式 直 线通 过 定 点 A (cA， pA)斜 率 ： -kL / kG 界 面 组 成 的 确 定 94 )( *GA AA ppKN )( *yA AA yyKN )( *

34、YA AA YYKN l 气 相 总 吸 收 速 率 方 程 ： 总 推 动 力 ：实 际 组 成 -平 衡 组 成气 相 总 吸收 系 数 2.总 吸 收 速 率 方 程 式 95 )( *LA AA ccKN )xx(KN A*Ax A )( *XA AA XXKN 总 推 动 力 ：平 衡 组 成 -实 际 组 成液 相 总 吸收 系 数 问 题 ： K=？ l 液 相 总 吸 收 速 率 方 程 ：2.总 吸 收 速 率 方 程 式 96 回 顾1.双 膜 理 论 双 膜 模 型 示 意 图动 画 97 膜 系 数 表 示 总 吸 收 系 数 表 示气相液相 A A Ai( )GN k

35、 p p A Ai( )y AN k y y A Ai( )Y AN k Y Y *A L( )A AN K c c *A x( )A AN K x x *A X( )A AN K X X *A G( )A AN K p p *A y( )A AN K y y *A Y( )A AN K Y Y A Ai ALN k (c c ) A x Ai AN k (x x ) A X Ai AN k (X X ) 2.吸 收 速 率 方 程 式 一 览 表回 顾 98 小 结3. 对 流 传 质 系 数 ABG G BmD Pk RTz p ABL L SmDk z c c气 膜 对 流 传 质 系

36、数 ：液 膜 对 流 传 质 系 数 ：Gyk Pk膜 对 流 传 质 系 数 之 间 的 关 系 ：x Lk Pk总 对 流 传 质 系 数 K=？ 99 2.总 吸 收 速 率 方 程 式 1) 以 (pA- pA*)表 示 总 推 动 力 的 吸 收 速 率 方 程 式 )( *GA AA ppKN )()( AiALiAAGA cckppkN L AiAG iAAA 11 k cck ppN AA ii cp H* AA cp H AiAi Hpc *AA Hpc 100 2.总 吸 收 速 率 方 程 式 L *iAG iAAA 11 k ppHk ppN A L *iA 1Hkpp

37、 A L*A 11 Hkk ppN G AA 相 加 得 101 令则 *A G A AN K p p 式 中 ： KG G L G1 1 1K Hk k 气 相 总 吸 收 系 数 ， kmol/(m2skPa)。总 阻 力 液 膜 阻 力 气 膜 阻 力气 相 总 吸 收速 率 方 程 式2.总 吸 收 速 率 方 程 式 L*A 11 Hkk ppN G AA 102 对 于 易 溶 气 体 ， H值 很 大 液 膜 阻 力气 膜 阻 力 控制 整 个 吸 收过 程 的 速 率 气 膜控 制示 例 ： 水 吸 收 氨 G G1 1K k气 膜 阻 力 气 膜 控 制 示 意 图 *A A

38、 A Aip p p p 2.总 吸 收 速 率 方 程 式 G L G1 1 1K Hk k GL kHk 11 提 高 传 质 速 率 的 措 施 ： 提 高 气 体 流 速 ； 加 强 气 相湍 流 程 度 。 103 2.总 吸 收 速 率 方 程 式 )( *LA AA ccKN )()( AiALiAAGA cckppkN L AiAG iAAA 11 k cck ppN AA ii cp H Hcp AA *2) 以 (cA*-cA)表 示 总 推 动 力 的 吸 收 速 率 方 程 式 104 2.总 吸 收 速 率 方 程 式 LiAG iA*A 1k cckHccN AA

39、L* 1kkH ccN G AAA 相 加 得 105 令则 *A L A AN K c c 式 中 ： KL L G L1 1HK k k 液 相 总 吸 收 系 数 ， m/s。总 阻 力 气 膜 阻 力 液 膜 阻 力液 相 总 吸 收速 率 方 程 式2.总 吸 收 速 率 方 程 式 L* 1kkH ccN G AAA 106 对 于 难 溶 气 体 ， H值 很 小 G L1Hk k气 膜 阻 力 示 例 ： 水 吸 收 氧 L L1 1K k液 膜 阻 力 液 膜 控 制 示 意 图 *A A A Aic c c c 液 膜 阻 力 控制 整 个 吸 收过 程 的 速 率 液 膜

40、控 制 2.总 吸 收 速 率 方 程 式 L G L1 1HK k k 提 高 传 质 速 率 的 措 施 ： 提 高 液 体 流 速 ； 加 强 液 相 湍流 程 度 。 107 3) 以 (y A yA*)表 示 总 推 动 力 的 吸 收 速 率 方 程 式 *A A AyN K y y 同 理 ， 可 导 出式 中 ： Ky气 相 总 吸 收 系 数 ， kmol/(m2s) 。气 相 总 吸 收速 率 方 程 式2.总 吸 收 速 率 方 程 式 PKK Gy 108 4） 以 (xA*- xA)表 示 总 推 动 力 的 吸 收 速 率 方 程 式 *A A AxN K x x

41、同 理 ， 可 导 出式 中 ： Kx Lx cK K液 相 总 吸 收 系 数 ， kmol/(m2s) 。液 相 总 吸 收速 率 方 程 式2.总 吸 收 速 率 方 程 式 109 5） 以 (YA- YA* )表 示 总 推 动 力 的 吸 收 速 率 方 程 式 *A A AYN K Y Y 同 理 ， 可 导 出式 中 ： KY GY yK K K p 对 于 低 浓 度 吸 收气 相 总 吸 收 系 数 ， kmol/(m2s) 。气 相 总 吸 收速 率 方 程 式 2.总 吸 收 速 率 方 程 式 110 6） 以 ( XA*- XA)表 示 总 推 动 力 的 吸 收

42、速 率 方 程 式 *A A AXN K X X 同 理 ， 可 导 出式 中 ： KX LX x cK K K 对 于 低 浓 度 吸 收液 相 总 吸 收 系 数 ， kmol/(m2s)。 液 相 总 吸 收速 率 方 程 式 2.总 吸 收 速 率 方 程 式 111 膜 系 数 表 示 总 吸 收 系 数 表 示气相液相 A A Ai( )GN k p p A Ai( )y AN k y y A Ai( )Y AN k Y Y *A L( )A AN K c c *A x( )A AN K x x *A X( )A AN K X X *A G( )A AN K p p *A y( )

43、A AN K y y *A Y( )A AN K Y Y A Ai ALN k (c c ) A x Ai AN k (x x ) A X Ai AN k (X X ) 1） 吸 收 速 率 方 程 式 一 览 表3.吸 收 速 率 方 程 式 小 结 112 总 吸 收 系 数 表 达 式吸 收 膜 系 数 换 算 式总 吸 收 系 数 的 换 算 LGG HkkK 111 xyy kmkK 11LGL kkHK 11 xyx kmkK 111 Lx ckk Gy Pkk GyY PKKK yx mKK LxX cKKK LG HKK 2） 吸 收 系 数 的 表 达 式 及 换 算3.吸

44、收 速 率 方 程 式 小 结 113 吸 收 速 率 方 程 式 可 以 分 为 两 类 ： 一 类 是 与 膜 系数 相 对 应 的 速 率 式 ； 另 一 类 是 与 总 系 数 相 对 应 的 速率 式 ； 任 何 吸 收 系 数 的 单 位 都 是 kmol/(m2s单 位 推 动 力 )； 必 须 注 意 各 吸 收 速 率 方 程 式 中 的 吸 收 系 数 与 吸 收推 动 力 的 正 确 搭 配 及 其 单 位 的 一 致 性 ；3） 注 意 事 项 ： 3.吸 收 速 率 方 程 式 小 结 上 述 各 吸 收 速 率 方 程 式 ， 都 是 以 气 液 组 成 保 持不

45、变 为 前 提 的 ， 因 此 只 适 合 于 描 述 稳 态 操 作 的 吸收 塔 内 任 一 横 截 面 上 的 速 率 关 系 ， 而 不 能 直 接 用来 描 述 全 塔 的 吸 收 速 率 。 114 3.吸 收 速 率 方 程 式 小 结 关 于 吸 收 系 数 ：l 对 流 吸 收 系 数 K=f (操 作 条 件 、 流 动 状 态 、 物 性 ） ；l 阻 力 在 很 大 程 度 上 取 决 于 系 统 的 物 性 ， 即 H、 m等 ；l 分 系 数 k很 难 测 量 ， 进 行 理 论 研 究 ， 直 接 测 量 总 系数 K。 在 使 用 与 总 吸 收 系 数 相 对

46、 应 的 吸 收 速 率 方 程 式 时 ，在 整 个 过 程 所 涉 及 的 组 成 范 围 内 ， 平 衡 关 系 须 为 直线 。 115 吸 收 速 率 课 堂 练 习1.用 气 相 浓 度 p为 推 动 力 的 传 质 速 率 方 程 有 两 种 ,以传 质 分 系 数 表 达 的 传 质 速 率 方 程 为 _,以 总 传 质 系 数 表 达 的 传 质 速 率 方 程 为 _ 。2.用 液 相 浓 度 c为 推 动 力 的 传 质 速 率 方 程 有 两 种 ,以传 质 分 系 数 表 达 的 速 率 方 程 为 _ ,以 传 质 总 系 数 表 达 的 速 率 方 程 为 _

47、. 3.总 吸 收 速 率 方 程 式 中 K Y是 以 为 传 质 推 动 力的 气 相 总 传 质 系 数 ； 而 KX是 以 为 传 质 推动 力 的 液 相 总 传 质 系 数 。 )( AiAGA ppkN )( *GA AA ppKN ( )A L Ai AN k c c *( )A L A AN K c c *A AY Y *A AX X 116 吸 收 速 率 课 堂 练 习1.对 于 气 膜 控 制 的 吸 收 过 程 ， 如 要 提 高 其 过 程 速 率 ，应 特 别 注 意 减 少 _阻 力 。2.在 吸 收 塔 某 处 ， 气 相 主 体 浓 度 y =0.025,液

48、 相 主 体浓 度 x = 0.01， 气 相 传 质 分 系 数 ky=2 kmol/(m2.h) 气 相 总 传 质 系 数 Ky=1.5 kmol/(m2.h)， 则 该 处 气 液 界面 上 气 相 浓 度 yi应 为 _， 平 衡 关 系 y=0.5x。气 膜N A=Ky（ y-y*） =ky（ y-yi）y* =0.5 0.01=0.005；1.5（ 0.025-0.005） = 2（ 0.025-yi） yi = 0.01 117 吸 收 速 率 课 堂 练 习1.溶 解 度 很 大 的 气 体 ， 吸 收 时 属 于 控 制 ， 强化 吸 收 的 手 段 是 ， 此 时KG k

49、G。 气 膜增 大 kG 或 气 流 湍 动 程 度 118 第 2章 吸 收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2.3.1 吸 收 塔 的 物 料 衡 算 与 操 作 线 方 程 119 1） 吸 收 塔 模 型原 料 气 吸 收 剂尾 气 溶 液 原 料 气 吸 收 剂尾 气 溶 液并 流 吸 收逆 流 吸 收 比 较1. 物 料 衡 算 逆 流 吸 收 塔 的 物 料 衡 算原 料 气 ： A B 吸 收 剂 ： S尾 气 ： B(含 微 量 A) 溶 液 ： S+AV (kmolB/s)Y1 (kmolA

50、/kmolB) L (kmolS/s)X2 (kmolA/kmolS)L(kmolS/s)X1(kmolA/kmolS)m nY XV (kmolB/s)Y2 (kmolA/kmolB) 121 在 塔 两 端 面 间 ， 对 溶 质 A 作 物 料 衡 算 ：VY LX VY LX1 2 2 1 V Y Y L X X1 2 1 2 溶 质 A 的 吸 收 率 1 21YYYA 气 体 出 塔 组 成 AYY 1122） 全 塔 物 料 衡 算 VY1 LX2L X1V Y21. 物 料 衡 算 122 2.吸 收 塔 的 操 作 线 方 程 与 操 作 线 吸 收 塔 内 任 一 横 截

51、面 上 ， 气 液 组 成 Y与 X之 间的 关 系 称 为 操 作 关 系 ， 描 述 该 关 系 的 方 程 即 为 操作 线 方 程 。VY LX VY LX 1 1Y LV X Y LV X 1 1 在 m-n 截 面 与 塔 底 端 面 之 间 对 组 分 A 进 行 衡 算 ，可 得 逆 流 吸 收 塔操 作 线 方 程 VY1 LX2L X1V Y2YXm n 123 同 理 ， 在 m-n 截 面 与 塔 顶 端 面 之 间 作 组 分 A 的 衡算 ， 得 Y LV X Y LV X 2 2操 作 线 方程 为 直 线 斜 率 B (X1， Y1)T (X2， Y2) 逆 流

52、 吸 收 塔操 作 线 方 程VL过 点 塔 底塔 顶2.吸 收 塔 的 操 作 线 方 程 与 操 作 线 逆 流 吸 收 塔 中 的 操 作 线2X2Y1Y 1XT B 斜 率 L/V（ 液 气 比 ） XY*Y Y*=f (X)操 作 线 *X推 动 力 *YYY 推 动 力 XXX * 125 讨 论 ： mXY * XY bY1bY2aY2aY1 aX2 aX1 bX2 bX1 2.操 作 线 方 程 与 操 作 线 126 练 习 ： 2.操 作 线 方 程 与 操 作 线 127 1.如 何 判 断 吸 收 过 程 是 属 于 哪 种 过 程 控 制 ？2.总 吸 收 速 率 方

53、 程 与 膜 吸 收 速 率 方 程 有 何 不 同 ？3.逆 流 吸 收 较 并 流 吸 收 有 何 优 点 ， 为 什 么 ？4.何 为 吸 收 过 程 的 操 作 线 ？ 操 作 线 如 何 获 得 ？思 考 题作 业 题 : 7、 8、 （ 10）练 习 题 目 128逆 流 吸 收 塔 的 物 料 衡 算V, Y1 L , X2 L， X1m nY XV, Y2 回 顾 V Y Y L X X1 2 1 2 1 21YYYA AYY 112 1.全 塔 物 料 衡 算 129 逆 流 吸 收 塔 中 的 操 作 线2X2Y 1Y 1XT BXY*Y Y*=f (X)*X Y LV X

54、 Y LV X 1 12 2L LY X Y XV V 回 顾2. 操 作 线 放 程 斜 率 B (X1， Y1)T (X2， Y2)VL过 点 130 第 2章 吸 收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2.3.1 吸 收 塔 的 物 料 衡 算 与 操 作 线 方 程2.3.2 吸 收 剂 用 量 的 决 定 131 在 吸 收 塔 的 计 算 中 ， 通 常 气 体 处 理 量 是 已 知 的 ，而 吸 收 剂 的 用 量 需 通 过 工 艺 计 算 来 确 定 。 在 气 量一 定 的 情 况 下 ，

55、确 定 吸 收 剂 的 用 量 也 即 确 定 液 气比 L / V。 液 气 比 L/V 的 确 定 步 骤l先 求 出 吸 收 过 程 的 最 小 液 气 比 (L/V)minl再 根 据 工 程 经 验 ， 确 定 适 宜 液 气 比 L/V1.最 小 液 气 比 吸 收 塔 的 最 小 液 气 比 Y*=f (X)2X2Y1Y T 1XB B1X *B*1XVL)( VL min)(VL 133 最 小 液 气 比 可 用 图 解 法 求 得 ： 21 212*1 21min / XmY YYXX YYVL VXX YYL 2*1 21min AmY YYmVL 1 21min )(

56、1.最 小 液 气 比 最 小 液 气 比最 小 溶 剂 用 量纯 溶 剂吸 收 吸 收 塔 的 最 小 液 气 比（ 非 正 常 曲 线 ） LV Y YX X min 1 21 2L Y YX X Vmin 1 21 2Y*=mXf ( ) 135 2. 适 宜 的 液 气 比处 理 量 V 一 定L L/V 操 作费 用 设 备费 用填 料 层高 度 动 力消 耗根 据 生 产 实 践 经 验 ， 取 L V LV 11 20. . min L L 11 20. . min推 动力 适 宜 液 气 比适 宜 溶 剂 用 量工 程 设 计 通 常 取 min7.14.1 VLVL 136

57、第 2章 吸 收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2.3.1 吸 收 塔 的 物 料 衡 算 与 操 作 线 方 程2.3.2 吸 收 剂 用 量 的 决 定2.3.3 塔 径 的 计 算 137 1.塔 径 的 计 算 公 式 工 业 上 的 吸 收 塔 通 常 为 圆 柱 形 ， 故 吸 收 塔 的 直径 可 根 据 圆 形 管 道 内 的 流 量 公 式 计 算 ， 即 s4VD u 吸 收 塔 直 径 计 算 式2 s4D u V 138 计 算 塔 径 时 ， 一 般 应 以 塔 底 的 气 量 为

58、依 据 。 计 算 塔 径 时 ， Vs采 用 操 作 状 态 下 的 数 据 。 计 算 塔 径 的 关 键 在 于 确 定 适 宜 的 空 塔 气 速 u。 2.塔 径 计 算 注 意 事 项 塔 径 的 圆 整 问 题 。 注 意 事 项 139 第 2章 吸 收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2.3.1 吸 收 塔 的 物 料 衡 算 与 操 作 线 方 程2.3.2 吸 收 剂 用 量 的 决 定2.3.3 塔 径 的 计 算2.3.4 填 料 层 高 度 的 计 算 140 填 料 塔 为 连 续

59、 接触 式 设 备 ， 随 着 吸 收的 进 行 ， 沿 填 料 层 高度 气 液 两 相 的 组 成 均不 断 变 化 ， 塔 内 各 截面 上 的 吸 收 速 率 并 不相 同 。 为 解 决 填 料 层高 度 的 计 算 问 题 ， 需要 对 微 元 填 料 层 进 行物 料 衡 算 。1. 填 料 层 高 度 的 基 本 计 算 式V,Y L,XY+dYV X+dXLV,Y 1 L,X1 V,Y2 L,X2 dZZ微 元 填 料 层 的 物 料 衡 算 141 在 微 元 填 料 层 内 对 组 分 A作 物 料 衡 算 ： Ad ( d ) d dG V Y Y VY V Y L X

60、 A A Ad d dG N A N a Z 填 料 有 效 比 表 面积m2/m3 吸 收 塔 截 面 积m2填 料 体 积 质 面 积填 料 层 所 具 有 的 有 效 传aa也 可 视 为 常 数 ： a与 填 料 形 状 、 尺 寸 及 填 充 状 况 有 关1. 填 料 层 高 度 的 基 本 计 算 式kmol / s kmol / m2.s 142 由 吸 收 速 率 方 程 式 A * *Y XN K Y Y K X X 代 入 可 得 Ad * d dYG K Y Y a Z V Y Ad * d dXG K X X a Z L X 整 理 可 得 d d* YK aY ZY

61、 Y V d d* XK aX ZX X L 1. 填 料 层 高 度 的 基 本 计 算 式Ad ( d ) d dG V Y Y VY V Y L X A A Ad d dG N A N a Z Ad ( d ) d dG V Y Y VY L X A Ad d dG A N a Z 143对 低 组 成 的 稳 态 吸 收 ， 此 项 为 常 数 。 在 全 塔 范 围 内 积 分 12 d *YYYV YZ K a Y Y 12 d*XXXL XZ K a X X 填 料 层 高 度 基本 计 算 公 式 一 、 传 质 单 元 数 法 Z YYY * dZVaKYYdY 01 2 Z

62、 XXX * dZLaKXXdX 012 1. 填 料 层 高 度 的 基 本 计 算 式 144 填 料 的 有 效 比 表 面 积 a 很 难 确 定 ， 通 常 将 KY a 及 KX a 作 为 一 体 ， kmol/(m3s)； KX a 液 相 总 体 积 吸 收 系 数 ，KY a 气 相 总 体 积 吸 收 系 数 ， 一 、 传 质 单 元 数 法 kmol/(m 3s)。 1. 填 料 层 高 度 的 基 本 计 算 式说 明 ： 适 用 于 低 组 成 气 体 稳 态 吸 收 ；12 d *YYYV YZ K a Y Y 1 2 d*XXXL XZ K a X X 145

63、 一 、 传 质 单 元 数 法 2. 传 质 单 元 高 度 与 传 质 单 元 数 21c c d tp tWc tL n dK T t 12h h d Tp TW c TL n dK T t 比 较 ： 换 热 器 的 换 热 管 长 度 基 本 计 算 公 式c c( )L H NTU h h( )L H NTU传 热 单元 长 度 传 热 单元 数 传 热 单元 长 度 传 热 单元 数 12 d *YYYV YZ K a Y Y 12 d*XXXL XZ K a X X 1） 基 本 定 义 146 分 析令 OG YVH K a OG OGZ H N12OG d *YY YN Y

64、 Y 2 2 3 2(kmol/s) m(kmol/m s)(m /m )(m )YVK a 一 、 传 质 单 元 数 法 气 相 总 传 质单 元 高 度气 相 总 传 质单 元 数2. 传 质 单 元 高 度 与 传 质 单 元 数 147 令 OL XLH K a 12OL d*XX XN X X OL OLZ H N 同 理 一 、 传 质 单 元 数 法 液 相 总 传 质单 元 高 度液 相 总 传 质单 元 数2. 传 质 单 元 高 度 与 传 质 单 元 数 148L XLH k a 12L dXX iXN X X L LZ HN 一 、 传 质 单 元 数 法 液 相 传

65、 质单 元 高 度液 相 传 质单 元 数2. 传 质 单 元 高 度 与 传 质 单 元 数填 料 层 高 度 可 用 下 面 的 通 式 计 算 ： Z = 传 质 单 元 高 度 传 质 单 元 数G YVH k a G GZ H N 12G dYY iYN Y Y 气 相 传 质单 元 高 度气 相 传 质单 元 数 149 小 结塔 高 计 算 式 传 质 单 元 高 度 传 质 单 元 数OGOGNHz OLOLNHz G Gz H N LLNHz aKVH YOG aKLH XOL akVH YG ak LH XL 12 *YYOG YYdYN 12 *XXOL XXdXN 1

66、2YY iG YYdYN 12XX iL XXdYN 150 一 、 传 质 单 元 数 法 2. 传 质 单 元 高 度 与 传 质 单 元 数2） HOG的 物 理 意 义l 物 理 意 义 ： 表 示 完 成 一 个 传 质 单 元 所 需 塔 高 ； OG OGZ H N OGOG NzH OG OGZ H NOG YVH K a OG 1YH K al HOG 反 映 了 吸 收 设 备 的 分 离 效 能 ；l HOG 与 气 液 流 动 状 况 、 物 系 、 填 料 特 性 和 操 作条 件 有 关 ；lHOG 愈 小 ， 吸 收 设 备 传 质 效 能 愈 高 ， 完 成 一 定 分离 任 务 所 需 填 料 层 高 度 愈 小 。OG YVH K a 一 般 ， HOG=0.15 1.5m， 可 通 过 实 验 测 定 。 151 2. 传 质 单 元 高 度 与 传 质 单 元 数3） 传 质 单 元 数 的 意 义 ： 12 OG dYY *YY YNl只 与 物 质 的 相 平 衡 及 进 、 出 口 的 含 量 有 关 ， 与 设 备型 式 和 操 作 条