气体吸收PPT学习教案

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1、会计学1气体吸收气体吸收第1页/共136页吸吸收收塔塔吸收液吸收液A+A+少量少量S S混和气体混和气体A+BA+B吸收剂吸收剂S S吸收尾气吸收尾气B+B+少量少量A A第2页/共136页按溶质在气液两相中组成大小分：按溶质在气液两相中组成大小分：n低组成吸收：低组成吸收：摩尔分数摩尔分数0.10.1n高组成吸收：高组成吸收：摩尔分数摩尔分数0.10.1本章重点讨论单组分低组成的等本章重点讨论单组分低组成的等温物理吸收温物理吸收第3页/共136页等均属于吸收操作。等均属于吸收操作。回收有用物质回收有用物质。如用洗油从焦炉。如用洗油从焦炉气中回收粗苯气中回收粗苯( (苯、甲苯、二甲苯、甲苯、二

2、甲苯苯) )等。等。环境保护的需要环境保护的需要。如用碱液吸收。如用碱液吸收工业过程排放的废气中含有的一工业过程排放的废气中含有的一些有害物质如些有害物质如SOSO2 2、H H2 2S S、NONO、HFHF等。等。第4页/共136页剂挥发度愈大，损失量便愈大。剂挥发度愈大，损失量便愈大。粘度低粘度低。可改善吸收设备内的流。可改善吸收设备内的流动状况，从而提高传质速率和传动状况，从而提高传质速率和传热速率，有助于降低泵的功率，热速率，有助于降低泵的功率，减小传质、传热阻力。减小传质、传热阻力。其它其它。来源充分，价格低廉，无。来源充分，价格低廉，无毒，无腐蚀性不易燃，不发泡，毒，无腐蚀性不易

3、燃，不发泡，化学性质稳定等。化学性质稳定等。2.1.5 2.1.5 吸收流程（略）吸收流程（略）第5页/共136页时，气液两相中溶质的浓度就不时，气液两相中溶质的浓度就不再因两相间的接触而变化，这种再因两相间的接触而变化，这种状态称为相际动平衡，状态称为相际动平衡，简称相平简称相平衡或平衡衡或平衡。n平衡状态下气相中的溶质分压平衡状态下气相中的溶质分压称为平衡分压或饱和分压，液相称为平衡分压或饱和分压，液相中的溶质组成称为中的溶质组成称为平衡组成或饱平衡组成或饱和组成和组成。n气体在液体中的气体在液体中的溶解度溶解度，是指，是指气体在液体中的饱和组成，常以气体在液体中的饱和组成，常以单位质量或

4、体积的液体所含溶质单位质量或体积的液体所含溶质的质量来表示。的质量来表示。n气体的溶解度标明一定条件下气体的溶解度标明一定条件下吸收过程可能达到的极限程度吸收过程可能达到的极限程度。第6页/共136页相组成、温度、相组成、温度、压力压力4 4个变量中，个变量中，已知已知3 3个量，便个量，便可确定余下的可确定余下的1 1个量。个量。温度、压力一温度、压力一定 ： 溶 解 度定 ： 溶 解 度（液相组成）（液相组成）=f(=f(气相组成气相组成) )总压总压5510105 5PaPa时 ： 溶 解 度时 ： 溶 解 度=f(=f(气相组成，气相组成，温度）温度）第7页/共136页n说明说明加压、

5、降温有利于吸收操作的进加压、降温有利于吸收操作的进行行易溶气体仅需较小的分压就能达易溶气体仅需较小的分压就能达到一定溶解度到一定溶解度第8页/共136页e e衡分压，衡分压，kPakPa；nx x 溶质溶质A A在液相中的摩尔分在液相中的摩尔分率；率；nE E 亨利系数，亨利系数，kPakPa。n表明：表明：当总压不高当总压不高(0.5MPa)(pep=pepyey=yeyYeY=YeYYe液相ccexxeXXemyxABCyxyexey/yexe/xyxxeye结论结论组成点在平衡线上方，为吸收过程组成点在平衡线上方，为吸收过程组成点在平衡线上，为平衡过程组成点在平衡线上，为平衡过程组成点在

6、平衡线下方，为解吸过程组成点在平衡线下方，为解吸过程第16页/共136页myxACyxyexeyxxeye吸收平衡解吸气相p-pe0pe-py-ye0ye-yY-Ye0Ye-Y液相ce-c0c-cexe-x0 x-xeXe-X0X-Xe说明说明 实际组成偏离平衡组成的程度愈大，过程的推动力愈大，其传质速率愈大，吸收实际组成偏离平衡组成的程度愈大，过程的推动力愈大，其传质速率愈大，吸收/ /解吸过程愈容易进行。解吸过程愈容易进行。第17页/共136页y2y1x2x1对吸收而言，无论气液对吸收而言，无论气液相流量、塔高、塔径如相流量、塔高、塔径如何，出塔尾气的组成不何，出塔尾气的组成不会低于与该位

7、置液相组会低于与该位置液相组成相平衡的气相组成。成相平衡的气相组成。如逆流：如逆流：y y2 2yye2e2=mx=mx2 2；并流：并流：y y1 1yye1e1=mx=mx1 1；对吸收而言，无论气液对吸收而言，无论气液相流量、塔高、塔径如相流量、塔高、塔径如何，吸收液的组成不会何，吸收液的组成不会高于与该位置气相组成高于与该位置气相组成相平衡的液相组成。如相平衡的液相组成。如逆流逆流& &并流并流：x x1 1xxe1e1=y=y1 1/m/m。y2y1x2x1逆逆流流并并流流第18页/共136页【例】在总压在总压101.3101.3kPakPa，温度温度3030的条件下的条件下, ,

8、SOSO2 2摩尔分率为摩尔分率为0.30.3的混合气体与的混合气体与SOSO2 2摩尔分率为摩尔分率为0.010.01的水溶液相接触，试问：的水溶液相接触，试问：(1)(1)SOSO2 2的传质方向；的传质方向；(2)(2)其它条件不变，温度降到其它条件不变，温度降到00时时SOSO2 2的传质方向；的传质方向；(3)(3)其它条件不变，总压提高到其它条件不变，总压提高到202.6202.6kPakPa时时SOSO2 2的传质方向，并计算以液相摩尔分率差及气相摩尔分率差表示的传质推动力。的传质方向，并计算以液相摩尔分率差及气相摩尔分率差表示的传质推动力。【解】【解】1.1.查查P18P18表

9、表2-12-1，得，得SOSO2 2在在101.33101.33kPakPa、3030时亨利系数时亨利系数E=0.485E=0.48510104 4kPakPa，则：则：由液相向气相转移传质过程为解吸，24SO48001033101104850eeyy.xPEmxy第19页/共136页由气相向液相转移传质过程为吸收，24SO16001033101101670eeyy.xPEmxy00300100130060240300130104850620230SO2400106202104850424.xx.yy.myxyy.xPEmxyeeeee液相推动力：气相推动力：由气相向液相转移传质过程为吸收，第

10、一次课第一次课第20页/共136页2022-5-822对速度。对速度。u u代表混合物的移动速度，代表混合物的移动速度，称为主体流动速度或平均速度；称为主体流动速度或平均速度；u uA A-u-u及及u uB B-u-u代表相对于主体流动速代表相对于主体流动速度的移动速度，度的移动速度，称为扩散速度。称为扩散速度。n因因u uA A= u + ( u= u + ( uA A- u ) - u ) u uB B=u+(u=u+(uB B-u) -u) 故：故：n绝对速度主体流动速度扩散速度绝对速度主体流动速度扩散速度2.3 2.3 传质机理与气体吸收速率方程式传质机理与气体吸收速率方程式第21页

11、/共136页2022-5-823) sm/(kguuu2BBAA) sm/(kmolcucucu2BBAAm第22页/共136页2022-5-824)NN(xucB )NN(xcucuccucA:)nn(auB )nn(auuuA:BABmBBAABBAAAmABABBBAABBAAAA组分：组分：摩尔通量组分：组分：质量通量第23页/共136页2022-5-825n上述扩散过程将一直进行到整个上述扩散过程将一直进行到整个容器中容器中A A、B B两种物质的浓度完全均两种物质的浓度完全均匀为止，此时，通过任一截面物质匀为止，此时，通过任一截面物质A A、B B的净的扩散通量为零，但扩散的净的扩

12、散通量为零，但扩散仍在进行，只是左、右两方向物质仍在进行，只是左、右两方向物质的扩散通量相等，系统处于扩散的的扩散通量相等，系统处于扩散的动态平衡中。动态平衡中。n当流体内部存在某一组分的浓度当流体内部存在某一组分的浓度( (或分压或分压) )差时，凭借分子的无规则差时，凭借分子的无规则热运动使该组分由高浓处向低浓处热运动使该组分由高浓处向低浓处迁移的过程，迁移的过程，称为分子扩散或分子称为分子扩散或分子传质，简称扩散。传质，简称扩散。n分子扩散发生在固体、静止或层分子扩散发生在固体、静止或层流流动的流体中。流流动的流体中。第24页/共136页2022-5-826dzdcDJ;dzdcDJdz

13、dDj;dzdDjBBABAABABBABAABA第25页/共136页2022-5-827dzdcDJdzdcDJBBABAABA第26页/共136页2022-5-828(A+B)(A+B)便会自动向截面处发生宏观便会自动向截面处发生宏观运动，称为总体流动。运动，称为总体流动。n总体流动的结果又使得液面附总体流动的结果又使得液面附近近B B组分的分压大于气相主体中组分的分压大于气相主体中B B的分压，因而组分的分压，因而组分B B又将以分子扩又将以分子扩散的方式向气相主体移动。这样散的方式向气相主体移动。这样实际的净结果是实际的净结果是A A组分不断向液面组分不断向液面移动，对于移动，对于B

14、B组分来讲，随总体流组分来讲，随总体流动向液面运动的同时又以相反方动向液面运动的同时又以相反方向进行分子扩散到气相主体，实向进行分子扩散到气相主体，实际上等于没有运动，际上等于没有运动，故称为故称为A A组分组分通过停滞组分通过停滞组分B B的扩散。的扩散。第27页/共136页2022-5-829();()()()AAAAAmAAAmAAAAmAABAAAABAAAABdcdcJcuuDc uDc udzdzNc uc uxNNdcNDxNNdzdDajjdz 同理：jA A的实际传质通量的实际传质通量A A的分子扩散通量的分子扩散通量A A的主体流动通量的主体流动通量据以上形式，得结论：据以

15、上形式，得结论：组分的实际通量分子扩散通量主体流动通量组分的实际通量分子扩散通量主体流动通量这是费克第一定律的一般表达式。这是费克第一定律的一般表达式。第28页/共136页2022-5-830/sms)kmol/(mjs)kg/(mjdzcdJdzdj2M2eA2eAAMeAAMeA涡流扩散系数，涡流摩尔通量，涡流质量通量，式中：或注意注意分子扩散系数分子扩散系数D D是物质的物性常数，它仅与温度、压力、组成等因素有关；是物质的物性常数，它仅与温度、压力、组成等因素有关；涡流扩散系数涡流扩散系数M M不是物性常数，它与流体的湍动程度有关、所处位置、壁面粗糙度等因素有关。不是物性常数，它与流体的

16、湍动程度有关、所处位置、壁面粗糙度等因素有关。 第29页/共136页2022-5-831n式中：式中：N NA A对流传质的摩尔通量，对流传质的摩尔通量，kmol/(mkmol/(m2 2.s).s)n k kc c对流传质系数，对流传质系数，m/sm/s；n c cA A组分组分A A界面浓界面浓度与主体浓度差，度与主体浓度差，kmol/mkmol/m3 3。n上式称对流传质速率方程上式称对流传质速率方程n注意注意因组成有不同的表示法，因组成有不同的表示法，故对流传质速率方程有不同的表故对流传质速率方程有不同的表达形式。达形式。第30页/共136页2022-5-832)p()()(21122

17、21121122121AAAAAAAAAAzzccAAAApzzRTDNRTpcRTpccczzDNDdcdzNdzdcDNAA故上式可变化为：；又得：积分此式稳态等分子反向扩散时扩散通量计算式稳态等分子反向扩散时扩散通量计算式第31页/共136页2022-5-833）同理：得：积分此式不通过相界面处，故21Bm1212212212Bp(p)(P)()(ln)()()()()(ln)(c 0NB)(211212121112AAABmACAAzzccAAAAAAAAAAAAABAAAApzzRTDNccczzDccccccccczzcccDccccczzDcNccdccDdzNdzdcccDcN

18、NccdzdcDNxdzdcDNNNxdzdcDNAAAAAAAAAA第32页/共136页2022-5-834中的扩散系数、总浓度，即：中的扩散系数、总浓度，即：21212DDD ;MM21Mc)NN(ccdzdcDN212211avavBAavAAA、点表示液相中的点、下标式中：第33页/共136页2022-5-835)cc (zzDN2A1A12A)cc ()zz(DN1cc)cc (c )zz(DcN1A2A12ABmav1A2ABm12avA，则上式简化为：稀溶液时，第34页/共136页2022-5-836n理论公式：理论公式：AB42/ 1BAD2AB3/27r106kTDM1M1p

19、T108825. 1D稀溶液：气体：第35页/共136页2022-5-8373/1bAB6.0bAB2/1B152/1BA23/1B3/1A75.152/1BABA23/1bB3/1bA2/35VKTDVT)M(104.7DM1M1)v()v(pT10013.1DMMMM)VV(pT103559.4D稀溶液：气体：上述各式中的符号的含义参见教材上述各式中的符号的含义参见教材P34-P41P34-P41。作业：作业：1 1、3 3、5 5题题第36页/共136页2022-5-838第37页/共136页2022-5-839 层流区：层流区：质量传递仅以分子扩散方式进行，据费克第一定律知，其浓度梯度

20、很大，浓度分布曲线很陡，为一直线。质量传递仅以分子扩散方式进行，据费克第一定律知，其浓度梯度很大，浓度分布曲线很陡，为一直线。zcA层流区层流区缓冲区缓冲区湍流主体区湍流主体区 缓冲区：缓冲区：质量传递以分子扩散和涡流扩散方式进行，浓度梯度较层流区的小，且非常量，浓度分布曲线为一曲线。质量传递以分子扩散和涡流扩散方式进行，浓度梯度较层流区的小，且非常量，浓度分布曲线为一曲线。 湍流主体区：湍流主体区：质量传递以分子扩散和涡流扩散方式进行，但分子扩散占比重很小，忽略不计。浓度梯度非常小，近似为零，浓度分布曲线为一水平线。质量传递以分子扩散和涡流扩散方式进行，但分子扩散占比重很小，忽略不计。浓度梯

21、度非常小，近似为零，浓度分布曲线为一水平线。第38页/共136页2022-5-840zcA层流区层流区缓冲区缓冲区湍流主体区湍流主体区停滞膜层停滞膜层 停滞膜层内浓度分布曲线为直停滞膜层内浓度分布曲线为直线，说明在线，说明在停滞膜层内物质传质是停滞膜层内物质传质是以分子扩散的方式进行的以分子扩散的方式进行的。停滞膜。停滞膜层以外的浓度分布曲线为水平线，层以外的浓度分布曲线为水平线，说明此区域内无传质阻力，说明此区域内无传质阻力，全部传全部传质阻力集中在停滞膜内质阻力集中在停滞膜内。第39页/共136页2022-5-841 如图示，流体最初以均匀如图示，流体最初以均匀速度速度u u0 0和均匀浓

22、度和均匀浓度c cA0A0进入圆管进入圆管内，因流体受壁面浓度的影响，内，因流体受壁面浓度的影响，浓度边界层厚度由进口的零值浓度边界层厚度由进口的零值逐渐增加，经过一段距离逐渐增加，经过一段距离LeLe后，后，在管中心汇合，汇合后浓度边在管中心汇合，汇合后浓度边界层厚度等于圆管的半径。超界层厚度等于圆管的半径。超过汇合点后，浓度分布将逐渐过汇合点后，浓度分布将逐渐趋于平坦，若管子的长度足够，趋于平坦，若管子的长度足够，则截面上的浓度最后变为均匀则截面上的浓度最后变为均匀一致并等于壁面的浓度一致并等于壁面的浓度c cAsAs。此。此段距离段距离LeLe称为传质进口段长度，称为传质进口段长度，处于

23、进口段内的传质称为进口处于进口段内的传质称为进口段传质，处于进口段后的传质段传质，处于进口段后的传质称为充分发展的传质。称为充分发展的传质。u0cA0LeDcAs第40页/共136页2022-5-842n从上式可以看出，要计算对流从上式可以看出，要计算对流传质速率传质速率G GA A，关键在于对流传质系，关键在于对流传质系数数kckc的确定。但的确定。但kckc的确定是一项的确定是一项复杂的问题，它与流体的性质、复杂的问题，它与流体的性质、壁面的几何形状和粗糙度、流体壁面的几何形状和粗糙度、流体的速度等因素有关，一般通过实的速度等因素有关，一般通过实验确定经验公式，使用时通过选验确定经验公式，

24、使用时通过选取适当的经验公式加以计算确定。取适当的经验公式加以计算确定。第41页/共136页2022-5-843散的方式通过此膜层。散的方式通过此膜层。n在气液相界面处，气液两相处在气液相界面处，气液两相处于平衡状态。于平衡状态。n在两个停滞膜以外的气液两相在两个停滞膜以外的气液两相主体中，由于流体的强烈湍动，主体中，由于流体的强烈湍动，各处浓度均匀一致。各处浓度均匀一致。n双膜理论将复杂的相际传质过双膜理论将复杂的相际传质过程归结为两种流体停滞膜层的分程归结为两种流体停滞膜层的分子扩散过程，依此模型，在相界子扩散过程，依此模型，在相界面处及两相主体中均无传质阻力面处及两相主体中均无传质阻力存

25、在。故，整个相际传质过程的存在。故，整个相际传质过程的阻力便全部集中在两个停滞膜层阻力便全部集中在两个停滞膜层内。因此，内。因此，双膜模型又称双阻力双膜模型又称双阻力模型。模型。第42页/共136页2022-5-844n其要点为：在气液两相接触过其要点为：在气液两相接触过程中，不断有液体单元从主体到程中，不断有液体单元从主体到达界面，置换原来界面上的液体，达界面，置换原来界面上的液体，停留一段时间后又为新的液体单停留一段时间后又为新的液体单元所置换，如此不断地进行，其元所置换，如此不断地进行，其接触表面也在不断更新，因此传接触表面也在不断更新，因此传质过程为不稳定状态，其速率与质过程为不稳定状

26、态，其速率与置换的频率有关。置换的频率有关。n后两种理论虽然用于具体过程后两种理论虽然用于具体过程的计算还有一定距离，但它有助的计算还有一定距离，但它有助于更深刻地揭示过程进行的物理于更深刻地揭示过程进行的物理本质本质 不稳定扩散和表面更不稳定扩散和表面更新，对寻求强化过程途径有一定新，对寻求强化过程途径有一定指导意义。指导意义。第二次课第二次课第43页/共136页n由于推动力的形式不同，可写出由于推动力的形式不同，可写出不同的吸收速率方程式。不同的吸收速率方程式。吸收推动力吸收系数吸收阻力吸收推动力吸收速率阻力推动力速率第44页/共136页停滞膜中的传质速停滞膜中的传质速率都能代表该部位率都

27、能代表该部位上的吸收速率。单上的吸收速率。单独根据气膜或液膜独根据气膜或液膜的推动力及阻力写的推动力及阻力写出的速率关系式称出的速率关系式称为气膜或液膜吸收为气膜或液膜吸收速率方程式，相应速率方程式，相应的吸收系数称为膜的吸收系数称为膜系数或分系数，用系数或分系数，用k k表示。表示。pGpicicL气相气相液相液相zGzL第45页/共136页)p(ppRTzDPNiGBmGAGiGiGGA1)kpppp(kNBmGGPpRTzDk令pGpicicL气相液相zGzL 上式中，停滞膜厚度上式中，停滞膜厚度z zG G难以确定，但一定的物系及一定的操作条件规定了难以确定，但一定的物系及一定的操作条

28、件规定了T T、P P、D D，一定的流动状况及传质条件规定了一定的流动状况及传质条件规定了z zG G的值，故：的值，故：k kG G气膜吸收系数，气膜吸收系数，kmol/(mkmol/(m2 2.s.kPa).s.kPa)；1/ 1/ k kG G气膜阻力，气膜阻力， (m(m2 2.s.kPa)/kmol.s.kPa)/kmol，此阻力的表达形式是与气膜推动力（此阻力的表达形式是与气膜推动力（p pG G-p-pi i）相对应的。相对应的。第46页/共136页yiiykyyyykN1)(A各气相传质分系数之间的关系：各气相传质分系数之间的关系：PypGiiPyp GPkky带入式带入式)

29、pp(kNiGGA与与)(AiyyykN比较比较k ky y气膜吸收系数，气膜吸收系数，kmol/(mkmol/(m2 2.s).s)；1/ 1/ k ky y气膜阻力，气膜阻力， (m(m2 2.s)/kmol.s)/kmol，此阻力的表达形式是与气膜推动力（此阻力的表达形式是与气膜推动力（y-yy-yi i）相对应的相对应的。第47页/共136页)cc(czDcNSLimLALLiLiLA1kcc)cc(kNSmLLczDck 令pGpicicL气相液相zGzLk kL L液膜吸收系数，液膜吸收系数，m/sm/s；1/ 1/ k kL L液膜阻力，液膜阻力， s/ms/m，此阻力的表达形式

30、是与液膜推动力（此阻力的表达形式是与液膜推动力（c ci i-c-cL L）相对应的。相对应的。第48页/共136页xiixAk1xx)xx(kN各液相传质分系数之间的关系：各液相传质分系数之间的关系：iiCxc CxcLLxCkk 带入式带入式)cc(kNLiLA与)xx(kNixA比较比较k kx x液膜吸收系数，液膜吸收系数，kmol/(mkmol/(m2 2.s).s)；1/ 1/ k kx x气膜阻力，气膜阻力， (m(m2 2.s)/kmol.s)/kmol，此阻力的表达形式是与液膜推动力（此阻力的表达形式是与液膜推动力（x xi i-x-x）相对应的。相对应的。第49页/共136

31、页)cc(k)pp(kNLiLiGGA)c(fpiipi、ci而而 (2)(2)平衡关系满足亨利定律平衡关系满足亨利定律 )cc(k)pp(kNLiLiGGAiiHpc pi、ci第50页/共136页GLiLiGkkccpp)cc(k)pp(kNLiLiGGAGLkkI（pi，ci）气膜阻力气膜阻力液膜阻力液膜阻力操作点操作点OI（界面）界面）斜斜率率）(GLkk H1 斜斜率率平平衡衡线线cA/kmol/m3cA*Ac*ApipApicpA/kPa0第51页/共136页同，二者不能直接相减，即使表同，二者不能直接相减，即使表示法相同，差值也不能代表过程示法相同，差值也不能代表过程的总推动力。

32、的总推动力。n吸收过程能自动进行，是由于吸收过程能自动进行，是由于两相主体组成未达到平衡。一旦两相主体组成未达到平衡。一旦任何一相主体组成与另一相主体任何一相主体组成与另一相主体组成达到平衡，推动力便为组成达到平衡，推动力便为0 0。因。因此，吸收过程的总推动力采用任此，吸收过程的总推动力采用任何一相的主体组成与其平衡组成何一相的主体组成与其平衡组成的差值表示。的差值表示。第52页/共136页GeGeGGAGLGeGGLAiGGAiGGAeiLAeiLLiLAiiLeK1pp)pp(KNk1Hk1K1pp)k1Hk1(NppkN)pp(kNppHkN)pp(Hk)cc(kNHcp;Hcp令则：

33、若系统符合亨利定律，第53页/共136页iGeGiGGAeGGAGGGLpppp)pp(kN)pp(KNkKk1Hk1H值很大：易溶气体， 表明易溶气体吸收时，传质总阻力的绝大部分集中气膜中，气膜阻力控制着整个吸收过程的速率；传质总推动力的绝大部分集中在气膜中；吸收总推动力的绝大部分用于克服气膜阻力，这种情况称为气膜控制。表明易溶气体吸收时，传质总阻力的绝大部分集中气膜中，气膜阻力控制着整个吸收过程的速率；传质总推动力的绝大部分集中在气膜中；吸收总推动力的绝大部分用于克服气膜阻力，这种情况称为气膜控制。 对于气膜控制的吸收过程，对于气膜控制的吸收过程，要提高吸收速率，在选择设备型式及要提高吸收

34、速率，在选择设备型式及确定操作条件时应注意主要减小气膜阻力。确定操作条件时应注意主要减小气膜阻力。第54页/共136页LLeLeLAGLLLeGLALiLALiLAieGAieGiGGAiiGeK1cc)cc(KNkHkK1cc)kHk(NcckN)cc(kNcckHN)HcHc(k)pp(kNHpc;Hpc11令则：若系统符合亨利定律，第55页/共136页LiLeLiLALeLALLGLcccc)cc(kN)cc(KNkKkHk1H值很小：难溶气体，表明难溶气体吸收时，传质总阻力的绝大部分集中液膜中，液膜阻力控制着整个吸收过程的速率；传质总推动力的绝大部分集中在液膜中；吸收总推动力的绝大部分

35、用于克服液膜阻力，这种表明难溶气体吸收时，传质总阻力的绝大部分集中液膜中，液膜阻力控制着整个吸收过程的速率；传质总推动力的绝大部分集中在液膜中；吸收总推动力的绝大部分用于克服液膜阻力，这种情况称为液膜控制。情况称为液膜控制。对于液膜控制的吸收过程，对于液膜控制的吸收过程，要提高吸收速率，在选择设备型式及确定操作条件时要提高吸收速率，在选择设备型式及确定操作条件时应注意主要减小液膜阻力。应注意主要减小液膜阻力。第56页/共136页nn2.2.以分压差和体积摩尔浓度差表以分压差和体积摩尔浓度差表示的总推动力、总传质系数、传示的总推动力、总传质系数、传质速率；质速率；n3.3.该吸收过程的控制因素；

36、该吸收过程的控制因素；n4. 4. 气、液膜系数分别增加气、液膜系数分别增加1010时，时，总阻力的变化情况。总阻力的变化情况。第57页/共136页e33e-1-1G-6-4GL11.p1.370.730.73 110 0.032.41/p110 0.03 1.371.932.c2.41 1 1.41/1111K()()kHk5 100.73 1.5 104eeckPaHcHpkmol mpkPackmol m 与液相平衡气相组成：与气相相平衡液相组成：分压差：总推动力体积摩尔浓度差：总传质系数：62662AGe.78 10/()NK (p-p )4.78 101.939.23 10/()km

37、olms kPakmolms 传质速率：第58页/共136页%.KKK)kPasm/(kmol.).101.50.7311051()Hk1k1(K10%.KKK)kPasm/(kmol.)101.50.731.1051()Hk1k1(K10%.).k().K(.GG G1-4-6-1-LG GGGG1-4-6-1-LGGGG2410511051108411111084115410511051102451111102451141005107843666266662666总阻力变化情况：时：液膜系数增加总阻力变化情况：时：气膜系数增加该吸收过程为气膜控制第59页/共136页yeeyAyxyeyxA

38、iyAiyAeixAeixixAiieK1yy)yy(KNkkmK1yy)kkm(NyykN)yy(kNyykmN)yy(mk)xx(kNmyx;myx11令则：若系统符合亨利定律，K Ky y总吸收系数，总吸收系数，kmol/(mkmol/(m2 2.s).s)；1/ 1/ K Ky y总阻力，总阻力， (m(m2 2.s)/kmol.s)/kmol，此阻力的表达形式是与总推动力（此阻力的表达形式是与总推动力（y-yy-ye e）相对应的。相对应的。第60页/共136页xeexAyxxeyxAixAixAieyAieyiyAiieK1xx)xx(KNmkkK1xx)mkk(NxxkN)xx(

39、kNxxmkN)xx(mk)yy(kNmxy;mxy1111令则：若系统符合亨利定律，K Kx x总吸收系数，总吸收系数，kmol/(mkmol/(m2 2.s).s)；1/ 1/ K Kx x总阻力，总阻力， (m(m2 2.s)/kmol.s)/kmol，此阻力的表达形式是与总推动力（此阻力的表达形式是与总推动力（x xe e-x-x）相对应的。相对应的。yxeyeyAexAmKK)mxmx(K)yy(KN)xx(KN第61页/共136页GYeYeeYAeGYeeGeeGeGGAeeeeGPKK,Y,YKYY)YY(KN)Y)(Y(PKK)YY()Y)(Y(PK)YYPYY(PK)pp(K

40、NYYPPyp;YYPPyp故：低组成气体，则令据道尔顿分压定律：1111111111111K KY Y总吸收系数，总吸收系数，kmol/(mkmol/(m2 2.s).s)；1/ 1/ K KY Y总阻力，总阻力， (m(m2 2.s)/kmol.s)/kmol，此阻力的表达形式是与总推动力（此阻力的表达形式是与总推动力（Y-YY-Ye e）相对应的。相对应的。第62页/共136页LXeXeeXAeLXeeLeeLLeLALeeeeKCK,X,XKXX)XX(KN)X)(X(CKK)XX()X)(X(CK)XXCXX(CK)cc(KNXXCxCc;XXCCxc故：稀溶液，则则令1111111

41、111111K KX X总吸收系数，总吸收系数，kmol/(mkmol/(m2 2.s).s)；1/ 1/ K KX X总阻力，总阻力， (m(m2 2.s)/kmol.s)/kmol，此阻力的表达形式是与总推动力（此阻力的表达形式是与总推动力（X Xe e-X-X）相对应的。相对应的。第63页/共136页吸收速率方程推动力吸收系数NA=kG(pG-pi)(pG-pi)kG，kmol/(m2.s.kPa)NA=kL(ci-cL)(ci-cL)kL, m/sNA=KL(ce-cL)(ce-cL)KL, m/sNA=KG(pG-pe)(pG-pe)KG，kmol/(m2.s.kPa)第64页/共1

42、36页n6.6.总吸收系数通过膜系数计算；总吸收系数通过膜系数计算；各膜系数可相互换算；各总系数各膜系数可相互换算；各总系数可相互换算。可相互换算。GLG111kHkKGLL11kHkKxyykmkK11yxxmkkK111GyYPKKKLxXcKKKLGHKKyxmKK GyPkk Lxckk第三次课第三次课作业：、题作业：、题第65页/共136页第66页/共136页靠重力自上而下流动，而气体则靠重力自上而下流动，而气体则在压差的作用下，以连续相的方在压差的作用下，以连续相的方式流过全塔。式流过全塔。逆流特点：逆流特点：平均推动力比并流的大，能有效平均推动力比并流的大，能有效地提高吸收速率；

43、地提高吸收速率；可提高出塔吸收液的组成；可提高出塔吸收液的组成；使出塔气体组成降至最低。使出塔气体组成降至最低。湍动程度高湍动程度高接触时间长接触时间长第67页/共136页未知量未知量L L、X X1 1。溶质回收量溶质回收量G GA A=V(Y=V(Y1 1- -Y Y2 2)=L(X)=L(X1 1-X-X2 2) ) 溶质回收溶质回收( (吸收吸收) )率：率：（确定（确定Y Y2 2）吸收塔V,Y2V,Y1L,X2L,X1)(YY%YYYAA110012121第68页/共136页塔进行溶质塔进行溶质A A的物的物料衡算料衡算 ：nVYVY1 1+LX+LX1 1=VY=VY2 2+LX

44、+LX2 2G= V(YG= V(Y2 2-Y-Y1 1)=L(X)=L(X1 1- -X X2 2) ) 1001422yTPPT.VVh吸收塔V,Y2V,Y1L,X2L,X1第69页/共136页V,Y2V,Y1L,X2L,X1Y Xmn 塔内任一截面塔内任一截面m-nm-n至塔顶处溶质至塔顶处溶质A A的物料衡算，如红框的物料衡算，如红框 ：1111Y)XX(VLYLXVYLXVY2222Y)XX(VLYLXVYLXVY第70页/共136页XY1Y2X1X2TB)X(fYeYA B B点代表塔底组成，点代表塔底组成，T T点代表塔顶点代表塔顶组成，组成，A A点代表塔内任一截面的气、点代表

45、塔内任一截面的气、液组成。液组成。 从从A A点引一垂线，与平衡线交与一点引一垂线，与平衡线交与一点，两点之间垂直距离代表以气相表点，两点之间垂直距离代表以气相表示的推动力示的推动力( (Y-YY-Ye e) )；从从A A点引一水平点引一水平线，与平衡线交与一点，两点之间水线，与平衡线交与一点，两点之间水平距离代表以液相表示的推动力平距离代表以液相表示的推动力( (X Xe e- -X)X)； 吸收过程的操作线位于平衡线上吸收过程的操作线位于平衡线上方，若位于下方，则为解吸过程。方，若位于下方，则为解吸过程。 操作线离平衡线愈远吸收的推动操作线离平衡线愈远吸收的推动力愈大；力愈大；第71页/

46、共136页V,Y2V,Y1L,X2L,X1Y Xmn 塔内任一截面塔内任一截面m-nm-n至塔顶处溶质至塔顶处溶质A A的物料衡算，如红框的物料衡算，如红框 ：1111Y)XX(VLYLXVYLXVY2222Y)XX(VLYLXVYLXVY第72页/共136页XY2Y1X1X2TB)X(fYeYA从从A A点引一垂线，与平衡线交与一点，两点之间垂直距离代表以气相表示的推动力点引一垂线，与平衡线交与一点，两点之间垂直距离代表以气相表示的推动力( (Y-YY-Ye e) )；从从A A点引一水平线，与平衡线交与一点，两点之间水平距离代表以液相表示的推动力点引一水平线，与平衡线交与一点，两点之间水平

47、距离代表以液相表示的推动力( (X Xe e-X)-X)；B B点代表塔底组成，点代表塔底组成，T T点代表塔顶组成，点代表塔顶组成，A A点代表塔内任一截面的气、液组成。点代表塔内任一截面的气、液组成。吸收过程的操作线位于平衡线上方，若位于下方，则为解吸过程。吸收过程的操作线位于平衡线上方，若位于下方，则为解吸过程。 无论并流、逆流，操作线方程与操作线均由物料衡算得到，与系统的平衡关系、操作条件及设备结构型式没有关系。无论并流、逆流，操作线方程与操作线均由物料衡算得到，与系统的平衡关系、操作条件及设备结构型式没有关系。第73页/共136页abY2aX2aX2bY2bY1bX1bY1aX1aY

48、2bY1b=Y1aY2aX2bX1b=X2aX1aC CD DA AB B第74页/共136页 L/V L/V：液气比，是吸收剂与惰性气体摩尔流量的比值，反映单位气体处理量时的吸收剂耗用量的大小。液气比，是吸收剂与惰性气体摩尔流量的比值，反映单位气体处理量时的吸收剂耗用量的大小。 V V确定，确定，LL，L/VL/V，B B点右移，点右移，X X1 1。 当当L L减小至使减小至使B B点右移至点右移至B Be e点时，点时，X X1 1=X=Xe1e1，即吸收液与进塔混和气相平衡，为理论上吸收液能达到的最高组成。此时操作线即吸收液与进塔混和气相平衡，为理论上吸收液能达到的最高组成。此时操作线

49、B Be eT T的斜率称为最小液气比，用的斜率称为最小液气比，用( (L/V)L/V)minmin表示，相应的吸收剂用量称为最小吸收剂用量，用表示，相应的吸收剂用量称为最小吸收剂用量，用L Lminmin表示。表示。XY1Y2X1X2TBYABeXe1第75页/共136页最小液气比的计算最小液气比的计算1.1.平衡发生在塔底平衡发生在塔底XY1Y2X1X2TBYABeXe121e21min21e21minXXYYVLORXXYYVL平衡关系符合亨利定律时：平衡关系符合亨利定律时： 2121min2121minXmYYYVLORXmYYYVL第76页/共136页2121min2121minXX

50、YYVLORXXYYVL1Y2Y2X1X1XBBT第77页/共136页种极限情况实际不可行，只反映一设备费时，设备费,Z,0YVL,Z,YVLmin作费消耗、输送、再生等操超过一定限度时，溶剂，并不总有效设备费 ,Z,YVLminminL)0 . 21 . 1(LORVL)0 . 21 . 1(VL据经济衡算：第78页/共136页n为：为：n进塔气组成：进塔气组成：n出塔气组成：出塔气组成：h41.27kmol/)02. 01(3 .101105272732734 .221000)y1(3 .101P273t2734 .22VV1h0204. 002. 0102. 01111yyY00102.

51、 0)95. 01(0204. 0)1(YYA12第79页/共136页 由于入塔洗油中含有少量芳烃，则入塔的洗油量为：由于入塔洗油中含有少量芳烃，则入塔的洗油量为：L=L(1+XL=L(1+X2 2)=7.59)=7.59(1+0.0053)=7.63kmol/h(1+0.0053)=7.63kmol/h00503. 0005. 01005. 01222xxXhkmolXmYYYVL/06. 500503. 0125. 00204. 000102. 00204. 027.412121minhkmolLL/59. 706. 55 . 15 . 1min11. 059. 7)00102. 0020

52、4. 0(27.4100503. 0)(2121LYYVXX第80页/共136页uV4Ds 式中：式中：V VS S操作条件下混和气体的流量，操作条件下混和气体的流量，m m3 3/s/s。以入塔气流量计（逆流：塔底，并流：塔顶）。以入塔气流量计（逆流：塔底，并流：塔顶）。 利用上式关键在于空塔气速利用上式关键在于空塔气速u u的确定，的确定，u u的确定取决于塔的类型、操作条件、物系等因素，将在第的确定取决于塔的类型、操作条件、物系等因素，将在第4 4章介绍。章介绍。第81页/共136页程都适用于稳定操作的吸收塔中程都适用于稳定操作的吸收塔中的的“某一横截面某一横截面”,”,而不能用于全而不

53、能用于全塔。对于整个吸收塔，气、液的塔。对于整个吸收塔，气、液的浓度分布都沿塔高变化，吸收速浓度分布都沿塔高变化，吸收速率也在变化。所以要在全塔范围率也在变化。所以要在全塔范围应用吸收速率关系式，就要采用应用吸收速率关系式，就要采用微分方法，然后积分得到填料层微分方法，然后积分得到填料层的总高度。的总高度。 塔截面积填料层体积Z) m/ m( m1)m(323 2积填料提供的有效传质面总传质面积填料层体积吸收速率方程传质速率物料衡算吸收负荷总传质面积 ) sm/ molk () s/ molk ( 2第82页/共136页LdXdYVGdX)dXX(LY-dY)(YVGdAA单位时间，单位时间，

54、d dZ Z内吸收内吸收A A的量：的量：X+dX)Zda(NAdNGdAAA微元填料层内，因气液组成变化极小，可认为吸收速率微元填料层内，因气液组成变化极小，可认为吸收速率N NA A为定值。为定值。微元填料层内，吸收速率方程式：微元填料层内，吸收速率方程式：)XX(K)YY(KNeXeYAdZa)XX(KdZaNdGLdXdZa)YY(KdZaNdGVdYeXAAeYAA第83页/共136页积分上两式积分上两式1212121200XXeXYYeYZXXXeZYYYeXXdXaKLZYYdYaKVZdZaKXXdXLdZaKYYdYV 有效传质面积有效传质面积 a a 同体积填料的比表面积同

55、体积填料的比表面积，a a与填料的形状、尺寸及充填状况与填料的形状、尺寸及充填状况( (整砌、乱堆整砌、乱堆) )有关，还受流体物性及流动状况的影响，很难直接测定，所以和吸收系数合在一起，作为一个完整的物理量看待，其乘积称为体积吸收系数。有关，还受流体物性及流动状况的影响，很难直接测定，所以和吸收系数合在一起，作为一个完整的物理量看待，其乘积称为体积吸收系数。K KY Ya a气相总体积吸收系数，气相总体积吸收系数，kmol/(mkmol/(m3 3.s).s)；K KX Xa a液相总体积吸收系数，液相总体积吸收系数，kmol/(mkmol/(m3 3.s).s) 。说明说明K KY Ya

56、a物理意义：单位推动力、单位时间、单位体积填料层内吸收溶质物理意义：单位推动力、单位时间、单位体积填料层内吸收溶质A A的物质的量。的物质的量。ZGZ)YY(VaKYYAYe211时，当第84页/共136页12YYeYYYdYaKVZ121223YYeOGOGeYYeYOGOGYYYYdYNNY-YdYYYdYaKVHHaKVmm)s .m/(kmolkmol/saKV：，“气相总传质单元数”，称为总传质单元高度的倍数填料层高度相当于气相因次，理解为单位相同，故积分值无与中，即：总传质单元高度”，此单元高度称为“气相定的某种单元高度，理解为由过程条件所决因此可将的单位：第85页/共136页同理

57、：同理：OLOLNHZGGNHZLLNHZaKLHXOL12X X OLXXeXdNakVHyG12y y iGyyydNak LHxL12xxiLxxxdNOGOGNHZ填料层高度可用下面的通式计算：填料层高度可用下面的通式计算： Z Z= =传质单元高度传质单元数传质单元高度传质单元数第86页/共136页e e变积分值，即：变积分值，即： ( (Y Y1 1-Y-Y2 2) ) =( =(Y-YY-Ye e) )m m。n H HOGOG的物理意义：的物理意义：n气体流经一段填料，溶质组成气体流经一段填料，溶质组成变化变化( (Y Y1 1-Y-Y2 2) ) 等于该段填料层平均等于该段填

58、料层平均推动力推动力( (Y-YY-Ye e) )m m时，该段填料层高时，该段填料层高度就是一个气相总传质高度。度就是一个气相总传质高度。12YYeYOGOGYYdYaKVNHZ112YYeOGYYdYN第87页/共136页12YYeOGYYdYNHOG的指导意义：的指导意义： 反映了传质阻力的大小、填料性能的优劣及润湿情况的好坏。反映了传质阻力的大小、填料性能的优劣及润湿情况的好坏。K KY Y(阻力阻力)，aHaHOGOG第88页/共136页11221122X)YY(LVXANDX)YY(LVXORY)XX(VLYANDY)XX(VLYbmXYOR bmXYee操作关系：平衡关系：121

59、21212122222211YYe2OGLmVSYYYYYYYYeOGYYSYSdYNb)mX(YLmVYLmVdYbX)YY(LVmYdYbmXYdYYYdYN）（令第89页/共136页SYY)YY(SlnSYYYYS()YY(SlnSYYSYSYYYSYSlnSYYSYSYYSYSlnSYYSYSYYSYSdSNe2ee2e2ee2eee2e2e2YYe2e2OG2212221222212221221111111111111111112）（）（）（）（）（式中：式中：S=mV/LS=mV/L脱吸因数，是平衡线斜率脱吸因数，是平衡线斜率m m与操作线斜率与操作线斜率L/VL/V的比值，无量纲

60、。的比值，无量纲。第90页/共136页SYYYYSlnSNeeOG2221111n参数参数S S：反映吸收反映吸收推动力的大小。推动力的大小。2221eeYYYYOGe22e211AANY-YY-YYX,Y ,LVm)(YY，一定时，22121OG1e22e21N,)YeY(X,VL,LmVY-YY-YX,Y，一定，已知时，21XY1Y2X1X2TB)X(fYeYA第91页/共136页Y1Y2X1X2TBYX)(YYA112希望得到高组成的吸收液：希望得到高组成的吸收液：力图使力图使X X1 1XXe1e1 方法是减小液体量，改变操作线方程，从而使方法是减小液体量，改变操作线方程，从而使L/V

61、mL/V1S1时才有可能。时才有可能。 一般一般S=0.7-0.8S=0.7-0.8时，可兼顾上述两种情况。时，可兼顾上述两种情况。第92页/共136页，无量纲；斜率与平衡线斜率比值吸收因数，操作线式中：mVLAAYYYYAlnANeeOL1121111第93页/共136页YY1Y2X1X2TBYX22X)YY(LVXbmXYe操作关系：平衡关系：2121ee111e222Y-YY-YdYYdYY)bmXYLmV(Y)LmV(bX)YY(LVmY)bmX(YY-YYttanconsY-YYttanconsY-YY率：作图，为一直线，其斜以塔内任一截面推动力：塔底推动力：塔顶推动力：22221Y

62、1Y2Y1Y2YY第94页/共136页21212121212121212121YYlnYYYYYYNYYlnYYYYYYdYYYYYYYdNYdYYYYdYmmOGY Y Y Y eOG1212式中：同理：同理：mOLXXXN212121XXlnXXXm222111XXXXXXee第95页/共136页21e221e121OGe22e11eYYYYYYYYNYYYYYY222121YYYYY21m时，第96页/共136页在在Y-XY-X图上绘出图上绘出TBTB线及线及OEOE线；线；TBYXFFOE在在TBTB及及OEOE线之间画出若干线之间画出若干( (Y-YY-Ye e) )的中点联成的曲线

63、的中点联成的曲线MNMN；从塔顶从塔顶T T出发，作水平线交出发，作水平线交MNMN于于F F，延长延长TFTF至至FF，使使TF=FFTF=FF，从从FF出发，重复绘制梯级过程，直至达到或超过塔底出发，重复绘制梯级过程，直至达到或超过塔底B B点为止；点为止；N NOGOG梯级数梯级数 ( (非整数非整数) )MN第97页/共136页中读出相应的中读出相应的Y Ye e值，值，并计算并计算n值。值。在直角坐标系中在直角坐标系中以以作作图得曲线。图得曲线。曲 线 与曲 线 与 Y = YY = Y1 1、Y=YY=Y2 2及横轴所包围及横轴所包围的面积即为的面积即为N NOGOG。YYYe1e

64、YY 1Y1Y2Y2X1XXOEBTYeY12Y Y eOGYYYdNY1Y2eYY 1第98页/共136页式进行求解式进行求解：nn此外可采用龙贝格方法、高斯积此外可采用龙贝格方法、高斯积分法等。分法等。段区间的纵标；第等分区间的步长；式中：iYY)Y( fnnYYY)Y( f)Y( f)Y( f)Y( f)Y( f)Y( f)Y( f)Y( fYYYYdNeiiinnnnY Y eOG12124302421310第99页/共136页达到平衡，则称该级为达到平衡，则称该级为一个理论级，或称为一一个理论级，或称为一层理论板，层理论板，N NT T。n等板高度：等板高度：分离效果分离效果达到一个

65、理论级所需的达到一个理论级所需的填料层高度。填料层高度。nZ Z=HETP=HETPN NT TnN NT T完成分离任务，所完成分离任务，所需的理论级数；需的理论级数；nHETPHETP等板高度，由等板高度，由实验测定或经验公式计实验测定或经验公式计算。算。Y2=YIX2=X0YIYiXIIii+1NXiYi+1Xi+1YNXNY1=YN+1X1=XN第100页/共136页Y1X0X1Y2X2Y3X3Y4TBoE第101页/共136页AlnYYlnNORSYYYY)S(lnAlnNNN;YYAAYYY )AAA(Y )AAA(YY )AA(Y )AA(Y)XX(VLYmbYXAYY )A(Y

66、)XX(VLYTeeTTNNNeNNNNNeIIIIIIIIIeYYIIII2122211112121211222222222211111112Y2=YIX2=X0YIYiXIIii+1NXiYi+1Xi+1YNXNY1=YN+1X1=XN221Y)XX(VLYii第102页/共136页克列姆塞尔方程AlnYYlnNSYYYYSlnAlnNTeeT21222111比较与SYYYYSlnSNeeOG2221111AAAASNNln1ln1OGT当A=1时NT=NOGA1时NTNOGANOG第103页/共136页 逆流：逆流：气液流向相反气液流向相反； 并流：气液流向相同。并流：气液流向相同。逆流与并流的比较：逆流与并流的比较： 逆流操作与并流的气液两相进、出口组成相等的条件下逆流操作的优点：逆流操作与并流的气液两相进、出口组成相等的条件下逆流操作的优点：逆流操作可获得较大的吸收推动力，从而提高吸收过程的传质速率；逆流操作可获得较大的吸收推动力，从而提高吸收过程的传质速率；可得到浓度较高的吸收液；可得到浓度较高的吸收液；可使出塔气体中溶质的含量降低，提高溶质的吸收率。可使出塔气体中溶质的含