气体吸收(复习习题课).ppt

化工原理（下）总复习 三 明 学 院 三 明 学 院 9 液体精馏 2 11 液夜萃取 3 8 气体吸收 1 14 固体干燥 4 8 th 气体吸收复习习 8.1 概述 8.1.1 化工生产中的传质过程 传质分离过程: 利用物系中不同组分的物理性 质或化学性质的差异来造成一个两相物系，使 其中某一组分或某些组分从一相转移到另一相 ，即进行相际传质，并由于混合物中各组分在 两相间平衡分配不同，则可达到分离的目的。 以传质分离过程为特征的基本单元操作：气体 吸收, 液体蒸馏, 固体干燥, 液-液萃取, 结晶, 吸 附, 膜分离等。思考：吸收的目的是什么？ 气体吸收 8.1.2 相组成表示法 1. 质量分数与摩尔分率（质量分数与摩尔分数 ） 质量分数：是指在混合物中某组分的质量占混 合物总质量的分率。 摩尔分率：摩尔分率是指在混合物中某组分的 摩尔数nA占混合物总摩尔数n的分率。 气相： yA= pA/p 液相： xA=cA/c 3. 质质量浓浓度与摩尔浓浓度 4. 气体的总压总压 与理想气体混合物中组组分的分压压 8.1.3 气体吸收过过程 吸收操作的依据：是混合物各组分在某种溶剂剂（吸 收剂剂）中溶解度（或化学反应活性）的差异。 一个完整的吸收分离流程包括吸收和解吸两部分。 能耗主要在解吸过程。 8.1.4 气体吸收过过程的应应用吸收的目的 （1）分离混合气体以获得一定的组分或产物； （2） 除去有害组分以净化或精制气体； （3）制备某种气体的溶液； （4）工业废 气的治理； 实际 吸收过程往往同时兼有净化和回收等多重目的 。 8.1.5 吸收剂的选用 在选择吸收剂时，应从以下几方面考虑： （1）溶解度；（2） 选择性； （3） 溶解度对操作条件的敏感性； （4） 挥发度；（5） 黏（粘）性； （6） 化学稳定性；（7） 腐蚀性； （8） 其它等要求。 8.1.6 吸收过程的分类 （1）物理吸收和化学吸收 （2） 单组分吸收与多组分吸收 （3） 等温吸收与非等温吸收 （4） 低浓度吸收与高浓度吸收 重点研究： 低浓度、单组分、等温的物理吸收过程 亨利定律 温度降低或总 压升高，则m 值变小，液相 溶质的浓度x 增加，有利于 吸收操作。 扩散速率方程 菲克扩散 等分子 扩散 单向扩散速率 漂流因子特点： 当混合物中溶质A的浓度较低时 扩散系数的影响 吸收速率方程 8.4.1 双膜理论 双膜模型的基本假设： （1）相互接触的气液两相存在一个稳定的相 界面，界面两侧分别存在着稳定的气膜和液膜 。膜内流体流动状态为层流，溶质A以分子扩 散方式通过气膜和液膜，由气相主体传递到液 相主体。 （2）相界面处，气液两相达到相平衡，界面 处无扩散阻力。 （3）在气膜和液膜以外的气液主体中，由于 流体的充分湍动，溶质A的浓度均匀，溶质主 要以涡流扩散的形式传质。 8.5 低浓度气体吸收吸收塔的计算 8.5.1 物料衡算和操作线方程 (1) 物料衡算及吸收液浓度的计算 G（y1y2）=L（x1x2） y2=y1（1 ） 式中 混合气中溶质A被吸收的百分率 ， 称为回收率或吸收率。 塔底排出液中溶质的浓度 x1=x2G（y1y2）/L 吸收操作线与计算 P39例86 NOG、HOG的意义 1）传质单元数 、 计算式中的分子为气相或 液相组成变化，即分离效果（分离要求） ；分母为吸收过程的推动力。若吸收要求 愈高，吸收的推动力愈小，传质单元数就 愈大。所以传质单元数反映了吸收过程的 难易程度。当吸收要求一定时，欲减少传 质单元数，则应设法增大吸收推动力。 意义： 当气体流经一段填料，其气相中溶质组成变 化（y1 y2）等于该段填料平均吸收推动力 （yye）m，此 时，该段填料为一个传质 单元。NOG=（y1 y2）/（yye）m=1 传质单元高度的数值反映了吸收设备传质效 能的高低，HOG 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. 传质单元高度的计算 8.5.7 强化吸收过过程的措施 （1）提高吸收过程的推动力 1）逆流操作；2）提高吸收剂的流量； 3）降低吸收剂入口温度； 4）降低吸收剂入口溶质的浓度。 （2）降低吸收过程的传质阻力 1）提高流体流动的湍动程度； 2）改善填料的性能。 8.6 气体吸收思考题题 1）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） 摩尔比与摩尔分数有何不同，它们之间的关系如 何? 4） 分子传质 (扩散)与分子传热 (导热 )有何异同? 5）在进行分子传质时 ，总体流动是如何形成的，总 体流动对 分子传质 通量有何影响? 6）讨论传质 的机理、吸收过程的机理的意义是什么 ? 7）双膜模型，溶质渗透模型和表面更新模型的要点 是什么，各模型求得的传质 系数与扩 散系数有何 关系，其模型参数是什么? 8）吸收速率方程为何具有不同的表达形式? 9）传质单 元高度和传质单 元数有何物理意义? 习题课 操作条件 习题课 操作条件： 气液流量、 气液进口浓度、 操作温度、压力等 习题课 公式： 或 例1 常压下，用煤油从苯蒸汽和空气混合物中吸收苯，吸 收率为99%，混合气量为53kmol/h。入塔气中含苯2%（体 积 %），入塔煤油中含苯0.02%（摩尔分率）。溶剂用量为 最小用量的1.5倍，在操作温度50下，相平衡关系为y* = 0.36x，总传质系数Kya=0.015kmol/(m3s)，塔径为1.1米。 试求所需填料层高度。 设计型举例 溶剂用量 为最小用 量的1.5倍 y* = 0.36x 设计型举例 溶剂用量 为最小用 量的1.5倍 y* = 0.36x 设计型举例 操作型举例 例2 在逆流操作的填料吸收 塔中，对某一低浓气体中的溶 质组分进行吸收，现因故 (1)吸收剂入塔浓度变大， (2)吸收剂用量变小， 而其它操作条件均不变，试分 析出塔气体、液体浓度如何变 化？ 1定性分析快速分析 作图+排除法 吸收因数法 操作型举例 (1)吸收剂入塔浓度变大 解法一：快速分析 x2变大时，将使传质推动 力变 小，故不利于吸收，因此 ，y2 变大， 操作型举例 (1)当吸收剂入塔浓度x2变大时 解法二：作图+排除法 L/G不变 操作型举例 操作型举例 关于x1：排除法 假设x1不变、变小，作图 可知NOG将变小，故H将 变小，与H一定相矛盾， 因此 操作型举例 (1)当吸收剂入塔浓度x2变大时 解法三：吸收因数法 NOG （y1-mx2）/（y2-mx2） S增大 由题意可知： NOGH/HOG不变 由右图可知， 又x2变大，故y2 变大 至于x1： 仍需用排除法判定，下略。 操作型举例 (2)当吸收剂用量变小时 解法一：快速分析 吸收剂用量变小时，不利于吸收， 因此，y2 变大。 操作型举例 (2) 当吸收剂用量变小时 解法二：作图+排除法 操作型举例 b假设y2变小 操作型举例 a假设x1不变 b假设x1变小 操作型举例 解法三：吸收因数法 (2)当吸收剂用量变小时 由题意可知： NOGH/HOG变小或不变 由右图可知， 故y2变大 NOG （y1-mx2）/（y2-mx2） S增大 至于x1： 仍需用排除法判定，下略。 练习 在逆流操作的填料吸收塔中，对某一低浓气体中的溶质组 分进行吸收，现因故 (1)气体入塔浓度y1变小， (2)G变小， 而其它操作条件均不变，试分析出塔气体、液体浓度如何 变化？ 解法一：快速分析 y1变小，y2必变小。 解法二：作图+排除法 (1)气体入塔浓度y1变小 与H不变相矛盾，故假设 不成立 关于x1：排除法 假设x1不变、变大，作图可知NOG 将变大，故H将变大，与H一定相 矛盾，因此， x1将变小。 解法三：吸收因数法 查图可知： 至于x1 的变化仍需用作图与排除法 (2)G变小时 思考： 在逆流操作的填料吸收塔中，对某一低浓 气体中的溶质组分进行吸收，现因故 (1) 气体入塔浓度y1变大， (2) G变大， 而其它操作条件均不变，试分析出塔气体 、液体浓度如何变化？ 操作型举例 例2 某吸收塔在101.3kPa、293K下用清水逆流吸收丙 酮空气混合气体（可视为低浓气体）中的丙酮。当操作 液气比为2.1时，丙酮回收率可达95%。已知物系平衡关系 为y=1.18x，吸收过程大致为气膜控制，气相总传质系数 Ky