化工原理_24气体吸收过程的速率关系

1、8.3 吸收过程的速率关系 8.3.1 膜吸收速率方程 一、气膜吸收速率方程 第八章 气体吸收 二、液膜吸收速率方程 稳态下，气、液两膜中的传质速率相等，即 Nkppkcc AGiLi )( i G L i cc k k pp 直线 通过定点A (c，p) 斜率kL / kG 三、界面组成的确定 界面组成的确定 8.3 吸收过程的速率关系 8.3.1 膜吸收速率方程 第八章 气体吸收 8.3.2 总吸收速率方程 一、以(p- p*)表示的总吸收速率方程 设吸收系统服从亨利定律或平衡关系在过程 所涉及的浓度范围内为直线 H c p* 根据双膜模型，相界面上两相互成平衡 p c H i i )(

2、iGA ppkN *ppHkcckN iLiLA *pp Hk N i L A 由此得 整理得 由 相加得 * 11 pp kHk N GL A )( i G A pp k N 一、以(p- p*)表示的总吸收速率方程 令 则 *ppKN GA KG GLG kHkK 111 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 一、以(p- p*)表示的总吸收速率方程 对于易溶气体，H值很大 GL kHk 11 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 GG kK 11 气膜阻力 气膜控制示意图 i pppp * 一、以(

3、p- p*)表示的总吸收速率方程 设吸收系统服从亨利定律或平衡关系在过程 所涉及的浓度范围内为直线 H c p * 根据双膜模型，相界面上两相互成平衡 p c H i i 二、以(c*- c)表示的总吸收速率方程 )(cckN iLA iGiGA ccHkppkN*/ i G A cc k HN * 由此得 整理得 由 相加得 cc k H k N GL A * 1 )(cc k N i L A 二、以(c*- c)表示的总吸收速率方程 令 则ccKN LA * KL LGL kk H K 11 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 二、以(c*- c)表示

4、的总吸收速率方程 对于难溶气体，H值很小 LG kk H1 气膜阻力 示例：水吸收氧 11 Kk LL 液膜阻力 液膜控制示意图 cccc i * 液膜阻力控 制整个吸收 过程的速率 液膜 控制 二、以(c*- c)表示的总吸收速率方程 *yyKN yA 同理，可导出 Ky PKK Gy 气相总吸收系数，kmol/(m2s) 气相总吸收 速率方程式 三、以(y- y*)表示的总吸收速率方程 xxKN xA * 同理，可导出 Kx CKK Lx 液相总吸收系数，kmol/(m2s) 液相总吸收 速率方程式 四、以(x*- x)表示的总吸收速率方程 *YYKN YA 同理，可导出 KY 总 pKK

5、K GyY 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 五、以(Y- Y*)表示的总吸收速率方程 XXKN XA * 同理，可导出 KX 总 cKKK LxX 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 六、以(X*- X)表示的总吸收速率方程 8.3 吸收过程的速率关系 8.3.1 膜吸收速率方程 第八章 气体吸收 8.3.2 总吸收速率方程 8.3.3 吸收速率方程小结 吸收速率方程小结 使用吸收速率方程式应注意以下几点: （1）上述的各种吸收速率方程式是等效的。采 用任何吸收速率方程式均可计算吸收过程速率。 （2）任何吸

6、收系数的单位都是kmol/(m2s单 位推动力)。 （3）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。 （4）上述各吸收速率方程式都是以气液组成保 持不变为前提的，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。在塔内不同横截面上的气液 组成各不相同，其吸收速率也不相同。 （5）在使用与总吸收系数相对应的吸收速率方 程式时，在整个过程所涉及的浓度范围内，平衡关 系须为直线。 吸收速率方程小结 8.1 吸收过程概述 8.2 吸收过程的相平衡关系 8.3 吸收过程的速率关系 8.4 低组成气体吸收的计算 8.4.1

7、物料衡算与操作线方程 第八章 气体吸收 一、全塔物料衡算 在工业中，吸收操作多采用塔式设备，既可 采用气液两相在塔内逐级接触的板式塔，也可采 用气液两相在塔内连续接触的填料塔。工业中以 采用填料塔为主，故本节对于吸收过程计算的讨 论结合填料塔进行。 逆流吸收塔的物料衡算 原料气：AB 吸收剂：S 尾气：B(含微量A) 溶液：S+A qn,V(kmolB/s) Y1 (kmolA/kmolB) qn, L (kmolS/s) X2 (kmolA/kmolS) qn, L (kmolS/s) X1(kmolA/kmolS) mn Y X qn,V (kmolB/s) Y2 (kmolA/kmolB

8、) 填 料 塔 在吸收塔的两端面间，对溶质A作物料衡算 1,2,2,1, XqYqXqYq LnVnLnVn 21,21, XXqYYq LnVn 溶质A的吸收率 1 21 Y YY A 气体出塔时的组成Y2 A YY1 12 一、全塔物料衡算 二、操作线方程与操作线 吸收塔内任一横截面上，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。 XqYqXqYq LnVnLnVn,1,1, 1 , , 1 , , X q q YX q q Y Vn Ln Vn Ln 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 同理，在 m-n 截面与

9、塔顶端面之间作组分 A 的衡 算，得 2 , , 2 , , X q q YX q q Y Vn Ln Vn Ln 操作线方 程为直线 斜率 B (X1，Y1) T (X2，Y2) 二、操作线方程与操作线 逆流吸收塔 操作线方程 Vn Ln q q , , 过点 塔底 塔顶 逆流吸收塔中的操作线 2 X 2 Y 1 Y 1 X T B X Y *Y Y*=f(X) 操作 线 推动 力 斜率 （液气比） VnLn qq , / 8.4 低组成气体吸收的计算 8.4.1 物料衡算与操作线方程 第八章 气体吸收 8.4.2 吸收剂用量的确定 一、最小液气比 在吸收塔的计算中，通常气体处理量是已知 的

10、，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，确定吸收剂的用量也即确定 液气比 。 VnLn qq , / 液气比 的确定方法是，先求出吸收 过程的最小液气比 ，然后再根据工 程经验，确定适宜（操作）液气比。 V, nL, n q/q minV, nL, n )q/q( 吸收塔的最小液气比 2 X 2 Y 1 Y T 1 X B B 1 X *B * 1 X Vn Ln q q , , min , , )( Vn Ln q q Y*=f(X） )( , , Vn Ln q q 最小液气比可用图解法求得 ： 21 21 2 * 1 21 min , , /XmY YY XX YY q q Vn Ln VnLn q XX YY q , 2 * 1 21 min, A Vn Ln m Y YYm q q 1 21 min , , )( 一、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） 21 21 min , , XX YY q q Vn Ln VnLn q XX YY q , 21 21 min, Y*=mX 二、适宜的液气比 操作 费用 设备 费用 填料层 高度 根据生产实践经验，取 min , , , , )(0 . 21 . 1 Vn Ln Vn Ln q q q q min, 0 . 21 .