气体吸收复习习题课PPT课件

1、气体吸收相组成表示法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第1页/共45页3. 质量浓度与摩尔浓度4. 气体的总压与理想气体混合物中组分的分压气体吸收过程 吸收操作的依据：是混合物各组分在某种溶剂（吸收剂）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。气体吸收过程的应用吸收的目的（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

2、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。第2页/共45页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。第3页/共45页吸收过程的分类（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第4页/共45页亨利定律ExpeHcp eSSmmMMHMHHcEmxyepEm 温度降低

3、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。第5页/共45页扩散速率方程zcDJddAABA)(A2A1AccDJNA)(A2A1AppRTDN菲克扩散等分子扩散第6页/共45页单向扩散速率)(A2A1BmAcccDcNMB1B2B1B2Bmlnccccc)(A2A1BmApppRTDpNB1B2B1B2Bmlnppppp1Bmpp1BmccM1Bmpp1BmccM漂流因子特点：当混合物中溶质A的浓度较低时第7页/共45页扩散系数的影响zcJDddAA1.81000()()pTDDTp000()()TDDT第8页/共45页吸收速率方程)y(yKNeyA11yyxKmkk)(A

4、xxKNex111xyxKk mk第9页/共45页 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。第10页/共45页8.5 低浓度气体吸收吸收塔的计算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

5、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第11页/共45页吸收操作线与计算22)(yxxGLy2121minxmyyyGL12 dyyeyOGOGyyyaKGNHH12min12xxGLmxyP39例86第12页/共45页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。第13页/共45页意义：当气体流经一段填料，其气相中溶质组

6、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.第14页/共45页传质单元高度的计算AmxymxyAAN111ln1112221OG2121mlnyyyyy111222(),()yymxyymx1mGAL第15页/共45页强化吸收过程的措施（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

7、流动的湍动程度；2）改善填料的性能。第16页/共45页8.6 气体吸收思考题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?第17页

8、/共45页习题课第18页/共45页操作条件指吸收设备和流程已给定，考察操作条件指吸收设备和流程已给定，考察操作条件的变化对吸收效果的影响的变化对吸收效果的影响 操作型操作型设计型设计型指吸收任务给定，求塔径、塔高等。指吸收任务给定，求塔径、塔高等。 y2 x2 G y1 L x1 习题课操作条件：气液流量、气液进口浓度、操作温度、压力等第19页/共45页mOGyyyN21SmxymxySSNOG22211ln112211yxxGLyaKGHyOG OGOGNHH min)0 . 22 . 1( GLGL习题课公式：或第20页/共45页解解 属于低浓气体吸收属于低浓气体吸收aKDGy 36004

9、12 m03. 1015. 036001 . 141532 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/(m3 s)，塔径为1.1米。试求所需填料层高度。OGOGNHH 设计型举例aKGHyOG y2 x2=0.02% =99% D=1.1m G= 53kmol/h L y1=0.02 x1 溶剂用量为最小用量的1.5倍y* = 0.36x第21页/共45页1

10、21yy0002. 0%99102. 0112yy2121minxmyyyGLGLmS 537. 0358. 05 . 1 67. 0537. 036. 0 98.1167. 00002. 036. 00002. 00002. 036. 002. 067. 01ln67. 011 设计型举例溶剂用量为最小用量的1.5倍y* = 0.36xmin5 . 1 GLGL358. 00002. 036. 002. 00002. 002. 0 SmxymxySSNOG22211ln11 y2 x2=0.02% =99% D=1.1m G= 53kmol/h L y1=0.02 x1 第22页/共45页m

11、NHHOGOG4 .1298.1103. 1 设计型举例第23页/共45页操作型举例例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 y2? x2 G y1 L x1? y2? L x2 G y1 L x1? 第24页/共45页操作型举例 (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， y2? x2 G y1 L x1? 第25页/共45页 Y y1 B 原原

12、E y2 A O x 当当 x2变大时，原、新状况下操作线变大时，原、新状况下操作线 Kya 不不变变，aKGHyOG 不不变变。作作图图知知，NOG H 与与 H 不变相矛盾，故假设不成立不变相矛盾，故假设不成立 1 y-y* 0 y2 y1 y 传质单元数传质单元数 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 y2? x2 G y1 L x1? 第26页/共45页 Y y1 B 原原 E y2 A O x 当当 x2变大时，原、新状况下操作线变大时，原、新状况下操作线 Kya 不不变变，aKGHyOG 不不变变。作作图图知知，NOG H 与与 H 不不变变相相

13、矛矛盾盾，故故假假设设不不成成立立操作型举例第27页/共45页 Y y1 B 原原 E y2 A O x 当当 x2变大时，原、新状况下操作线变大时，原、新状况下操作线 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，因此第28页/共45页操作型举例(1)当吸收剂入塔浓度x2变大时解法三：吸收因数法 NOG与（yb-mxa）/（ya-mxa）关系曲线 NOG（y1-mx2）/（y2-mx2） S增大由题意可知：不变不变LmGS 不变不变aKGHyOG NOGH/HOG不变不变2221mxymxy由右图可知，又x2变大，故y2 变大 y2? x2

14、G y1 L x1? 第29页/共45页至于x1： 仍需用排除法判定，下略。第30页/共45页操作型举例(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。 y2? L x2 G y1 L x1? 第31页/共45页L/G Y y1 B 原原 E y2 A O x 作作图图知知，NOG H 与与 H 不变相矛盾，故假设不成立不变相矛盾，故假设不成立L 变变小小， ReL变变小小， 液液膜膜变变厚厚或或不不变变 （气气膜膜控控制制） ，故故aKy1变变大大或或不不变变，aKGHyOG 或或不不变变 操作型举例(2) 当吸收剂用量变小时解法二：作图+排除法 y2

15、? L x2 G y1 L x1? 第32页/共45页 Y y1 B 原原 E y2 A O x 作作图图知知，NOG H 与与 H 不不变变相相矛矛盾盾，故故假假设设不不成成立立aKy1变变大大或或不不变变，aKGHyOG 或或不不变变操作型举例b假设y2变小第33页/共45页 Y y1 B 原原 E y2 A O x OLOLNHH作作图图知知，NOG ，NOL 与与 H 不不变变相相矛矛盾盾，故故假假设设不不成成立立作作图图知知，NOG ，NOL OLOLNHH与与 H 不不变变相相矛矛盾盾，故故假假设设不不成成立立操作型举例a假设x1不变b假设x1变小L变变小小， ReL变变小小， 液

16、液膜膜变变厚厚或或不不变变 （气气膜膜控控制制） ，故故aKx1变变大大或或不不变变， mxOLLaKLH 第34页/共45页操作型举例解法三：吸收因数法(2)当吸收剂用量变小时由题意可知：变大变大LmGS 变大或不变变大或不变aKGHyOG NOGH/HOG变小或不变变小2221mxymxy由右图可知，故y2变大 NOG与（yb-mxa）/（ya-mxa）关系曲线 NOG（y1-mx2）/（y2-mx2） S增大 y2? L x2 G y1 L x1? 第35页/共45页至于x1： 仍需用排除法判定，下略。第36页/共45页 Y y1 B 原原 E y2 A O x 练习 在逆流操作的填料吸

17、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？第37页/共45页L/G 不不变变 Y y1 B 原原 E y2 A O x Kya 不不变变，aKGHyOG 不不变变。作作图图知知，NOG H 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，故假设不成立第38页/共45页 Y y1 B 原原 E y2 A O x 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

18、不变不变SL/G 不不变变不不变变mKya 不不变变，aKGHyOG 不不变变。不不变变OGOGHHN 查图可知：不变2221mxymxy2y至于x1 的变化仍需用作图与排除法第39页/共45页12xy， (2)G变小时第40页/共45页思考： 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？第41页/共45页操作型举例例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Kya G0.8。今气体流量增加20%，而液量及气液进口浓度不变，试求：(1)回收率变为多少？(2)单位时间内被吸收的丙酮量增加多少？ y2 x2=0 =95% ? D=1.1m G L y1 x1 1 . 2 GLy=1.18xKya G0.8气体流量增加20%第42页/共45页56. 01 . 218. 1 GLmS SSSNOG 111ln11 1 . 556. 095. 01156. 01ln56. 011 04. 12 . 12 . 0 96. 004. 11 操作