化工原理下册 吸收 课堂笔记

化工原理第八章汲取

8.1概述

一、汲取的目的和依据

目的：

（1）回收有用物质；

（2）脱除有害物质组分；

（3）制备溶液。

依据：混合气体中各组分在溶剂中溶解度的差异。

二、汲取的流程

溶质一一A；惰性组分一一B：溶剂一一So

汲取过程的主要能耗在解吸上。

三、溶剂的选择：

技术方面：溶解度要高，选择性要强，对温度要敏感，简单解吸。

经济及平安方面：不易挥发，较好的化学稳定性；价廉、易得；无毒、不易爆易燃。

四、汲取的分类：

物理汲取与化学汲取

等温汲取与非等温汲取

单组份汲取与多组分汲取

低浓度汲取（直线）与高浓度汲取（曲线）

8.2相际传质过程

8.2.1单相传质速率方程

气相主体一界面：

^A=Kr,(PA-PAi)=KcP(y-yi)

3=(，()，-)：.)

Ky=PKG,KG---气相传质分系数，P---总压。

界面->液相主体：

必=幻(CLC)=总(须一X)

NA="X,T)

k、=CM，kL一一液相传质分系数，。总一一总浓度。

8.2,2界面浓度

亨利定律适用时，有解析法：

Ni()f)=W号联立求解得…

)，,♦二〃%

图解法：

画图

8.2.3相际传质速率方程

假设亨利定律适用，

1、以气相分压化-5*)表示总推动力

NA=KG（PH­）

--=--+----

KG叫

*=凡(乙-4*)，仆---气相总传质系数kmolI{m1$Pa)

2、以液相浓度(g"G)表示总推动力

g)

1一1-H-

KL与分

KL---液相总传质系数mls

比较之，有KG=，K/

3、以气相摩尔分率(广)，*)表示总推动力

&=&,()，-)*)

Ky---气相总传质系数，kmol/(nr's')

KM

4、以液相摩尔分率(x*T)表示总推动力

必=K<4*-X)

2

Kx---液相总传质系数，kmol/(m-s)

LL-L

(k、mky

K=mKy,K=CMKL

8.2.4传质阻力分析

1、传质阻力

111\\H\\m111

111

RTR丽’石一工需'k[k['K"记

相际传质总阻力=气相（膜）阻力+液相（膜）阻力

（界面处无阻力）

2、气相阻力限制（气膜限制：总阻力=气相阻力）

I1Iin

条件:or—»一

（易溶气体的H很大、m很小）

K、尸kK.xk

结论：V・v'(°r°

X产xCAi«CA

强化方法：增加气相的湍动程度

3、液相阻力限制（液膜限制：总阻力二液相阻力）

1/711

条件:一，—，or—•—

mky

（溶气体的H很小、m很大）

结论：K小&K-

yxxPM工PA

强化方法：增加液相的湍动程度

8.3低浓度气体汲取的计算

8.3.1特点

低浓度：y不大于10%

1、G、L（加以//s）为常量（传递忽视不“）

2、等温汲取

3、k,、号为常数，“和《均是物性和流量的函数

8.3.2物料衡算

Gyi+LX2=Gy?+Lx、

G(yi-y2)=Ux]-x2)

吸收率：7=G(-V|-y2)X100%=X100%

GyX

出口组成：y2=(I-//)y\

8.3.3操作线和推动力

1、逆流操作：

Gy+LX2=Gy2+Lx

操作线方程：＞=4工+（.丫2-4毛）或）'=41+（,一4%）。其中，、为液气比。

GGGGG

操作线上任一点描述了汲取塔内对应截面的组成

操作线在平衡线之上一一汲取操作

操作线在平衡线之下一一解吸操作

操作线与平衡线之间的距离反应了推动力的大小：

垂直距离一一气相推动力▲），=），-），*

水平距离一一液相推动力=

变更操作线与平衡线的方法：

①增大《，使操作线上移；

G

②增大体系的P和降低体系的T,使〃74，平衡线下移。

2、并流操作

Gy2+Lx1=Gy+Lx

操作线方程：y=~—x+（y+—y+—x）

G2GGG｝

逆流时：推动力沿塔分布匀称；在两相进出口组成相同的状况下，逆流时的平均推动力大于

并流。

故，传质中：逆流优于并流。

8.3.4汲取剂用量的确定

G（-必）=心（%-X2），气相所失二液相所得

在汲取条件中：

2----JL

G、）卜_丫由生产任务确定；x2---由艺条件确定；L>xx----经选择确定

最小液气比：（！Mn。定义：针对肯定的分别任务，塔内某截面处汲取推动为0,达到分别

最小液气比：*泉=书二江

GX]~X2

亨利定律适用时，丁=上，即有：（,而…上比

mGnuny,

-----Xy

m

当天二。时，（《）min=弋?&=〃"7

。A

tn

对于平衡曲线为特别形态时，如图所示，以切点计算最小液气比。

操作液气比:也）Tn.‘推动力T-＞完成一定的任务的"J-＞设备费J

G解吸回收困难、操作费T

故，需均衡考虑设备费与操作费。

一般状况下：-=(1.12)(-)

GGmin

8.3.5填料层高度的计算

一、基本计算式:

此=&（），-），*）气液两相传质

设C——塔截面积，m?

a----有效比表面积，m2/m3

==（传递量）

dG=N,0A=N/dV=N@H

Gdy=N《iddh=Ldx

..勺aC(y-y*)dh=Gdyor(大中—x)dh=Leix

..Gdy..Ldx

dh=------------:——,dh=

kxaQ.y-y*kpQx*-x

最终积分式:

Grxidy....

Hri=-----------:—=H

k、^2y-y*

Lfv<心_NJ

H=久4』工-一u°L@

习惯上，将右、人和。结合起来

l加勺单位史到一一气相体积总传质系数

ms

人4的单位体积总造质系数

二、传质单元数和传质单元高度

1、传质单元数NTU

Mx；一吗一气相总传质单元数

J''y一）’*

Nol=「上——液相总传质单元数

心=『上一一气相传质单元数

Ny-y,

Nol=「上一一一液相传质单元数

Jx

2x1-x

意义：以N改为例：

N_f''dy_y-y,_组成变化

°°二」，=―朗=平均推动力

"反映了吸收分离过程的难易程度

乂但越大，吸收越难进行，反之亦然

影响Ng.的因素：物系的相平衡关系，及进、出口组成

一个传质单元（N0G=1）的意义：

•.•"一"="一/%

假如气体流经一段填料层，其溶质组成变更（）％-”），恰好等于该段填料层内平均推动力

时，则该段填料层为一个传质单元。

2、传质单元高度HTU

H———气相总传质单元高度，m

0GK、aQ

"以——液相总传质单元高度，m

Kad.

——气相传质单元高度，m

kg

H,=-^~——液相传质单元高度，m

kg

———传质的阻力

a——传质面积

意义："3、”0为完成一个传质单元所需的填料层高度，反应了设备效能的凹凸,

%、设备效能T

影响因素：填料特性、流体物料、操作条件

其他：变更范围小，0.151.5m

H0G、"〃随G、L的变更影响较小

0302

kyaxG°i*气膜控制：%=xG

kxaoc乃”液膜控制：//Oi=—OC产。2

kg

三、传质单元数的计算

1、平衡线为直线

(1)对数平均推动力法

y-)’2

N0c=

。‘一汽

操作线y-x为直线。假设立衡线y*-x也为直线。

y-y*=Ay

=「L力.

N“J*y~y*

，Ay=(y-y*)x(y)为直线

令y=kby+b

则dy=AzZ(Ay)

△)，「△出

-一必

.A/二f”办二产”（△），）=9一1]n二3一△为

0G

J>2y~y*J5AyAy-Ay,Ay2.AK

令Ay=33

.Ay,

斗

Ac,

留意：对数平均推动力法适用于平衡线与操作线均为直线的状况，平衡线可不过原点。逆流、

并流操作皆可。

(2)汲取因数法

)曲=#(%)=*=/(>)

假设平衡线：,y*=〃tr

逆流操作线：y=—x+(y2~—x2)

GG

G/、

..x=-(y-y2)+nix2

人人LL/G操作线的斜率„ImG

mGm平衡线的斜率’AL

A——吸收因数(对比：塔截面因数Q)

S——解吸因数

积分得：%Jn[(l_s))L/+q

Sy2-mx2

探讨：

(1)s=L='C反应了汲取推动力的大小:

AL

S个-推动力JrN.T(解吸因数)

ATn^Tn推动力TnN%.J(吸收因数)

G

为增大汲取推动力，应使，>〃?，即S<1.

G

实际操作时，®5=0.7().8

S=1时，平衡线||操作线，推动力到处相等

y-必二)「乃

inx凶一〃叫

y2-2

（2）y一"%反映了溶质汲取率的凹凸,其越大，心丁

（3）汲取因数法适用于平衡线过原点，且逆流操作的状况.

（4）液相总传质单元数：

V|Z/IV2

N.=SN0G=—ln[(l-S)"+.s]