7.1第七章吸收与蒸馏.ppt

1、第七章 吸收与蒸馏,第一部分 传质原理与气体吸收,第一节 物质传递原理,第一节 物质传递原理,第一节 物质传递原理,第一节 物质传递原理,第一节 物质传递原理,第一节 物质传递原理,第一节 物质传递原理,第一节 物质传递原理,第一节 物质传递原理,将上式分离变量并积分,第一节 物质传递原理,对公式进行变换,令,pA1-pA2=pB2-pB1,P=pA1+pB1=pA2+pB2,第一节 物质传递原理,第一节 物质传递原理,第一节 物质传递原理,第一节 物质传递原理,第一节 物质传递原理,第一节 物质传递原理,第一节 物质传递原理,第一节 物质传递原理,第一节 物质传递原理,流体主体与相界面之间存

2、在三个流动区域，即滞流层、过度层和湍流主体。,过渡层 同时存在分子扩散和涡流扩散，分压梯度逐渐变小，曲线逐渐平缓。,滞流层 溶质的传递主要依靠分子扩散作用，由于D值较小，在该区域内分压梯度较大，曲线陡峭。,湍流主体 主要依靠涡流扩散，大量旋涡引起的混合作用使得气相主体内溶质的分压趋于一致，分压线为直线。,第一节 物质传递原理,延长滞流内层的分压线和气相主体的分压线交于H点，此点与相界面的距离为zG，在zG以内的流动为滞流，其物质传递纯属分子扩散，此虚拟的膜层称为有效滞流膜。,整个有效滞流层的传质推动力为气相主体与相界面处的分压之差，即全部传质阻力都包含在有效滞流膜层内。,第一节 物质传递原理,

3、由气相主体至相界面的对流传质速率为（按有效滞流膜层内的分子扩散速率计算）,第一节 物质传递原理,在液相中的传质速率为,式中 zL液相有效滞流膜层厚度，m； C液相主体中的溶质A浓度，kmol/m3； ci相界面处的溶质A浓度， kmol/m3； cSm溶剂S在液相主题与相界面处的浓度的对数均 值， kmol/m3； kL液膜吸收系数或液膜传质系数,第一节 物质传递原理,第一节 物质传递原理,第二节 气体吸收,吸收操作流程,第二节 气体吸收,气液相平衡关系,一、气体在液体中的溶解度,(1) 在一定温度下，气体组分的溶解度随该组分在气相中的平衡分压的增大而增大；而在相同平衡分压条件下，气体组分的溶

4、解度则随温度的升高而减小。,(2) 在同一温度下，对于不同种类的气体组分，欲得到相同浓度的溶液，易溶气体仅需控制较低的分压，而难溶气体则需较高分压。,(3) 加压和降温对吸收操作有利；反之，升温和减压有利于解吸。,第二节 气体吸收,当总压不高（5105Pa）时，在一定温度下，稀溶液上方溶质的平衡分压与其在液相中的浓度之间存在着如下的关系：,上式表示溶液的浓度低于一定数值时溶质的平衡分压与它在溶液中的摩尔分率成正比。亨利系数E值较大表示溶解度较小。一般E值随温度的升高而增大。,二、亨利定律,第二节 气体吸收,溶液的密度, kg/m3 ； M溶液的平均分子量, kg/kmol,在亨利定律适用的范围

5、内,H是温度的函数,而与Pe或C无关。对于一定的溶质和溶剂，H值一般随温度升高减小。易溶气体H值较大，难溶气体H值较小。,亨利定律的其它形式(1) 气相用平衡分压，液相用物质的量浓度表示,第二节 气体吸收,m=E/P 上式中P为系统总压，值越大，表示溶解度越小。,(2) 溶质在液相和气相中的浓度分别用摩尔分率x,y表示,第二节 气体吸收,当溶液浓度很低时,上式右端分母约等于1,于是上式可简化为:,Ye=mX,(3) 对于低浓度气体吸收，两相的组成通常用物质的量比来表示,第二节 气体吸收,三、吸收速率方程 吸收过程中的吸收速率是指单位时间内，在单位面积上被吸收的溶质量。表明吸收速率与吸收推动力之

6、间关系的数学式称为吸收速率方程。 1 气膜 吸收速率方程式 2 液膜吸收速率方程式,第二节 气体吸收,上式表明，在分压浓度图上，pi-ci关系为过定点D（c，p），斜率为-kL/kG的直线。根据双膜理论，界面处的气液浓度符合平衡关系，所以该直线与气液平衡线的交点即为点（ ci，pi ）,对于定态传质，气液两膜中的传质速率应当相等，即,3 界面浓度,第二节 气体吸收,吸收过程的总推动力可采用任何一相的主体浓度与其平衡浓度的差值来表示。,(1) 以（p-pe）表示总推动力,液相吸收速率方程,NA=kL(ci-c),NA=kLH(pi-pe),气相吸收速率方程,NA=kG(p-pi),代入,4 总吸

7、收速率方程,第二节 气体吸收,令,式中 KG气相总吸收系数，kmol/(m2skPa),对于易溶气体，H值很大，则有：1/HkL1/kG ，此时传质阻力的绝大部分存在于气膜之中，液膜阻力可以忽略。,NA=KG(p-pe),1/KG 1/kG 或 KG kG,对于气膜控制的吸收，要提高总吸收系数，应该加大气相湍动程度。,即气膜阻力控制着整个吸收过程的速率，吸收总推动力的绝大部分用于克服气膜阻力，此种情况称为 “气膜控制”（gas-film control）。如：水吸收氨，浓硫酸吸收水蒸气等过程。,第二节 气体吸收,(2)以（Ce-C）表示总推动力,令,代入,NA=KL(ce-c),KL液相总吸收

8、系数，m/s,第二节 气体吸收,对于难溶气体，H值很小，则有：H/kG1/kL ，此时传质阻力的绝大部分存在于液膜之中，气膜阻力可以忽略。,1/KL 1/kL 或 KL kL,即液膜阻力控制着整个吸收过程的速率，吸收总推动力的绝大部分用于克服液膜阻力，此种情况称为 “液膜控制”（ liquid-film control ）。如：水吸收氧或氢。,对于中等溶解度的气体，气膜阻力和液膜阻力都不可忽略，要提高总吸收系数，必须同时增大气相和液相的湍动程度。,第二节 气体吸收,(3) 以（Y-Ye）表示总推动力,分压定律：p=Py,Y=y/（1-y）,y=Y/（1+Y）,NA=KG(p-pe),当吸收质在

9、气相中的浓度很小时，Y和Ye都很小，则有,KY KGP,第二节 气体吸收,(4) 以（Xe-X）表示传质总推动力,液相浓度以X表示，与气相浓度成平衡的液相浓度以Xe表示。,当吸收质浓度在液相中很小时，Xe和X都很小，则有,KX KLC,第二节 气体吸收,传质速率方程式的各种形式,假设：,吸收塔计算的内容主要是通过物料衡算及操作线方程，确定吸收剂的用量和塔设备的主要尺寸（塔径和塔高）。,吸收操作多采用逆流； 低浓度气体吸收； 吸收是在等温下进行； 传质分系数kG、kL在全塔为常数； 传质总系数KG或KL也可认为是常数。,四、吸收塔的计算,第二节 气体吸收,1 吸收塔的物料衡算,第二节 气体吸收,对全塔来说，气体混合物经过吸收塔后，吸收质的减少量等于液相中吸收质的增加量，即：,第二节