化学工程基础第5章-吸收2

1、1,第五章 吸收,主 要 内 容,吸收操作的概述； 气液相平衡及吸收推动力； 吸收速率方程； 低浓度气体吸收过程的计算； 其他类型吸收过程简介。,1,2,1 概述,什么是吸收？,吸收是工业生产中用来 分离混合气体的一种重要单元操作。,原理：吸收是利用混合 气中各组分在溶剂中的溶 解度的差异分离气体混合物。,2,3,1、制取液体产品（制备某种气体的溶液）。 例如用水吸收二氧化氮以制取硝酸等。 2、除去有害成分以净化气体。 例如用水或碱液脱除合成氨原料气中的二氧化碳；除去尾气中的H2S、SO2等。 3、吸收气体混合物一个或几个组分，以分离气体混合物。 例如合成橡胶工业以酒精吸收反应气，分离丁二烯及

2、烃类气体。 4、回收混合气体中的有用物质。 例如用液态烃吸收石油裂解气中的乙烯和丙烯等。,3,4,实例：,煤气生产中的苯回收流程,在炼焦和制取城市煤气生产中，焦炉煤气内含有少量的苯 、甲苯类低碳氢化合物的蒸汽（约35g/m3），应予以分离。,吸收,解吸,流程见例图,1-1 吸收操作流程,由流程可知三点,4,5,吸收操作中所用的溶剂称为吸收剂（或溶剂），用S表示；能溶解的组分称为溶质或吸收质，以A表示，不被吸收的组分称为惰性气，以B表示。 吸收操作所得到的溶液称为吸收液（成分为S和溶质A），排出的气体称为吸收尾气(主要成分为惰性气体B，还含有残余的溶质A)。, 吸收操作的逆过程（即含溶质气体的液

3、体，受到另一气相的作用使溶质与溶剂分离的过程）称为解吸。吸收和解吸常是一对相伴的操作，吸收用以提取所需的物质，而解吸用以分离所需的物质与吸收剂，并使吸收剂再生而循环使用。,5,6,解吸：,解吸是使溶质从溶液中脱除的过程。是吸收的逆过程。其目的为： （1）溶剂再生； （2）得到溶质。 吸收和解吸构成了一个完整的流程。,常用的解吸方法：,升温 减压 吹气,最为常见,6,7,吸收设备有多种形式，以塔式设备最为常用。 吸收塔设备可分为板式塔与填料塔两大类。,7,8,一、 填料塔的结构及填料特性,（一）、填料塔结构及作用,1、填料层 提供气液接触的场所。,2、液体分布器 均匀分布液体，避免发生沟流现象。

4、 3、液体再分布器 避免壁流现象发生。 4、支撑板 支撑填料层，使气体均匀分布。 5、除沫器 防止塔顶气体出口处夹带液体。,8,9,（二）常用填料,材料：陶瓷、金属、塑料 堆放：整砌、乱堆,环形 （拉西环、鲍尔环、阶梯环） 鞍形 （矩鞍形、弧鞍形） 波纹形（板波纹、网状波纹）,9,10,拉西环,鲍尔环,阶梯环,环,10,11,板波纹,丝网波纹,鞍形环,槽式液体分布器,11,12,三、 板式塔与填料塔比较,吸收塔,填料塔 板式塔,级式接触,微分接触,12,13,（一）板式塔 1、适用于塔径较大； 2、所需传质单元数或理论板数较多； 3、热量需从塔内移除； 4、适于较小液量； 5、适于处理有悬浮物

5、的液体； 6、板式塔便于侧线采出。,（二）填料塔 1、适用于处理有腐蚀性的物料； 2、填料塔压力降较小，适用于真空蒸馏； 3、适用于间歇蒸馏或热敏性物料的蒸馏； 4、适用于处理易发泡的液体。,13,14,板式吸收塔：气体与液体逐级逆流接触,填料吸收塔：湿壁塔、降膜塔，液体呈膜状流下，通常在塔内充填有瓷环之类的填料。,在此类设备中，气体或液体中可溶组分的浓度随塔板高度的变化而呈阶梯式的变化。,在此类设备中，气体或液体中可溶组分的浓度随设备高度的变化而呈连续式变化。,这两种设备由于吸收过程浓度变化方式不同，采用的是完全不同的计算方法，需要注意加以区分。,14,15,1-3、其他吸收流程,多塔串联操

6、作，适用于满足吸收要求需要 的吸收塔太高时。,1-4、吸收过程的分类,1、物理吸收、化学吸收 在吸收过程中，如果溶质与溶剂之间不发生显著的化学反应，则称为物理吸收。如用水吸收CO2、用洗油吸收芳烃等都属于物理吸收。 如果溶质与溶剂发生显著的化学反应，则称为化学吸收。如用硫酸吸收氨；用碱液吸收CO2等都属化学吸收。,15,16,2、单组分吸收、多组分吸收 若混合气体中只有一个组分进入液相，则称为单组分吸收。 如果混合气体中有两个或更多组分进入液相，则称为多组分吸收。,主要讨论单组份、低浓度、等温、连续的物理吸收过程。,3、等温吸收、非等温吸收 气体溶解于液体中，在有些情况下会放出相当大的溶解热和

7、反应热，吸收过程进行中温度会升高，这样的吸收过程称为非等温吸收。 若溶质在混合气中的浓度相当低，溶剂的用量较大时，吸收过程进行中温度变化不大，这样的吸收过程称为等温吸收。,16,17,2 吸收过程气液相平衡,在恒定温度和压力下，气液两相接触时将发生气体溶质向液相转移，使其在液相中的浓度增加，当长期充分接触之后，液相中溶质浓度不再增加达到饱和，这种状态称为相际动态平衡，简称相平衡或平衡。,吸收过程与传热过程比较类似但又有所区别，吸收过程是气液相间的物质传递，传递的推动力来源于不是两相的浓度差而是气液相之间的相平衡关系差异。因此我们必须研究气液两相之间的相平衡。,17,18,2、摩尔分数 xA=n

8、A/nxB=nB/nxA+ xB=1,由质量分数求摩尔分数,一、相组成表示法（A+B混合物）,两者的关系,由摩尔分数求质量分数,1、质量分数 wA=mA/mwB=mB/mwA+wB=1,18,19,气体混合物的相组成,（2）气相：,3、摩尔比: 用X或Y表示 （1）液相：,将x改为y,19,20,二、什么是气液相平衡？,吸收过程进行时，必定存在一定的推动力，这一推动力与体系的平衡关系有关。混合气体和溶剂在一定温度和压力下，经长期充分接触后，达到一种动态平衡，即：吸收速率=解吸速率。这种状态被称为气液相平衡。,当吸收速率=解吸速率mol / ( m2 s )，气液两相达到相平衡，此时，溶质在溶液

9、中的浓度用溶解度或平衡浓度x*、c*来表示；溶质在气相中的浓度用平衡分压P*来表示。,T溶解度 P 溶解度,低温高压有利于吸收，高温低压有利于解吸。,20,21,图53 氨气在水中的平衡溶解度,2-1 溶解度曲线,从图中可看出，一般情况下气体的溶解度随温度升高，气体的溶解度降低。 例如，气相中氨的分压为60kPa，在100C时，溶解度约为510g / 1000g H2O，在400C时，溶解度约为220 g / 1000g H2O。,21,22,图54 101.3kPa下SO2在水中的溶解度,22,23,由上两图可知，同一种物质，在相同的温度下，气体的溶解度随着该组分在气相中的分压增大而增大；在

10、相同的平衡分压下，气体的溶解度随着温度的升高而减小。 加压和降温可以提高气体的溶解度，故加压和降温有利于吸收操作。反之，升温和减压则有利于解吸过程 不同气体在同一溶剂中的溶解度有很大差异。 欲得到一定浓度的溶液，易溶气体所需的分压较低，而难溶气体所需的分压则很高。,23,24,2-2 亨利定律：,1、亨利定律：,溶质分子,体系：一定温度；混合气体总压不高（P5atm，气相可视作理想气体 ）；,稀溶液（可视作理想溶液 ）。,惰性气体分子,24,25,25,26,组成的表述有多种方法 气相中: 分压pA, 摩尔分数yA，摩尔比Y 液相中: 摩尔浓度cA(kmol/m3), 摩尔分数xA，摩尔比X

11、质量分率w, 质量比(例如100gNH3/100g水),对于一定的气体和一定的溶剂，亨利系数随温度而变化。一般说来，温度上升则E值增大，体现了气体溶解度随温度升高而减少的变化趋势。在同一溶剂中，难溶气体的E值很大，而易溶气体的E值则很小。 亨利系数的数值越小，表明可溶组分的溶解度越大，或者说溶剂的溶解能力越大。,26,27,若将亨利定律表示成溶质在液相中的体积摩尔浓度c与其在气相中的平衡分压p*之间的关系，则可写成如下形式，即： p*= c / H （42） 或 c* = pH 式中 c单位体积溶液中溶质的摩尔数，kmol / m3； H溶解度系数， kmol / mkN。 p*气相中溶质的平

12、衡分压，kPa。 在一定温度下，易溶气体的溶解度系数H值很大，难溶气体的溶解度系数H值很小；且H值一般随温度升高而减小。,27,28,若溶质在液相和气相中的浓度分别用摩尔分率x及y表示，亨利定律可写成如下形式，即： y* = m x 或 x* = y / m 式中 y* 平衡时可吸收组分在气相中的 摩尔分率； x 液相中溶质的摩尔分率； m相平衡常数，无因次。 以上三式中，比例系数E、H、m为以不同单位表示的亨利常数。,28,29,2、亨利定律各系数间的关系：,三个系数E、H、m之间的换算关系为： m = E / P （4-4） H = / EMs （4-5） 式中 P混合气的总压，kPa ；

13、 Ms溶剂的分子量； 溶剂的密度，kg / m3。 E亨利系数，式（45）中单位为Pa；式（44）中单位与总压P相同。,结论：吸收宜采用溶解能力强、选择性好的溶剂。提高操作压力，降低操作温度，对吸收有利；升温和减压则有利于解吸操作。,29,30,如果溶液的组成用摩尔比分率X表示，气相组成也用摩尔比分率Y表示，则可以通过摩尔比的定义： 由上两式推导可知： 代入式： y* = m x 而得到： Y* /（1Y*）= mX /（1X）,30,31,整理后得到亨利定律的又一种表达式： 上式是由亨利定律导出的，此式在YX直角坐标系中的图形总是曲线；但是，当溶液浓度很低时，即稀溶液时（X很小），上式可以近

14、似地表示为： Y* = m X 或 X* = Y/ m 式中 Y*平衡时可吸收组分在气相中的摩 尔比分率，kmol组分/ kmol载体； X溶液中可吸收组分的摩尔比分率， kmol组分/ kmol溶剂。,31,32,1atm下，浓度为0.02（摩尔分数）的稀氨水在20时氨的平衡分压为1.666kPa，其相平衡关系服从亨利定律，氨水密度可近似取1000kg/m3。 求：E、 m 、 H 。,例：,解：,32,33,2-3 相平衡与吸收过程的关系：,1、过程方向的判定：,当pP* = E x ( or x xe )时，过程为吸收过程。,当p xe )时，过程为解吸过程。,33,34,2、过程的推动

15、力浓度差的计算：,以气相分压差表示的吸收过程的推动力：,p = p - P*,以液相浓度差表示的吸收过程的推动力：,x = x* - x,( y = y y* ),( c = c* c ),实质上，吸收还是解吸主要取决于溶质在气相中的分压与其液相的平衡分压间的关系而定。,平衡是过程的极限，只有不平衡的两相互相接触才会发生气体的吸收或解吸。因此，实际浓度偏离平衡浓度越远，过程推动力越大，过程的速率也越快。在吸收的过程中我们经常：,34,35,3、确定过程的极限：,吸收塔,混合气体, p1,气, p2,min,液, x2,出塔气体浓度最低值：p2,min,离塔液体浓度最高值：x1,max,P2,m

16、in =E x2,液, x1,max,实际生产中：,p2 p2,min x1 x2,max,受相平衡关系的限制,35,36,用煤油从苯空气混合气体中吸收苯，入塔气体中含苯2%（体积），吸收后浓度降为0.01%（体积），入塔煤油中含苯0.02%（摩尔分数）。操作温度为50，压力为200 kN/m2，操作条件下相平衡关系为 P* = 80 x kN/m2。 求 ：（1）塔顶处气相推动力；（2）若改善操作条件，提高吸收率，则出口液体浓度极限是多少？,例：,吸收塔,混合气体, p1,气, p2,液, x2,液, x1,36,37,37,38,吸收传质机理,过程的方向、极限 相平衡,过程的速率 ？,溶质

17、分子运动过程,气相主体 界面 （扩散）,界面上溶解 （溶解）,界面 液相主体 （扩散）,吸收包括三个步骤,38,39,合理简化：,上述过程中，第二步即界面上发生的溶解过程很容易进行，其阻力极小。因此，通常认为截面上气、液两相的溶质浓度满足平衡关系，即我们可以认为在气、液两相截面上总保持两相的平衡。,总过程速率将由两个单相即气相与液相内的传质速率所决定。,39,40,一、质量传递机理：,根据物质在单相中的传递机理分：,分子扩散（靠分子运动）：静止、层流,对流扩散：湍流,对流传质的速率 分子扩散的速率,流体内部存在某一组分的浓度差，分子的微观运动使组分由浓度高处传递至浓度较低处。,物质通过湍流流体

18、的转移，扩散物质不仅靠分子本身的扩散作用，并且借助于湍流流体的携带作用而转移，而且后一种作用是主要的。,40,41,二、对流传质理论,流动流体与相界面之间的物质传递称为对流传质。,有效膜理论：,zc,41,42,双膜理论论点： 气液两相接触时，两相间有一稳定相界面，两侧分别存在着呈层流的稳定膜层气膜和液膜，溶质必须以分子扩散的方式连续通过这两个膜层。（膜层厚度随流速而定） 相界面上气液两相互为平衡。 膜层以外的主体内，由于湍流而使溶质浓度均匀，浓度梯度全部集中在两个膜层内。,42,43,43,44,通过上述三个假定，吸收过程简化成为经过气液两膜的分子扩散过程，吸收过程的主要阻力集中于这两层膜中

19、，膜层之外的阻力忽略不计，吸收过程的推动力主要来源于气相的分压差和液相的浓度差。 双膜理论对于那些具有固定传质界面的吸收设备而言，具有重要的指导意义，为我们的设计计算提供了重要的依据。,44,45,3 吸收速率方程,根据双膜理论传质机理，气体吸收属于相际传质，其吸收速率方程有分速率方程和总速率方程表示。,吸收速率是指在单位时间内、在单位相际传质面积上被吸收的溶质量。,46,以气膜传质分系数表示的吸收速率方程,气相对流传质速率方程,以分压差表示推动力的气膜传质分系数， mol/（m2skPa）。,=传质系数吸收的推动力,3-1 分吸收速率方程,47,以气相摩尔分数差表示推动力的气相传质分系数，m

20、ol/（m2s）；,气相混合物组成可用摩尔分数和摩尔比表示,其相应的推动力为（yA-yA,i）和（YA-YA,i），因此速率方程还可如下表示:,以气相物质的量比差表示推动力的气膜传质分系数，mol/（m2s）；,以气膜传质分系数表示的吸收速率方程,48,各气相传质分系数之间的关系：,同理可导出：,49,液相传质速率方程有以下几种形式：,以液膜传质分系数表示的吸收速率方程,液膜吸收速率方程,50,kX以液相组成物质的量比差表示推动力的液相传质分系数,以液相组成摩尔分数差表示推动力的液相传质分系数；,各液相传质分系数之间的关系：,51,界面浓度,定常态传质,、cAi,1一般情况,2平衡关系满足亨利

21、定律,、cA,i,52,3图解,I（pA，i，cA，i）,实际上两相界面的浓度是难以测定的,通常只能测得两相流体的主体浓度PA 与cA, 所以用总吸收速率方程来表示更为方便。,53,以气相传质系数表示的总吸收速率方程,对于稀溶液，气液相平衡关系服从亨利定律,3-2 总吸收速率方程,54,KG 以气相分压差表示总推动力的气相传质系数， mol/m2sPa；,1/KG 传质过程的总阻力。,55,当吸收质在气相中的浓度用摩尔分数yA或摩尔比YA表示时，吸收速率方程为：,Ky 以气相摩尔分数差表示总推动力的气相传质系数， mol/m2s；,KY 以气相物质的量比差表示总推动力的气相传质系数， mol/

22、m2s；,56,57,以液相传质系数表示的总吸收速率方程,将（1）式中的气相分压通过亨利定律换算成液相浓度，即：,58,KL 以液相浓度差表示总推动力的液相传质系数，m/s；,1/KL 传质过程的总阻力。,59,1传质阻力,相间传质总阻力 = 液膜阻力 +气膜阻力,注意:传质系数、传质阻力 与推动力一一对应。,传质阻力与传质速率的控制,此阻力所对应的推动力为气相主体浓度PA与 液相主体浓度所对应的平衡分压之差,此阻力所对应的推动力为气相主体浓度PA所 对应的平衡液相浓度与液相主体浓度之差,60,2传质速率的控制步骤,（1）气膜控制,气膜控制：传质阻力主要集中在气相，此吸收过程 为气相阻力控制（

23、气膜控制）。,H 较大易溶气体,气膜控制的特点：,提高传质速率的措施：提高气体流速；加强气相湍流程度。,61,（2）液膜控制,液膜控制：传质阻力主要集中在液相，此吸收过程为液相阻力控制（液膜控制）,液膜控制的特点：,H较小难溶气体,提高传质速率的措施：提高液体流速； 加强液相湍流程度。,62,含氨极少的空气于101.33kPa，20被水吸收。已知气膜传质系数kG=3.1510-6kmol/（m2skPa），液膜传质系数kL=1.8110-4m/s，溶解度系数H= 1.5 kmol/m3kPa。气液平衡关系服从亨利定律。求：气相总传质系数KG、KY；液相总传质系数KL、KX。,【例5.3】,解：

24、因为物系的气液平衡关系服从亨利定律，故下式求KG,KG=3.08910-6kmol/（m2skPa） 由计算结果可见 KGkG,63,此物系中氨极易溶于水，溶解度大，属“气膜控制”系统，吸收总阻力几乎全部集中于气膜，所以吸收总系数与气膜吸收分系数极为接近。,依题意此系统为低浓度气体的吸收，KY可按下式来计算。,根据下式求KL,64,同理，对于低浓度气体的吸收，可用下式求KX KX=KLCM,KX=KLCM=2.0810-655.6=1.1610-4kmol/（m2s）,由于溶液浓度极稀，CM可按纯溶剂水来计算。,65,操作型：核算； 操作条件与吸收结果的关系,计算依据：物料恒算 相平衡 吸收速

25、率方程,吸收塔的计算内容：,设计型：流向、流程、吸收剂用量、 吸收剂浓度、塔高、塔径,4 吸收塔的计算,66,问题引入,混合气体 NH3(A)+Air(B)，其中qn,B,YA,1YA,2，,过程分析：吸收，吸收剂(C)， qn,C，XA,2XA,1,吸收目的：回收有用组分，提纯气相产物,吸收原理：气相组分溶解度不同（相平衡关系）。,吸收速率：dqn,A=NAdA 其中：NA=KY（YAYA*）=KX（XA*XA）,吸收设备：填料塔、板式塔 工艺尺寸的确定（塔径，塔高） 操作参数的确定（温度、压力、流量及过程的气液相流量。,67,(1) 全塔物料衡算,定态，假设S不挥发，B不溶于S,全塔范围内

26、，对A作物料衡算 ：,qn,BYA,1+qn,cXA,2=qn,BYA,2+qn,CXA,1,单位时间被溶剂吸收的溶质量：,4-1 全塔物料衡算和操作线方程,逆流吸收塔的物料衡算,68,通常已知qn,B,YA,1,YA,2，若确定qn,C,则：,69,操作线方程式及操作线,取塔内作任一截面M-N至塔 顶范围作物料衡算:,qn,B，YA,2,qn,B，YA,1,qn,C，XA,2,qn,C，XA,1,逆流吸收塔的物料衡算,得：,以逆流操作的吸收塔为例,70,操作线方程说明，A与A成直线关系。,得：, 操作性方程,直线过定点（XA,1,YA,1），（XA,YA,）,取塔内作任一截面M-N至塔底范围

27、作物料衡算:,其斜率qn,C/qn,B 称为液气比，表明单位惰性气体处 理量所用吸收剂的量。,71,对操作线方程的几点说明：,1）两个端点：操作线通过塔顶（稀端） A 及塔底（浓端） B,2）M：操作点,3）平衡线与操作线共同决定吸收推动力。操作线离平衡线愈远吸收的推动力愈大。,气相/液相推动力的表示,4）与操作参数之关系,5）操作线位置,吸收剂性能是吸收操作良好与否的关键，评价吸收剂性能优劣的依据是： (1)对需要吸收的组分要有较大的溶解度。 (2)对所处理的气体要有较好的选择性。即对溶质的溶解度要大，而对惰性气体几乎不溶解。 (3)要有较低的蒸汽压，以减少吸收过程中溶剂的挥发损失。要有较好

28、的化学稳定性，以免使用过程中变质。 (4)吸收后的溶剂应易于再生。操作温度下的粘度要低。 此外，溶剂应有较低的粘度，不易起泡，还应尽可能满足来源丰富、价格低廉、无毒、不易燃烧等经济和安全条件。,吸收剂的选择：,73,4-2 吸收剂用量的确定,qn,C，qn,B 液相、气相流量,斜率qn,C/qn,B 称为液气比,（XA,1,YA,1），（XA,2,YA,2）,根据分离要求，YA,1，XA,2，YA,2为定值,74,XA，,XA，1,A点确定，另一端BYA,1确定，则位置随操作线斜率qn,C/qn,B 而变化，qn,C为吸收剂用量,气体量qn,B一定，吸收用量 qn,C减少，斜率减少，操作线右移

29、， XA,1增大，但推动力Y=YA-YA*减少，当与平衡线相交时Y=0，此时qn,C/qn,B为为最小液气比。,75,1最小液气比,最小液气比定义：针对一定的分离任务，操作条件和吸收物系一定，塔内某截面吸收推动力为零，达到分离程度所需塔高无穷大时的液气比。,76,XA,1*与YA,1相平衡的液相组成。,平衡关系符合亨利定律时：,最小液气比的计算,（1）平衡曲线一般情况,77,2）平衡曲线为凸形曲线情况,78,79,2操作液气比,80,例5.5,在附图所示的填料吸收塔中，用清水吸收混合气体中的组分A，气液平衡关系服从亨利定律。试在YX图上定性绘出平衡线和操作线,并标明各操作线端点坐标。,81,a

30、塔气液逆流，b塔气液并流吸收装置，两塔操作气液比相等， 相平衡线YA*=mXA ，各点坐标分别如下: A：（XA,1,a，YA,1,a） B：（XA,2,a，YA,2,a） D：（XA,2,b= XA,1,a，YA,2,b=YA,2,a） C：（XA,1,b，YA,1,b）,如何确定L？,求出 (L/V)min;, 再取 (L/V) = (1.12.0) (L/V)min。,在 20，1atm下，用清水分离氨-空气的混合气体，混合气体中氨的分压为 1330Pa，经吸收后氨的分压降为 7 Pa，混合气体的处理量为 1020 kg/h，操作条件下平衡关系为 * = 0.755。若适宜的吸收剂用量为

31、最小用量的2倍，求所需吸收剂用量及离塔氨水的浓度。,例：,解：,86,填料塔工艺尺寸的计算,问题的引入,87,波纹填料,鲍尔环填料,6400金属板波纹规整填料,88,几个相关概念,空塔速度：无填料时气体在塔内的流速。,空塔截面积：无填料时塔的截面积,填料的比表面积：每单位体积填料中填料的表面积,填料的有效比表面积：每单位体积填料所提供的有效吸收面积,当操作良好，填料表面完全被润湿，可取填料的比表面积,89,4-3 吸收塔塔径计算,塔径的大小由生产能力与气体的空塔气速决定,90,4-4 吸收塔填料层高度计算,确定填料层高度的基本方程式,在填料塔的填料层内任取一微元高度dH， 并对此微元段内溶质的

32、变化作物料衡算。,在此微元段内，气液两相中溶质的组成变化均很小，吸收速率NA可视为定值，有,91,将式联立得：,将式联立得：,92,填料塔高度计算的基本方程式,93,传质单元高度与传质单元数,可理解为吸收操作条件决定的某种单元高度， 称为“气相传质单元高度”,其值的大小由填料塔内的浓度变化范围和所具有的 推动力大小决定，称为吸收操作条件决定的某种单元高度， 称为“气相传质单元数”,94,传质单元高度与传质单元数的物理意义,传质单元数反映了吸收过程的难易程度。,气体流经一段填料，溶质组成变化dYA等于该段填料平均吸收推动力（YAYA*）时，该段填料为一个传质单元。,95,表示完成一个传质单元的浓

33、度变化所需要的填料层的高度，是吸收设备性能优劣的反映。,1/KY值的大小与填料的性能有关，反映了传质阻力,qn,B/S为单位截面积上惰性气体的流量。,96,1）对数平均推动力法,气液平衡线为直线,操作线也为直线,传质单元数的计算,97,将上式代入,98,2）数学分析法,平衡线为通过原点的直线 ，服从亨利定律,逆流为例：,99,3图解积分法,100,在填料吸收塔中，用清水吸收甲醇 - 空气混合气体中的甲醇蒸汽，在 1 atm，27下进行操作，混合气体流量为1200m3/h，塔底处空塔气速为0.4m/s，混合气体中甲醇的浓度为 100g甲醇/m3空气，甲醇回收率为95%，水的用量为1215kg/h

34、，体积吸收总系数KG = 0.987 kmol /(m3hkPa)，操作条件下气液平衡关系为Y = 1.1X。试计算所需的填料层高度。,例：,解：,101,102,103,其他吸收,一、化学吸收,1、化学吸收的特点,溶质的组成沿扩散途径的变化情况不仅与其自身的扩散速率有关，而且与液相中活泼组分的反相扩散速率、化学反应速率以及反应物的扩散速率有关。,2、化学吸收速率加快的原因,反应消耗了进入液相中的吸收质，使吸收质的有效溶解度显著增加而平衡分压降低，从而增大了吸收过程的推动力。 由于部分溶质在液膜内扩散途中就因化学反应而消耗，使过程阻力减少，吸收系数增大。,二、高组成气体吸收,1、气液两相的摩尔

35、流量沿塔高有较大的变化。 2、吸收过程有显著的热效应。 3、吸收系数不是常数。,三、多组分吸收,1、定义：气体混合物中,若有两个以上的组份被吸收剂吸收,称为多组份吸收。,2、多组份吸收的特点：,组份间相互影响,相平衡关系较为复杂，传递性质复杂；各组份在液相的溶解度关系均符合亨利定律，则 操作线方程数目与气体中的组份数相同， 各组份的操作线方程具有相同的斜率；,吸收操作实例分析,一、逆流与并流操作比较,例：逆流与并流操作的液气比计算,解: 由平衡关系得相平衡常数为,逆流操作时,气体出口与吸收剂入口皆位于塔顶,故操作线 的一端(Y2,，X2）的位置已经确定，当吸收剂的用量为最小时， 操作线将在塔底

36、与平衡线相交，即xe1=y1/m。,在总压为3.039105(绝压），温度为20下用纯水吸收混合气中的SO2， SO2的初始含量为0.05(摩尔分数),要求在处理后的气体中SO2的含量不超过1%(体积分数).已知在常压下20时的平衡关系为y=13.9x,试求逆流与并流时的最小液气比各为多少?,并流操作时,气体与液体入口皆位于塔顶,故操作线的一端 (Y1,，X2）的位置已经确定，当吸收剂的用量为最小时，,L/Vmin=17.57,二、吸收剂用量对吸收过程的影响,吸收剂用量对气体极限残余浓度的影响,例：用纯水逆流吸收混合物中的SO2气体（其余组分可视为惰性成分），混合物中的SO2 的初始含量为5%

37、（体积分数），在操作条件下相平衡关系是y=5.0 x，试分别计算4和6时气体的极限出口含量。,解：当吸收塔为无限高，气体出口含量达到极限值，此时操作线与平衡线相交。对于逆流操作，操作线与平衡线相交的位置取决于L/V与m的相对大小。当L/V m时，操作线与平衡线相交于塔底，当L/V m时，操作线与平衡线相交于塔顶。,1）当L/V=4时，操作线与平衡线相交于塔底。液体出口最大含量为：,气体的极限出口含量为：,2）当L/V=6时，操作线与平衡线相交于塔顶。气体出口含量为：,ye2=mx2 Ye2=mX2,从以上可知，当L/V m时，气体极限残余浓度随L/V的增大而减少；当L/V m时，气体极限残余浓

38、度只取决于吸收剂的初始含量，而与吸收剂的用量无关。,气 体 的 吸 收 基本概念： 定义：利用混合气体中各组分在某种溶剂中具有不同的溶解度，使其中一个或多个组分，由气相转移至液相的单元操作。 机理：双膜理论 推动力：气相浓度差Y= Y-Y* 液相浓度差X= X* -X Y=Y* 过程达到极限 YY* 吸收过程 YY* 解吸过程,基本计算 吸收速率方程全塔物衡 G=V（Y1-Y2）=L（X1-X2） 吸收剂用量L的求取： =（1.22）min 塔径D的求取 填料层高度Z的求取 Z = HOG NOG,一、简答题： 1吸收操作随冬、夏气候变化有何不同？ 若维持原回收率不变，可采取何措施？ 2. 精馏的实际回流比如何确定？其依据的原则是什么？ 3影响晶体成长的因素有哪些？ 4为什么湿空气要预热后再送入干燥器？如何利用废气中