化工原理南林教材22

1第二章吸收2要求：1.理解吸收原理、分类与目的，掌握亨利定律四种表达形式、相关计算及溶剂选择的原则；2.理解吸收机理，掌握吸收速率方程式；3.掌握吸收塔的计算；4.掌握吸收系数的测定，理解吸收系数的影响因素；5.了解脱吸及其他条件下的吸收。3重点：1.吸收速率方程式；2.吸收塔的计算；3.吸收系数的测定。4吸收：利用气体混合物中各组分溶解度的不同而实现的分离操作。5A：吸收质或溶质B：惰性组分或载体S：吸收剂6气体吸收的目的：1.获得一定的组分；2.除去有害组分以净化气体；3.制备某种气体的溶液。7物理吸收化学吸收单组分吸收多组分吸收等温吸收非等温吸收吸收解吸分类：重点：低浓度单组分等温物理吸收的原理与计算。8第一节气—液相平衡2-1-1气体的溶解度溶解度：气体在液相中的饱和浓度。单位质量（体积）的液体中所含溶质的质量。气体的溶解度的影响因素：物系的温度、压强及溶质在气相中的浓度。9溶解度、温度、压力、气相浓度四个独立参数，其自由度数为：F=C－+2=3–2+2=3若压强、温度一定，则自由度数为1。在同一溶剂中，不同气体的溶解度有较大的差异。10氨的溶解度较大，为易溶气体11二氧化硫具有中等溶解度12氧的溶解度较小，为难溶气体。13从以上图中可看出：加压、降温对吸收有利。142-1-2亨利定律总压不太高（5105Pa）时，恒定温度下，稀溶液上方的气体溶质的平衡分压与该溶质在液相中的浓度存在以下关系：151.p*=Exp*：溶质在气相中的平衡分压，kPa；E：亨利系数，其单位与压强的单位一致;x：溶质在液相中的摩尔分率。物系（气体和溶剂）一定，E=E(t)t，E难溶气体E大，易溶气体E小。162.p*=c/Hc：单位体积溶液中溶质的摩尔数，kmol/m3；H：溶解度系数，kmol/(kPa.m3)。AssMMcEMH1对稀溶液来说，c很小，故有：sEMHt，H难溶气体H小，易溶气体H大。173.y*=mxm：相平衡常数，无因次),(*****ptmmPEmxPEyExPyPypExp184.Y*=mX引入摩尔比Y、X的必要性：在吸收过程中，气相中惰性组分和液相中溶剂的摩尔流量是不变的。**mXY低浓度的溶液：xxX1液相中溶剂的摩尔数液相中溶质的摩尔数yyY1数气相中惰性组分的摩尔气相中溶质的摩尔数XmmXYXXmYY1111***19小结：亨利定律的四种表达形式：mXYmxyHcpExp****202-1-3吸收剂的选择吸收剂的选择要从以下几个方面来考虑：溶解度、选择性、挥发度、粘性及其它(无毒性、无腐蚀性、不易燃、不发泡、冰点低、价廉具有化学稳定性。21第二节传质机理与吸收速率吸收过程：1.溶质由气相主体向气液界面的传递；2.由界面向液相主体的传递。222-2-1分子扩散与菲克定律分子扩散：是在一相内部有浓度差异的条件下，由于分子的无规则热运动而造成的物质传递现象。扩散通量：单位面积上单位时间内扩散传递的物质量，kmol/(m2﹒s)。23ABAB24dzdCDJAABA。中的分子扩散系数，在介质：物质；浓度梯度；：物质；；方向上的分子扩散通量在：物质/smBA)kmol/(mAs)kmol/(mZA242ABAADdzdCJ菲克定律252-2-2气相中的稳定分子扩散一、等分子反向扩散传递速率NA：在任一固定的空间位置上，单位时间单位面积上通过A的物质量。26pA1pB1ppA2pB2pABppA1pB1pB2ppA2pzz1z227dzdpRTDdzdCDJNAAA21ppRTZDNA210ppzAdpRTDdzN28二、一组分通过另一停滞组分的扩散JAJBNcA/CNcB/CNA12pppB1pA1pB2pA2z1z2zpNA29NCcJNNCcJNBBBAAANJJNCcJNCcJNNNBABBAABABABAJJJJ030NCcJNNNNNCcJNBBABABBB0dzdccCDCJcCCCcCJCcJNNCcNCcJJAAAAAABAAABBBA31220BBppBBzABBAAAAAdppPRTDdzNdzdppPRTDdzdppPPRTDNRTPCRTpc12lnBBAppRTzDPN32BmAABmBBBBBBBBBmBABApppppppppppppppppP21121212122211lnln令21AABmApppPRTzDN1大于：飘流因素，无因次，BmpP332-2-3液相中的稳定分子扩散2111AASmAcczcCDN经验式，仿照气相。342-2-4扩散系数分子扩散系数简称扩散系数，它是物质的特性之一，与介质的种类、温度、压强及浓度等。气体A在气体B中的扩散系数：2313121235111036.4BABAPMMTD马克斯韦尔—吉利兰（Maxwell-Gilliland）35非电解质稀溶液中的扩散系数：31031151107.7ATD362-2-5对流传质一、涡流扩散dzdcDDJAEDE：涡流扩散系数，不是物性常数，与湍动程度有关。37气相液相气相滞流内层相界面mn气相分压p气相有效膜层厚度滞流内层厚度Hp1p0z'GzGz38二、对流扩散对流扩散：发生在运动着的流体与相界面之间的传质过程。iGiBmAppkpppPRTzDNcckcccCzDNiLismLA气相一侧：液相一侧：392-2-6吸收过程的机理一、双膜理论惠特曼（W.G.Whitman）在19世纪20年代提出的。假设：1.相互接触的气液两相流体间存在稳定的相界面，界面两侧各有一层停滞的膜，吸收质以分子扩散的方式通过此两层膜，由气相主体进入液相主体。402.在相界面，气液两相达相平衡。3.在停滞膜以外的气液两相主体中，流体充分湍动，无扩散阻力，故浓度均匀；传质阻力集中在停滞膜内。41二、溶质渗透理论014ccDNisA三、表面更新理论01ccsDNiA42BmGGGiiGAiBmGApPRTzDkkppppkNpppPRTzDN1一、气膜吸收速率方程式。：气膜吸收系数，；：气膜吸收系数，s)koml/(mkPa)skoml/(m22yGGyiyAkkPkkyykN2-2-7吸收速率方程式43二、液膜吸收速率方程式SmLLiLAiSmLAczCDkcckNccczCDN11。：液膜吸收系数，；：液膜吸收系数，s)koml/(m)kmol/mskoml/(m232xLLxixAkkCkkxxkN44三、界面浓度GLiiiLiGAkkccppcckppkN四、总吸收系数及其相应的吸收速率方程式45****11ppKHkkppHpHpkcckppkNHpcHpcGLGiLiLiGAii1.以（p-p*）表示总推动力的吸收速率方程式LGGHkkK111kPa)skoml/(m2：气相总吸收系数，GK46LGHkk11H值很大，故有：对易溶气体，*ppkNkKGAGG472.以（c*-c）表示总推动力的吸收速率方程式ccKkkHccHcHckppkcckNLLGiGiGiLA***1kmol/m3)skoml/(m2：液相总吸收系数，LKLGLkkHK11HcpHcpii*48LGkkH1H很小，对难溶气体，cckNkKLALL*493.以（Y-Y*）表示总推动力的吸收速率方程式******1111YYKYYYYPKYYPYYPKppKNYGGGAPKKGY低浓度气体的吸收：*11YYPKKGYs)koml/(m2气相总吸收系数，****11YYPPypYYPPyp504.以（x*-x）表示总推动力的吸收速率方程式XXKXXXXCKXXCXXCKccKNXLLLA******1111CKKLX低浓度气体吸收：****11XXCCxcXXCCxcXXCKKLX11*s)koml/(m2液相总吸收系数，51五、小结iYiyiGAYYkyykppkNXXkxxkcckNiXixiLA***YYKyyKppKNYyGAXXKxxKccKNXxLA***气膜液膜气相液相52第三节吸收塔的计算板式塔类型填料逆流操作并流吸收塔的工艺计算：确定吸收剂用量；塔径和填料层高度。532-3-1吸收塔的物料衡算与操作线方程一、物料衡算以逆流吸收为例：对单位时间内进出吸收塔的A物质作物料衡算，可得：AYYXXLYYVLXVYLXVY11221211221or：溶质的回收率A54V,Y2L,X2L,X1V,Y1XYmn。；体中溶质组份的摩尔比：分别为进塔及出塔液、；；体中溶质组份的摩尔比：分别为进塔及出塔气、；塔的溶剂量，：单位时间内通过吸收；塔的惰性气体量，：单位时间内通过吸收kmol/kmolkmol/kmolkmol/sLkmol/s2121XXYYV55二、吸收塔的操作线方程式与操作线561111XVLYXVLYLXVYLXVY思考题：若并流吸收，操作线方程和操作线如何。22XVLYXVLY2211,,YXYX和操作线通过点同理：2121XXYYVL＝液气比572-3-2吸收剂用量的确定。，求已知：1221,,,,XLXYYV2121minminminmin0.21.1XXYYVLLLLVL58592-3-3塔径的计算uVDuDVss442u的计算在塔设备这章讲。602-3-4填料层高度的计算一、填料层高度的基本计算式物料衡算、传质速率、相平衡关系由于填料层内不同位置处气、液浓度不一样，使得各处吸收速率不一定相同，故采用分析微元填料层来研究。61V,Y2L,X2L,XV,YV,Y1L,X1ZY+dYVX+dXLdZ62LdXVdYdGdZaXXKdGdZaYYKdGAXAYA**dZaXXKLdXdZaYYKVdYXY**XXKYYKNdZaNdANdGXYAAAA**63ZXXXZYYYdZLaKXXdYdZVaKYYdY0*0*12121212**XXXYYYXXdYaKLZYYdYaKVZ。，：液相总体积吸收系数；，：气相总体积吸收系数s)koml/(ms)koml/(m33aKaKXY64二、传质单元高度与传质单元数OGOGNHZaKVHYOG12*YYOGYYdYN；气相总传质单元高度，m气相总传质单元数。65OLOLNHZaKLHXOL12*XXOGXXdYN；液相总传质单元高度，m液相总传质单元数。66传质单元高度的物理意义：Y2Y1HOGYXY1Y2X1X20Y*=f(X)(Y-Y*)m671OGOGNHZ即：在高度等于传质单元高度的填料层内，吸收的平均推动力与气相组成的变化相等。传质单元高度的大小取决与过程条件。传质单元数反映吸收过程的难易程度。21*YYYYm112*