化工原理下2-3 吸收速率方程式

吸收过程用液体吸收剂吸收气体中某一组分，是该组分从气相转移到液相的传质过程。它包括三个过程骤：1）该组分从气相主体传递到气、液两相的界面；2）在相界面上溶解而进入液相；3）再从液相一侧界面向液相主体传递；2.2.6吸收过程机理一、双膜理论1．气液两相间存在稳定的相界面，界面两侧各有一层有效膜，溶质以分子扩散的传质方式由气相主体进入液相主体。2．在相界面处，气液两相达到平衡。3．在气液两相主体中，溶质浓度均匀。二、溶质渗透理论三、表面更新理论2.2.7吸收速率方程1.气膜分吸收速率方程令BmGGpPRTzDk)(iAAGAppkN)(AiAyAyykN)(AiAYAYYkN一、膜吸收速率方程式气膜分传质（吸收）系数，kmol/(m2skPa)。仿效上式，得则4AGAA()iNkppAAAyiNkyyAAAG1/ippNkAAAy1/iyyNkG1/k气膜阻力yk/1比较得Gykpk由道尔顿分压定律AAppyAAiippyAAGAGAGAAA()()()iiiNkppkpypykpyy1.液膜分吸收速率方程令仿效上式，得则SmLLCCzDk'液膜分传质（吸收）系数，kmol/(m2skmol/m3)。)(AAiLACCkN)(AAixAxxkN)(AAiXAXXkN6LAAA()iNkccAAAxiNkxxAAAL1/iccNkAAA1/ixxxNkL1/kxk/1液膜阻力比较得LxkckLLLAAAAAAA()()()iiiNkcckcxcxkcxx由AAiiccxAAccx73.界面组成的确定稳态下，气、液两膜中的传质速率相等，即AGAAiLAiANkppkccLAAiAAiG()kppcck直线通过定点A(c，p)斜率——kL/kG8界面组成的确定LAAiAAiG()kppcck9二、总吸收速率方程式1.以(p-p*)表示总推动力的吸收速率方程式（KG与kG、kL关系）设吸收系统服从亨利定律或平衡关系在过程所涉及的浓度范围内为直线，则*AAcpH根据双膜模型，相界面上两相互成平衡AAiicpH10AGAA()iNkpp*ALAALAAiiNkcckHpp*AAALiNppkH由此得整理得由相加得*AAALG11NppHkkAAAG()iNppk二、总吸收速率方程式11令则*AGAANKpp式中：KGGLG111KHkk——气相总吸收系数，kmol/(m2·s·kPa)。总阻力液膜阻力气膜阻力气相总吸收速率方程式二、总吸收速率方程式12对于易溶气体，H值很大LG11Hkk=液膜阻力=气膜阻力控制整个吸收过程的速率气膜控制示例：水吸收氨GG11Kk气膜阻力气膜控制示意图*AAAAipppp二、总吸收速率方程式GLG111KHkk132.以(c*-c)表示总推动力的吸收速率方程式（KL与kG、kL关系）设吸收系统服从亨利定律或平衡关系在过程所涉及的浓度范围内为直线，则*AAcpH根据双膜模型，相界面上两相互成平衡，则AAiicpH二、总吸收速率方程式14LAAA()iNkcc*AAAGAAG/iiNkppkHcc*AAAGiNHcck由此得整理得由相加得*AAALG1HNcckkAAAL()iNcck二、总吸收速率方程式15令则*ALAANKcc式中：KLLGL11HKkk——液相总吸收系数，m/s。总阻力气膜阻力液膜阻力液相总吸收速率方程式二、总吸收速率方程式16对于难溶气体，H值很小GL1Hkk气膜阻力示例：水吸收氧LL11Kk液膜阻力液膜控制示意图*AAAAicccc液膜阻力控制整个吸收过程的速率液膜控制二、总吸收速率方程式LGL11HKkkGLG111KHkk173.以(y–y*)表示总推动力的吸收速率方程式*AAAyNKyy同理，可导出式中：KyGyKKp——气相总吸收系数，kmol/(m2·s)。气相总吸收速率方程式二、总吸收速率方程式184.以(x*-x)表示总推动力的吸收速率方程式*AAAxNKxx同理，可导出式中：KxLxcKK——液相总吸收系数，kmol/(m2·s)。液相总吸收速率方程式二、总吸收速率方程式195.以(Y-Y*)表示总推动力的吸收速率方程式*AAAYNKYY同理，可导出式中：KYGYyKKKp对于低浓度吸收——气相总吸收系数，kmol/(m2·s)。气相总吸收速率方程式二、总吸收速率方程式206.以(X*-X)表示总推动力的吸收速率方程式*AAAXNKXX同理，可导出式中：KXLXxcKKK对于低浓度吸收——液相总吸收系数，kmol/(m2·s)。液相总吸收速率方程式二、总吸收速率方程式以气相总吸收系数表示以液相总吸收系数表示)(*AALAccKN)(*AAxAxxKN)(*AAXAXXKNXxLKKK,,)(*AAGAppKN)(*AAyAyyKNYyGKKK,,)(*AAYAYYKN三、吸收速率方程式小结传质系数的符号说明•小写k表示单侧的膜系数•大写K表示总传质系数•下标L对应以液相浓度c表示的推动力•下标G对应以气相分压p表示的推动力•下标x,y,X,Y分别对应相对的推动力各传质系数之间的联系LGGHkkK111GLLkHkK11GyPkkyYKK对于低浓度吸收　LxCkkxXKK对于低浓度吸收　LGHKKmKKxyGkKG对于气膜控制　LLkK对于液膜控制　24使用吸收速率方程式应注意以下几点:①上述的各种吸收速率方程式是等效的。采用任何吸收速率方程式，均可计算吸收过程速率。②任何吸收系数的单位都是kmol/(m2·s·单位推动力)。③必须注意各吸收速率方程式中的吸收系数与吸收推动力的正确搭配及其单位的一致性。25④上述各吸收速率方程式都是以气液组成保持不变为前提的，因此只适合于描述稳态操作的吸收塔内任一横截面上的速率关系，而不能直接用来描述全塔的吸收速率。在塔内不同横截面上的气液组成各不相同，其吸收速率也不相同。⑤在使用与总吸收系数相对应的吸收速率方程式时，在整个过程所涉及的浓度范围内，平衡关系须为直线。2.3吸收塔的计算在工业中，吸收操作多采用塔式设备，既可采用气液两相在塔内逐级接触的板式塔，也可采用气液两相在塔内连续接触的填料塔。工业中以采用填料塔为主，故本节对于吸收过程计算的讨论结合填料塔进行。2.3.1吸收塔的物料衡算及操作线方程低浓度的等温吸收，采用逆流流程;组分B完全不溶于吸收剂，即V为定值吸收剂S完全不挥发，即L为定值28原料气：A＋B吸收剂：S尾气：B(含微量A)溶液：S+AV(kmolB/s)Y1(kmolA/kmolB)L(kmolS/s)X2(kmolA/kmolS)L(kmolS/s)X1(kmolA/kmolS)YXV(kmolB/s)Y2(kmolA/kmolB)填料塔(1)全塔物料衡算全塔物料衡算：1221LXVYLXVY2,YV1,XL2,XL1,YV逆流吸收塔物料衡算)()(2121XXLYYV12121YYYVYVYVY溶质吸收率（或回收率）：%100*11XX吸收液的饱和度饱和度：)()(22XXLYYV从塔顶到任意塔截面对溶质衡算有：)(22XVLYXVLY——操作线方程（2）操作线方程2,YV1,XL2,XL1,YVYV,XL,LXVYLXVY22从塔底到任意塔截面对溶质衡算有：)(11XVLYXVLYX2X1Y1Y2Y*=mX逆流吸收的操作线可见，在低浓度条件下操作线为一直线，)(22XVLYXVLY)(11XVLYXVLY斜率B(X1，Y1)T(X2，Y2)VL过点塔底塔顶思考：操作线推导的过程中，用到的前提是什么？•稳态操作。•逆流操作。•组分B完全不溶于吸收剂，即V为定值。•吸收剂S完全不挥发，即L为定值。•（与是否达到平衡无关）33逆流吸收塔中的操作线2X2Y1Y1XTB斜率L/V（液气比）XY*YY*=f(X)操作线推动力34思考题作业题:7、81.如何判断吸收过程是属于哪种过程控制？2.总吸收速率方程与膜吸收速率方程有何不同？3.何为吸收过程的操作线？操作线如何获得？练习题目