32-34学时

化工原理韩晓刚资源与环境学院环境工程教研室Tel:15059188544E-mail:[e-mail]2上节内容回顾3上节内容回顾利用气体在液体中溶解度的差异（或者发生化学反应）而分离气体混合物的操作称为吸收。吸收的相关概念吸收的基本原理相界面ABCD气体混合物液体S吸收剂溶质惰性组分气相内传质气液两相传质液相内传质分子扩散对流传质4上节内容回顾扩散通量指在单位时间内，分子扩散通过垂直于扩散方向的单位面积的物质的量，其单位为kmol/(m2·s),以J表示。dzdcDJAABA---菲克定律DDDBAAB对于双组份混合物A、B的相互扩散，A在B中的扩散系数与B在A中的扩散系数相等。5上节内容回顾液体气体溶质A溶解溶质A挥发相界面气液相平衡相平衡状态平衡分压ApAC平衡浓度（溶解度）AApPTfC,,如果温度和总压一定，溶质在液体中的溶解度只取决于溶质在气相中的组成。AApfC6上节内容回顾表征气-液相平衡关系的曲线叫溶解度曲线亨利定律1.00.90.80.70.60.50.40.30.20.1pA，atmO2CO2pA=73300cApA=2580cASO2NH3pA=36.5cApA=1.386cA0123456789101110nCA，kmol/m3几种气体在20℃水中的溶解度曲线7上节内容回顾亨利定律在温度一定，总压不大的稀溶液中，气体溶质的平衡分压和溶解度成正比：*AApEx*AAcpH*AAymx回忆：各参数分别代表什么含义。PEmECHC—液相物质总浓度，kmol/m3；P—气相总压，Pa；83.2吸收的基本理论相平衡关系在吸收中的应用传质方向的判断计算传质推动力确定传质极限判断传质方向例：在压强为101.3kPa、20℃时，稀溶液的气液相平衡关系为，现有含氨摩尔分数为0.1的混合气体和含氨摩尔分数为0.05的稀氨水溶液，气液两相在上述条件下接触，判断氨在气液两相间传质的方向。AAxy9.093.2吸收的基本理论计算传质推动力实际组成与平衡组成之间的差距——推动力有不同的表示方法：*AAyyy*AAppp气相*AAxxx*AAccc液相（摩尔分数）（气体分压、物质的浓度）103.2吸收的基本理论确定传质极限尾气y2吸收剂x2混合气y1吸收液x1逆流操作顺流操作回忆：塔设备有哪两种操作形式增加塔高增加气体量减小液体的用量myxx/111*222yymx113.2吸收的基本理论例：在压强为101.3kPa、25℃时，CO2在水中的亨利系数为1.66×105kPa，现将含CO2摩尔分数为0.05的空气与CO2浓度为1.0×10-3kmol/m3的水溶液接触，问：1、判断传质方向；2、以分压差表示传质推动力；3、计算逆流接触时空中CO2最低含量。123.2吸收的基本理论3.2.4吸收速率吸收速率指单位相际传质面积上单位时间内吸收的吸收质的量，表明吸收速率与吸收推动力之间关系的数学表达式叫做吸收速率方程式。气相主体液相主体相界面溶解气相扩散液相扩散气相内传质气液两相传质液相内传质双膜理论133.2吸收的基本理论双膜理论气相主体液相主体相界面pGGLpicicL气膜液膜相互接触的两流体间存在着稳定的相界面，相界面上气液两相呈平衡，无积累。在膜层以外的两相主体区混合均匀，无传质阻力。界面两侧各存在着一个很薄（等效厚度分别为G和L）的流体膜层，溶质以分子扩散方式通过此两膜层。143.2吸收的基本理论单独根据气膜或液膜的推动力及阻力写出的速率关系式称为气膜或液膜的吸收速率方程。对于气膜iGGAppkNBmGGGpPRTDkkG—气膜吸收（传质）系数，kmol/(m2·s·kPa)对于液膜LiLAcckNSmLLLccDkm/s气相主体液相主体相界面GLpici气膜液膜pGcL153.2吸收的基本理论iGGAppkNLiLAcckNLiLiGGcckppkHcpLHpHpkppkiLiGGLiGiGHkppkppL11由合比定律（串联加和定律）LGGLiGiGHkkppHkppkppLL1111LGGHkkK111)(LppKNGGA气相表示的总传质速率方程163.2吸收的基本理论)(LppKNGGA气相表示的总传质速率方程)(LLAccKNG液相表示的总传质速率方程LGGHkkK111LGLkkHK11LGHKK以摩尔分数表示的总传质速率方程)(yyKNyA)(xxKNxAxyykmkK11xyxkmkK111GyPkkLxCkk173.2吸收的基本理论LGGHkkK111LGLkkHK11xyykmkK11xyxkmkK111对易溶气体，平衡常数m值很小，H很大，这时：传质阻力分析GL11kHkGGKkxykmk1yykK传质阻力主要集中在气相，此类传质过程称为气相阻力控制过程，或称气膜控制过程。)(LppKNGGA183.2吸收的基本理论LGGHkkK111LGLkkHK11xyykmkK11xyxkmkK111对难溶气体，平衡常数m值很大，H很小，这时：传质阻力分析传质阻力主要集中在液相，此类传质过程称为液相阻力控制过程，或称液膜控制过程。GL1HkkLLKkyxmkk11xxkK19吸收传质速率方程的几种形式相平衡方程吸收传质速率方程总传质系数相内或同基准的传质系数换算相际或不同基准传质系数换算mxyMXYHcpxxKyyKxxkyykNexeyixiyAXXKYYKXXkYYkNeXeYiXiYAccKppKcckppkNeLeGiLiGAxyykmkK11xyxkmkK1)(11XYYkMkK11)(111LGGHkkKLGLkkHK11XYXkMkK1)(11iyYGyYYkkPkk11ixXLmxXXkkkck11eyYGyYYKKPKK11exXLmxXXKKKcK11mKKxyMKKXYLGHKK203.2吸收的基本理论例:在吸收塔某处，气相主体浓度y=0.025，液相主体浓度x=0.01，气相传质分系数ky=2kmol/m·h,气相总传质系数Ky=1.5kmol/m2·h，则该处气液界面上气相浓度yi应为（），平衡关系y=0.5X。(Ａ)0.02(Ｂ)0.01(Ｃ)0.015(Ｄ)0.005213.2吸收的基本理论在总压为101.3kPa、温度为303K用水吸收混合气中的氨，操作条件下的气液平衡关系为y=1.20x。已知气相传质系数ky=5.31×10-4kmol/(m2·s)，液相传质系数kx=5.33×10-3kmol/(m2·s)，并在塔的某一截面上测得氨的气相浓度y=0.05，液相浓度x=0.012（均为摩尔分数）。试求该截面上的传质速率及气液界面上的两相的浓度。223.3吸收塔的计算233.3吸收塔的计算3.3.1概述设计型计算操作型计算(1)吸收剂的选择及用量的计算；(2)设备类型的选择；(3)塔径计算；(4)填料层高度或塔板数的计算；(5)确定塔的高度；(6)塔的流体力学计算及校核；(7)塔的附件设计。(1)吸收率的计算；(2)吸收剂用量、组成及操作温度对吸收塔的影响。计算依据物系的物料衡算、相平衡关系和传质速率方程式。243.3吸收塔的计算3.3.2全塔物料衡算Ga,YaGb,YbLb,XbLa,Xa液相的增加速率气相的减少速率aabbaabbXLXLYGYGababXXLYYG全塔物料衡算方程ababYYLGXX253.3吸收塔的计算Ga,YaGb,YbLb,XbLa,XaababXXLYYG混合气中溶质A被吸收的量占总量的百分率，称为溶质的吸收率或回收率，以φ表示，即：bababAYYYYY1)1(AbaYY已知进料中A的体积分数为50%,要求气体吸收率为90%，则塔顶尾气中A的组成：A:9%B:7%C:5%D:3%263.3吸收塔的计算3.3.3操作线方程与操作线G,YaG,YbL,XbL,XaG,YL,XaaXXLYYGaaXGLYXGLYbbXGLYXGLY逆流吸收的操作线方程273.3吸收塔的计算G,YaG,YbL,XbL,XaG,YL,XaaXGLYXGLYYXoBYbXbXaYaAYXPL/G283.3吸收塔的计算3.3.3吸收剂用量的计算YXoYe=f(X)DYbXb’XaYaABXb(L/G)Xbe(L/G)minCEabeabXXYYGLminabeabXXYYGLmin293.3吸收塔的计算3.3.3吸收剂用量的计算若相平衡线的形状不规则YXoYe=f(X)YbXaYaA(L/V)minCXb,maxababXXYYGLmax,minababXXYYGLmax,min