第三章传质过程(II)

1、1第第部分部分 吸收吸收 吸收吸收利用适当液体溶解气体混合物中的有关组分，利用适当液体溶解气体混合物中的有关组分，以分离气体混合物的过程。以分离气体混合物的过程。 吸收剂吸收剂用来溶解气体的液体，也叫溶剂用来溶解气体的液体，也叫溶剂 吸收质吸收质气体混合物中被吸收的组分。也叫溶质。气体混合物中被吸收的组分。也叫溶质。 惰性组分惰性组分气体混合物中不能被溶剂吸收的组分。气体混合物中不能被溶剂吸收的组分。2吸收过程的分类吸收过程的分类 (1)(1)物理吸收与化学吸收物理吸收与化学吸收 物理吸收物理吸收吸收过程发生时，吸收质仅溶解在吸收剂吸收过程发生时，吸收质仅溶解在吸收剂中不与吸收剂发生明显的化学

2、反应。中不与吸收剂发生明显的化学反应。 化学吸收化学吸收吸收过程发生时，吸收质除溶解过程外，吸收过程发生时，吸收质除溶解过程外，还伴随着化学反应的发生。还伴随着化学反应的发生。 3(2)(2)单组分吸收与多组分吸收单组分吸收与多组分吸收 单组分吸收单组分吸收吸收过程中，只有一种物质（吸收吸收过程中，只有一种物质（吸收质）被液相吸收。质）被液相吸收。 多组分吸收多组分吸收吸收过程中至少有两种或两种以上吸收过程中至少有两种或两种以上的物质（吸收质）被液相吸收。的物质（吸收质）被液相吸收。4（3 3）等温吸收与非等温吸收）等温吸收与非等温吸收 等温吸收等温吸收若吸收过程中热效应不明显，吸收若吸收过程

3、中热效应不明显，吸收过程系统温度基本保持不变，称为等温吸收。过程系统温度基本保持不变，称为等温吸收。 反之，称为非等温吸收反之，称为非等温吸收5（4 4）低浓度气体吸收与高浓度气体吸收）低浓度气体吸收与高浓度气体吸收 低浓度气体吸收低浓度气体吸收若气相吸收质浓度较低，在若气相吸收质浓度较低，在吸收过程中所引起的气相及液相的流量变化不大，称吸收过程中所引起的气相及液相的流量变化不大，称为低浓度气体的吸收。为低浓度气体的吸收。 反之，称之为高浓度吸收。反之，称之为高浓度吸收。6吸收在化工生产中的应用吸收在化工生产中的应用：（1 1）净化和精制气体：）净化和精制气体：（2 2）制取某种气体的液态产品

4、：）制取某种气体的液态产品：（3 3）分离混合气体以回收有用组分：）分离混合气体以回收有用组分：（4 4）工业废气的治理）工业废气的治理71 吸收原理和装置流程吸收原理和装置流程吸收设备吸收设备吸收塔。吸收塔。 吸收操作吸收操作为了使吸收操作能够顺利的进行为了使吸收操作能够顺利的进行, ,要做的工作主要有要做的工作主要有 1 1、选择适当的液体吸收剂、选择适当的液体吸收剂 对吸收剂的要求对吸收剂的要求8溶质的溶解度大溶质的溶解度大对溶质有较高的选择性对溶质有较高的选择性不易挥发不易挥发解吸性能好解吸性能好具有良好的化学稳定性和热稳定性，无毒具有良好的化学稳定性和热稳定性，无毒不易燃易爆不易燃易

5、爆对设备无腐蚀性对设备无腐蚀性价廉易得价廉易得92 2、使含吸收质的气体与吸收剂充分接触、使含吸收质的气体与吸收剂充分接触 为了增加传质面积，增大传质速率，常用的方法有：为了增加传质面积，增大传质速率，常用的方法有：（1 1）喷啉吸收：）喷啉吸收： 将液体分散成液滴通过气体将液体分散成液滴通过气体10（2 2）鼓泡吸收：）鼓泡吸收： 将气体分散成气泡通过液体将气体分散成气泡通过液体 11（3 3）膜吸收：）膜吸收： 将液体分散成膜，气体通过将液体分散成膜，气体通过膜进行传质。膜进行传质。123 3、装置流程、装置流程根据不同的需要和要求，设计不同的流程。根据不同的需要和要求，设计不同的流程。（

6、1 1）单程吸收）单程吸收气体气体溶剂溶剂溶液溶液气体气体13（2）多程吸收 并联操作。气体溶液溶剂气体14（2 2）多程吸收）多程吸收 几个塔串联进行操作。几个塔串联进行操作。气体气体溶液溶液溶剂溶剂气体气体15（3 3）循环吸收）循环吸收吸收质在吸收剂中溶解度较大时：吸收质在吸收剂中溶解度较大时：新鲜溶剂新鲜溶剂贫气贫气富气富气吸收液吸收液吸吸收收塔塔16（4 4）吸收与解吸结合）吸收与解吸结合混混合合气气惰性气体惰性气体新鲜溶剂新鲜溶剂吹提气吹提气回收组分回收组分吸收液吸收液解吸溶剂解吸溶剂172 2 吸收的气吸收的气- -液平衡关系液平衡关系 一、一、吸收过程气液平衡的建立吸收过程气液

7、平衡的建立混合气体能够通过吸收进行分离的依据：混合气体能够通过吸收进行分离的依据：各组分在溶剂中有不同的溶解度各组分在溶剂中有不同的溶解度吸收过程能够发生的条件：吸收过程能够发生的条件：混合气体与溶剂发生接触混合气体与溶剂发生接触吸收过程的进行以及进行的程度：吸收过程的进行以及进行的程度： 气液相平衡气液相平衡18p pc c19吸收相平衡吸收相平衡当气相中的吸收质向液相扩散的速率当气相中的吸收质向液相扩散的速率 与液相中的吸收质向气相扩散的速率与液相中的吸收质向气相扩散的速率 相等时状态，称之为吸收相平衡。相等时状态，称之为吸收相平衡。 吸收质在溶液中浓度吸收质在溶液中浓度平衡溶解度。它是吸

8、收达到平衡溶解度。它是吸收达到平衡时的极限，又叫饱和溶解度。平衡时的极限，又叫饱和溶解度。 吸收质在气相中的分压吸收质在气相中的分压平衡分压平衡分压（见图（见图3-23-2或表或表3-1)3-1)20液相中SO2的浓度gSO2/1000g水7550251510521气相中SO2的平衡分压 kPa293K68.9244.7921.4612.267.873.471.130.43303K89.0460.2528.7916.6610.534.801.570.63表表3-1SO2在水中的溶解度在水中的溶解度2122气气- -液平衡关系液平衡关系享利定律享利定律( (William-Henry)Willi

9、am-Henry) 在压力不高，浓度不大时，气相和液相浓度服从享在压力不高，浓度不大时，气相和液相浓度服从享利定律。利定律。p气相中吸收质的平衡分压气相中吸收质的平衡分压kPakPaEx亨利系数亨利系数kPakPa液相中吸收质的浓度液相中吸收质的浓度 摩尔分数摩尔分数 其中其中: :Exp 23影响溶解度的因素：影响溶解度的因素：（1 1）溶剂。与溶剂和吸收质的性质有关。不同的吸收质有）溶剂。与溶剂和吸收质的性质有关。不同的吸收质有不同的溶解度，相同的吸收质在不同的溶剂中有不同的溶不同的溶解度，相同的吸收质在不同的溶剂中有不同的溶解度。解度。（2 2）温度。温度不同溶解度不同，随温度的升高而降

10、低。）温度。温度不同溶解度不同，随温度的升高而降低。（3 3）压力。压力不同溶解度也不同，随气体分压的升高溶）压力。压力不同溶解度也不同，随气体分压的升高溶解度增大。解度增大。（见图（见图3-23-2或表或表3-1)3-1)24结论：结论： 1 1、一定体系中，、一定体系中，E E为确定的值，平衡分压随液为确定的值，平衡分压随液相中溶质的浓度的增加而增加。相中溶质的浓度的增加而增加。 2 2、E E值随温度的升高而增加，值随温度的升高而增加，E E值越大，气体值越大，气体越难于被吸收。越难于被吸收。 E E值的大小表示气体被吸收的难易程度。值的大小表示气体被吸收的难易程度。Exp 25二、浓度

11、的表示方法二、浓度的表示方法： 标标m m3 3( (气体）气体）/ /m m3 3（溶剂）（以体积表示的溶解度溶剂）（以体积表示的溶解度 ） kgkg（溶质）溶质）/100/100kgkg（溶剂溶剂) )（以质量表示的溶解度）（以质量表示的溶解度） kmolkmol（溶质）溶质）/ /m m3 3（溶液）（溶液）（ 溶质的物质的量浓度）溶质的物质的量浓度） kmolkmol（溶液）溶液）/ /m m3 3（溶液）溶液） （溶液的物质的量浓度）（溶液的物质的量浓度） kg kg （溶质）溶质） / /m m3 3（溶液）溶液） 质量浓度质量浓度 kg kg （溶液）溶液） / /m m3 3（

12、溶液）溶液） 密度密度 26 ( (质量）质量）% % （质量百分数）（质量百分数） kgkg（吸收质）吸收质）/ / kgkg（吸收质）吸收质）+ +kgkg（吸收剂）吸收剂） 100%100% 摩尔分率摩尔分率x x、y y mol mol（吸收质）吸收质） / /molmol（吸收质）吸收质）+ + molmol（吸收剂）吸收剂） mol mol（吸收质）吸收质） / /molmol（吸收质）吸收质）+ + molmol（惰性组份）惰性组份） 比摩尔分率比摩尔分率X X、Y Y mol mol（吸收质）吸收质） / /molmol（吸收剂）吸收剂） mol mol（吸收质）吸收质） /

13、/ molmol（惰性组份）惰性组份）27在化工计算中，常用的有以下几种：在化工计算中，常用的有以下几种：质量浓度：单位体积的混合物中某组分的质量，称质量浓度：单位体积的混合物中某组分的质量，称为该组分的质量浓度，用为该组分的质量浓度，用 表示，单位为表示，单位为kg/mkg/m3 3密度：单位体积混合物所具有的质量称为密度，用密度：单位体积混合物所具有的质量称为密度，用 表示，其单位为表示，其单位为kg/mkg/m33。二者的关系：二者的关系：inii128物质的量浓度：单位体积混合物中某组分的物质的量；物质的量浓度：单位体积混合物中某组分的物质的量；用用 表示，单位表示，单位kmol/m3

14、 质量浓度与物质的量浓度之间的关系质量浓度与物质的量浓度之间的关系 ickmol/mkg/kmolkg/m33iiiMc29质量分数：混合物中某组分的质量与混合物总质量之质量分数：混合物中某组分的质量与混合物总质量之比，用比，用 表示，无量纲表示，无量纲immii 摩尔分率：混合物中某组分的物质的量与混合物总物摩尔分率：混合物中某组分的物质的量与混合物总物质的量之比；液相中用质的量之比；液相中用x表示，气相中用表示，气相中用y表示，无量纲。表示，无量纲。iiiynnx30摩尔分数与质量分数之间的关系：摩尔分数与质量分数之间的关系：niiiiiniiiiiniiiiiiiMMMmMmMmMmnn

15、x11131对双组分溶液（对双组分溶液（A+B）BBAAAAAMMMx/用摩尔分率表示质量百分率用摩尔分率表示质量百分率: :BBAAAABAAAAMxMxMxmmmmm32质量比：混合物中某组分的质量与惰性组分的质量之比质量比：混合物中某组分的质量与惰性组分的质量之比 AAAmmmX质量比与质量百分数之间的关系：质量比与质量百分数之间的关系：AAAAAAAmmmmmmX133摩尔比摩尔比( (摩尔分率摩尔分率) )：混合物中某组分的物质的量与惰性：混合物中某组分的物质的量与惰性 组分的物质的量之比：组分的物质的量之比：AAAnnnX摩尔比摩尔比( ( 比摩尔分率比摩尔分率) )与摩尔分数之间

16、的关系：与摩尔分数之间的关系： AAAAAAAxxnxnnxnnnX134 当混合物为气相时，可得气相中摩尔比与摩尔分数当混合物为气相时，可得气相中摩尔比与摩尔分数之间的关系：之间的关系：AAAAAAAyynynnynnnY1351 kmol惰性组kmol惰性组kmol惰性组kmol吸收质惰性组kmol/吸收质 kmol惰性组kmol吸收质kmol吸收质YYy分分分分分同理可得同理可得: :XXx1比摩尔分率与摩尔分率之间的换算比摩尔分率与摩尔分率之间的换算36例：在吸收塔中用水吸收混于空气中的氨气。已知入塔气例：在吸收塔中用水吸收混于空气中的氨气。已知入塔气体中氨含量为体中氨含量为5%5%（

17、质量，下同），吸收后，出塔气体中氨（质量，下同），吸收后，出塔气体中氨含量为含量为0.1%0.1%，试计算进、出塔气体中氨的摩尔比，试计算进、出塔气体中氨的摩尔比 、1Y2Y解：先计算进、出塔气体中氨的摩尔分数解：先计算进、出塔气体中氨的摩尔分数 、 。1y2y0017. 029/999. 017/001. 017/001. 01y370017. 00017. 010017. 00898. 00824. 010824. 00824. 029/95. 017/05. 017/05. 0212YYy38享利定律的其它形式：享利定律的其它形式： 液相中吸收质的浓度用物质的量浓度液相中吸收质的浓度用物

18、质的量浓度 c c 表示表示Hcp c吸收质在液相中的浓度吸收质在液相中的浓度 kmol/mkmol/m3 3 H溶解度系数溶解度系数 kmol/mkmol/m3 3.Kpa.Kpa 其大小表示气体在溶剂中的溶解程度。其大小表示气体在溶剂中的溶解程度。 H H值值越大，溶解度越大，气体越容易溶解，随温度的升高越大，溶解度越大，气体越容易溶解，随温度的升高H H值减小。值减小。39mxy 与液相浓度平衡的气相中吸收质的摩尔分率与液相浓度平衡的气相中吸收质的摩尔分率 kmol( (溶质）溶质）/ /kmol（混合物）混合物）液相中溶质的摩尔分率液相中溶质的摩尔分率kmol（溶质）溶质）/ /kmo

19、l（溶溶液）液）相平衡系数，无因次相平衡系数，无因次两相组成均用摩尔分数表示两相组成均用摩尔分数表示yxm40 m值越大，溶解度越小值越大，溶解度越小, ,随总压的升高，温度的降随总压的升高，温度的降低而减小。低而减小。 用比摩尔分率表示用比摩尔分率表示根据摩尔分数与比摩尔分数之间有的关系：根据摩尔分数与比摩尔分数之间有的关系：XXxYYy1 1和和mxy 得得: :41XmmXYXXmYY)1 (1 11 对于稀溶液：对于稀溶液：mXY 与液相浓度平衡的气相中吸收质的浓度与液相浓度平衡的气相中吸收质的浓度 kmol（溶质溶质）/kmol（惰性组分惰性组分）液相中吸收质的浓度液相中吸收质的浓度

20、 kmol（溶质溶质）/kmol（溶液溶液）YX42各系数之间的换算关系：各系数之间的换算关系：)1 (xMxMcsa总总溶液的密度溶液的密度 kg/m3Ma吸收质的摩尔质量g/mol或kg/.kmolMs吸收剂的摩尔质量吸收剂的摩尔质量 g/mol或或kg/.kmol 根据公式：根据公式：xcci总得：得：xnni而：而：43稀溶液稀溶液: :0总00Mc总kg/m:30溶剂的密度xMxcc00总44000011MHExMHHcpExp此式即为亨利系数与溶解度之间的换算关系此式即为亨利系数与溶解度之间的换算关系. .E与与H之间的换算之间的换算45根据道尔顿分压定律根据道尔顿分压定律: :总

21、总总总pEmmxxpEyExyppypp 此式即为相平衡系数与亨利系数之间的关系此式即为相平衡系数与亨利系数之间的关系. .mxyExp E与与m之间的换算之间的换算46HMpmHMEpEm0000 总总此式即为相平衡系数与溶解度系数之间的换算关系此式即为相平衡系数与溶解度系数之间的换算关系. .m与与H之间的换算之间的换算47三个系数之间的关系：三个系数之间的关系：001MHE总pEm HMppEm00 总总注意：此定律只适用于低压下的稀溶液注意：此定律只适用于低压下的稀溶液48 例如例如: :已知在已知在25、101325P a时时, ,与浓度为与浓度为1.2g(NH3)/100g(H2O

22、)的氨水平衡的气相中氨气的分压为的氨水平衡的气相中氨气的分压为1216Pa, ,若在此范若在此范围内氨在水中的溶解度服从亨利定律围内氨在水中的溶解度服从亨利定律, ,试求试求H、E、m值。值。解：解：0125. 018/10017/2 . 117/2 . 11216xPap根据公式根据公式: 得Exp 49Pa972800125. 01216xpE已知已知25时水的密度为时水的密度为994kg/m3根据公式根据公式:xcxxMxMcTsa)1 ( kmol/m69. 0 0125. 0775.170.2125994 0125. 018)0125. 01 (0125. 0179943c50.kP

23、akmol/m567. 0216. 169. 0 3pcHHcp96. 010132597280 : :Pa101325mpEm得根据公式已知总压为总51例例 3-1 某气体中氢的含量为某气体中氢的含量为0.263%(mol),101.3kPa,293K条件下用水进行吸收，已知氢溶解在水中的亨利系数条件下用水进行吸收，已知氢溶解在水中的亨利系数E=6.44104kPa,求所得氢的最大质量百分浓度求所得氢的最大质量百分浓度解：解： 将气体中氢的摩尔百分含量换算成氢的分压：将气体中氢的摩尔百分含量换算成氢的分压：52)mol%(1013. 41044. 6266. 0 : :kPa266. 0%2

24、63. 03 .101 44xEpxp得根据公式53)m%(1059. 41810021013. 421013. 4 (mol)%1013. 4 :5444w以忽略不计液相中氢的浓度很小可浓度为与气相浓度平衡的液相54例例 3-2 实验测定实验测定278K时环氧乙烷在水中的溶解度为：时环氧乙烷在水中的溶解度为：液相中环氧乙烷组成液相中环氧乙烷组成 x（mol%)0.7111.5043.014.64气相中环氧乙烷平衡分压气相中环氧乙烷平衡分压p*(kPa)2.776.6412.719.91、试确定在上述浓度范围内平衡关系是否服从亨利定律。、试确定在上述浓度范围内平衡关系是否服从亨利定律。2、试将

25、总压为、试将总压为101.3KPa下的平衡关系式分别用下的平衡关系式分别用)( )( )( )(XfYxfycfpxfp等式表示等式表示解：解： 1、根据表中数据作、根据表中数据作p* x图图555432100 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 p*kPax%(mol)2、将平衡关系用不同的形式表示：要找它们之间的关系式，先求出各关系式的系数：56直线上的任何一点，表示液相中的摩尔分率与平衡时气直线上的任何一点，表示液相中的摩尔分率与平衡时气相中的分压，根据公式：相中的分压，根据公式：Exp 求出求出E值：值：kPa4290464. 09 .19Expxfp429 :)(为5

26、7求求H值值 278K时水的密度为时水的密度为1000kg/m3ccpEMH69. 713. 0/.kPakmol/m130. 0184291000300求求m值值XXYxypEm23. 3123. 423. 423. 43 .101429总583 吸收传质速率方程式吸收传质速率方程式3-1吸收传质速率方程式及各传质系数之间的关系吸收传质速率方程式及各传质系数之间的关系ckN根据双膜理论建立数学模型根据双膜理论建立数学模型59吸收过程的推动力吸收过程的推动力界界面面气气膜膜液液膜膜气相主体气相主体液相主体液相主体ppip*=c/Hp-pip*ccic*p-p*c*=Hp吸收质在气相中的分压吸收

27、质在气相中的分压 p吸吸收收质质在在液液相相中中的的浓浓度度cci-cc*-c60)(igppkN 以物质的量浓度表示的液膜传质速率方程式和以分压表示的以物质的量浓度表示的液膜传质速率方程式和以分压表示的气膜传质速率方程式：气膜传质速率方程式：)(cckNil其中：其中：.hkmol/m.skmol/m:22或吸收传质通量Nm/hm/s:.h.kPakmol/m:kmol/m:kmol/m:kPa:kPa:233或液膜吸收传质分系数气膜吸收传质分系数界面处吸收质的浓度度液相主体中吸收质的浓界面处吸收质的分压压气相主体中吸收质的分lgiikkccpp61 总传质速率方程式总传质速率方程式:以气相

28、分压表示的总传质速率方程式以气相分压表示的总传质速率方程式:)(ppKNG以液相浓度表示的总传质速率方程式以液相浓度表示的总传质速率方程式:)(ccKNL其中其中:kmol/m:kPa:kmol/m:.h.kPakmol/m :332平衡的液相浓度与气相分压平衡的气相分压与液相浓度传质总系数为总推动力的液相吸收以气相吸收传质总系数为总传质推动力的以pccpccKppKLG62吸收传质总系数与吸收传质分系数之间的变换关系吸收传质总系数与吸收传质分系数之间的变换关系:根据亨利定律根据亨利定律:Hcp Hcpii根据双膜理论根据双膜理论:气膜和液膜传质速率方程气膜和液膜传质速率方程)(igppkN)

29、(cckNil(3式式)(4式式)(1式式)(2式式)返回返回3763将（将（1式）、（式）、（2式）代入（式）代入（4式）式）)6()()()5()()()(式式igigilililppkNppkNppHkNHpHpkcckN将（将（5式）、（式）、（6式）相加得：式）相加得：64)7()(111)()(式ppkHkNppppkNHkNgliigl以气相分压差表示的总吸收传质速率方程式为：以气相分压差表示的总吸收传质速率方程式为：)8(1)()(式GGKppppKN65 气相传质总阻力等于气膜传质阻力与液膜传质阻力之和，当气气相传质总阻力等于气膜传质阻力与液膜传质阻力之和，当气体吸收质为易溶

30、气体时，体吸收质为易溶气体时，H值很大，液膜阻力可以忽略。气膜阻力值很大，液膜阻力可以忽略。气膜阻力为传质过程中的主要阻力。为传质过程中的主要阻力。gGkK 连接glGkHkK111比较（比较（7式）、（式）、（8式）式）66将将(1式式)、（、（2式）代入（式）代入（3式）进行变换式）进行变换)6()()()5()()()(式式cckNcckNcckHNHcHckppkNililigigig将将(5式）、（式）、（6式）相加得：式）相加得：67)7()(11)()(式cckHkNcccckNkHNgliilg总传质速率方程式：总传质速率方程式：)8(1)()(式LLKccccKN68比较（比

31、较（7式）、（式）、（8式）：式）：glLkHkK11 传质总阻力等于气膜传质阻力与液膜传质阻力之和，对于溶解度传质总阻力等于气膜传质阻力与液膜传质阻力之和，对于溶解度小的体系，小的体系，H很小，气膜阻力可忽略不计。传质阻力主要在液膜。很小，气膜阻力可忽略不计。传质阻力主要在液膜。lLkK 69LGLGlgLlgGHKKKKHkkHKHkkK 1 11111比较与将70例例3-3 已知某低浓度气体服从亨利定律。其气膜吸收传已知某低浓度气体服从亨利定律。其气膜吸收传质分系数质分系数 kg =0.27kmol/m.h.atm,液膜吸收传质分系数液膜吸收传质分系数kl=0.42m/h。其平衡线方程式

32、其平衡线方程式y*=102x,试求气相吸收传质试求气相吸收传质总系数总系数KG。设吸收塔以水喷啉，塔内总压强为设吸收塔以水喷啉，塔内总压强为104.5kPa.解：根据公式：解：根据公式：HkkKlgG11171已知：已知：kg、kl、求求H00MmPH总kPa5 .104 kg/kmol18 102 kg/m1000:030总已知PMm72.h.kPakmol/m0012. 042. 000521. 010027. 011.h.kPakmol/m0027. 03 .101/27. 0.kPakmol/m00521. 0185 .1041021000 223GgKkH（统一单位）73 气气液相浓

33、度以摩尔分率表示时的传质速率方程及液相浓度以摩尔分率表示时的传质速率方程及各传质系数之间的关系。各传质系数之间的关系。气膜及液膜传质通量方程式气膜及液膜传质通量方程式传质分系数以摩尔分率表示的液膜传质分系数以摩尔分率表示的气膜:)( )( xyixiykkxxkNyykN74总传质系数以液相摩尔分率表示的总传质系数以气相摩尔分率表示的:)()(xyxyKKxxKNyyKN以摩尔分率差表示的总传质通量方程式：以摩尔分率差表示的总传质通量方程式：75根据亨利定律和双膜理论推导总系数和分系数之间的关系：根据亨利定律和双膜理论推导总系数和分系数之间的关系：yxyxxxyymKKmkkKkmkK :11

34、1 11 两式比较76以比摩尔分率表示的各传质通量的方程式：以比摩尔分率表示的各传质通量的方程式：)()(XXKNYYKNXY)()(XXkNYYkNiXiY气膜和液膜传质通量公式：气膜和液膜传质通量公式：气相和液相总传质通量公式气相和液相总传质通量公式77总传质系数和分传质系数之间的转换总传质系数和分传质系数之间的转换YXYXXXYYmKKmkkKkmkK :111 11 两式比较78 不同表示方式的吸收传质分系数不同表示方式的吸收传质分系数 之间及总系数之间之间及总系数之间的变换关系：的变换关系：气膜传质分系数之间的变换关系：气膜传质分系数之间的变换关系：总总总得PkkyykNyyPkpp

35、kNyPpgyiyigig)()()(:根据道尔顿分压定律：根据道尔顿分压定律：79根据公式根据公式:)1)(1 ( )1)(1 ( )11(1iigiiiigiigYYYYPkYYYYYYYYPkYYYYPkNYYy总总总80以比摩尔分率表示的传质通量公式以比摩尔分率表示的传质通量公式:)(iYYYkN)1)(1 ( )1)(1 ( )()1)(1 (iyigYiYiigYYkYYPkkYYkYYYYPk总总81 上式为以比摩尔分率表示的传质分系数与以分压表上式为以比摩尔分率表示的传质分系数与以分压表示的传质分系数之间的关系示的传质分系数之间的关系. 同理可得以浓度和以摩尔分率表示的传质分系

36、数之同理可得以浓度和以摩尔分率表示的传质分系数之间的关系间的关系.)()( )()( xxkxxckxcxckcckNxccixililil总总总总82)1)(1 ()1)(1 ()()1)(1 ()11( XXckXXkkXXkNXXXXkXXXXkNilixXiXiixiix总XXxckklx1 总83同理可得：同理可得：)1)(1 ()1)(1 ( YYKYYPKKygY总)1)(1 ()1)(1 (XXcKXXKKlxX总如果气液两相的浓度都很小，上式简化为：如果气液两相的浓度都很小，上式简化为：yGYKPKK总 总cKKKLxX84ygYkPkk总xlXkPkk总同理：85以各种浓度

37、在气液相中各种传质速率方程式的形式：以各种浓度在气液相中各种传质速率方程式的形式：AYYKAYYkAXXKAXXkAppKAppkAccKAcckAyyKAyykAxxKAxxkNYiYXiXGigLilyiyxix)()( )()( )()( )()( )()( )()(86对于填料吸收塔，传质面积用比表面积代替：对于填料吸收塔，传质面积用比表面积代替：VA传质速率方程式可表示为：传质速率方程式可表示为：)()()(iglilliggcppVkccVkccVkN填料的总体积传质分系数分压差表示的体积吸收气膜吸收传质推动力以系数表示的体积吸收传质分动力都以浓度差气膜和液膜吸收传质推:)()(

38、:,Vkcc、cckkgliligglc873-3吸收传质系数的确定吸收传质系数的确定1、由实验直接获得数据2、通过经验公式计算求得3、通过准数及准数关联式获得884吸收过程的物料衡算及操作线方程式吸收过程的物料衡算及操作线方程式物料衡算范围物料衡算范围吸收塔吸收塔进入衡算范围的或离开衡算范围的物料及其流量进入衡算范围的或离开衡算范围的物料及其流量进入衡算范围的物料：进入衡算范围的物料：被吸收的混合气体；吸收剂。被吸收的混合气体；吸收剂。离开衡算范围的物料：离开衡算范围的物料：被吸收以后的气体；吸收气体以后的吸收液被吸收以后的气体；吸收气体以后的吸收液接触方式：接触方式：逆流接触逆流接触89混

39、合气体混合气体吸收剂吸收剂吸收液吸收液贫气贫气90各种物料流量的表示方法：各种物料流量的表示方法：惰性气体的流量：惰性气体的流量：V(kmol/h)吸收剂的流量：吸收剂的流量：L(kmol/h)吸收质在气相中的组成：吸收质在气相中的组成：Y(kmol吸收质吸收质/kmol惰性组分）惰性组分）吸收质在液相中的组成：吸收质在液相中的组成：X（kmol吸收质吸收质/kmol吸收剂）吸收剂）塔底物料的组成用角标塔底物料的组成用角标1表示，表示，塔顶物料的组成用角标塔顶物料的组成用角标2 表示表示91Y1VX1LV Y2L X292 根据比摩尔分率的定义，可以计算出进出塔的气根据比摩尔分率的定义，可以计

40、算出进出塔的气相和液相中吸收质的量，从而对吸收塔进行物料衡算。相和液相中吸收质的量，从而对吸收塔进行物料衡算。 进入塔的混合气体中吸收质的量：进入塔的混合气体中吸收质的量：VY1 离开塔的混合气体中吸收质的量：离开塔的混合气体中吸收质的量：VY2 进入塔的液体中吸收质的量：进入塔的液体中吸收质的量： LX2 离开塔的液体中吸收质的量：离开塔的液体中吸收质的量： LX1 根据物料衡算式：根据物料衡算式： 进入的量离开的量进入的量离开的量93VY1-VY2=LX1-LX2V(Y1-Y2)=L(X1-X2)公式变换得：公式变换得：VY1+LX2=LX1+VY2结论：结论：气体中的吸收质全部进入液体中

41、了。气体中的吸收质全部进入液体中了。94 若想知道塔内任一截面上气液相的组成，可以用若想知道塔内任一截面上气液相的组成，可以用以下的方法得到：以下的方法得到： 根据物料衡算根据物料衡算,气相中失去的吸收质就是液相中得到气相中失去的吸收质就是液相中得到的的.假设塔内任一截面上气液相组成为假设塔内任一截面上气液相组成为Y、X，通过一微通过一微分段分段dz的另一截面上的气液相组成分别为的另一截面上的气液相组成分别为Y+dY、X+dX。95 ZdzY1VX1LV Y2L X2YXY+dYX+dX96( +)()dNV Y dYYL XdXXVdYLdX 经过经过dz微分段，微分段，Y是减少的，而液相与

42、气相的流动方向相是减少的，而液相与气相的流动方向相反，所以：反，所以：假设单位时间传递的物质的量为假设单位时间传递的物质的量为dN，则有：，则有：LdXVdYdXLdYVdN )()(97 稳定连续操作条件下，稳定连续操作条件下，V、L都是定值，从任一截面向都是定值，从任一截面向塔底或塔顶积分可得：塔底或塔顶积分可得：111111()()YXYXVdYLdXV YYL XXLLYXXYVV222222()()YXYXVdYLdXV YYL XXLLYXXYVV98 此两式分别为两条直线方程式，其斜率为此两式分别为两条直线方程式，其斜率为L/V。称之称之为吸收操作方程为吸收操作方程 分别将分别将

43、X1、Y1或或X2、Y2代入代入两个方程中，发现两条直线两个方程中，发现两条直线其实是一条直线其实是一条直线 根据操作线方程，我们可以了根据操作线方程，我们可以了解任一塔截面上的气液相组成。解任一塔截面上的气液相组成。YXX2X1Y2Y1YX塔底塔顶995 吸收设备的计算吸收设备的计算吸收设备的计算包括：吸收设备的计算包括：1、吸收剂用量的计算（比用量）、吸收剂用量的计算（比用量）2、塔径的计算、塔径的计算3、填料层高度的计算、填料层高度的计算吸收设备计算的基础方程吸收设备计算的基础方程1、气液相平衡关系式、气液相平衡关系式2、吸收操作线方程、吸收操作线方程3、吸收传质速率方程式、吸收传质速率

44、方程式1005-15-1吸收剂的比用量吸收剂的比用量 吸收剂的比用量吸收剂的比用量处理惰性气体处理惰性气体1kmol 所需所需吸收剂的用量吸收剂的用量kmol.也叫液气比也叫液气比L/V 根据操作线方程：根据操作线方程：)()(2121XXLYYV1012121XXYYVL V单位时间处理的物料量单位时间处理的物料量 Y1所处理的物料中吸收质的量所处理的物料中吸收质的量 Y2吸收后所要求的气相中吸收质的浓度吸收后所要求的气相中吸收质的浓度 X2进塔吸收剂中吸收质的浓度进塔吸收剂中吸收质的浓度,为已知量为已知量 X1吸收后吸收液中吸收质的浓度，由吸收液的量确定吸收后吸收液中吸收质的浓度，由吸收液

45、的量确定L/V操作线的斜率操作线的斜率102YXY2X2Y1X1*X1X1Y1*Y2*X2*103Y2Y1Y1*Y2*X2X1*X1X2*YX104结论：结论：1、液气比越大，所需吸收剂的用量越大，操作费用增加。、液气比越大，所需吸收剂的用量越大，操作费用增加。 设备尺寸较小，设备费用减少。设备尺寸较小，设备费用减少。2、液气比越小，吸收剂用量越少，操作费用减少，同时、液气比越小，吸收剂用量越少，操作费用减少，同时 推动力减小，设备尺寸增大，设备费用增加，并且有推动力减小，设备尺寸增大，设备费用增加，并且有 可能填料表面的湿润程度降低，气液接触效果降低。可能填料表面的湿润程度降低，气液接触效果

46、降低。105如何确定实际液气比：如何确定实际液气比： 1、通过与进料组成相平衡的液相浓度，求出所需的最、通过与进料组成相平衡的液相浓度，求出所需的最小液气比。小液气比。221min1)(XXYYVL12min12 ()YmXLYYYVXm如果如果106min()(1.12)()LLVV适宜 2、已知平衡关系曲线，在曲线上找到与、已知平衡关系曲线，在曲线上找到与Y1相应的点，相应的点，即可求出最小液气比。即可求出最小液气比。107例3-4脱苯焦炉气Y2新鲜洗油含苯洗油 脱苯洗油含苯气Y1X1X2水蒸气Y1X2含苯水蒸气Y2X1X1X2108已知焦炉气量=kmol/h 0 .433 .1014 .

47、1062982734 .221000惰性气体的量V=43（1-0.020）=42.1kmol/h将摩尔分率换算成比摩尔分率kmol/kmol005. 0005. 01005. 0kmol/kmol00102. 0)95. 01 (0204. 0kmol/kmol0204. 002. 0102. 0221洗油苯惰性组分苯惰性组分苯XYY根据平衡关系式可求出液相的最大平衡浓度为:1090.2150 0204. 0113. 0)0204. 01 (0204. 0 )1 (1YmYYX根据操作线方程根据操作线方程:)()(2121XXLYYV得得:1105.8kmol/h3.91.5 :kmol/h

48、9 . 3 005. 02150. 0)00102. 002040(142 )(2121minL.XXYYVL实际用量111吸收塔塔底出口吸收液的浓度为吸收塔塔底出口吸收液的浓度为:)/Kmol()0.14Kmol( 8 . 5)00102. 00204. 0(1 .42 )(2211洗油苯XLYYVX 由于与由于与Y1相交的液相的平衡点不在平衡线上所以相交的液相的平衡点不在平衡线上所以,以上计以上计算是不准确的算是不准确的.必须通过作图的方法求解必须通过作图的方法求解.112作图作图:1、根据平衡关系式作平衡曲线、根据平衡关系式作平衡曲线2、通过（、通过（X2、Y2）作平衡线的切线作平衡线的

49、切线3、根据、根据Y1与切线的交点，找出相应的与切线的交点，找出相应的X113Y2Y1X2X1*1141156.6kmol/h4.41.5 :kmol/h 4 . 4 005. 019. 0)00102. 002040(142 )(2121minL.XXYYVL实际用量116对于解吸塔:)(0 005.013.0 Kmol/h6612112水蒸气中不含苯YXXXXL:)16. 31 (116. 3 :得根据平衡关系式XXY117kmol/h 1 . 25 . 14 . 1 :kmol/h 4 . 1 063. 0)005. 014. 0(6 . 6)( 63. 014. 016. 2114.

50、016. 3 1221min2VYYXXLVY实际用量 同样同样,这一结果也是不准确的这一结果也是不准确的.118作图：作图：1、根据解吸塔的平衡关系式作平衡曲线。、根据解吸塔的平衡关系式作平衡曲线。2、通过点（、通过点（X1、Y1）作平衡曲线的切线。作平衡曲线的切线。3、根据、根据X2找出找出Y2*119X1X2Y2*Y1Y2*120121kmol/h 6 . 25 . 17 . 1 :kmol/h 7 . 1 049. 0)005. 013. 0(6 . 6)( 1221minVYYXXLV实际水蒸气耗用量49. 0Y1225-2 吸收塔塔径的确定 生产任务确定以后，先对不同型式的填料塔求

51、出出现生产任务确定以后，先对不同型式的填料塔求出出现液泛的空塔速度，实际空塔速度是液泛速度的液泛的空塔速度，实际空塔速度是液泛速度的60%60% 80%,80%,然后按照求管道直径的方法求塔的直径。然后按照求管道直径的方法求塔的直径。液泛速度的求值方法液泛速度的求值方法123m4 :)8 . 06 . 0( )()(75. 1lg 31412 . 03wVDwwVLAgwflgllgf塔径的求值公式1245-3吸收塔填料层高度的计算吸收塔填料层高度的计算填料层高度的基本计算方程式填料层高度的基本计算方程式 1、吸收传质速率方程式、吸收传质速率方程式 2、物料衡算式、物料衡算式125吸收传质速率

52、方程式的微分式吸收传质速率方程式的微分式dAYYKdNY)(以气相浓度表示的传质速率方程式以气相浓度表示的传质速率方程式以液相浓度表示的传质速度方程式以液相浓度表示的传质速度方程式dAXXKdNX)(物料衡算式的微分式物料衡算式的微分式LdXVdYdN126结合两式可得以下各式结合两式可得以下各式dALKXXdXdAXXKLdXdAVKYYdYdAYYKVdYXXYY)()( 在同一塔中和一定的操作条件下，在同一塔中和一定的操作条件下，KY、KX为定值，沿为定值，沿全部面积进行积分得：全部面积进行积分得：127VAKYYdYYYY12LAKXXdXXXX12接触表面积可通过下式进行计算：接触表

53、面积可通过下式进行计算： HA128将此式代入以上两式：将此式代入以上两式：1212YYYXXXYYdYKVXXdXKLH3222/mmmkmol/h,.hkmol/mVL、KKYX129 XXLVmKK、传质单元高度传质单元数无因次YYdY传质单元数与传质单元高度的计算方法传质单元数与传质单元高度的计算方法130令令: 1212 OGYYOGYOLXXOLXNYYdYHKVNXXdXHKLOGOGOLOLNHNHH 131传质单元数的计算方法传质单元数的计算方法: (1)图解积分法图解积分法: （适用于一般情况）（适用于一般情况）OGYYNYYdY12根据平衡关系式在根据平衡关系式在Y-X图

54、中作出平衡线和操作线图中作出平衡线和操作线:1321、建立直角坐标系、建立直角坐标系2、根据平衡关系式作平衡曲线、根据平衡关系式作平衡曲线3、找出点（、找出点（X2、Y2）4、根据液气比确定斜率根据液气比确定斜率5、找出、找出Y1点点6、在、在Y1、Y2之间逐步找出之间逐步找出Y对对Y*的值的值7、以、以Y对对1/（Y-Y*）作图作图133YXX2Y2Y1YY*134YY1YY=Y1Y=Y2根据曲线下面的面积求出传质单元数根据曲线下面的面积求出传质单元数135（2）对数平均浓度差法）对数平均浓度差法(解析法解析法) （适用于吸收平衡关系服从亨利定律的情况）（适用于吸收平衡关系服从亨利定律的情况

55、）22 112221112121 lnmXYmXYYYYYYYYYYYYYYm136对数平均浓度差法的推导过程对数平均浓度差法的推导过程:1、物料衡算、物料衡算LdXVdYdN2、亨利定律：、亨利定律：mdXdYmXY 根据物料衡算式：根据物料衡算式：dNVdY1dNLdX1137根据亨利定律：根据亨利定律：dNLmdY )()1()( )1()(式ALmVYYddNdNLmVYYddYdY138以气相浓度差为推动力的传质速率方程式为：以气相浓度差为推动力的传质速率方程式为：)()(式BdAYYKdNY将将A式代入式代入B式得式得:dAYYKLmVYYdY)()1()(139)()1(ln)1

56、()(12211012式CALmVKYYYYdALmVKYYdYYYAYYY分离变量积分：分离变量积分：140对全塔进行物料衡算：对全塔进行物料衡算：)()()(1)()()(1 )(21212121212121式DNYYYYLmVNYYLmmYmYLXXLNNYYVYYVN141AYKAYYYYKAYYYYYYYYKNANYYYYKYYYYmYYYY ln )ln)()()()(ln21212211212121212211将将D式代入式代入C式得：式得：142同理可得：同理可得：2121lnYYYYYm2121lnXXXXXm将上式与将上式与比较或 )( )(2121XXLNYYVN1431

57、212212121212121 : )( )(XXmYYmmXmYmXmXmYmYXXdXXXXYYdYYYYXXXKLYYYKVHHXKAXKXXLHYKAYKYYV得或144（3）吸收因数法：）吸收因数法： （适用于平衡线为直线，（适用于平衡线为直线，X很小，甚至趋于零。）很小，甚至趋于零。）首先在塔任意截面与塔顶之间作物料衡算：首先在塔任意截面与塔顶之间作物料衡算：2222)( :)()( XYYLVXXXLYYV得145将此式代入根据亨利定律 )( :22XYYLVmY:12得YYOGYYdYN146)- ( 1 :)- ()1 ( )(2222221212YLmVmXBLVmAYLm

58、VmXLVmYdYXYYLVmYdYNYYYYOG令147BAYBAYABAYBAYdABAYdYNYYYYOG. 21ln1 )(11212148222221)1 ()1 (ln11mXYLmVLmVYmXYLmVLmVYLmVNOG在上式对数项的分子中加入在上式对数项的分子中加入2222XLVmXLVm149并令：并令：ALmV1得：得：1)(11ln(1112221AmXYmXYAANOG1501)11ln(111 :,0 212AYYAANXOG上式变为时当)( 2212221很小气体进出口浓度之比XYYmXYmXY其值越大，吸收越完全进行绘图与按上式对为参变数以在半对数坐标上2221

59、, mXYmXYNLmVOG151484440363228242016128041 10 100 1000 10000 2221mXYmXYNOGLmV0.10.20.30.40.50.60.70.80.90.951.0152则称之为吸收因子其倒数称之为解吸因子所以即解吸越容易越不利于吸收值越大即填料塔越高值越大值越大ALmVLmVNLmVOG, 153 例例3-5 用纯水作吸收剂，在常压、用纯水作吸收剂，在常压、273K下，吸收混下，吸收混合气体中的甲醇，处理混合气量为合气体中的甲醇，处理混合气量为3600m3/h其中甲醇每立其中甲醇每立方米含方米含25g(其它均可认为是惰性组分），甲醇的吸

60、收率要求其它均可认为是惰性组分），甲醇的吸收率要求达到达到90%，吸收剂用量为最小液气比的，吸收剂用量为最小液气比的130%，并已知在当时，并已知在当时条件下甲醇在水中的溶解度呈直线关系，其方程式为：条件下甲醇在水中的溶解度呈直线关系，其方程式为：水kmol甲醇kmol15. 1惰性组性kmol甲kmolXY醇求：吸收用水量为多少求：吸收用水量为多少 吨吨/小时小时 ？吸收所需传质单元数为多少？吸收所需传质单元数为多少？154（1）计算气相组成）计算气相组成 由题意知，每立方米混合气中含甲醇由题意知，每立方米混合气中含甲醇25克，而甲醇的克，而甲醇的摩尔质量为摩尔质量为32克，所以每立方米混合