化工原理第五章吸收(传质理论之一)超详细讲解

1、 第五章第五章 吸收（传质理论之一）吸收（传质理论之一）1 概述概述 一、一、 传质：传质：物质从一相转移到另一相的过程。物质从一相转移到另一相的过程。 如：如：吸收吸收、蒸馏蒸馏、萃取、结晶、吸附、蒸发、萃取、结晶、吸附、蒸发、干燥、冷冻、升华、凝华等。干燥、冷冻、升华、凝华等。二、吸收：二、吸收：用某种液体用某种液体(吸收剂吸收剂S)处理气体处理气体混合物，使其中某个目标组分混合物，使其中某个目标组分(吸收质吸收质A)得得到分离的过程，不能被吸收的组分统称为到分离的过程，不能被吸收的组分统称为惰性惰性组分组分B。 吸收吸收 解吸解吸 互为逆过程。互为逆过程。三、吸收的应用：三、吸收的应用：

2、制取产品，净化气体，回收有用组分。制取产品，净化气体，回收有用组分。四、吸收分类：四、吸收分类：利用混合气体中各组分利用混合气体中各组分溶解度的差异溶解度的差异分离气体分离气体物理吸收物理吸收:特点：弱结合、游离、特点：弱结合、游离、可逆、易解吸可逆、易解吸 速率：速率：g l扩散速率扩散速率 极限：达极限：达g l相平衡相平衡化学吸收：化学吸收：AS发生化学反应而分离气体发生化学反应而分离气体特点：强结合，不可逆特点：强结合，不可逆 速率：反应或扩散速率速率：反应或扩散速率 极限：化学平衡极限：化学平衡(本章只讨论物理吸收本章只讨论物理吸收)五、吸收流程：五、吸收流程： 在连续操作的立式吸收

3、塔中，气在连续操作的立式吸收塔中，气，液，液逆流逆流接触接触进行传质。进行传质。3 要分离和要分离和回收回收A：则采用：则采用吸收吸收解吸解吸 联合流程。联合流程。1 要使气相中要使气相中A被吸收完被吸收完全全-净化气体净化气体：则采用：则采用单程单程(单塔或多塔单塔或多塔)吸吸收收。2 希望液相希望液相A的浓度高的浓度高-制取产品制取产品：则采用液：则采用液相相循环吸收循环吸收。吸收吸收 解吸解吸 联合流程联合流程喷淋塔：喷淋塔： 气相连续气相连续 液膜塔液膜塔(填料塔填料塔)：气相连续：气相连续鼓泡塔：鼓泡塔： 液相连续液相连续4 吸收塔吸收塔（1）喷淋塔）喷淋塔（2）填料塔）填料塔（3）

4、鼓泡塔）鼓泡塔六、吸收剂的选取原则：六、吸收剂的选取原则： 高选择性、高选择性、 低蒸气压、低蒸气压、 低粘度、低粘度、 低价格、低价格、 无毒无污染。无毒无污染。七、要解决的问题：七、要解决的问题： 1. 吸收极限相平衡理论 2. 吸收速率双膜理论。 3. 填料塔吸收面积的计算填料塔吸收面积的计算。 4. 强化吸收的途径。八、常见的吸收体系溶解度八、常见的吸收体系溶解度易溶：易溶：NH3, SO3, NO2, HClH2O中等：中等： SO2 , Cl2 , H2S H2O 难溶：难溶：O2, H2, CO, CO2 H2O 2 吸收相平衡吸收相平衡 当物理吸收达到两相平衡当物理吸收达到两相

5、平衡A(g) A(l)时，溶质时，溶质A在气液两相中的浓度不变，且服从在气液两相中的浓度不变，且服从亨利定律亨利定律关系。关系。NA(gl)=NA(lg) (NAmolA/molS)亨利定律：亨利定律：在温度一定、总压不太高在温度一定、总压不太高(5 atm)时时, 大多数中等或难溶体系大多数中等或难溶体系吸收平衡时的液相浓度吸收平衡时的液相浓度与与其气相分压成正比气相分压成正比。气液两相浓度有多种表示法，气液两相浓度有多种表示法，亨利定律有多种形式。亨利定律有多种形式。1、 以以pA xA表示的亨利定律表示的亨利定律 pA*=E xA 或或 xA*=pA/ E 即即 xA*pA pA*A的的

6、气相平衡分压气相平衡分压(与浓度为与浓度为xA的液相平衡的液相平衡)， xA液相液相A的摩尔分数的摩尔分数 (实际浓度实际浓度)。 xA*A的的液相平衡浓度液相平衡浓度(与分压为与分压为pA的气相平衡的气相平衡)， pA气相气相A的分压的分压 (实际浓度实际浓度) 。 E亨利系数亨利系数Pa或或atm, E, xA*, 即吸收体系的即吸收体系的亨利系数亨利系数越大越大, 气体越难溶气体越难溶。附表九可查。附表九可查E值。值。2 、 以以pA CA表示的亨利定律表示的亨利定律 p*A= CA/ H 或或 C*A= H pA 即即 C*A pA CA液相液相A的物质的量浓度的物质的量浓度(实际浓度

7、实际浓度)kmol/m3 （ CA = nA /V ）. C*A液相液相A的平衡浓度的平衡浓度(与分压为与分压为pA的气相平衡的气相平衡) H溶解度系数溶解度系数kmol/(m3*Pa) or kmol/(m3*atm), H, CA*,即即吸收体系的吸收体系的溶解度系数越大，气体越易溶溶解度系数越大，气体越易溶。 对一定的吸收体系对一定的吸收体系(质质A，剂，剂S确定确定)，E和和H为常数，都反映为常数，都反映A在在S中的溶解度大小。中的溶解度大小。EH关系？先找关系？先找CAxA关系：关系：即即E1/ H ，E，H，气体在该吸收剂中越难溶。，气体在该吸收剂中越难溶。xACA关系：关系：AA

8、SSAAExxHMHCp=*-3 、 以以yA xA表示的亨利定律表示的亨利定律A的气相摩尔分数的气相摩尔分数 yA=pA/p总总 = nA/ n总总 y*A=p*A/P=(ExA)/P=mxA 或或 x*A= yA/m 即即 x*AyA m=E/P相平衡系数相平衡系数(无因次无因次)，E, m,气体越难溶气体越难溶。例例5-1解：空气解：空气-水体系，已知水体系，已知p空气空气=P总总和和E，求液相平衡浓度，求液相平衡浓度(以以x*A 和和cm3/100g水溶液表示水溶液表示)x*A=pA/E=101325/6.73*109=1.51*10-5 (mol空气空气/mol水水) 即水中空气含量

9、即水中空气含量0.00151 mol空气空气/100 mol H2O即即100mol(1800g)水中含空气水中含空气0.00151mol 0.0015*22.4*103cm3=33.6 cm3(标态标态)故水中空气含量故水中空气含量33.6 cm3/1800g=1.86(标态标态) cm3/100g水水例例5-2解：解：SO2-水体系水体系,20时溶液的浓度为时溶液的浓度为2.5%(质量百分比质量百分比),求气相求气相SO2的的平衡分压平衡分压,查附表九知：查附表九知：E= 0.36107 Pa，将质量百分比将质量百分比xA 。p*A=ExA=0.36*107*0.00716=25.78 k

10、Pa 例例5-3：含含NH320%(yA1)的的NH3-空气混合气体空气混合气体100m3, 用水恒温吸收至混合体中含氨用水恒温吸收至混合体中含氨5%(yA2),求求NH3被吸收被吸收的体积。的体积。 解：由于吸收前后混合气体总体积变化，以吸收前解：由于吸收前后混合气体总体积变化，以吸收前混合气体总体积混合气体总体积100m3为基准计算：为基准计算：VNH3吸收吸收=VNH3前前-VNH3后后吸收前：吸收前：VNH3前前=V总前总前*20 %(yA1)=100*20% = 20 m3 吸收后：吸收后：VNH3后后=V总后总后(无法求得无法求得)*5% (yA2)而而: VB =V空气空气=10

11、0-20 =80 m3 (吸收前后吸收前后VB不变不变) VNH3后后=VB*(VNH3后后/VB) 若能求出若能求出每份惰性组分空气含每份惰性组分空气含NH3的分数的分数VNH3残残/ V空气空气，则则吸收后残存的吸收后残存的VNH3残残可求可求。 而而 VNH3后后/ V空气空气= (VNH3残残/V后总后总)/ (V空气空气/V后总后总)=yA2/ yB2 =yA2/(1-yA2)=5%/(1-5%)=5/95 (份份NH3/份空气份空气) VNH3后后=5/95*80=4.2 m3 VNH3吸收吸收=20-4.2=15.8m3 上例中利用惰性气体量在吸收前后不变的特点，求出上例中利用惰

12、性气体量在吸收前后不变的特点，求出吸收后吸收后惰性气体中吸收质惰性气体中吸收质A的含量分率的含量分率，再乘以惰气的量，再乘以惰气的量(vB-m3B, or nB-molB)，即可求吸收后气体中残存，即可求吸收后气体中残存A的量，的量，进而求进而求A被吸收的量。被吸收的量。惰性气体惰性气体B中吸收质中吸收质A的含量分率：的含量分率：吸收前吸收前1：nA1/nB=(nA1/n总总1)/(nB/n总总1)= yA1/yB1 =YA1 = yA1/(1-yA1) 吸收后吸收后2：nA2/nB=(nA2/n总总2)/(nB/n总总2)= yA2 /yB2 =YA2 = yA2/(1-yA2)由此提示我们

13、：由此提示我们：要求要求A被吸收的量，要用到被吸收的量，要用到A在惰性气体在惰性气体B中中A的含量分率的含量分率yA/yB，令为令为YA。 定义：定义： YA 摩尔比摩尔比/比摩尔分数比摩尔分数(率率)上例用比摩尔分率计算：上例用比摩尔分率计算： VNH3VB(YA1-YA2) 吸收前：吸收前： YA1= yA1/yB2=yA1/(1-yA1 )=0.2/0.8=0.25 吸收后：吸收后：YA2=yA2/yB2=yA2/(1-yA2)=0.05/0.95=0.053 被吸收被吸收NH3的体积：的体积： VNH380*(0.25-0.053) =15.8 m3 YA:每每mol惰气中所含惰气中所

14、含A的的mol数。起始时数。起始时-YA1,终了时终了时-YA24 、 以以YAXA比摩尔分率表示的亨利定律比摩尔分率表示的亨利定律XA：每：每mol吸收剂中所含吸收剂中所含A的的mol数。吸收从数。吸收从XA1XA2即:AAAAAAXXxxxX11 11AAAAAAyYYyyYAAAAAAAAAAAmXYmXYmXXYXmXYY*)1 ()1 (11AAAAAAAAAmXXmmXYmXYmXXY 稀溶液)1 (1)1 (*或:YA*=mXAXA*=YA/m 由由y*A=mxA得：得：注意：注意：1 吸收达平衡时：吸收达平衡时：YA*=mXA或或 XA*= YA/m，但两方程的意，但两方程的意

15、 义不同，义不同，YA*与与YA不同。不同。2 yA=nA/nT YA=yA/yB=nA/nB xA=nA/nT XA=xA/xS=nA/nS 3 溶解度溶解度 mAg(A)/100g(S) xA、CA、XA与与mA的关系：的关系： xA= nA/ nT= (mA/MA)/( mA/MA+100/MS) XA=nA / nS= (mA/MA)/(100/MS) CA= nA/VT= T（溶液）（溶液） mA/(100+mA)/MA kmol/m3 4 长期放置的吸收体系是平衡体系，在平衡体系中引入气长期放置的吸收体系是平衡体系，在平衡体系中引入气 体或溶液体或溶液, 平衡将被破坏平衡将被破坏,

16、 可能再吸收可能再吸收(pAp*A或或xAx*A) , 也可能解吸也可能解吸(pAx*A)。例例5-4 已知总压已知总压P=101.325 kPa及及 PAmA (mAg(A)/1000g(S)的的关系，求关系，求YAXA关系：关系： 解：先转变成解：先转变成 yAxA关系：关系： yA=nA/n总总= pA/ p xA=nA/n总总=(mA/MA)/( mA/MA+1000/MS) 再转化成再转化成YAXA关系：关系： YA= yA/(1- yA) XA= xA/ (1- xA)亦可直接求：亦可直接求： YA=pA/pB=pA/ (pT-pA ) XA=nA/nS=(mA/MA)/ (100

17、0/MS)作业：作业：P185 7练习：练习：P185 65-3 吸收速率吸收速率 吸收速率决定吸收达到平衡的时间，决定吸收操作的吸收速率决定吸收达到平衡的时间，决定吸收操作的生产强度，是吸收设备选型和设备设计的重要依据。生产强度，是吸收设备选型和设备设计的重要依据。二、扩散二、扩散1、分子扩散：物质以、分子扩散：物质以分子热运动方式分子热运动方式穿过穿过静止或滞流流静止或滞流流体体的传递过程的传递过程特点：传递速率慢。特点：传递速率慢。2 、对流扩散：物质以、对流扩散：物质以相对运动方式相对运动方式穿过穿过湍流流体湍流流体的传递的传递过程过程特点：传递速率快。特点：传递速率快。一、吸收速率定

18、义：一、吸收速率定义：NA= dnA/d 对于对于稳定吸收稳定吸收过程：过程：NA=nA/ mol(A)/s 吸收过程是物质的相转移过程，通过吸收过程是物质的相转移过程，通过扩散扩散方式进行。方式进行。三、费克分子扩散定律三、费克分子扩散定律 如图如图:AAACADNAACAN 单位时间内穿过面积为单位时间内穿过面积为A，厚度为，厚度为的扩散层的吸收质的扩散层的吸收质A的物质的量的物质的量D扩散系数扩散系数 m2/s 322Nmol m mmACs mmols分子扩散模型分子扩散模型四、吸收机理四、吸收机理双膜理论双膜理论实际吸收过程一般在喷淋塔、填料塔、鼓泡塔中进实际吸收过程一般在喷淋塔、填

19、料塔、鼓泡塔中进行。无论采用那种吸收塔，吸收过程都存在气行。无论采用那种吸收塔，吸收过程都存在气液相界液相界面，面，类比间壁传热类比间壁传热提出了提出了双膜理论双膜理论以导出吸收速率。以导出吸收速率。 如图：如图：1 气液气液两相主体两相主体因湍流使因湍流使A以对流扩散方式传递以对流扩散方式传递，传递，传递速率快速率快, 浓度一致，浓度一致，忽略忽略湍流主体中对流扩散的湍流主体中对流扩散的阻力阻力。2 相相界面两侧存在滞流的气膜和液膜，双膜中界面两侧存在滞流的气膜和液膜，双膜中A以分子以分子扩散方式传递扩散方式传递，传递速率慢，浓度下降很快，整个传，传递速率慢，浓度下降很快，整个传质过程的阻力

20、全部集中在双膜中。质过程的阻力全部集中在双膜中。3 到达到达相界面相界面的的A能能无阻无阻力力地瞬时溶于液相，且地瞬时溶于液相，且界面上气液两相达平衡界面上气液两相达平衡, 即：即：pi = ci / H 。双膜理论要点：双膜理论要点：将对流给热将对流给热视为视为壁壁附近滞流层的附近滞流层的热传热传导过程导过程付立叶定付立叶定律律将吸收将吸收视为视为A穿过相界面附穿过相界面附近滞流双膜的近滞流双膜的分子扩散过分子扩散过程程费克定律费克定律传热过程传热过程吸收过程吸收过程理论理论实质实质()()()giBglASiSlD PA ppRTpDA CND CCA CCC 1122()()TwTtwt

21、A TtA tA tt 1-高温流体传热膜高温流体传热膜(分分)系数系数2-低温流体传热膜低温流体传热膜(分分)系数系数kg-气膜吸收分系数气膜吸收分系数kl -液膜吸收分系数液膜吸收分系数五、费克分子扩散定律的应用五、费克分子扩散定律的应用当当A分子通过分子热运动的碰撞而传递时，其传递速率：分子通过分子热运动的碰撞而传递时，其传递速率：g ,l 气膜、液膜厚度气膜、液膜厚度, 由于在膜层中有部分对流传质由于在膜层中有部分对流传质, 真正的真正的分子扩散距离分子扩散距离g, l。对气膜：用对气膜：用pB/pT对对g加以较正：加以较正：()BgggAiggBpPD A pD PNA ppRTRT

22、p=kgA(p-pi)BgggpRTPDkTTkg-气膜吸收分系数气膜吸收分系数对液膜：用对液膜：用CS /(CA+CS)=CS /CT 对对l 加以较正：加以较正：= ()SSllSATlAlTiSlSlTCCCCCDA CDCNACCCCC=klA(Ci-C)SlTllCCDk所以，可用界面附近气膜中的扩散速率：所以，可用界面附近气膜中的扩散速率：NA=kgA(p-pi)或液膜中的扩散速率：或液膜中的扩散速率：NA=klA(Ci-C) 计算吸收速率。计算吸收速率。kl -液膜吸收分系数液膜吸收分系数作业：作业：P185 12、13 kg、ky分别以分压分别以分压pA、气相摩尔分率、气相摩尔

23、分率 yA 表示的表示的气膜吸收分系气膜吸收分系数数。 2 液膜液膜吸收吸收分速率方程分速率方程 kl、kx分别以物质的量浓度分别以物质的量浓度cA 、摩尔分数、摩尔分数xA表示的表示的液膜吸收分液膜吸收分系数系数。六、吸收速率方程六、吸收速率方程1 气膜气膜吸收吸收分速率方程分速率方程或表示为或表示为:或表示为：或表示为：)(k)(k)(kyggiiTiAyyAyyApppANky=kgpT3 气相气相吸收吸收总速率方程总速率方程pi、Ci 、yi、xi 难求难求,设设法消去法消去p-pi 气相主体与界面上气相主体与界面上A的分压差。的分压差。ci-c 界面上与液相主体中界面上与液相主体中A

24、的浓度差。的浓度差。 吸收过程中，气相浓度吸收过程中，气相浓度，用某处的实际分压与该气相能下，用某处的实际分压与该气相能下降到的最低值之差表示推动力，而气相所能降到的最低分压是与降到的最低值之差表示推动力，而气相所能降到的最低分压是与该气相相接触的液相达平衡的平衡分压该气相相接触的液相达平衡的平衡分压pA*。NA=kgA(p-pi)=klA(ci-c)=klAH(pi-p)HHHHp*是与液相主体浓度是与液相主体浓度C平衡的分压平衡的分压 KG, Ky, KY -以分压以分压,摩尔分率摩尔分率yA,比摩尔分率比摩尔分率YA表示推动力的表示推动力的气相吸收总系数气相吸收总系数。1/KG = 1/

25、kg + 1/klHTTTTT4 液相液相吸收吸收总速率方程总速率方程KL,Kx,KX以以c, x, X表示推动力的表示推动力的液相吸总系数液相吸总系数。AENccccAEccAppANgAiiliigAk)(k/ )(k)(kgANccAilk）（lgk1kEANccAllAKccAccAKEccAN/1k/1k/lg）（）（）（HHHHH注意：注意：以不同浓度表示推动力，其数值和单位各不以不同浓度表示推动力，其数值和单位各不相同，但相同，但NA总是相同的，单位总是相同的，单位molA/s，通过，通过K、k (吸收总系数和分系数吸收总系数和分系数)来调节来调节NA的数值和单位。的数值和单位。

26、七、强化传质吸收的途径和措施七、强化传质吸收的途径和措施 吸收速率吸收速率 NA=KA即：即：总阻力总阻力=气膜阻力气膜阻力+液膜阻力液膜阻力1/KG=1/kg+1/klH1/KL=H/kg+1/klKG/KL=HHHH1、提高、提高K值值H对对难溶体系难溶体系：H小，小，m大，大， 则：则： 1/KL 1/kl，1/Kx1/kx 即：即：总阻力总阻力液膜阻力液膜阻力液膜控制液膜控制 应选用鼓泡塔吸收应选用鼓泡塔吸收，以搅拌液体，使液膜阻力，以搅拌液体，使液膜阻力。 又又k1/，故，故加大气液两相的相对速度加大气液两相的相对速度，Re，k，亦可提高，亦可提高K值。值。对对易溶体系易溶体系： H

27、大，大，m小，小， 则：则： 1/KG1/kg，1/Ky1/ky 即：即：总阻力总阻力气膜阻力气膜阻力气膜控制气膜控制 应选用填料塔或喷淋塔吸收应选用填料塔或喷淋塔吸收，以搅拌气体，使，以搅拌气体，使气膜阻力气膜阻力。1/KG=1/kg+1/klH3 增大气液接触面积增大气液接触面积A、增大气液两相的分散度增大气液两相的分散度。、开发和采用开发和采用比表面积比表面积（m2/m3）大的填料大的填料。2 增大吸收推动力增大吸收推动力 采用逆流吸收采用逆流吸收。 若若=y-y* or: =Y-Y* y和和Y恒定，可减小恒定，可减小y*、Y* y*= mx, Y*= m X， 增大吸收剂用量增大吸收剂

28、用量，则，则x和和X，y*和和Y*都都，。 又又 m=E/P=S/PHMS P; 使用使用MS大的吸收剂大的吸收剂，可使，可使m, ； T，H，m，。P169规整填料：规整填料： 要求完成一定吸收任务要求完成一定吸收任务所需传质面积所需传质面积A，要用要用NA=KA，先求：先求：NA、K、(Y-Y*) X。一、填料塔的物料衡算式一、填料塔的物料衡算式操作线方程操作线方程 如图：如图：GmolB/s情性气体的摩尔流量情性气体的摩尔流量 （工艺条件所确定）（工艺条件所确定） LmolS/s吸收剂的摩尔流量吸收剂的摩尔流量(人为确定人为确定)在稳定吸收过程中：对全塔进行物料衡算得：在稳定吸收过程中：

29、对全塔进行物料衡算得： NA=G(Y1-Y2)=L(X1-X2) .(1) 可求可求NA 式中：式中：G, Y1, Y2, X2，均为定值，只，均为定值，只X1和和L变。变。 从从塔顶塔顶至至任一截面任一截面M-M作物料衡算得：作物料衡算得：54 填料吸收塔的计算填料吸收塔的计算 上式是上式是一条直线方程一条直线方程, 在在YX相图相图上为一直线上为一直线, 两端点为两端点为(X1,Y1), (X2,Y2) 。斜率。斜率L/G液气比。液气比。 由于由于(X1,Y1), (X2,Y2)分别是塔底和塔顶的气液相实际组分别是塔底和塔顶的气液相实际组成，所以，成，所以，直线上任意一点的坐标都表示塔中某

30、一截面上直线上任意一点的坐标都表示塔中某一截面上实际的气液组成实际的气液组成操作线方程操作线方程。二、二、L/GX1关系关系 将吸收体系的将吸收体系的相平衡线相平衡线与与操作线操作线，绘在同一，绘在同一XY相图上相图上平衡线：平衡线：操作线：操作线：(过过(X1, Y1)，(X2, Y2)两点两点)气相推动力气相推动力Y-Y*塔顶塔顶 Y2-Y2*;塔底塔底Y1-Y1* XYX1液相推动力液相推动力X*-X 塔顶塔顶X2*-X2 塔底塔底X1*-X1, 实际上仅由实际上仅由 L 决定：决定：L,L/G, 图图, , X1; L, L/G,图中图中, ，X1 。即：吸收推动力大小取决于吸收推动力

31、大小取决于操作线偏离平衡线的程度操作线偏离平衡线的程度，由，由 操作线斜率操作线斜率 L/G 确定。确定。是操作线到平衡线是操作线到平衡线的的纵向距离纵向距离， 从Y2Y1。是平衡线到操作线是平衡线到操作线的的横向距离，从横向距离，从X2X1。对操作线方程变形有：对操作线方程变形有： 式中式中G, Y1, Y2, X2, 均由工艺条件确定均由工艺条件确定, 只有只有X1L变。变。 2、L，L/G ，图中线，图中线Y1、X1都都，但，但X1 1、L, L/G ,图中线图中线Y1 ，X1都都，但，但X1 。三、吸收剂用量三、吸收剂用量L的确定的确定即：即：X1 和和由由 L而定而定，如何确定如何确

32、定L？当当X1=X1*时：时：L=LM最小吸收剂用量，最小吸收剂用量， LM/G最小液气比最小液气比 (图中线图中线) 。 3、L再再，L/G再再 ，操作，操作线与平衡线相交线与平衡线相交(切切)，则，则X1 到到X1*(=Y1/m) , 达最大达最大值值; 而而 L下降到下降到(Lmin=)LM。 4、L再再 , 则则: 不到塔底不到塔底, 气液已达平衡气液已达平衡X1=X1*, 塔下塔下部无用。即：部无用。即：即： 而而X1*=Y1/m，Y1、Y2、X2、G、 m已知，所以已知，所以LM 或或 LM/G 可求可求。实际吸收剂用量实际吸收剂用量四、液相出口浓度四、液相出口浓度X1的计算的计算

33、知知 L可求可求X1。求求X1和和L步骤小结：步骤小结：据：据：或：1 求求2 求求X1*： X1*=Y1/m 而而m=E/P=CT/PH=S/MSPH 或：或： 据据Y1到平衡线上查得到平衡线上查得X1* (只有气液平衡数据只有气液平衡数据)。若qv混合气体体积流量m3/h，则：)/(36004 .22)-1 (=001skmolBPPTTyqGvTTTT3 求最小液气比求最小液气比 LM/G：4 求实际液气比求实际液气比L/G： L/G=(1.22.0)LM/G 求吸收剂用量：求吸收剂用量：L= L/G*G=(1.22.0)LM/G*G5 求求X1： 据据可求可求X1。若不需求若不需求Lm

34、olS/s，可据，可据P161 例5-5 、例5-6下式求下式求X1。作业：作业：P186 18 (Y*=26.7X) 五、吸收推动力五、吸收推动力的计算的计算由前面的讨论知：由前面的讨论知： NA=KYA(Y-Y*)=KXA(X*-X)塔底处气液两相推动力：塔底处气液两相推动力：Y1=Y1-Y1* 和和 X1=X1*-X1塔顶处气液两相推动力：塔顶处气液两相推动力：Y2=Y2-Y2* 和和 X2=X2*-X2 类似于求类似于求tm= (Tt )m，先找先找 d(T-t) dA关系，找关系，找d(Y-Y*)dA，然后积分。，然后积分。 (Y1-Y1*)(Y2-Y2*) (X1*-X1)(X2*

35、-X2)故须取故须取平均值平均值，对服从亨利定律对服从亨利定律的吸收体系：的吸收体系：以以(Y-Y*)为例求：为例求： (Y-Y*)m= YmX1Y2X2Y1如图：在吸收塔中取一微元高度如图：在吸收塔中取一微元高度dH，dH内填料的表面积内填料的表面积dA, 在在dH内作物料衡算内作物料衡算：衡算方向：塔顶：衡算方向：塔顶塔底塔底( 浓度浓度 )底底底底顶顶上式积分得：*1()()()Ymd YYKYYdAGL1122112211ln()TtKATtM CpM Cp*11*221ln()YYYmK AYYGL对应代入上式得：代入上式得：注意：注意： 1表示塔底的脚标，表示塔底的脚标，2表示塔顶

36、的脚标。表示塔顶的脚标。 计算计算Ym时，时，Y1, Y2, m, X2 ,Y2* 易求易求, 关键在于关键在于 求求Y1*，要，要 求求Y1* X1L/GLM/GX1*Y1。 计算计算Xm时时, X1*=Y1/m, X2*=Y2/m, X2=x2/1-x2 易求，关键在于求易求，关键在于求X1，求法同上。，求法同上。或直接用公式求：或直接用公式求：1 以气相浓度表示的计算式：以气相浓度表示的计算式： 又又A=H填料填料*A0* A0填料塔横截面积，填料塔横截面积，填料的有填料的有效比表面积效比表面积，可近似用，可近似用代替，代替，填料的比表面积。填料的比表面积。气相传质单元高度气相传质单元高

37、度 气相传质单元高度，是气相吸收质的气相传质单元高度，是气相吸收质的浓度变化量刚好等于过程平均推动力浓度变化量刚好等于过程平均推动力 Ym时所需传质区域对应的填料层高度时所需传质区域对应的填料层高度,是使浓度变化是使浓度变化Y1-Y=Ym所需所需H填料填料六、填料层高度的计算式：六、填料层高度的计算式：2 液相表示计算式液相表示计算式液相传质单元高度液相传质单元高度 气相传质单元数气相传质单元数是经全塔吸收后气相浓度的变化量是经全塔吸收后气相浓度的变化量相当于过程平均推动力的相当于过程平均推动力的倍数倍数。例例1、某吸收塔在常压下用清水吸收焦炉气中的氨。焦某吸收塔在常压下用清水吸收焦炉气中的氨

38、。焦炉气在标准状态下含氨炉气在标准状态下含氨10g/m3，焦炉气的处理量为，焦炉气的处理量为5000m3/h(标态标态)，吸收率不低于，吸收率不低于99%。水用量为最小用。水用量为最小用量的量的1.5倍。混合气体倍。混合气体303K时进入吸收塔，在此条件下时进入吸收塔，在此条件下的平衡关系为：的平衡关系为：Y*= 1.2 X，试计算气相传质单元数，试计算气相传质单元数nG。(塔径为塔径为1.4 m,气相吸收总系数气相吸收总系数KY=220 kmol / (m3*h) )，并求填料层高度并求填料层高度H填料填料。解：解： X2 =0 ，=0.99 ， L=1.5LM ，Y*=1.2Xy1=10/

39、17/1000/22.4=22.4/1700=0.01318 G=5000*(1-0.01318)/22.4=220.3 kmol/hY1= y1/ (1- y1)=0.01318/(1- 0.01318)=0.013356 Y2=Y1 (1-)=0.0001336nG=Y1-Y2/Ym= (0.01336-0.0001336)/0.001256 =0.01322/0.001256=10.53 (个个)X1*=Y1/m=0.013356/1.2=0.010984 (L=1.5LM/G*G=?) X1 =X1*/1.5=0.010984/1.5=0.007323Y1*=mX1=1.20.0073

40、23=0.008787 Y2*=mX2=0Y1=0.013356-0.008787=0.004569 Y2 =0.0001336-0=0.0001336 Y1/Y2=34.2 Ym=Y1-Y2/ln(Y1/Y2)=(0.004569-0.0001336)/ln34.2=0.004435/3.5322=0.001256 hG=G/KYA0=220.3/220*0.785*1.42=0.6508 m H填料填料= hG*nG=0.6508*10.53=6.85 m3、不服从亨利定律的体系填料层高度计算不服从亨利定律的体系填料层高度计算 前面用过前面用过 dNA= G dY = L dX = L d

41、(Y*/m) 对不服从亨利定律的体对不服从亨利定律的体系系则无法寻得则无法寻得d(Y-Y*)dNA 关系关系, 但仍有：但仍有：步骤：根据题给平衡数据换算步骤：根据题给平衡数据换算为为XY数据，在数据，在XY坐标图上坐标图上作出平衡线作出平衡线（红色线）（红色线）。 求出求出Y1, Y2, X2, 在平衡线在平衡线上据上据X2查得查得Y2*, 据据Y1查得查得X1*LM/G L/GX1，据，据(X1, Y1), (X2, Y2)作出操作线作出操作线（绿色（绿色线）。线）。GAKY 以以Y对对1/(Y-Y*)作图得一曲线，作图得一曲线，曲线下方曲线下方 Y1 Y2之间的面积即之间的面积即为为nG

42、。 在在Y1Y2之间取一组之间取一组Y值，对每值，对每一个一个Y值，在操作线上查得对应的值，在操作线上查得对应的X值，值，据据X到平衡线上查得对应的到平衡线上查得对应的Y*，计算，计算Y-Y*, 并求得并求得1/（Y-Y*）数据）数据, 列表：列表：同理，对液相有：同理，对液相有：液相传质单元数液相传质单元数同理：在同理：在X1X2之间取一组之间取一组X值值, 据据X到操作线查到操作线查得得Y,再据再据Y值到平衡线查得值到平衡线查得X*值，计算值，计算X*-X值和值和1/（X*-X）值，列表，作图可求：）值，列表，作图可求：例例2：在逆流吸收塔中，用洗油吸收焦炉气中的苯，在逆流吸收塔中，用洗油

43、吸收焦炉气中的苯，已知焦炉气进气流量为已知焦炉气进气流量为1000 m3/h（常压（常压25吸收），吸收），其中含苯其中含苯3%，要求，要求 =95%，洗油中原来含苯，洗油中原来含苯0.005 %吸收条件下吸收条件下Y*=0.113X, L=1.2LM。求每小时耗洗。求每小时耗洗油多少？油多少？ nG解解: Y1=y1/1-y1=0.03/1-0.03=0.03093 Y2=Y1(1-)=0.001546 x2=0.00005 X2 = 0.005 /0.995x2 Y2*=0.113X20, X1*=Y1/0.113=0.0309/0.113=0.2734 LM/G=Y1-Y2/X1*-X2

44、=0.1074, G=1000*(1-y1)*273/298/22.4=39.67 kmol/h, L=1.2LM= 1.2(LM/G)*G=1.2*0.1074*39.67=5.113 kmol/h, X1=(X1*-X2)/1.2+X2=0.2277, Y1*= 0.113 X1=0.02573, Ym=(Y1-Y2)/ln(Y1/Y2)=0.00310习题习题21:含乙炔含乙炔y1=0.20的乙炔的乙炔-空气混合气体在空气混合气体在25和和101.3kPa下与乙炔水溶液相接触，溶液浓度为下与乙炔水溶液相接触，溶液浓度为0.3g (乙炔乙炔)/1000g(水水)。相平衡关系为相平衡关系为:

45、 p*=0.135106x kPa求求传质方向传质方向和传质推动力和传质推动力Y Ym m 。解：解：实际浓度与平衡浓度之差决定传质方向，实际浓度与平衡浓度之差决定传质方向，如：如： pAp*A or：xA x*A则继续吸收，反之则解吸。则继续吸收，反之则解吸。 pC2H2=101.30.2=20.26 kPa 而而p*C2H2=0.135106 xC2H2xC2H2=0.3/26/(0.3/26+1000/18)=0.0002077 p*C2H2=28.04 kPa pA pA * 为为解吸解吸过程。过程。 或或xC2H2= 0.0002077 而而 x*C2H2 =pC2H2/0.135106=0.00015 xC2H2 x*C2H2 为为解吸解吸过程。过程。 Y=pC2H2/p空气空气=20.26/(101.3-20.26)=0.25 Y*=p*C2H2/p空气空气=28.04/(101.3-28.04)=0.3828 Y=Y-Y*=0.25-0.3828= - 0.133习题课：习题课： P187 24、26习题习题24：分析：要求气相传质单元数分析：要求气相传质单元数nG。2121nm21YYYYYYYG，解：由题意可知，解：由题意可知，或每秒处理气量为或每秒处理气量为1m3,换算成物质的量为换算成物质的量为1m3处理气中含吸收质处理气中含吸收质25g，换算成物质的