化工原理下册气体吸收

1、第8章气体吸收吸收操作原理一、气液相平衡1、相平衡关系在总压P、温度T 一定时，到达气液相平衡，溶质A在气相及在液相中的浓度关系由实验测定。 在低浓度气液相平衡体系中，这种相平衡关系即为亨利定律。亨利定律有三种表达形式：Pa Ex A ； pA - HC A ； yA ,e = mXA在吸收操作计算中，yA,e=mxA的形式应用方便，相平衡常数 m与亨利系数E之间的转换计算为Em -P2、相平衡关系的应用1判断传质的方向：假设组成为yA的气相与组成为xa的液相相接触，如果 yA A yA e = mXA或XA e = y，A XA，传质的方向为吸收；m如果 yA f yA e =mXA或Xa

2、eXa，传质的方向为解吸。m2 表示传质过程的推动力吸收：yA - yA, e 或 XA,e XA解吸：yA,e 一 yA 或 Xa - XA,e3 表示传质过程的极限到达相平衡状态是传质过程的极限。二、吸收传质速率传质的机理分为三种：1 膜理论；2溶质渗透理论；3 外表更新理论。 理解起来最为直观的是膜理论。1、等分子反向扩散速率dCAdzD C Al C A2D AB 7O2、单向扩散和主体流动(分子扩散 +同方向上缓慢的总体流动)速率引起缓慢的总体流动的原因：溶质A不断在气液相界面上发生溶解，自气相中消失，使得气液相因为C M DC B2C M DC A1A2N aln C B15Cb2

3、'C B1N M - N net,AC B2CB1DC：m CA1C A2ln界面附近的气相中产生空穴位，因此，引起缓慢的总体流动来补充所产生的空穴位。如果是在气相中的传质，组分的浓度可以用分压表示，那么DP ln PB2RT PbiRT PBmPai-PA23、对流传质 集总参数法表示传质速率气膜中的传质速率Na 二 ky(yA-yA,i)或 Na 二 kG(PA - PA,i)液膜中的传质速率N A = kx ( XA,iXA )或 N a = kl (C A,i - CA )式中，ky =PkG，kx = Pkl包括气膜和液膜的总传质速率N A =Ky(yA - yA,e)或 N

4、 A = Kx(XA,e - Xa)111式中，KxFKy，Kx'x ky m11m="T Kykykx解吸操作，包括气膜和液膜的总传质速率N A 二 Ky(yA,e 一 Ya)或 N A 二 Kx(Xa - XA,e)4、传质控制如果m1，那么 Ky ky，传质过程为气膜阻力控制，kxky如果1 1-，那么 K x kx，传质过程为液膜阻力控制。mkykx三、物料衡算1、全塔物料衡算低含量吸收Gyi 'y2= LXj X2全塔物料衡算式反映气液流率、气相进出口浓度、液相进出口浓度等之间确实定关系。2、塔顶至塔内任一横截面范围内的物料衡算G(y - y2)= L(x

5、- X2)塔内任一横截面上气相组成y与液相组成x之间的关系式，即操作线方程式:L八 Gxy2- X2操作线方程式的应用：1反映y与x的关系；2反映传质推动力的大小；3在气体流量一定时，反映液体流量的大小对于传质推动力、出口浓度的影响;4反映极限出口浓度、最大吸收率。3、填料塔单位横截面积微元填料高度dh范围内的物料衡算G d y = N A a d h 二 Kyay - yed hL dx = Na a dh = KXa(xe - x)dh吸收问题计算、吸收塔设计型计算L和填料层高度H 。：G,yy2或吸收率 ,X2 ，相平衡关系，求解：吸收剂用量1、的计算最小液气比:yi - y2Xi,eX

6、x1ie是与呈平衡的浓度,此时填料层咼度为无限咼。操作液气比:L=n J丄丨,n=1.22倍。L和G的单位同时为GG minkmolskmol2m s实际塔底流出液体的组成:X1=X2G(旳 - y2)L2、填料层高度的计算根据填料塔单位横截面积微元填料高度dh范围内的物料衡算G d y = N A a dh = Kyay - yedhL d x 二 N A a d h 二 KXa(xex)dh自塔顶端到塔底端积分，得到填料层高度H的表达式为*y2LKxaXidxX2 Xe _ X传质单元高度：HogGKya，H OL =Kxa。计算时一定要注意各物理量的单位，G和L的kmol 。s单位为彎0

7、1 , Kya和Kxa的单位为3m smH = H OG N OG = H OL N OLH OGKya传质单元数:N OGmGmK ya LKxaLg-H OLyiy?y yNoldxx2 xe _ X传质单元数的主要求解方法:(1)对数平均推动力法气相传质单元数：Nogyi -y27 m-y2(% -yi,e)-(y2 - y2,e)ln je丫2 一 y2,e该方法适用于在所涉及到的浓度范围内，相平衡关系为线性关系。假设相平衡关系可以用亨利定律ye =mx表示出来，对数平均推动力法的另一表达形式为Nog1,力 mx1ln1y2_mx2-LG液相传质单元数:NolXp -x2Xp - x2

8、也 Xm(Xi,e Xi)(X2,e X2)InXi,e 一 XiHog与Hol的关系:X2,e 一 X2(2) 吸收因数法 气相传质单元数:N OG-mx21rrln T 2 mx2 AA液相传质单元数:Nol 二i -mx21In 1 一 1 y，或IL A y2 - mx2 ANoly1 - mx11 InA-1 y2 -mx2可以看出，Nog = A N ol3数值积分法略 利用板式塔进行吸收操作，所需理论板数的计算式：InA I A 丿 y2 mx2A等板高度HETP的定义：别离作用等同于一块理论板的实际填料层的高度。所以，根据理论板数和 等板高度计算实际填料层高度的计算式为H =N

9、 HETP当吸收因数 A=1 时，N=Nog , Hog=HETP。二、解吸塔设计型计算：L,X1,X2,y2，相平衡关系，求解：解吸气用量G,解吸塔填料层高度 H。1解吸气用量的计算最小气液比G= % - X2丄 miny1,e 一 丫2式中y1,e是与X1相平衡的气相浓度。假设相平衡关系可以用亨利定律来表示ye =mx，那么y1,e =mx1。实际气液比 G=nG1，n=1.22倍。L和G的单位同时为 km01或甥01LL minsms出塔气体实际浓度% = y2Lg -X2) G2解吸塔填料层高度的计算H 二 Hol Nol=H og N OG传质单元咼度：H GH OG HLH OL

10、-KyaKxa。计算时一定要注意各物理量的单位，G和L的单位为一2mS。1 , Kya和Kxa的单位为skmol3m s传质单元数:NolmXi _ X2(x4- xi,e ) - (x2- x2,e),Xi - Xi,einX2 - X2,eOLN OGX1dxX2 X _ xe1肆"1 - A mx2 - y2yiy1 - y2ym% 一 y2(yi,e - yi ) - ( y2,e - y2)in yi，e 一 yi y2,e - y2dyNogy2y1. mxi - yiin 1 _1 mx2 _ y2 A传质强化吸收塔操作型问题一、操作型计算命题方式：1、第一类操作型问题

11、：填料层高度 H及相关尺寸，流动方式，相平衡关系，G,y1,L,x2 ，Kya或Kxa，计算目的：y2,X12、第二类操作型问题：填料层高度 H及相关尺寸，流动方式，相平衡关系，Kya或Kxa ，G, y1, y2，x2 ，计算目的：L,x1第一类操作型问题采用吸收因数法计算最为方便。第二类操作型问题的计算需要试差求解。二、吸收塔的调节为了满足吸收率或吸收量提高的要求，在填料层高度一定的情况下，可以考虑改变吸收剂的流量1、适当增加吸收剂的流量L ,根据N°Gln 1丄AL、入塔浓度X2、温度t 0-1 旳一叫 1 分析, y. 0 A y2 - mx2 AAG y y2一2、 减小入

12、塔浓度 x2，塔内任意截面上液相的浓度 X = X2 +L减小，传质推动力增加，从而y2 .。3、 适当降低吸收剂的温度 t ,使得溶质在溶剂中的平衡溶解度增加，传质推动力增加，从而 y2 “。 三、吸收塔最大吸收率分析假设填料层高度无限高，塔内传质可以到达平衡，即操作线与平衡线可以出现交点，分析可以达到的最大吸收率，即为分析可以到达的气相出口最小浓度，因为max 1 2,min 。分如下两种yi情况来分析：Ym，塔内传质在塔底到达平衡，操作线与平 GL Xi,max x2 ，y2,min = 丫1 一G丄Am，塔内传质在塔顶到达平衡，操作线与平G1、如果吸收操作的液气比小于平衡线的斜率，衡线

13、在塔底出现交点，此时 Xjmax = Xj,em2、如果吸收操作的液气比大于平衡线的斜率，衡线在塔顶出现交点，此时y2,min = mx2。四、吸收剂再循环问题的分析有吸收剂再循环与无吸收剂循环时比拟，有以下两点不同：1 吸收剂入塔时的实际浓度增加了；2因为实际入塔吸收剂量的增加，塔内操作线的斜率稍有增加。因此，如果平衡关系不变， 即平衡线不变，那么吸收传质推动力一般要减小。遇到如下两种情况应采用溶剂再循环：1吸收过程有显著的热效应，大量吸收剂再循环可降低吸收剂出塔温度，平衡线发生明显的向 下移动，尽管操作线向下移动，但是，塔内传质的推动力增大。2 吸收的目的在于获得较浓的液相产物，按物料衡算所需的新鲜吸收剂量过少，以至于不能保 持塔内填料良好的润湿，吸收剂再循环，传质外表积增加，传质系数增大。吸收设备一、填料塔流体力学特性1lP lnL丿泛点载点ln u确定了塔内的液泛速度uUf后再确定操作气速， 或者根据所允许的