第九章吸收化工原理详解

第九章吸收化工原理详解演示文稿1目前一页\总数一百二十七页\编于五点优选第九章吸收化工原理2目前二页\总数一百二十七页\编于五点3.相关概念：吸收质(溶质)：A尾气：B+(A)惰性组分(载体)：B吸收剂：S吸收液：S+A3目前三页\总数一百二十七页\编于五点二、吸收的应用：A有用；回收A有害；净化制备A的S溶液。三、解吸：液相气相4目前四页\总数一百二十七页\编于五点四、吸收的分类：性质溶质数目热效应物理：化学：无明显化学反应有明显化学反应等温：非等温：温变小温变大单组分：多组分：A为1个A为多个5目前五页\总数一百二十七页\编于五点五、吸收剂的选择依据：溶解度（大）&对温度敏感；吸收选择性（高）--选择系数挥发度（小）；粘性（小）；稳定性高、腐蚀性小等

。6目前六页\总数一百二十七页\编于五点逐级接触式微分接触式(连续)——板式塔——处理量大——填料塔——处理量小分类六、吸收设备：7目前七页\总数一百二十七页\编于五点8目前八页\总数一百二十七页\编于五点第二节气液相平衡研究目的：吸收的极限？吸收的推动力？1.气液平衡气相：pA*液相：CA*气相液相气体溶解度：T和P一定,平衡时的浓度——极限程度一、溶解度曲线9目前九页\总数一百二十七页\编于五点（3）摩尔比气相液相（1）摩尔浓度（2）摩尔分率气相液相平衡浓度的不同表达方法10目前十页\总数一百二十七页\编于五点相律：C＝3，P=2，

参数：P、T、y()、x∴f=32、影响平衡溶解度的因素11目前十一页\总数一百二十七页\编于五点3.溶解度曲线T一定：溶解度（平衡浓度）和平衡分压关系曲线——已知气相实际分压：已知液相实际浓度：12目前十二页\总数一百二十七页\编于五点特点：同若同若若利于吸收；若利于脱吸。13目前十三页\总数一百二十七页\编于五点同T同下，大，易溶同T同下，大，难溶14目前十四页\总数一百二十七页\编于五点二、气液相平衡关系式——亨利定律1.表达式：(液相浓度用摩尔分率表示)T一定，亨利系数,单位同无因次说明：P<5atm，稀溶液，平衡状态时：理想溶液，T一定，P<5atm，非理想溶液，15目前十五页\总数一百二十七页\编于五点同S中

互成平衡已知气相实际分压：已知液相实际浓度：16目前十六页\总数一百二十七页\编于五点2.表达式：(液相浓度用摩尔浓度表示)溶解度系数,关系式：溶液的密度17目前十七页\总数一百二十七页\编于五点

说明：同S中

18目前十八页\总数一百二十七页\编于五点相平衡常数(分配系数)道尔顿定律：3.表达式(气液均用摩尔分率表示)关系式：19目前十九页\总数一百二十七页\编于五点说明：

同S中

20目前二十页\总数一百二十七页\编于五点气相液相4.表达式(气液均用摩尔比表示)21目前二十一页\总数一百二十七页\编于五点5.其他表示法：(√)(√)(√)(√)(X)平衡关系为：(√)22目前二十二页\总数一百二十七页\编于五点例:二氧化碳的体积分数为30％的某种混合气体与水充分接触，系统温度为30℃,总压为101.33kPa。试求液相中二氧化碳的平衡组成，分别以摩尔分数和物质的量浓度表示。在操作范围内亨利定律可适用。道尔顿定律：解：查表得：30℃23目前二十三页\总数一百二十七页\编于五点另一解法24目前二十四页\总数一百二十七页\编于五点三、相平衡与吸收过程的关系1.判断传质方向及推动力：已知体系的

若——吸收，若——平衡，若——解吸,

若——吸收,若——平衡，若——解吸,25目前二十五页\总数一百二十七页\编于五点例：设在1atm，20℃下氨气在水中的E=95.25kPa.(1)使含氨y=0.1的混合气和x=0.05的氨水相接触,判断传质过程为吸收还是解吸?解:(1)吸收吸收过程的极限为26目前二十六页\总数一百二十七页\编于五点解吸(2)若以y=0.05的含氨混合气与x=0.1的氨水接触时,结果?解吸27目前二十七页\总数一百二十七页\编于五点第三节传质机理与吸收速率1.吸收传质步骤：气相主体→气液相界面；相界面上的溶解（阻力≈0）；服从气液平衡关系相界面→液相主体。2.传质形式：分子扩散——分子的热运动涡流扩散——质点的宏观运动（静止、滞流）（湍流）浓度高→低28目前二十八页\总数一百二十七页\编于五点一、传质机理1.菲克（Fick）定律：扩散通量浓度变化率,A在B中的分子扩散系数，(一)分子扩散：29目前二十九页\总数一百二十七页\编于五点

（P不太高，T均匀）说明：不稳定的分子扩散30目前三十页\总数一百二十七页\编于五点2.等分子反向扩散(1)传质速率()——总传质速率①稳定②等分子31目前三十一页\总数一百二十七页\编于五点∵无气体的宏观运动32目前三十二页\总数一百二十七页\编于五点33目前三十三页\总数一百二十七页\编于五点例：在上图所示的两个大容器内分别装有浓度不同的NH3和N2两种气体的混合物。连通管长为0.61m，内径为24.4mm，T＝25℃，压强为101.3kPa。左侧容器内NH3分压为20kPa，右侧容器内NH3分压为6.67kPa。已知该条件下NH3－N2的扩散系数为2.30*10-5m2/s。求(1)单位时间内从容器1向容器2传递的NH3量，kmol/s;(2)连通管中与截面1相距0.305m处的NH3分压，kPa。

34目前三十四页\总数一百二十七页\编于五点解:(1)稳定的等分子反向扩散单位时间内传递的NH3量(2)稳态过程35目前三十五页\总数一百二十七页\编于五点或36目前三十六页\总数一百二十七页\编于五点3.单向扩散(1)总体流动N－－总体流动的通量(A+B)总体流动中A的通量

总体流动中B的通量

（2）分子扩散37目前三十七页\总数一百二十七页\编于五点(3)传质速率：A组分：B组分：38目前三十八页\总数一百二十七页\编于五点又39目前三十九页\总数一百二十七页\编于五点又40目前四十页\总数一百二十七页\编于五点漂流因数漂流因数不大时，——总体流动对传质速率的影响；41目前四十一页\总数一百二十七页\编于五点例：一氨水贮槽直径为2m，槽内装有农业氨水，浓度为10％(质量浓度)，敞口，氨以分子扩散方式挥发而损失。假定扩散时是通过一层厚度为5mm的静止空气层，平均温度为20℃。在1atm下，氨的扩散系数为0.0647m2/h。试计算一昼夜内氨的挥发损失量。E=268.8kPa,假设氨水浓度不变。解:氨在空气中的分压42目前四十二页\总数一百二十七页\编于五点43目前四十三页\总数一百二十七页\编于五点4.扩散系数介质种类；温度：影响因素：压强：影响气体D;浓度：影响液体。——物性常数P↑,D↓

44目前四十四页\总数一百二十七页\编于五点5.液相中分子扩散：较小

溶剂浓度的对数平均值。单向扩散：45目前四十五页\总数一百二十七页\编于五点(湍流中)涡流扩散系数，m2/s非物性常数(二)涡流扩散：46目前四十六页\总数一百二十七页\编于五点二、对流传质与双膜理论1.对流传质运动的流体相界面分子扩散涡流扩散加和：47目前四十七页\总数一百二十七页\编于五点2.有效滞流膜：滞流内层：分子扩散,阻力较大；过渡区：分子+涡流,阻力较小；湍流核心区：涡流,阻力很小；48目前四十八页\总数一百二十七页\编于五点3.对流传质速率：气相：液相：49目前四十九页\总数一百二十七页\编于五点存在稳定相界面,其上气液平衡,阻力≈0;存在气膜层和液膜层,其内为分子扩散;气膜或液膜外为湍流,阻力≈0。4.双膜理论50目前五十页\总数一百二十七页\编于五点三、吸收速率方程式1.气膜吸收速率方程:以表示：——气膜吸收系数，——气膜阻力，与对应。51目前五十一页\总数一百二十七页\编于五点以表示：——气膜吸收系数，——气膜阻力，与对应。

52目前五十二页\总数一百二十七页\编于五点2.液膜吸收速率方程:以表示：——液膜吸收系数，——液膜阻力，与对应。53目前五十三页\总数一百二十七页\编于五点以表示：——液膜吸收系数，——液膜阻力，与对应。

54目前五十四页\总数一百二十七页\编于五点3.总吸收速率方程式(1)以表示：总吸收系数×总推动力——与液相主体浓度呈平衡的气相中A分压；——气相总吸收系数，——两膜总阻力，与对应。55目前五十五页\总数一百二十七页\编于五点(2)以表示：(3)以表示：(4)以表示：56目前五十六页\总数一百二十七页\编于五点

4.总吸收系数之间的关系57目前五十七页\总数一百二十七页\编于五点

58目前五十八页\总数一百二十七页\编于五点与的关系：

5.总吸收系数与气膜、液膜吸收系数之间的关系59目前五十九页\总数一百二十七页\编于五点两膜总阻力气膜阻力液膜阻力说明：①若则－－气膜控制②对于气膜控制,若强化吸收,需③对于气膜控制,有：易溶气体60目前六十页\总数一百二十七页\编于五点两膜总阻力气膜阻力液膜阻力说明：①若则－－液膜控制②对于液膜控制,若强化吸收,需③对于液膜控制,有：难溶气体同理：61目前六十一页\总数一百二十七页\编于五点(1)单侧吸收速率方程:气膜液膜6.小结:62目前六十二页\总数一百二十七页\编于五点(2)双侧吸收速率方程:63目前六十三页\总数一百二十七页\编于五点64目前六十四页\总数一百二十七页\编于五点例：P=101.33kPa时，用水吸收含A的混合气体，A的分压为4.0kPa,液相中x=0.01,平衡关系服从亨利定律,气膜,液膜系数,m=0.84，(1)求，并分析控制因素。(2)求NA解：气膜阻力液膜阻力(1)65目前六十五页\总数一百二十七页\编于五点故为气膜控制总阻力(2)66目前六十六页\总数一百二十七页\编于五点例:用填料塔进行吸收操作,已知ky=kx=0.026kmol/(m2s)分别计算当m=0.1和5两种情况下，气体流量增加一倍时，总传质阻力的变化情况。解：m=0.1原工况：流量增加一倍：(1)67目前六十七页\总数一百二十七页\编于五点m=5原工况：流量增加一倍：(2)68目前六十八页\总数一百二十七页\编于五点第四节吸收塔的计算一、物料衡算与操作线方程

1.全塔物料衡算：(稳态的逆流过程)——惰性组分摩尔流量,——吸收剂摩尔流量,回收率69目前六十九页\总数一百二十七页\编于五点2.操作线方程式：在m-n截面与塔底间：在m-n截面与塔顶间：70目前七十页\总数一百二十七页\编于五点操作线：为浓端与稀端的连线；与平衡线无关；平衡线上方——吸收；平衡线下方——脱吸。71目前七十一页\总数一百二十七页\编于五点二、吸收剂用量与最小液气比①②设备费↓,操作费↑设备费↑,操作费↓72目前七十二页\总数一百二十七页\编于五点1.最小液气比：图解法:相交时73目前七十三页\总数一百二十七页\编于五点相切时计算法:(符合亨利定律)

74目前七十四页\总数一百二十七页\编于五点2.实际液气比：75目前七十五页\总数一百二十七页\编于五点例:拟设计一填料吸收塔，处理某制药厂含SO2的废气。用水逆流吸收炉气中的SO2。气量100m3·h-1,炉气温度20℃,含SO29%(体积)。要求SO2的回收率为90%,吸收剂用量为最小用量1.3倍。已知操作压力和温度为101.33kPa和20℃,平衡关系为Y=36X-0.0162。(1)当X2=0.0003时,求L和X1；(2)当X’2=0时,求X1。解：(1)总的气体摩尔流量为：76目前七十六页\总数一百二十七页\编于五点惰性组分的摩尔流量为：进塔气体中SO2的摩尔比为：出塔气体中SO2的摩尔比为：77目前七十七页\总数一百二十七页\编于五点与Y1平衡的液相浓度为：最小液用量为：实际液用量为：78目前七十八页\总数一百二十七页\编于五点出塔液相浓度为：(2)最小液用量为：79目前七十九页\总数一百二十七页\编于五点实际液用量为：出塔液相浓度为：80目前八十页\总数一百二十七页\编于五点第三节吸收塔的计算三、填料层高度的计算1.分析：物料衡算吸收速率方程相平衡关系81目前八十一页\总数一百二十七页\编于五点2.基本计算式：在微元内——塔截面积，——有效比表面积，——塔内各截面上并不相等82目前八十二页\总数一百二十七页\编于五点(1)以气相浓度表示：83目前八十三页\总数一百二十七页\编于五点(2)以液相浓度表示：——液相总体积吸收系数，——气相总体积吸收系数，84目前八十四页\总数一百二十七页\编于五点3.传质单元高度与传质单元数：(1)概念:无因次气相总传质单元高度，m气相总传质单元数85目前八十五页\总数一百二十七页\编于五点液相总传质单元高度，m液相总传质单元数86目前八十六页\总数一百二十七页\编于五点(2)的物理意义:87目前八十七页\总数一百二十七页\编于五点传质阻力

填料性能、润湿情况越好，气体流量(3)说明：如物系、流动状况相同，则同。88目前八十八页\总数一百二十七页\编于五点反映吸收过程的难易程度推动力越小，越大。与相平衡关系、气体进出口浓度有关与填料性能无关89目前八十九页\总数一百二十七页\编于五点(1)图解积分法－－平衡关系为曲线作操作线和平衡线

计算计算＝格子数×每格面积

4.的计算：90目前九十页\总数一百二十七页\编于五点(2)对数平均推动力法－－91目前九十一页\总数一百二十七页\编于五点92目前九十二页\总数一百二十七页\编于五点若,可93目前九十三页\总数一百二十七页\编于五点(3)解吸因数法94目前九十四页\总数一百二十七页\编于五点——解吸因数，无因次；

95目前九十五页\总数一百二十七页\编于五点S反映了吸收推动力的大小。

反映了吸收率的高低96目前九十六页\总数一百二十七页\编于五点回收率一定液气比一定97目前九十七页\总数一百二十七页\编于五点例：以清水在填料塔内逆流吸收空气～氨混合气中的氨，混合气含氨4.0%(体积),要求回收率为0.96,气相流率为,采用的液气比为最小液气比的1.4倍，平衡关系为,总传质系数,试求:①塔底液相浓度X1；②所需填料层高度H

。

解：98目前九十八页\总数一百二十七页\编于五点（1）

（2）

99目前九十九页\总数一百二十七页\编于五点①解吸因数法：100目前一百页\总数一百二十七页\编于五点②

对数平均推动力法：101目前一百零一页\总数一百二十七页\编于五点四、吸收塔的操作型计算例：在一填料吸收塔内用纯吸收剂吸收某气体混合物中的可溶组分，溶质的初始含量为0.05，回收率为60％，吸收液出口含量为0.098(均为摩尔比)。操作条件下的气液平衡关系为，两相逆流接触。已知该过程为气相阻力控制，试求液体流量增加一倍时，可溶组分的回收率有何变化？原工况下的液气比为解：102目前一百零二页\总数一百二十七页\编于五点原工况下的传质单元数为气相阻力控制，故L增加，及近似不变103目前一百零三页\总数一百二十七页\编于五点回收率为：104目前一百零四页\总数一百二十七页\编于五点第三节吸收塔的计算五、体积吸收系数的测定1.测定体系2.实验内容水—空气—CO2

(1)测定液相总体积吸收系数(2)测定吸收剂用量对的影响。3.实验流程105目前一百零五页\总数一百二十七页\编于五点106目前一百零六页\总数一百二十七页\编于五点4.实验原理转子流量计气相色谱107目前一百零七页\总数一百二十七页\编于五点取样状态进样状态空气—CO2

空气—CO2

载气气相色谱载气气相色谱108目前一百零八页\总数一百二十七页\编于五点第四节填料塔一、填料(1)特性要求：比表面积a(大)空隙率ε(大)填料因子φ=a/ε3(小)干填料因子；

(湿)填料因子。

(2)分类散装填料规整填料109目前一百零九页\总数一百二十七页\编于五点拉西环①结构简单,易制造；优点：②研究较成熟。——高径比等于1。①缺点：②气液有效接触面低沟流、壁流110目前一百一十页\总数一百二十七页\编于五点鲍尔环：①内表面利用率高；优点：②液布均匀；③传质效率高,操作弹性大。

111目前一百一十一页\总数一百二十七页\编于五点阶梯环：①气流阻力小；优点：③传质效率高。②强度高,空隙率大;点接触112目前一百一十二页\总数一百二十七页\编于五点弧鞍、矩鞍①气流阻力小；优点：③液布均匀；易重叠,强度差。缺点：②表面利用率高;——敞开型填料④制造方便。113目前一百一十三页\总数一百二十七页\编于五点金属鞍环：