05 第五章 吸收.pptx

第1页：5.1.概述

• 概述
• 化工生产中的传质过程
• 相组成表示法
• 气体吸收过程
• 吸收

第2页：5.1.1.化工生产中的传质过程

• 化工生产中的传质过程
• 传质分离过程:依靠物质从一相到另一
• 相传递过程,叫传质分离过程。
• 传质分离过程的依据:依据混合物中各
• 组分在两相间平衡分配不同。

第3页：气体吸收选择一定的溶剂(外界

(1)气体吸收选择一定的溶剂(外界

引入第二相)造成两相,处理气体

混合物。

(2)液体蒸馏对于液体混合物加热,

使混合物内部造成两相,利用不同

组分挥发性的差异,使得液体混合

物得以分离。

第4页：固体干燥对含一定湿分的固体提

(3)固体干燥对含一定湿分的固体提

供一定的热量,使溶剂汽化,利用

湿分压差,使湿分从固体表面或内

部转移到气相,从而将含湿分的固

体物料得以净化。

第5页：5.1.2.相组成表示法

5.1.2.相组成表示法

1.质量分率与摩尔分率

质量分率:在混合物中某组分的质量占

混合物总质量的分率。

摩尔分率:在混合物中某组分的摩尔数

占混合物总摩尔数的分率。

第6页：质量分率与摩尔分率的关系

气相:

液相:

质量分率与摩尔分率的关系:

第7页：2.质量比与摩尔比

2.质量比与摩尔比

质量比:混合物中某组分A的质量与惰性

组分B(不参加传质的组分)的

质量之比。

摩尔比:混合物中某组分的摩尔数与惰

性组分摩尔数之比。

第8页：质量分率与质量比的关系

气相:

液相:

质量分率与质量比的关系:

摩尔分率与摩尔比的关系:

第9页：3.质量浓度与摩尔浓度

3.质量浓度与摩尔浓度

质量浓度:单位体积混合物中某组分的质量。

摩尔浓度:单位体积混合物中某组分的摩尔数。

第10页：质量浓度与质量分率的关系

质量浓度与质量分率的关系:

摩尔浓度与摩尔分率的关系:

c—混合物在液相中的总摩尔浓度,kmol/m3;

ρ—混合物液相的密度,kg/m3。

第11页：4.气体总压与理想

4.气体总压与理想气体中组分的分压

总压与某组分的分压之间的关系:

摩尔比与分压之间的关系:

摩尔浓度与分压之间的关系:

第12页：5.1.3.气体吸收过程

• 气体吸收过程
• 气体吸收的目的
• 分离混合气体以获得一定的组分。
• 除去有害组分以净化或精制气体。
• 制备某种气体的溶液。
• 工业废气的治理。
• 吸收的依据
• 混合物各组分在某种溶剂中溶解度的差异。

第13页：3.吸收过程及设备

3.吸收过程及设备

第14页：吸收质

吸收质

惰性组分

溶剂

吸收液

吸收尾气

第15页：4.吸收流程

4.吸收流程

吸收与解吸流程

含苯煤气

脱苯煤气

洗油

苯

水

过热蒸汽

加热器

冷却器

第16页：5.吸收分类

• 吸收分类
• 物理吸收和化学吸收
• 单组分吸收和多组分吸收
• 等温吸收和非等温吸收
• 高浓度吸收和低浓度吸收
• 吸收剂的选择要求
• 溶解度大;

第17页：选择性高

• 选择性高;
• 再生容易;
• 挥发性小;
• 粘度低;
• 化学稳定性高;
• 腐蚀性低;
• 无毒、无害、价廉等。
• 选择原则:经济、合理。

第18页：5.2.气液相平衡

• 气液相平衡
• 气液相平衡关系
• 相平衡关系在吸收过程中的应用

第19页：.2.1.气液相平衡关系

.2.1.气液相平衡关系

1.溶解度曲线

平衡状态:一定压力和温度,一定量的吸收剂与

混合气体充分接触,气相中的溶质向

溶剂中转移,长期充分接触后,液相

中溶质组分的浓度不再增加,此时,

气液两相达到平衡。

饱和浓度:平衡时溶质在液相中的浓度。

第20页：平衡分压:平衡时气相中溶质的分压

平衡分压:平衡时气相中溶质的分压。

平衡状态的因素

F=C-φ+2=3-2+2=3

当压力不太高、温度一定时

p*A=f1(x)

y*=f2(x)

p*A=f3(cA)

第21页：氨在水中的溶解度

• 氨在水中的溶解度
• 液相中氨的摩尔数
• 气相中氨的分压
• ℃
• ℃
• ℃
• ℃

第22页：20℃下SO2在水中的溶解度

• ℃下SO2在水中的溶解度
• kPa
• kPa
• x
• y

第23页：几种气体、在水中的

t=293K

CO2

NH3

10ncA,kmol/m3

pA,kPa

几种气体在水中的溶解度曲线

第24页：温度、y一定

讨论:

(2)温度、y一定,总压增加,在同一溶剂中,溶质的溶解度x随之增加,有利于吸收。

(1)总压、y一定,温度下降,在同一溶剂中,溶质的溶解度x随之增加,有利于吸收。

第25页：相同的总压及摩尔分率

(3)相同的总压及摩尔分率,

cO2<cCO2<cSO2<cNH3

氧气等为难溶气体,氨气等为易溶气体

2.亨利定律

(1)亨利定律内容

总压不高时,在一定温度下,稀溶液上方气相中溶质的平衡分压与溶质在液相中的摩尔分率成正比,其比例系数为亨利系数。

第26页：1E的影响因素:溶质、溶剂、T

讨论:

1)E的影响因素:溶质、溶剂、T

物系一定,

2)E大的,溶解度小,难溶气体

E小的,溶解度大,易溶气体

3)E的来源:实验测得;查手册

——溶质在气相中的平衡分压,kPa;

x——溶质在液相中的摩尔分率;

E——亨利常数,单位同压强单位。

第27页：亨利定律其它形式

1)

(2)亨利定律其它形式

H——溶解度系数,kmol/(m3·kPa)

cA——摩尔浓度,kmol/m3;

H与E的关系:

第28页：H的讨论:1H大

H的讨论:1)H大,溶解度大,易溶气体

2)P对H影响小,

2)

m——相平衡常数,无因次。

第29页：m与E的关系

m与E的关系:

m的讨论:1)m大,溶解度小,难溶气体

2)

第30页：例5-1某系统温度为10℃

3)

【例5-1】某系统温度为10℃,总压101.3kPa,试求此条件下在与空气充分接触后的水中,每立方米水溶解了多少克氧气?

=101.3×0.21=21.27kPa

查得10℃时,氧气在水中的亨利系数E为

3.31×106kPa。

第31页：例5-1某系统温度为10℃（附图）

3.57×10-4kmol/m3

W=3.57×10-4×32×1000=11.42g/m3

第32页：.2.2.相平衡关系在吸收过程中的应用

.2.2.相平衡关系在吸收过程中的应用

1.判断过程进行的方向

y>y*或x*>x或

A由气相向液相传质,吸收过程

平衡状态

A由液相向气相传质,解吸过程

吸收过程:

第33页：2.指明过程进行的极限

2.指明过程进行的极限

过程极限:相平衡。

y

P

y

x

A

B

C

x

y*

y*

y

第34页：1逆流吸收,塔高无限

1)逆流吸收,塔高无限,

G,ya

G,yb

L,xa

L,xb

2)逆流吸收,塔高无限,

3.确定过程的推动力

1)吸收过程推动力的表达式

y-y*或x*-x或

第35页：2在x~y图上

2)在x~y图上

A

P

y

y*

x

x*

第36页：SO2的传质方向

【例5-2】在总压101.3kPa,温度30℃的条件下,SO2摩尔分率为0.3的混合气体与SO2摩尔分率为0.01的水溶液相接触,试问:

(1)SO2的传质方向;

(2)其它条件不变,温度降到0℃时SO2的传质方向;

(3)其它条件不变,总压提高到202.6kPa时SO2的传质方向,并计算以液相摩尔分率差及气相摩尔率差表示的传质推动力。

第37页：5.3.分子扩散与单相传质

• 分子扩散与单相传质
• 分子扩散
• 单相分子扩散
• 单相对流传质
• 界面上的浓度

第38页：.3.分子扩散与单相传质

• 3.分子扩散与单相传质
• 吸收过程:
• A由气相主体到相界面,气相内传递;
• A在相界面上溶解,溶解过程;
• A自相界面到液相主体,液相内传递。
• 单相内传递方式:分子扩散;对流扩散。
• 分子扩散与菲克定律
• 分子扩散

第39页：分子扩散现象

分子扩散现象:

第40页：分子扩散:在静止或滞流流体内部

分子扩散:在静止或滞流流体内部,若某一组分存

在浓度差,则因分子无规则的热运动使

该组分由浓度较高处传递至浓度较低处,

这种现象

这种现象称为分子扩散。

扩散通量:单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截

面积扩散的物质量,J表示,kmol/(m2·s)。

菲克定律:温度、总压一定,组分A在扩散方向上任一

点处的扩散通量与该处A的浓度梯度成正比。

第41页：JA——组分A扩散速率

JA——组分A扩散速率(扩散通量),kmol/(m2·s);

—组分A在扩散方向z上的浓度梯度(kmol/m3)/m;

DAB——组分A在B组分中的扩散系数,m2/s。

负号:表示扩散方向与浓度梯度方向相反,扩散沿

着浓度降低的方向进行

第42页：理想气体

理想气体:

=

第43页：.3.2.单相分子扩散

.3.2.单相分子扩散

分子扩散两种形式:等分子反向扩散,单向扩散。

1.等分子反向扩散及速率方程

JA

JB

(1)等分子反向扩散

TP

pA2

pB2

TP

pA1

pB1

1

2

第44页：等分子反向扩散

等分子反向扩散:任一截面处两个组分的扩散速率

大小相等,方向相反。

总压一定

=

第45页：等分子反向扩散传质速率方程

JA=-JB

DAB=DBA=D

(2)等分子反向扩散传质速率方程

传质速率定义:任一固定的空间位置上,单位时间

内通过单位面积的物质量,记作N,

kmol/(m2·s)。

NA=

气相:

第46页：液相、讨论

NA=

液相:

(3)讨论

1)

第47页：2组分的浓度与扩散距离z成直线关系

2)组分的浓度与扩散距离z成直线关系。

3)等分子反方向扩散发生在蒸馏过程中。

2.单向扩散及速率方程

p

pB1

pA1

pA2

pB2

扩散距离z

0

z

p

第48页：总体流动的特点、总体流动

1

2

JA

JB

NMcA/c

NMcB/c

总体流动NM

NA

(1)总体流动:因溶质A扩散

到界面溶解于溶剂中,造

成界面与主体的微小压差,

使得混合物向界面处的流

动。

(2)总体流动的特点:

1)因分子本身扩散引起的宏观流动。

2)A、B在总体流动中方向相同,流动速度正比于摩尔

分率。

第49页：单向扩散传质速率方程

(3)单向扩散传质速率方程

第50页：——微分式

——微分式

第51页：在气相扩散

在气相扩散

——积分式

第52页：

第53页：——积分式

——积分式

——积分式

液相:

(4)讨论

1)组分A的浓度与扩散距离z为指数关系

2)

、

——漂流因数,无因次

第54页：漂流因数意义

漂流因数意义:其大小反映了总体流动对传质速率的影

响程度,其值为总体流动使传质速率较单纯分子扩

散增大的倍数。

漂流因数的影响因素:

浓度高,漂流因数大,总体流动的影响大。

低浓度时,漂流因数近似等于1,总体流动的影响小。

第55页：3单向扩散体现在吸收过程中

3)单向扩散体现在吸收过程中。

3.扩散系数

扩散系数的意义:单位浓度梯度下的扩散通量,反映

某组分在一定介质中的扩散能力,是物质特性常

数之一;D,m2/s。

D的影响因素:A、B、T、P、浓度

D的来源:查手册;半经验公式;测定

第56页：气相中的D

(1)气相中的D

范围:10-5~10-4m2/s

经验公式

(2)液相中的D

范围:10-10~10-9m2/s

第57页：例5-3有一直立的玻璃管

【例5-3】有一直立的玻璃管,底端封死,内充丙酮,液面距上端管口11mm,上端有一股空气通过,5小时后,管内液面降到距管口20.5mm,管内液体温度保持293K,大气压为100kPa,此条件下,丙酮的饱和蒸气压为24kPa。求丙酮在空气中的扩散系数。

z

空气

丙酮

第58页：单位面积液面汽化的速率用

单位面积液面汽化的速率用液面高度变化的速率:

=

解

第59页：

第60页：.3.3.单相对流传质

.3.3.单相对流传质

1.涡流扩散

涡流扩散:流体作湍流运动时,若流体内部

存在浓度梯度,流体质点便会靠

质点的无规则运动,相互碰撞和

混合,组分从高浓度向低浓度方

向传递,这种现象

向传递,这种现象称为涡流扩散。

第61页：——涡流扩散速率

——涡流扩散速率,kmol/(m2·s);

——涡流扩散系数,m2/s。

注意:涡流扩散系数与分子扩散系数不同,不是物性

常数,其值与流体流动状态及所处的位置有

关。

总扩散通量:

第62页：热流体冷流体、有效膜模型

T

TW

tW

t

热流体

冷流体

pA

pAi

cAi

cA

气相

液相

δT

δt

δG

δL

E

2.有效膜模型

(1)单相内对流传质过程

第63页：1靠近相界面处层流内层

1)靠近相界面处层流内层:传质机理仅为分

子扩散,溶质A的浓度梯度较大,pA随z的

变化较陡。

2)湍流主体:涡流扩散远远大于分子扩散,

溶质浓度均一化,pA随z的变化近似为水

平线。

3)过渡区:分子扩散+涡流扩散,pA随z的

变化逐渐平缓。

第64页：有效膜模型

(2)有效膜模型

单相对流传质的传质阻力全部集中在一层虚拟的膜层内,膜层内的传质形式仅为分子扩散。

3.单相对流传质速率方程

(1)气相对流传质速率方程

有效膜厚δG由层流内层浓度梯度线延长线与流体主体浓度线相交于一点E,则厚度δG为E到相界面的垂直距离。

第65页：——以分压差表示推动力的气相传质分系数

——以分压差表示推动力的气相传质分系数,

kmol/(m2·s·kPa)。

=传质系数×吸收的推动力

第66页：气相对流传质速率方程有以下几种形式

气相对流传质速率方程有以下几种形式:

——以气相摩尔分率表示推动力的气相传

质分系数,kmol/(m2·s);

各气相传质分系数之间的关系:

带入上式

与

比较

第67页：液相传质速率方程有以下几种形式

液相传质速率方程有以下几种形式:

(2)液相对流传质速率方程

第68页：kL——以液相组成摩尔浓度表示推动力

kL——以液相组成摩尔浓度表示推动力的液相

对流传质分系数,kmol/(m2·s·kmol/m3);

——以液相组成摩尔分率表示推动力的液相

对流传质分系数,kmol/(m2·s);

各液相传质分系数之间的关系:

注意:

对流传质系数=f(操作条件、流动状态、物性)

第69页：.3.4.界面上的浓度

.3.4.界面上的浓度

定态传质

=f(cAi)

、cAi

1.一般情况

2.平衡关系满足亨利定律

、cAi

第70页：3.图解

3.图解

I(pAi,cAi)

气膜阻力

液膜阻力

操作点

O

I(界面)

cA/kmol/m3

cA

pA/kPa

0

第71页：5.4.对流传质

• 对流传质
• 两相对流传质模型
• 总传质速率方程
• 传质阻力与传质速率的控制

第72页：.4.1.两相对流传质模型

.4.1.两相对流传质模型

相际对流传质三大模型:双膜模型

溶质渗透模型

表面更新模型

1.双膜模型

pA

pAi

cAi

cA

气相

液相

δG

δL

E

第73页：2.双膜模型的基本论点假设

• 双膜模型的基本论点(假设)
• 气液两相存在一个稳定的相界面,界面两侧存
• 在稳定的气膜和液膜。膜内为层流,A以分子扩
• 散方式通过气膜和液膜。
• 相界面处两相达平衡,无扩散阻力。
• 有效膜以外主体中,充分湍动,溶质主要以
• 涡流扩散的形式传质。
• 双膜模型也称为双膜阻力模型

第74页：.4.2.总传质速率方程

.4.2.总传质速率方程

1.吸收过程的总传质速率方程

(1)用气相组成表示吸收推动力

——以气相分压差表示推动力的气相总传质

系数,kmol/(m2·s·kPa);

——以气相摩尔分率差表示推动力的气相

总传质系数,kmol/(m2·s);

第75页：用液相组成表示吸收推动力

(2)用液相组成表示吸收推动力

——以液相浓度差表示推动力的液相总传

质系数,kmol/m2·s·kmol/m3);

——以液相摩尔分率差表示推动力的液相

总传质系数,kmol/(m2·s);

(3)总传质系数与单相传质分系数之间的关系

系统服从亨利定律或平衡关系在计算范围为直线

第76页：根据双膜理论

根据双膜理论

第77页：用类似的方法得到

同理:

用类似的方法得到

第78页：总传质系数之间的关系

(4)总传质系数之间的关系

第79页：.4.3.传质阻力

.4.3.传质阻力与传质速率的控制

1.传质阻力

相间传质总阻力=液相(膜)阻力+气相(膜)阻力

注意:传质系数、传质阻力

与推动力一一对应。

第80页：2.传质速率的控制步骤

2.传质速率的控制步骤

(1)气膜控制

气膜控制:传质阻力主要集中在气相,此吸收过程

为气相阻力控制(气膜控制)。

H较大易溶气体

气膜控制的特点:

.

pAG

I

pAi

cA

cAi

第81页：提高传质速率的措施:提高气体流速

提高传质速率的措施:提高气体流速;

加强气相湍流程度。

(2)液膜控制

液膜控制:传质阻力主要集中在液相,此吸收过程

为液相阻力控制(液膜控制)

液膜控制的特点:

H较小难溶气体

.

第82页：提高传质速率的措施:提高液体流速

提高传质速率的措施:提高液体流速;

加强液相湍流程度。

同理:

气膜控制:

液膜控制:

m小易溶气体

m大难溶气体

第83页：例5-4110kPa下操作的氨吸收塔

【例5-4】110kPa下操作的氨吸收塔,某截面上,含氨0.03摩尔分率的气体与氨浓度为1kmol/m3的氨水接触,已知气相传质系数kG=5×10-9kmol/(m2·s·Pa),液相传质系数kL=1.5×10-4m/s,氨水的平衡关系可用亨利定律表示,H=7.3×10-4kmol/(m3·Pa),试计算:

1)气液界面上的两相组成;

2)以分压差和摩尔浓度差表示的总推动力、总传质系数、传质速率;

3)以摩尔分率差表示总推动力的气相总传质系数;

4)气膜与液膜阻力的相对大小。

第84页：5.5.吸收塔的计算

• 吸收塔的计算
• 物料衡算与操作线方程
• 吸收剂用量的确定
• 填料层高度的计算
• 吸收塔的计算
• 塔板数的计算

第85页：操作型:核算

操作型:核算;

操作条件与吸收结果的关系。

计算依据:物料恒算

相平衡

吸收速率方程

吸收塔的计算内容:

设计型:流向、流程、吸收剂用量、

吸收剂浓度、塔高、塔径

5.5.吸收塔的计算

第86页：5.5.1.物料衡算与操作线方程

5.5.1.物料衡算与操作线方程

第87页：1.物料衡算

1.物料衡算

定态,假设S不挥发,B不溶于S

全塔范围内,对A作物料衡算:

GBYb+LsXa=GBYa+LSXb

GB(Yb-Ya)=LS(Xb-Xa)

GB,Ya

GB,Yb

LS,Xa

LS,Xb

第88页：2.操作线方程式及操作线

Xb=Xa+GB(Yb-Ya)/LS

2.操作线方程式及操作线

(1)逆流吸收

GB,Ya

GB,Yb

LS,Xa

LS,Xb

GB,Y

Ls,X

GBY+LSXa=GBYa+LSX

Ya=Yb(1-η)

η——A被吸收的百分率,称为回收率或吸收率

第89页：逆流吸收操作线具有如下特点

同理:

逆流吸收操作线具有如下特点:

X

Yb

Ya

Xb

Xa

A

B

Y

第90页：3操作线仅与液气比、浓端及稀端组成有关

3)操作线仅与液气比、浓端及稀端组成有关,与系

统的平衡关系、塔型及操作条件T、p无关。

2)操作线通过塔顶(稀端)A(Xa,Ya)及塔底

(浓端)B(Xb,Yb);

1)定态,LS、GB、Yb、Xa恒定,操作线在X~Y

坐标上为一直线,斜率为LS/GB。LS/GB为吸收

操作的液气比;

第91页：5平衡线与操作线共同决定吸收推动力

5)平衡线与操作线共同决定吸收推动力。操作线

离平衡线愈远吸收的推动力愈大;

4)吸收操作线在平衡线的上方,解吸操作线在平

衡线OE下方。

X

A

B

Y

K

.

Y

X

X*

Y*

第92页：并流吸收

(2)并流吸收

GB,Ya

GB,Yb

LS,Xa

LS,Xb

GB,Y

LS,X

GBY+LSX=GBYa+LSXa

Ya

Yb

Xa

Xb

A

B

X

Y

第93页：逆流与并流的比较

逆流与并流的比较:

1)逆流推动力均匀,且

2)Yb大,逆流时Yb与Xb在塔底相迂有利于提高X

Xa小,逆流时Ya与Xa在塔顶相迂有利于降低Ya

逆流与并流操作线练习

第94页：逆流与并流的比较（附图）

Y3

X2

X1

Y1

Y2

X2

Y2

X3

C

D

A

B

Y1

Y2

Y3

X1

X2

X3

C

D

A

B

第95页：5.5.2.吸收剂用量的确定

5.5.2.吸收剂用量的确定

第96页：5.5.2.吸收剂用量的确定（附图）

B1

Yb

Ya

A

B

O

E

X

Y

Xa

Xb

X*b

P

第97页：1.最小液气比

1.最小液气比

最小液气比定义:针对一定的分离任务,操作条件和吸收物系一定,塔内某截面吸收推动力为零,达到分离程度所需塔高无穷大时的液气比。

最小液气比的计算

(1)平衡曲线一般情况

第98页：X*b——与Yb相平衡的液相组成

X*b——与Yb相平衡的液相组成。

平衡关系符合亨利定律时:

2)平衡曲线为凸形曲线情况

第99页：

第100页：2.操作液气比

2.操作液气比

第101页：例5-5某矿石焙烧炉排出含SO2的混合气

【例5-5】某矿石焙烧炉排出含SO2的混合气体,除SO2外其余组分可看作惰性气体。冷却后送入填料吸收塔中,用清水洗涤以除去其中的SO2。吸收塔的操作温度为20℃,压力为101.3kPa。混合气的流量为1000m3/h,其中含SO2体积百分数为9%,要求SO2的回收率为90%。若吸收剂用量为理论最小用量的1.2倍,试计算:

(1)吸收剂用量及塔底吸收液的组成X1;

第102页：2当用含SO20.0003摩尔比的水溶液

2)当用含SO20.0003(摩尔比)的水溶液作吸收剂时,保持二氧化硫回收率不变,吸收剂用量比原情况增加还是减少?塔底吸收液组成变为多少?

已知101.3kPa,20℃条件下SO2在水中的平衡数据:与Y1相平衡的液相组成=0.0032

低浓度吸收的特点:

第103页：.5.3.填料层高度的计算

.5.3.填料层高度的计算

1.传质单元数法

(1)塔高计算基本关系式

ho

y

y+dy

x

x+dx

h

dh

ya

xa

xb

yb

单位时间,dh内吸收A的量:

ς——塔截面积,m2;

GA——A的流率,kmol/(m2·s);

G——混合气体流率,kmol/(m2·s);

L——吸收剂流率,kmol/(m2·s)。

第104页：a——单位体积填料的有效传质面积

a——单位体积填料的有效传质面积,m2。

第105页：填料层高度

填料层高度

第106页：同理

同理:

第107页：——气相总体积传质系数

——气相总体积传质系数,kmol/(m3·s)

——液相总体积传质系数,kmol/(m3·s)

填料层高度可用下面的通式计算:

Z=传质单元高度×传质单元数

体积传质系数的物理意义:

在单位推动力下,单位时间,单位体积填料层内吸收的溶质量。

(2)传质单元数与传质单元高度

第108页：1传质单元数

以

为例

1)传质单元数

、

—液相总传质单元高度、总传质单元数

——气相传质单元高度、传质单元数

——液相传质单元高度、传质单元数

—气相总传质单元高度、总传质单元数

定义:

气相总传质单元数

第109页：传质单元数的意义

传质单元数的意义:

反映了取得一定吸收效果的难易程度。

气体流经一段填料,溶质组成变化(yb-ya)等于该段填料平均吸收推动力(y-y*)m时,,该段填料为一个传质单元。

第110页：2传质单元高度

2)传质单元高度

定义:

气相总传质单元高度,m。

传质单元高度的意义:

完成一个传质单元分离效果所需的填料层高度,反映了吸收设备效能的高低。

传质单元高度影响因素:

填料性能、流动状况

体积总传质系数与传质单元高度的关系:

第111页：传质单元高度变化范围

传质单元高度变化范围:0.15~1.5m。

各种传质单元高度之间的关系

平衡线斜率为m

第112页：比较上式

同理:

比较上式:

(3)传质单元数的计算

1)对数平均推动力法

气液平衡线为直线

操作线也为直线

第113页：比较上式（附图）

=y-y*=Ay+B

第114页：

第115页：同理

同理:

第116页：平衡线与操作线平行时

平衡线与操作线平行时,

当、时,对数平均推动力可用算术

平均推动力。

注意:

平均推动力法适用于平衡线为直线,逆流、并流吸收

皆可。

第117页：2吸收因数法

2)吸收因数法

平衡线为通过原点的直线,服从亨利定律

逆流为例:

第118页：S——解吸因数脱吸因数

S——解吸因数(脱吸因数)

第119页：

第120页：注意:图的适用范围为>20及S<0.75

讨论:

m、yb、xa、S一定时:

注意:图的适用范围为>20及S<0.75。

的意义:反映了A吸收率的高低。

第121页：参数S的意义

参数S的意义:反映了吸收过程推动力的大小,

其值为平衡线斜率与吸收操作线斜率的比值。

S范围在0.7~0.8

第122页：——吸收因数

——吸收因数

第123页：3数值积分法

3)数值积分法

平衡线曲线时

图解积分法步骤如下:

操作线上任取一点(x,y),其推动力为(y-y*)。

系列y~作图得曲线。

积分计算ya至yb范围内的阴影面积。

第124页：3数值积分法（附图）

yb

ya

o

E

第125页：2.等板高度法

2.等板高度法

理论级:不平衡的气液两相在一段填料层内相互接触,

离开该段填料的气液两相达到相平衡,此段填

料为一个理论级。

Z=HETP×NT

NT——完成分离任务,所需的理论级数;

HETP——等板高度。

等板高度:分离效果达到一个理论级所需的填料层高度。

第126页：.5.4.吸收塔的计算

.5.4.吸收塔的计算

命题:物系、操作条件一定,计算达到指定

分离要求所需塔高。

分离要求:残余浓度ya或溶质的回收率η

1.设计型

(1)流向的选择

逆流特点:1)逆流推动力大,传质速率快;

2)吸收液的浓度高;

3)溶质的吸收率高;

第127页：4液体受到上升气体的曳力

4)液体受到上升气体的曳力,限制了液体流量和

气体流量。

(2)吸收剂进口浓度的选择及其最高允许浓度

第128页：吸收剂流量的确定

(3)吸收剂流量的确定

第129页：例5-6在一塔径为0.8m的填料塔内

【例5-6】在一塔径为0.8m的填料塔内,用清水逆流吸收空气中的氨,要求氨的吸收率为99.5%。已知空气和氨的混合气质量流量为1400kg/h,气体总压为101.3kPa,其中氨的分压为1.333kPa。若实际吸收剂用量为最小用量的1.4倍,操作温度(293K)下的气液相平衡关系为y*=0.75x,气相总体积吸收系数为0.088kmol/m3·s,试求

(1)每小时用水量;

(2)用平均推动力法求出所需填料层高度。

第130页：例5-7空气中含丙酮2%体积百分数的混合

【例5-7】空气中含丙酮2%(体积百分数)的混合气以0.024kmol/m2·s的流率进入一填料塔,

今用流率为0.065kmol/m2·s的清水逆流吸收混合气中的丙酮,要求丙酮的回收率为98.8%。

已知操作压力为100kPa,操作温度下的亨利系数为177kPa,气相总体积吸收系数为0.0231kmol/m3·s,

试用解吸因数法求填料层高度。

第131页：2.吸收塔的操作型计算

2.吸收塔的操作型计算

命题:塔高一定时,吸收操作条件与吸收效果间的

分析和计算;

吸收塔的核算。

(1)定性分析

【例5-8】在一填料塔中用清水吸收氨-空气中的低浓氨气,若清水量适量加大,其余操作条件不变,则ya、xb何变化?(已知体积传质系数随流量变化关系为)

第132页：定性分析步骤

• 定性分析步骤:
• 根据条件确定HOG、S;
• 利用ho=,确定的变化;
• 采用吸收因数法确定ya的变化;
• 利用全塔物料衡算分析xb变化。
• 定量计算
• 问题:吸收温度降低,ya、xb、吸收操作线如何变化?
• xa降低,ya、xb、吸收操作线如何变化?
• 吸收压力提高,ya、xb、吸收操作线如何变化

第133页：例5-9某填料吸收塔在101.3kPa

【例5-9】某填料吸收塔在101.3kPa,293K下用清水逆流吸收丙酮—空气混合气中的丙酮,操作液气比为2.0,丙酮的回收率为95%。

已知该吸收为低浓度吸收,操作条件下气液平衡关系为,吸收过程为气膜控制,气相总体积吸收系数与气体流率的0.8次方成正比。

(塔截面积为1m2)

(1)若气体流量增加15%,而液体流量及气、液进口组成不变,试求丙酮的回收率有何变化?(2)若丙酮回收率由95%提高到98%,而气体流量,

气、液进口组成,吸收塔的操作温度和压力皆不变,试求吸收剂用量提高到

第134页：3.吸收过程的强化

3.吸收过程的强化

目标:提高吸收过程的推动力;

降低吸收过程的阻力。

(1)提高吸收过程的推动力

第135页：例5-10在一填料吸收塔内

【例5-10】在一填料吸收塔内,用含溶质为0.0099(摩尔分率)的吸收剂逆流吸收混合气中溶质的85%,进塔气体中溶质浓度为0.091(摩尔分率),操作液气比为0.9,已知操作条件下系统的平衡关系为,试求:

(1)逆流操作改为并流操作后所得吸收液的浓度;

(2)逆流操作与并流操作平均吸收推动力的比。

1)逆流操作比并流操作的推动力大;

第136页：2提高吸收剂的流量

2)提高吸收剂的流量;

yb

ya

ya’

xb

xb’

xa

第137页：降低吸收过程的传质阻力

• 降低吸收过程的传质阻力
• 提高流体流动的湍动程度;
• 改善填料的性能。
• 吸收过程为气膜控制时,降低吸收剂入口温度;
• 降低吸收剂入口溶质的浓度;
• 吸收过程为气膜控制时,提高吸收的压力。

第138页：.5.5.塔板数的计算

.5.5.塔板数的计算

ya=y1

xa=x0

y1

yi

x1

1

i

i+1

N

xi

yi+1

xi+1

yN

xN

yb=yN+1

xb=xN

理论板:气液两相充分接触,

达到平衡的板。

操作关系:yi+1~xi

操作线方程

yi~xi

第139页：1.图解法求NT

1.图解法求NT

步骤:1)画平衡线OE,

操作线AB;

y1

x0

x1

y2

x2

y3

x3

y4

A

B

o

E

2)从A点出发画

梯级,直到越

过B点。

3)梯级数为理

论板数。

第140页：2.解析法

2.解析法

平衡线为直线:

逆流吸收操作线:

第141页：2.解析法（附图）

当A=1时NT=NOG

A>1时NT<NOG

A<1时NT>NOG

第142页：5.6.解吸及计算

• 解吸及计算
• 解吸条件及传质方向
• 解吸方法
• 解吸塔的计算

第143页：称为解吸

解吸过程:溶质从吸收液中分离出的操作,

称为解吸。

解吸目的:获得所需较纯的溶质;溶剂再生

循环使用。

5.6.解吸及计算

5.6.1解吸条件及传质方向

传质方向:溶质由液相向气相传递。

或

条件:

或

或

推动力:

或

第144页：1.气提解吸

• 气提解吸:
• 减压解吸:
• 加热解吸:
• 解吸方法
• 或
• 解吸能耗大,整个吸收过程的能耗主要在解吸。

第145页：5.6.3解吸塔的计算

5.6.3解吸塔的计算(解吸塔塔高及载气量)

G,ya

G,yb

L,xa

L,xb

G,y

L,x

1.物料衡算与操作线方程

G(ya-yb)=L(xa-xb)

全塔物料衡算:

操作线:

L—吸收液流量,kmol/m2·s;

G—载气流量,kmol/m2·s;

第146页：5.6.3解吸塔的计算（附图）

B

yb

xb

xa

A

ya

y*=f(x)

A*

第147页：2.最小气液比和载气流量的确定

2.最小气液比和载气流量的确定

平衡线为非下凹线时,解吸操作线与平衡线相交于点A*,此时,对应的气液比为最小气液比。以表示。对应的气体用量为最小用量,记作Gmin。

实际载气流量G=(1.1~2.0)

第148页：3.传质单元数法计算解吸填料层高度

3.传质单元数法计算解吸填料层高度

(1)平均推动力法

第149页：吸收因数法

(2)吸收因数法

——吸收因数

第150页：例5-11含烃摩尔分率为0.0255的溶

【例5-11】含烃摩尔分率为0.0255的溶剂油用水蒸汽在一塔截面积为1m2的填料塔内逆流解吸,已知溶剂油流量为10kmol/h,操作气液比为最小气液比的1.35倍,要求解吸后溶剂油中烃的含量减少至摩尔分率为0.0005。已知该操作条件下,系统的平衡关系为,液相总体积传质系数30kmol/(m3·h)。假设溶剂油不挥发,蒸汽在塔内不冷凝,塔内维持恒温。求:

(1)解吸所需水蒸气量为多少kmol/h;

(2)所需填料层高度。

第151页：5.7.其它吸收类型

5.7.其它吸收类型

1.高浓度吸收

特点:

G、L沿塔高变化;

y-x操作线为曲线;

非等温:含量高,溶解热大,对平衡不利,但

有利于提高传质系数,常忽略不计更

安全;

第152页：传质系数与含量有关

传质系数与含量有关,漂流因数受浓度影响大,

传质系数非常数。

2.化学吸收

特点:

选择性高,吸收率高,PA低,ya低;

传质与反应同时进行过程。

第153页：基本原理

基本原理

与概念

设计计算

强化吸收

指导操作

扩展与

延伸

吸收总结

第154页：基本原理与概念

基本原理与概念

1.气液相平衡

2.物料衡算

概念

稀溶液:亨利定律

GB(Yb-Ya)=LS(Xb-Xa)

全塔

塔顶与塔任一截面

塔底与塔任一截面

第155页：回收率

Xb=Xa+GB(Yb-Ya)/LS

Ya=Yb(1-η)

回收率

吸收液浓度

液气比

定义:

第156页：3.传质速率方程

3.传质速率方程

——漂流因数

第157页：对流扩散:双膜理论三个要点

对流扩散:双膜理论(三个要点)

第158页：——气相总体积传质系数

——气相总体积传质系数,kmol/(m3·s)

——液相总体积传质系数,kmol/(m3·s)

体积传质系数的物理意义:

在单位推动力下,单位时间,单位体积填料层内吸收的溶质量。

第159页：设计计算:Z=传质单元高度×

设计计算:Z=传质单元高度×传质单元数

1.传质单元高度

定义:

,m。

传质单元高度的意义:

完成一个传质单元分离效果所需的填料层高度,反映了吸收设备效能的高低。

传质单元高度影响因素:

填料性能、流动状况

第160页：1.传质单元数

1.传质单元数

对数平均推动力法

吸收因数法

的意义:反映了A吸收率的高低。

第161页：参数S的意义

参数S的意义:反映了吸收过程推动力的大小,

其值为平衡线斜率与吸收操作线斜率的比值。

数值积分法

2.等板高度法

当A=1时NT=NOG

A>1时NT<NOG

A<1时NT>NOG

第162页：指导操作

指导操作

气膜控制:提高气速、加强气相湍动;

L/G提高,推动力提高;

xa降低推动力提高;

降低吸收温度,推动力提高;

提高塔板效率

第163页：强化吸收

强化吸收

改变吸收操作线斜率;

改变平衡关系:m↓(T↓、P↑);

xa↓(提高解吸程度);

提高推动力

减少传质阻力:

L↑

G↑

新型填料

第164页：扩展——解吸、延伸

扩展

扩展——解吸、延伸——化学吸收、非等温吸收

与吸收相似点:

1.所用设备相同

2.原理相同

3.ho计算方法相同

G,ya

G,yb

L,xa

L,xb

G,y

L,x