8-气体吸收(复习+习题课)

L x1
设计型举例
y2 1 y1
y2 y1 1 0.02 1 99% 0.0002
y2 =99% x2=0.02%
y1 y2 0.02 0.0002 L 0.358 y1 0.02 G min 0.0002 x2 0.36 m
三 三 明 明 学 学 院 院 1
化工原理（下）总复习
8 气体吸收
2
9 液体精馏
11 液夜萃取 14 固体干燥
3
4
8 th 气体吸收复习
• 8.1 概述 • 8.1.1 化工生产中的传质过程 • 传质分离过程: 利用物系中不同组分的物理性 质或化学性质的差异来造成一个两相物系，使 其中某一组分或某些组分从一相转移到另一相， 即进行相际传质，并由于混合物中各组分在两 相间平衡分配不同，则可达到分离的目的。 • 以传质分离过程为特征的基本单元操作：气体 吸收, 液体蒸馏, 固体干燥, 液-液萃取, 结晶, 吸 附, 膜分离等。思考：吸收的目的是什么？
与 H 不变相矛盾，故假设不成立
因此，y2 只能
y2 O
A x
当 x2 变大时，原、新状况下操作线
操作型举例
关于x1：排除法
Y y1 原
B E
假设x1不变、变小，作图 可知NOG将变小，故H将 变小，与H一定相矛盾， 因此 x1 将
y2 A O x
当 x2 变大时，原、新状况下操作线
操作型举例 (1)当吸收剂入塔浓度x2变大时 解法三：吸收因数法 由题意可知：
气体吸收
8.1.2 相组成表示法 1. 质量分数与摩尔分率（质量分数与摩尔分数）
• 质量分数：是指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：摩尔分率是指在混合物中某组分的 摩尔数nA占混合物总摩尔数n的分率。 • 气相： yA= pA/p • 液相： xA=cA/c
3. 质量浓度与摩尔浓度 4. 气体的总压与理想气体混合物中组分的分压 8.1.3 气体吸收过程 • 吸收操作的依据：是混合物各组分在某种溶剂（吸 收剂）中溶解度（或化学反应活性）的差异。 • 一个完整的吸收分离流程包括吸收和解吸两部分。 能耗主要在解吸过程。 8.1.4 气体吸收过程的应用－吸收的目的 （1）分离混合气体以获得一定的组分或产物； （2） 除去有害组分以净化或精制气体； （3）制备某种气体的溶液； （4）工业废气的治理； 实际吸收过程往往同时兼有净化和回收等多重目的。
8.5 低浓度气体吸收－吸收塔的计算 8.5.1 物料衡算和操作线方程 (1) 物料衡算及吸收液浓度的计算 G（y1－y2）=L（x1－x2） y2=y1（1－ ） • 式中 ——混合气中溶质A被吸收的百分率， 称为回收率或吸收率。 • 塔底排出液中溶质的浓度 • x1=x2＋G（y1－y2）/L
L y1 x1 x2 y2 G
H H OG N OG
H OG G K ya
或
N OG
y1 y2 ym
1 y1 mx2 ln 1 S S 1 S y2 mx2
N OG
设计型举例
H H OG N OG
例1 常压下，用煤油从苯蒸汽和空气混合物中吸收苯，吸 收率为99%，混合气量为53kmol/h。入塔气中含苯2%（体 积 %），入塔煤油中含苯0.02%（摩尔分率）。溶剂用量为 最小用量的1.5倍，在操作温度50℃下，相平衡关系为y* = 0.36x，总传质系数Kya=0.015kmol/(m3s)，塔径为1.1米。 y2 x2=0.02% 试求所需填料层高度。
Ky 1 1 m k y kx
1 1 1 k y m kx
N A K x ( xe x)
Kx
• 8.4.1 双膜理论 • 双膜模型的基本假设： • （1）相互接触的气液两相存在一个稳定的相 界面，界面两侧分别存在着稳定的气膜和液膜。 膜内流体流动状态为层流，溶质A以分子扩散 方式通过气膜和液膜，由气相主体传递到液相 主体。 • （2）相界面处，气液两相达到相平衡，界面 处无扩散阻力。 • （3）在气膜和液膜以外的气液主体中，由于 流体的充分湍动，溶质A的浓度均匀，溶质主 要以涡流扩散的形式传质。
8.5.7 强化吸收过程的措施 （1）提高吸收过程的推动力 1）逆流操作；2）提高吸收剂的流量； 3）降低吸收剂入口温度； 4）降低吸收剂入口溶质的浓度。 （2）降低吸收过程的传质阻力 1）提高流体流动的湍动程度； 2）改善填料的性能。
8.6 气体吸收思考题 1）温度和压力对吸收过程的平衡关系有何影响? 2）亨利定律为何具有不同的表达形式? 3） 摩尔比与摩尔分数有何不同，它们之间的关系如 何? 4） 分子传质(扩散)与分子传热(导热)有何异同? 5）在进行分子传质时，总体流动是如何形成的，总 体流动对分子传质通量有何影响? 6）讨论传质的机理、吸收过程的机理的意义是什么? 7）双膜模型，溶质渗透模型和表面更新模型的要点 是什么，各模型求得的传质系数与扩 散系数有何关 系，其模型参数是什么? 8）吸收速率方程为何具有不同的表达形式? 9）传质单元高度和传质单元数有何物理意义?
1 G 故 变大或不变， H OG 或不变 K ya K ya
y1 原
B E
H
与 H 不变相矛盾，故假设不成立
y2 O
A
x
操作型举例
b．假设y2变小
作图知，NOG
1 G 变大或不变， H OG 或不变 K ya K ya
H
与 H 不变相矛盾， 故假设不成立
操作型举例
1．定性分析
快速分析 作图+排除法
吸收因数法
y2?
x2
y2? L x2
例2 在逆流操作的填料吸收 塔中，对某一低浓气体中的溶 质组分进行吸收，现因故 (1)吸收剂入塔浓度变大， (2)吸收剂用量变小， 而其它操作条件均不变，试分 析出塔气体、液体浓度如何变 化？
G y1 L x1? G y1 L x1?
y2?
x2
S增大
S
H OG
mG 不变 L G 不变 K ya
G y1
NOG
NOG＝H/HOG不变 由右图可知，
L x1?
（y1-mx2）/（y2-mx2）
y1 m x2 不变 y2 m x2
又x2变大，故y2 变大
至于x1： 仍需用排除法判定，下略。
操作型举例
(2)当吸收剂用量变小时
G= 53kmol/h y1=0.02
L x1
1 0.02 0.36 0.0002 ln1 0.67 0.67 11.98 1 0.67 0.0002 0.36 0.0002
设计型举例
H H OG N OG 1.03 11.98 12.4m
操作型举例
(1)吸收剂入塔浓度变大 解法一：快速分析 力变 y2 变大，
G y1 L x1? y2? x2
x2变大时，将使传质推动
小，故不利于吸收，因此，
操作型举例
y2?
(1)当吸收剂入塔浓度x2变大时 解法二：作图+排除法
x2
1 y-y*
a．假设 y2 不变
L/G不变
y1 不变、x2 变大
G y1 L x1?
解 属于低浓气体吸收
H OG
1 G D 2 3600 G 4 K ya K ya
=99%
D=1.1m
溶剂用量 为最小用 量的1.5倍 y* = 0.36x
1 53 1.1 2 3600 4 1.03m 0.015
G= 53kmol/h y1=0.02
8.1.5 吸收剂的选用 在选择吸收剂时，应从以下几方面考虑： （1）溶解度；（2） 选择性； （3） 溶解度对操作条件的敏感性； （4） 挥发度；（5） 黏（粘）性； （6） 化学稳定性；（7） 腐蚀性； （8） 其它等要求。
8.1.6 吸收过程的分类 （1）物理吸收和化学吸收 （2） 单组分吸收与多组分吸收 （3） 等温吸收与非等温吸收 （4） 低浓度吸收与高浓度吸收
解法一：快速分析 吸收剂用量变小时，不利于吸收， 因此，y2 变大。
y2? L x2
G y1
L x1?
操作型举例
y2? L x2
(2) 当吸收剂用量变小时 解法二：作图+排除法
L/G G、y1、x2 不变
a．假设 y2 不变
作图知，NOG
G y1 L x1?
L 变小， L 变小， Re 液膜变厚或不变 （气膜控制） Y ，
L L 1.5 1.5 0.358 0.537 G G min
m 0.36 S 0.67 L G 0.537
溶剂用量 为最小用 量的1.5倍
D=1.1m
y* = 0.36x
N OG

1 y1 mx2 ln 1 S S 1 S y2 mx2
吸收操作线与计算
L y ( x x2 ) y 2 G
y1 y 2 L G min y1 x 2 m
x1 x2 G L min mx1 y2
H H OG N OG
G y1 dy y2 y y e K ya
P39例8－6
0 y2 y1
y
作图知，NOG
Kya 不变， H OG
G 不变。 K ya
H
Y y1 原
传质单元数
B E
与 H 不变相矛盾，故假设不成立
y2 O
A
x
当 x2 变大时，原、新状况下操作线
操作型举例
b．假设 y2
作图知，NOG
Kya 不变， H OG
G 不变。 K ya
Y y1
H
B 原 E
传质单元高度的计算
y1 y2 ym y1 ln y2
y1 ( y1 mx1 ), y2 ( y2 mx2 )
N OG
1 y1 m x2 1 ln 1 1 A y 2 m x2 A 1 A 1
1 mG A L
重点研究： 低浓度、单组分、等温的物理吸收过程
亨利定律
pe Ex
pe Hc
ye mx
E HcM H
E m p
m
Mm
H S MS
温度降低或总 压升高，则m 值变小，液相 溶质的浓度x 增加，有利于 吸收操作。
扩散速率方程
J A DAB dc A dz
菲克扩散
NA J A
p Bm
漂流因子特点：
p 1 p Bm
cM 1 cBm
当混合物中溶质A的浓度较低时 cM p 1 1 cBm p Bm
扩散系数的影响
JA D dc A dz
T 1.81 p0 D D0 ( ) ( ) T0 p
T 0 D D0 ( )( ) T0
吸收速率方程
N A K y(y ye )
NOG、HOG的意义
1）传质单元数 、 计算式中的分子为气相或 液相组成变化，即分离效果（分离要求）； 分母为吸收过程的推动力。若吸收要求愈 高，吸收的推动力愈小，传质单元数就愈 大。所以传质单元数反映了吸收过程的难 易程度。当吸收要求一定时，欲减少传质 单元数，则应设法增大吸收推动力。
意义： 当气体流经一段填料，其气相中溶质组成变 化（y1－ y2）等于该段填料平均吸收推动力 （y－ye）m，此 时，该段填料为一个传质 单元。NOG=（y1－ y2）/（y－ye）m=1 传质单元高度的数值反映了吸收设备传质效 能的高低，HOG 愈小，吸收设备传质效能愈 高，完成一定分离任务所需填料层高度愈 小.
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习题课
习题课
设计型 操作型
y2
指吸收任务给定，求塔径、 塔高等。
指吸收设备和流程已给定，考察操作条件 的变化对吸收效果的影响
x2
操作条件：
操作条件
气液流量、
气液进口浓度、 操作温度、压力等
G y1
L x1
习题课
公式：
L L (1.2 ~ 2.0) G G min
D

(c A1 c A2 )
D NA ( p A1 p A2 ) RT
等分子 扩散
单向扩散速率
DcM NA (cA1 cA2 ) cBm
Dp NA ( p A1 p A2 ) RTp Bm
c Bm c B2 c B1 c B2 ln c B1
p B2 p B1 p B2 ln p B1