化工原理下册 吸收 课堂笔记

化工原理第八章吸收8.1 概述一、吸收的目的和依据目的：（1）回收有用物质；（2）脱除有害物质组分；（3）制备溶液。

依据：混合气体中各组分在溶剂中溶解度的差异。

二、吸收的流程溶质——A；惰性组分——B；溶剂——S。

吸收过程的主要能耗在解吸上。

三、溶剂的选择：技术方面：溶解度要高，选择性要强，对温度要敏感，容易解吸。

经济及安全方面：不易挥发，较好的化学稳定性；价廉、易得；无毒、不易爆易燃。

四、吸收的分类：物理吸收与化学吸收等温吸收与非等温吸收单组份吸收与多组分吸收低浓度吸收（直线）与高浓度吸收（曲线）8.2 相际传质过程8.2.1 单相传质速率方程()()A G A Ai G i K P P K P y y →=-=-气相主体界面：N()A y i K P y y =-Ny G K PK =，G K ——气相传质分系数，P ——总压。

()()A L Ai A L i k C C k C x x →=-=-总界面液相主体：N ()A x i k x x =-N x L k C k =总，L k ——液相传质分系数，C 总——总浓度。

8.2.2 界面浓度亨利定律适用时，有解析法：()();A y i x i i i i i k y y k x x y x y mx =-=-⎫⎬=⎭N 联立求解得、 图解法：画图8.2.3 相际传质速率方程假设亨利定律适用，1、以气相分压(*)A A P P -表示总推动力()()A G A Ai L Ai A K P P k C C =-=-N111=+G G LK k Hk 2(*)/()A G A A G K P P K kmol m s Pa =-⋅⋅N ，——气相总传质系数2、以液相浓度(*)A A C C -表示总推动力(*)A G A A K C C =-N11=+L L GH K k k /L K m s ——液相总传质系数比较之，有=G L K HK3、以气相摩尔分率(*)y y -表示总推动力2(*)/(A y y K y y K kmol m s =-⋅N ——气相总传质系数，） 11=+y y xm K k k =P y G K K4、以液相摩尔分率(*)x x -表示总推动力2(*)/(A x x K x x K kmol m s =-⋅N ——液相总传质系数，） 111=+x x yK k mk =m ,=C x y x M L K K K K8.2.4 传质阻力分析1、传质阻力111=+G G L K k Hk ，11=+L L GH K k k ，11=+y y x m K k k ，111=+x x y K k mk 相际传质总阻力=气相（膜）阻力+液相（膜）阻力（界面处无阻力）2、气相阻力控制（气膜控制：总阻力=气相阻力） 条件：111or G L y x m K Hk k k ， （易溶气体的H 很大、m 很小）结论：y yG Gi Ai A K k K k x x C C ≈≈≈≈ 强化方法：增加气相的湍动程度3、液相阻力控制（液膜控制：总阻力=液相阻力）条件：111or L G x y H K k k mk ， （溶气体的H 很小、m 很大）结论：x xL L i Ai A K k K k y y P P ≈≈≈≈强化方法：增加液相的湍动程度8.3 低浓度气体吸收的计算8.3.1 特点低浓度：110%y 不大于1、(/)G L kmol s 、为常量（传递忽略不计）2、等温吸收3、x y k k 、为常数，11=+y x y y xm k k K k k ，和均是物性和流量的函数 8.3.2 物料衡算1221Gy Lx Gy Lx +=+1212()()G y y L x x -=-121211()=100%100%G y y y y Gy y η--⨯=⨯吸收率： 21=-y y η出口组成：（1）8.3.3 操作线和推动力1、逆流操作：22Gy Lx Gy Lx +=+ 操作线方程：22)L L y x y x G G =+-（或11)L L y x y x G G =+-（。

其中，L G为液气比。

操作线上任一点描述了吸收塔内对应截面的组成操作线在平衡线之上——吸收操作操作线在平衡线之下——解吸操作操作线与平衡线之间的距离反应了推动力的大小：垂直距离——气相推动力*y y y =-水平距离——液相推动力*x x x =-改变操作线与平衡线的办法：① 增大L G，使操作线上移； ② 增大体系的P 和降低体系的T ，使m ↓，平衡线下移。

2、并流操作22Gy Lx Gy Lx +=+ 操作线方程：22)L L y x y x G G =-++（或11)L L y x y x G G=-++（逆流时：推动力沿塔分布均匀；在两相进出口组成相同的情况下，逆流时的平均推动力大于并流。

故，传质中：逆流优于并流。

8.3.4 吸收剂用量的确定1212()()=G y y L x x -=-，气相所失液相所得在吸收条件中：12G y y 、、——由生产任务确定；2x ——由工艺条件决定；1L x 、——经选择决定 最小液气比：min L G（）。

定义：针对一定的分离任务，塔内某截面处吸收推动为0，达到分离程度所需塔高无穷大时的液气比。

最小液气比：12min 12*L y y G x x -=-（） 亨利定律适用时，1*y x m =，即有：12min 12L y y y G x m-=-（） 当122min 10=L y y x m y G mη-==时，（） 对于平衡曲线为特殊形状时，如图所示，以切点计算最小液气比。

操作液气比：H LG ⎧↑→↓→↓↑⇒⎨↑⎩推动力完成一定的任务的设备费（）解吸回收困难、操作费 故，需均衡考虑设备费与操作费。

一般情况下：min = 1.12L L G G（）（） 8.3.5 填料层高度的计算一、基本计算式：(*)A y k y y =-N 气液两相传质223/a Ω设——塔截面积，m ——有效比表面积，m m()A Gdy Ldx dG ==传递量A A A dG N dA N adV N a dH ===ΩA Gdy N a dh Ldx ∴=Ω= (*)(*)y x k a y y dh Gdy or k a x x dh Ldx ∴Ω-=Ω-=,**y x G dy L dx dh dh k a y y k a x x==Ω-Ω- 最终积分式：1212**y OG OG y y x OL OL x x G dy H H N k a y y L dx H H N k a x x ==Ω-==Ω-⎰⎰习惯上，将x y k k a 、和结合起来33y x kmol k a m s kmol k a m s 的单位——气相体积总传质系数的单位•?—液相体积总传质系数二、传质单元数和传质单元高度1、传质单元数NTU12*y OG y dy N y y =-⎰——气相总传质单元数 12*x OL x dx N x x =-⎰——液相总传质单元数 12y G y idy N y y =-⎰——气相传质单元数 12x OL x i dx N x x =-⎰——液相传质单元数 意义：以OG N 为例：1212*(*)y OG y m dy y y N y y y y -===--⎰组成变化平均推动力OG OL N N 、反映了吸收分离过程的难易程度OG N 越大，吸收越难进行，反之亦然OG N 影响的因素：物系的相平衡关系，及进、出口组成一个传质单元=1OG N （）的意义： 1*(*)ba yb a OG y mdy y y N y y y y -===--⎰ (*)b a m y y y y ∴-=-如果气体流经一段填料层，其溶质组成变化()b a y y -，恰好等于该段填料层内平均推动力(*)m y y -时，则该段填料层为一个传质单元。

2、传质单元高度 HTUOG y G H K a =Ω——气相总传质单元高度，m OL x L H K a =Ω——液相总传质单元高度，mG y G H k a =Ω——气相传质单元高度，m L x L H k a =Ω——液相传质单元高度，m 1y K a ——传质的阻力——传质面积意义：OG OL H H 、为完成一个传质单元所需的填料层高度，反应了设备效能的高低，,OG OL H H ↓↑、设备效能影响因素：填料特性、流体物料、操作条件其他：变化范围小，0.15 1.5mOG OL H H 、随G 、L 的变化影响较小0.70.80.30.20.70.80.30.2,,y OG y x OL x G k a G H G k a L k a L H L k a ∝=∝Ω∝=∝Ω气膜控制：液膜控制： 三、传质单元数的计算1、平衡线为直线（1）对数平均推动力法12(*)OG my y N y y -=- 操作线y-x 为直线。

假设平衡线y*-x 也为直线。

*y y y -=∆12*y OG y dy N y y =-⎰ (*)()y y y x y y k y b∴∆=-=∆+为直线令 则()dy kd y =∆1212y y K y y -=∆-∆1122121211211222()ln *ln y y OG y y y y dy d y y y y y y N k y y y y y y y y ∆∆-∆-∆∆-∆∴====∆-∆∆-∆∆∆⎰⎰ 令1212ln m y y y y y ∆-∆∆=∆∆ 12OG m y y N y -∴=∆同理，有12OL m x x N x -=∆ 1212ln m x x x x x ∆-∆∆=∆∆ 注意：对数平均推动力法适用于平衡线与操作线均为直线的情况，平衡线可不过原点。

逆流、并流操作皆可。

（2）吸收因数法*()()y g x x f y =⇒=假设平衡线：*y mx = 逆流操作线：22()L L y x y x G G=+- 22()G x y y mx L∴=-+ 令/1,L L G mG A S mG m A L =====操作线的斜率平衡线的斜率 A S Ω——吸收因数（对比：塔截面因数）——解吸因数积分得：12221=ln[(1)]OG y mx N s s S y mx --+- 讨论：（1）1mG S A L==反应了吸收推动力的大小： OG OG L S N G L A N G↑⇒↓⇒↓⇒↑↑⇒↑⇒↑⇒↓推动力（解吸因数）推动力（吸收因数） 为增大吸收推动力，应使1.L m S G><，即 实际操作时，取0.70.8S = S=1时，平衡线操作线，推动力处处相等12122211=OG y y y y N y mx y mx --=--（2）1222y mx y mx --反映了溶质吸收率的高低，其越大，OG N ↑ （3）吸收因数法适用于平衡线过原点，且逆流操作的情况。