化工原理(华理)-吸收- [考研大题]

G（y1 − y 2）= L（x1 − x 2 ）
y 2 =（ 1 − η） y1
（2）、塔高计算：
H = H OG ⋅ N OG = H OL ⋅ N OL
G y1 L x1
逆 流吸收塔的物料 衡算
N OG = ∫
y1
y2
dy y − ye
N OL = ∫
x1
x2
dx xe − x
传质单元数NOG、NOL与相平衡及 进出口浓度条件有关，反映了分离任务 的难易。 若NOG、NOL太大，则表明吸收剂性能 差，或者分离要求太高了。
y −y y −y L = 1 2 = 1 2 = η ⋅ m = 2.76 G x − x y1 / m min 1e 2
1 mG m 1 1 = = = = = 0.906 A L β ⋅ m ⋅η β ⋅η 1.2 × 0.92
NOG
（y1-mx2）/（y2-mx2）
1 ↑⇒ N OG ↑ A
• 清水逆流吸收，回收率η=0.92, y=3x ，
L L = 1.2 ⋅ G G m
1/A增大
y − mx2 不变， 若 1 y2 − mx2 1 ↑ ，N OG？ A
y − mx2 不变， 由图可知， 1 y2 − mx2
L 1 求： 、 和N OG G min A
（5）、传质单元数NOG求法 I、对数平均推动力法
∆y m = ∆y1 − ∆y2 ∆y ln 1 ∆y2 y1 − y2 ∆y m ∆y1 = y1 - mx1 ∆y 2 = y 2 - mx 2
N OL =
1 y − mx2 ln (1 − A) 1 + A 1− A y1 − mx1 A——吸收因数
操作压强增加对吸收是有利的
解：①总传质系数:
1
Ky =
=
1 1 = 1 m 1 2 + + k y k x 5 × 10−4 8 × 10−4
1
2、传质阻力控制
总阻力 当
1 1 m = + K y k y kx 注意（m)
Kx =
1 1 + mk y k x
1 1 + 2 × 5 × 10−4 8 × 10− 4
1
N OG =
Δym——以气相浓度表示的 全塔对数平均推动力
1 y − mx 2 1 ln 1 − 1 + 1 A y 2 − mx 2 A 1− A 当x2 = 0, 逆流吸收， N OG 与η的关系 ? N OG = N OG = 1 y 1 ln 1 − 1 + 1 A y A 2 1− A 1 1 1 1 + = ln 1 − 1 A 1 − η A 1− A 1
N A = K x ( xe − x ) Hale Waihona Puke Baidu K x (
y − x) = 6.6 ×10 − 6 kmol / m 2 s m
Ky≈kx/m， Kx≈kx ，例：水吸收H2,CO2,O2 (难溶)
2
（3）、传质单元数与传质单元高度 K的变化（ky,kx,m) a. T: T↓,m ↓ ,K↑ b. P: p ↑, m ↓ ，K↑， (P对k无影响) c. 流动（Re): Re ↑,k ↑,K↑
H = H OG ⋅ N OG = H OL ⋅ N OL = 传质单元高度×传质单元数
H OG =
k y ∝ G α ， k x ∝ Lβ , L 不改变 k y , G 不改变 k x K ∝ G α Lβ ( 0 < α , β < 1) α = 0液膜控制， β = 0 气膜控制
G K ya
3
（4）、操作线方程
L y = ( x − x2 ) + y 2 G
Y1
•
并流的对数平均推动力：（比较逆流吸收塔）
逆流吸收
B
塔底
操作点
Y Y2 P A
塔顶
X X1
L 直线 ，斜 率为 G （称 为液 气 比） ， 并通过点 A(X2， Y2)， B(X1， Y1)总是位 于 平衡 线 的上方；
O X2
H → ∞， L << G ，x1,max = x1e = y1
L >> G ， y 2 , min = y 2 e = mx
2
m
y A = mx, 要表明总压，不同总压 相平衡位置不同。
1
传质速率方程的各种表达形式
相平衡方 程 y = mx + a
N A = k y ( y − yi ) p = Hc + b N A = kG ( p − pi ) = k L (ci − c ) = K G ( p − pe ) = K L (ce − c ) KG = 1 1 H + kG k L 1 1 1 + kG ⋅ H k L k y = pkG k x = cM k L K y = pK G K x = cM K L
N OG =
1 1 1− A
ln[(1 −
1 1 1 + ] = 8.76 ) A 1 −η A
N OG
1 y − mx2 1 + = ln 1 − 1 1 A y2 − mx2 A 1− A 1
（7）吸收塔操作的极限问题
H→∞时，y2=？, x1=？ 技术上两点限制 ： a. 相平衡 b.物料衡算 达平衡：Δym→0
k = 0.023
D∝
d
(
吸收或解 吸的总传 质系数
µ
)
(
ρD
)
Kx =
KL =
K ym = Kx
KG H = K L
1 ρ∝P P Pk D2/ 3 ky = ∝ P 1/ 3 ∝ P 0 RT ρ
与P无关
例：已知湿壁塔某一塔截面上气相 主体的溶质浓度y=0.05, 液相x=0.01, 气相与液相传质系数分别为 ky=5×10-4kmol/m2s, kx=8×10-4kmol/m2s, 亨利常数m=2, 总压为101.3kPa。 试求：①总传质系数Ky, Kx ②传质速率NA ③将操作总压改为 162kPa ，单位塔截面上 的气体质量流速不变，总压对气体粘度影响可忽 略，计算传质速率NA 。
1 mG = A L
η= y1 - y2 y1
对数平均 推动力法
当m =
当m =
L , 两线平行 G
L , 两线平行， G ∆y1 = ∆y2 = ∆ym , N OG = y1 − y2 y − y2 = 1 ∆ym y2 − mx2
4
N OG =
1 1 1− A
1 y − mx2 1 ln 1 − 1 + A y2 − mx2 A
N OG = ∫ N OG =
y1
y2
dy G ， ye = mx ， x = ( y − y 2 ) + x2 y − ye L
1 y − mx 2 1 ln 1 − 1 + 1 A y 2 − mx 2 A 1− A 解吸因数 1 m = A L 平衡线与操作线斜率之 比 G 1
H OL =
L K xa
传质单元高度HOG、HOL与设备形 式，操作条件有关，为完成一个传质单 元所需的塔高，反映设备性能高低。 常用吸收设备的HOG约为0.15∼ 1.5m，
吸收系数经验式
• 水吸收氨气（气膜为主，液膜10%左右）
填料塔中，G ( L) ↑⇒ K y a ( K x a ) ↑, 但H OG ( H OL )变化不太大。 如：K y a ∝ G 0.7 K x a ∝ L0.7 G L H OG = H OL = ∝ G 0.3 ∝ L0.3 K ya K xa
③总压增加后，
m=
E P
m' =
P 101.3 m= × 2 = 1.25 P' 162
吸收传质 速率方程
= k x ( xi − x )
= K y ( y − ye ) = K x ( xe − x ) Ky = 1 1 m + k y kx 1 1 1 + k y ⋅ m kx
压强对液相D, ρ无影响，所以对kx无影响. 对ky如何？ 3 2 D dG 0.83 µ 1 / 3 m /m s
最小液气比
5
并流： L调节的限度
L G >m
（设塔高无限）
y1,x1为进口 出口：y2=mx2 由 y1 − y2
H = H OG ∆ ym
y2 min = mx 2 气液两相在塔顶平衡 x1 = x2 + G ( y1 − y2 ) L
得Δym→0
L y1 − mx 2 = G x1 − x2
L再增大，y2不再减小， 如图红线所示。
1、气膜吸收，k y a ∝ G 0.7
K y a ≈ k y a, H OG
0.9 0.39
kG a = 6.07 × 10 G L
-4
• 水吸收二氧化碳（液膜控制）
k L a = 2.57 L0.96
• 水吸收二氧化硫（气膜液膜阻力各占有比例）
kG a = 9.81 × 10 G L
-4 0.7
G
< m （设塔高无限）
y2’
气液两相在塔底平衡
G ( y1 − y2 ) x1 e − x 2
x1max = x1e = y1 m y2 = y1 − L G
最小用量
L min =
( x1max − x2 ) ( x1e − x2 )
适宜用量 L = ( 1.2 − 2.0 ) Lmin
L ↑ 如图红线，y'2 ↓ y 2 ' = y1 − L' G
Ky =
1 1 = = 2.8 × 10 −4 kmol / m 2 s ↑ 1 m 1 1.25 + + k y k x 5 ×10 − 4 8 ×10 − 4
y − ye = 0.05 − 1.25 × 0.01 = 0.0375 ↑
NA = Ky ( y − ye ) = 2.8×10−4 ×0.0375 =10.5×10−6 kmol/ m2s ↑
y=0.1，与其平衡的液相xe=y/m=0.106, xe>x, 所以物质气相→液相
总压增加或分压增大，溶解度增加？
pe = Hc
（3） 指明过程的极限
P 总 = p A + pB
B为惰性组分
ye = mx
1、组分 B ↑ ， P总 ↑, p A不变，溶解度 C A不变；
2、组分B ↑ ，组分A ↑, P总 ↑, p A ↑ ，P总 、p A同比例 ↑ yA = pA 不变，但由于p A ↑, C A ↑ . P
塔顶
L x1 G x2 = L m+ G y1 +
L 的关系 G L L y1 < m 时， y2 = y1 − ( − x 2 ) G G m L > m 时， y2=mx2 G
0.25
若G ↑ G = ∝ G 0.3 ∴ H OG ↑ K ya
若L ↑,
2、气膜吸收， k y a ∝ G 0.7， K y a ≈ k y a不变，H OG 不变
3、吸收过程计算 （1）、全塔物料衡算：
G y2 L x2
H = H OG ⋅ N OG = H OL ⋅ N OL = 传质单元高度×传质单元数
1 m >> 时，气相阻力控制 ky kx 1 m << 时，液相阻力控制 ky kx
= 2.2 × 10 − 4 kmol / m 2 s
②传质速率:
N A = K y ( y − ye ) = K y ( y − mx ) = 6.6 × 10 −6 kmol / m 2 s
Ky≈ky， Kx≈mky ，例：水吸收NH3,HCl (易溶) 当
N OL =
y − mx2 1 + A ln (1 − A) 1 y1 − mx1 1− A 1 N OG A
η 1 −η
N OL =
思考： 当A=1，且X2=0，逆流吸收 ，NOG=?
N OG =
(6)、吸收剂的最小用量和适宜用量
L调节的限度
L
塔底
( G)
L
min
y − y2 = 1 ， x1e = x max = y 1 /m x1e − x 2 ∆y1 = 0 ， H → ∞
逆流吸收塔操作线
操作线斜率越小，越靠近平衡线， 传质推动力越小，对传质不利。
∆ym =
∆y1 − ∆y2 ( y1 − mx 1) − ( y2 − mx 2) = ∆y1 y1 − mx 1 ln ln ∆y2 y2 − mx 2
并流吸收
y − y1 L =− x − x1 G
II、 吸收因数法
平衡线为过原点的直线时
第五讲 吸收
（2）判断过程进行的方向、极限和推动力 y>ye吸收 y=ye平衡 y<ye解吸
一、概念
1、气液平衡关系
（1）、 亨利定律
p e = Ex
y e = 0 . 94 x a : y e = 0 . 047 b : y e = 0 . 094
pe = Hc
ye = mx
（1）p < 5 atm，H，E与压力无关； p↑，m↓，溶解度↑。 （2）t↑，E↑，H↑，m↑，溶解度↓。