化工原理下册概念复习

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第五章 气体吸收

气体吸收操作的主要目的是分离气体混合物的组分。

气体吸收是气体溶解于液体的过程。

解吸操作中溶质气体的转移方向是自液相至气相。

吸收↔解吸

对一定的气、液体系，温度升高，气体溶解度减小。

有利于吸收

有利于解吸

五、溶剂的选择p229

吸收操作对吸收剂的要求是对欲吸收的溶质气体的溶解度大，选择性好，溶解度随温度改变的变化大，挥发度小，无毒，价廉易得。

5.2气液相平衡

亨利定律

稀溶液p *=Ex

p *=c/H

y *=mx

m=E/P

如总压1atm （绝压），20℃的空气与水长期接触，则水中O 2的摩尔分数x=5.24×10-6，E=4.01×104atm ，空气中O 2的摩尔分数y= 0.21如含有79％（体积）N 2的空气与水接触，温度为25℃，总压为100kP a ，查得亨利系数E ＝

8.76×105kP a ,则液相中N 2的平衡浓度C *＝

↓↑t p ↑↓t p

5.01×10-4 kmol/m 3。

5.2.2 相平衡与吸收过程的关系

（y －y *）以气相浓度差表示的吸收推动力；若相平衡常数为m ，塔内某截面的气液相含易溶组分的摩尔分数为y 及x ，当以y-y*表示总推动力，y*= mx 。

（x *-x ）以液相浓度差表示的吸收推动力。对塔内任一气液浓度分别为y,x 的截面，相际传质推动力为(x*-x)，x*＝y/m

5.3 分子扩散

费克定律

T 、P 一定的一维定态:

对于二元物系，设A 为溶质气体，B 为惰气，二者摩尔浓度之和为常量，C A ＋C B ＝恒值，则分子扩散系数D AB 与D BA 的关系是D AB =D BA ，由费克定律算出A 与B 的分子扩散速率J A 与J B 。二者关系是= 。

非电解质稀溶液，液相分子扩散系数DAB 与绝对温度的1次方成正比

对非电解质稀溶液，液相分子扩散系数D 与黏度的1次方成反比。

气体分子扩散系数5.3.2 分子扩散传质速率

一、等分子反向扩散

等摩尔相向扩散体现在气体解吸操作中dZ

dC D J A

AB A -=A J B J μp

T D AB

/5.1∝

二、分子扩散单向传质

1主体流动

吸收中分子扩散单向传质的物质扩散过程须考虑“主体流动”。

在分子扩散的气体吸收过程中，除了有溶质气体A分子与惰气B分子的等摩尔相向扩散外，尚存在着气相的主体流动。

漂流因子:

气体吸收过程中，由于有主体流动，溶质气体的传质速率须考虑“漂流因子”。“漂流因子”值恒大于1。当气相中溶质气体的浓度愈高则“漂流因子”的值愈大。

在分子扩散的气体吸收过程中，按费克定律算得的A的分子扩散速率为JA，实际A的传质速率为N A,二者关系是N A>J A

5.4.2 对流传质理论

一、双膜理论

双膜论的要点是①在紧邻气液界面的两侧，流体均为层流②可把层流层适当延伸，使湍流、过渡流的传质阻力折合为当量的层流传质阻力，倂入原层流层，形成“有效层流膜” ③过程定态

双膜论假设气液两相接触且流动时，在界面两侧均存在着层流，这一论点已被实验否定

5.4.4 总传质系数

N A=K y(y-y*)

1/K y =1/k y+m/k x

1/K y :两膜总阻力

1/k y ：气膜阻力

m/k x ：液膜阻力

易溶气体气膜控制：K y ≈k y

N A =K x (x *-x)

1/K x =1/mk y +1/k x

1/K x :两膜总阻力

1/mk y ：气膜阻力

1/k x ：液膜阻力

难溶气体液膜控制：K x ≈k x

必须知道k y 、k x 及m ，才能判断某吸收过程属气相或液相控制。

如ky ＝0.013kmol/(s.m 2)，kx=0.026 kmol/(s.m 2),相平衡常数m=100,则气相阻力占总阻力的多少?（1/k y ）/（1/K y ）=1.96％

5.5低浓度气体吸收

低浓度气体吸收的特点是全塔L 、V 不变，等温，、不变。

5.5.3 物料衡算

一、全塔物料衡算

G(y 1-y 2)=L(x 1-x 2)

溶质吸收率：η=( y 1-y 2)/y 1

二、操作线方程

逆流：G(y-y 2)=L(x-x 2)

y=L/G (x 1-x 2)+ y 2 直线

三、吸收剂用量的确定

(L/G)min ＝(y 1-y 2)/(x 1*-x 2)y k x

k

5.5.4 填料层高度计算

一、气膜控制体系

H OG =G/K y a 气相总传质单元高度，单位m k ya 的单位是 kmol/(s.m 3)

气相总传质单元数，无因此H=H OG *N OG

二、液膜控制体系

H OL =L/K x a 液相总传质单元高度，单位m 液相总传质单元数，无因次H=H OL *N OL

5.5.6 传质单元数的计算

一、对数平均推动力法p248

二、吸收因数法（解析法）

1/A=mG/L=m/(L/G)解吸因数

A=L/mG=(L/G)/m 吸收因数

∴

逆流填料解吸塔，A ＝L/(mG)>1，当填料层无限增高，其它条件不变，则气液在塔顶平衡气液逆流解吸塔，A ＝L/(mG)<1,若填料层无限高，其它操作条件不变，则气液在塔底平衡

5.5.7 吸收塔的设计型计算

⎰-=12*

y y y y y dy

a K G H ⎰-=1

2*

y y OG y y dy N ⎰-=12*x x x x

x dx

a K L H ⎰-=1

2*

x x OL x x dx N m

OG y y y N ∆-=2

1*2

2*1

1*22*112121ln )()(ln y y y y y y y y y y y y y m -----=∆∆∆-∆=∆