七章节吸收

（3）图解积分法 适用范围：普遍适用于各种平衡关系
步骤：
NOG
Y1 dY Y2 Y Y *
i 在X--Y作标系中绘出平衡线,与操作线 ii 选点,列表 iii 作Y—1/（Y-Y*）图 iv 求面积
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五、吸收塔计算分析 1、设计型计算 2、操作型计算
pA1
pA2
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（三）液相中的稳定分子扩散
液相中的扩散速度远远小于气相中的扩散速度， 而且发生等分子反向扩散的机会很少，一组分通过 另一停滞组分的较多见。
N
' A
D'C zcsm
cA1 cA2
（四）扩散系数
均由实验测定。
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V
HOG KY
气相总传质单元高度,单位m,与操作条件、设备形式有 关。反映吸收设备效能高低。
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3、传质单元数的计算
（1）解析法 适用范围：平衡关系为Y*=mX,符合亨利定律 将相平衡关系、操作线方程代入传质单元数式，积分得到：
NOG
1 1 s
ln (1
衡分压与溶质在液相中的摩尔分率成正比,这就是亨利定 律。 其表达式为: p*=Ex E:亨利系数,由实验测定，单位与压强单位一致。 T E 溶解度 在同一溶剂中，难溶气体的E值很大，易溶气体的E值则 很小。
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亨利定律的不同表达形式： p*=c/H
H:溶解度系数,单位:kmol/(kN ·m) H=/Ems
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4、气体混合物
yA
pA P
cA
nA V
pA RT
Y nA pA nB PB
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二、传质机理
（一）分子扩散和菲克定律
分子扩散：在一相内部有浓度差的条件下，由于 分子的无规则热运动而造成的物质传递现象。
来自百度文库
菲克定律
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二、吸收剂用量的选择 1、吸收剂用量的影响 2、最小液气比和液气比
三、塔径的计算 D 4Vs
u
VS---操作条件下混合气体的体积流量m3/s u----空塔气速,即按空塔截面积计算的混合气体的线 速度,塔底气量最大,一般以塔底气量计算
y*=mx m:相平衡常数 总压P一定时y*=p*/P=(E/P)x=mx m=E/P T p m溶解度
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x X 1 X
y*=mx
Y* 1Y*
mX 1 X
y Y 1Y
Y * mX 1 (1 m)X
亨利定律是稀溶液定律,则x很小,1+（1-m）X=1则
Y*=mX
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二、相平衡与吸收的关系
1、判断过程进行方向
x=0.05 y=0.1 y*=0.94x y*=0.94×0.05=0.047 > y x*=0.1/0.94=0.106 > x
吸收 吸收
x=0.1 y=0.05 y*=0.1×0.94=0.094 > y x*=0.05/0.94=0.053 < x
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二、工业吸收过程
必须解决问题： 1、选择合适的吸 收剂； 2、提供合适的气 液传质设备； 3、吸收剂的再生 循环使用。
吸收塔
解吸塔
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三、吸收设备中气液两相接触方式 1、板式塔 2、填料塔 四、吸收操作的分类 按是否有化学反应分:物理吸收、化学吸收 按有无明显温度变化分:等温吸收、非等温吸收 按组分数分:单组分吸收、多组分吸收 按浓度分:低浓度气体吸收、 高浓度气体吸收 本章主要讨论:低浓度单组分等温的物理吸收。
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2、传质单元高度和传质单元数
NOG
Y1 dY Y2 Y Y *
气相总传质单元数,无单位。它与气相进出口浓度及平衡
关系有关。反映吸收过程进行的难易程度，与吸收塔的结
构以及气液流动状况无关。NoG 值大 ,吸收进行困难,为使Z 减小,应选高效填料使HoG小,或改吸收剂使Y-Y*增大, NoG 减小.
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第三节 吸收的气液相平衡关系
一、气体在液体中的溶解度
在一定温度下,使某一定量气体与一定量液体溶剂在密闭容器 中接触,溶质向溶剂中转移。经过足够长的时间,气、液相浓度不在 改变,宏观上传质过程停止,达成平衡。微观上是气体进出液体的分 子数相等,故称相际动平衡,简称相平衡。
（六）吸收过程的机理 双膜理论的基本论点如下： 1 在气液两流体相接触处,有一稳定的分界面,叫相界面。在 相界面两侧附近各有一层稳定的气膜和液膜。这两层薄膜 可以认为是由气液两流体的滞流层组成,即虚拟的层流膜层, 吸收质以分子扩散方式通过这两个膜层。 2 全部浓度变化集中在这两个膜层内。 3 在相界面处,气液浓度达成平衡,即界面上没有阻力。 通过以上假设,就把整个吸收过程简化为,吸收质经过双膜 层的过程,吸收阻力就是双膜的阻力。故该理论又称为双膜 阻力理论。
（五）对流传质
1、涡流扩散
凭藉流体质点的湍动和旋涡来传递物质的现象。
J
D
DE
dcA dz
2、对流传质
发生在流动着的流体与相界面之间的传质
过程。在滞流内层主要是分子扩散。在过渡层既 有分子扩散,也有对流扩散。在湍流主体中主要 是对流扩散,阻力很小,可以忽略,即认为浓度一致。
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NA=kx（xi-x） kx:液膜吸收系数,单位:kmol/(m2 ·s)； 1/kL:与推动力（xi-x）相对应的液膜阻力
kx=C ·kL
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三、总吸收速率方程
1 以（p-p*）表示总推动力的吸收速率方程
NA
pA 1
pi
ci
cA 1
ci H
cA H
1
达到平衡时,气相中溶质的压力称当时条件下的平衡分压pA, 而液相中所含溶质气体的浓度既为当时条件下的气体在液体中的溶 解度。
气体在液体中的溶解度表明一定条件下吸收过程 可能达到的极限程度。 溶解度曲线：1、2、3
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二、亨利定律 当总压不高时,在一定温度下,稀溶液上方气体溶质的平
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第二节 传质机理
一、相组成的表示方法
1、 质量分率 w 和摩尔分率x
定义：混合物中某两个组分的质量(摩尔）比。
wA
mA m
xA
nA n
wA
M AxA M A xA M B xB
wA
x MA
A
wA wB
MA MB
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NA=ky（y-yi） ky:气膜吸收系数,单位:kmol/(m2 ·s),1/ky:与推动力y-yi 相对应的气膜阻力 。
ky=Pkg
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二、液膜吸收速率方程 NA=kL（ci-c）
kL:液膜吸收系数,单位:m/s； 1/kL:与推动力（ci-c）相对应的液膜阻力
2、质量浓度和摩尔浓度
定义：
i
mi V
ci
ni V
关系：
i
mi V
ni M i V
ci Mi
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3、质量比和摩尔比 • 定义：混合物中某两个组分的质量（摩尔）比。
W mA mB
• 换算关系
X nA nB
w W 1W
x X 1 X
W X MA MB
s) Y1 Y2
mX 2 mX 2
s
s mV L
称为“脱吸因数”，无因次。
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Y1 mX 2 Y2 mX 2
反映吸收率的高低对传质单元数的影响。
当Y1,X2一定, ↑Y2=Y1(1- )↓,
Y1 Y2
mX
m↑ X
2对于同一S,
2
NoG↑
S
反映吸收推动力的大小。
HpA Hpi H
c*A ci H
c*A cA H1
kG
kL
kG
kG
kG kL
N A KL c* c
KL:液相吸收总系数,单位:m/s KG=H ·KL
同理可有： N A K X X * X
N A KY Y Y *
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3 、气膜控制与掖膜控制 对于易溶气体,H很大,1/kG>>1/kLH，则 KG=kG 吸收阻力主要集中在气膜中,这种吸收称为气膜控制。 例如:用水吸收氨,氯化氢气体 对于难溶气体,H很小,H/kG<<1/kL,，则 KL=kL 这种吸收称为液膜控制吸收,吸收阻力主要控制在液膜 例如:用水吸收氧气,二氧化碳等
JA
DAB
dCA dz
DAB:扩散系数,m2/s； dCA/dz:物质A的浓度梯度,kmol/m4;
JA:分子扩散通量，kmol/(m2 ·s)
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（二）气相中的稳定分子扩散
1、等分子反向扩散
NA
D RTZ
pA1
pA2
2、一组分通过另一停滞组分的扩散
NA
DP RTZPBm
解吸 解吸
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第四节 吸收速率
一、 气膜吸收速率方程 NA=kg（p-pi）
kG:气膜吸收系数,单位:kmol/kN ·s,它与扩散系数,操作压 力,温度,气膜厚度,以及惰性组分的分压有关。 1/kG:与推动力p-pi相对应的气膜阻力
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四、吸收剂的选择 1 溶解度 溶解度越大，吸收速率越大,吸收剂用量越越少。 2 选择性 吸收剂要对溶质组分有良好的吸收能力,对其它组分基本
上不吸收,或吸收甚微,否则不能实现有效的分离。
3 挥发度 挥发度越大,则溶剂损失量越大,分离后气体中含溶剂量也
越大。
当Y1 ， (Y2) , X2 , m 一定,S = mVB / Ls↑,即
Ls/VB↓,X1↑,Y-Y*↓,NoG↑,反之S↓,NoG↓。
S大，对吸收不利，S小，则Ls大，操作费用大， 一般 S=0.7～0.8之间。
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（2）对数平均推动力法
适用范围：平衡线为直线,或在吸收操作范围内近似为直线
pi p*A 1
pA p*A 1 1
kG
kL
HkL
HkL kG HkL
N A KG p p*
KG:气相吸收总系数,单位:kmol/（m2·s ·kPa）
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2 以(c*-c)表示总推动力的总吸收速率方程
NA
pA pi 1
ci cA 1
六、理论板数的计算
理论板的定义:气液相接触充分,传质良好,离开时达平
衡状态。
Y
1、图解法求NT:
在吸收操作线与平衡线之间画梯级
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X
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2、若交替使用相平衡方程与操作线方程，由塔顶至塔底计 算，相平衡使用次数即理论板数。
N
1 ln A
仿照传热过程，用平均推动力代替全塔推动力。
Ym
(Y1 Y1* ) (Y2 Y2* )
ln
(Y1 (Y2
Y1* ) Y2* )
VB (Y1 Y2 ) N A Za KY Ym Za
Z VB Y1 Y2 KY a Ym
N oG
Y1 Y2 Ym
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第七章 吸收
本章要点： 吸收过程的气液相平衡关系 传质机理 吸收速率 吸收塔的计算：物料衡算，吸收剂用量计算，塔径，填料 层高度计算
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一、吸收的依据和目的 依据：利用混合气体中各组分在液体中溶解程度的差 异,溶解程度大的被吸收,难溶的则被留下了。 作用： （1）原料气的净化。 （2）有用组分回收。 （3）制备有用溶液。 （4）废气治理。
4 粘度 粘度越小,流动性越好,吸收速率越大,泵的功耗越小,且传质阻
力减小。
5 其它 要求无毒,无腐蚀性,不易燃,不发泡,冰点底,价廉易得,具有化学
稳定性。
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第五节 吸收塔的计算
吸收塔分板式塔和填料塔,本章主要讨论填料塔。 主要计算任务: （1） 吸收剂用量的计算 （2） 塔底排除液浓度的计算 （3） 塔高度的计算 （4） 塔径的计算