化工原理下册 吸收 课堂笔记.docx
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： 回收有用物质； 脱除有害物质组分； 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 低浓度吸收与高浓度吸收 8.2 相际传质过程 8.2.1 单相传质速率方程 气相主体®界面：NA=KG(PA-PAi)=KGP(y-yi)NA=KyP(y-yi) Ky=PKG，KG气相传质分系数，P总压。 界面®液相主体：NA=kL(CAi-CA)=kLC总(xi-x)NA=kx(xi-x) kx=C总kL，kL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： NA=ky(y-yi)=kx(xi-x);üý联立求解得yi、xi yi=mxiþ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(PA-PA*)表示总推动力 NA=KG(PA-PAi)=kL(CAi-CA) 111=+ KGkGHkLNA=KG(PA-PA*)，KG气相总传质系数 kmol/(m2×s×Pa) 2、以液相浓度(CA*-CA)表示总推动力 NA=KG(CA*-CA) 11H=+ KLkLkGKL液相总传质系数 m/s 比较之，有KG=HKL 3、以气相摩尔分率(y-y*)表示总推动力 NA=Ky(y-y*)Ky气相总传质系数，kmol/(m×s）211m=+ KykykxKy=PKG 4、以液相摩尔分率(x*-x)表示总推动力 NA=Kx(x*-x)2Kx液相总传质系数，kmol/(m×s）111=+ KxkxmkyKx=mKy,Kx=CMKL 8.2.4 传质阻力分析 1、传质阻力 11111H11m111=+=+，=+，=+， KGkGHkLKLkLkGKykykxKxkxmky相际传质总阻力=气相阻力+液相阻力 2、气相阻力控制 111m?，or? KGHkLkykx条件： 结论：Ky»kyxi»xKG»kGCAi»CA强化方法：增加气相的湍动程度 3、液相阻力控制 1H11?，or? KLkGkxmky条件： 结论：Kx»kxy»yiKL»kLPAi»PA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：y1不大于10% 1、G、L(kmol/s)为常量 2、等温吸收 3、kx、ky为常数，11m=+，ky和kx均是物性和流量的函数 Kykykx8.3.2 物料衡算 Gy1+Lx2=Gy2+Lx1 G(y1-y2)=L(x1-x2) 吸收率：h=G(y1-y2)y-y´100%=12´100% Gy1y1出口组成：y2=y1 8.3.3 操作线和推动力 1、逆流操作： Gy+Lx2=Gy2+Lx 操作线方程：y=LLLLLx+min GG8.3.5 填料层高度的计算 一、基本计算式： NA=ky(y-y*)气液两相传质 设W塔截面积，m2a有效比表面积，m/mGdy=Ldx=dGA(传递量) dG=NAdA=NAadV=NAaWdH Gdy=NAaWdh=Ldx 23kyaW(y-y*)dh=Gdydh=orkxaW(x*-x)dh=Ldx GdyLdx,dh= kyaWy-y*kxaWx*-x最终积分式： H=H=Gy1dy=HOGNOGkyaWòy2y-y*Ldx=HOLNOLkxaWòx2x*-xx1习惯上，将kx、ky和a结合起来 kmol气相体积总传质系数m3skmolkxa的单位3?mskya的单位二、传质单元数和传质单元高度 1、传质单元数NTU y1dyNOG=ò气相总传质单元数 y2y-y*NOL=òNG=òx1x2dx液相总传质单元数 x*-xdy气相传质单元数 y-yidx液相传质单元数 xi-xy1y2NOL=òx1x2意义：以NOG为例： NOG=òy1y2dyy-y组成变化=12= y-y*(y-y*)m平均推动力NOG、NOL反映了吸收分离过程的难易程度 NOG越大，吸收越难进行，反之亦然 影响NOG的因素：物系的相平衡关系，及进、出口组成 一个传质单元的意义： NOG=òybyadyy-ya=b=1 y-y*(y-y*)myb-ya=(y-y*)m 如果气体流经一段填料层，其溶质组成变化(yb-ya)，恰好等于该段填料层内平均推动力(y-y*)m时，则该段填料层为一个传质单元。 2、传质单元高度HTU HOG=G气相总传质单元高度，m KyaWHOL=L液相总传质单元高度，m KxaWHG=G气相传质单元高度，m kyaWHL=L液相传质单元高度，m kxaW1传质的阻力Ky a传质面积意义：HOG、HOL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，HOG、HOL¯,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?1.5m HOG、HOL随G、L的变化影响较小 kyaµG0.7?0.8,气膜控制：HOG=kxaµL0.7?0.8,液膜控制：HOL=GµG0.3?0.2kyaWLµL0.3?0.2kxaW三、传质单元数的计算 1、平衡线为直线 对数平均推动力法 NOG=y1-y2(y-y*)m操作线y-x为直线。假设平衡线y*-x也为直线。 y-y*=Dy NOG=òy1y2dy y-y*Dy=(y-y*)?x(y)为直线令y=kDy+b则dy=kd(Dy) K=y1-y2Dy1-Dy2NOG=òy1y2y1-y2Dy1d(Dy)dyy-yDyDy-Dy2 =òk=12ln1=1DyDy2y-y*DyDy1-Dy2Dy2ln1Dy2令Dym=Dy1-Dy2 Dy1lnDy2y1-y2x-x同理，有NOL=12 DymDxmNOG=Dxm=Dx1-Dx2 Dx1lnDx2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。 吸收因数法 y*=g(x)Þx=f(y) 假设平衡线：y*=mx 逆流操作线：y=LLx+(y2-x2) GGG(y-y2)+mx2 LLL/G操作线的斜率1mG=,S=令A= mGm平衡线的斜率ALx=A吸收因数S解吸因数1y-mx2积分得：NOG=ln(1-s)1+s Sy2-mx2讨论： S=1mG反应了吸收推动力的大小： =ALSÞL¯Þ推动力¯ÞNOGGLAÞÞ推动力ÞNOG¯G为增大吸收推动力，应使L>m，即S<1. G实际操作时，取S=0.7?0.8 S=1时，平衡线?操作线，推动力处处相等 NOG=y1-y2y-y=12 y2-mx2y1-mx1y1-mx2反映了溶质吸收率的高低，其越大，NOG y2-mx2吸收因数法适用于平衡线过原点，且逆流操作的情况。 液相总传质单元数： NOL=SNOG=Sy-mx2ln(1-S)1+s 1-Sy2-mx21Dy1y-mx2ln1=ln1 1-SDy21-Sy2-mx2逆流时，NOG=并流： NOG=-1y-mx2ln(1+s)1-s S+1y2-mx2NOG=1y-mx21Dyln2=ln2S+1y1-mx1S+1Dy1 (下标2进口，下标1出口)2、平衡线部位直线而为曲线 图解积分法，以NOG=ò 近似梯级法：一个梯级=一个传质单元 y1y2dy为例： y-y*H=HOGNOG=HOLNOL 8.3.6 吸收塔的计算与操作 物料衡算式：G=L(x1-x2) 相平衡方程：y*=f(x) 吸收基本方程：H=HOGNOG=HOLNOL 1、 设计型： 已知：y1、G，分离要求,L,x2,相平衡关系kya 2、操作型： orkxa，求：填料层高度H已知：H、G、L、y1、x2，流动方式，相平衡关系kya操作结果orkxa，求：气液两相出口浓度y2、x1. 已知：H、G、y1、y2、x2，流动方式，相平衡关系kya操作条件orkxa，求：吸收剂用量L及出口浓度x1.二、吸收过程的操作与强化 NA=吸收推动力吸收阻力
