化工原理下册 吸收 课堂笔记.docx

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1、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=K

2、G(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);联立求解得yi、xi yi=mxi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

3、数 kmol/(m2sPa) 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/(ms）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/(ms）111=+ KxkxmkyKx=mKy,Kx=CMKL 8.2.4 传质阻力分析 1、传质阻力 11111H11m111=+=+，=+，=+， KGkGHkLKLkLkGK

4、ykykxKxkxmky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：KykyxixKGkGCAiCA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：KxkxyyiKLkLPAiPA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(

5、x1-x2) 吸收率：h=G(y1-y2)y-y100%=12100% 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=

6、H=Gy1dy=HOGNOGkyaWy2y-y*Ldx=HOLNOLkxaWx2x*-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=气相总传质单元数 y2y-y*NOL=NG=x1x2dx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=x1x2意义：以NOG为例： NOG=y1y2dyy-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

7、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=ybyadyy-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、H

8、OL,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 kyaG0.7?0.8,气膜控制：HOG=kxaL0.7?0.8,液膜控制：HOL=GG0.3?0.2kyaWLL0.3?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=y1y2dy y-y*Dy=(y-y*)?x(y)为直线令y=kDy+b则dy=kd(Dy) K=y1-y2Dy1-Dy2NOG=y1y2y1-y2Dy1d(Dy)dy

9、y-yDyDy-Dy2 =k=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)x=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)

10、1+s Sy2-mx2讨论： S=1mG反应了吸收推动力的大小： =ALSL推动力NOGGLA推动力NOGG为增大吸收推动力，应使Lm，即S1. 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(

11、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= 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