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1、1第二節(jié)第二節(jié) 氣液相平衡氣液相平衡第五章第五章 氣體吸收氣體吸收第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第三節(jié)第三節(jié) 吸收過程的傳質(zhì)速率吸收過程的傳質(zhì)速率第四節(jié)第四節(jié) 吸收塔的計算吸收塔的計算第五節(jié)第五節(jié) 填料塔填料塔星戰(zhàn)風暴 http:/2第一節(jié)第一節(jié) 概述概述一、吸收操作的應用一、吸收操作的應用 二、吸收過程與設備二、吸收過程與設備 三、吸收過程分類三、吸收過程分類四、吸收劑的選擇四、吸收劑的選擇3一、氣體操作的應用一、氣體操作的應用(1 1)分離混合氣體以獲得一定的組分。分離混合氣體以獲得一定的組分。(2 2)除去有害組分以凈化或精制氣體。除去有害組分以凈化或精制氣體。(3 3)制備某種氣體的溶液。制備
2、某種氣體的溶液。(4 4)工業(yè)廢氣的治理。工業(yè)廢氣的治理。吸收的依據(jù)吸收的依據(jù) 混合物各組分在某種溶劑中溶解度的差異。混合物各組分在某種溶劑中溶解度的差異。4二、吸收過程與設備二、吸收過程與設備5吸收與解吸流程吸收與解吸流程含苯煤氣含苯煤氣脫苯煤氣脫苯煤氣洗油洗油苯苯水水過熱蒸汽過熱蒸汽加熱器加熱器冷卻器冷卻器6(1 1)物理吸收物理吸收和化學吸收和化學吸收(2 2)單組分吸收單組分吸收和多組分吸收和多組分吸收(3 3)等溫吸收等溫吸收和非等溫吸收和非等溫吸收(4 4)高濃度吸收和)高濃度吸收和低濃度吸收低濃度吸收(1 1)溶解度大;)溶解度大;三、吸收過程的分類三、吸收過程的分類四、吸收劑的
3、選擇四、吸收劑的選擇7(2 2)選擇性高;)選擇性高;(3 3)再生容易;)再生容易;(4 4)揮發(fā)性小;)揮發(fā)性??;(5 5)粘度低;)粘度低;(6 6)化學穩(wěn)定性高;)化學穩(wěn)定性高;(7 7)腐蝕性低;)腐蝕性低;(8 8)無毒、無害、價廉等。)無毒、無害、價廉等。選擇原則:經(jīng)濟、合理。選擇原則:經(jīng)濟、合理。8第二節(jié)第二節(jié) 氣液相平衡氣液相平衡一、一、 平衡溶解度平衡溶解度二、二、 亨亨利定律利定律三、三、 氣液相平衡關(guān)系在吸收中的應用氣液相平衡關(guān)系在吸收中的應用9一、平衡溶解度一、平衡溶解度平衡狀態(tài):平衡狀態(tài):一定壓力和溫度,一定量的吸收一定壓力和溫度,一定量的吸收 劑與混合氣體充分接觸
4、,氣相劑與混合氣體充分接觸,氣相 中的溶質(zhì)中的溶質(zhì) 向溶劑中轉(zhuǎn)移,長期充分接向溶劑中轉(zhuǎn)移,長期充分接 觸后,液相觸后,液相 中溶質(zhì)組分的濃度不再增加,此時,氣中溶質(zhì)組分的濃度不再增加,此時,氣 液兩相達到平衡。液兩相達到平衡。飽和濃度飽和濃度:平衡時溶質(zhì)在液相中的濃度。平衡時溶質(zhì)在液相中的濃度。10平衡分壓:平衡分壓:平衡時氣相中溶質(zhì)的分壓。平衡時氣相中溶質(zhì)的分壓。平衡狀態(tài)的因素平衡狀態(tài)的因素FC 2=32+2=3當壓力不太高、溫度一定時當壓力不太高、溫度一定時 p*A =f1( x ) y*=f2(x) p*A =f3( cA )11氨在水中的溶解度氨在水中的溶解度122020下下SOSO2
5、 2在水中的溶解度在水中的溶解度13幾種氣體在水中的溶解度曲線14討論:討論:(2)溫度、)溫度、y一一定,定,總壓增加總壓增加,在同一溶劑中,在同一溶劑中,溶質(zhì)的溶解度溶質(zhì)的溶解度x隨之增加,隨之增加,有利于吸收有利于吸收 。(1)總壓、)總壓、y一一定,定,溫度下降溫度下降,在同一溶劑中,在同一溶劑中,溶質(zhì)的溶解度溶質(zhì)的溶解度x隨之增加,隨之增加,有利于吸收有利于吸收 。(3)相同的總壓及摩爾分率,)相同的總壓及摩爾分率, cO2 cCO2 cSO2 x或或 A*Acc*AAppA由氣相向液相傳質(zhì),吸收過程由氣相向液相傳質(zhì),吸收過程*AApp 平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)*AApp A由液相向氣相傳質(zhì)
6、,解吸過程由液相向氣相傳質(zhì),解吸過程吸收過程:吸收過程:22(二)二)指明過程進行的極限指明過程進行的極限過程極限:相平衡過程極限:相平衡。yPyxABCxy*y*y23(1)逆流吸收,塔高無限,)逆流吸收,塔高無限,2*2min2,mxyyL V,y2V,y1L,x2L,x1(2)逆流吸收,塔高無限,)逆流吸收,塔高無限,myxL1max, 1 (三)三)確定過程的推動力確定過程的推動力(1)吸收過程推動力的表達式)吸收過程推動力的表達式*AApp y - y*或或x* -x或或A*Acc24(2)在)在xy圖上圖上 APyy*xx*25第三節(jié)第三節(jié) 吸收過程的傳質(zhì)速率吸收過程的傳質(zhì)速率一、
7、一、 分子擴散與菲克定律分子擴散與菲克定律六、六、 兩相間兩相間的雙模理論的雙模理論四、四、 分子擴散系數(shù)分子擴散系數(shù)七、七、 總傳質(zhì)速率方程總傳質(zhì)速率方程二、二、 等摩爾逆向擴散等摩爾逆向擴散三、三、 組分組分A A通過靜止組分通過靜止組分B B的擴散的擴散五、五、 單相內(nèi)對流傳質(zhì)單相內(nèi)對流傳質(zhì)26吸收過程:吸收過程: (1)A由氣相主體到相界面,由氣相主體到相界面,氣相內(nèi)傳遞氣相內(nèi)傳遞;(2)A在相界面上溶解,溶解過程;在相界面上溶解,溶解過程;(3)A自相界面到液相主體,自相界面到液相主體,液相內(nèi)傳遞液相內(nèi)傳遞。單相內(nèi)傳遞方式:分子擴散;對流擴散單相內(nèi)傳遞方式:分子擴散;對流擴散 。一、
8、一、 分子擴散與菲克定律分子擴散與菲克定律27分子擴散分子擴散:在靜止或滯流流體內(nèi)部,若某一組分存:在靜止或滯流流體內(nèi)部,若某一組分存 在濃度差,則因分子無規(guī)則的熱運動使在濃度差,則因分子無規(guī)則的熱運動使 該組分由濃度較高處傳遞至濃度較低處,該組分由濃度較高處傳遞至濃度較低處, 這種現(xiàn)象稱為分子擴散。這種現(xiàn)象稱為分子擴散。擴散速率擴散速率:單位時間內(nèi)通過垂直于擴散方向的單位截:單位時間內(nèi)通過垂直于擴散方向的單位截 面積擴散的物質(zhì)量,面積擴散的物質(zhì)量,J表示,表示, kmol/(m2s)。 菲克定律菲克定律:溫度、總壓一定,組分:溫度、總壓一定,組分A在擴散方向上任一在擴散方向上任一 點處的擴散
9、通量與該處點處的擴散通量與該處A的濃度梯度成正比。的濃度梯度成正比。28zcDJddAABAJA組分組分A擴散速率(擴散通量),擴散速率(擴散通量), kmol/(m2s);); 組分組分A在擴散方向在擴散方向z上的濃度梯度(上的濃度梯度(kmol/m3)/m; zcddA DAB組分組分A在在B組分中的擴散系數(shù),組分中的擴散系數(shù),m2/s。 負號:表示擴散方向與濃度梯度方向相反,擴散沿負號:表示擴散方向與濃度梯度方向相反,擴散沿 著濃度降低的方向進行著濃度降低的方向進行 29理想氣體:理想氣體:RTpcAA zcddAzpRT dd1A=zpRTDJddAABA 分子擴散兩種形式:等摩爾逆向
10、擴散,組分分子擴散兩種形式:等摩爾逆向擴散,組分A通過通過 靜止組分靜止組分B的擴散。的擴散。30JAJBT PpA2pB2T PpA1pB112二、等摩爾逆向擴散二、等摩爾逆向擴散31等摩爾逆向擴散:等摩爾逆向擴散:任一截面處兩個組分的擴散速率任一截面處兩個組分的擴散速率 大小相等,方向相反。大小相等,方向相反。 zpRTDJddAABAzpRTDJddBBABBpppA總壓一定總壓一定 zpddA=zpddB32 JA=JB DAB=DBA=D 等分子反向擴散傳質(zhì)速率方程等分子反向擴散傳質(zhì)速率方程傳質(zhì)速率定義:任一固定的空間位置上,傳質(zhì)速率定義:任一固定的空間位置上, 單位時間單位時間 內(nèi)
11、通過單位面積的物質(zhì)量,記作內(nèi)通過單位面積的物質(zhì)量,記作N, kmol/(m2 s) 。 NA= zpRTDJddAA氣相:氣相:33)(A2A1AcczDNNA= zcDJddAABA)(A2A1AppRTzDN液相:液相:討論討論1)21AAAppN342)組分的濃度與擴散距離)組分的濃度與擴散距離z成直線關(guān)系。成直線關(guān)系。 3)等分子反方向擴散發(fā)生在蒸餾過程中。)等分子反方向擴散發(fā)生在蒸餾過程中。 ppB1pA1pA2pB2擴散距離擴散距離z0zp三、三、 組分組分A A通過靜止組分通過靜止組分B B的擴散的擴散3512JAJBNMcA/cNMcB/cNMNA(1)整體移動:因溶質(zhì)擴散)整
12、體移動:因溶質(zhì)擴散 到界面溶解于溶劑中,造到界面溶解于溶劑中,造 成界面與主體的微小壓差,成界面與主體的微小壓差, 使得混合物向界面處的流使得混合物向界面處的流 動。動。(2)整體移動的特點:)整體移動的特點:1)因分子本身擴散引起的宏觀流動。)因分子本身擴散引起的宏觀流動。2)A、B在整體移動中方向相同,流動速度正比于摩在整體移動中方向相同,流動速度正比于摩爾爾 分率。分率。 36ccNNAMMA ccNNBMMB ccNJNAMAA ccNJNBMBB ccNJBMB0 zcccDcNddAAA微分式微分式37在氣相擴散在氣相擴散 RTpcAA RTpc zpppRTDpNdd)(AAA
13、B1B2AlnppRTzDpN 積分式積分式)(A2A1BmAppRTzpDpN 積分式積分式B1B2B1B2Bmlnppppp 38S1S2S1S2Smlnccccc )(A2A1SmAcczcDcN積分式積分式液相:液相:(4)討論)討論1)組分)組分A的濃度與擴散距離的濃度與擴散距離z為指數(shù)關(guān)系為指數(shù)關(guān)系 Bmpp2)Smcc、漂流因子,漂流因子,無因次無因次 39漂流因子意義漂流因子意義:其大小反映了整體移動對傳質(zhì)速率的影:其大小反映了整體移動對傳質(zhì)速率的影 響程度,其值為總體流動使傳質(zhì)速率較單純分子擴響程度,其值為總體流動使傳質(zhì)速率較單純分子擴 散增大的倍數(shù)。散增大的倍數(shù)。 1Bm
14、pp1Sm cc漂流因子的影響因素:漂流因子的影響因素: 濃度高,漂流因數(shù)大,總體流動的影響大。濃度高,漂流因數(shù)大,總體流動的影響大。 低濃度時,漂流因數(shù)近似等于低濃度時,漂流因數(shù)近似等于1,總體流動的影響小。,總體流動的影響小。 3)單向擴散體現(xiàn)在吸收過程中。)單向擴散體現(xiàn)在吸收過程中。40擴散系數(shù)的意義:單位濃度梯度下的擴散通量,反映擴散系數(shù)的意義:單位濃度梯度下的擴散通量,反映 某組分在一定介質(zhì)中的擴散能力,是物質(zhì)特性常某組分在一定介質(zhì)中的擴散能力,是物質(zhì)特性常 數(shù)之一;數(shù)之一;D,m2/s。 D的影響因素:的影響因素:A、B、T、P、濃度濃度D的來源:查手冊;半經(jīng)驗公式;測定的來源:查
15、手冊;半經(jīng)驗公式;測定四、分子擴散系數(shù)四、分子擴散系數(shù)41(1)氣相中的)氣相中的D范圍:范圍:10-510-4m2/s 經(jīng)驗公式經(jīng)驗公式 D pDTpTDpTfD )(75. 1,(2)液相中的)液相中的D范圍:范圍:10-1010-9m2/s D DTTDTfD )( ,42五、五、 單相內(nèi)的對流傳質(zhì)單相內(nèi)的對流傳質(zhì)渦流擴散:流體作湍流運動時,若流體內(nèi)部渦流擴散:流體作湍流運動時,若流體內(nèi)部 存在濃度梯度,流體質(zhì)點便會靠存在濃度梯度,流體質(zhì)點便會靠 質(zhì)點的無規(guī)則運動,相互碰撞和質(zhì)點的無規(guī)則運動,相互碰撞和 混合,組分從高濃度向低濃度方混合,組分從高濃度向低濃度方 向傳遞,這種現(xiàn)象稱為渦流擴
16、散。向傳遞,這種現(xiàn)象稱為渦流擴散。 zcDJeeddA,A 43eJ,A渦流擴散速率,渦流擴散速率,kmol/(m2s); eD渦流擴散系數(shù),渦流擴散系數(shù),m2/s。注意:渦流擴散系數(shù)與分子擴散系數(shù)不同,不是物性注意:渦流擴散系數(shù)與分子擴散系數(shù)不同,不是物性 常數(shù),其值與流體流動狀態(tài)及所處的位置有常數(shù),其值與流體流動狀態(tài)及所處的位置有 關(guān)關(guān) 。總擴散通量:總擴散通量:zc)D(DJeddAA 44TTWtWt熱流體熱流體冷流體冷流體pAGpAicAicAL氣相氣相液相液相zTztzGzLE(一)單相內(nèi)對流傳質(zhì)的有效膜模型一)單相內(nèi)對流傳質(zhì)的有效膜模型單相內(nèi)對流傳質(zhì)過程單相內(nèi)對流傳質(zhì)過程451)
17、靠近相界面處層流內(nèi)層:傳質(zhì)機理僅為分)靠近相界面處層流內(nèi)層:傳質(zhì)機理僅為分 子擴散,溶質(zhì)子擴散,溶質(zhì)A的濃度梯度較大,的濃度梯度較大,pA隨隨z的的 變化較陡。變化較陡。 2)湍流主體:渦流擴散遠遠大于分子擴散,)湍流主體:渦流擴散遠遠大于分子擴散, 溶質(zhì)濃度均一化,溶質(zhì)濃度均一化,pA隨隨z的變化近似為水的變化近似為水 平線。平線。 3)過渡區(qū):分子擴散)過渡區(qū):分子擴散+渦流擴散,渦流擴散,pA隨隨z的的 變化逐漸平緩。變化逐漸平緩。46有效膜模型有效膜模型 單相對流傳質(zhì)的傳質(zhì)單相對流傳質(zhì)的傳質(zhì)阻力阻力全部集中在一層全部集中在一層虛虛擬的膜擬的膜層內(nèi),膜層內(nèi)的傳質(zhì)形式層內(nèi),膜層內(nèi)的傳質(zhì)形式
18、僅為分子擴散僅為分子擴散 。(二)氣相傳質(zhì)速率方程(二)氣相傳質(zhì)速率方程 有效膜厚有效膜厚zG由層流內(nèi)層濃度梯度線延長線與流由層流內(nèi)層濃度梯度線延長線與流體主體濃度線相交于一點體主體濃度線相交于一點E,則厚度則厚度zG為為E到相界到相界面的垂直距離。面的垂直距離。47AAGAiGBmDpN(pp)RTz p )(iAAGGAppkN GGBmDpkRTz p 以分壓差表示推動力的氣膜傳質(zhì)分系數(shù),以分壓差表示推動力的氣膜傳質(zhì)分系數(shù), kmol/(m2skPa)。)。 Gk=傳質(zhì)系數(shù)傳質(zhì)系數(shù)吸收的推動力吸收的推動力 AN48氣相對流傳質(zhì)速率方程有以下幾種形式:氣相對流傳質(zhì)速率方程有以下幾種形式:)
19、(iAAGGAppkN )(AiyyykN yk以氣相摩爾分率表示推動力的氣膜傳以氣相摩爾分率表示推動力的氣膜傳 質(zhì)分系數(shù),質(zhì)分系數(shù),kmol/(m2s);); 各氣相傳質(zhì)分系數(shù)之間的關(guān)系:各氣相傳質(zhì)分系數(shù)之間的關(guān)系: pyp AGiipyp AGpkky 帶入上式帶入上式)(iAAGGAppkN 與與)(AiyyykN 比較比較49AAiALLBm()D cNccz c)(ALiALAcckN LLBmD ckz c 液相傳質(zhì)速率方程有以下幾種形式:液相傳質(zhì)速率方程有以下幾種形式:)(AxxkNix )(ALiALAcckN (二)液相傳質(zhì)速率方程(二)液相傳質(zhì)速率方程50kL以液相組成摩爾
20、濃度表示推動力的液膜以液相組成摩爾濃度表示推動力的液膜 對流傳質(zhì)分系數(shù),對流傳質(zhì)分系數(shù),kmol/(m2skmol/m3);); xk以液相組成摩爾分率表示推動力的液膜以液相組成摩爾分率表示推動力的液膜 對流傳質(zhì)分系數(shù),對流傳質(zhì)分系數(shù),kmol/(m2s);); 各液相傳質(zhì)分系數(shù)之間的關(guān)系:各液相傳質(zhì)分系數(shù)之間的關(guān)系: Lckkx 注意:注意: 對流傳質(zhì)系數(shù)對流傳質(zhì)系數(shù)=f (操作條件、流動狀態(tài)、物性)操作條件、流動狀態(tài)、物性)51六、六、 兩相間傳質(zhì)的兩相間傳質(zhì)的雙模理論雙模理論相際對流傳質(zhì)三大模型:雙膜模型相際對流傳質(zhì)三大模型:雙膜模型 溶質(zhì)滲透模型溶質(zhì)滲透模型 表面更新模型表面更新模型(
21、一)一)雙膜理論雙膜理論pAGpAicAicAL氣相氣相液相液相zGzLE52雙膜模型的基本論點(假設)雙膜模型的基本論點(假設) (1)氣液兩相存在一個)氣液兩相存在一個穩(wěn)定的相界面穩(wěn)定的相界面,界面兩側(cè)存,界面兩側(cè)存 在穩(wěn)定的在穩(wěn)定的氣膜和液膜氣膜和液膜。膜內(nèi)為。膜內(nèi)為層流層流,A以以分子擴分子擴 散散方式通過氣膜和液膜。方式通過氣膜和液膜。(2)相界面相界面處兩相達平衡,處兩相達平衡,無擴散阻力無擴散阻力。 (3)有效)有效膜以外膜以外主體中,充分湍動,溶質(zhì)主要以主體中,充分湍動,溶質(zhì)主要以 渦流擴散渦流擴散的形式傳質(zhì)。的形式傳質(zhì)。 雙膜模型也稱為雙膜模型也稱為雙膜阻力雙膜阻力模型模型
22、53(一)一)氣相傳質(zhì)速率方程氣相傳質(zhì)速率方程 )(*AAGAppKN )(*AyyKNy GK以氣相分壓差表示推動力的氣相總傳質(zhì)以氣相分壓差表示推動力的氣相總傳質(zhì) 系數(shù),系數(shù),kmol/(m2skPa);); yK以氣相摩爾分率差表示推動力的氣相以氣相摩爾分率差表示推動力的氣相 總傳質(zhì)系數(shù),總傳質(zhì)系數(shù),kmol/(m2s););)(*AYYKNY YK以氣相摩爾比差表示推動力的氣相以氣相摩爾比差表示推動力的氣相 總傳質(zhì)系數(shù),總傳質(zhì)系數(shù),kmol/(m2s););七、總傳質(zhì)速率方程七、總傳質(zhì)速率方程54(二)二)液相總傳質(zhì)速率方程液相總傳質(zhì)速率方程 )(A*ALAccKN )(*AXXKNX
23、LK 以液相濃度差表示推動力的液相總傳以液相濃度差表示推動力的液相總傳 質(zhì)系數(shù),質(zhì)系數(shù),kmol/m2skmol/m3);); xK以液相摩爾分率差表示推動力的液相以液相摩爾分率差表示推動力的液相 總傳質(zhì)系數(shù),總傳質(zhì)系數(shù),kmol/(m2s);); )(*AxxKNx XK以液相摩爾比差表示推動力的液相以液相摩爾比差表示推動力的液相 總傳質(zhì)系數(shù),總傳質(zhì)系數(shù),kmol/(m2s);); 55GLG111kHkK GLL11kHkK LGHKK xyykmkK 11yxxmkkK111 xyKmK 根據(jù)雙膜理論根據(jù)雙膜理論 (三)三)總傳質(zhì)系數(shù)與單相傳質(zhì)分系數(shù)之間的關(guān)系總傳質(zhì)系數(shù)與單相傳質(zhì)分系數(shù)之
24、間的關(guān)系系統(tǒng)服從亨利定律或平衡關(guān)系在計算范圍為直線系統(tǒng)服從亨利定律或平衡關(guān)系在計算范圍為直線 56(四)四)總傳質(zhì)系數(shù)之間的關(guān)系總傳質(zhì)系數(shù)之間的關(guān)系 yKpK GxKcK LXYYkmkK 11YXXmkkK111 XYKmK YKpK GXKcK L57(五)五)傳質(zhì)速率的控制傳質(zhì)速率的控制GLG1 1 1kHkK GLL 1 1kHkK 1 1yxykkmK YXXmkkK1 1 1 相間傳質(zhì)總阻力相間傳質(zhì)總阻力 = 液相液相(膜膜)阻力阻力 +氣相氣相(膜膜)阻力阻力注意注意:傳質(zhì)系數(shù)、傳質(zhì)阻力傳質(zhì)系數(shù)、傳質(zhì)阻力 與推動力一一對應。與推動力一一對應。 1 1YXYkkmK yxxmkkK
25、1 1 1 1.傳質(zhì)阻力傳質(zhì)阻力582.傳質(zhì)速率的控制步驟傳質(zhì)速率的控制步驟(1 1)氣膜控制)氣膜控制氣膜控制氣膜控制:傳質(zhì)阻力主要集中在氣相,此吸收過程傳質(zhì)阻力主要集中在氣相,此吸收過程 為氣相阻力控制(氣膜控制)。為氣相阻力控制(氣膜控制)。 G1KG1kH 較大易溶氣體較大易溶氣體 氣膜控制的特點:氣膜控制的特點:AiA*AApppp .pAIpAicAcAi*Ac*Ap)(*AAppkNGA 59提高傳質(zhì)速率的措施:提高氣體流速;提高傳質(zhì)速率的措施:提高氣體流速; 加強氣相湍流程度。加強氣相湍流程度。 (2 2)液膜控制)液膜控制液膜控制液膜控制:傳質(zhì)阻力主要集中在液相,此吸收過程傳
26、質(zhì)阻力主要集中在液相,此吸收過程 為液相阻力控制(液膜控制)為液相阻力控制(液膜控制) 液膜控制的特點:液膜控制的特點:LL11kK H較小難溶氣體較小難溶氣體 AAiA*Acccc .ApAip*ApAcAic*Ac)(A*ALAcckN 60提高傳質(zhì)速率的措施:提高液體流速;提高傳質(zhì)速率的措施:提高液體流速; 加強液相湍流程度。加強液相湍流程度。 YYkK1 1 同理:同理:氣膜控制:氣膜控制:XXkK1 1 液膜控制:液膜控制:iYYYY *m小易溶氣體小易溶氣體)(*YYkNYA m大難溶氣體大難溶氣體XXXXi *)(*XXkNXA 61第四節(jié)第四節(jié) 吸收塔的計算吸收塔的計算一、物料
27、衡算與操作線方程一、物料衡算與操作線方程二、吸收劑的用量最小液氣比二、吸收劑的用量最小液氣比三、填料層高度的計算三、填料層高度的計算四、四、吸收塔的操作計算吸收塔的操作計算五、解吸塔的計算五、解吸塔的計算62傳質(zhì)設備:傳質(zhì)設備:63 操作型:核算;操作型:核算; 操作條件與吸收結(jié)果的關(guān)系。操作條件與吸收結(jié)果的關(guān)系。計算依據(jù):物料衡算計算依據(jù):物料衡算 相平衡相平衡 吸收速率方程吸收速率方程吸收塔的計算內(nèi)容:吸收塔的計算內(nèi)容: 設計型:流向、流程、吸收劑用量、設計型:流向、流程、吸收劑用量、 吸收劑濃度、塔高、塔徑吸收劑濃度、塔高、塔徑64一、物料衡算與操作線方程一、物料衡算與操作線方程物料衡算
28、物料衡算定態(tài),假設定態(tài),假設S不揮發(fā),不揮發(fā),B不溶于不溶于S全塔范圍內(nèi),對全塔范圍內(nèi),對A作物料衡算作物料衡算 :GY1+LX2=GY2+LX1 G(Y1Y2)=L(X1X2) G,Y2G,Y1L,X2L,X1121211()G YYYYGYY 65X1=X2G(Y1Y2)/L操作線方程式及操作線操作線方程式及操作線(1)逆流吸收)逆流吸收G,Y2G,Y1L,X2L,X1G,YL,XGY+LX2=GY2+LX22()LLYXYXGG Y2=Y1(1 ) A被吸收的百分率,稱為回收率或吸收率。被吸收的百分率,稱為回收率或吸收率。 6611()LLYXYXGG 同理:同理:逆流吸收操作線具有如下
29、特點:逆流吸收操作線具有如下特點: XY1Y2X1X2ABLG)(*XfY Y673)操作線僅與液氣比、濃端及稀端組成有關(guān),與系)操作線僅與液氣比、濃端及稀端組成有關(guān),與系 統(tǒng)的平衡關(guān)系、塔型及操作條件統(tǒng)的平衡關(guān)系、塔型及操作條件T、p無關(guān)。無關(guān)。 2)操作線通過塔頂(稀端)操作線通過塔頂(稀端) A (X2,Y2)及及塔底塔底 (濃端)(濃端) B (X1, Y1);1)定態(tài),)定態(tài),L、G、Y1、X2恒定,操作線在恒定,操作線在XY 坐標上為一直線,斜率為坐標上為一直線,斜率為L/G 。 L/G為吸收為吸收 操作的操作的液氣比液氣比; 685)平衡線與操作線共同決定吸收推動力。操作線)平衡
30、線與操作線共同決定吸收推動力。操作線 離平衡線愈遠吸收的推動力愈大;離平衡線愈遠吸收的推動力愈大;4)吸收操作線在平衡線的上方,解吸操作線在平)吸收操作線在平衡線的上方,解吸操作線在平 衡線衡線OE下方。下方。 XAB)(*XfYYK.YXX*Y*69(2)并流吸收)并流吸收G,Y2G,Y1L,X2L,X1V,Y L,XGY+LX=GY2+ LX222()LLYXYXGG Y2Y1X2X1ABXY70逆流與并流的比較:逆流與并流的比較:1)逆流推動力均勻,且)逆流推動力均勻,且并流并流逆流逆流mmYY 2) Y1大,逆流時大,逆流時Y1與與X1在塔底相迂有利于提高在塔底相迂有利于提高X1; X
31、2小,逆流時小,逆流時Y2與與X2在塔頂相迂有利于降低在塔頂相迂有利于降低Y2。逆流與并流操作線練習逆流與并流操作線練習71Y3 X2X1Y1 Y2X2Y2X3C CD DA AB BY1Y2Y3X1X2X3C CD DA AB B72二、吸收劑的用量最小液氣比二、吸收劑的用量最小液氣比B1Y1Y2ABOEXYX2X1X*1P73(一)一)最小液氣比最小液氣比最小液氣比定義:針對一定的分離任務,操作條件和最小液氣比定義:針對一定的分離任務,操作條件和吸收物系一定,塔內(nèi)某截面吸收推動力為零,達到分吸收物系一定,塔內(nèi)某截面吸收推動力為零,達到分離程度所需塔高無窮大時的液氣比。離程度所需塔高無窮大時
32、的液氣比。 minLG 最小液氣比的計算最小液氣比的計算1.平衡曲線一般情況平衡曲線一般情況 7412*min12YYLGXX X*1與與Y1相平衡的液相組成。相平衡的液相組成。 平衡關(guān)系符合亨利定律時:平衡關(guān)系符合亨利定律時: 121min2YYLYGXm 2.平衡曲線為凸形曲線情況平衡曲線為凸形曲線情況 7512min1,max2YYLGXX 76(二)操作液氣比二)操作液氣比 設備費設備費,ZYVL 再生費再生費,并不總有效,并不總有效設備費設備費,L ,ZYVL (1.12.0)LG min VL77三、填料層高度的計算三、填料層高度的計算傳質(zhì)單元數(shù)法傳質(zhì)單元數(shù)法 (一)填料層高度的基
33、本計算式(一)填料層高度的基本計算式adzNXLYVGA dddAZYY+dYXX+dXZdZY2X2X1Y1單位時間,單位時間,dZ內(nèi)吸收內(nèi)吸收A的量:的量: 塔截面積,塔截面積,;GAA的流率,的流率,kmol/(s);G惰性氣體流率,惰性氣體流率,kmol/(s);L吸收劑流率,吸收劑流率, kmol/(s)。*)(YYKNYA 78a單位體積填料的有效傳質(zhì)面積,單位體積填料的有效傳質(zhì)面積,/m3。*ddYGYZK aYY 12 * dYYYGYZK aYY 12 *OGdYYYYYN aKVHY OG填料層高度填料層高度 OGOGHNZ 79同理:同理:OLOLHNZ GGHNZ LL
34、HNZ aKLHX OL 12 *OLdXXXXXN akVHY G 12 GdYYiYYYN akLHX L 12dLXXiXXXN80氣相總體積傳質(zhì)系數(shù),氣相總體積傳質(zhì)系數(shù),kmol/(m3s) aKYaKX液相總體積傳質(zhì)系數(shù),液相總體積傳質(zhì)系數(shù),kmol/(m3s) 填料層高度可用下面的通式計算:填料層高度可用下面的通式計算: Z=傳質(zhì)單元高度傳質(zhì)單元高度傳質(zhì)單元數(shù)傳質(zhì)單元數(shù)體積傳質(zhì)系數(shù)的物理意義:體積傳質(zhì)系數(shù)的物理意義: 在單位推動力下,單位時間,單位體積填料層內(nèi)吸收在單位推動力下,單位時間,單位體積填料層內(nèi)吸收的溶質(zhì)量。的溶質(zhì)量。 (二)傳質(zhì)單元數(shù)與傳質(zhì)單元高度(二)傳質(zhì)單元數(shù)與傳質(zhì)
35、單元高度 8112 * dYYYGYZK aYY 以以為例為例(1)傳質(zhì)單元數(shù))傳質(zhì)單元數(shù)OLHOLN、液相總傳質(zhì)單元高度液相總傳質(zhì)單元高度、總傳質(zhì)單元數(shù)、總傳質(zhì)單元數(shù)GGHN 、氣相傳質(zhì)單元高度氣相傳質(zhì)單元高度 、傳質(zhì)單元數(shù)、傳質(zhì)單元數(shù)LLHN 、液相傳質(zhì)單元高度液相傳質(zhì)單元高度 、傳質(zhì)單元數(shù)、傳質(zhì)單元數(shù)OGOGHN、氣相總傳質(zhì)單元高度氣相總傳質(zhì)單元高度、總傳質(zhì)單元數(shù)、總傳質(zhì)單元數(shù)定義定義:氣相總傳質(zhì)單元數(shù)氣相總傳質(zhì)單元數(shù) 12 *OGdYYYYYN82傳質(zhì)單元數(shù)的意義傳質(zhì)單元數(shù)的意義: 反映了取得一定吸收效果的難易程度。反映了取得一定吸收效果的難易程度。 平平均均推推動動力力組組成成變變化
36、化 m*21 *OG)(d12YYYYYYYNYY 氣體流經(jīng)一段填料,溶質(zhì)組成變化(氣體流經(jīng)一段填料,溶質(zhì)組成變化(Y1 Y2)等)等于該段填料平均吸收推動力(于該段填料平均吸收推動力(YY*)m時,該段填時,該段填料為一個傳質(zhì)單元。料為一個傳質(zhì)單元。 的意義:的意義:1OG N83(2)傳質(zhì)單元高度)傳質(zhì)單元高度 定義定義:OGYGHK a 氣相總傳質(zhì)單元高度,氣相總傳質(zhì)單元高度,m。 傳質(zhì)單元高度的意義傳質(zhì)單元高度的意義: 完成一個傳質(zhì)單元分離效果所需的填料層高度,完成一個傳質(zhì)單元分離效果所需的填料層高度,反映了吸收設備效能的高低。反映了吸收設備效能的高低。 傳質(zhì)單元高度影響因素傳質(zhì)單元高
37、度影響因素: 填料性能、流動狀況填料性能、流動狀況 體積總傳質(zhì)系數(shù)與傳質(zhì)單元高度的關(guān)系體積總傳質(zhì)系數(shù)與傳質(zhì)單元高度的關(guān)系: 84傳質(zhì)單元高度變化范圍:傳質(zhì)單元高度變化范圍:0.101.0m。 各種傳質(zhì)單元高度之間的關(guān)系各種傳質(zhì)單元高度之間的關(guān)系 平衡線斜率為平衡線斜率為m XYYkmkK 11YYXGGmGLK ak ak a L OGGLmGHHHL 0.7 0.80.3 0.2G,YYK aGVK a 85OLLGLHHHmG 同理同理 :OGOLmGHHL 比較上式:比較上式:(三)傳質(zhì)單元數(shù)的計算(三)傳質(zhì)單元數(shù)的計算1.1.對數(shù)平均推動力法對數(shù)平均推動力法氣液平衡線為直線氣液平衡線為
38、直線 bmXY *操作線也為直線操作線也為直線 11()LLYXYXGG 86 OGNm21YYY 2121mlnYYYYY *111YYY *222YYY 同理:同理:OLNm21XXX 2121mlnXXXXX 1*11XXX 2*22XXX 87平衡線與操作線平行平衡線與操作線平行 時,時,*22*11*YYYYYY OGN *1121YYYY*2221YYYY 當當 、 時,對數(shù)平均推動力可用算術(shù)時,對數(shù)平均推動力可用算術(shù) 平均推動力平均推動力 。221 YY221 XX注意:注意:平均推動力法適用于平衡線為直線,逆流、并流吸收平均推動力法適用于平衡線為直線,逆流、并流吸收 皆可。皆可
39、。882.2.吸收因數(shù)法吸收因數(shù)法平衡線為通過原點的直線平衡線為通過原點的直線 ,服從亨利定律服從亨利定律 mXY *22()GXYYXL 12 *OGdYYYYYN 12 dYYmXYY逆流為例:逆流為例:89LmVS S解吸因數(shù)解吸因數(shù)(脫吸因數(shù))(脫吸因數(shù)) SmXYmXYSSN2221OG1ln112212YmXYmX90注意:圖的適用范圍為注意:圖的適用范圍為 0.05及及 S1。 2212YmXYmX 3.3.圖解積分法圖解積分法平衡線曲線時平衡線曲線時 圖解積分法步驟如下:圖解積分法步驟如下: 12 *OGdYYYYYN91 操作線上任取一點(操作線上任取一點(X, Y),其推動
40、力為),其推動力為(Y - Y*)。 系列系列Y 作圖得曲線。作圖得曲線。 *1YY 積分計算積分計算Y2至至Y1范圍內(nèi)的陰影面積。范圍內(nèi)的陰影面積。 12 *OGdYYYYYN92命題:命題:塔高一定時,吸收操作條件與吸收效果間的塔高一定時,吸收操作條件與吸收效果間的分析和計算分析和計算; 吸收塔的核算。吸收塔的核算。 定性分析定性分析例例 在一填料塔中用清水吸收氨空氣中的低濃氨在一填料塔中用清水吸收氨空氣中的低濃氨氣,若清水量適量加大,其余操作條件不變,則氣,若清水量適量加大,其余操作條件不變,則Y2、X1如何變化?(已知體積傳質(zhì)系數(shù)隨氣量變化關(guān)系如何變化?(已知體積傳質(zhì)系數(shù)隨氣量變化關(guān)系
41、為為 )0.8Yk aG 四、四、 吸收塔操作計算吸收塔操作計算93定性分析步驟:定性分析步驟: 1)根據(jù)條件確定根據(jù)條件確定HOG、S; 2)利用)利用 ,確定,確定 的變化的變化; 3)采用吸收因數(shù)法確定采用吸收因數(shù)法確定Y2的變化的變化; 4)利用全塔物料衡算分析)利用全塔物料衡算分析X1變化。變化。 OGOGHNZ 水吸收混合氣中的氨為氣膜控制過程水吸收混合氣中的氨為氣膜控制過程 0.8YYK ak aG因氣體流量因氣體流量V不變不變 akYaKY近似不變,近似不變,HOG不變不變 、94OGOGHNZ NOG不變不變, S/mSLL G 2221mXYmXY 2Y12121()()L XXG YY
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