河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)化原

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件第八章

吸收1第一節(jié)概述一、吸收操作及其在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用吸收操作:用適當(dāng)?shù)囊后w吸收劑處理氣體混合物，以除去一種或多種組分的操作。分離的依據(jù):混合氣中各組分在液體溶劑中溶解度的不同。分離的對(duì)象:氣體混合物。操作性質(zhì):氣—液相間的傳質(zhì)過程。（單向）

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件2吸收質(zhì)（溶質(zhì)）

——

可溶組分（A）惰性氣（載體）

——

不被吸收的組分（B）吸收劑（溶劑）

——

吸收操作中所用的液體（S）吸收液——

吸收操作中所得到的溶液（A+S）尾氣——

吸收操作中所排出的氣體（B+S）

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件3（1）氣體吸收選擇一定的溶劑（外界引入第二相）造成兩相,處理氣體混合物。（2）液體蒸餾對(duì)于液體混合物加熱,使混合物內(nèi)部造成兩相,利用不同組分揮發(fā)性的差異,使得液體混合物得以分離。

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件4（3）固體干燥對(duì)含一定濕分的固體提供一定的熱量,使溶劑汽化,利用濕分壓差,使?jié)穹謴墓腆w表面或內(nèi)部轉(zhuǎn)移到氣相,從而將含濕分的固體物料得以凈化。

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件58.1.2.相組成表示法1．質(zhì)量分率與摩爾分率質(zhì)量分率:在混合物中某組分的質(zhì)量占混合物總質(zhì)量的分率。

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件摩爾分率:在混合物中某組分的摩爾數(shù)占混合物總摩爾數(shù)的分率。6

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件質(zhì)量分率與摩爾分率的關(guān)系:氣相:液相:72．質(zhì)量比與摩爾比質(zhì)量比:混合物中某組分A的質(zhì)量與惰性組分B（不參加傳質(zhì)的組分）的質(zhì)量之比。

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件摩爾比:混合物中某組分的摩爾數(shù)與惰性組分摩爾數(shù)之比。8

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件摩爾分率與摩爾比的關(guān)系:質(zhì)量分率與質(zhì)量比的關(guān)系:氣相:液相:93．質(zhì)量濃度與摩爾濃度質(zhì)量濃度:單位體積混合物中某組分的質(zhì)量。

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件摩爾濃度:單位體積混合物中某組分的摩爾數(shù)。10c—混合物在液相中的總摩爾濃度,kmol/m3；—混合物液相的密度,kg/m3。

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件摩爾濃度與摩爾分率的關(guān)系:質(zhì)量濃度與質(zhì)量分率的關(guān)系:114.氣體總壓與理想氣體中組分的分壓總壓與某組分的分壓之間的關(guān)系:摩爾比與分壓之間的關(guān)系:摩爾濃度與分壓之間的關(guān)系:

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件125.1.3.氣體吸收過程1.氣體吸收的目的（1）分離混合氣體以獲得一定的組分。（2）除去有害組分以凈化或精制氣體。（3）制備某種氣體的溶液。（4）工業(yè)廢氣的治理。2.吸收的依據(jù)混合物各組分在某種溶劑中溶解度的差異。

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件13河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件3．

吸收過程及設(shè)備14吸收尾氣河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件吸收質(zhì)惰性組分吸收液溶劑15

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件4．

吸收流程吸收與解吸流程含苯煤氣脫苯煤氣過熱蒸汽加熱器冷卻器洗油_______水苯165.吸收分類（1）物理吸收和化學(xué)吸收（2）單組分吸收和多組分吸收（3）等溫吸收和非等溫吸收（4）高濃度吸收和低濃度吸收6.吸收劑的選擇要求（1）溶解度大；

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件178.2.氣液相平衡8..22..11..氣氣液液相相平平衡衡關(guān)關(guān)系系8..22..22..相相平平衡衡關(guān)關(guān)系系在在吸吸收收過過程程中中的的應(yīng)應(yīng)用用

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件18 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件8.2.1.氣液相平衡關(guān)系1．溶解度曲線平衡狀態(tài):一定壓力和溫度，一定量的吸收劑與混合氣體充分接觸，氣相中的溶質(zhì)向溶劑中轉(zhuǎn)移，長(zhǎng)期充分接觸后，液相中溶質(zhì)組分的濃度不再增加，此時(shí)，氣液兩相達(dá)到平衡。飽和濃度:平衡時(shí)溶質(zhì)在液相中的濃度。19平衡分壓:平衡時(shí)氣相中溶質(zhì)的分壓。平衡狀態(tài)的因素F＝C－＋2=3－2+2=3當(dāng)壓力不太高、溫度一定時(shí)p=f1（x）y*=f2（x）p=f3（cA）A*A*

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河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件60℃50℃40℃

30℃液相中氨的摩爾數(shù)◆氨在水中的溶解度氣相中氨的分壓21101.3kPa202.6kPa

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件x

→20℃下SO2在水中的溶解度y22

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件t=293KCO2pA

,

kPaNH310n

cA

,

kmol/m3幾種氣體在水中的溶解度曲線23討論:（1）總壓、y一定，溫度下降，在同一溶劑中，溶質(zhì)的溶解度x隨之增加，有利于吸收。（2）溫度、y一定，總壓增加，在同一溶劑中，溶質(zhì)的溶解度x隨之增加，有利于吸收。

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件24（3）相同的總壓及摩爾分率，cO2<cCO2<cSO2<cNH3氧氣等為難溶氣體，氨氣等為易溶氣體2.亨利定律（1）亨利定律內(nèi)容總壓不高時(shí)，在一定溫度下，稀溶液上方氣相中溶質(zhì)的平衡分壓與溶質(zhì)在液相中的摩爾分率成正比，其比例系數(shù)為亨利系數(shù)。

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件25 ——溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓，kPa；x——溶質(zhì)在液相中的摩爾分率；E——亨利常數(shù)，單位同壓強(qiáng)單位。討論:1）E的影響因素:溶質(zhì)、溶劑、T物系一定，2）E大的，溶解度小，難溶氣體E小的，溶解度大，易溶氣體3）E的來源:實(shí)驗(yàn)測(cè)得；查手冊(cè)

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件26（2）亨利定律其它形式1）H——溶解度系數(shù)，kmol/（m3·kPa）cA——摩爾濃度，kmol/m3；H與E的關(guān)系:

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河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件H的討論:1）H大，溶解度大，易溶氣體2）P對(duì)H影響小，m——相平衡常數(shù),無因次。2）28

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件m的討論:1）m大，溶解度小，難溶氣體2）r↑m與E的關(guān)系:293）ymx【例5-1】某系統(tǒng)溫度為10℃,總壓101.3kPa，試求此條件下在與空氣充分接觸后的水中，每立方米水溶解了多少克氧氣？查得10℃時(shí),氧氣在水中的亨利系數(shù)E為3.31×106kPa。 =101.3×0.21=21.27kPa

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件30 3.57×10-4kmol/m3W=3.57×10-4

×32×1000=11.42g/m3

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件=HP31A由氣相向液相傳質(zhì),吸收過程平衡狀態(tài)A由液相向氣相傳質(zhì),解吸過程y*或x*>x或8.2.2.相平衡關(guān)系在吸收過程中的應(yīng)用1.判斷過程進(jìn)行的方向

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件吸收過程:y32

·

P

·x2．指明過程進(jìn)行的極限過程極限:相平衡。

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件yyy*y*yx·CAB33

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件3.確定過程的推動(dòng)力1)吸收過程推動(dòng)力的表達(dá)式G,G,G,G,2）逆流吸收,塔高無限,1）逆流吸收,塔高無限,y-

y*或x*

-xL,xbL,xa或34A

P·

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件x

x*2）在x～y圖上yy*35【例5-2】在總壓101.3kPa，溫度30℃的條件下,SO2摩爾分率為0.3的混合氣體與SO2摩爾分率為0.01的水溶液相接觸，試問:（1）SO2的傳質(zhì)方向；（2）其它條件不變，溫度降到0℃時(shí)SO2的傳質(zhì)方向；（3）其它條件不變，總壓提高到202.6kPa時(shí)SO2的傳質(zhì)方向，并計(jì)算以液相摩爾分率差及氣相摩爾率差表示的傳質(zhì)推動(dòng)力。

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件368.3.分分子子擴(kuò)擴(kuò)散散與與單單相相傳傳質(zhì)質(zhì)8..33..11..分分子子擴(kuò)擴(kuò)散散8..33..22..單單相相分分子子擴(kuò)擴(kuò)散散8..33..33..單單相相對(duì)對(duì)流流傳傳質(zhì)質(zhì)8..33..44..界界面面上上的的濃濃度度

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件378..33..分分子子擴(kuò)擴(kuò)散散與與單單相相傳傳質(zhì)質(zhì)吸收過程:（1）A由氣相主體到相界面，氣相內(nèi)傳遞；（2）A在相界面上溶解，溶解過程；（3）A自相界面到液相主體，液相內(nèi)傳遞。單相內(nèi)傳遞方式:分子擴(kuò)散；對(duì)流擴(kuò)散。8..33..11..分分子子擴(kuò)擴(kuò)散散1．分子擴(kuò)散

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件38

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件分子擴(kuò)散現(xiàn)象:39分子擴(kuò)散: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(yùn)動(dòng)使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(kuò)散。擴(kuò)散通量:單位時(shí)間內(nèi)通過垂直于擴(kuò)散方向的單位截面積擴(kuò)散的物質(zhì)量。

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件4055..33..22..單單相相分分子子擴(kuò)擴(kuò)散散分子擴(kuò)散兩種形式:等分子反向擴(kuò)散，單向擴(kuò)散。1．等分子反向擴(kuò)散(1)等分子反向擴(kuò)散

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件pB1

1

2pB2T

PpA1T

PpA2JBJA41等分子反向擴(kuò)散:任一截面處兩個(gè)組分的擴(kuò)散速率大小相等，方向相反。

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件（2）

等分子反向擴(kuò)散討論42pppB2pB1pA1pA20

擴(kuò)散距離z

z2）

等分子反方向擴(kuò)散發(fā)生在蒸餾過程中。3）

單向擴(kuò)散體現(xiàn)在吸收過程中。

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件_______1）

組分的濃度與擴(kuò)散距離z成直線關(guān)系。438.3.3.單相對(duì)流傳質(zhì)1．渦流擴(kuò)散渦流擴(kuò)散:流體作湍流運(yùn)動(dòng)時(shí)，若流體內(nèi)部存在濃度梯度，流體質(zhì)點(diǎn)便會(huì)靠質(zhì)點(diǎn)的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，相互碰撞和混合，組分從高濃度向低濃度方向傳遞，這種現(xiàn)象稱為渦流擴(kuò)散

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件44

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件2.有效膜模型（1）單相內(nèi)對(duì)流傳質(zhì)過程氣相

pAi

T

t

G

LTTWcAicAtWE

pA

冷流體熱流體液相t451）靠近相界面處層流內(nèi)層:傳質(zhì)機(jī)理僅為分子擴(kuò)散，溶質(zhì)A的濃度梯度較大，pA隨z的變化較陡。2）湍流主體:渦流擴(kuò)散遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于分子擴(kuò)散，溶質(zhì)濃度均一化，pA隨z的變化近似為水平線。3）過渡區(qū):分子擴(kuò)散+渦流擴(kuò)散，pA隨z的變化逐漸平緩。

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件46kL——以液相組成摩爾濃度表示推動(dòng)力的液相對(duì)流傳質(zhì)分系數(shù)，kmol/（m2·s·kmol/m3）；kx——以液相組成摩爾分率表示推動(dòng)力的液相對(duì)流傳質(zhì)分系數(shù)，kmol/（m2·s）；各液相傳質(zhì)分系數(shù)之間的關(guān)系:注意:對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)=f(操作條件、流動(dòng)狀態(tài)、物性）

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件47

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件8..33..44..界界面面上上的的濃濃度度1.一般情況定態(tài)傳質(zhì) =f（cAi）2.平衡關(guān)系滿足亨利定律}

、cAiPAi

、cAi48操作點(diǎn)O氣膜阻力I（界面液膜阻力 I（pAi,cAi）河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件3.圖解cA/kmol/m3pA/kPacA490)8.4.對(duì)流傳質(zhì)8..44..11..兩兩相相對(duì)對(duì)流流傳傳質(zhì)質(zhì)模模型型8..44..22..總總傳傳質(zhì)質(zhì)速速率率方方程程8..44..33..傳傳質(zhì)質(zhì)阻阻力力與與傳傳質(zhì)質(zhì)速速率率的的控控制制

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件50

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件8..44..11..兩兩相相對(duì)對(duì)流流傳傳質(zhì)質(zhì)模模型型相際對(duì)流傳質(zhì)三大模型:雙膜模型______________________—GL——_________________溶質(zhì)滲透模型表面更新模型1.雙膜模型cAipAi氣相液相pAcAE51 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件2.雙膜模型的基本論點(diǎn)（假設(shè)）（1）氣液兩相存在一個(gè)穩(wěn)定的相界面，界面兩側(cè)存在穩(wěn)定的氣膜和液膜。膜內(nèi)為層流，A以分子擴(kuò)散方式通過氣膜和液膜。（2）相界面處兩相達(dá)平衡，無擴(kuò)散阻力。（3）有效膜以外主體中，充分湍動(dòng)，溶質(zhì)主要以渦流擴(kuò)散的形式傳質(zhì)。雙膜模型也稱為雙膜阻力模型52K——以氣相分壓差表示推動(dòng)力的氣相總傳質(zhì)系數(shù),kmol/（m2·s·kPa）；K,——以氣相摩爾分率差表示推動(dòng)力的氣相總傳質(zhì)系數(shù),kmol/（m2·s）；

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件1.吸收過程的總傳質(zhì)速率方程（1）用氣相組成表示吸收推動(dòng)力總傳質(zhì)速率方程8.4.2.53KL——以液相濃度差表示推動(dòng)力的液相總傳質(zhì)系數(shù),kmol/m2·s·kmol/m3）；K,——以液相摩爾分率差表示推動(dòng)力的液相總傳質(zhì)系數(shù),kmol/（m2·s）；（3）總傳質(zhì)系數(shù)與單相傳質(zhì)分系數(shù)之間的關(guān)系系統(tǒng)服從亨利定律或平衡關(guān)系在計(jì)算范圍為直線

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件（2）

用液相組成表示吸收推動(dòng)力54

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件根據(jù)雙膜理論55

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件同理:用類似的方法得到mk56

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件KHKmk（4）

總傳質(zhì)系數(shù)之間的關(guān)系5788..44..33..傳傳質(zhì)質(zhì)阻阻力力與與傳傳質(zhì)質(zhì)速速率率的的控控制制1.傳質(zhì)阻力注意:傳質(zhì)系數(shù)、傳質(zhì)阻 與推動(dòng)力一一對(duì)應(yīng)相間傳質(zhì)總阻力=液相(膜)阻力+氣相(膜)阻力

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件58 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件2．傳質(zhì)速率的控制步驟（1）氣膜控制氣膜控制:傳質(zhì)阻力主要集中在氣相，此吸收過程為氣相阻力控制（氣膜控制）。氣膜控制的特點(diǎn): .I

H較大易溶氣體pAGpAicA

cAi59

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件提高傳質(zhì)速率的措施:提高氣體流速；加強(qiáng)氣相湍流程度。（2）液膜控制液膜控制:傳質(zhì)阻力主要集中在液相，此吸收過程為液相阻力控制（液膜控制）液膜控制的特點(diǎn): .H較小難溶氣體CACLAi60

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件提高傳質(zhì)速率的措施:提高液體流速；加強(qiáng)液相湍流程度。同理:氣膜控制:m小易溶氣體m大難溶氣體液膜控制:61

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件【例5-4】110kPa下操作的氨吸收塔，某截面上，含氨0.03摩爾分率的氣體與氨濃度為1kmol/m3的氨水接觸，已知?dú)庀鄠髻|(zhì)系數(shù)kG=5×10-9kmol/(m2·s·Pa)，液相傳質(zhì)系數(shù)kL=1.5×10-4m/s，氨水的平衡關(guān)系可用亨利定律表示，H=7.3×10-4kmol/(m3·Pa)，試計(jì)算:1）氣液界面上的兩相組成；2）以分壓差和摩爾濃度差表示的總推動(dòng)力、總傳質(zhì)系數(shù)、傳質(zhì)速率；3）以摩爾分率差表示總推動(dòng)力的氣相總傳質(zhì)系數(shù)；4）氣膜與液膜阻力的相對(duì)大小。_______628.5.吸收塔的計(jì)算8..55..11..物物料料衡衡算算與與操操作作線線方方程程88..55..22..吸吸收收劑劑用用量量的的確確定定88..55..33..填填料料層層高高度度的的計(jì)計(jì)算算88..55..44..吸吸收收塔塔的的計(jì)計(jì)算算88..55..55..塔塔板板數(shù)數(shù)的的計(jì)計(jì)算算

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件63吸收塔的計(jì)算內(nèi)容:?設(shè)計(jì)型:流向、流程、吸收劑用量、吸收劑濃度、塔高、塔徑?操作型:核算；操作條件與吸收結(jié)果的關(guān)系。計(jì)算依據(jù):物料恒算相平衡吸收速率方程

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件645.5.1.

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件物料衡算與操作線方程651．物料衡算定態(tài)，假設(shè)S不揮發(fā)，B不溶于S全塔范圍內(nèi)，對(duì)A作物料衡算:GBYb+LsXa=GBYa+LSXbGB（Yb－Ya）=LS（Xb－Xa）

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件GB,YbGB,YaLS,XbLS,Xa66Xb=Xa＋GB（Yb－Ya）/LS2.操作線方程式及操作線（1）逆流吸收GBY+LSXa=GBYa+LSX——A被吸收的百分率,稱為回收率或吸收率。Ya=Yb（1-)GB,YaLS,XaGB,YLs,XGB,YbLS,Xb

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件67BA

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件逆流吸收操作線具有如下特點(diǎn):Xa

Xb

XYYbYa同理:681）定態(tài),LS、GB、Yb、Xa恒定,操作線在X～Y坐標(biāo)上為一直線,斜率為L(zhǎng)S/GB。LS/GB為吸收操作的液氣比；2）操作線通過塔頂（稀端）A（Xa,Ya）及塔底（濃端）B（Xb,Yb）;3）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T、p無關(guān)。

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件69

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件5）平衡線與操作線共同決定吸收推動(dòng)力

。操作線離平衡線愈遠(yuǎn)吸收的推動(dòng)力愈大；4）吸收操作線在平衡線的上方,解吸操作線在平衡線OE下方。BAK.YYY*X

X*

X70

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件Yb

B

X（2）

并流吸收GBY+LSX=GBYa+LSXaGB,YLS,XGB,YbLS,XbGB,YaLS,XaYAYaXa

Xb71逆流與并流的比較:1）逆流推動(dòng)力均勻，且2）Yb大，逆流時(shí)Yb與Xb在塔底相迂有利于提高Xb；Xa小，逆流時(shí)Ya與Xa在塔頂相迂有利于降低Ya。逆流與并流操作線練習(xí)

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件72CDA

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件X1

X2

X3

X2A

CY3

X

Y1Y1Y2Y3DY2X

X23BY2B731河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件5.5.2.吸收劑用量的確定74B1E

BPA

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件YbYaOXa

XbX*bYX751．最小液氣比最小液氣比定義:針對(duì)一定的分離任務(wù)，操作條件和吸收物系一定，塔內(nèi)某截面吸收推動(dòng)力為零，達(dá)到分離程度所需塔高無窮大時(shí)的液氣比。

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件最小液氣比的計(jì)算（1）平衡曲線一般情況76

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件X*b——與Yb相平衡的液相組成。平衡關(guān)系符合亨利定律時(shí):2）平衡曲線為凸形曲線情況77

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件78

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件2.操作液氣比79【例5-5】某礦石焙燒爐排出含SO2的混合氣體，除SO2外其余組分可看作惰性氣體。冷卻后送入填料吸收塔中，用清水洗滌以除去其中的SO2。吸收塔的操作溫度為20℃,壓力為101.3kPa?；旌蠚獾牧髁繛?000m3/h，其中含SO2體積百分?jǐn)?shù)為9%，要求SO2的回收率為90%。若吸收劑用量為理論最小用量的1.2倍，試計(jì)算:（1）吸收劑用量及塔底吸收液的組成X1；

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件802）當(dāng)用含SO20.0003（摩爾比）的水溶液作吸收劑時(shí)，保持二氧化硫回收率不變，吸收劑用量比原情況增加還是減少？塔底吸收液組成變?yōu)槎嗌?？已?01.3kPa，20℃條件下SO2在水中的平衡數(shù)據(jù)：與Y1相平衡的液相組成=0.0032低濃度吸收的特點(diǎn)：

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件81GA——A的流率,kmol/(㎡·s)；G——混合氣體流率,kmol/(㎡·s)；L——吸收劑流率,kmol/(㎡·s)。1．傳質(zhì)單元數(shù)法（1）塔高計(jì)算基本關(guān)系式單位時(shí)間，dh內(nèi)吸收A的量:

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件y

x

hdhx+dx填填料料層層高高度度的的計(jì)計(jì)算算

ya

xaho

!y+dy

1——塔截面積,㎡;xbyb82

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件a——單位體積填料的有效傳質(zhì)面積,㎡。83

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件填料層高度84

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件同理:85填料層高度可用下面的通式計(jì)算:Z=傳質(zhì)單元高度×傳質(zhì)單元數(shù)K,a——?dú)庀嗫傮w積傳質(zhì)系數(shù)，kmol/（m3·s）kxa——液相總體積傳質(zhì)系數(shù)，kmol/（m3·s）體積傳質(zhì)系數(shù)的物理意義:在單位推動(dòng)力下，單位時(shí)間，單位體積填料層內(nèi)吸收的溶質(zhì)量。（2）傳質(zhì)單元數(shù)與傳質(zhì)單元高度

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件86 —?dú)庀嗫倐髻|(zhì)單元高度、總傳質(zhì)單元數(shù)HOL、—液相總傳質(zhì)單元高度、總傳質(zhì)單元數(shù) ——?dú)庀鄠髻|(zhì)單元高度、傳質(zhì)單元數(shù)XH——液相傳質(zhì)單元高度、傳質(zhì)單元數(shù)1）傳質(zhì)單元數(shù)以為例?定義:氣相總傳質(zhì)單元數(shù)

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件87?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。N的意義:氣體流經(jīng)一段填料，溶質(zhì)組成變化（yb－ya）等于該段填料平均吸收推動(dòng)力（y－y*）m時(shí)，，該段填料為一個(gè)傳質(zhì)單元。

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件882）傳質(zhì)單元高度?定義:氣相總傳質(zhì)單元高度，m。?傳質(zhì)單元高度的意義:完成一個(gè)傳質(zhì)單元分離效果所需的填料層高度，反映了吸收設(shè)備效能的高低。?傳質(zhì)單元高度影響因素:填料性能、流動(dòng)狀況?體積總傳質(zhì)系數(shù)與傳質(zhì)單元高度的關(guān)系:

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件89傳質(zhì)單元高度變化范圍:0.15～1.5m。?各種傳質(zhì)單元高度之間的關(guān)系平衡線斜率為m

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件90（3）傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算1）對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法氣液平衡線為直線

操作線也為直線

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件同理:比較上式:91

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件4y=y－y＊=Ay+B92

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件93

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件同理:94注意:?平均推動(dòng)力法適用于平衡線為直線，逆流、并流吸收皆可。?平衡線與操作線平行時(shí)，?當(dāng)、時(shí),對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力可用算術(shù)平均推動(dòng)力。

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件952）吸收因數(shù)法平衡線為通過原點(diǎn)的直線,服從亨利定律

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件逆流為例:96

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件98?的意義:反映了A吸收率的高低。m、yb、xa、S一定時(shí):

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件注意:圖的適用范圍為討論:>20及S<0.75。99?參數(shù)S的意義:反映了吸收過程推動(dòng)力的大小，其值為平衡線斜率與吸收操作線斜率的比值。

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件S范圍在0.7～0.8?

100

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件吸收因數(shù)?101——3）數(shù)值積分法平衡線曲線時(shí)圖解積分法步驟如下:?操作線上任取一點(diǎn)（x,y），其推動(dòng)力為(y-y*)。?系列y～作圖得曲線。?積分計(jì)算ya至yb范圍內(nèi)的陰影面積。

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件102Eo

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件ya

yb1032．等板高度法理論級(jí):不平衡的氣液兩相在一段填料層內(nèi)相互接觸，離開該段填料的氣液兩相達(dá)到相平衡，此段填料為一個(gè)理論級(jí)。等板高度:分離效果達(dá)到一個(gè)理論級(jí)所需的填料層高度。Z=HETP×NTNT——完成分離任務(wù)，所需的理論級(jí)數(shù)；HETP——等板高度。

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件104 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件吸收塔的計(jì)算1．設(shè)計(jì)型命題:物系、操作條件一定，計(jì)算達(dá)到指定分離要求所需塔高。分離要求:殘余濃度ya或溶質(zhì)的回收率（1）流向的選擇逆流特點(diǎn):1)逆流推動(dòng)力大，傳質(zhì)速率快；2）吸收液的濃度高；3）溶質(zhì)的吸收率高；_______1054）液體受到上升氣體的曳力,限制了液體流量和氣體流量。（2）吸收劑進(jìn)口濃度的選擇及其最高允許濃度

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件106

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件（3）

吸收劑流量的確定

107【例5-6】在一塔徑為0.8m的填料塔內(nèi),用清水逆流吸收空氣中的氨,要求氨的吸收率為99.5%。已知空氣和氨的混合氣質(zhì)量流量為1400kg/h,氣體總壓為101.3kPa,其中氨的分壓為1.333kPa。若實(shí)際吸收劑用量為最小用量的1.4倍,操作溫度（293K）下的氣液相平衡關(guān)系為y*=0.75x,氣相總體積吸收系數(shù)為0.088kmol/m3·s,試求（1）每小時(shí)用水量；（2）用平均推動(dòng)力法求出所需填料層高度。

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件108【例5-7】空氣中含丙酮2%（體積百分?jǐn)?shù)）的混合氣以0.024kmol/m2·s的流率進(jìn)入一填料塔,今用流率為0.065kmol/m2·s的清水逆流吸收混合氣中的丙酮,要求丙酮的回收率為98.8%。已知操作壓力為100kPa,操作溫度下的亨利系數(shù)為177kPa,氣相總體積吸收系數(shù)為0.0231kmol/m3·s,試用解吸因數(shù)法求填料層高度。

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件1092．吸收塔的操作型計(jì)算命題：塔高一定時(shí)，吸收操作條件與吸收效果間的分析和計(jì)算;吸收塔的核算。(1)定性分析【例5-8】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ya、xb何變化？（已知體積傳質(zhì)系數(shù)隨流量變化關(guān)系

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件為)110

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件定性分析步驟：1）根據(jù)條件確定HOG、S；2）利用ho=，確定的變化;3）采用吸收因數(shù)法確定ya的變化;4）利用全塔物料衡算分析xb變化。問題：吸收溫度降低，ya、xb、吸收操作線如何變化？xa降低，ya、xb、吸收操作線如何變化？吸收壓力提高，ya、xb、吸收操作線如何變化？（2）定量計(jì)算111【例5-9】某填料吸收塔在101.3kPa，293K下用清水逆流吸收丙酮—空氣混合氣中的丙酮，操作液氣比為2.0，丙酮的回收率為95%。已知該吸收為低濃度吸收，操作條件下氣液平衡關(guān)系為，吸收過程為氣膜控制，氣相總體積吸收系數(shù)與氣體流率的0.8次方成正比。（塔截面積為1㎡）（1）若氣體流量增加15%，而液體流量及氣、液進(jìn)口組成不變，試求丙酮的回收率有何變化？（2）若丙酮回收率由95%提高到98%，而氣體流量，氣、液進(jìn)口組成，吸收塔的操作溫度和壓力皆不變，試求吸收劑用量提高到原來的多少倍。

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件112河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件3．

吸收過程的強(qiáng)化目標(biāo):提高吸收過程的推動(dòng)力；降低吸收過程的阻力。（1）

提高吸收過程的推動(dòng)力113 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件【例5-10】在一填料吸收塔內(nèi)，用含溶質(zhì)為0.0099（摩爾分率）的吸收劑逆流吸收混合氣中溶質(zhì)的85%，進(jìn)塔氣體中溶質(zhì)濃度為0.091（摩爾分率），操作液氣比為0.9，已知操作條件下系統(tǒng)的平衡關(guān)系為，試求:（1）逆流操作改為并流操作后所得吸收液的濃度；（2）逆流操作與并流操作平均吸收推動(dòng)力的比。假設(shè)體積傳質(zhì)系數(shù)與流動(dòng)方式無關(guān)。1）逆流操作比并流操作的推動(dòng)力大；

114

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件xa

xb’

xb2）

提高吸收劑的流量；ybya’ya1153）吸收過程為氣膜控制時(shí),降低吸收劑入口溫度；4）降低吸收劑入口溶質(zhì)的濃度；5）吸收過程為氣膜控制時(shí),提高吸收的壓力。（2）降低吸收過程的傳質(zhì)阻力1）提高流體流動(dòng)的湍動(dòng)程度；2）改善填料的性能。

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件11688..55..55..塔塔板板數(shù)數(shù)的的計(jì)計(jì)算算理論板:氣液兩相充分接觸，達(dá)到平衡的板。yi～xi操作關(guān)系:yi+1～xi操作線方程

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件ya=y1

xa=x0y1yi

x1yi+1

xi1ii+1xi+1NxNyb=yN+1

xb=xNyN1171.圖解法求NT步驟:1）畫平衡線OE，操作線AB；2)從A點(diǎn)出發(fā)畫梯級(jí)，直到越過B點(diǎn)。3）梯級(jí)數(shù)為理論板數(shù)。x0

x1

x2BA

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件y4y3y2

y1

ox3E118

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件平衡線為直線:逆流吸收操作線:2.解析法119

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件當(dāng)A=1時(shí)NT=NOGA>1時(shí)NT<NOG

A<1時(shí)NT>NOG120

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件88..66..其其它它吸吸收收類類型型1.高濃度吸收特點(diǎn):?G、L沿塔高變化；?y-x操作線為曲線；?非等溫:含量高，溶解熱大，對(duì)平衡不利，但有利于提高傳質(zhì)系數(shù)，常忽略不計(jì)更安全；121?傳質(zhì)系數(shù)與含量有關(guān)，漂流因數(shù)受濃度影響大，傳質(zhì)系數(shù)非常數(shù)。2.化學(xué)吸收特點(diǎn):?選擇性高，吸收率高，PA低，ya低；?傳質(zhì)與反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行過程。

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件122（2）選擇性高；（3）再生容易；（4）揮發(fā)性?。唬?）粘度低；（6）化學(xué)穩(wěn)定性高；（7）腐蝕性低；（8）無毒、無害、價(jià)廉等。選擇原則:經(jīng)濟(jì)、合理。

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件123河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院化原課件

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