化工原理2-8-吸收复习篇-110926

1石新雨化学与环境工程学院2011.09.26第九章吸收-6Absorption化工原理2电子课件-8湖北民族学院2011年秋2第九章吸收Absorption-复习篇概述1吸收的基本理论2其他类型的吸收4吸收（或脱吸）塔的计算3传质系数和传质理论53一、本章要求：注意学习传质过程的基本研究方法；掌握吸收过程的基本概念和基础知识；能够进行吸收过程的分析计算；能够进行吸收过程的工艺设计。4本章具体要求：吸收过程的基本原理、分类、基本流程及对吸收剂的要求；吸收过程中的质量传递：传质的基本方式、组分运动速度及扩散速度、传质通量以及传质速度、费克定律、双组份等分子反向扩散及单向扩散；相际传质的基本理论：气液相平衡、相际传质推动力、传质方向与传递极限；双膜模型、相际传质速率方程，气膜控制和液膜控制过程。5低浓度气体吸收的特点及分析方法：物料衡算、操作线、平衡线、最小液气比、实际液气比、溶质的吸收率、吸收因子；传质单元高度、传质单元数、传质平均推动力；灵活利用平均推动力和吸收因子法计算填料高度。高浓度气体吸收的特点及对吸收过程的影响：相平衡关系和操作线方程。多组分吸收和化学吸收过程：特点、计算的基本思路；关键组分。解吸：气提解吸法。本章具体要求：6重点内容概要：气体吸收气液相平衡传质机理物料衡算吸收设备溶解度亨利定律分子扩散涡流扩散对流传质双膜模型传质速率方程操作线方程填料塔板式塔溶剂选择T、p选择吸收解吸填料层高度计算吸收剂用量的确定低浓气体吸收高浓吸收解吸多组分吸收化学吸收低浓气体解吸传质单元数理论板数平均推动力法吸收因数法图解法数值积分图解法解析法7二、基本概念1、吸收、溶解度、脱吸；2、吸收质（溶质）、吸收剂（溶剂）、吸收液（溶液）；3、惰性组分（载体）、吸收尾气、吸收率；4、亨利定律及其表达方式；5、分子扩散、涡流扩散；6、费克定律、吸收率；7、吸收速率、吸收速率方程式；8、吸收塔的操作线与操作线方程；9、最小液气比、适宜液气比；10、传质单元高度与传质单元数；11、脱吸因子；12、理论板13、高浓度、多组分、非等温、化学吸收。8三、重要公式1、亨利定律AApHcH-溶解度系数，kmol/(m3Pa)T，H；H越大，越易溶。AAExp*AAmxy*E=c/H-亨利系数，PaT，E；P对E影响可忽略。E越大，越难溶；m=E/p-相平衡常数，无量纲T，m；P，m。m越大，越难溶。92、相际传质速率方程总推动力总系数分推动力分系数系数推动力推动力系数速率1气膜液膜气相液相102、相际传质速率方程传质速率方程气膜液膜总总传质系数特殊情况易溶气体（气膜控制）难溶气体（液膜控制）)(iGGAppkNGyPkk)(iyAyykN)(xxkNixA)(LiLAcckNLxkck0)(*LGGAppKN)(*LGLAccKNGyPKKLxcKK)(*yyKNyA)(*xxKNxA)11/(1xyykkK)11/(1xyxkmkKyxmKK)11/(1LGGHkkK)1/(1LGLkkHKGLHKKyykKxxkKLLkKGGkK113、低浓度气体吸收(溶质体积分数10%)aSaBXXLYYGaBSaBSXGLYXGLY1）全塔物料衡算：2）操作线方程：bababYYYYY1ababBSXXYYGLmin低浓时：ababxxyyGLmin3）最小液气比：--回收率YYBBYbBBBYbYEEYaAYaA0XaXb0XaXEXb124、填料层高度推动力传质单元高度,m传质单元数,无因次换算关系式填料层高度计算公式,my-y*x*-xy-yixi-xaKGHyOGaKLHxOLakGHyGakLHxLbayyOGyydyN*baxxOLxxdxN*baxxiLxxdxNbayyiGyydyNOLOGHAH1LGOGHAHH1LGOLHAHHOLOGANNOGOGNHhOLOLNHhGGNHhLLNHh13bayyyyydyaKGh0OGOGNHbaxxxxxdxaKLh0OLOLNHGGNHbayyiyyydyakGh0baxxixxxdxakLh0LLNHbayyOGyydyN气相总传质单元数，无因次气相分传质单元高度，m气相分传质单元数，无因次aKGHyOG气相总传质单元高度HTU，m（HeightofTransferUnit）4、填料层高度14取决于设备型式、物系性质及操作条件，表明了过程的传质动力学性能。思考：影响传质单元高度HTU的因素？5、传质单元高度HOG常用吸收设备的HTU约为0.21.5m。表示完成一个传质单元分离任务所需要的填料层高度，m。思考：HTU越大越好，还是越小越好？HTU越小越好。代表吸收塔传质性能的高低，由过程条件所决定。156、传质单元数NOG的计算方法（1）对数平均推动力法（2）吸收因数法（3）图解（或数值）积分法（4）近似梯级法是指达到分离要求所需要的传质单元的数量；仅与分离前后的浓度变化以及相平衡关系有关（或分离任务和过程平均推动力），与设备类型无关。其大小反映分离任务的难易程度和净化要求。传质单元数NOG：计算方法：166、传质单元数的计算方法（1）对数平均推动力法（相平衡关系为直线）mabOGyyyNababmyyyyylnmabOLxxxNimabGyyyNimabLxxxNababmxxxxxlnbbbaaaxxxxxxbbbaaayyyyyy17SyyyySSNaaabOG1ln11（2）吸收因数法（也叫解析法，相平衡关系为直线）AyyyyAANbbabOL**1ln11OGOLSNNmGLA/18NOG（yb-mxa）/（ya-mxa）S增大横坐标aaabyyyy值的大小反映溶质吸收率的高低；由图9-11可见，在相同S下，横坐标越大，NOG越大；而在相同的aaabyyyy下，S越大，NOG越大。19（3）图解（或数值）积分法：通用、严格、准确1112222niOGYfiYfYfNYoY1Y21/(Y-Y*)12*dYYGOYYYNY2+20（4）近似梯级法（平衡线为直线）若气液相平衡关系不是直线方程，可采用近似梯级图解法求传质单元数。MMM1DFyBybyaAOxaxbx近似梯阶法E亦称为贝克（Baker）法217、吸收与传热过程的比较吸收过程传热过程费克定律傅里叶定律吸收与传热过程部分相似公式dzdtqdzdcDJAABA)()()(tTKttTTqWoWi)()()()(**xxKyyKxxkyykNxyixiyAioioddbK111xyykmkK112121lntttttmababmyyyyylnababmxxxxxlnbayyOGyydyN*baxxOLxxdxN*21TTtTdTNTU21tttTdtNTU22二者相似之处：都是用界面两侧膜中的分子传递这一类似的简化模型来描述；一些概念公式亦有相似之处（见上表）。二者不同之处：推动力不同；界面阻力；传递方向的总体流动；公式表达的单一性与复杂性。23解吸（脱吸）举例yaxaxaya吸解收吸塔塔xbyb,GG,ybxb【例4】吸收－解吸联合操作系统如图所示。两塔填料层高度均为7m，G=1000kmol/h，L=150kmol/h，解吸气量G=300kmol/h，组分浓度为：yb=0.015，ya=0.045，yb=0，xb=0.095（均为摩尔分率），且知：吸收系统相平衡关系为y=0.15x，解吸系统相平衡关系为y=0.6x。试求：（1）吸收塔气体出口浓度ya，传质单元数NOG；（2）解吸塔传质单元数NOG；（3）若解吸气体流量减少为250kmol/h，则吸收塔气体出口浓度ya又为多少？（其余操作条件均不变，且气体流量变化时，解吸塔HOG基本不变）yaxaL=150kmol/hya=0.045xa7m7my=0.15xy=0.6xxbyb=0yb=0.015xb=0.095G=300kmol/hG=1000kmol/h吸收塔解吸塔24解吸（脱吸）举例yaxaL=150kmol/hya=0.045xa7m7my=0.15xy=0.6xxbyb=0yb=0.015xb=0.095G=300kmol/hG=1000kmol/h吸收塔解吸塔【解】（1）求吸收塔气体出口浓度ya，传质单元数NOGbababaabyyGGyyyyGyyG0015.00045.01000300015.0对整个流程（包括两塔）作物料衡算，可得：说明：当然，本题也可以分别对吸收塔、解吸塔作物料衡算而求解，但不如上面的解法简便。25解吸（脱吸）举例005.010001500015.0015.0095.0GLyyxxabba1150100015.0LmGS1aaabOGmxymxyNyaxaL=150kmol/hya=0.045xa7m7my=0.15xy=0.6xxbyb=0yb=0.015xb=0.095G=300kmol/hG=1000kmol/h吸收塔解吸塔SyyyySSNaaabOG1ln11181005.015.00015.0005.015.0015.0ya=0.0015对吸收塔：26解吸（脱吸）举例2.11503006.0LGmSSxmyxmySSNaaabOG1ln1193.62.1095.06.0045.0095.06.002.11ln2.111yaxaL=150kmol/hya=0.045xa7m7my=0.15xy=0.6xxbyb=0yb=0.015xb=0.095G=300kmol/hG=1000kmol/h吸收塔解吸塔ya=0.0015（2）求解吸塔传质单元数NOG27解吸（脱吸）举例yaxaL=150kmol/hya=0.045xa7m7my=0.15xy=0.6xxbyb=0yb=0.015xb=0.095G=300kmol/hG=1000kmol/h吸收塔解吸塔（3）若解吸气体流量减少为250kmol/h，则吸收塔气体出口浓度ya又为多少？（其余操作条件均不变，且气体流量变化时，解吸塔HOG基本不变）250kmol/h分析：解吸气量减小，则对解吸不利，因而xb（＝xa）将变大，对吸收不利，所以ya将变大。ya=0.001528yaxaL=150kmol/hya=0.045xa7m7my=0.15xy=0.6xxbyb=0yb=0.015xb=0.095G=300kmol/hG=1000kmol/h吸收塔解吸塔250kmol/hya=0.0015SyyyySSNaaabOG1ln11吸收塔：L、G不变，所以HOG不变，故NOG也不变，18OGN115.015.0015.018aaaxyx即解之得：aaxy7.2015.019(1)1aaabmxymxy又S=1不变，29yaxaL=150kmol/hya=0.045xa7m7my=0.