化工原理吸收課件

24十二月20221化工原理吸收17十二月20221化工原理吸收2、與蒸餾比較1）同為分離均相物系的氣－液傳質(zhì)操作；2）第二個物系蒸餾：產(chǎn)生氣相直接得A、B。吸收：外界引入氣相不能直接得A、B，需二次分離。3）蒸餾：雙向傳質(zhì)吸收：單相傳質(zhì)B、S停滯組份。六、脫吸：當pA>pA*時，進行著吸收逆過程－脫吸。2.1氣體吸收的相平衡關系2.1.1氣體的溶解度一、溶解度：A、BSACA*T、P一定，氣體在液體中的飽和濃度。表明吸收過程可能達到的極限程度。二、溫度對溶解度的影響單組份、組分數(shù)C＝3、（A、B、S）、相數(shù)Φ＝2。相律：F＝C－Φ＋2＝3－2＋2＝3CA*＝f(t、P總、PA）低壓下,t一定CA*＝f(PA）2、與蒸餾比較1）同為分離均相物系的氣－液傳質(zhì)操作；2）第二三、不同氣體溶解度差異（同一溶劑）舉例：NH3、SO2、O2在水中的溶解度與pA*之間關系。溶液濃度一定，易溶氣體pA*難溶氣體pA*同種溶質(zhì)，T而溶解度結(jié)論：加壓、降溫對吸收有利。三、不同氣體溶解度差異（同一溶劑）舉例：NH3、SO2、O22.1.2亨利定律一、亨利(Henry)定律P總不高，T一定，p*=Ex(2-1)說明：1、p*、x、E（亨利系數(shù)，壓強單位）xp*實際濃度平衡分壓2、適用于t一定，理想溶液。E為該t下純?nèi)苜|(zhì)p°;3、用于難溶、較難溶氣體（或易溶稀溶液）；4、難溶氣體，E為常數(shù)；5、E由實驗測定，查手冊（P78）；6、E＝f（T），TE（即TCA*),因此,難溶E,而易溶E二、Henry定律的其它形式1、說明：①C為體積摩爾濃度［kmol/m3]；②H為溶解度系數(shù)[kmol/kN.m］；③H～E關系：推導：1m3：溶質(zhì)［kmol/m3]溶劑則④H=f（T）TH易溶H難溶H2.1.2亨利定律一、亨利(Henry)定律P總不高2、y*=mx(2-5)說明：①m相平衡常數(shù)，無因次；②m～E：與y*=mx比較：③m實驗值m=f(T)TP總m(x)不利。3、B、S摩爾量不變（基準）代入y*=mx：低濃度：XYp*=Ex(2-1)y*=mx(2-5)2、y*=mx(2-5)說明：①m相平衡常數(shù)2.1.3吸收劑的選擇1、溶解度；2、選擇性；3、揮發(fā)度；4、粘性；5、其它。2.1.4相平衡關系在吸收過程中的應用1、判斷傳質(zhì)進行的方向傳質(zhì)方向為：氣相液相吸收反之，傳質(zhì)方向為：液相氣相脫收總之，溶質(zhì)傳遞的方向是趨于平衡的方向。2、確定傳質(zhì)的推動力3、指明傳質(zhì)過程進行的極限2.1.3吸收劑的選擇1、溶解度；2、選擇性；3、揮發(fā)2.2吸收機理與吸收速率吸收glA擴散分子擴散渦流擴散:流體分子無規(guī)則的熱運動而傳遞物質(zhì)。（靜止或滯流）：靠流體質(zhì)點的湍動和旋渦而傳遞物質(zhì)的。（湍流）2.2.1分子擴散與菲克（Fick）定律一、分子擴散1、概念在單相內(nèi)部有濃度差的條件下，分子的無規(guī)則熱運動而造成的物質(zhì)傳遞現(xiàn)象。簡稱擴散。2.2吸收機理與吸收速率吸收glA擴散分子擴散渦2、舉例AB傳遞方向：A、B各自沿著濃度降低的方向傳遞。推動力：濃度差。二、菲克（Fick）定律JA－物質(zhì)A在Z方向上的擴散通量，kmol/(m2.s);－A的濃度梯度，kmol/m4;DAB－物質(zhì)A在介質(zhì)B中的分子擴散系數(shù)。負號－表明擴散是沿著物質(zhì)A濃度降低的方向進行的。A、B在Z方向互為相反值：而且，根據(jù)Fick定律：作業(yè)：P150－1、22、舉例AB傳遞方向：A、B各自沿著濃度降低的方向傳遞。推動2.2.2氣相中的穩(wěn)定分子擴散一、等分子反向擴散pA1

>pA2,pB2

>pB1兩容器T、P相同。精餾傳遞速率NA：在任意固定的空間位置上，單位時間通過單位面積的物質(zhì)量A［kmol/m2.s]。NA不涉及傳遞形式。推導NA計算式：1、現(xiàn)象2、傳遞速率NA(傳質(zhì)速率）NA＝JA穩(wěn)定過程，NA為常數(shù)。因而也是常數(shù)，故pA～Z為直線關系。（2－15）0pA1ZpA22.2.2氣相中的穩(wěn)定分子擴散一、等分子反向擴散pA二、一組分通過另一停滯組分的擴散1、過程分析①JA＝－JB（分子擴散）②總體流動：A、B兩種物質(zhì)并行的遞補運動。③單向擴散與等分子反向擴散的區(qū)別等分子反向擴散：NA＝JA單向擴散：NA＝JA＋總體流動2、NA計算式N－總體流動的通量，［A、B總物質(zhì)量／m2.s］；其中，A、B的通量各為：二、一組分通過另一停滯組分的擴散1、過程分析①JA＝－JB若擴散在氣相：積分:0zpB1pB2解得：故則：若擴散在氣相：積分:0zpB1pB2解得：故則：式中：1、2兩截面上物質(zhì)B分壓的對數(shù)平均值，kpa。－漂流因數(shù)，無因次。說明：①與(2-16)比較,多P/PBm

,

使NA(pB)③(2-16)式適于精餾；（2－20）式適于吸收。pAP≈pBm總體流動≈0②pA式中：1、2兩截面上物質(zhì)B分壓的對數(shù)平均值，kpa。－漂流因2.2.3液相中的穩(wěn)定分子擴散2.2.4擴散系數(shù)一、D物理意義單位濃度梯度下的擴散通量。反映某組分在介質(zhì)中擴散的快慢。二、復雜之處①至少有兩種物質(zhì),有多種配合方式；②隨溫度變化較大；③與總壓（氣體）或濃度（液體）有關；④文獻中數(shù)據(jù)不全，應用時常估算。三、擴散系數(shù)D（P90）2.2.3液相中的穩(wěn)定分子擴散2.2.42.2.5對流傳質(zhì)1、渦流擴散憑籍流體質(zhì)點的湍動和旋渦來傳遞物質(zhì)的現(xiàn)象。

式中：D—分子擴散系數(shù)，m2／s；DE一渦流擴散系數(shù)，m2／s；dcA/dz一沿z方向的濃度梯度，kmol／m4；J—擴散通量，kmol／(m2·s)。DE不是物性，與湍動程度有關。2、對流傳質(zhì)氣相：液相：作業(yè)：復習所講。2.2.5對流傳質(zhì)1、渦流擴散憑籍流體質(zhì)點的湍動和旋渦2.2.6吸收過程的機理1、雙膜理論(1)目的：建立傳質(zhì)速率方程。(2)雙膜理論①傳質(zhì)過程②雙膜理論基本論點：1）相界面，滯流膜層，分子擴散；2）相界面處達于平衡；3）流體主體為湍流，膜層內(nèi)存在也稱雙阻力理論。吸收為通過兩膜層的傳質(zhì)。2.2.7吸收速率方程式1)吸收速率NA：單位相際傳質(zhì)面積上，單位時間內(nèi)吸收的溶質(zhì)量。2)NA所能解決的問題：1）一定吸收任務，所需設備尺寸；2）核算混合氣體通過指定設備所能達到的吸收程度。2.2.6吸收過程的機理1、雙膜理論(1)目的：建3)吸收速率方程式：濃度差1／吸收系數(shù)吸收速率＝吸收系數(shù)×推動力4)膜吸收速率（指單一相）N氣膜N液膜穩(wěn)定操作：N氣膜＝N液膜氣膜吸收速率N氣膜＝氣膜吸收系數(shù)（ｋ）×推動力液膜吸收速率N液膜＝液膜吸收系數(shù)（ｋ）×推動力1、氣膜吸收速率方程式氣相主體相界面一定條件下：故令：(1)3)吸收速率方程式：濃度差1／吸收系數(shù)吸收速率＝吸收系kG—氣膜吸收系數(shù)，kmol/(m2.s.kpa)1／kG為氣膜阻力，＊1／kG與（p-pi)相對應。(2)氣相組成以摩爾分率表示時：y-溶質(zhì)A在氣相主體中的摩爾分率；yi-溶質(zhì)A在相界面處的摩爾分率。(3)kG～ky關系P總壓不高時，p=Py及pi=Pyiky=PkG(2-35)ky-氣膜吸收系數(shù)［kmol/(m2.s)]1／ky為氣膜阻力，＊1／ky與（y-yi)相對應。2、液膜吸收速率方程式令kL—液膜吸收系數(shù)，kmol/(m2.s.kmol/m3)或m/s。1／kL為液膜阻力，＊1／kL與（ci-c)相對應。(1)kG—氣膜吸收系數(shù)，kmol/(m2.s.kpa)1／kG為(2)液相組成以摩爾分率表示時：(3)kL～kx關系因為kx—液膜吸收系數(shù)，kmol/(m2.s)1／kx為液膜阻力，＊1／kx與（xi-x)相對應。3、界面濃度(1)界面處氣液濃度符合平衡關系；(2)穩(wěn)定情況下：液相濃度氣相分壓oEpcA斜率Icipi4、總吸收系數(shù)及其相應的吸收速率方程式(3)求出界面濃度(1）為避開界面濃度，仿效間壁傳熱的處理方法。用主體濃度差表示推動力。(2）與傳熱不同點：p與x不能相減，即使y與x也不能相減。(2)液相組成以摩爾分率表示時：(3)kL～kx關系因為kx(3）吸收過程的總推動力＝任一相主體濃度與平衡濃度差。1)以(p-p*)表示總推動力的吸收速率方程式p*與c成平衡，p為氣相主體分壓。若系統(tǒng)服從亨利定律：根據(jù)雙膜理論：氣相速率方程式改寫成兩式相加，得：令則說明：①KG氣相總吸收系數(shù)[kmol/m2.s.kpa];②(p-p*)為總推動力；③1/KG為總阻力,由1/kL、1／kG兩部分；④易溶氣體H當kL≈kG時則KG≈kG氣膜控制(3）吸收過程的總推動力＝任一相主體濃度與平衡濃度差。1)以氣膜控制(看圖)：氣膜控制液膜控制2)以（c*-c）表示總推動力的吸收速率方程式c*與p成平衡，若系統(tǒng)服從亨利定律：將上兩式代入則說明：①KL液相總吸收系數(shù)[kmol/m2.s.kmol/m3];②(p-p*)為總推動力；也稱液相總吸收速率方程式；③1/KL為總阻力,由1/kL、H／kG兩部分；④難溶氣體H當kL≈kG時則KL≈kL⑤液膜控制，（看圖）氣膜控制(看圖)：氣膜控制液膜控制2)以（c*-c）表示總中等溶解度的氣體吸收過程，氣膜阻力與液膜阻力均不可忽略。3)以（Y-Y＊）表示總推動力的吸收速率方程式若操作總壓P，則p=Py又知故同理（Y＊與X成平衡）簡化：令則說明：①KY氣相總吸收系數(shù)[kmol/m2.s]；②(Y-Y*)為總推動力；也稱氣相總吸收速率方程式；③1/KY為總阻力,為兩膜總阻力；④當溶質(zhì)在氣相中濃度很小時，Y和Y＊都很小，于是KY≈KGP中等溶解度的氣體吸收過程，氣膜阻力與液膜阻力均不可忽略。3)4)以（X＊-X）表示總推動力的吸收速率方程式（X＊與Y成平衡）又知故同理代入簡化：令則說明：①KX液相總吸收系數(shù)[kmol/m2.s]；②(X*－X）為總推動力；也稱液相總吸收速率方程式；③1/KX為總阻力,為兩膜總阻力；④當溶質(zhì)在液相中濃度很小時，X＊和X都很小，于是KX≈KLC4)以（X＊-X）表示總推動力的吸收速率方程式（X＊與Y成5、小結(jié)1、兩類吸收速率方程式膜系數(shù)相對應的速率式總系數(shù)相對應的速率式膜吸收速率方程式方程式吸收系數(shù)膜系數(shù)：kG［kmol/(m2.s.kpa)］推動力kL［kmol/(m2.s.kmol/m3)或m/s。］ky［kmol/(m2.s)]Kx［kmol/(m2.s)］總吸收速率方程式總系數(shù)：KG[kmol/m2.s.kpa]KL[kmol/m2.s.kmol/m3];KY[kmol/m2.s]KX[kmol/m2.s]5、小結(jié)1、兩類吸收速率方程式膜系數(shù)相對應的速率式總系數(shù)相2、任何系數(shù)的單位都是［kmol/(m2.s.單位推動力］；3、推動力與阻力對應關系：例：表示總推動力時，1／kG為氣膜阻力，1/HkL為液膜阻力。表示總推動力時，1/kL為液膜阻力。H／kG為氣膜阻力，4、膜系數(shù)與總系數(shù)之間關系5、吸收速率方程式適用于，穩(wěn)定吸收的吸收塔內(nèi)任意截面上（不是全塔）。在整個吸收過程所涉及的濃度范圍內(nèi)，平衡關系為直線。作業(yè)：P151－7、82、任何系數(shù)的單位都是［kmol/(m2.s.單位推動力］；2.3吸收塔的計算實現(xiàn)傳質(zhì)過程板式塔填料塔：氣液逐級接觸；：氣液連續(xù)接觸。一、填料塔2.3吸收塔的計算實現(xiàn)傳質(zhì)過程板式塔填料塔：氣液逐級二、填料1、拉西環(huán)2、槽鞍填料3、金屬鮑耳環(huán)4、塑料鮑耳環(huán)5、金屬環(huán)聚鞍6、規(guī)整填料二、填料1、拉西環(huán)2、槽鞍填料3、金屬鮑耳環(huán)4、塑料鮑耳環(huán)5三、塔內(nèi)流體流動方式：1、逆流2、并流三、塔內(nèi)流體流動方式：1、逆流2、并流四、吸收塔工藝計算內(nèi)容吸收劑用量；塔徑；塔有效段高度（填料層高度）。2.3.1吸收塔的物料衡算和操作線方程1、物料衡算V—惰性氣體量，kmol(B)／s；L—溶劑量，kmol(S)／s；Y1、Y2—溶質(zhì)組分的摩爾比，kmol(A)／kmol(B)；X1、X2—液相溶質(zhì)組分的摩爾比，kmol(A)/kmol(S)；注意：下標“1”為塔底，下標“2”為塔頂。一般情況下，吸收任務規(guī)定：V、Y1；如果已知L、X2、溶質(zhì)回收率（吸收率）則：因此，可求得吸收液濃度X1。四、吸收塔工藝計算內(nèi)容吸收劑用量；塔徑；塔有效段高度（填料層2、吸收塔的操作線方程與操作線m-n截面與塔底端作A物料衡算：m-n截面與塔頂端作A物料衡算：以上兩式稱為逆流吸收塔的操作線方程式。OY2YY1TBAYXXX2X12、并流也用同樣方法推導；3、因p>p*,所以BT線在OE線上方。脫吸在下方。說明：1、B稱之為“濃端”，T稱之為“稀端”；4、操作線方程是由物料衡算而來，與平衡關系無關，與操作條件以及設備結(jié)構無關。E2、吸收塔的操作線方程與操作線m-n截面與塔底端作A物料衡算2.3.2吸收劑用量的決定工藝給定：V、Y1、Y2。X2由工藝條件決定（或設計者選定）。L由設計者決定。一、液氣比操作線斜率稱為“液氣比”。L／V反映單位氣體處理量的溶劑消耗量的大小。LB點右移，X1推動力LB點左移，X1推動力B1二、最小液氣比但操作費用增大。TB*線斜率為因V一定，Lmin1、2、非正常曲線3、符合亨利定律Y*＝mX2.3.2吸收劑用量的決定工藝給定：V、Y1、Y三、實際液氣比指出：須保證填料表面充分潤濕，有時可加大倍數(shù)。2.3.3塔徑的計算u－空塔氣速m/s；Vs－操作條件下，混合氣體的體積流量，m3/s。（以塔底為準）。2.3.4填料層高度的計算1、填料層高度的基本計算式(1)分析吸收負荷平衡關系物料衡算傳質(zhì)速率三式的應用。三、實際液氣比指出：須保證填料表面充分潤濕，2.3.3(2)推導Z取微元高度dZ：微元體dY(dX)很小，可認為NA為定值。式中：dA—微元填料層的傳質(zhì)面積，m2；a—單位體積填料層所提供的有效傳質(zhì)面積，m2／m3；

Ω—塔截面積，m2。微元填料層的吸收速率方程式可寫為：及對于穩(wěn)定操作的吸收塔，當Y、X很小時，L、V、a皆不隨時間及位置而改變。KY、KX為常數(shù)。0Y2ZY10ZX2X1(2)推導Z取微元高度dZ：微元體dY(dX)很小，由此得到低濃度氣體吸收計算填料層高度的基本關系式，即：說明：a稱有效比表面積。a＝f(填料形狀、尺寸、充填狀況、流體物性、流動狀況等）∴a難于直接測定。KYa－氣相總體積吸收系數(shù)kmol/m3s；KXa－液相總體積吸收系數(shù)kmol/m3s。物理意義：推動力為一個單位時，單位時間單位體積吸收的溶質(zhì)量。2、傳質(zhì)單元高度和傳質(zhì)單元數(shù)(1)傳質(zhì)單元高度kmol/skmol/m3s·m2=mHOG稱氣相總傳質(zhì)單元高度HOGZ由此得到低濃度氣體吸收計算填料層高度的基本關系式，即：說明：表示吸收的難易程度。(2)傳質(zhì)單元數(shù)數(shù)值（倍數(shù)）。認為它代表所需填料層高度Z相當于氣相總傳質(zhì)單元高度HOG的倍數(shù)。NOG氣相總傳質(zhì)單元數(shù)。NOG＝HOG越大（dY大），越難吸收；(3)填料層高度ZZ＝HOGNOG或Z＝HOLNOL還可用膜系數(shù)與相應推動力表示：Z＝HGNGZ＝HLNL(4)HOG、NOG意義填料層高度＝傳質(zhì)單元高度×傳質(zhì)單元數(shù)若NOG＝1則Z＝HOGX2X1YY＊是過程條件決定的。KYa反映傳質(zhì)阻力的大小、填料性能的優(yōu)劣、潤濕性能的好壞等。表示吸收的難易程度。(2)傳質(zhì)單元數(shù)數(shù)值（倍數(shù)）。認為它3、傳質(zhì)單元數(shù)的求法1)圖解積分法適用于平衡關系的各種情況。圖解步驟：（1）（2）找出若干（Y－Y*）；（3）計算出1／（Y－Y*）；（4）標繪1／（Y－Y*）；（5）積分值（計算面積）。YY2Y12)解析法（1）脫吸因數(shù)法：適用于Y*＝mX+b令則：3、傳質(zhì)單元數(shù)的求法1)圖解積分法適用于平衡關系的各種情況積分并整理：說明：1、S為脫吸因素；2、右圖1）單對數(shù)坐標；2）吸收程度Y1一定，要求吸收率高（Y2）小，S一定，NOG3）參數(shù)，反應推動力大小。S（Y2一定）NOGZ4）S<1。S＝0.7~0.85）>20，及S≤0.75時使用。積分并整理：說明：1、S為脫吸因素；2、右圖1）單對數(shù)坐標（2）對數(shù)平均推動力法?Ym－對數(shù)平均推動力液相：當（2）對數(shù)平均推動力法?Ym－對數(shù)平均推動力液相：當3）梯級圖解法（也稱Baker法）適用于：平衡線為直線或彎曲程度不大。OEY2X2TBY1X1T*AS*B*NMFF*S梯級數(shù)=NOG2.3.5理論板層數(shù)的計算(1)理論板nyxy與x互成平衡。(2)塔高塔高＝理論板層數(shù)×等板高度填料塔：板式塔：塔高＝理論板層數(shù)／全塔效率×板間距A＊3）梯級圖解法（也稱Baker法）適用于：平衡線為直線或彎曲1、梯級圖解法求理論板層數(shù)說明：1、可用于高、低濃度氣體吸收，脫吸；2、濃度表示方法：X、Y；p、c。2、解析法求理論板層數(shù)（略）P1261、梯級圖解法求理論板層數(shù)說明：1、可用于高、低濃度氣體吸收2.4吸收系數(shù)獲取途徑：①實驗測定；②經(jīng)驗公式；③準數(shù)關聯(lián)式。2.4.1吸收系數(shù)的測定平衡線為直線時：測：V、L、Y1、Y2、X1、X2。計算：?Ym從而求出：KYa根據(jù)其中一膜系數(shù)（如kGa）求另一膜系數(shù)(kLa)。2.4吸收系數(shù)獲取途徑：①實驗測定；②經(jīng)驗公式2.4.2吸收系數(shù)的經(jīng)驗公式1、用水吸收氨屬易溶氣體吸收，為氣膜控制。2、常壓下用水吸收二氧化碳屬難溶氣體吸收，為液膜控制。3、用水吸收二氧化硫?qū)僦械热芙舛葰怏w吸收，氣、液膜阻力在總阻力中都占有相當比例。2.4.3吸收系數(shù)的準數(shù)關聯(lián)式（略）P1322.4.2吸收系數(shù)的經(jīng)驗公式1、用水吸收氨屬易溶氣體2.5脫吸及其它條件下的吸收2.5.1脫吸（解吸）1、脫吸液相（A）氣相（A）2、脫吸過程溶液（A＋S）惰氣（B）SB＋AAB3、脫吸目的1、溶劑再生；2、獲取溶質(zhì)。4、脫吸條件及計算(1)吸收理論和計算方法也適用于脫吸。(2)推動力：p*-p或Y*-YBTX2Y2塔頂為濃端，塔底為稀端。2.5.2高濃度氣體吸收因氣、液兩相濃度變化較大，KY不為常數(shù)。因此，Z須圖解積分計算。2.5.3非等溫吸收高濃度吸收屬非等溫過程。脫吸塔2.5脫吸及其它條件下的吸收2.5.1脫24十二月202243化工原理吸收17十二月20221化工原理吸收2、與蒸餾比較1）同為分離均相物系的氣－液傳質(zhì)操作；2）第二個物系蒸餾：產(chǎn)生氣相直接得A、B。吸收：外界引入氣相不能直接得A、B，需二次分離。3）蒸餾：雙向傳質(zhì)吸收：單相傳質(zhì)B、S停滯組份。六、脫吸：當pA>pA*時，進行著吸收逆過程－脫吸。2.1氣體吸收的相平衡關系2.1.1氣體的溶解度一、溶解度：A、BSACA*T、P一定，氣體在液體中的飽和濃度。表明吸收過程可能達到的極限程度。二、溫度對溶解度的影響單組份、組分數(shù)C＝3、（A、B、S）、相數(shù)Φ＝2。相律：F＝C－Φ＋2＝3－2＋2＝3CA*＝f(t、P總、PA）低壓下,t一定CA*＝f(PA）2、與蒸餾比較1）同為分離均相物系的氣－液傳質(zhì)操作；2）第二三、不同氣體溶解度差異（同一溶劑）舉例：NH3、SO2、O2在水中的溶解度與pA*之間關系。溶液濃度一定，易溶氣體pA*難溶氣體pA*同種溶質(zhì)，T而溶解度結(jié)論：加壓、降溫對吸收有利。三、不同氣體溶解度差異（同一溶劑）舉例：NH3、SO2、O22.1.2亨利定律一、亨利(Henry)定律P總不高，T一定，p*=Ex(2-1)說明：1、p*、x、E（亨利系數(shù)，壓強單位）xp*實際濃度平衡分壓2、適用于t一定，理想溶液。E為該t下純?nèi)苜|(zhì)p°;3、用于難溶、較難溶氣體（或易溶稀溶液）；4、難溶氣體，E為常數(shù)；5、E由實驗測定，查手冊（P78）；6、E＝f（T），TE（即TCA*),因此,難溶E,而易溶E二、Henry定律的其它形式1、說明：①C為體積摩爾濃度［kmol/m3]；②H為溶解度系數(shù)[kmol/kN.m］；③H～E關系：推導：1m3：溶質(zhì)［kmol/m3]溶劑則④H=f（T）TH易溶H難溶H2.1.2亨利定律一、亨利(Henry)定律P總不高2、y*=mx(2-5)說明：①m相平衡常數(shù)，無因次；②m～E：與y*=mx比較：③m實驗值m=f(T)TP總m(x)不利。3、B、S摩爾量不變（基準）代入y*=mx：低濃度：XYp*=Ex(2-1)y*=mx(2-5)2、y*=mx(2-5)說明：①m相平衡常數(shù)2.1.3吸收劑的選擇1、溶解度；2、選擇性；3、揮發(fā)度；4、粘性；5、其它。2.1.4相平衡關系在吸收過程中的應用1、判斷傳質(zhì)進行的方向傳質(zhì)方向為：氣相液相吸收反之，傳質(zhì)方向為：液相氣相脫收總之，溶質(zhì)傳遞的方向是趨于平衡的方向。2、確定傳質(zhì)的推動力3、指明傳質(zhì)過程進行的極限2.1.3吸收劑的選擇1、溶解度；2、選擇性；3、揮發(fā)2.2吸收機理與吸收速率吸收glA擴散分子擴散渦流擴散:流體分子無規(guī)則的熱運動而傳遞物質(zhì)。（靜止或滯流）：靠流體質(zhì)點的湍動和旋渦而傳遞物質(zhì)的。（湍流）2.2.1分子擴散與菲克（Fick）定律一、分子擴散1、概念在單相內(nèi)部有濃度差的條件下，分子的無規(guī)則熱運動而造成的物質(zhì)傳遞現(xiàn)象。簡稱擴散。2.2吸收機理與吸收速率吸收glA擴散分子擴散渦2、舉例AB傳遞方向：A、B各自沿著濃度降低的方向傳遞。推動力：濃度差。二、菲克（Fick）定律JA－物質(zhì)A在Z方向上的擴散通量，kmol/(m2.s);－A的濃度梯度，kmol/m4;DAB－物質(zhì)A在介質(zhì)B中的分子擴散系數(shù)。負號－表明擴散是沿著物質(zhì)A濃度降低的方向進行的。A、B在Z方向互為相反值：而且，根據(jù)Fick定律：作業(yè)：P150－1、22、舉例AB傳遞方向：A、B各自沿著濃度降低的方向傳遞。推動2.2.2氣相中的穩(wěn)定分子擴散一、等分子反向擴散pA1

>pA2,pB2

>pB1兩容器T、P相同。精餾傳遞速率NA：在任意固定的空間位置上，單位時間通過單位面積的物質(zhì)量A［kmol/m2.s]。NA不涉及傳遞形式。推導NA計算式：1、現(xiàn)象2、傳遞速率NA(傳質(zhì)速率）NA＝JA穩(wěn)定過程，NA為常數(shù)。因而也是常數(shù)，故pA～Z為直線關系。（2－15）0pA1ZpA22.2.2氣相中的穩(wěn)定分子擴散一、等分子反向擴散pA二、一組分通過另一停滯組分的擴散1、過程分析①JA＝－JB（分子擴散）②總體流動：A、B兩種物質(zhì)并行的遞補運動。③單向擴散與等分子反向擴散的區(qū)別等分子反向擴散：NA＝JA單向擴散：NA＝JA＋總體流動2、NA計算式N－總體流動的通量，［A、B總物質(zhì)量／m2.s］；其中，A、B的通量各為：二、一組分通過另一停滯組分的擴散1、過程分析①JA＝－JB若擴散在氣相：積分:0zpB1pB2解得：故則：若擴散在氣相：積分:0zpB1pB2解得：故則：式中：1、2兩截面上物質(zhì)B分壓的對數(shù)平均值，kpa。－漂流因數(shù)，無因次。說明：①與(2-16)比較,多P/PBm

,

使NA(pB)③(2-16)式適于精餾；（2－20）式適于吸收。pAP≈pBm總體流動≈0②pA式中：1、2兩截面上物質(zhì)B分壓的對數(shù)平均值，kpa。－漂流因2.2.3液相中的穩(wěn)定分子擴散2.2.4擴散系數(shù)一、D物理意義單位濃度梯度下的擴散通量。反映某組分在介質(zhì)中擴散的快慢。二、復雜之處①至少有兩種物質(zhì),有多種配合方式；②隨溫度變化較大；③與總壓（氣體）或濃度（液體）有關；④文獻中數(shù)據(jù)不全，應用時常估算。三、擴散系數(shù)D（P90）2.2.3液相中的穩(wěn)定分子擴散2.2.42.2.5對流傳質(zhì)1、渦流擴散憑籍流體質(zhì)點的湍動和旋渦來傳遞物質(zhì)的現(xiàn)象。

式中：D—分子擴散系數(shù)，m2／s；DE一渦流擴散系數(shù)，m2／s；dcA/dz一沿z方向的濃度梯度，kmol／m4；J—擴散通量，kmol／(m2·s)。DE不是物性，與湍動程度有關。2、對流傳質(zhì)氣相：液相：作業(yè)：復習所講。2.2.5對流傳質(zhì)1、渦流擴散憑籍流體質(zhì)點的湍動和旋渦2.2.6吸收過程的機理1、雙膜理論(1)目的：建立傳質(zhì)速率方程。(2)雙膜理論①傳質(zhì)過程②雙膜理論基本論點：1）相界面，滯流膜層，分子擴散；2）相界面處達于平衡；3）流體主體為湍流，膜層內(nèi)存在也稱雙阻力理論。吸收為通過兩膜層的傳質(zhì)。2.2.7吸收速率方程式1)吸收速率NA：單位相際傳質(zhì)面積上，單位時間內(nèi)吸收的溶質(zhì)量。2)NA所能解決的問題：1）一定吸收任務，所需設備尺寸；2）核算混合氣體通過指定設備所能達到的吸收程度。2.2.6吸收過程的機理1、雙膜理論(1)目的：建3)吸收速率方程式：濃度差1／吸收系數(shù)吸收速率＝吸收系數(shù)×推動力4)膜吸收速率（指單一相）N氣膜N液膜穩(wěn)定操作：N氣膜＝N液膜氣膜吸收速率N氣膜＝氣膜吸收系數(shù)（ｋ）×推動力液膜吸收速率N液膜＝液膜吸收系數(shù)（ｋ）×推動力1、氣膜吸收速率方程式氣相主體相界面一定條件下：故令：(1)3)吸收速率方程式：濃度差1／吸收系數(shù)吸收速率＝吸收系kG—氣膜吸收系數(shù)，kmol/(m2.s.kpa)1／kG為氣膜阻力，＊1／kG與（p-pi)相對應。(2)氣相組成以摩爾分率表示時：y-溶質(zhì)A在氣相主體中的摩爾分率；yi-溶質(zhì)A在相界面處的摩爾分率。(3)kG～ky關系P總壓不高時，p=Py及pi=Pyiky=PkG(2-35)ky-氣膜吸收系數(shù)［kmol/(m2.s)]1／ky為氣膜阻力，＊1／ky與（y-yi)相對應。2、液膜吸收速率方程式令kL—液膜吸收系數(shù)，kmol/(m2.s.kmol/m3)或m/s。1／kL為液膜阻力，＊1／kL與（ci-c)相對應。(1)kG—氣膜吸收系數(shù)，kmol/(m2.s.kpa)1／kG為(2)液相組成以摩爾分率表示時：(3)kL～kx關系因為kx—液膜吸收系數(shù)，kmol/(m2.s)1／kx為液膜阻力，＊1／kx與（xi-x)相對應。3、界面濃度(1)界面處氣液濃度符合平衡關系；(2)穩(wěn)定情況下：液相濃度氣相分壓oEpcA斜率Icipi4、總吸收系數(shù)及其相應的吸收速率方程式(3)求出界面濃度(1）為避開界面濃度，仿效間壁傳熱的處理方法。用主體濃度差表示推動力。(2）與傳熱不同點：p與x不能相減，即使y與x也不能相減。(2)液相組成以摩爾分率表示時：(3)kL～kx關系因為kx(3）吸收過程的總推動力＝任一相主體濃度與平衡濃度差。1)以(p-p*)表示總推動力的吸收速率方程式p*與c成平衡，p為氣相主體分壓。若系統(tǒng)服從亨利定律：根據(jù)雙膜理論：氣相速率方程式改寫成兩式相加，得：令則說明：①KG氣相總吸收系數(shù)[kmol/m2.s.kpa];②(p-p*)為總推動力；③1/KG為總阻力,由1/kL、1／kG兩部分；④易溶氣體H當kL≈kG時則KG≈kG氣膜控制(3）吸收過程的總推動力＝任一相主體濃度與平衡濃度差。1)以氣膜控制(看圖)：氣膜控制液膜控制2)以（c*-c）表示總推動力的吸收速率方程式c*與p成平衡，若系統(tǒng)服從亨利定律：將上兩式代入則說明：①KL液相總吸收系數(shù)[kmol/m2.s.kmol/m3];②(p-p*)為總推動力；也稱液相總吸收速率方程式；③1/KL為總阻力,由1/kL、H／kG兩部分；④難溶氣體H當kL≈kG時則KL≈kL⑤液膜控制，（看圖）氣膜控制(看圖)：氣膜控制液膜控制2)以（c*-c）表示總中等溶解度的氣體吸收過程，氣膜阻力與液膜阻力均不可忽略。3)以（Y-Y＊）表示總推動力的吸收速率方程式若操作總壓P，則p=Py又知故同理（Y＊與X成平衡）簡化：令則說明：①KY氣相總吸收系數(shù)[kmol/m2.s]；②(Y-Y*)為總推動力；也稱氣相總吸收速率方程式；③1/KY為總阻力,為兩膜總阻力；④當溶質(zhì)在氣相中濃度很小時，Y和Y＊都很小，于是KY≈KGP中等溶解度的氣體吸收過程，氣膜阻力與液膜阻力均不可忽略。3)4)以（X＊-X）表示總推動力的吸收速率方程式（X＊與Y成平衡）又知故同理代入簡化：令則說明：①KX液相總吸收系數(shù)[kmol/m2.s]；②(X*－X）為總推動力；也稱液相總吸收速率方程式；③1/KX為總阻力,為兩膜總阻力；④當溶質(zhì)在液相中濃度很小時，X＊和X都很小，于是KX≈KLC4)以（X＊-X）表示總推動力的吸收速率方程式（X＊與Y成5、小結(jié)1、兩類吸收速率方程式膜系數(shù)相對應的速率式總系數(shù)相對應的速率式膜吸收速率方程式方程式吸收系數(shù)膜系數(shù)：kG［kmol/(m2.s.kpa)］推動力kL［kmol/(m2.s.kmol/m3)或m/s。］ky［kmol/(m2.s)]Kx［kmol/(m2.s)］總吸收速率方程式總系數(shù)：KG[kmol/m2.s.kpa]KL[kmol/m2.s.kmol/m3];KY[kmol/m2.s]KX[kmol/m2.s]5、小結(jié)1、兩類吸收速率方程式膜系數(shù)相對應的速率式總系數(shù)相2、任何系數(shù)的單位都是［kmol/(m2.s.單位推動力］；3、推動力與阻力對應關系：例：表示總推動力時，1／kG為氣膜阻力，1/HkL為液膜阻力。表示總推動力時，1/kL為液膜阻力。H／kG為氣膜阻力，4、膜系數(shù)與總系數(shù)之間關系5、吸收速率方程式適用于，穩(wěn)定吸收的吸收塔內(nèi)任意截面上（不是全塔）。在整個吸收過程所涉及的濃度范圍內(nèi)，平衡關系為直線。作業(yè)：P151－7、82、任何系數(shù)的單位都是［kmol/(m2.s.單位推動力］；2.3吸收塔的計算實現(xiàn)傳質(zhì)過程板式塔填料塔：氣液逐級接觸；：氣液連續(xù)接觸。一、填料塔2.3吸收塔的計算實現(xiàn)傳質(zhì)過程板式塔填料塔：氣液逐級二、填料1、拉西環(huán)2、槽鞍填料3、金屬鮑耳環(huán)4、塑料鮑耳環(huán)5、金屬環(huán)聚鞍6、規(guī)整填料二、填料1、拉西環(huán)2、槽鞍填料3、金屬鮑耳環(huán)4、塑料鮑耳環(huán)5三、塔內(nèi)流體流動方式：1、逆流2、并流三、塔內(nèi)流體流動方式：1、逆流2、并流四、吸收塔工藝計算內(nèi)容吸收劑用量；塔徑；塔有效段高度（填料層高度）。2.3.1吸收塔的物料衡算和操作線方程1、物料衡算V—惰性氣體量，kmol(B)／s；L—溶劑量，kmol(S)／s；Y1、Y2—溶質(zhì)組分的摩爾比，kmol(A)／kmol(B)；X1、X2—液相溶質(zhì)組分的摩爾比，kmol(A)/kmol(S)；注意：下標“1”為塔底，下標“2”為塔頂。一般情況下，吸收任務規(guī)定：V、Y1；如果已知L、X2、溶質(zhì)回收率（吸收率）則：因此，可求得吸收液濃度X1。四、吸收塔工藝計算內(nèi)容吸收劑用量；塔徑；塔有效段高度（填料層2、吸收塔的操作線方程與操作線m-n截面與塔底端作A物料衡算：m-n截面與塔頂端作A物料衡算：以上兩式稱為逆流吸收塔的操作線方程式。OY2YY1TBAYXXX2X12、并流也用同樣方法推導；3、因p>p*,所以BT線在OE線上方。脫吸在下方。說明：1、B稱之為“濃端”，T稱之為“稀端”；4、操作線方程是由物料衡算而來，與平衡關系無關，與操作條件以及設備結(jié)構無關。E2、吸收塔的操作線方程與操作線m-n截面與塔底端作A物料衡算2.3.2吸收劑用量的決定工藝給定：V、Y1、Y2。X2由工藝條件決定（或設計者選定）。L由設計者決定。一、液氣比操作線斜率稱為“液氣比”。L／V反映單位氣體處理量的溶劑消耗量的大小。LB點右移，X1推動力LB點左移，X1推動力B1二、最小液氣比但操作費用增大。TB*線斜率為因V一定，Lmin1、2、非正常曲線3、符合亨利定律Y*＝mX2.3.2吸收劑用量的決定工藝給定：V、Y1、Y三、實際液氣比指出：須保證填料表面充分潤濕，有時可加大倍數(shù)。2.3.3塔徑的計算u－空塔氣速m/s；Vs－操作條件下，混合氣體的體積流量，m3/s。（以塔底為準）。2.3.4填料層高度的計算1、填料層高度的基本計算式(1)分析吸收負荷平衡關系物料衡算傳質(zhì)速率三式的應用。三、實際液氣比指出：須保證填料表面充分潤濕，2.3.3(2)推導Z取微元高度dZ：微元體dY(dX)很小，可認為NA為定值。式中：dA—微元填料層的傳質(zhì)面積，m2；a—單位體積填料層所提供的有效傳質(zhì)面積，m2／m3；

Ω—塔截面積，m2。微元填料層的吸收速率方程式可寫為：及對于穩(wěn)定操作的吸收塔，當Y、X很小時，L、V、a皆不隨時間及位置而改變。KY、KX為常數(shù)。0Y2ZY10ZX2X1(2)推導Z取微元高度dZ：微元體dY(dX)很小，由此得到低濃度氣體吸收計算填料層高度的基本關系式，即：說明：a稱有效比表面積。a＝f(填料形狀、尺寸、充填狀況、流體物性、流動狀況等）∴a難于直接測定。KYa－氣相總體積吸收系數(shù)kmol/m3s；KXa－液相總體積吸收系數(shù)kmol/m3s。物理意義：推動力為一個單位時，單位時間單位體積吸收的溶質(zhì)量。2、傳質(zhì)單元高度和傳質(zhì)單元數(shù)(1)傳質(zhì)單元高度kmol/skmol/m3s·m2=mHOG稱氣相總傳質(zhì)單元高度HOGZ