分離工程氣體吸收和解吸

分離工程氣體吸收和解吸1第1頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月§4.1多組分吸收和解吸過程分析

一、吸收和解吸二、工業(yè)生產(chǎn)中的吸收過程三、吸收過程的分類四、吸收過程的特點(diǎn)2第2頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月一、吸收和解吸吸收是利用液體處理氣體混合物，根據(jù)氣體混合物中各組分在液體中溶解度的不同，而達(dá)到分離目的傳質(zhì)過程吸收是一個分離過程，且分離的是氣體混合物，分離的介質(zhì)是某一種液體溶劑稱為吸收劑被吸收的氣體混合物稱為溶質(zhì)

當(dāng)吸收過程用于中間產(chǎn)物分離時，離開吸收塔的吸收液需進(jìn)行解吸操作，其作用是將溶質(zhì)從吸收液中驅(qū)趕出來，并使吸收劑獲得再生，所以解吸是吸收的逆過程。3第3頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月二、工業(yè)生產(chǎn)中的吸收過程1234凈化或精制氣體分離氣體混合物將最終氣態(tài)產(chǎn)品制成溶液或中間產(chǎn)品廢氣治理4第4頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月①凈化或精制氣體為除去原料氣中所含的雜質(zhì)，吸收是最常用的方法。如用乙醇胺液脫出石油裂解氣或天然氣中的硫化氫;乙烯直接氧化制環(huán)氧乙烷生產(chǎn)中原料氣的脫硫、脫鹵化物;合成甲烷工業(yè)中的脫硫、脫CO2;二氯乙烷生產(chǎn)過程中用水去除氯化氫等。5第5頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月②分離氣體混合物用以得到目的產(chǎn)物或回收其中一些組分如石油裂解氣的油吸收，將C2以上的組分與甲烷、氫分開；用N-甲基吡咯烷酮作溶劑，將天然氣部分氧化所得裂解氣中的乙炔分離出來；焦?fàn)t氣的油吸收以回收苯；乙烯直接氧化制環(huán)氧乙烷生產(chǎn)中,用吸收法分離反應(yīng)氣體中的環(huán)氧乙烷等。6第6頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月③將最終氣態(tài)產(chǎn)品制成溶液或中間產(chǎn)品將氣體中需用的組分以指定的溶劑吸收出來，成為液態(tài)的產(chǎn)品或半成品。如用水吸收氯化氫氣體制成鹽酸；在甲醇蒸汽氧化后用水吸收甲醛蒸汽制甲醛溶液；用水吸收丙烯腈作為中間產(chǎn)物等。7第7頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月④廢氣治理很多工業(yè)廢氣中含SO2、NOx（主要是NO及NO2），汞蒸汽等有害成分，雖然濃度一般很低，但對人體和環(huán)境的危害甚大，而必須進(jìn)行治理，這類環(huán)境保護(hù)問題在我國已愈來愈受重視。選擇適當(dāng)?shù)墓に嚭腿軇┻M(jìn)行吸收，是廢氣處理中應(yīng)用較廣的方法。

8第8頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月二氧化碳的吸收過程9第9頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月三、吸收過程的分類⑴按組分的相對溶解度的大小①單組分吸收只有一個組分在吸收劑中具有顯著的溶解度，其它組分的溶解度均小到可以忽略不計(jì)。

如制氫工業(yè)中，將空氣進(jìn)行深冷分離前，用堿液脫出其中的二氧化碳以凈化空氣，這時CO2僅在堿液中具有顯著的溶解度，而空氣中的氮、氧、氬等氣體的溶解度均可忽略。

10第10頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月⑴按組分的相對溶解度的大?、诙嘟M分吸收

氣體混合物中具有顯著溶解度的組分不止一個,吸收目的產(chǎn)物的同時也吸收了其他組分。如用油吸收法分離石油裂解氣，除氬以外，其它組分都程度不同的從氣相溶到吸收劑中。11第11頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月

⑵吸收過程有無化學(xué)反應(yīng)

①物理吸收所溶組分與吸收劑不起化學(xué)反應(yīng)

②化學(xué)吸收

溶質(zhì)與溶劑有顯著的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。如用氫氧化鈉或碳酸鈉溶液吸收二氧化碳、用稀硫酸吸收氨等過程。化學(xué)反應(yīng)能大大提高單位體積液體所能吸收的氣體量并加快吸收速率。但溶液解吸再生較難。

12第12頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月②化學(xué)吸收

溶質(zhì)與溶劑有顯著的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。

1)可逆反應(yīng)的化學(xué)吸收過程難點(diǎn)：汽液平衡，化學(xué)反應(yīng)速率

2）不可逆反應(yīng)的化學(xué)吸收過程難點(diǎn)：連串反應(yīng)、不是瞬時完成的反應(yīng)13第13頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月⑶吸收過程溫度變化是否顯著①等溫吸收

氣體吸收相當(dāng)于由氣態(tài)變液態(tài)，所以會產(chǎn)生近于冷凝熱的溶解熱化學(xué)吸收過程中，有溶解熱+反應(yīng)熱

吸收過程溫度變化不明顯②非等溫吸收吸收過程溫度變化明顯

14第14頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月⑷按吸收量的多少①貧氣吸收吸收量不大，對吸收塔內(nèi)的吸收劑和氣體量影響不大

恒摩爾流恒溫操作②富氣吸收吸收量大的情況15第15頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月⑸按汽液兩相接觸方式和采用的設(shè)備形式①噴淋吸收填料塔或空塔：氣、液兩相都連續(xù)淋降板塔：氣相連續(xù)，液相分散②鼓泡吸收鼓泡塔或泡罩塔：液相保持為連續(xù)相，氣相分離為小氣泡通過液層16第16頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月⑸按汽液兩相接觸方式和采用的設(shè)備形式③降膜吸收降膜式吸收器，使氣、液兩相均連續(xù)，用于吸收熱效應(yīng)大的情況。吸收劑順著管壁形成一層液膜，由于重力作用而往下流動，原料氣以一定的流率逆流向上，兩相在管壁中進(jìn)行傳質(zhì)過程，產(chǎn)生的吸收熱通過管壁傳給冷凝劑，不斷被冷凝劑帶走。

17第17頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月每一具體的吸收過程以采用哪一種分類方法為宜，完全視何種分類方法能較準(zhǔn)確的反映出該具體過程的特點(diǎn)來衡量如采用油吸收法分離石油氣，在進(jìn)行吸收計(jì)算時，應(yīng)突出說明它是多組分吸收，在計(jì)算進(jìn)行過程中，應(yīng)考慮到它是一個非等溫吸收，在比較采用何種設(shè)備時，應(yīng)考慮到使用鼓泡吸收還是噴淋吸收或其它等。18第18頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月小結(jié)化學(xué)反應(yīng)吸收溫度單組分吸收多組分吸收相對溶解度吸收量汽液接觸方式吸收過程分類物理吸收化學(xué)吸收噴淋吸收鼓泡吸收降膜吸收等溫吸收非等溫吸收貧氣吸收富氣吸收恒摩爾流恒溫操作19第19頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月四、吸收過程的特點(diǎn)⑴原理不同吸收是根據(jù)各組分溶解度不同進(jìn)行分離的精餾利用組分間相對揮發(fā)度不同使組分分離⑵塔式不同精餾有簡單塔和復(fù)雜塔最簡單的吸收為復(fù)雜塔20第20頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月

最簡單的吸收為精餾中的復(fù)雜精餾，即兩股進(jìn)料，兩股出料。被分離的氣體混合物均是從吸收塔的下部進(jìn)入，在塔內(nèi)自下而上的運(yùn)動過程中與從塔頂噴淋下來的液體吸收劑作用，溶解度較低的氣體（亦稱為惰性氣體）不被吸收而從吸收塔頂部排出，吸收劑從塔頂噴入后，在與氣體混合物的接觸過程中不斷吸收易溶解的組分，最后吸收劑與被吸收的易溶組分一起從吸收塔底排出。21第21頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月⑶傳質(zhì)形式不同吸收是單向傳質(zhì)，精餾是雙向傳質(zhì)在精餾操作中，汽液兩相接觸，汽相中的較重組分向液相中傳質(zhì)（冷凝）,液相中的較輕組分向汽相中傳質(zhì)（汽化）,所以傳質(zhì)過程是在兩相中交替進(jìn)行當(dāng)輕、重組分的摩爾汽化潛熱相近時，塔內(nèi)可以近似看作恒摩爾流

22第22頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月

⑷溫度范圍、變化不同

汽相：組分沸點(diǎn)差大，有些組分接近于臨界點(diǎn)——非理想氣體液相：吸收劑量大——稀溶液在精餾過程中，由于汽化潛熱與冷凝潛熱相互利用，在整個塔內(nèi)的溫度變化范圍不是很大，而且從塔頂向下，溫度逐漸升高。每個級上由于組成改變而引起的溫度變化，可用泡露點(diǎn)方程定出吸收要采用熱量衡算來確定溫度的分布23第23頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月⑸物料的預(yù)分布不同精餾可按清晰分割和非清晰分割進(jìn)行物料的預(yù)分布吸收每端既有進(jìn)料，又有出料需在確定滿足關(guān)鍵組分分離要求所需的理論板數(shù)的同時，做出物料預(yù)分布24第24頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月⑹精餾有兩個關(guān)鍵組分，吸收有一個關(guān)鍵組分⑺組分分布不同精餾過程，關(guān)鍵組分的濃度分布有極大值，非關(guān)鍵組分在進(jìn)料級上下形成幾乎恒濃的區(qū)域吸收過程，輕組分（即難溶組分）一般只在靠近塔頂?shù)膸准壉晃眨谄溆嗉壣献兓苄≈亟M分（易溶組分）主要在塔底附近的若干級上被吸收關(guān)鍵組分在全塔范圍內(nèi)被吸收25第25頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月§4-2吸收和解吸過程流程一、單純吸收工藝流程

二、吸收-解吸法三、吸收蒸出塔26第26頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月吸收劑與被吸收的易溶組分一起從吸收塔底排出后，一般要把吸收劑與易溶組分分離開，即解吸過程，解吸過程一般可采用的方法有：加熱升溫；減壓閃蒸；精餾解吸。分離后易溶組分單獨(dú)作為一種氣體產(chǎn)品送出，而吸收劑則再送回吸收塔內(nèi)循環(huán)使用?！?-2吸收和解吸過程流程27第27頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月欲分離氨氣＋空氣的混合物，可選擇水做溶劑，因?yàn)榘彼谒械娜芙舛茸畲?，而空氣幾乎不溶于水。流程如圖所示上述密閉容器能否用作工業(yè)吸收設(shè)備？密閉容器水（溶劑）

氨氣（濃度低）＋空氣

氨氣(濃度高)＋空氣(惰性氣體)(溶質(zhì)，被吸收組分)可以,但吸收效果不好,原因在于氣、液兩相接觸情況不好28第28頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月一、單純吸收工藝流程單塔單純吸收流程圖多塔串聯(lián)單純吸收流程圖29第29頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月單純吸收工藝流程

30第30頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月單純吸收工藝流程

31第31頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月單純吸收工藝流程32第32頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月該法用于氣體混合物通過吸收方法將其分離為惰性氣體和易溶氣體兩部分的情況。解吸的常用方法是使溶液升溫，以減小氣體溶質(zhì)的溶解度，所以在解吸塔底部沒有加熱器，可用直接蒸汽和再沸器的形式，通過加熱器提供熱量使易溶組分蒸出并從解吸塔頂排出，解吸塔底的吸收劑經(jīng)冷卻再送往吸收塔循環(huán)使用。解吸塔也可采用精餾塔，可起到提高蒸出溶質(zhì)的純度和回收吸收劑的作用。二、吸收-解吸法33第33頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月吸收-解吸法34第34頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月吸收-解吸法35第35頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)吸收尾氣中某些組分在吸收劑中有一定的溶解度，為保證關(guān)鍵組分的純度采用吸收蒸出塔，即將吸收塔與精餾塔的提餾段組合在一起，原料氣從塔中部進(jìn)入，進(jìn)料口上面為吸收段，下部為蒸出段，當(dāng)吸收液（含有關(guān)鍵組分和其它組分的溶質(zhì)）與塔釜再沸器蒸發(fā)上來的溫度較高的蒸汽相接觸，使其它組分從吸收液中蒸出，塔釜的吸收液部分從再沸器中加熱蒸發(fā)以提供蒸出段必須的熱量，大部分則進(jìn)入蒸出塔內(nèi)部使易溶組分與吸收劑分離開，吸收劑經(jīng)冷卻后再送入吸收塔循環(huán)使用。一般只適用關(guān)鍵組分為重組分的場合。三、吸收蒸出塔36第36頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月只適用關(guān)鍵組分為重組分的場合吸收蒸出塔37第37頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月吸收蒸出塔38第38頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月§4-3多組分吸收和解吸過程簡捷計(jì)算一、吸收過程工藝計(jì)算的基本概念二、吸收因子（吸收因素）三、吸收因子法的基本方程四、平均吸收因子法五、平均有效吸收因子法

39第39頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月§4-3多組分吸收和解吸過程簡捷計(jì)算一、吸收過程工藝計(jì)算的基本概念1、吸收、解吸作用發(fā)生的條件

吸收：溶質(zhì)由氣相溶于液相解吸：溶質(zhì)由液相轉(zhuǎn)入氣相與液相組成xi成平衡的氣相中i的分壓和摩爾分?jǐn)?shù)40第40頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月2、吸收過程的限度塔釜：確定了吸收液中組分的最大濃度

塔頂：規(guī)定了設(shè)計(jì)回收塔的分離要求或尾氣中i組分的最小濃度41第41頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月3、吸收過程的平衡級

離開n板的氣體混合物與離開n板的吸收液達(dá)到相平衡，即

和關(guān)鍵組分的分離要求

求：

詳細(xì)計(jì)算還應(yīng)包括

4、計(jì)算內(nèi)容可調(diào)設(shè)計(jì)變量為1操作型計(jì)算：指定為理論級數(shù)設(shè)計(jì)型計(jì)算：指定為關(guān)鍵組分的吸收率已知：42第42頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月二、吸收因子（吸收因素）i組分的吸收因子⑴吸收因子因組分而異

⑵A值的大小可以說明在某一具體的吸收塔中過程進(jìn)行的難易程度⑶吸收因子與操作條件有關(guān)⑷解吸過程

分離要求一定：A↑→N↓；

N一定：A↑→吸收程度↑43第43頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月三、吸收因子法的基本方程1、相平衡關(guān)系方程

或

同理，解吸過程：

44第44頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月2、物料平衡方程

對i組分作全塔物料平衡：45第45頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月對n級i組分作物料衡算：

46第46頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月47第47頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月吸收因子法的基本方程，稱為哈頓-富蘭格林（HortonFranklin）方程

48第48頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月物料平衡方程討論：

⑴Horton—Franklin式的左端

⑵式的右端，包括了各塔板數(shù)的相平衡常數(shù)，液氣比和塔板數(shù)，即Horton—Franklin方程關(guān)聯(lián)了吸收率、吸收因子和理論板數(shù)

⑶試差法求解步驟

1）設(shè)：各級的溫度

各級上各組分

49第49頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月各級上的氣相流率

各級上的液相流率

由得2）由求3）校核：

熱量衡算→各級溫度

如果不符，則要重新設(shè)值再進(jìn)行計(jì)算

50第50頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月四、平均吸收因子法

（Kremser-Brown克雷姆塞爾-布朗）

1、基本思想

假設(shè)各級的吸收因子相同，即采用全塔平均的吸收因子來代替各板的吸收因子，有的采用塔頂和塔底條件下液氣比的平均值，也有的采用塔頂吸收劑流率和進(jìn)料氣流率來求液氣比，并根據(jù)塔的平均溫度作為計(jì)算相平衡常數(shù)的溫度來計(jì)算吸收因子。因?yàn)樵摲ㄖ挥性谒?nèi)液氣比變化不大，也就是溶解量甚小，而氣液相流率可以視為定值的情況下才不至于帶來大的誤差，所以該法用于貧氣吸收（恒摩爾流，恒溫操作）計(jì)算有相當(dāng)?shù)臏?zhǔn)確性。

51第51頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月2、吸收因子方程假設(shè)全塔各段的值均相等的前提下，Horton-Franklin方程變?yōu)椋?2第52頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月2、吸收因子方程由等比數(shù)列前n項(xiàng)和的公式53第53頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月——克雷姆塞爾方程

組分i相對吸收率54第54頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月2、吸收因子方程討論：⑴⑵當(dāng)吸收劑本身不揮發(fā)，且不含溶質(zhì)時，則即

溶劑為新鮮吸收液時且0≤≤1

55第55頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月⑶根據(jù)克雷姆塞爾方程，可知

⑷對解吸塔

56第56頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月（5）吸收因子圖圖4-12吸收因子（蒸發(fā)因子）圖57第57頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月1）當(dāng)

當(dāng)

2）當(dāng)N一定時，則

3）當(dāng)A一定時，即但增加的越來越慢，特別是N超過10級以后

一定時，則58第58頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月3、計(jì)算步驟

已知：

求：

⑴確定關(guān)鍵組分的吸收率

⑵由求N1）由確定59第59頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月

2）

3）由

查圖或用公式計(jì)算N

⑶其它組分吸收率的確定60第60頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月

⑷求尾氣的組成及量

當(dāng)

時，

61第61頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月⑸吸收液的量及組成以及應(yīng)加入的吸收劑量

求解思路：

AB62第62頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月五、平均有效吸收因子法1、平均有效吸收因子埃迪密斯特提出，以某一不變的A值代替哈頓-富蘭格林方程中所有A1,A2,…,AN，使最終計(jì)算出來的吸收率保持相同

對解吸Edmister的假設(shè)，是考慮在一吸收塔中，吸收過程主要是由塔頂一級和塔釜一個理論級完成63第63頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月1、平均有效吸收因子

馬多克斯（Maddox）通過一些多組分輕烴吸收過程逐級計(jì)算級數(shù)塔頂釜吸收量

2100%388%480%

吸收塔的理論級數(shù)不需要很多，因?yàn)樵黾铀壊⒉荒茱@著改善吸收效果，相反卻使設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用大幅度上升，要提高吸收率，比較有效的方法時增加壓力和降低吸收溫度。

64第64頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月2、計(jì)算步驟

⑴用平均吸收因子法計(jì)算

⑵假設(shè)

，由熱量衡算確定

⑶由經(jīng)驗(yàn)式估算

65第65頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月

對解吸塔

⑷計(jì)算每一組分的

⑸由圖4-12確定各組分的吸收率

⑹作物料衡算，再計(jì)算

并用熱量衡算核算

若結(jié)果相差較大，需重新設(shè)

直到相符為止

66第66頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月§4.4化學(xué)吸收4.4.1化學(xué)吸收的類型和增強(qiáng)因子4.4.2化學(xué)吸收速率4.4.3化學(xué)吸收的計(jì)算67第67頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月化學(xué)吸收通常指溶質(zhì)氣體A溶于溶液后，即與溶液中不揮發(fā)的反應(yīng)劑B組分進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的過程；是一種傳質(zhì)與反應(yīng)同時進(jìn)行的過程。由于在吸收的同時液相伴有化學(xué)變化，使其中的溶質(zhì)轉(zhuǎn)化為反應(yīng)產(chǎn)物。優(yōu)點(diǎn)：①化學(xué)反應(yīng)提高了吸收的選擇性；②吸收速率快，設(shè)備投資費(fèi)和能耗低；③反應(yīng)增加了溶質(zhì)在液相中的溶解度，吸收劑用量少；④反應(yīng)降低了溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓，可較徹底地除去氣相中很少量的有害氣體。缺點(diǎn)：解吸困難，解吸能耗。若反應(yīng)為不可逆，反應(yīng)劑不能循環(huán)使用，用途大受限制。化學(xué)吸收(Chemicalabsorption)68第68頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月溶質(zhì)與吸收劑之間的化學(xué)反應(yīng)對吸收過程具有顯著影響。主要特點(diǎn)：吸收過程中溶質(zhì)進(jìn)入液相后在擴(kuò)散路徑上不斷被化學(xué)反應(yīng)所消耗。例如溶質(zhì)A與吸收劑中的化學(xué)組分B發(fā)生如下反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果降低了液相中溶質(zhì)的濃度，從相平衡的角度加大了相際傳質(zhì)推動力，同時還改變了溶質(zhì)在等效膜中的濃度分布使之更加有利于液相傳質(zhì)。k*L——反應(yīng)速率常數(shù)，s-1。如果反應(yīng)速率主要由溶質(zhì)A的濃度cA所控制，即可視為擬一級反應(yīng)，則液相任意部位處，化學(xué)反應(yīng)速率RA(kmol/m3s)與溶質(zhì)濃度的關(guān)系為69第69頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月吸收傳質(zhì)理論

吸收過程是溶質(zhì)由氣相向液相轉(zhuǎn)移的相際傳質(zhì)過程，可分為三個步驟：氣相主體液相主體相界面溶解氣相擴(kuò)散液相擴(kuò)散(1)氣相內(nèi)傳質(zhì)---溶質(zhì)由氣相主體擴(kuò)散至兩相界面氣相側(cè)；(2)通過界面的傳質(zhì)---溶質(zhì)在界面上溶解；(3)液相內(nèi)傳質(zhì)---溶質(zhì)由相界面液相側(cè)擴(kuò)散至液相主體。70第70頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月雙膜理論

由W.K.Lewis和W.G.Whitman在上世紀(jì)二十年代提出，是最早出現(xiàn)的傳質(zhì)理論。雙膜理論基本論點(diǎn)(1)相互接觸的兩流體間存在著穩(wěn)定的相界面，界面兩側(cè)各存在著一個很薄（等效厚度分別為1和2）的流體膜層。溶質(zhì)以分子擴(kuò)散方式通過此兩膜層。(2)相界面沒有傳質(zhì)阻力，即溶質(zhì)在相界面處的濃度處于相平衡狀態(tài)。(3)在膜層以外的兩相主流區(qū)由于流體湍動劇烈，傳質(zhì)速率高，傳質(zhì)阻力可以忽略不計(jì)，相際的傳質(zhì)阻力集中在兩個膜層內(nèi)。氣相主體液相主體相界面pi=ci/Hp12pi

ci

c氣膜液膜71第71頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)雙膜理論，以液相為基準(zhǔn)的吸收速率與溶質(zhì)在等效膜中的濃度差成正比。化學(xué)反應(yīng)速率和吸收速率都可以通過對溶質(zhì)在液相中的濃度分布曲線進(jìn)行定量分析。吸收劑氣體pAcA界面液相主體相界面氣相擴(kuò)散液相擴(kuò)散pAcAicA

pAi氣相主體物理吸收化學(xué)吸收72第72頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月液膜中的濃度分布對穩(wěn)定物理吸收(RA=0)過程，傳質(zhì)微分方程為齊次。在液相漂流因子影響忽略不計(jì)（等價于擴(kuò)散方向上無總體流動）的情況下求解上式，得到膜內(nèi)濃度分布為直線方程吸收過程液相中溶質(zhì)的濃度分布服從傳質(zhì)微分方程以上式在氣液界面上的導(dǎo)數(shù)值表示的吸收速率與雙膜理論中的溶質(zhì)通量擴(kuò)散表達(dá)式是一致的（以界面上傳質(zhì)通量表示）73第73頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月邊界條件為對穩(wěn)定的化學(xué)吸收過程(RA≠0)，傳質(zhì)微分方程為非齊次。以擬一級反應(yīng)為例：z=處的邊界條件表示由該處擴(kuò)散進(jìn)入液相主體的溶質(zhì)全部被主體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)所消耗，V代表與擴(kuò)散傳質(zhì)面積相對應(yīng)的吸收液體積（m3/m2）。解微分方程得到等效膜內(nèi)的濃度分布雙曲函數(shù)74第74頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月同樣以其在氣液界面處的導(dǎo)數(shù)值表示傳質(zhì)通量，則擬一級反應(yīng)的化學(xué)吸收速率為八田數(shù)（HattaNumber）八田數(shù)代表溶質(zhì)在等效膜中的反應(yīng)速率與擴(kuò)散傳質(zhì)速率的特征比，反應(yīng)速率愈快其值愈大，在膜中消耗的溶質(zhì)越多；Ha=0則為物理吸收。75第75頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月4.4.1化學(xué)吸收的類型和增強(qiáng)因子雙膜理論76第76頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月一、化學(xué)吸收類型

A+bB=cP

反應(yīng)在反應(yīng)面上完成rA＞＞NA77第77頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月邊擴(kuò)散邊反應(yīng)，反應(yīng)在反應(yīng)區(qū)完成rA＞NA78第78頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月邊擴(kuò)散邊反應(yīng)，反應(yīng)在反應(yīng)區(qū)完成rA≈NA79第79頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月通過液膜擴(kuò)散時來不及反應(yīng)便進(jìn)入液相主體，反應(yīng)主要在液相主體中完成rA＜NA80第80頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月二、化學(xué)吸收增強(qiáng)因子傳質(zhì)速率方程N(yùn)A——組分A的吸收速率kmol/(m2.s)增強(qiáng)因子(E):與相同條件下的物理吸收比較,由于化學(xué)吸收而使傳質(zhì)系數(shù)增加的倍數(shù)81第81頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月82第82頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月4.4.2化學(xué)吸收速率一、膜模型的反應(yīng)-擴(kuò)散方程圖4-18化學(xué)吸收微元液膜P136

對于被吸收氣體A與溶液中活性組分B的不可逆反應(yīng)，應(yīng)用膜模型，作厚度為dZ的微元液膜體積的物料平衡------反應(yīng)擴(kuò)散方程。83第83頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月物料平衡：擴(kuò)散進(jìn)入dZ的速率-擴(kuò)散離開dZ的速率

=累積速率+反應(yīng)速率------擴(kuò)散-反應(yīng)微分方程描述：吸收組分濃度隨體系的空間(Z)、時間(τ)和化學(xué)反應(yīng)速率(γ)的變化規(guī)律。84第84頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月4-614-5885第85頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)費(fèi)克定律86第86頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月慢速反應(yīng)快速反應(yīng)Ha:無因次，表明在液膜中化學(xué)反應(yīng)速率與傳質(zhì)速率的相對大小，對一級不可逆反應(yīng)87第87頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月a.快速反應(yīng)溶質(zhì)達(dá)到液相主體前完全反應(yīng)，有：CAL=088第88頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月b.慢速反應(yīng)89第89頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月90第90頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月91第91頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月式4-72是隱函數(shù)，求解較復(fù)雜，用圖4-19表示，很方便4-7292第92頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4-19二級不可逆反應(yīng)的增強(qiáng)因子P13993第93頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月即即式4-72中94第94頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月b.若Ha＜0.5E∞(圖中于對角線重合部分)95第95頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月四、可逆反應(yīng)（1）一級可逆反應(yīng)與cAL=0的一級不可逆反應(yīng)的吸收速率方程一樣96第96頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月97第97頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月KG化學(xué)吸收的氣相總傳質(zhì)系數(shù)HA亨利常數(shù)98第98頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月3.單位體積填料總吸收速率方程推導(dǎo)KGa,由上式得：99第99頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月100第100頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月4.填料高度5.解吸計(jì)算方法不成熟101第101頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月與精餾過程比較說明精餾為雙向傳質(zhì)過程而吸收為單向傳質(zhì)過程，推導(dǎo)平均吸收因子法的公式,多組分吸收簡捷計(jì)算的方法，解吸因子的公式與吸收過程.

重點(diǎn)：多組分吸收和解吸過程分析、簡捷計(jì)算方法難點(diǎn)：多組分吸收、解吸過程計(jì)算的平均吸收因子法和有效因子法本章小結(jié)102第102頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月⑴原理不同；吸收是根據(jù)各組分溶解度不同進(jìn)行分離的；精餾利用組分間相對揮發(fā)度不同使組分分離；⑵塔式不同；⑶傳質(zhì)形式不同；吸收是單向傳質(zhì)，精餾是雙向傳質(zhì)。⑷溫度范圍、變化不同；⑸物料的預(yù)分布不同；⑹精餾有兩個關(guān)鍵組分，吸收只有一個關(guān)鍵組分；⑺組分分布不同精餾和吸收過程的主要不同點(diǎn)103第103頁，課件共114頁，創(chuàng)作于2023年2月

已知：

求：

⑴確定關(guān)鍵組分的吸收率

⑵由求N1）由確定簡捷法計(jì)算吸收過程理