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1、吸 收,本章要求,1、熟练掌握相组成的表示方法及换算2、熟练掌握吸收的气液相平衡关系及其应用3、熟练掌握总传质系数、总传质速率方程以及总传质阻力概念4、熟练掌握吸收的物料横算、操作线方程5、熟练掌握吸收剂最小用量和适宜用量的确定6、了解吸收剂的选择7、了解各种形式的传质方程、传质系数的对应关系8、了解传质系数的计算,本章重点,1、吸收的气液相平衡关系及其应用2、吸收的物料横算、操作线方程3、吸收剂最小用量和适宜用量的确定,本章难点,1、吸收的气液相平衡关系及其应用2、吸收的物料横算、操作线方程3、吸收剂最小用量和适宜用量的确定,第一节 概述,一、吸收操作及其在化工生产中的应用 吸收是分离气体混
2、合物的单元操作。它利用适当液体吸收剂处理混合气体，利用混合气中各组分的溶解度不同而将气体混合物分离的操作。例如CO2和空气的分离。,（一）吸收操作过程常用术语,1、吸收剂：吸收过程所用的液体，S；2、吸收质：混合气中能被溶剂吸收组分，A；3、惰性气：混合气中不能被溶剂吸收组分，B；4、吸收液：吸收操作所得溶液，A+S；5、吸收尾气：排除的气体，B+A,（二）吸收装置,吸收过程简图,（三）吸收操作的应用,1、分离气体混合物：用洗油处理焦炉气以回收其中的芳烃2、除去气体中有害的杂质：合成胺工艺中，合成气中的净化脱碳3、制取溶液：用水吸收氯化氢气体制取盐酸4、回收气体混合物中有用组分，以综合利用，保
3、护环境。,二、吸收剂的选择,1、溶解度 对溶质有较高溶解度；2、选择性 对溶质有较好吸收能力；3、挥发性 低挥发性4、黏性 低黏性5、化学稳定性 高稳定性6、再生性 容易再生7、其他 物美价廉，毒性、腐蚀性小。,三、吸收过程的分类,1、物理吸收与化学吸收 2、单组分吸收与多组分吸收 3、非等温吸收与等温吸收 4、低浓度吸收与高浓度吸收5、常压吸收与加压吸收。,第二节 气液相平衡,一、相组成表示法（一）质量分数A=mA/m B=mB/m A+B=1（二）摩尔分数气相：xA=nA/n xB=nB/n xA+xB=1液相：yA=nA/n yB=nB/n yA+yB=1,由摩尔分数表示质量分数由质量分
4、数表示摩尔分数,(三）物质的量比,二、气体在液体中的溶解度,气液两相达到相平衡状态，这是一种动态平衡状态，溶质在液相中的浓度达到最大，将该浓度称为平衡溶解度，简称溶解度，通常以浓度cA或质量分数xA表示；溶质在气相中的分压称为平衡分压，通常以气相分压pA或物质的量分数yA表示，两者之间的关系即为相平衡关系。,二氧化硫在水中的溶解度曲线,气相中二氧化硫的分压pA，Kpa,氨在水中的溶解度曲线,气相中氨的分压pA，kpa,结论：,1、在同一溶剂（水）中，相同的温度和溶质分压下，不同气体的溶解度差别很大，其中氨在水中的溶解度最大，氧在水中的溶解度最小。这表明氨溶于水，而氧难溶于水2、对同一溶质，在相
5、同的气相分压下，溶解度随温度的升高而减小。3、对同一溶质，在相同的温度下，溶解度随气相分压的升高而增大。,三、气液相平衡关系-亨利定律,2、其它表达式,（3）用物质的量之比表示,吸收平衡线,三、气液相平衡与吸收过程的关系,一、确定适宜的操作条件1、t，溶解度；t，溶解度（PA一定）低温有利于吸收。2、P，溶解度增压有利于吸收。,二、判别过程进行的方向和限度,第三节 吸收传质机理,传质的基本方式（一）分子扩散：由于分子的无规则热运动而形成的物质传递现象。（二）涡流扩散：流体质点的湍动和漩涡进行物质传递的现象。（三）对流扩散：湍流主体的涡流扩散和层流内层的分子扩散。,吸收机理双膜理论,结论,1、相
6、互接触的气液两相接触处，存在一个稳定的相界面，界面两侧各有一个很薄的流体膜气膜和液膜。流体在膜内作层流流动，吸收质以分子扩散方式通过此两层膜。2、在界面处气液两相互成平衡。3、在气液两相主体中，由于流体充分湍动混合，吸收质浓度均匀，没有浓度差，也没有传质阻力和扩散阻力，浓度差全部集中在两个膜层中，即阻力集中在两膜层中。这样，双膜理论把复杂的吸收过程，简化为通过气液两膜的分子扩散过程。,（一）气膜吸收速率方程式,吸收质从气相主体通过气膜传递到相界面时的吸收速率方程可表示为：NA=k气（YA-Yi）NA=YA，Yi-气相主体和相界面处吸收质的物质的量之比；气膜吸收系数的倒数 即表示吸收质通过气膜的
7、传递阻力，这个阻力的表达形式是与气膜推动力YA-Yi相对应的。,（二）液膜吸收速率方程式,吸收质从相界面处通过液膜传递进入液相主体的吸收速率方程可表示为：NA=k液（Xi-XA）=XA，Xi-液相主体和相界面处吸收质的物质的量之比；-液膜吸收系数，kmol/m2s 液膜吸收系数的倒数 即 表示吸收质通过液膜的传递阻力，,（三）总吸收速率方程式,NA=K气（YA-）NA=K液（-XA）K气 和K液为总吸收系数。,（四）传质阻力控制,气相液相总阻力 分别为吸收过程的气相和液相总阻力,。,（一）对易溶气体，m很小,阻力集中在气膜内，气膜阻力控制着整个过程的吸收速率，称“气膜控制”。（二）对难溶气体，
8、m很大，阻力集中在气膜内,液膜阻力控制着整个过程的吸收速率，称“液膜控制”。,分别为吸收过程的气相和液相总阻力。,一、吸收塔全塔物料横算,吸收操作过程中,惰性气体的量、吸收剂的量不沿塔高变化。利用比摩尔分数表示气、液相组成可以简化计算。,吸收塔物料衡算简图,V,Y2 L,X2 Y YY Xm nV,Y1 L,X1,V通过吸收塔的惰性气体量，kmol/h；L通过吸收塔的吸收剂的量，kmol/h；Y1,Y2，Y进塔，出塔,任一截面气体中溶质的比摩尔分数；X1,X2，X出塔，进塔,任一截面溶液中溶质的比摩尔分数；,对单位时间内，进出吸收塔的溶质量作物料衡算，可得下式：VY1+LX2=VY2+LX1整
9、理可得 V(Y1-Y2)=L(X1-X2)=GAGA单位时间内全塔吸收的溶质的量，kmol/h,一般情况下，进塔混合气的组成与流量为吸收任务规定；吸收剂的流量以及组成也已经确定，即V、L、Y1、X2已知。根据吸收操作的分离指标吸收率可以计算出塔气体浓度Y2:Y2=Y1(1-)如此，通过全塔物料衡算式可计算出塔吸收液的组成X1,二、操作线方程,填料层中各截面上气液浓度Y与X的关系要由填料层任一截面与任一端面进行物料横算，关系如下（以下表面为例）：VY+LX1=VY1+LX整理，Y m-n截面上气相中溶质的摩尔分数；X-m-n截面上液相中溶质的摩尔分数,吸收塔物料衡算简图,V,Y2 L,X2 Y
10、YY Xm nV,Y1 L,X1,V通过吸收塔的惰性气体量，kmol/h；L通过吸收塔的吸收剂的量，kmol/h；Y1,Y2，Y进塔，出塔,任一截面气体中溶质的比摩尔分数；X1,X2，X出塔，进塔,任一截面溶液中溶质的比摩尔分数；,三、气相传质推动力,吸收过程中，塔内任意截面处溶质在气相中浓度总高于其平衡浓度。因此，操作线位于平衡线上方。任一截面的气象传质推动力表示为Y-,气相平均传质推动力,吸收过程中，每一截面的气象传质推动力均不相同。当吸收过程的平衡线为直线时，平均推动力可以表示为吸收塔底与塔顶的推动力的对数平均值。,三、吸收剂消耗量,1、最小液气比当吸收剂的用量减少到A点落在平衡线上时，
11、则X=，此时，X=0，吸收无法进行，对应的液气比称为最小液气比；吸收剂的用量称为最小用量。,（三）适宜吸收剂用量,使设备费和操作费之和最小，一般取经验值=（1.12.0）,（四）最小液气比的求法,1、图解法,读图,一般情况下，平衡线如图所示的曲线，由图读出与Y1相平衡的 后，用下式计算,2、计算法,若平衡线为直线，并可以表示为Y*=m X,可由下式计算：,第五节 填料塔,一、填料塔的构造（一）结构：填料塔由塔体、填料、液体分布装置、填料制成装置、液体在分布装置、流体进出口等构成。,填料塔典型结构,（二）填料及其特性,1、选择填料的原则有较大的比表面积：有较高的空隙率：具有适宜的填料尺寸和堆积密度其他：机械强度大、具有化学稳定性、单位吸收面积的成本低、气液分布均匀。,2、常用填料的类型 实体填料：环形填料（拉西环、鲍尔环）、鞍形填料、波纹填料等。网体填料：鞍形网、网（由金属丝制成）3、填料的安装：整砌和乱堆。,二、吸收过程的强化途径,1、增大吸收系数K气K液；2、增大吸收推动力；3、增大传质面积,
