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1、气体吸收相组成表示法1.质量分数与摩尔分率（质量分数与摩尔分数）质量分数：是指在混合物中某组分的质量占混合物总质量的分率。摩尔分率：摩尔分率是指在混合物中某组分的摩尔数nA占混合物总摩尔数n的分率。气相：yA=pA/p 液相：xA=cA/c第1页/共45页3.质量浓度与摩尔浓度4.气体的总压与理想气体混合物中组分的分压气体吸收过程吸收操作的依据：是混合物各组分在某种溶剂（吸收剂）中溶解度（或化学反应活性）的差异。一个完整的吸收分离流程包括吸收和解吸两部分。能耗主要在解吸过程。气体吸收过程的应用吸收的目的（1）分离混合气体以获得一定的组分或产物；（2）除去有害组分以净化或精制气体；（3）制备某种
2、气体的溶液；（4）工业废气的治理；实际吸收过程往往同时兼有净化和回收等多重目的。第2页/共45页吸收剂的选用在选择吸收剂时，应从以下几方面考虑：（1）溶解度；（2）选择性；（3）溶解度对操作条件的敏感性；（4）挥发度；（5）黏（粘）性；（6）化学稳定性；（7）腐蚀性；（8）其它等要求。第3页/共45页吸收过程的分类（1）物理吸收和化学吸收（2）单组分吸收与多组分吸收（3）等温吸收与非等温吸收（4）低浓度吸收与高浓度吸收重点研究：低浓度、单组分、等温的物理吸收过程第4页/共45页亨利定律温度降低或总压升高，则m值变小，液相溶质的浓度x增加，有利于吸收操作。第5页/共45页扩散速率方程菲克扩散等分
3、子扩散第6页/共45页单向扩散速率漂流因子特点：当混合物中溶质A的浓度较低时第7页/共45页扩散系数的影响第8页/共45页吸收速率方程第9页/共45页双膜理论双膜模型的基本假设：（1）相互接触的气液两相存在一个稳定的相界面，界面两侧分别存在着稳定的气膜和液膜。膜内流体流动状态为层流，溶质A以分子扩散方式通过气膜和液膜，由气相主体传递到液相主体。（2）相界面处，气液两相达到相平衡，界面处无扩散阻力。（3）在气膜和液膜以外的气液主体中，由于流体的充分湍动，溶质A的浓度均匀，溶质主要以涡流扩散的形式传质。第10页/共45页8.5 低浓度气体吸收吸收塔的计算物料衡算和操作线方程(1)物料衡算及吸收液浓
4、度的计算 G（y1y2）=L（x1x2）y2=y1（1）式中 混合气中溶质A被吸收的百分率，称为回收率或吸收率。塔底排出液中溶质的浓度x1=x2G（y1y2）/L第11页/共45页吸收操作线与计算P39例86第12页/共45页NOG、HOG的意义1）传质单元数 、计算式中的分子为气相或液相组成变化，即分离效果（分离要求）；分母为吸收过程的推动力。若吸收要求愈高，吸收的推动力愈小，传质单元数就愈大。所以传质单元数反映了吸收过程的难易程度。当吸收要求一定时，欲减少传质单元数，则应设法增大吸收推动力。第13页/共45页意义：当气体流经一段填料，其气相中溶质组成变化（y1 y2）等于该段填料平均吸收推
5、动力（yye）m，此 时，该段填料为一个传质单元。NOG=（y1 y2）/（yye）m=1传质单元高度的数值反映了吸收设备传质效能的高低，HOG 愈小，吸收设备传质效能愈高，完成一定分离任务所需填料层高度愈小.第14页/共45页传质单元高度的计算第15页/共45页强化吸收过程的措施（1）提高吸收过程的推动力1）逆流操作；2）提高吸收剂的流量；3）降低吸收剂入口温度；4）降低吸收剂入口溶质的浓度。（2）降低吸收过程的传质阻力1）提高流体流动的湍动程度；2）改善填料的性能。第16页/共45页8.6 气体吸收思考题1）温度和压力对吸收过程的平衡关系有何影响?2）亨利定律为何具有不同的表达形式?3）摩
6、尔比与摩尔分数有何不同，它们之间的关系如何?4）分子传质(扩散)与分子传热(导热)有何异同?5）在进行分子传质时，总体流动是如何形成的，总体流动对分子传质通量有何影响?6）讨论传质的机理、吸收过程的机理的意义是什么?7）双膜模型，溶质渗透模型和表面更新模型的要点是什么，各模型求得的传质系数与扩 散系数有何关系，其模型参数是什么?8）吸收速率方程为何具有不同的表达形式?9）传质单元高度和传质单元数有何物理意义?第17页/共45页习题课8 8 8 8thththth 气体吸收气体吸收气体吸收气体吸收第18页/共45页操作条件习题课操作条件：气液流量、气液进口浓度、操作温度、压力等第19页/共45页
7、习题课公式：或第20页/共45页例1 常压下，用煤油从苯蒸汽和空气混合物中吸收苯，吸收率为99%，混合气量为53kmol/h。入塔气中含苯2%（体积%），入塔煤油中含苯0.02%（摩尔分率）。溶剂用量为最小用量的1.5倍，在操作温度50下，相平衡关系为y*=0.36x，总传质系数Kya=0.015kmol/(m3 s)，塔径为1.1米。试求所需填料层高度。设计型举例溶剂用量为最小用量的1.5倍y*=0.36x第21页/共45页设计型举例溶剂用量为最小用量的1.5倍y*=0.36x第22页/共45页设计型举例第23页/共45页操作型举例例2 在逆流操作的填料吸收塔中，对某一低浓气体中的溶质组分进
8、行吸收，现因故 (1)吸收剂入塔浓度变大，(2)吸收剂用量变小，而其它操作条件均不变，试分析出塔气体、液体浓度如何变化？1定性分析快速分析作图+排除法吸收因数法第24页/共45页操作型举例(1)吸收剂入塔浓度变大解法一：快速分析 x2变大时，将使传质推动力变 小，故不利于吸收，因此，y2 变大，第25页/共45页操作型举例(1)当吸收剂入塔浓度x2变大时解法二：作图+排除法L/G不变 第26页/共45页操作型举例第27页/共45页操作型举例关于x1：排除法假设x1不变、变小，作图可知NOG将变小，故H将变小，与H一定相矛盾，因此第28页/共45页操作型举例(1)当吸收剂入塔浓度x2变大时解法三
9、：吸收因数法NOG（y1-mx2）/（y2-mx2）S增大由题意可知：NOGH/HOG不变由右图可知，又x2变大，故y2 变大第29页/共45页至于x1：仍需用排除法判定，下略。第30页/共45页操作型举例(2)当吸收剂用量变小时解法一：快速分析吸收剂用量变小时，不利于吸收，因此，y2 变大。第31页/共45页操作型举例(2)当吸收剂用量变小时解法二：作图+排除法第32页/共45页操作型举例b假设y2变小第33页/共45页操作型举例a假设x1不变b假设x1变小第34页/共45页操作型举例解法三：吸收因数法(2)当吸收剂用量变小时由题意可知：NOGH/HOG变小或不变由右图可知，故y2变大NOG
10、（y1-mx2）/（y2-mx2）S增大第35页/共45页至于x1：仍需用排除法判定，下略。第36页/共45页练习 在逆流操作的填料吸收塔中，对某一低浓气体中的溶质组分进行吸收，现因故 (1)气体入塔浓度y1变小，(2)G变小，而其它操作条件均不变，试分析出塔气体、液体浓度如何变化？第37页/共45页解法一：快速分析 y1变小，y2必变小。解法二：作图+排除法(1)气体入塔浓度y1变小与H不变相矛盾，故假设不成立第38页/共45页关于x1：排除法假设x1不变、变大，作图可知NOG将变大，故H将变大，与H一定相矛盾，因此，x1将变小。解法三：吸收因数法查图可知：至于x1 的变化仍需用作图与排除法
11、第39页/共45页(2)G变小时第40页/共45页思考：在逆流操作的填料吸收塔中，对某一低浓气体中的溶质组分进行吸收，现因故 (1)气体入塔浓度y1变大，(2)G变大，而其它操作条件均不变，试分析出塔气体、液体浓度如何变化？第41页/共45页操作型举例例2 某吸收塔在101.3kPa、293K下用清水逆流吸收丙酮空气混合气体（可视为低浓气体）中的丙酮。当操作液气比为2.1时，丙酮回收率可达95%。已知物系平衡关系为y=1.18x，吸收过程大致为气膜控制，气相总传质系数Kya G0.8。今气体流量增加20%，而液量及气液进口浓度不变，试求：(1)回收率变为多少？(2)单位时间内被吸收的丙酮量增加多少？y=1.18xKya G0.8气体流量增加20%第42页/共45页操作型举例y=1.18xKya G0.8原工况下：气体流量增加20%新工况下：解：(1)回收率变为多少？第43页/共45页操作型举例(2)单位时间内被吸收的丙酮量增加多少？第44页/共45页感谢您的观看。第45页/共45页