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1、会计学1气体吸收气体吸收(xshu)复习习题课复习习题课第一页，共45页。气体气体(qt)吸收吸收相组成表示法相组成表示法1.质量分数质量分数(fnsh)与摩尔分率（质量分数与摩尔分率（质量分数(fnsh)与摩尔分数与摩尔分数(fnsh)）质量分数质量分数(fnsh)：是指在混合物中某组分：是指在混合物中某组分的质量占混合物总质量的分率。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摩尔分率：摩尔分率是指在混合物中某组分的摩尔数的摩尔数nA占混合物总摩尔数占混合物总摩尔数n的分率。的分率。气相：气相：yA=pA/p 液相：液相：xA=cA/c第1页/共45页第二页，共45页
2、。3.质量浓度与摩尔浓度质量浓度与摩尔浓度4.气体的总压与理想气体混合物气体的总压与理想气体混合物中组分的分压中组分的分压气体吸收过程气体吸收过程吸收操作的依据吸收操作的依据(yj)：是混合物：是混合物各组分在某种溶剂（吸收剂）各组分在某种溶剂（吸收剂）中溶解度（或化学反应活性）中溶解度（或化学反应活性）的差异。的差异。一个完整的吸收分离流程包括吸一个完整的吸收分离流程包括吸收和解吸两部分。能耗主要在收和解吸两部分。能耗主要在解吸过程。解吸过程。气体吸收过程的应用吸收的目气体吸收过程的应用吸收的目的的（1）分离混合气体以获得一定的）分离混合气体以获得一定的组分或产物；组分或产物；（2）除去有害
3、组分以净化或精制除去有害组分以净化或精制气体；气体；（3）制备某种气体的溶液；）制备某种气体的溶液；（4）工业废气的治理；）工业废气的治理；实际吸收过程往往同时兼有净化实际吸收过程往往同时兼有净化和回收等多重目的。和回收等多重目的。第2页/共45页第三页，共45页。吸收剂的选用吸收剂的选用(xunyng)在选择吸收剂时，应从以下几方在选择吸收剂时，应从以下几方面考虑：面考虑：（1）溶解度；（）溶解度；（2）选择性；选择性；（3）溶解度对操作条件的敏感性；溶解度对操作条件的敏感性；（4）挥发度；（挥发度；（5）黏（粘）性；黏（粘）性；（6）化学稳定性；（化学稳定性；（7）腐蚀性；腐蚀性；（8）其
4、它等要求。其它等要求。第3页/共45页第四页，共45页。吸收过程的分类吸收过程的分类(fn li)（1）物理吸收和化学吸收）物理吸收和化学吸收（2）单组分吸收与多组分吸收单组分吸收与多组分吸收（3）等温吸收与非等温吸收等温吸收与非等温吸收（4）低浓度吸收与高浓度吸收低浓度吸收与高浓度吸收重点研究：重点研究：低浓度、单组分、等温的物理吸低浓度、单组分、等温的物理吸收过程收过程第4页/共45页第五页，共45页。亨利亨利(hngl)定律定律温度降低温度降低(jingd)或总或总压升高，则压升高，则m值变小，液相值变小，液相溶质的浓度溶质的浓度x增增加，有利于吸加，有利于吸收操作。收操作。第5页/共4
5、5页第六页，共45页。扩散扩散(kusn)速率方程速率方程菲克扩散菲克扩散(kusn)等分子等分子(fnz)扩散扩散第6页/共45页第七页，共45页。单向单向(dn xin)扩散速率扩散速率漂流(pio li)因子特点：当混合物中溶质(rngzh)A的浓度较低时第7页/共45页第八页，共45页。扩散系数的影响扩散系数的影响(yngxing)第8页/共45页第九页，共45页。吸收吸收(xshu)速率方程速率方程第9页/共45页第十页，共45页。n n双膜理论双膜理论n n双膜模型的基本假设：双膜模型的基本假设：n n（1）相互接触的气液两相存在）相互接触的气液两相存在一个稳定的相界面一个稳定的相
6、界面(jimin)，界面界面(jimin)两侧分别存在着两侧分别存在着稳定的气膜和液膜。膜内流体稳定的气膜和液膜。膜内流体流动状态为层流，溶质流动状态为层流，溶质A以分子以分子扩散方式通过气膜和液膜，由扩散方式通过气膜和液膜，由气相主体传递到液相主体。气相主体传递到液相主体。n n（2）相界面）相界面(jimin)处，气液处，气液两相达到相平衡，界面两相达到相平衡，界面(jimin)处无扩散阻力。处无扩散阻力。n n（3）在气膜和液膜以外的气液）在气膜和液膜以外的气液主体中，由于流体的充分湍动，主体中，由于流体的充分湍动，溶质溶质A的浓度均匀，溶质主要以的浓度均匀，溶质主要以涡流扩散的形式传质
7、。涡流扩散的形式传质。第10页/共45页第十一页，共45页。8.5 低浓度气体吸收吸收塔的计低浓度气体吸收吸收塔的计算算物料衡算和操作线方程物料衡算和操作线方程(1)物料衡算及吸收液浓度的计算物料衡算及吸收液浓度的计算 G（y1y2）=L（x1x2）y2=y1（1）式中式中 混合气中溶质混合气中溶质(rngzh)A被吸收的百分率，被吸收的百分率，称为回收率或吸收率。称为回收率或吸收率。塔底排出液中溶质塔底排出液中溶质(rngzh)的浓的浓度度x1=x2G（y1y2）/L第11页/共45页第十二页，共45页。吸收吸收(xshu)操作线与计算操作线与计算P39例86第12页/共45页第十三页，共4
8、5页。NOG、HOG的意义的意义(yy)1）传质单元数）传质单元数 、计算式中的分子为气相或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）；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，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。所吸收的推动力愈小，传质单元数就愈大。所以以(suy)传质单元数反映了吸收过程的难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。元数，则应设法增大吸收推动力。第13页/共45页第十四页，共45页。意义：意义
9、：当气体流经一段填料，其气相中当气体流经一段填料，其气相中溶质组成变化（溶质组成变化（y1 y2）等于）等于该段填料平均吸收推动力（该段填料平均吸收推动力（yye）m，此，此 时，该段填料为一时，该段填料为一个传质单元。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传质单元高度的数值反映了吸收设备传质效能设备传质效能(xionng)的高的高低，低，HOG 愈小，吸收设备传质愈小，吸收设备传质效能效能(xionng)愈高，完成一愈高，完成一定分离任务所需填料层高度愈定分离任务所需填料层高度愈小小.第14页/共45页第十五页，共45页。传质单元传质单元(dnyun
10、)高度的计算高度的计算第15页/共45页第十六页，共45页。强化吸收过程的措施强化吸收过程的措施（1）提高吸收过程的推动力）提高吸收过程的推动力1）逆流操作；）逆流操作；2）提高吸收剂的）提高吸收剂的流量；流量；3）降低）降低(jingd)吸收剂入口温吸收剂入口温度；度；4）降低）降低(jingd)吸收剂入口溶吸收剂入口溶质的浓度。质的浓度。（2）降低）降低(jingd)吸收过程的吸收过程的传质阻力传质阻力1）提高流体流动的湍动程度；）提高流体流动的湍动程度；2）改善填料的性能。）改善填料的性能。第16页/共45页第十七页，共45页。8.6 气体吸收思考题气体吸收思考题1）温度）温度(wnd)
11、和压力对吸收过和压力对吸收过程的平衡关系有何影响程的平衡关系有何影响?2）亨利定律为何具有不同的表达）亨利定律为何具有不同的表达形式形式?3）摩尔比与摩尔分数有何不同，摩尔比与摩尔分数有何不同，它们之间的关系如何它们之间的关系如何?4）分子传质分子传质(扩散扩散)与分子传热与分子传热(导导热热)有何异同有何异同?5）在进行分子传质时，总体流动）在进行分子传质时，总体流动是如何形成的，总体流动对分是如何形成的，总体流动对分子传质通量有何影响子传质通量有何影响?6）讨论传质的机理、吸收过程的）讨论传质的机理、吸收过程的机理的意义是什么机理的意义是什么?7）双膜模型，溶质渗透模型和表）双膜模型，溶质
12、渗透模型和表面更新模型的要点是什么，各面更新模型的要点是什么，各模型求得的传质系数与扩模型求得的传质系数与扩 散系散系数有何关系，其模型参数是什数有何关系，其模型参数是什么么?8）吸收速率方程为何具有不同的）吸收速率方程为何具有不同的表达形式表达形式?9）传质单元高度和传质单元数有）传质单元高度和传质单元数有何物理意义何物理意义?第17页/共45页第十八页，共45页。习题课习题课8th 8th 8th 8th 气体气体气体气体(qt)(qt)(qt)(qt)吸收吸收吸收吸收第18页/共45页第十九页，共45页。操作条件操作条件习题课习题课操作操作(cozu)条件：条件：气液流量、气液流量、气液
13、进口浓度、气液进口浓度、操作操作(cozu)温度、压力等温度、压力等第19页/共45页第二十页，共45页。习题课习题课公式公式(gngsh)：或第20页/共45页第二十一页，共45页。例例1 常常压压下下，用用煤煤油油从从苯苯蒸蒸汽汽和和空空气气混混合合物物中中吸吸收收苯苯，吸吸收收率率为为99%，混混合合气气量量为为53kmol/h。入入塔塔气气中中含含苯苯2%（体体积积%），入入塔塔煤煤油油中中含含苯苯0.02%（摩摩尔尔(m r)分分率率）。溶溶剂剂用用量量为为最最小小用用量量的的1.5倍倍，在在操操作作温温度度50下下，相相平平衡衡关关系系为为y*=0.36x，总总传传质质系系数数Ky
14、a=0.015kmol/(m3 s)，塔径为，塔径为1.1米。试求所需填料层高度。米。试求所需填料层高度。设计设计(shj)型举例型举例溶剂溶剂(rngj)用量为最小用量的用量为最小用量的 1.5倍倍y*=0.36x第21页/共45页第二十二页，共45页。设计设计(shj)型举例型举例溶剂溶剂(rngj)用量为最小用量的用量为最小用量的1.5倍倍y*=0.36x第22页/共45页第二十三页，共45页。设计设计(shj)型举例型举例第23页/共45页第二十四页，共45页。操作操作(cozu)型举例型举例例例2 在在逆逆流流操操作作的的填填料料吸吸收收塔塔中中，对对某某一一低低浓浓气气体体中中的的
15、溶溶质质组组分进行吸收，现因故分进行吸收，现因故 (1)吸收剂入塔浓度变大，吸收剂入塔浓度变大，(2)吸收剂用量变小，吸收剂用量变小，而而其其它它操操作作条条件件均均不不变变，试试分分析析出出塔塔气气体体、液液体体浓浓度度如如何何(rh)变变化化？1定性分析定性分析(dngxngfnx)快速分析快速分析作图作图+排除法排除法吸收因数法吸收因数法第24页/共45页第二十五页，共45页。操作操作(cozu)型举例型举例(1)吸收剂入塔浓度变大吸收剂入塔浓度变大解法一：快速分析解法一：快速分析(fnx)x2变大时，将使传质推动变大时，将使传质推动力变力变 小，故不利于吸收，因此，小，故不利于吸收，因
16、此，y2 变大，变大，第25页/共45页第二十六页，共45页。操作操作(cozu)型举例型举例(1)当吸收剂入塔浓度当吸收剂入塔浓度(nngd)x2变大时变大时解法二：作图解法二：作图+排除法排除法L/G不变不变 第26页/共45页第二十七页，共45页。操作操作(cozu)型举例型举例第27页/共45页第二十八页，共45页。操作(cozu)型举例关于关于(guny)x1：排除法：排除法假设假设x1不变、变小，作图不变、变小，作图可知可知(k zh)NOG将变小，将变小，故故H将变小，与将变小，与H一定相一定相矛盾，因此矛盾，因此第28页/共45页第二十九页，共45页。操作(cozu)型举例(1
17、)当吸收当吸收(xshu)剂入塔浓度剂入塔浓度x2变大时变大时解法三：吸收解法三：吸收(xshu)因数法因数法NOG（y1-mx2）/（y2-mx2）S增大增大(zn d)由题意可知：由题意可知：NOGH/HOG不变不变由右图可知，由右图可知，又又x2变大，故变大，故y2 变大变大第29页/共45页第三十页，共45页。至于至于x1：仍需用仍需用(x yn)排除法判定，下略。排除法判定，下略。第30页/共45页第三十一页，共45页。操作操作(cozu)型举型举例例(2)当吸收剂用量变当吸收剂用量变(lingbin)小时小时解法解法(ji f)一：快速分析一：快速分析吸收剂用量变小时，不利于吸收，
18、吸收剂用量变小时，不利于吸收，因此，因此，y2 变大。变大。第31页/共45页第三十二页，共45页。操作(cozu)型举例(2)当吸收剂用量变当吸收剂用量变(lingbin)小时小时解法二：作图解法二：作图+排除法排除法第32页/共45页第三十三页，共45页。操作操作(cozu)型举例型举例b假设假设(jish)y2变小变小第33页/共45页第三十四页，共45页。操作操作(cozu)型型举例举例a假设假设(jish)x1不变不变b假设假设(jish)x1 变小变小第34页/共45页第三十五页，共45页。操作(cozu)型举例解法解法(ji f)三：吸收因数法三：吸收因数法(2)当吸收剂用量变当
19、吸收剂用量变(lingbin)小时小时由题意可知：由题意可知：NOGH/HOG变小或不变变小或不变由右图可知，由右图可知，故故y2变大变大NOG（y1-mx2）/（y2-mx2）S增大增大第35页/共45页第三十六页，共45页。至于至于x1：仍需用仍需用(x yn)排除法判定，下略。排除法判定，下略。第36页/共45页第三十七页，共45页。练习练习 在在逆逆流流操操作作的的填填料料吸吸收收塔塔中中，对对某某一一低低浓浓气气体体中中的的溶溶质质(rngzh)组组分进行吸收，现因故分进行吸收，现因故 (1)气体入塔浓度气体入塔浓度y1变小，变小，(2)G变小，变小，而其它操作条件均不变，试分析出塔
20、气体、液体浓度如何变化？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页第三十八页，共45页。解法一：快速解法一：快速(kui s)分析分析 y1变小，变小，y2必变小。必变小。解法解法(ji f)二：作图二：作图+排除法排除法(1)气体入塔浓度气体入塔浓度(nngd)y1 变小变小与与H不变相矛盾，故假设不成立不变相矛盾，故假设不成立第38页/共45页第三十九页，共45页。关于关于(guny)x1：排除法排除法假设假设x1不变、变大，作图可知不变、变大，作图可知NOG将变大，故将变大，故H将变大，与将变大，与H一定相矛盾一定相矛盾(modn)，因此，因此，x1将变小
21、。将变小。解法三：吸收解法三：吸收(xshu)因数法因数法查图可知：至于至于x1 的变化仍需用作图与排除法的变化仍需用作图与排除法第39页/共45页第四十页，共45页。(2)G变小时变小时(xiosh)第40页/共45页第四十一页，共45页。思考：思考：在在逆逆流流(nli)操操作作的的填填料料吸吸收收塔塔中中，对对某某一低浓气体中的溶质组分进行吸收，现因故一低浓气体中的溶质组分进行吸收，现因故 (1)气体入塔浓度气体入塔浓度y1变大，变大，(2)G变大，变大，而而其其它它操操作作条条件件均均不不变变，试试分分析析出出塔塔气气体体、液体浓度如何变化？液体浓度如何变化？第41页/共45页第四十二
22、页，共45页。操作(cozu)型举例例例2 某某吸吸收收塔塔在在101.3kPa、293K下下用用清清水水逆逆流流吸吸收收丙丙酮酮空空气气混混合合气气体体（可可视视为为低低浓浓气气体体）中中的的丙丙酮酮。当当操操作作液液气气比比为为2.1时时，丙丙酮酮回回收收率率可可达达95%。已已知知物物系系平平衡衡关关系系为为y=1.18x，吸吸收收过过程程大大致致为为气气膜膜控控制制，气气相相总总传传质质系系数数Kya G0.8。今今气气体体流流量量增增加加20%，而而液液量量及及气气液液进进口口浓浓度度不不变变，试求：试求：(1)回收率变为多少？回收率变为多少？(2)单位单位(dnwi)时间内被吸收的丙酮量增加多少？时间内被吸收的丙酮量增加多少？y=1.18xKya G0.8气体流量气体流量(liling)增加增加20%第42页/共45页第四十三页，共45页。操作(cozu)型举例y=1.18xKya G0.8原工况下：原工况下：气体气体(qt)流量增加流量增加20%新工况下：新工况下：解：解：(1)(1)回收率变为多少回收率变为多少(dusho)(dusho)？第43页/共45页第四十四页，共45页。操作操作(cozu)型型举例举例(2)单位时间内被吸收的丙酮量增加单位时间内被吸收的丙酮量增加(zngji)多少？多少？第44页/共45页第四十五页，共45页。