賈紹義《化工傳質(zhì)與分離過程》（第2版）筆記和考研真題詳解

目錄內(nèi)容簡介目錄緒論O1復(fù)習(xí)筆記02名?？佳姓骖}詳解第1章傳質(zhì)過程基礎(chǔ)復(fù)習(xí)筆記名校考研真題詳解第2章氣體吸收復(fù)習(xí)筆記名?？佳姓骖}詳解第3章蒸儲(chǔ)復(fù)習(xí)筆記名校考研真題詳解第4章氣液傳質(zhì)設(shè)備復(fù)習(xí)筆記名?？佳姓骖}詳解第5章液-液萃取復(fù)習(xí)筆記名?？佳姓骖}詳解第6章固體物料的干燥6.1復(fù)習(xí)筆記62名校考研真題詳解第7章其他傳質(zhì)與分離過程復(fù)習(xí)筆記名?？佳姓骖}詳解緒論0.1復(fù)習(xí)筆記一、傳質(zhì)分離方法的分類依據(jù)物理化學(xué)原理的不同，傳質(zhì)分離過程可分為平衡分離和速率分離兩大類。1平衡分離過程平衡分離過程是指借助分離媒介（如熱能、溶劑、吸附劑等），使均相混合物系統(tǒng)變?yōu)閮上囿w系，再以混合物中各組分在處于平衡的兩相中分配關(guān)系的差異為依據(jù)而實(shí)現(xiàn)分離的過程。根據(jù)兩相狀態(tài)的不同，平衡分離過程可分為：（1）氣液傳質(zhì)過程，如吸收（或脫吸）、氣體的增濕和減濕。（2）汽液傳質(zhì)過程，如液體的蒸儲(chǔ)和精儲(chǔ)。（3）液液傳質(zhì)過程，如萃取。（4）液固傳質(zhì)過程，如結(jié)晶（或溶解）、浸取、吸附（脫附）、離子交換、色層分離、參數(shù)泵分離等。（5）氣固傳質(zhì)過程，如固體干燥、吸附（脫附）等。在平衡分離過程中，i組分在兩相中的組成關(guān)系常用分配系數(shù)（又稱相平衡比）K來表示,K嚴(yán)yjq即K值的大小取決于物系特性及操作條件（如溫度和壓力等）。組分i和j的分配系數(shù)K和K之比稱為分離因子的，即通常將K值大的當(dāng)作分子，a”一般大于1。當(dāng)為偏離1時(shí)，可采用平衡分離過程使均相混合物得以分離，a“越大越容易分離。2速率分離過程速率分離過程是指借助某種推動(dòng)力，如濃度差、壓力差、溫度差、電位差等的作用，某些情況下在選擇性透過膜的配合下，利用各組分?jǐn)U散速度的差異而實(shí)現(xiàn)混合物分離操作的過程。速率分離過程可分為：（1）膜分離;（2）場分離。二、傳質(zhì)設(shè)備1對傳質(zhì)設(shè)備性能要求（1）單位體積中，兩相的接觸面積應(yīng)盡可能大，兩相分布均勻，避免或抑制短路及返混;（2）流體的通量大，單位設(shè)備體積的處理量大；（3）流動(dòng)阻力小，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)動(dòng)力消耗低；（4）操作彈性大，對物料的適應(yīng)性強(qiáng)；（5）結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，操作調(diào)節(jié)方便，運(yùn)行可靠安全。2傳質(zhì)設(shè)備分類（1）按照所處理物系的相態(tài)可分為氣（汽）液傳質(zhì)設(shè)備（用于蒸儲(chǔ)及吸收等）、液液傳質(zhì)設(shè)備（用于萃取等）、氣固傳質(zhì)設(shè)備（用于干燥、吸附）、液固傳質(zhì)設(shè)備（用于吸附、浸取、離子交換等）。（2）按照兩相的接觸方式可分為分級接觸設(shè)備（如各種板式塔、多級混合-澄清槽、多層流化床吸附等）和微分接觸設(shè)備（如填料塔、膜式塔、噴淋塔、移動(dòng)床吸附柱等）。(3)按促使兩相混合和實(shí)現(xiàn)兩相密切接觸的動(dòng)力①依靠一種流體自身所具有的能量分散到另一相中去的設(shè)備，如大多數(shù)的板式塔、填料塔、流化床、移動(dòng)床等；②依靠外加能量促使兩相密切接觸的設(shè)備，如攪拌式混合-澄清槽、轉(zhuǎn)盤塔、脈沖填料塔、往復(fù)式篩板塔等。0.2名?？佳姓骖}詳解本章為非重點(diǎn)內(nèi)容，暫未編選名?？佳姓骖}，如有最新真題會(huì)及時(shí)更新。第1章傳質(zhì)過程基礎(chǔ)1.1復(fù)習(xí)筆記質(zhì)量傳遞是指當(dāng)物系中的某組分存在濃度梯度時(shí)，該組分由高濃度區(qū)向低濃度區(qū)的遷移的過程。一、傳質(zhì)概論1混合物組成的表示方法(1)質(zhì)量濃度單位體積混合物中某組分的質(zhì)量稱為該組分的質(zhì)量濃度，以符號p表示。組分A的質(zhì)量濃度定義式為PA=等P-?仍設(shè)痛A物由N個(gè)組分組成，則混合物的總質(zhì)量濃度為(2)物質(zhì)的量濃度單位體積混合物中某組分的物質(zhì)的量稱為該組分的物質(zhì)的量濃度，簡稱濃度，以符號c表示。組分A的物質(zhì)的量濃度定義式為設(shè)漏合物由N個(gè)組分組成，則混合物的總物質(zhì)的量濃度為組分A的質(zhì)量濃度與物質(zhì)的量濃度的關(guān)系為(3)質(zhì)量分?jǐn)?shù)混合物中某組分的質(zhì)量與混合物總質(zhì)量之比稱為該組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以符號3表示。組分A的質(zhì)量分?jǐn)?shù)定義式為NSw<=1暴混合物由N個(gè)組分組成，則有(4)摩爾分?jǐn)?shù)混合物中某組分的物質(zhì)的量與混合物總物質(zhì)的量之比稱為該組分的摩爾分?jǐn)?shù)，以符號x表示。組分A的摩爾分?jǐn)?shù)定義式為=i方混合物由N個(gè)組分組成，則有當(dāng)混合物為氣液兩相體系時(shí)，常以x表示液相中的摩爾分?jǐn)?shù)，y表示氣相中的摩爾分?jǐn)?shù)。組分i的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與摩爾分?jǐn)?shù)的互換關(guān)系為x,=%,/M(5)質(zhì)量比混合物中某組分質(zhì)量與惰性組分質(zhì)量的比值稱為該組分的質(zhì)量比，以符號了表示。若混合物中除組分A外，其余為惰性組分，則組分A的質(zhì)量比定義式為Q產(chǎn)一I-WA質(zhì)量比與質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系為(6)摩爾比混合物中某組分物質(zhì)的量與惰性組分物質(zhì)的量的比值稱為該組分的摩爾比，以符號X表示。若混合物中除組分A外，其余為惰性組分，則組分A的摩爾比定義式為―“A摩爾比與摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系為“仔當(dāng)混合物為氣液兩相體系時(shí)，常以X表示液相的摩爾比，丫表示氣相的摩爾比。2傳質(zhì)的速度與通量（1）傳質(zhì)的速度設(shè)系統(tǒng)由A、B兩組分組成，組分A、B通過系統(tǒng)內(nèi)任一靜止平面的速度為山、Ub,該二元混合物通過此平面的速度為u或%（u以質(zhì)量為基準(zhǔn)，%以摩爾為基準(zhǔn)）。UA、UB代表組分A、B的實(shí)際移動(dòng)速度，稱為絕對速度；U或Um代表混合物的移動(dòng)速度，稱為主體流動(dòng)速度或平均速度；UA-U,UB-U或Ua-Ub、UB-Um代表相對于主體流動(dòng)速度的移動(dòng)速度，稱為擴(kuò)散速度。（2）傳質(zhì)的通量單位時(shí)間通過垂直于傳質(zhì)方向上單位面積的物質(zhì)量稱為傳質(zhì)通量。傳質(zhì)通量等于傳質(zhì)速度與濃度的乘積。①以絕對速度表示的質(zhì)量通量設(shè)二元混合物的總質(zhì)量濃度為p,組分A、組分B的質(zhì)量濃度分別為Pa、Pb,則以絕對速"A=pA“A度表示的質(zhì)量通量為〃=+〃H=pA〃A+pB〃B=p〃混合物的總質(zhì)量通量為得?==+/OKMB)設(shè)二元混合物的總物質(zhì)的量濃度為c,組分A、組分B的物質(zhì)的量濃度分別為Ca、cb,則以絕對速度表示的摩爾通量為Na=ca〃aNb=cbwbN=NA+NH=UA&A+cB"B=C〃m混合物的總摩爾通量為得Mm +CB〃B)C②以擴(kuò)散速率表示的質(zhì)量通量jA=pA("A—“)擴(kuò)散速率與濃度的乘積稱為以擴(kuò)散速率表示的質(zhì)量通量，即Ja=Ca(Ua-?n>)Jh=CB(?B-?m)jA一一以擴(kuò)散速率表示的組分A的質(zhì)量通量，kg/(m”)；jE一一以擴(kuò)散速率表示的組分B的質(zhì)量通量，kg/(mz.s)；JA一一以擴(kuò)散速率表示的組分A的摩爾通量，kmol/Cm^-s)；h一一以擴(kuò)散速率表示的組分B的摩爾通量，kmol/(m〃s)。J=）a+>b對兩組分系統(tǒng)，有J=Ja+Jb③以主體流動(dòng)速度表示的質(zhì)量通量pAU=pA［LpA“a+/5UUB）］=aA（”A+”B）主體流動(dòng)速度與濃度的乘積稱為以主體流動(dòng)速度表示的質(zhì)量通量，即pB“=aB（”A+”B）CAUm=CA［；（，AUA+rB“B）］=J"A（NA+Nu）cb〃e="b（Na+Nb）3質(zhì)量傳遞的基本方式（1）分子傳質(zhì)①分子擴(kuò)散現(xiàn)象分子傳質(zhì)又稱為分子擴(kuò)散，簡稱為擴(kuò)散，它是由于分子的無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)而形成的物質(zhì)傳遞現(xiàn)象。②費(fèi)克第一定律描述分子擴(kuò)散的通量或速率的方程為費(fèi)克第一定律，數(shù)學(xué)表達(dá)式"=-Dab警及Ja>)b 組分A、B的質(zhì)量擴(kuò)散通量,kg/(m2,s)；‘招'第——組分A、B在擴(kuò)散方向的質(zhì)量濃度梯度，(kg/ms)/m；Dab——組分A在組分B中的擴(kuò)散系數(shù)，nv/s；DBa——組分B在組分A中的擴(kuò)散系數(shù)，nv/s。若以摩爾為基準(zhǔn)，則菲克定律可表達(dá)成以下形式及卜、Jb——組分A、B的摩爾擴(kuò)散通量，kmol/(mZ-s)；&AdfBk'du 組分A、B在擴(kuò)散方向的濃度梯度，(kmol/nv)/m。對兩組分?jǐn)U散系統(tǒng)，凈的擴(kuò)散通量為零。即在總物質(zhì)的量濃度不變的情況下，則Dab=Oba"a=-D+&A(”A+"B)菲克第一定的普遍表達(dá)形式Na=-D寸+ma（Na+Nb）同理組分的實(shí)際傳質(zhì)通量=分子擴(kuò)散通量+主體流動(dòng)通量(2)對流傳質(zhì)①渦流擴(kuò)散渦流擴(kuò)散是指憑借流體質(zhì)點(diǎn)的湍動(dòng)和旋渦來傳遞物質(zhì)的現(xiàn)象。A--C器對于渦流貨散，擴(kuò)散通量表達(dá)式為卜A 渦流質(zhì)量通量，kg/(mz-s)；網(wǎng) 渦流摩爾通量,kmol/(mz-s)；eM 渦流擴(kuò)散系數(shù)，mz/So分子擴(kuò)散系數(shù)D是物質(zhì)的物理性質(zhì)，僅與溫度、壓力及組成等因素有關(guān)；渦流擴(kuò)散系數(shù)GM與流體的性質(zhì)無關(guān)，與湍動(dòng)的強(qiáng)度、流道中的位置、壁粗糙度等因素有關(guān)。②對流傳質(zhì)對流傳質(zhì)是指壁面與運(yùn)動(dòng)流體之間，或兩個(gè)有限互溶的運(yùn)動(dòng)流體之間的質(zhì)量傳遞。NAa對流傳質(zhì)的基本方程N(yùn)a 對流傳質(zhì)的摩爾通量，kmol/(rn2-s)；△Ca 組分A在界面處的濃度與流體主體濃度之差，kmol/ms；k 對流傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(m2-s)o二、分子傳質(zhì)(擴(kuò)散)1氣體中的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散(1)等分子反方向擴(kuò)散設(shè)由A、B兩組分組成的二元混合物中，組分A、B進(jìn)行反方向擴(kuò)散，若二者擴(kuò)散的通量相等，則稱為等分子反方向擴(kuò)散。Na="<cai-CA2>①擴(kuò)酚通量方程△?=Z2-Z\當(dāng)擴(kuò)散系統(tǒng)處于低壓時(shí)，氣相可按理想氣體混合物處理，則Na=Ja=^p^51A2)CA—QU_LN13-CA2ZLV②濃度分布方程PalPmnl*或(2)組分A通過停滯組分B的擴(kuò)散①擴(kuò)散通量方程N(yùn)a=麗瑞嬴"al。"In四phi其中PBM——組分B的對數(shù)平均分壓。比較上式與必=八七號(次一/G可得Na=Ja煮P/PBM反映了主體流動(dòng)對傳質(zhì)速率的影響，定義為“漂流因數(shù)"。因P>Pbm,所以漂流因數(shù)p/pBM>lo當(dāng)混合氣體中組分A的濃度很低時(shí)，pBM*p.p/pBM?lo②濃度分布方程1-"―(1-川)(^^)1-yAl'I->Al>P_Aa_/P-PA2p-Pht PAI)或2液體中的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散(1)液體中的擴(kuò)散通量方程0=-D辛+乎Na+Nu)穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散時(shí)，氣體的擴(kuò)散系數(shù)D及總濃度c均為常數(shù)；液體中A的擴(kuò)散系數(shù)隨濃度而變,總濃度在整個(gè)液相中也并非到處一致。(2)等分子反方向擴(kuò)散擴(kuò)散通量方程N(yùn)a=Ja=?(cai—ca2)-ACAI=N-C人-*CMNl-Z2濃度分布方程(3)組分A通過停滯組分B的擴(kuò)散擴(kuò)散通量方程N(yùn)a=Dln￡￡iZ￡Aias-5△之CRMCbm一一停滯組分B的對數(shù)平均濃度，由下式定義Nk=^(CAI-CAZ)當(dāng)液體為稀溶液時(shí)，Cav/CBM?1,于是濃度分布方程為三、對流傳質(zhì)1對流傳質(zhì)的類型與機(jī)理(1)對流傳質(zhì)的類型根據(jù)流體流動(dòng)產(chǎn)生的原因，可分為強(qiáng)制對流傳質(zhì)和自然對流傳質(zhì)。根據(jù)流體的作用方式，可分為流體與固體壁面間的傳質(zhì)、兩流體通過相界面的傳質(zhì)，即相際間的傳質(zhì)。（2）對流傳質(zhì)的機(jī)理當(dāng)流體以湍流流過固體壁面時(shí)，在壁面附近形成湍流邊界層。在湍流邊界層中，與壁面垂直的方向上，分為層流內(nèi)層、緩沖層和湍流主體三部分。在層流內(nèi)層中，流體沿著壁面平行流動(dòng)，在與流向相垂直的方向上，只有分子的無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，壁面與流體之間的質(zhì)量傳遞以分子擴(kuò)散形式進(jìn)行。在緩沖層中，流體既有沿壁面方向的層流流動(dòng)，又有一些旋渦運(yùn)動(dòng)，該層內(nèi)的質(zhì)量傳遞既有分子擴(kuò)散，也有渦流擴(kuò)散，二者的作用同樣重要。在湍流主體中，發(fā)生強(qiáng)烈的旋渦運(yùn)動(dòng)，渦流擴(kuò)散遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于分子擴(kuò)散，分子擴(kuò)散的影響可忽略不計(jì)。2濃度邊界層與對流傳質(zhì)系數(shù)（1）濃度邊界層當(dāng)流體流過固體壁面時(shí)，若流體與固體壁面間存在濃度差，受壁面濃度的影響，在與壁面垂直方向上的流體內(nèi)部將建立起濃度梯度，該濃度梯度自壁面向流體主體逐漸減小。通常將壁面附近具有較大濃度梯度的區(qū)域稱為濃度邊界層或傳質(zhì)邊界層。（2）對流傳質(zhì)系數(shù)Ga=NaS=AS（ca.一皿）根據(jù)對流傳質(zhì)速率方程，固體壁面與流體之間的對流傳質(zhì)速率為Ga 對流傳質(zhì)速率，kmol/s；S 傳質(zhì)面積，mJ；Cas 壁面濃度，kmol/m3；cAb 流體的主體濃度或稱為平均濃度，kmo）/m3o3相際間的對流傳質(zhì)模型(1)雙膜模型雙膜模型又稱停滯膜模型。圖1-1雙膜模型示意圖①雙膜模型的設(shè)想a.當(dāng)氣液兩相相互接觸時(shí)，在氣液兩相間存在著穩(wěn)定的相界面，界面兩側(cè)各有一個(gè)很薄的停滯膜，溶質(zhì)A經(jīng)過兩膜層的傳質(zhì)方式為分子擴(kuò)散。b.在氣液相界面處，氣液兩相處于平衡狀態(tài)。c.在兩個(gè)停滯膜以外的氣液兩相主體中，由于流體的強(qiáng)烈湍動(dòng)，各處濃度均勻一致。雙膜模型把復(fù)雜的相際傳質(zhì)過程歸結(jié)為兩種流體停滯膜層的分子擴(kuò)散過程，在相界面處及兩相主體中均無傳質(zhì)阻力存在，整個(gè)相際傳質(zhì)過程的阻力全部集中在兩個(gè)停滯膜層內(nèi)。②對流傳質(zhì)系數(shù)的確定a.等分子反方向擴(kuò)散koc一一氣膜對流傳質(zhì)系數(shù)，上標(biāo)"?！北硎驹跉饽?nèi)進(jìn)行等分子反方向擴(kuò)散。組分A通過液膜的擴(kuò)散通量方程為?=2.,Dp*<；'RTzc/>bmb.組分A通過停滯組分B的擴(kuò)散kc,一一氣膜內(nèi)進(jìn)行組分A通過停滯組分B擴(kuò)散時(shí)的對流傳質(zhì)系數(shù)。同理，組分A通過液膜的對流傳質(zhì)系數(shù)可參照上式寫出,Dc“QBML一液膜內(nèi)進(jìn)行組分A通過停滯組分B擴(kuò)散時(shí)的對流傳質(zhì)系數(shù)。對流傳質(zhì)速率方程可寫成如下通用形式：對流傳質(zhì)通量=對流傳質(zhì)系數(shù)x濃度差對流傳質(zhì)速率方程和對流傳質(zhì)系數(shù)如表1-1所示。表1-1對流傳質(zhì)速率方程和對流傳質(zhì)系數(shù)氣相傳質(zhì)速率方程與傳質(zhì)系數(shù)Na-AgA/>aNa= NaTQa等分子反方向擴(kuò)散組分A通過停滯組分B的擴(kuò)散N—kCeC-k\=h=G=k(, =kyynM— =kcyu\lc=kc>HMp氣相傳質(zhì)系數(shù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系液相傳質(zhì)速率方程與傳質(zhì)系數(shù)Na-^lAca等分子反方向擴(kuò)散Na-^lAca等分子反方向擴(kuò)散Na=F4a組分A通過停滯組分B的擴(kuò)散必=瓦.&>Na=A△la液相傳質(zhì)系數(shù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系*LC.v—*1. ~k\=J-?M~令（2）溶質(zhì)滲透模型（2）溶質(zhì)滲透模型圖1-2溶質(zhì)滲透模型示意圖溶質(zhì)滲透模型的設(shè)想①液面是由無數(shù)微小的流體單元所構(gòu)成，當(dāng)氣液兩相處于湍流狀態(tài)相互接觸時(shí)，液相主體中的某些流體單元運(yùn)動(dòng)至界面便停滯下來。在氣液未接觸前（6V0）,流體單元中溶質(zhì)的濃度和液相主體的濃度相等（Ca=Ca。）。接觸開始后（0>0）,相界面處（z=0）立即達(dá)到與氣相的平衡狀態(tài)（Ca=Ca,）。在流體單元深處（Z=Zb）,仍保持原來的主體濃度（Ca=Cao）o②流體單元不斷進(jìn)行交換，每批流體單元在界面暴露的時(shí)間在是一樣的。（3）表面更新模型表面更新模型又稱為滲透-表面更新模型。表面更新模型的設(shè)想：溶質(zhì)向液相內(nèi)部的傳質(zhì)為非穩(wěn)態(tài)分子擴(kuò)散過程，但否定表面上的流體單元有相同的暴露時(shí)間，認(rèn)為液體表面是由具有不同暴露時(shí)間（或稱"年齡"）的液面單元所構(gòu)成。4動(dòng)量、熱量與質(zhì)量傳遞之間的類比(1)三傳類比的基本概念三傳類比是指對三種傳遞過程進(jìn)行類比和分析，建立一些物理量間的定量關(guān)系。表1-2三傳類比有關(guān)的物理量或公式對照物鹿fit或公式動(dòng)量傳遞熱?傳出質(zhì)?傳遞分子傳遞的通量一等Ja--d招分子始敷系數(shù)VaD濟(jì)武傳通的通?-W-§7-八一w卷料流/敕系數(shù)wWHem敏度林度d，d?/>r>r)dy&A?a7―過”*的速*方改r.- -/w.)(X)J曲"、一”?>濃度豌ILix/。-k川<■——?*3?傳通系0彳?h*：(2)三傳類比的滿足條件①物性參數(shù)可視為常數(shù)或取平均值；②無內(nèi)熱源；③無輻射傳熱；④無邊界層分離，無形體阻力；⑤傳質(zhì)速率很低，速度場不受傳質(zhì)的影響。(3)三傳類比表達(dá)式①雷諾類比當(dāng)湍流流體與壁面間進(jìn)行動(dòng)量、熱量和質(zhì)量傳遞時(shí)，湍流中心一直延伸到壁面，故雷諾類比為單層模型。雷諾類比表達(dá)式

^=St=St'或st一一為傳質(zhì)的斯坦頓數(shù)，它與傳熱的斯坦頓數(shù)st相對應(yīng)。雷諾類比的適用條件：只有當(dāng)Pr=l及Sc=l時(shí)，才可把湍流區(qū)一直延伸到壁面，用簡化的單層模型來描述整個(gè)邊界層，此即雷諾類比的適用條件。②普朗特-泰勒類比湍流邊界層由湍流主體和層流內(nèi)層組成。動(dòng)量和熱量傳遞類比A_ (〃2)pc,ub-1+5y/fVilPr-US-產(chǎn)以1+5S-產(chǎn)以1+5v7/2(Pr-l)_ <//2)Wb*-1+5v772(Sc-1)動(dòng)量和質(zhì)量傳遞類比//21+55/772(Sc-1)

Ub——圓管的主體流速。當(dāng)Pr=Sc=l時(shí)，兩式可簡化為回到雷諾類比。對Pr=Sc=0.5?2.0的介質(zhì)，普朗特-泰勒類比與試驗(yàn)結(jié)果相當(dāng)吻合。③馮?卡門類比湍流邊界層由湍流主體、緩沖層、層流內(nèi)層組成。.=st?=卜 111 1+5/772{(Pr-l)+lnr(l+5Pr)/61}“以1+5v772{(Pr-l)+ln[(l+5Pr)/6])動(dòng)量和質(zhì)量傳遞類比k：= "⑵- S/n"二 -== 出 1+5y772{(Sc-l)+ln[(l+5Sc)/6]} Ub1+5 +根據(jù)光滑管的速度側(cè)型方程推導(dǎo)，但它也適用于粗糙管，對于后者僅需將式中的摩擦系數(shù)f用粗糙管的f代替即可。對Pr、Sc極小的流體，如液態(tài)金屬，該式則不適用。④契爾頓-柯爾本類比Nu一Nu一NuRePr13RePrStP/”動(dòng)量傳遞與熱量傳遞類比/)?=2所以Jh 傳熱j因數(shù)。流體在管內(nèi)湍流傳質(zhì)時(shí)Sh_fReSc'L2故有.fJH="=3動(dòng)量、熱量和質(zhì)量傳遞的契爾頓-柯爾本的廣義類比式為適用范圍為：0.6VPrV100,0.6<Sc<2500o當(dāng)Pr=l(Sc=l)時(shí)，契爾頓-柯爾本類比式就變?yōu)槔字Z類比式。5對流傳質(zhì)系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式表1-3對流傳質(zhì)系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式

流動(dòng)狀況條 件"q公式蕃ft圜府內(nèi)流動(dòng)Rr-4000~60000Sr=0.6?3000023Rr?”SA-O.O23Rr"**&*1R.=—aR-10000?400000Sr>100〃，-0.OM9KL,，Sh=O、0149" 1d㈣fl輕,m“?-主體流速?m/n海體平行就過平板RY80OOS(-0.6-2500Pr-0.6?I。。,n-0.664K.***SA-O.66430”，Re-LttcpRr>5XI>*Sr-0.6-2500Pr-0.6700jn—O.036&°1SA-0.036R*.BSc??L一板K?mm?一邊界?外就塞?m/>流體氣體流過取個(gè)an球Kll?4?00<)Sr—0.6?2.7SA—2t0.552?<*^Sr**&流過液體流過R-2?20005^-2^0.951?/*Sr?1d,球形的虎榜.mu.遠(yuǎn)離Nf&iWHi體的速皮.m/s軼個(gè)單個(gè)圜竦Rr-2000—17000SA-=O.347Rr"^Scl??阿施體與■內(nèi)間PrKrScOOOOOSA74.0+1.21Pr*')11作V渡潼動(dòng)Pe^Rr&>10000Sh-Pl漉體雄憑渡過中一圜柱體&TOO?25000Sc?O.6?2?6然-0.28］秋，…夕?'《r?G.為庫爾波速?kmol/Cfrr-M)時(shí)熱史d.Ml柱體直徑，m“a遠(yuǎn)■!?柱體表曲流體的建JX?m/s氣體流過竦彩敕子聞定康&-90T000Sr-0.6產(chǎn)R，…Rl^￡髀〃，一?花直抬.m空塔海速?m/2t-(Vk-Vr)/Vh匕總體網(wǎng)?m’Vr?軌體租,m’流體Rr-5000—10300Sr-0?67(?=-0.95)m^~~Red”‘能過闔定床液體流過球形粒子19定床R"0.0016?55<-0.35?0?75Sr-165-70600,。-產(chǎn)&7■Rr-55-1500f-0.35-0.75Sr-165?106禁7O-^-^Rr21液體就過球影?敕液化糜&-207000A1. 0.S63〃，-0.01+5城_0.483p4一?Nfl：&?m“?一空塔流速?m/n1.2名?？佳姓骖}詳解一、選擇題1單向擴(kuò)散中的漂流因素（ ）。［中南大學(xué)2009研］>1<1=1D.不一定【答案】A2根據(jù)傳質(zhì)雙膜理論，氣膜傳質(zhì)分系數(shù)%的數(shù)值正比于（ ）。［北京理工大學(xué)2007研］A.溶質(zhì)的氣相主體濃度B.氣膜厚度C.溶質(zhì)的氣相界面濃度D.氣相中分子擴(kuò)散系數(shù)【答案】B【解析】雙膜理論基于這樣的認(rèn)識，即當(dāng)液體湍流流過固體溶質(zhì)表面時(shí)，固液間傳質(zhì)阻力全部集中在液體內(nèi)緊靠兩相界面的一層停滯膜內(nèi)，此膜厚度大于層流內(nèi)層的厚度，而它提供的分子擴(kuò)散傳質(zhì)阻力恰等于實(shí)際過程中存在的對流傳質(zhì)阻力。3傳質(zhì)速率Na等于擴(kuò)散通量k的條件是：（ ）。［浙江大學(xué)2006研］A.單向擴(kuò)散B.等分子相互擴(kuò)散C.湍流流動(dòng)D.穩(wěn)定過程【答案】B【解析】在單純的等分子相互擴(kuò)散中，物質(zhì)A的傳質(zhì)速率應(yīng)等于A的擴(kuò)散通量。4根據(jù)雙膜理論，當(dāng)被吸收組分在液體中溶解度很小時(shí)，已液相濃度表示的總傳質(zhì)系數(shù)()。［中南大學(xué)2009研］A.大于氣相分傳質(zhì)系數(shù)B.近似等于液相分傳質(zhì)系數(shù)C.小于氣相分傳質(zhì)系數(shù)D.近似等于氣相分傳質(zhì)系數(shù)【答案】B【解析】溶解度很小時(shí)，為液膜控制。二、填空題依據(jù)傳質(zhì)雙膜理論，吸收溶解度很小的氣體，傳質(zhì)過程速率由控制。［北京理工大學(xué)2007研］【答案】液膜控制三、判斷題氣相中一組分通過另一靜止組分的一維穩(wěn)態(tài)分子擴(kuò)散通量可表示為()［北京理工大學(xué)2007研］【答案】x【解析】該過程為單向擴(kuò)散，擴(kuò)散通量 RTSPa. '*o第2章氣體吸收2.1復(fù)習(xí)筆記一、概述1氣體吸收過程氣體吸收是指根據(jù)混合氣體中各組分在某液體溶劑中的溶解度(或化學(xué)反應(yīng)活性)不同而將氣體混合物分離的操作。吸收操作所用的液體溶劑稱為吸收劑，以S表示；混合氣體中，能夠顯著溶解的組分稱為吸收物質(zhì)或溶質(zhì)，以A表示；幾乎不被溶解的組分統(tǒng)稱為惰性組分(也稱為惰氣或載氣)，以B表示。吸收過程是溶質(zhì)由氣相轉(zhuǎn)移至液相的相際傳質(zhì)過程。解吸也稱為脫吸，是吸收過程的逆過程，是使溶質(zhì)從吸收液中釋放出來的過程。2氣體吸收的分類(1)按化學(xué)反應(yīng)是否發(fā)生：①物理吸收；②化學(xué)吸收。(2)按被吸收組分?jǐn)?shù)目：①單組分吸收；②多組分吸收。(3)按溫度是否變化：①等溫吸收；②非等溫吸收。(4)按吸收的濃度：①低組成吸收;②高組成吸收。3氣體吸收的工業(yè)應(yīng)用（1）凈化或精制氣體混合氣中雜質(zhì)的去除；（2）制取某種氣體的液態(tài)產(chǎn)品；（3）分離混合氣體以回收所需組分；（4）工業(yè)廢氣的治理。4吸收劑的選擇選擇吸收劑時(shí)，應(yīng)注意：（1）溶解度吸收劑對溶質(zhì)組分的溶解度要大，這樣可以提高吸收速率并減少吸收劑的耗用量。（2）選擇性吸收劑對溶質(zhì)組分要有良好地吸收能力，對混合氣體中的其他組分無吸收或吸收甚微。（3）揮發(fā)度操作溫度下吸收劑的蒸氣壓要低，因?yàn)槲瘴矚馔鶠槲談┱羝柡?，吸收劑的揮發(fā)度越高，其損失量便越大。（4）黏度吸收劑在操作溫度下的黏度越低，其在塔內(nèi)的流動(dòng)性越好，這有助于傳質(zhì)速率和傳熱速率的提高。（5）其他所選用的吸收劑還應(yīng)盡可能滿足無毒性、無腐蝕性、不易燃易爆、不發(fā)泡、冰點(diǎn)低、價(jià)廉易得以及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等要求。二、氣體吸收的平衡關(guān)系1氣體在液體中的溶解度相平衡或平衡是指在一定的溫度和壓力下，使一定量的吸收劑與混合氣體接觸，氣相中的溶質(zhì)便向液相溶劑中轉(zhuǎn)移，直至液相中溶質(zhì)組成達(dá)到飽和為止。平衡狀態(tài)下氣相中的溶質(zhì)分壓稱為平衡分壓或飽和分壓，液相中的溶質(zhì)組成稱為平衡組成或飽和組成。氣體在液體中的溶解度是指氣體在液體中的飽和組成。加壓和降溫有利于吸收操作，可提高氣體溶質(zhì)的溶解度；減壓和升溫有利于解吸操作。2亨利定律（1）在一定溫度下，當(dāng)總壓不很高時(shí)，稀溶液上方氣體溶質(zhì)的平衡分壓與該溶質(zhì)在液相中的組成之間存在如下的關(guān)系：Pe=EXPe 溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓，kPa；x一一溶質(zhì)在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)；E一一亨利系數(shù)，其數(shù)值隨物系的特性及溫度而異，單位與壓力的單位一致。稀溶液上方的溶質(zhì)分壓與該溶質(zhì)在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)成正比，其比例系數(shù)即為亨利系數(shù)。對于一定的氣體溶質(zhì)和溶劑，亨利系數(shù)隨溫度而變化。一般說來，溫度升高E增大，這體現(xiàn)了氣體的溶解度隨溫度升高而減小的變化趨勢。在同一溶劑中，難溶氣體的E值較大，而易溶氣體的E值則較小。在應(yīng)用亨利定律時(shí)，除要求溶液是理想溶液或稀溶液外，還要求溶質(zhì)在氣相和液相中的分子狀態(tài)必須相同。（2）若將亨利定律表示成溶質(zhì)在液相中的濃度c與其在氣相中的平衡分壓口之間的關(guān)系,=Hri則c一一溶液中溶質(zhì)的物質(zhì)的量濃度（或稱濃度），kmol/m3；Pe 氣相中溶質(zhì)的平衡分壓，kPa；H 溶解度系數(shù)，kmol/(m3-kPa)□溶解度系數(shù)H也是溫度的函數(shù)。對于一定的溶質(zhì)和溶劑，H值隨溫度升高而減小。易溶氣體的H值較大，難溶氣體的H值則較小。(3)若溶質(zhì)在液相和氣相中的組成分別用摩爾分?jǐn)?shù)x和y表示時(shí)，則ye=mxx一一液相中溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)；ye一一與液相成平衡的氣相中溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)；m——相平衡常數(shù)，或稱為分配系數(shù)。對于一定的物系，相平衡常數(shù)m是溫度和壓力的函數(shù)，其數(shù)值可由試驗(yàn)測得。易溶氣體的m值較小，而難溶氣體的m值則較大。摩爾比的定義可知丫一液相中溶質(zhì)的阜爾分?jǐn)?shù)X液相中溶劑的康爾分畋Uy=氣相中溶質(zhì)的*爾分?jǐn)?shù)二y氣相中情性組分的原豕分敏一l-yy

T+ymX

1+(1—m)X當(dāng)溶液組成很低時(shí)，（1-m）X<<1時(shí)，上式可簡化為Ye=mX（4）亨利定律不同表達(dá)式中的系數(shù)，可通過一定的關(guān)系進(jìn)行換算。①m-E之間的關(guān)系mJP溫度升高，總壓下降，則m增大，不利于物理吸收操作的進(jìn)行。H=后標(biāo)s②H-E之間的關(guān)系@H-m之間的關(guān)系3相平衡關(guān)系在吸收過程中的應(yīng)用（1）判斷傳質(zhì)進(jìn)行的方向當(dāng)氣相中溶質(zhì)的實(shí)際組成y大于與液相溶質(zhì)組成相平衡的氣相溶質(zhì)組成「（y>ye）（或液相的實(shí)際組成x小于與氣相組成y相平衡的液相組成汽，即xVxe）,傳質(zhì)由氣相到液相，即進(jìn)行吸收；反之，發(fā)生解吸（或脫吸）。（2）確定傳質(zhì)的推動(dòng)力以氣相組成差表示的推動(dòng)力為4y=y—ye,以液相組成差表示的推動(dòng)力為^x=x,一x。以氣相分壓差表示的推動(dòng)力為4P=p—Pe,以液相組成表示的推動(dòng)力為△C=Ce-Co實(shí)際組成偏離平衡組成的程度越大，過程的推動(dòng)力就越大，其傳質(zhì)速率也將越大。（3）指明傳質(zhì)過程進(jìn)行的極限平衡狀態(tài)是傳質(zhì)過程進(jìn)行的極限。三、氣體吸收速率方程吸收速率是指單位相際傳質(zhì)面積上在單位時(shí)間內(nèi)所吸收溶質(zhì)的量。吸收速率方程是指描述吸收速率與吸收推動(dòng)力之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。1膜吸收速率方程（1）氣膜吸收速率方程N(yùn)a=A（；（M一戶,）kG一一氣膜吸收系數(shù)，kmol/（mzskPa）,氣膜吸收系數(shù)的倒數(shù)口即表示吸收質(zhì)通過氣膜的傳遞阻力，其表達(dá)形式是與氣膜推動(dòng)力（pc—p）相對應(yīng)的。當(dāng)氣相組成以摩爾分?jǐn)?shù)表示時(shí)，相應(yīng)的氣膜吸收速率方程為NA=ky（y—yDy—溶質(zhì)A在氣相主體中的摩爾分?jǐn)?shù)；y—溶質(zhì)A在相界面處的摩爾分?jǐn)?shù)。當(dāng)氣相總壓不很高時(shí)，根據(jù)分壓定律可知pc=pyP尸Pyiky=pkcky——?dú)饽の障禂?shù)，kmol/（m“s）。其倒數(shù)需是與氣膜推動(dòng)力（y—y。相對應(yīng)的氣膜阻力。Na=h(R—ci.)(2)液膜吸收速率方程*i.kL 液膜吸收系數(shù)，kmol/(m2-s-kmol/m3)或m/s。液膜吸收系數(shù)的倒數(shù)人1■表示吸收質(zhì)通過液膜的傳質(zhì)阻力，其表達(dá)形式是與液膜推動(dòng)力(c-a)相對應(yīng)的。當(dāng)液相組成以摩爾分?jǐn)?shù)表示時(shí)，相應(yīng)的液膜吸收速率方程為NA=kx(Xi—x)k=ckikx一一液膜吸收系數(shù)，kmol/(nr”)。其倒數(shù)￡是與液膜推動(dòng)力(x-x)相對應(yīng)的液膜阻力。2總吸收速率方程總吸收速率方程中的吸收系數(shù)，稱為總吸收系數(shù)，以K表示。其倒數(shù)1/K即為總吸收阻力，總阻力是氣膜阻力和液膜阻力之和。(1)以(PG-Pe)表示總推動(dòng)力的吸收速率方程i__I,1元77*?*＜；Kc一一氣相總吸收系數(shù)，kmol/(nvskPa)。量為兩膜總阻力，此總阻力是由氣膜阻力友和液膜阻力兩部分組成；

正~%「或Kg%兒.則行富?2,此時(shí)液膜阻力可忽略，有Ag則行富?2,此時(shí)液膜阻力可忽略，有對于易溶氣體，H值很大,該式表明氣膜阻力控制著整個(gè)吸收過程的速率，吸收的總推動(dòng)力主要用來克服氣膜阻力,這種情況稱為“氣膜控制"。1 1.HKlhkc（2）以（Z-Cl）表示總推動(dòng)力的吸收速率方程N(yùn)a=Ki"-cl)1Kl 液相總吸收系數(shù)，kmol/（mz-S-kmol/ma）即m/s。K為兩膜總阻力，此總阻力是由氣膜阻力系和液膜阻力上兩部分構(gòu)成。蚩比，或Kl.588*!.對于難溶氣體，H值很小，則3-1,此時(shí)氣膜阻力可以忽略，有該式表明液膜阻力控制著整個(gè)吸收過程的速率，吸收總推動(dòng)力的絕大部分用于克服液膜阻力，這種情況稱為“液膜控制"a___m, 1滅—kk（3）以（y-ye）表示總推動(dòng)力的吸收速率方程Ky一一以(y—ye)為總推動(dòng)力的氣相總吸收系數(shù)，kmol/(m“s)。S為吸收總阻力，即兩膜阻力之和。(4)以(上一X)表示總推動(dòng)力的吸收速率方程Kkmh,Na-Km(x,-x>Kx 以(Xe—x)為總推動(dòng)力的液相總吸收系數(shù)，kmol/(m2-s)oK、=mK?NA-=KY(y-y,)(5)以(Y-Ye)表示總推動(dòng)力的吸收速率方程Ky一一以(Y—Ye)為總推動(dòng)力的氣相總吸收系數(shù)，kmol/(m”)，合為兩膜阻力。當(dāng)吸收質(zhì)在氣相中的組成很低時(shí)，Y和Ye都很小，有KgKcpNa=Kx(X,-X)(6)以(兄一X)表示總推動(dòng)力的吸收速率方程K*一一以(Xe-X)為總推動(dòng)力的液相總吸收系數(shù)，kmol/(m”)，《為兩膜總阻力。

Kx*Klc當(dāng)溶質(zhì)在液相中的組成很低時(shí)，Xe和X都很小，有3吸收速率方程及吸收系數(shù)小結(jié)(1)常用的吸收速率方程表2-1常用的吸收速率方程推動(dòng)力吸收系數(shù)表達(dá)式單位符號s位NA=kGNa—kL(Pg-p>)(Ci—Cl)(PG-Pi)(Ci—Cl)kGkLkmol/(m2-s-kPa)Na—kx(Xi—X)(Xi—X)kPa?kmol/m3Kxkmol/[m2s(kmol/nv)[或m/sNA=ky(y-y。(y_y。kykmol/(m2?s)kmol/(nv?s)Na=Kl(Ce-Cl)(Ce-Cl)KlNa=Kg(PG-Pe)(PG—Pe)Kgkmol/[m2-s*(kmol/m3)]或m/sNa=Kx(Xe-X)(Xe-X)kmol/(m2?s?kPa)kmol/(nv?S)NA=Ky(y-ye)(y-ye)ivillUl/II10l\ra口Kykmol/(m2*s)kmol/(m2*s)kmol/Na=Kx(Xe-X)(Xe-X)Kx(nv?s)Na=Ky(Y-Ye)(Y-Ye)Ky吸收速率方程(2)吸收系數(shù)的表達(dá)式及吸收系數(shù)的換算表2-2吸收系數(shù)的換算1.1.1胞啜收條數(shù)表達(dá)式 抵*,?qKJL.且心?!鼠F元吸收事系數(shù)換算關(guān)系1 113*二1 1.1A,一叫總吸收桑數(shù)的換算 K.heK, Kc.-HKi四、低組成氣體吸收的計(jì)算1物料衡算與操作線方程(1)物料衡算r.r,YX~卜■?IIKhUCy圖2-1逆流吸收塔的物料衡算圖塔底截面以下標(biāo)“1"表示，塔頂截面以下標(biāo)“2”表示。V——單位時(shí)間通過吸收塔的惰性氣體量，kmol(B)/s；L——單位時(shí)間通過吸收塔的溶劑量，kmol(S)/s；Yi,丫2——分別為進(jìn)塔和出塔氣體中溶質(zhì)組分的摩爾比，kmol(A)/kmol(B)；Vy1+LX2=VY2+LXiXnX2——分別為出塔和進(jìn)塔液體中溶質(zhì)組分的摩爾比，kmol(A)/kmol(S)。V(Y!-y2)=L(X|-Xz>物理意義：逆流吸收塔中氣液兩相流率V、L和塔底、塔頂兩端的氣液兩相組成丫卜Xi與丫2、2之間的關(guān)系。氣體出塔時(shí)的組成丫2為(Pa一一混合氣體中溶質(zhì)A被吸收的百分率，稱為吸收率或回收率。(2)吸收塔的操作線方程與操作線Y=gX+(Yl畀)丫書+但一如或當(dāng)進(jìn)行吸收操作時(shí)，溶質(zhì)在氣相中的實(shí)際組成丫總是高于與其相接觸的液相平衡組成Yeo反之，如果操作線位于相平衡吐線的下方，則應(yīng)進(jìn)行脫吸過程。2吸收劑用量的確定(1)液氣比操作線的斜率L/V,稱為“液氣比"，是溶劑與惰性氣體摩爾流量的比值。它反映單位氣體處理量的溶劑耗用量大小。L_Yx-Y2vxx-xz(2)最小液氣比如圖2-2所示，在V值一定的情況下，吸收劑用量L減小，操作線的斜率也將變小，點(diǎn)B便沿水平線丫=Yi向右移動(dòng)，結(jié)果是使出塔吸收液的組成增大，而吸收推動(dòng)力相應(yīng)減小。若吸收劑用量減少到恰使點(diǎn)B移至水平線丫=匕與平衡線的交點(diǎn)B?時(shí)，X1=X3亦即塔底流出的吸收液與剛進(jìn)塔的混合氣達(dá)到平衡。圖2-2吸收塔的最小液氣比此種狀況下吸收操作線(BT)的斜率稱為最小液氣比，以(L/V)訕表示，相應(yīng)的吸收劑用量即為最小吸收劑用量，以Li”表示若平衡美系符合亨利定律，可用丫*=mX表示，則可直接用下式算出最小液氣比，即(3)適宜液氣比的選擇吸收劑用量一般取為最小用量的1.1?2.0倍，1=(1.1-2.0)(1)—1.1?2.0遙一或3塔徑的計(jì)算或D 吸收塔的直徑，m；k一一操作條件下混合氣體的體積流量，nr/s；u一一空塔氣速，即按空塔截面計(jì)算的混合氣體的線速度，m/s。4填料層高度的計(jì)算（1）傳質(zhì)單元數(shù)法①傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)a.傳質(zhì)單元高度傳質(zhì)單元高度反映了傳質(zhì)阻力的大小、填料性能的優(yōu)劣以及潤濕情況的好壞。Hoc=K^n氣相總傳質(zhì)單元高度Hog：液相總傳質(zhì)單元高度Ho,.：LKxaQb.傳質(zhì)單元數(shù)傳質(zhì)單元數(shù)反映吸收過程進(jìn)行的難易程度。生產(chǎn)任務(wù)所要求的氣體組成變化越大，吸收過程的平均推動(dòng)力越小，則意味著過程的難度越大，此時(shí)所需的傳質(zhì)單元數(shù)也就越大。②傳質(zhì)單元數(shù)的求法a.脫吸因數(shù)法第一，氣相總傳質(zhì)單元數(shù)_mV?J= L一一解吸因數(shù)（脫吸因數(shù)），反映了吸收過程推動(dòng)力的大小，其值為平衡線斜率與吸收操作線斜率的比值，量綱為1。K-mXz工一自均值的大小反映了溶質(zhì)A吸收率的高低。A'ol=—0L\-A第二，液相總傳質(zhì)單元數(shù)A=mP一一吸收因數(shù)，是脫吸因數(shù)S的倒數(shù)，其值為吸收操作線斜率與平衡線斜率的比值，量綱為lob.對數(shù)平均推動(dòng)力法第一，氣相zYi-L匕f%一些二些AY.,AV,g函AV3一%（匕-J7）—；）”?=7^ 7^匕-y;In函匕-y;一一塔頂與塔底兩截面上吸收推動(dòng)力的對數(shù)平均值，稱為對數(shù)平均推動(dòng)力。X、叱京第二，液相（X；-M）（X；為）1 △,： ￡AX第三，在使用平均推動(dòng)力法時(shí)，當(dāng)2V△XV2或3〈年＜2時(shí)，對數(shù)平均推動(dòng)力可用算術(shù)平均推動(dòng)力替代；當(dāng)平衡線與操作線平行，即S=1時(shí)，NogZ-F；X。c.數(shù)值積分法(2)等板高度法等板高度HETP是指分離效果與一個(gè)理論級(或一層理論板)的作用相當(dāng)?shù)奶盍蠈痈叨?又稱當(dāng)量高度。填料層高度Z=Ni?HETPNt——理論級數(shù)或理論板數(shù)；HETP——等板高度，mZ=A'ol填料層高度=傳質(zhì)單元數(shù)X傳質(zhì)單元高度 °L°LZ=NqHgZ=N、Hl五、解吸1脫吸過程脫吸或解吸：使溶解于液相的氣體釋放出來的操作。2.脫吸方法（1）氣提脫吸；（2）減壓脫吸；（3）加熱脫吸；（4）加熱-減壓脫吸。3解吸過程的說明（1）解吸操作線在平衡線下方，液相濃度大于氣相濃度。（2）解吸過程最小氣液比及氣液比①當(dāng)解吸平衡線為非下凹線時(shí)，操作線的極限位置為與平衡線相交，此時(shí)，對應(yīng)的氣液田比為最小氣液比。以上表示。對應(yīng)的氣體用量為最小用量，記作Vmm。

ayrSQ12! —v*x-%f②生產(chǎn)實(shí)際操作氣液比為最小氣液比的L1?2.0倍,匕L=(LI?2.0)“金實(shí)際載氣流量(3)解吸填料層高度計(jì)算式：Z=N°lH°lv_r^dX'OLTx：X-X1①傳質(zhì)單元數(shù)可以采用平均推動(dòng)力法X「X\In AL&X\AXIn式中XXIn式中XX、,必=X1-X；,AT,=X2-X：②傳質(zhì)單元數(shù)也可用吸收因數(shù)法計(jì)算:②傳質(zhì)單元數(shù)也可用吸收因數(shù)法計(jì)算:\-Aml吸收因數(shù)。2.2名校考研真題詳解一、選擇題1低濃度溶質(zhì)的氣液平衡系統(tǒng)，當(dāng)溫度和壓力不變，而液相總濃度增加時(shí)，其溶解度系數(shù)H將（）。［西北大學(xué)2009研］A.變大B.變小C.不變D.不定【答案】C2吸收塔設(shè)計(jì)中，最大吸收率可2與（ ）無關(guān)。［中南大學(xué)2009研］A.液氣比B.液體入塔濃度發(fā)C.相平衡常數(shù)mD.吸收塔型式【答案】D3對一定的逆流吸收操作體系，若其解吸因數(shù)（1/A）<1,則完成吸收任務(wù)所需的理論板數(shù)必（ ）氣相總傳質(zhì)單元數(shù)Ncc。［南京工業(yè)大學(xué)2009研］A.大于B.等于C.小于D.不確定【答案】C4通常所討論的吸收操作中，當(dāng)吸收劑用量趨于最小用量時(shí)，（）。［浙江工業(yè)大學(xué)2005研］A.回收率趨向最高B.吸收推動(dòng)力趨向最大C.操作最為經(jīng)濟(jì)D.填料層高度趨向無窮大【答案】D5對含低濃度溶質(zhì)的氣液平衡系統(tǒng)，溶質(zhì)在氣相中的摩爾濃度與其在液相中摩爾濃度的差值是（ ）。［浙江大學(xué)2006研］A.正值B.負(fù)值C.等于零D.不定【答案】D【解析】含低濃度溶質(zhì)的氣液體系可視為理想氣液體系，溶質(zhì)在氣相和液相中的摩爾濃度符合相平衡關(guān)系，但二者大小不定。6（多選）傳質(zhì)單元數(shù)綜合反映了吸收過程的難易度，影響其值大小的因素有（ ）。［南京工業(yè)大學(xué)2008研］A.分離要求B.氣液平衡關(guān)系C.設(shè)備型式D.流動(dòng)條件E.液氣比【答案】ABE二、填空題1解吸時(shí)溶質(zhì)由 向傳遞。［浙江工業(yè)大學(xué)2005研］【答案】液相；氣相2有效膜理論是將整個(gè)相際傳質(zhì)過程簡化為。［西北大學(xué)2009研］【答案】兩個(gè)流體停滯膜層的分子擴(kuò)散過程3低濃度氣體吸收的三個(gè)假設(shè)主要內(nèi)容是：（1） ；（2）；（3）。［南京工業(yè)大學(xué)2008研］【答案】氣液流量不變；忽略溶解熱，全塔恒溫；氣液傳質(zhì)系數(shù)不變4氣體吸收過程是過程的逆過程；一般情況前者操作溫度后者；前者操作壓力 后者（填"大于"或"小于"）。［中國石油大學(xué)（華東）2007研］【答案】解吸；小于；大于【解析】吸收過程是利用混合氣各組分對溶劑的溶解度差異來分離氣液相。溶解度與溫度、壓強(qiáng)都有關(guān)，減壓升溫有利于解吸。5逆流吸收塔用純?nèi)軇┪栈旌蠚怏w中的溶質(zhì)。若原料氣中匕=3%（摩爾比，下同），相平衡關(guān)系為Y*=2X；液氣比為1時(shí)的最大吸收率為%。［中國石油大學(xué)（華東）2007研］【答案】50%【解析】當(dāng)組分在液相中的含量與氣相達(dá)平衡時(shí)吸收率達(dá)最大，'*3 ,則。=50%。6用亨利系數(shù)E表達(dá)的亨利定律表達(dá)式為,在常壓下，20C時(shí)，氨在空氣中的分壓為114mmHg,與之平衡的氨水濃度為15(kgNH3/100kgH20),此時(shí)亨利系數(shù)E=相平衡常數(shù)m=。［中山大學(xué)2009研］【答案】p=Ex；110.9；7.3【解析】根據(jù)E=p,/xi可求出亨利系數(shù)E,又E=m/p求出m。7氣液兩相在填料塔內(nèi)逆流接觸時(shí)，是氣液兩相的主要傳質(zhì)面積，為保證操作過程中兩相的良好接觸，故填料吸收塔頂部要有良好的裝置。［武漢理工大學(xué)2008研］【答案】填料有效表面積；液體再分布8吸收塔底部的排液管成U形，目的是起作用，以防止 。［清華大學(xué)2002研］【答案】液封作用；氣體從排液口串出9吸收操作一般用于分離混合物，其原理是利用氣體中各組分在吸收劑中的差異來達(dá)到分離的目的。［武漢理工大學(xué)2008研］【答案】氣體；溶解度10恒摩爾流假設(shè)的前提是(1)(2)忽略的變化對摩爾飽和液體焙及摩爾汽化潛熱的影響，其意義在于使得逐板計(jì)算過程大大簡化，只需和方程即可進(jìn)行計(jì)算。［南京工業(yè)大學(xué)2008研］【答案】各組分的摩爾汽化熱相等；溫度；氣液平衡方程；操作線方程11所謂氣膜控制，即吸收總阻力集中在 一側(cè)，而 一側(cè)阻力可忽略；如果吸收質(zhì)氣體屬于難溶氣體，則此吸收過程是控制。［中國石油大學(xué)（華東）2008研］【答案】氣膜；液膜；液膜三、判斷題1對解吸因子S小于1的逆流填料吸收塔中的操作極限應(yīng)該是在塔的濃端接近平衡,（）［北京理工大學(xué)2007研］【答案】x【解析】稀端接近平衡線2采用化學(xué)吸收可使原來的物理吸收系統(tǒng)的液膜阻力減少，氣膜阻力減少。（ ）［浙江大學(xué)2006研］【答案】x【解析】采用化學(xué)吸收可使原來的物理吸收系統(tǒng)的液膜阻力減少，但是氣膜阻力不變。3吸收塔設(shè)計(jì)中，最大吸收率四回與吸收塔型式無關(guān)。（ ）［浙江大學(xué)2006研］【答案】V四、計(jì)算題1在填料層高度為3m的常壓逆流吸收塔內(nèi)，用清水吸收混于空氣中的氨。進(jìn)入塔底的混合氣流量為20kmok/h,濃度為5%（體積％）,塔頂尾氣含氨0.5%（體積％）清水流量為18.06kmol/h。已知在該塔操作條件下氨水系統(tǒng)的平衡關(guān)系可用Y=mX表示（m為常數(shù)），且測得與含氨1.77%（體積％）的混合氣體充分接觸后的水中氨濃度為18.89g/1000gzK，氨的分子量為17,試求：（1）該填料塔的氣相總傳質(zhì)單元高度，m；（2）等板高度，mo［中南大學(xué)2009研］解：（1）由題意可知

r-0.0177^-(18.89/17)/(18.S9/17+1000/18)-0.02K= =-0°—=0.0526,K之v.=0.0051 1-0.05 .幾則巾=0.0177/0.02=0.9X、=0.0499L石-為1S.06 0.0526-0.005液氣比而一石一(工-4)FA1； ~~--1-0.00623，(耳HIf) V-^-y：-00526-0,005_76)傳質(zhì)單元數(shù)u；000623傳質(zhì)單元高度”"Z傳質(zhì)單元高度”"Z3AM = =0.19冽(2)等板高度班廳="”=039m2在常壓逆流接觸的填料塔內(nèi)，用純?nèi)軇㏒吸收混合氣中的可溶組分A?入塔氣體中A的摩爾分率為0.03,要求吸收率為95%。已知操作條件下的解吸收因數(shù)為1,相平衡關(guān)系服從亨利定律，與入塔氣體成平衡的液相濃度為0.03(摩爾分率)。試計(jì)算：(1)操作液氣比為最小液氣比的倍數(shù);(2)出塔液體的濃度;

(3)完成上述分離任務(wù)所需的氣相總傳質(zhì)單元數(shù)Nog。［浙江工業(yè)大學(xué)2005研］解：(1)屬于低濃氣體吸收y:=Vj(l-c?)=0.03x(1-0.95)=0.0015V,0.03m?—? X/0.03Z_m_mG=T=7根第3吸因數(shù)定義有一, = =mo=U.y2>.G,h應(yīng)一士>1.-A'm*最小液氣比(2)(2)根據(jù)全塔物料衡算0.03-0.0015=0.03-0.0015=0.0285(3)當(dāng)脫吸因數(shù)為1時(shí)，4=$：=￥］3%其中vl.0.03,.c

-—1 1=13%其中y20.00153在一逆流操作的填料塔中，用循環(huán)溶劑吸收氣體混合物中的溶質(zhì)。氣體入塔組成為0.025（摩爾比，下同）液氣比為1.6,操作條件下氣液平衡關(guān)系為y=L2x。若循環(huán)溶劑組成為0.001,則出塔氣體組成為0.0025,現(xiàn)因解吸不良，循環(huán)溶劑組成變?yōu)?.01,試求此時(shí)出塔氣體、液體組成。［西北大學(xué)2009研］L耳-為0.025-0.0025解：根據(jù)氣液比可求得萬= X-0.001出塔液相組成為=001534-0.025-1.2x0.015-0.007STt-K-K*-0.0025-1.2x0.001?0.0013寫一4 0.025-0.0025一'00" *0.00^-0.0013-'43 .0.007In-- In AK 0.0013又根據(jù)傳施單元數(shù)的平均推動(dòng)力法求出當(dāng)解吸不良時(shí)，不變。L 一此時(shí)X」=0.014=5025,「占'-X：'得K'-0.041-1.6X/①S=_HL解吸因數(shù)FS=_HL解吸因數(shù)F=0.75脫吸因數(shù)法——InI1-S)1-S0.025-124+5

—0.012+6.64綜合①②得：號=。團(tuán)超，:'=。?。⑵4有一座用油吸收煤氣中苯蒸汽的吸收塔，已知煤氣流量為2240（標(biāo)準(zhǔn)iw/h）,入塔氣體中含苯4%,出塔氣體中含苯0.8%（均為體積分率），進(jìn)塔油中不含苯，取液體用量L=1.4Lm,?,己知?dú)庖浩胶怅P(guān)系為F=0.126X。試求：（1）吸收率n；（2）求Lmin及L（kmol/h）；（3）求液體出塔組成Xa（?kmol苯/kmol油）；（4）求吸收的對數(shù)平均推動(dòng)力△Ym；（5）為增大液體噴淋量，采用部分循環(huán)流程，在保證原吸收率的情況下，最大允許循環(huán)量U為多少（kmol/h）?并示意畫出帶部分循環(huán)和不帶循環(huán)的兩種情況下的操作線。［清華大學(xué)2002研］Lx?yalhruV2xb圖2-1解：（1）吸收率nX=—i3—= ，=00417進(jìn)氣中苯的氣相摩爾比為： 1-'K iJS-0.00806出氣中苯的氣相摩爾比為：* 1-0008

4-X0.0417-0.00806℃-n— ： _ _wn/o因此，吸收率為：’K00417(2)當(dāng)出口處氣、液相剛好達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，有最小液氣比為:0.0417-0.00805八上 *0.1020.04170.126”2240因?yàn)槿丝跉怏w總體積為："所以純煤氣體積為：V=V(1—力)=96kmol/h則最小油體積為：Lms=Vx0.102=9.76kmol/h故L=1.4x9.76=13.7kmol/hly;-x(3)根據(jù)物料守恒，得萬一乂一工vZ-Kv0.0417-0.00806A_X.=i--X、= =0.251L ? 13.7/96將已知數(shù)據(jù)代入，解得：V▲4一^4(石-邛)-氏-切耳一優(yōu)為一(41&)In4AK(4)由題意可知:其中，￥,=0.0417,Y其中，￥,=0.0417,Y2=0.00806,Xi=0.24,X2=0,m=0.126o則有:_0.0417-0.126x024-0.00806%=~,0.0417-0.126x0.24~In 0.00806 =0.00966(5)設(shè)循環(huán)量為1/,入塔液濃度為X；,則入口液量為L+L/。在最大17下，塔頂進(jìn)口濃度X，最大。

根據(jù)氣液平衡條件，得：工’=二0.00806根據(jù)氣液平衡條件，得：工’=二0.008060.1260.064因此有最小液氣比為：'、匕屋X「X,0.24-0.064則最小的入口油量：（L+U）s=0.191V=0.191x96=18.35回流液體中最小油量：Ls,=18.35-L=18.35-13.7=4.65又回流液體中苯的液相摩爾比治=0.24,則可得回流液體總量的最小值:4.651-0.24=6Akmol4.651-0.24=6Akmol部分循環(huán)和不帶循環(huán)情況下得操作線如圖所示:圖2-25在逆流填料吸收塔中，用清水吸收含NHs3%（體積）的空氣-氨混合氣中的氨。已知混合氣流量為2826Nnv/h,氣體空塔氣速為0.5m/s（標(biāo)準(zhǔn)狀況），相平衡關(guān)系為丫=1.2X（摩爾比），以摩爾比為推動(dòng)力計(jì)算的氣相體積總傳質(zhì)系數(shù)Kva為180kmol/m3-h,吸收劑用量為最小用量的1.4倍，要求吸收率為99%。試求：（1）液相的出口濃度心（摩爾比）：（2）氣相總傳質(zhì)單元高度H℃和氣相總傳質(zhì)單元數(shù)Nog;

(3)若吸收劑改為含NH00005(摩爾比)的水溶液，填料層高度可以調(diào)整，問能否達(dá)到吸收率99%的要求？［中國石油大學(xué)(華東)2007研］解：(1)Y.~Yfl-?7)?0.03093(1-0.99)=0.0003093石=余=0.02577,%常1.4-0.01841(2) =0.03093-1.2x0.01841=0.008836*=Yz=0.0003093工=’2、-=0.002544則Htoll；AKcrnl^oo=crnl^oo=\J*=12.04Hoe所以 3H ,^0.5(1-0,03)Z22.4_0433mISO3600(3)液氣比臺十二"S=mG/L=1.2/1.663=0.7216<l,故操作線將在塔頂位置與平衡線相交。當(dāng)Xz=0.0005時(shí)，Yf=1.2x0.0005=0.0006耳-與0.03093-0.0006故最大可能吸收率為Tlmax故最大可能吸收率為Tlmax0.03093 =0.9806V0.99因此不可能達(dá)到吸收率99%的要求。6擬在逆流操作的填料吸收塔中用清水吸收空氣中的氨，已知入塔氣流量為2212m3/h,其中氨氣體積百分比為1.3%,要求氨的回收率為99%,實(shí)際用水量取為最小用水量的1.5倍。若采用氣相總體積傳質(zhì)系數(shù)Kva為360kmol/(nv-h)的填料，并選用內(nèi)徑800mm的塔體。試求(1)該塔每日的清水消耗量為多少噸；(2)所需的填料層高度；(3)若將操作壓力增加一倍，忽略傳質(zhì)系數(shù)發(fā)生的變化，填料層高度應(yīng)做怎樣的改變。

已知操作壓力為常壓，溫度25C,該過程滿足低濃氣體吸收條件，操作條件下的氣液平衡關(guān)系可表示為y=1.2x,水的相對摩爾質(zhì)量為18kg/kmoLR=8.314kJ/(kmol-K)o［北京理工大學(xué)2007研］解：(1)操作回流比為^-=1.5；"' .5x1.2x0.99=1：822212 273 、V x(l-0.013)-89.3kmol/h標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的入塔氣摩爾流率-=—=1.782VS9.3根據(jù)1-159.114^-159.114x18x24x^-68.74^(2)脫吸因數(shù)5=mFZ=1.21.782=0.6^34N0ON0O=Aln(7)1

1-0.63In(1-0.6734I-°01?1

1-0.631 0.00013=10.74傳質(zhì)單元數(shù)?V89.3Hoj- = =0.494m360x-x0.8:

4塔高z=N0°H。L5.3m(3)操作壓力加倍后，E—所以S'=0.5S=0.M67傳質(zhì)單元數(shù)為、《/=占ln[(l-S)xl00+S]=——J——Infl1-0.3467)x100+0.34671-6.41-03467L'' 」傳質(zhì)單元高度忽略傳質(zhì)系數(shù)發(fā)生的變化，所以=Z'=A%'Hog'=6」x0.494=3.16m7用清水吸收處理某廠尾氣中的有害組分B,已知吸收塔的填料層高度為4.0m,進(jìn)、出吸收塔氣相中B的濃度分別為(=0.025,y2=0.005o出吸收塔的液相濃度為x^O.010,平衡關(guān)系為y=1.6x。試求：(1)氣相總傳質(zhì)單元高度；(2)操作液氣比為最小液氣比的多少倍？(3)現(xiàn)要求尾氣排放濃度y?必須40.003,擬將填料層加高，若液氣比不變，問填料層應(yīng)加高多少米？[南京工業(yè)大學(xué)2009研]Zv^-y；0.025-0.005解：(1)液氣比為G甬-七0.01。="=0.8AL_2解析因數(shù)5=G傳質(zhì)單元數(shù)為

、， 1 , c 1 ,z,cc、0025cc= (1-S)-+S=—In(1-0-8)0055+0-8=2.939_ /1 」 J JH0c=±=±-=1.361加所以傳質(zhì)單元高度 N0G 2.939（2）最小液氣比為y,-v2（2）最小液氣比為y,-v20.025-0.005玉 0-0251.6=1.28LfG則（〃G）.（3）現(xiàn)在的傳質(zhì)單元數(shù)為—In1—0.8（3）現(xiàn)在的傳質(zhì)單元數(shù)為—In1—0.8(1—0.8)經(jīng)=+0.8=4.514' 70.003塔高為= =1361x4.514=6.1"填料層應(yīng)加高：6.14—4=2.14mo8當(dāng)采用理論板概念計(jì)算低含量氣體逆流吸收過程時(shí)，若液氣比為L/G,物系相平衡服從mG,?r r?'QGIn—mGy=mx,則所需理論板數(shù)Nt與傳質(zhì)單元數(shù)Noc的關(guān)系為試推導(dǎo)證明上式。［華東理工大學(xué)2007研］N0G= -5)In3 +s]證明：因?yàn)?7 1：-12

而必InJ而必InJ整理InA 12—K1,r/, n1nd=——ln[(J-l)-i——、+1]-——InJK-KInJ1,...1、4￡1,= ln[(l ) H—]InAAK-F;A又S=mG/L,A=L/mG又S=mG/L,A=L/mG9在填料塔中用清水吸收氣體中所含的丙酮蒸汽，丙酮初含量為3%（體積%）。今需在該塔中將其吸收掉98%?；旌蠚馊胨髀蔊=0.02kmol/m2s,操作壓力P=latm,溫度t=293K。此時(shí)平衡關(guān)系可用y=1.75x表示，體積總傳扁系數(shù)Kya=0.016kmol/m3s/y。若出塔水溶液中的丙酮濃度為飽和濃度的70%,求所需水量及填料層高度。［東北大學(xué)2007研］解：（1）因?yàn)楹枯^少，則可令耳=）［=。。3,丫：=0.03（1-0.98）=0.0006與入塔丙酮蒸汽平衡的液相中的含量“：1-751.75 -,出塔液相濃度用=07石=0.012

\厘，。3-。。。工“49根據(jù)液氣比G 占0。12則Z=2.49G=2.49x0.02=0.0498QiH/?F-s（2）根據(jù)平均推動(dòng)力法求傳質(zhì)單元數(shù)Al；- -0.03-1.75x0.012-0.009AK=K=0.0006AK-SY.1.0.009-0.0006AK-SY.1.0.009-0.00061nMm In0.009=0.00310.0006K-K0.03-0.0006_°SY0.0031---? ?9.48SY0.0031fj_。°__］25ffl傳質(zhì)單元高度為"0.016一則塔高z=￥則塔高z=￥=9.48x125=11.85m10有一填料逆流吸收塔，在101.3kPa的壓力下用清水吸收空氣中的氨，進(jìn)口氣體中含氨6%（體積分率），要求吸收率達(dá)到99%,混合氣體流率為21.28kmol/（nv?h）,進(jìn)口清水流率為50kmol/（nv.h）,填料層高度為4.6m,已知操作條件下的相平衡關(guān)系為Y*=0.9X,氣相總體積傳質(zhì)系數(shù)KyaocP。試求：（1）出口尾氣的組成Ya；（2）操作液氣比為最小液氣比的多少倍？（3）氣相傳質(zhì)單元高度Hog和氣相傳質(zhì)單元數(shù)Nog；（4）其他條件不變，若操作壓力增加一倍，要保持原來的吸收率，填料層高度應(yīng)變?yōu)樵瓉淼亩嗌俦叮浚壑袊痛髮W(xué)（華東）2008研］小人=3_=衛(wèi)_=0.06383解：（1） 1-0.061-0.06F= 0.06383Q-0.99)-0.0006383(2)V=G(l-yb)=21.28x0.94=20kmol/(mZ-h)L50操作液氣比：廠20.0;'N', ?；-K 0.06383-0.0006383〃- =—； = =0.891最小液氣比：業(yè)HX「X，0.063S30.92.50.S91-2.806(3)吸收因數(shù)法：S=mV/L=0.9/2.5=0.36Ng=1勺《01中-整+S]i-s工匚發(fā)皿（1河爆^。物=6.578%---^--0.699%6.578m（4）改變壓力可影響傳質(zhì)系數(shù)及相平衡常數(shù)m,從而影響N℃。壓力增加一倍后:V 1 pHoa x-=>j￡-=l2-KyaP P'H/=0.5s，=Fr=018 —In］。-0.18)「⑶S'+0.13=5377所以1-0.1SL 0.00063S3 Jh'= -0.35x5.377-1.SSmh'/h=1.88/4.6=0.40911在常壓下逆流操作的填料吸收塔中，用純?nèi)軇┪栈旌蠚怏w中的溶質(zhì)組分，入塔氣體流量為1120m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀況）,入塔氣體中溶質(zhì)的濃度為5%（體積），吸收率為90%,操作條件下的氣液平衡關(guān)系為Y*=1.5X,液氣比為L/V=3,體積傳質(zhì)系數(shù)Ky（x=lOOkmol/mz-h（AY）,塔徑為0.8m。試求（1）出塔液體濃度Xi；（2）所需填料層高度Z。［武漢理工大學(xué)2008研］H20E=--XI1-5%)=47.5kmol/h解:(1)入塔惰性氣體的流率 22.4 ' '解:進(jìn)出塔氣相濃度上5%進(jìn)出塔氣相濃度上5%-0-5263,K-r；(1-?>)-0.05263￡ 1而「為 3'所以為=0.15189（2）塔高為Z=H”-V=、.-K0.5263-0.05263?=" =0.5263—1.5XT" 0.5263-1%其中傳質(zhì)單元數(shù) ln——=0.9455mV=0.9455mMnn~ = 傳質(zhì)單元高度一馬g22.4x100x^x0.4-所以Z=3224m。

12用清水作吸收劑，采用常壓填料吸收塔中去除空氣中的NH”填料層高度4m,已知回收率n=98%,進(jìn)塔氣體濃度為丫產(chǎn)5%(體積分率)，氣相質(zhì)量流率為750kg/(mz.h),進(jìn)塔水量為lOOOkg/o/.h),尸0.92x,KaocW45",(W為氣體的質(zhì)量流率)，若將操作條件分別作下列變動(dòng)，但維持吸收率不變，試計(jì)算所需填料層高度有何變化？(1)將水的用量增加一倍；(2)將氣體質(zhì)量流率增加一倍。(已知M”=29)［南京工業(yè)大學(xué)2008研］解：(1)氣相出口濃度1-0.98)=0.001L=1000/18=55.556kmol/(m^-h)G=750/(28x0.95+17x0.05)=26.408kmol/(rn2-h)052x26.408-, , -0.437線+。437解吸因數(shù)S=l/A=mG/L=5線+。437—：—In11-0.437)1-0.437.ll-S)21+sll-S)21+sy：傳質(zhì)單元數(shù)為,Hg= - =0.6傳質(zhì)單元高度 Ng596當(dāng)L'=2L時(shí)，S=[S=^=O219L-ln(1-S盧+s1=4.70In11-0.2191-^+02190.001=4.70H'=Hx、'og=0.671x4.70=3.15mH0G=—xW02J。，與L無關(guān)，所以Hg不變。H'=H'—'=0.671x2°-=0.77m(2)當(dāng)W，=2W時(shí)，56Rf.w*Sn--S-2S-0.874WN"?—i—Inil-S')21+sw1-S, 於---ln；H-0.874)-^-+0.87-l=15.641-0.874L0.001JH'=H&-N&=0.77xl5.64=12.Mm13利用原有舊塔，以稀硫酸為溶劑吸收空氣與氨混合氣體中的氨，混合氣中氨的初始含量為0.05(摩爾分?jǐn)?shù))，摩爾流率為0.02kmol/(m”)，要求氨的回收率不低于95%,塔底液體中的氨含量不低于0.02,因存在快速不可逆化學(xué)反應(yīng)，相平衡常數(shù)m為零。開工后，發(fā)現(xiàn)兩相逆流接觸時(shí)，氨的回收率只有80%,而采用溶劑再循環(huán)流程，循環(huán)量與新鮮溶劑相同，可同時(shí)滿足氣、液兩相的含量要求。已知塔內(nèi)填料層高度為6m,試求兩流程的體積傳質(zhì)系數(shù)KYa各為多少？［武漢理工大學(xué)2009研］解：Yi=0.05,丫2=0.0025,Xi=0.02VY1=—^2—=0.42逆流接觸時(shí)：YJ=0.05,丫2,=0.01,LX-Y：nXJ=1(YJ-Y：'尸0068V'X, , ,oK'ya-—=2.07x10":kmol(疝。Y,10.05-0.01逆流時(shí):Y—:'HYJ=L61vxfk1H?8循環(huán)時(shí)： Y~h~V-Y002x31Y［一\:1n種 a , -=9.986x10*3Atmo/ ,第3章蒸儲(chǔ)3.1復(fù)習(xí)筆記一、概述蒸儲(chǔ)分離的依據(jù)是通過加熱液體混合物建立兩相體系，利用溶液中各組分揮發(fā)度的差異實(shí)現(xiàn)組分的分離或提純的目的。其中，較易揮發(fā)的組分稱為易揮發(fā)組分或輕組分；較難揮發(fā)的組分稱為難揮發(fā)組分或重組分。1蒸鏘過程的分類（1）按蒸儲(chǔ)方式分類①平衡（閃急）蒸饋；②簡單蒸儲(chǔ)；③精微；④特殊精儲(chǔ)。（2）按操作壓力分類①加壓蒸饋；②常壓蒸饋；③真空蒸饋。（3）按被分離混合物中組分的數(shù)目分類①兩組分精儲(chǔ)；②多組分精微。（4）按操作流程分類①間歇蒸館；②連續(xù)蒸儲(chǔ)。2蒸儲(chǔ)分離的特點(diǎn)（1）通過蒸儲(chǔ)操作，可以直接獲得所需要的產(chǎn)品。（2）蒸儲(chǔ)分離的適用范圍廣泛，它不僅可以分離液體混合物，而且可以通過改變操作壓力使常溫常壓下呈氣態(tài)或固態(tài)的混合物在液化后得以分離。（3）蒸儲(chǔ)是通過對混合液加熱建立氣液兩相體系的，氣相還需要再冷凝液化，因此需要消耗大量的能量（包括加熱介質(zhì)和冷卻介質(zhì)）。二、兩組分溶液的汽液平衡理想物系是指液相和氣相應(yīng)符合以下條件：①液相為理想溶液，遵循拉烏爾定律；②氣相為理想氣體，遵循道爾頓分壓定律。當(dāng)總壓不太高（一般不高于10"kPa）時(shí)氣相可視為理想氣體。1相律F=C-，+2相律是描述相平衡的基本規(guī)律，它表示平衡體系中的自由度數(shù)、相數(shù)及獨(dú)立組分?jǐn)?shù)的關(guān)系,F——自由度數(shù)；C一一獨(dú)立組分?jǐn)?shù)；① 相數(shù)；2一一影響物系平衡狀態(tài)的外界因素只有溫度和壓力這兩個(gè)條件。2汽液平衡的函數(shù)關(guān)系（1）利用飽和蒸汽壓計(jì)算氣液平衡關(guān)系戶一而泡點(diǎn)方程：表示汽液平衡時(shí)液相組成與平衡溫度之間的關(guān)系。>A/>Ap芯F露點(diǎn)方程：表示平衡時(shí)氣相組成與平衡溫度之間關(guān)系。（2）用相對揮發(fā)度表示的氣液平衡關(guān)系相對揮發(fā)度是指易揮發(fā)組分的揮發(fā)度與難揮發(fā)組分的揮發(fā)度之比。對于理想物系:一以姬〃）一以上H° VbNaa*對理想溶液:_axy-14-(a-l)x汽液平衡方程:若a>l,表示組分A較B容易揮發(fā)，a值偏離1的程度愈大，揮發(fā)度差異愈大，分離愈容易。若a=l,氣相組成與液相組成相同，不能用普通蒸儲(chǔ)方法加以分離，要采用特殊精館或其他分離方法。3兩組分理想溶液的汽液平衡相圖(1)溫度-組成(t-x-y)圖圖3-1t-x-y圖B點(diǎn)所在的區(qū)域：過熱蒸汽區(qū)H所在的線：露點(diǎn)線J所在的線：泡點(diǎn)線HJ之間的區(qū)域：氣液共存區(qū)A點(diǎn)所在的區(qū)域：液相區(qū)氣、液兩相呈平衡狀態(tài)時(shí)，氣、液兩相的溫度相同，但氣相組成大于液相組成。若氣、液兩相組成相同，則氣相的露點(diǎn)溫度總是大于液相的泡點(diǎn)溫度。(2)氣相-液相組成(x-y)圖(在恒定壓力下測得)曲線表示液相組成和與之平衡的氣相組成間的關(guān)系。平衡線位于對角線上方，平衡線偏離對角線愈遠(yuǎn)，表示該溶液愈易分離。苯-甲苯混合液的x-y圖如圖3-2所示。0 0.20.40.60.81.0圖3-2苯-甲苯混合液的x-y圖三、平衡蒸館與簡單蒸饋1平衡蒸儲(chǔ)平衡蒸饋：一種連續(xù)、穩(wěn)態(tài)的單級蒸饋操作，又稱閃急蒸儲(chǔ)。圖3-3平衡蒸僧裝置簡圖1-加熱器；2-節(jié)流閥；3-分離器2簡單蒸儲(chǔ)簡單蒸偶：一種間歇、單級蒸饋操作，又稱微分蒸饋。原“液TX>_=:.巴—N圖3-4簡單蒸儲(chǔ)裝置1-蒸儲(chǔ)釜；2-冷凝器；3-接收器四、精福原理和流程1精儲(chǔ)原理多次且同時(shí)部分汽化、部分冷凝使混合液分離。（1）部分汽化：使難揮發(fā)組分在液相中提濃。（2）部分冷凝：使易揮發(fā)組分在汽相中提濃。精儲(chǔ)操作設(shè)備：精儲(chǔ)塔。2精饋操作流程（1）板式精僧塔：塔體、塔板、溢流裝置、冷凝器（塔頂）、再沸器（塔底）。全塔氣液逆流，每塊塔板汽液錯(cuò)流。（2）碳板：遇冷部分冷凝，難揮發(fā)組分較易進(jìn)入液相；塊板：遇熱部分汽化，易揮發(fā)組分較易進(jìn)入汽相。（塔板從上到下數(shù)值依次增大）再>毛>毛.一〉不>1>>,2>>3■■>>,.（3）回流：向塔內(nèi)提供液相，平衡塔內(nèi)濃度；（4）再沸器（蒸儲(chǔ)釜）：向塔內(nèi)提供汽相，穩(wěn)定濃度分布；（5）進(jìn)料版：將原料液加入的那層塔板，屬提儲(chǔ)段；（6）精儲(chǔ)段：進(jìn)料板以上；提饋段：進(jìn)料板以下。五、兩組分連續(xù)精儲(chǔ)的計(jì)算1理論板的概念及恒摩爾流假定（1）理論板的概念理論板是指離開這種板的氣液兩相組成上互成平衡，溫度相等的理想化塔板。前提條件是氣液兩相皆充分混合、各自組成均勻、塔板上不存在傳熱傳質(zhì)過程的阻力。操作關(guān)系是指1+1與X”之間的關(guān)系，是由精儲(chǔ)操作條件所決定的。（2）恒摩爾流假定①恒摩爾氣流恒摩爾氣流是指在精儲(chǔ)塔內(nèi)，從精儲(chǔ)段或提儲(chǔ)段每層塔板上升的氣相摩爾流量各自相等，即精儲(chǔ)段Vi=Vz=V3=...=V=常數(shù)提福段V'1=V'2=V'3=...=V'=常數(shù)但兩段上升的氣相摩爾流量不一定相等。②恒摩爾液流恒摩爾液流是指在精儲(chǔ)塔內(nèi)，從精謂段或提饋段每層塔板下降的液相摩爾流量分別相等,即精馀段L|=L2=L3=...=L=常數(shù)提餛段L'1=L'2=L'3=…=L'=常數(shù)但兩段下降的液相摩爾流量不一定相等。2物料衡算和操作線方程（1）全塔物料衡算總物料衡算F=D+W易揮發(fā)組分衡算FXf=DXd+WXwF 原料液流量，kmol/h或kmol/s；D 塔頂饋出液流量，kmol/h或kmol/s；W——塔底釜?dú)堃毫髁?，kmol/h或kmol/s；Xf——原料液中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)；Xd——微出液中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)；Xw——釜?dú)堃褐幸讚]發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)。饋出液的采出率D_"一八FxD-xw塔頂易揮發(fā)組分的回收率:?a二七」X100%'rXfDxn<Fxr或9/尸&號/文規(guī)定分離要求時(shí)，應(yīng)滿足（2）操作線方程操作線方程是指由任意板下降液相組成X”及由其下一層板上升的蒸氣組成y”】之間關(guān)系的方程。①精儲(chǔ)段操作線方程V=L+D總物料衡算Vy.+i=5+加0易揮發(fā)組分衡算X,,一一精儲(chǔ)段中第n層板下降液相中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)；y?+1一一精微段第n+1層板上升蒸氣中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)。得_L,D—qxn十m/口R.I州+尸肝產(chǎn)+稈1工"R——回流比，r=I5o物理意義：表示在一定操作條件下，精儲(chǔ)段內(nèi)自任意第n層板下降的液相組成X”與其相鄰的下一層板（第n+1層板）上升氣相組成之間的關(guān)系。該式在x-y直角坐標(biāo)圖上為直線，其斜率為R/（R+1）,截距為X”（R+l）o②提儲(chǔ)段操作線方程總物料衡算L'=V'+W心二=丫'，+|+Wiw易揮發(fā)組分衡算一一提館段第m層板下降液相中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)；一一提儲(chǔ)段第m+1層板上升蒸氣中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)。得，_L',_W，L，，W-[:一『IL"-W11"表示在一定操作條件下，提儲(chǔ)段內(nèi)自第m層板下降液相組成Z1與其相鄰的下層板（第m+1層）上升蒸氣組成之間的關(guān)系。3進(jìn)料熱狀況的影響（1）加料板的物料及熱量衡算F