環(huán)境工程原理吸收

第一節(jié)吸收的基本概念一、吸收的定義與應用二、吸收的類型主要內容現(xiàn)在是1頁\一共有96頁\編輯于星期二一、吸收的定義吸收是利用混合氣體各組分在同種液體中溶解度（或化學反應活性）的差異而將氣體混合物分離的操作過程。本質：是混合氣體中某些組分在氣液相界面上溶解、在氣相和液相內由濃度差推動的傳質過程。氣相主體液相主體相界面氣相擴散液相擴散yixi吸收質或溶質：混合氣體中的溶解組分，以A表示。惰性氣體或載體：不溶或難溶組分，以B表示。吸收劑：吸收操作中所用的溶劑，以S表示。吸收液：吸收操作后的溶液，主要成分為溶劑和溶質。吸收尾氣：吸收后排出氣體，主要成分為惰性氣體和少量溶質。現(xiàn)在是2頁\一共有96頁\編輯于星期二二、吸收的用途1、制取產(chǎn)品：用吸收劑吸收氣體中某些組分而獲得產(chǎn)品。如硫酸吸收SO3制濃硫酸(HCl,HNO3?)；水吸收甲醛制福爾馬林；碳化氨水吸收CO2制碳酸氫氨(硫酸銨?)等。2、回收有用物質：吸收劑選擇性吸收氣體中某些組分以達到回收利用目的。如從焦爐氣或城市煤氣中回收苯；從乙醇催化裂解氣中分離丁二烯等。3、氣體凈化：一類是原料氣凈化，即除去混合氣體中的雜質，如合成氨原料氣脫H2S、脫CO2等；另一類是尾氣處理和廢氣凈化以保護環(huán)境，如燃煤煙氣，冶煉廢氣等脫除SO2，硝酸尾氣脫除NOx等。現(xiàn)在是3頁\一共有96頁\編輯于星期二吸收分離操作實例：從焦爐氣或城市煤氣中回收苯現(xiàn)在是4頁\一共有96頁\編輯于星期二1、按溶質和吸收劑之間是否發(fā)生反應：物理吸收：水凈化含SO2鍋爐尾氣化學吸收：堿液凈化含SO2鍋爐尾氣2、按混合氣體中被吸收組分數(shù)目：單組分吸收：如用水吸收HCl氣體制取鹽酸多組分吸收：堿液吸收煙氣（含SO2,NOx,CO2,CO等）3、按體系溫度是否變化：如果液相溫度明顯升高——非等溫吸收如果液相溫度基本保持不變——等溫吸收三、吸收操作的類型現(xiàn)在是5頁\一共有96頁\編輯于星期二1、處理量大，成份復雜，同時含有多種氣態(tài)污染物；2、吸收組分濃度低；3、吸收效率和吸收速率要求高；4、多數(shù)情況吸收過程僅是將污染物由氣相轉入液相，還需對吸收液進一步處理，以免造成二次污染。5、多采用化學吸收——如堿液吸收燃燒煙氣中低濃度的SO2；四、吸收凈化氣態(tài)污染物的特點（與化工相比）現(xiàn)在是6頁\一共有96頁\編輯于星期二(1)簡述吸收的基本原理和過程。(2)吸收的主要類型有哪些？(3)環(huán)境工程領域有哪些吸收過程？(4)利用吸收法凈化氣態(tài)污染物的特點有哪些？本節(jié)思考題第一節(jié)吸收的基本概念現(xiàn)在是7頁\一共有96頁\編輯于星期二一、物理吸收的熱力學基礎二、物理吸收的動力學基礎主要內容第二節(jié)物理吸收

掌握亨利定律；相平衡關系與吸收過程的判別；雙膜理論；傳質速率方程與傳質系數(shù)?，F(xiàn)在是8頁\一共有96頁\編輯于星期二一、物理吸收的熱力學基礎過程發(fā)生的方向過程發(fā)生的極限過程發(fā)生的推動力溶質在氣液兩相間平衡現(xiàn)在是9頁\一共有96頁\編輯于星期二1、氣液平衡相際動態(tài)平衡平衡分壓,pA*平衡濃度如溫度和總壓一定，溶質在液體中的溶解度只取決于溶質氣相中的組成。液相氣相溶質溶解速率溶質揮發(fā)速率界面氣-液相平衡關系表達形式：溶解度曲線、亨利定律—溶解度摩爾分數(shù),yA摩爾比，YA…….物質的量濃度，cA摩爾分數(shù)，xA摩爾比，XA現(xiàn)在是10頁\一共有96頁\編輯于星期二在稀溶液條件下，溫度一定，總壓不大時，氣體溶質的平衡分壓與溶質在液相中的摩爾分數(shù)成正比。pA*

——溶質在氣相中的平衡分壓，Pa；

xA——溶質在液相中的摩爾分數(shù)；

E——亨利系數(shù)，Pa。第二節(jié)物理吸收

2、亨利（Henry）定律數(shù)學表達式：適用范圍：x<10%的稀溶液；p<5×105Pa。?影響因素：溶質、溶劑、T。物系一定，T↑，E↑?E大，溶解度小，難溶氣體。?亨利系數(shù)來源：實驗測定、查手冊。現(xiàn)在是11頁\一共有96頁\編輯于星期二第二節(jié)物理吸收

上述氣態(tài)物質被水溶解的難易程度？典型氣體在水中的亨利系數(shù)

25℃E(kPa)CO5.88106

CO21.66105

H2S0.552105

SO20.413104

現(xiàn)在是12頁\一共有96頁\編輯于星期二亨利定律的不同表達形式：

pA*

—溶質在氣相中的平衡分壓，Pa；

cA—溶質A在液相中物質的量濃度，kmol/m3；

H—溶解度系數(shù)，kmol/(m3.Pa)。第二節(jié)物理吸收

xA—液相中溶質的摩爾分數(shù)；yA*—與溶液平衡氣相中溶質摩爾分數(shù)；

m—相平衡常數(shù)，無量綱。三個常數(shù)之間的關系：

現(xiàn)在是13頁\一共有96頁\編輯于星期二單組分物理吸收過程中，惰性氣體和溶劑的量不變，以它們?yōu)榛鶞?，用摩爾比表示平衡關系：當溶液濃度很低時，XA很小，上式可近似寫為：第二節(jié)物理吸收

總結：亨利定律有四種表達形式，都表示氣－液平衡時氣相與液相組成之間的平衡關系，其關系都可表示成平面坐標中的曲線。現(xiàn)在是14頁\一共有96頁\編輯于星期二相對氣相濃度y而言，液相濃度欠飽和(x<x*)，液相有吸收溶質A的能力。相對液相濃度x而言，氣相濃度為過飽和(y>y*)，溶質A由氣相向液相轉移。(1)判斷傳質方向氣、液相濃度(y,x)在平衡線上方(P點)：yxoy*=f(x)Pyxy*結論：若系統(tǒng)氣、液相濃度(y,x)在平衡線上方，體

系將發(fā)生從氣相到液相傳質，即吸收過程。x*釋放溶質吸收溶質3、相平衡關系在吸收過程中的應用第二節(jié)物理吸收

現(xiàn)在是15頁\一共有96頁\編輯于星期二相對氣相濃度而言液相濃度過飽和(x>x*)，液相有釋放溶質A的能力。相對液相濃度x而言氣相濃度為欠飽和(y<y*)，溶質A由液相向氣相轉移。氣、液相濃度(y,x)在平衡線下方(Q點)：yxoy*=f(x)Qyxy*結論：若系統(tǒng)氣、液相濃度(y,x)在平衡線下方，體

系將發(fā)生從液相到氣相的傳質，即解吸過程。x*釋放溶質吸收溶質第二節(jié)物理吸收

(1)判斷傳質方向現(xiàn)在是16頁\一共有96頁\編輯于星期二相對氣相濃度而言液相濃度為平衡濃度(x=x*)，液相不釋放或吸收溶質A。相對液相濃度x而言氣相濃度為平衡濃度(y=y*)，溶質A不發(fā)生轉移。氣、液相濃度(y,x)處于平衡線上(R點)：yxoy*=f(x)Ryxy*結論：若系統(tǒng)氣、液相濃度(y,x)在平衡線上，從宏觀角度體系不發(fā)生相間傳質，即系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。x*第二節(jié)物理吸收

(1)判斷傳質方向現(xiàn)在是17頁\一共有96頁\編輯于星期二對吸收而言：若保持液相濃度x不變，氣相濃度y最低只能降到與之相平衡的濃度y*，即ymin=y*；若保持氣相濃度y不變，則液相濃度x最高也只能升高到與氣相濃度y相平衡的濃度x*，即xmax=x*。yxoy*=f(x)Pyxy*x*第二節(jié)物理吸收

2、確定傳質過程的極限現(xiàn)在是18頁\一共有96頁\編輯于星期二yxoy*=f(x)Qyxy*x*對解吸而言：若保持液相濃度x不變，氣相濃度y最高只能升到與之相平衡的濃度y*，即ymax=y*；若保持氣相濃度y不變，則液相濃度x最高也只能降到與氣相濃度y相平衡的濃度x*，即xmin=x*。第二節(jié)物理吸收

2、確定傳質過程的極限現(xiàn)在是19頁\一共有96頁\編輯于星期二傳質推動力表示方法可不同，但效果一樣。未達到平衡的兩相接觸發(fā)生相間傳質(吸收或解吸)，離平衡濃度越遠，傳質推動力越大，傳質過程越快。方法：用氣相或液相濃度遠離平衡的程度表示氣液相際傳質過程的推動力。第二節(jié)物理吸收

yxoy*=f(x)Pyxy*x*(y-y*)(x*-x)3、計算傳質推動力氣相液相氣體分壓物質濃度摩爾分數(shù)Δy=y－y*Δp=p－p*Δx=x*－xΔc=c*－c傳質推動力表示方法(p-p*)(c*-c)現(xiàn)在是20頁\一共有96頁\編輯于星期二溶質由氣相主體傳至兩相界面，即氣相內傳質；溶質在兩相界面由氣相溶解于液相，即相際傳質；溶質由界面液相側傳至液相主體，即液相內傳質。雙膜理論——描述氣液兩相間的傳質過程二、物理吸收的動力學基礎吸收過程是一種典型的由氣相向液相的傳質過程，一般可分解為三個基本步驟：第二節(jié)物理吸收

1、吸收過程機理現(xiàn)在是21頁\一共有96頁\編輯于星期二相互接觸的氣液兩相流體間存在著穩(wěn)定的相界面，界面兩側分別有一層虛擬的氣膜和液膜。在相界面處，氣液兩相在瞬間即可達到平衡，界面上沒有傳質阻力。在膜層以外，氣液兩相流體都充分湍動，不存在濃度梯度，沒有傳質阻力；濃度差集中在氣膜和液相膜內，傳質阻力全部集中在兩膜內。

2、雙膜理論（看書p274）第二節(jié)物理吸收

現(xiàn)在是22頁\一共有96頁\編輯于星期二相界面GL溶質ApApAicAicA氣相主體液相主體cAi=HpAi亨利定律雙膜理論模型示意圖第二節(jié)物理吸收

雙膜理論將流體相際傳質過程簡化為經(jīng)兩膜層穩(wěn)態(tài)分子擴散的串聯(lián)過程，氣相和液相對流傳質速率相等。吸收過程則為溶質通過氣膜和液膜的分子擴散過程?，F(xiàn)在是23頁\一共有96頁\編輯于星期二第二節(jié)物理吸收

現(xiàn)在是24頁\一共有96頁\編輯于星期二第二節(jié)物理吸收

由于混合物的組成可用多種方式表示，對應于每一種表達法都有與之相應的傳質速率方程。氣相傳質速率方程常用的三種表達形式kG—推動力為分壓差的氣膜傳質系數(shù)，kmol/(sm2Pa)；ky—推動力為摩爾分數(shù)差的氣膜傳質系數(shù)，kmol/(sm2)；kY—推動力為摩爾比差的氣膜傳質系數(shù)，kmol/(sm2)；p、y、Y—溶質A在氣相主體分壓(kPa)、摩爾分數(shù)和摩爾比；pi、yi、Yi—溶質A在界面氣相側分壓(kPa)、摩爾分數(shù)和摩爾比。現(xiàn)在是25頁\一共有96頁\編輯于星期二液相傳質速率方程常用的三種表達形式第二節(jié)物理吸收

kL—推動力為摩爾濃度差的液膜傳質系數(shù)，m/s；kx—推動力為摩爾分數(shù)差的液膜傳質系數(shù)，kmol/(sm2)；kX—推動力為摩爾比差的液膜傳質系數(shù)，kmol/(sm2)；c、x、X—溶質A在液相主體摩爾濃度、摩爾分數(shù)和摩爾比；ci、xi、Xi—溶質A在界面液相側摩爾濃度、摩爾分數(shù)和摩爾比?，F(xiàn)在是26頁\一共有96頁\編輯于星期二第二節(jié)物理吸收

以上各式均用到了相界面的組成，即pAi、cAi及氣液膜傳質系數(shù)，但相界面的組成很難確定。因此，用氣液兩相主體的分壓和濃度計算傳質速率更為方便。

不同形式的傳質速率方程物理意義一樣，都代表單位時間內通過單位界面面積傳遞溶質A的量；傳質系數(shù)與傳質推動力表達方式有關，其倒數(shù)為傳質阻力注意：不同單位的傳質系數(shù)大小不同，但可根據(jù)組成表示法的相互關系進行換算?，F(xiàn)在是27頁\一共有96頁\編輯于星期二在氣液界面應用亨利定律：3、總傳質速率方程第二節(jié)物理吸收

（1）以(p-p*)表示總推動力的吸收速率方程KG:以氣相分壓差為推動力的總傳質系數(shù),kmol·m-2·s-1·Pa-1

分別為總阻力、氣膜阻力和液膜阻力

即總阻力=氣膜阻力+液膜阻力現(xiàn)在是28頁\一共有96頁\編輯于星期二第二節(jié)物理吸收

（2）以(c*-c)表示總推動力的總吸收速率方程KL:以液相濃度差為推動力的總傳質系數(shù),m/s

總傳質系數(shù)KG與KL之間的關系：現(xiàn)在是29頁\一共有96頁\編輯于星期二第二節(jié)物理吸收

（3）總傳質速率方程的其他表示形式：Kx:以液相摩爾分數(shù)差為推動力的總傳質系數(shù),m/s

KX:以液相摩爾比差為推動力的總傳質系數(shù),m/sKy:以氣相摩爾分數(shù)差為推動力的總傳質系數(shù),m/sKY:以氣相摩爾比差為推動力的總傳質系數(shù),m/s現(xiàn)在是30頁\一共有96頁\編輯于星期二

傳質速率與傳質推動力成正比，與傳質阻力成反比。增加溶質的氣相分壓或者減少液相濃度，都可以增加傳質推動力，從而增加傳質速率?？倐髻|速率方程表示什么？第二節(jié)物理吸收

采用總傳質速率方程進行計算可避開難以確定的相界面組成xi和yi。這與間壁對流傳熱問題中用總傳熱速率方程避開固體壁面兩側溫度相似。總傳質阻力取決于氣、液兩相的傳質阻力。但對一些吸收過程，氣、液兩相傳質阻力在總傳質阻力中所占比例相差較大，可對問題進行簡化處理。現(xiàn)在是31頁\一共有96頁\編輯于星期二

包括氣膜阻力和液膜阻力兩部分：在通常吸收操作條件下，kG和kL大致相當，而不同溶質的亨利系數(shù)卻相差很大。（以氣相分壓差為推動力時）4、傳質阻力分析第二節(jié)物理吸收

現(xiàn)在是32頁\一共有96頁\編輯于星期二1)氣膜控制氣膜控制：傳質阻力主要集中在氣相氣膜控制的特點：提高傳質速率的措施：提高氣體流速；加強氣相湍流程度。第二節(jié)物理吸收

易溶氣體，H值很大，液膜阻力相對很小液相界面濃度Ci≈CA，氣膜推動力PA-Pi≈PA-PA*較小的氣相分壓PA（或濃度）能與較大液相濃度CA*相平衡。如用水吸收NH3、HCl等現(xiàn)在是33頁\一共有96頁\編輯于星期二液膜控制：傳質阻力主要集中在液相液膜控制的特點：提高傳質速率的措施：提高液體流速；增大液相湍流程度。第二節(jié)物理吸收

難溶氣體，H值很小,液膜阻力相對很大比如，用水吸收CO2,O2。氣相界面分壓Pi≈PA，液膜推動力Ci-CA=CA*-CA。2)液膜控制現(xiàn)在是34頁\一共有96頁\編輯于星期二中等溶解度的溶質：如用水吸收SO2。第二節(jié)物理吸收

3)雙膜控制氣膜、液膜傳質阻力相當，兩者都不可忽略雙膜控制的特點：提高傳質速率的措施：提高氣體和液體流速；增大氣相和液相的湍流程度。現(xiàn)在是35頁\一共有96頁\編輯于星期二小結：吸收速率方程與膜系數(shù)相對應的吸收速率式與總系數(shù)對應的速率式

用一相主體與界面的濃度差表示推動力用一相主體的濃度與其平衡濃度之差表示推動力第二節(jié)物理吸收

現(xiàn)在是36頁\一共有96頁\編輯于星期二注意：吸收系數(shù)的單位：kmol/(m2.s.單位推動力)吸收系數(shù)與吸收推動力要正確搭配阻力與推動力的表達形式要對應吸收速率方程的適用條件各種吸收系數(shù)間的關系氣膜控制與液膜控制的條件第二節(jié)物理吸收

現(xiàn)在是37頁\一共有96頁\編輯于星期二(1)亨利定律有哪些表達形式，意義及常數(shù)之間的關系如何？(2)如何通過相平衡曲線判斷傳質方向，其物理意義何在？(3)舉例說明如何改變平衡條件來實現(xiàn)傳質極限的改變。(4)吸收過程有哪幾個基本步驟？(5)雙膜理論的基本論點是什么？(6)吸收速率與傳質推動力和傳質阻力關系有哪些表達形式？(7)吸收傳質阻力由哪幾個部分組成，如何表示，關系如何？(8)簡要說明氣體性質對傳質阻力的影響，并舉例說明。本節(jié)思考題第二節(jié)物理吸收

現(xiàn)在是38頁\一共有96頁\編輯于星期二第三節(jié)化學吸收一、化學吸收的特點二、化學吸收的平衡關系三、化學吸收的傳質速率本節(jié)主要內容掌握化學吸收過程平衡關系及化學吸收傳質速率現(xiàn)在是39頁\一共有96頁\編輯于星期二采用吸收法處理氣態(tài)污染物時，通常采用化學吸收濕式脫硫：石灰/石灰石洗滌煙氣脫硫干法脫硫：噴霧干燥煙氣脫硫：SO2被霧化的

Ca(OH)2漿液或Na2CO3溶液吸收水、酸、堿吸收凈化含NOx廢氣（硝酸生產(chǎn)過程）水、堿液吸收凈化含氟廢氣（磷酸生產(chǎn)）第三節(jié)化學吸收現(xiàn)在是40頁\一共有96頁\編輯于星期二化學吸收：氣相中溶質A被吸收劑吸收后，與吸收劑或其中的活性組分B發(fā)生化學反應的吸收過程。一、化學吸收的特點(看書p280-281)第三節(jié)化學吸收距離zp或c氣相主體液相主體氣膜液膜相界面產(chǎn)物M活性組分BcBcMcA,ipA溶質ApA,i反應區(qū)化學吸收過程示意圖A+BM現(xiàn)在是41頁\一共有96頁\編輯于星期二如反應速率快，活性組分B的擴散速率也較快：溶質A達到相界面后立即被反應消耗，相界面、液相中溶質A的濃度很低。如反應速率較慢，或活性組分B的擴散速率慢：溶質A可能擴散到液相主體后仍有大部分未能反應。第三節(jié)化學吸收

溶質A化學吸收速率的影響因素：溶質的擴散速率活性組分的擴散速率、化學反應速率反應產(chǎn)物擴散速率化學吸收過程的特點：可以加快溶質傳質速率，增加吸收劑吸收容量；化學反應提高了吸收的選擇性?，F(xiàn)在是42頁\一共有96頁\編輯于星期二化學吸收涉及的過程：溶質在氣液兩相間的相平衡溶質在液相的化學反應平衡

亨利定律稀溶液液相中物理溶解態(tài)的溶質濃度溶質氣相分壓化學反應平衡條件

二、化學吸收的平衡關系第三節(jié)化學吸收現(xiàn)在是43頁\一共有96頁\編輯于星期二假設溶質A僅與一種活性組分反應（單一組分），反應關系式為：化學反應平衡常數(shù)：[A]：液相中未反應的，以物理溶解態(tài)存在的溶質濃度—與氣相中溶質分壓相對應的溶質濃度此濃度可表示為：

第三節(jié)化學吸收現(xiàn)在是44頁\一共有96頁\編輯于星期二平衡關系可知，[A]低于液相中溶質A的總濃度。H一定，低于僅有物理吸收時溶質在氣相中的平衡分壓因此溶劑吸收率大于物理吸收。第三節(jié)化學吸收代入亨利定律：自學:溶質與吸收劑和溶質與活性組分反應不同情形現(xiàn)在是45頁\一共有96頁\編輯于星期二1、溶質與吸收劑反應：如用水吸收氨。假設溶質在溶劑中的總濃度為cA，化學反應平衡關系可表示為：進而可得

（）（）（）第三節(jié)化學吸收現(xiàn)在是46頁\一共有96頁\編輯于星期二將此濃度代入亨利定律，可得溶質的氣液相平衡關系：在稀溶液條件下：溶劑量大，[B]=常數(shù)；反應條件一定時，K=常數(shù)上述氣液相平衡在形式上仍然符合亨利定律。溶解度系數(shù)增加了(1+K[B])倍。

（）第三節(jié)化學吸收現(xiàn)在是47頁\一共有96頁\編輯于星期二如果吸收過程還涉及其他反應，那么整個吸收過程的溶質平衡關系就會更為復雜。比如，反應產(chǎn)物發(fā)生解離反應：

則相應的解離反應平衡關系為：

（）（）第三節(jié)化學吸收現(xiàn)在是48頁\一共有96頁\編輯于星期二則溶質A在液相中的總濃度為而再根據(jù)化學反應平衡關系

（）第三節(jié)化學吸收現(xiàn)在是49頁\一共有96頁\編輯于星期二可解得：

相平衡關系式：此時，pA*與cA不再是亨利定律的正比關系。（）第三節(jié)化學吸收現(xiàn)在是50頁\一共有96頁\編輯于星期二2.溶質與溶劑中的活性組分B反應：B代表溶劑中與溶質反應的活性組分。

設活性組分B的初始濃度為，反應平衡時的轉化率為R

化學平衡關系可寫為:

（）第三節(jié)化學吸收現(xiàn)在是51頁\一共有96頁\編輯于星期二溶劑中未反應溶質A的濃度為由亨利定律，可以得到溶質的氣液相平衡關系：由上式可以求得：

所以參加反應的溶質濃度為：

表示了溶劑的吸收能力最大趨近活性組分的起始濃度（）（）（）第三節(jié)化學吸收現(xiàn)在是52頁\一共有96頁\編輯于星期二化學吸收過程特點溶質氣液相平衡

化學反應平衡

溶液中未反應的溶質濃度第三節(jié)化學吸收現(xiàn)在是53頁\一共有96頁\編輯于星期二傳質模型基礎：雙膜模型相界面處：溶質在氣液兩相中的組成仍符合平衡關系，可用亨利定律表示：第三節(jié)化學吸收三、化學吸收的傳質速率液相側：擴散傳質過程和化學反應過程共同作用：液相主體相界面氣相擴散液相擴散pAcAicA

pAi氣相主體物理吸收化學吸收

氣膜液膜氣相側：溶質傳質速率方程與物理吸收過程相同現(xiàn)在是54頁\一共有96頁\編輯于星期二化學反應界面處液相溶質物理態(tài)溶解濃度減小增加相界面處的傳質推動力液相側停滯膜當量厚度降低傳質阻力減少

傳質系數(shù)增加

化學反應對液相傳質速率的影響可以用增大傳質推動力或增大傳質系數(shù)兩種方法來表示。第三節(jié)化學吸收現(xiàn)在是55頁\一共有96頁\編輯于星期二不存在化學反應時，物理吸收的液相傳質速率為：

傳質系數(shù)不變，推動力增加，化學吸收液相傳質速率相應地總傳質系數(shù)不變，但液相傳質推動力增加，以液相濃度差為推動力的總傳質速率方程可表示為—增加的傳質推動力部分，其實質是由于化學反應減少了液相溶質濃度。

第三節(jié)化學吸收現(xiàn)在是56頁\一共有96頁\編輯于星期二傳質推動力不變，傳質系數(shù)增加，液相傳質速率方程為同樣，總傳質系數(shù)也會相應增加：

—增強因子

總傳質速率方程為：第三節(jié)化學吸收如何求增強因子？現(xiàn)在是57頁\一共有96頁\編輯于星期二擴散方程化學反應速率方程

建立反應-擴散微分方程式然后根據(jù)具體的反應過程進行積分求解。針對溶質A、活性組分B化學反應分：瞬時、快速、慢速、一級、二級、n級可逆、不可逆第三節(jié)化學吸收現(xiàn)在是58頁\一共有96頁\編輯于星期二相界面pApAi=0cMicM氣相主體液相主體cBicB溶質A：在相界面處與B完全反應，在液膜內沒有擴散化學吸收就完全等同于氣膜阻力控制的物理吸收極端情況：反應面發(fā)生在界面上：第三節(jié)化學吸收如液相中活性組分B：濃度足夠大，擴散速率足夠快現(xiàn)在是59頁\一共有96頁\編輯于星期二活性組分B濃度較大，擴散速率也較快，化學反應發(fā)生在液膜中，此時傳質過程和反應過程會相對復雜。

相界面pApAicM氣相主體液相主體cAicBGL1L2反應面：取決于A、B傳質速率的相對大小反應面發(fā)生在液膜：第三節(jié)化學吸收現(xiàn)在是60頁\一共有96頁\編輯于星期二對于液膜控制的吸收過程，采用化學吸收過程可以消除液相傳質阻力，大大提高傳質速率。但對于氣膜控制的吸收過程，化學吸收是否有作用？

第三節(jié)化學吸收現(xiàn)在是61頁\一共有96頁\編輯于星期二化學吸收與物理吸收的主要區(qū)別是什么？化學反應對吸收過程有哪些影響？如何聯(lián)系化學吸收的氣液平衡和化學反應平衡？如何解釋化學吸收中傳質速率的增加？化學反應速率的不同如何影響化學吸收？化學吸收的適用范圍是什么？本節(jié)思考題第三節(jié)化學吸收現(xiàn)在是62頁\一共有96頁\編輯于星期二一、吸收設備工藝簡述二、填料塔吸收過程的物料衡算與操作線方程三、吸收劑用量的計算四、填料層高度的基本計算本節(jié)主要內容第四節(jié)吸收設備的主要工藝計算

掌握吸收塔物料衡算與操作線方程，掌握填料層高度的計算方法?，F(xiàn)在是63頁\一共有96頁\編輯于星期二填料塔：氣液兩相在塔內連續(xù)接觸板式塔：氣液兩相在塔內逐級接觸一、吸收設備工藝簡述第四節(jié)吸收設備的主要工藝計算

吸收常用設備是吸收塔，以低濃度氣體吸收為對象根據(jù)塔內氣液接觸部件的結構，分為填料塔與板式塔兩大類。吸收操作一般用填料塔；精餾操作一般用板式塔現(xiàn)在是64頁\一共有96頁\編輯于星期二第四節(jié)吸收設備的主要工藝計算

1、填料塔兩相濃度沿塔高連續(xù)變化連續(xù)接觸式傳質設備現(xiàn)在是65頁\一共有96頁\編輯于星期二第四節(jié)吸收設備的主要工藝計算

現(xiàn)在是66頁\一共有96頁\編輯于星期二第四節(jié)吸收設備的主要工藝計算

階梯環(huán)鮑爾環(huán)拉西環(huán)鞍形環(huán)環(huán)填料的種類:(1)散裝填料現(xiàn)在是67頁\一共有96頁\編輯于星期二第四節(jié)吸收設備的主要工藝計算

板波紋槽式液體分布器絲網(wǎng)波紋填料塑料絲網(wǎng)波紋填料

(2)規(guī)整填料現(xiàn)在是68頁\一共有96頁\編輯于星期二2、板式塔兩相濃度沿塔高呈階梯變化逐級接觸式傳質設備降液管平頂型溢流堰受液區(qū)開孔區(qū)第四節(jié)吸收設備的主要工藝計算

現(xiàn)在是69頁\一共有96頁\編輯于星期二第四節(jié)吸收設備的主要工藝計算

現(xiàn)在是70頁\一共有96頁\編輯于星期二溢流塔板又分為：第四節(jié)吸收設備的主要工藝計算

泡罩型篩孔型浮閥型其它型篩孔型現(xiàn)在是71頁\一共有96頁\編輯于星期二泡罩型篩孔型浮閥型其它型第四節(jié)吸收設備的主要工藝計算

各種浮閥：F1型、V型、T型、A型浮閥型旋流塔板

壓延孔板斜孔塔板

現(xiàn)在是72頁\一共有96頁\編輯于星期二第四節(jié)吸收設備的主要工藝計算

吸收設備的計算，按給定條件、任務和要求的不同，一般可分為設計型計算和操作型（校核型）計算兩大類。設計型計算：按給定的生產(chǎn)任務和工藝條件來設計滿足任務要求的單元設備。操作型計算：根據(jù)已知的設備參數(shù)和工藝條件來求算所能完成的任務。

兩種計算遵循的基本原理及所用關系式相同，只是計算方法和步驟有些差異。本章著重討論吸收塔的設計型計算。現(xiàn)在是73頁\一共有96頁\編輯于星期二一般已知條件為：

1)氣體混合物中溶質A的組成及流量kmol/(m2.s)

2)吸收劑種類及T、P下的相平衡關系；

3)出塔氣體的組成。計算：吸收劑用量；塔的工藝尺寸，塔徑和填料層高度傳質面積：若塔的截面積為，填料層高度為Z，單位體積的填料所提供的有效比表面積為a（m2/m3），則該塔所能提供的傳質面積A=

Za。第四節(jié)吸收設備的主要工藝計算

qv---操作條件下混合氣體的體積流量m3/su----空塔氣速，一般以塔底氣量計算。塔徑：由與填料的流體力學特性相關的空塔氣速決定塔截面積確定后，求傳質面積轉化為求所需填料層高度?，F(xiàn)在是74頁\一共有96頁\編輯于星期二（一）全塔物料衡算

二、填料塔吸收過程的物料衡算與操作線方程第四節(jié)吸收設備的主要工藝計算

qnG,Y2qnG,Y1qnL,X1qnL,X2qnG,YqnL,X確定各物流間量的關系以及設備中任意位置兩物料組成間的關系。下標“1”代表填料層下底截面，下標“2”代表填料層上頂截面。

qnG—惰性氣體B的摩爾流量kmol/s；

qnL—純吸收劑S的摩爾流量kmol/s；

Y—溶質A在氣相中的摩爾比；

X—溶質A在液相中的摩爾比。Y1,Y2—為進、出塔溶質A在氣相中摩爾比；X1,X2—為出、進塔溶質A在吸收液中摩爾比；現(xiàn)在是75頁\一共有96頁\編輯于星期二第四節(jié)吸收設備的主要工藝計算

進塔氣量qnG和組成Y1由吸收任務規(guī)定，進塔吸收劑溫度和組成X2一般由工藝條件確定，出塔氣體組成Y2則由任務給定的吸收率φ

求出穩(wěn)態(tài)吸收過程，單位時間內氣相溶質A在塔內被吸收的量必等于液相的吸收量。全塔物料衡算為：qnG,Y2qnG,Y1qnL,X1qnL,X2qnG,YqnL,X現(xiàn)在是76頁\一共有96頁\編輯于星期二（二）操作線方程與操作線同理，在任一截面與塔頂端面間作溶質A的物料衡算(常用)，則以填料層任一截面與塔底端面之間的填料層為衡算對象，則溶質A的物料衡算式為第四節(jié)吸收設備的主要工藝計算

qnG,Y2qnG,Y1qnL,X1qnL,X2qnG,YqnL,X上兩式為吸收操作線方程，表明塔內任一截面氣相濃度Y與液相濃度X成直線關系，斜率為qnL/qnG—吸收塔操作液氣比。現(xiàn)在是77頁\一共有96頁\編輯于星期二操作線方程與操作線Y-X圖上以液氣比qnL/qnG為斜率，過塔進、出口氣、液兩相組成點A(X2,Y2)和B(X1,Y1)的直線，稱為吸收操作線。YXoY*=f(X)BY1X1X2Y2AYXX*Y*P線上任一點P(X,Y)代表塔內該截面上氣、液兩相的組成。操作線上任一點P與平衡線間的垂直距離Y-Y*為塔內該截面上以氣相為基準的吸收傳質推動力；與平衡線水平距離X*-X為該截面以液相為基準的吸收傳質推動力。兩線間垂直距離Y-Y*或水平距離X*-X的變化顯示了吸收過程推動力沿塔高的變化規(guī)律。Y-Y*X*-X第四節(jié)吸收設備的主要工藝計算

操作線平衡線現(xiàn)在是78頁\一共有96頁\編輯于星期二三、吸收劑用量的計算

在吸收塔的設計計算中，氣體處理量qnG以及進、出塔組成Y1和Y2由設計任務給定，吸收劑入塔組成X2則是由工藝條件決定或設計人員選定。

可知吸收劑出塔濃度X1與吸收劑用量qnL相互制約，即吸收劑用量的變化會引起操作線相應的變化。由全塔物料衡算式：

第四節(jié)吸收設備的主要工藝計算

現(xiàn)在是79頁\一共有96頁\編輯于星期二X2X*X1XY1Y*Y2操作線(qnL/qnG)(qnL/qnG)min(qnL/qnG)maxABCB1D第四節(jié)吸收設備的主要工藝計算

qnL，qnL/qnG，操作線遠離平衡線，塔內各截面上的傳質推動力，吸收劑出塔濃度X1，完成一定的分離任務所需塔高；循環(huán)和再生費用；操作線AD平行于縱軸，吸收劑用量無窮大，吸收劑出塔濃度最小，X1=X2。操作線與平衡線相交吸收劑用量最小，吸收劑出塔濃度最大，氣液兩相達到平衡。qnL/qnG，吸收劑出塔濃度X1，塔內傳質推動力，完成相同任務所需塔高，設備費用?，F(xiàn)在是80頁\一共有96頁\編輯于星期二最小吸收劑用量：

實際吸收劑用量>qnLmin

吸收劑用量吸收塔高度第四節(jié)吸收設備的主要工藝計算

根據(jù)全塔的物料衡算，吸收劑用量為：吸收劑用量最小時，塔底截面氣液兩相平衡，由亨利定律得qnL=(1.1~2.0)qnLmin現(xiàn)在是81頁\一共有96頁\編輯于星期二涉及吸收過程物料衡算、傳質速率方程和相平衡關系第四節(jié)吸收設備的主要工藝計算

四、填料層高度的基本計算1、基本計算式（一）填料層高度的計算式qnG,Y2qnG,Y1qnL,X1qnL,X2YXZY+dYdhX+dX選取填料塔中微元填料層dh為研究對象對微元填料層作溶質A的物料衡算：微元填料層內的傳質速率方程：dqn——經(jīng)過微元填料層傳遞的溶質A的量，kmol/s；——塔的橫截面積，m2

；a——填料層的有效傳質比表面積，m2/m3

。現(xiàn)在是82頁\一共有96頁\編輯于星期二將微元填料層物料衡算方程和傳質速率方程聯(lián)立：第四節(jié)吸收設備的主要工藝計算

dh的微分方程沿塔高積分得體積傳質系數(shù)：實際應用中常將傳質系數(shù)與比表面積a的乘積（KYa及KXa）作為一個完整的物理量看待，稱為體積傳質系數(shù)或體積吸收系數(shù)，單位為kmol/(m3·s)。物理意義：傳質推動力為一個單位時，單位時間、單位體積填料層內吸收的溶質摩爾量。

低濃度氣體吸收高濃度氣體若在塔內吸收量不大(如難溶氣體吸收)，吸收過程具有低濃度氣體吸收特點，也可按低濃度吸收處理?，F(xiàn)在是83頁\一共有96頁\編輯于星期二對氣相總傳質系數(shù)和推動力：HOG—氣相總傳質單元高度，m；NOG—氣相總傳質單元數(shù)，無因次。HOL—液相總傳質單元高度，m；NOL—液相總傳質單元數(shù)，無因次。若令對液相總傳質系數(shù)和推動力：若令2、傳質單元高度和傳質單元數(shù)第四節(jié)吸收設備的主要工藝計算

現(xiàn)在是84頁\一共有96頁\編輯于星期二傳質單元數(shù)：分子為氣相（液相）組成的變化，分母為傳質推動力，只決定于傳質前后氣液相的組成和相平衡關系，與設備的情況無關。其值大小反映了吸收過程的難易程度，任務要求的氣體濃度變化越大，過程的平均推動力越小，意味著過程難度越大，所需傳質單元數(shù)越大。（p293）在設備選型前可先計算出過程所需的傳質單元數(shù)，值大，分離任務艱巨，為避免塔過高應選用傳質性能優(yōu)良的填料。若值過大，應重新考慮所選溶劑或液氣比是否合理。第四節(jié)吸收設備的主要工藝計算

依此類推，可以寫出通式：填料層高度=傳質單元高度×傳質單元數(shù)現(xiàn)在是85頁\一共有96頁\編輯于星期二第四節(jié)吸收設備的主要工藝計算

總傳質單元高度：完成一個傳質單元分離任務所需填料層高度，與填料性能和塔中氣、液兩相的流動狀況有關，其值大小反映了填料層傳質動力學性能的優(yōu)劣。HOG或HOL值小，表示設備性能高，完成相同傳質單元數(shù)的吸收任務所需塔的高度小。

HOG或HOL因分子分母同向變化的緣故，其變化幅度較小，一般吸收設備的傳質單元高度在0.15~1.5m范圍內?，F(xiàn)在是86頁\一共有96頁\編輯于星期二1、對數(shù)平均推動力法

第四節(jié)吸收設備的主要工藝計算