化工原理B復(fù)習(xí)資料吸收

第六部分吸收利用各組分溶解度不同而分離氣體混合物的單元操作稱為吸收。一、描述兩組分混合物基本物理量1、用物質(zhì)的量或質(zhì)量的表示y=nx=紡摩爾分率：在混合物中某組分的摩爾數(shù)占混合物總摩爾數(shù)的分率。AnAn摩爾比：混合物中某組分的摩爾數(shù)與惰性組分摩爾數(shù)之比。氣相：Ya_氣相：Ya_"Y=工i-yX一._A液相：xX_——1-xc_n摩爾濃度：單位體積混合物中某組分的摩爾數(shù)。A寸m

a_m

a_—^

AmB質(zhì)量比：混合物中某組分A的質(zhì)量與惰性組分B（不參加傳質(zhì)的組分）的質(zhì)量之比。質(zhì)量濃度：單位體積混合物中某組分的質(zhì)量。Ga_m偶爾會(huì)給質(zhì)量方面的已知條件，根據(jù)定義去推導(dǎo)出所用的摩爾比2、溶解度定義：平衡狀態(tài)下氣相中溶質(zhì)分壓稱為平衡分壓或飽和分壓，液相中的溶質(zhì)濃度稱為平衡濃度或飽和濃度溶解度。氣體在液體中的飽和濃度C；表明一定條件下吸收過程可能達(dá)到的極限程度。

影響因素：在總壓不大的情況下，溶解度只與溫度和物質(zhì)氣相分壓有關(guān)。注意定義，溶解度是用于解釋物質(zhì)平衡狀態(tài)的物理量。分析總結(jié)：吸收劑、溫度T、P一定時(shí)，不同物質(zhì)的溶解度不同。溫度、溶液的濃度一定時(shí)，溶液上方分壓越大的物質(zhì)越難溶。對于同一種氣體，分壓一定時(shí)，溫度T越高，溶解度越小。溫度T一定時(shí)，分壓P越大，溶解度越大。加壓和降溫對吸收操作有利。二、亨利定律引入下的氣液相物理量平衡關(guān)系總的來說，亨利定律表征的是平衡狀態(tài)下，某一組分氣相分壓（P*）與液相該組分組成的關(guān)系。1、當(dāng)氣相組成用P*表示，由于液相組成的表達(dá)形式可以為X摩爾分率、c摩爾濃度，有P*=Ex,P*=c/H氨身中的袖度1050SZ6MOOOT—</■(EH5M注意E、H的意義單位E一亨利常數(shù)，單位與壓強(qiáng)單位一致。溫度T上升，E值增大;在同一溶劑中，E氨身中的袖度1050SZ6MOOOT—</■(EH5MH—溶解度系數(shù)，單位：kmol/m3-Pa或kmol/m3-atmoH是溫度的函數(shù)，H值隨溫度升高而減小。H值越大，氣體越易溶。（H、E的關(guān)系偶爾需要用定義推導(dǎo)一下，這個(gè)很簡單2、當(dāng)氣相組成用y*表示，表達(dá)形式可以為y*=mxm——相平衡常數(shù)，是溫度和壓強(qiáng)的函數(shù)。溫度升高、總壓下降則m值變大，m值越大，表明氣體的溶解度越小。冒*=mX3、當(dāng)氣相組成用摩爾比Y*表示液相組成用X*表示時(shí)，根據(jù)定義可以推導(dǎo)出1+（1一m）X通常我們認(rèn)為x約為0，用丫?二mX來描述該關(guān)系4、課件例題（最基本的亨利定律應(yīng)用）在常壓及20對下，測得氨在水中的平衡數(shù)據(jù)為：0.5gNH3/100gH2O濃度為的稀氨水上方的平衡分壓為400Pa，在該濃度范圍下相平衡關(guān)系可用亨利定律表示，試求亨利系數(shù)E，溶解度系數(shù)H，及相平衡常數(shù)m。（氨水密度可取為1000kg/m3）分析思路一一給出的是質(zhì)量關(guān)系，要推出應(yīng)用于公式所用x摩爾分率、c摩爾濃度、Y*、X*這些物理量，然后根據(jù)上面的公式推出各系數(shù)只給答案，過程不會(huì)看課件：E=7.59x104Pa，m=0.75，H=733xW-4kmol/m3Pa注意單位5、以氣液平衡關(guān)系進(jìn)行吸收分析（1）吸收方向一一當(dāng)氣相中溶質(zhì)的的實(shí)際分壓高于與液相成平衡的溶質(zhì)分壓時(shí)，溶質(zhì)從氣相向液相轉(zhuǎn)移，發(fā)生吸收過程；反之當(dāng)氣相中溶質(zhì)的的實(shí)際分壓低于與液相成平衡的溶質(zhì)分壓時(shí)，溶質(zhì)從液相向氣相轉(zhuǎn)移，發(fā)生脫吸（解吸）過程。課件例題——在101.3kPa，20對下,稀氨水的氣液相平衡關(guān)系為：了*=°94^，若含氨0.094摩爾分?jǐn)?shù)的混合氣和組成七=0.05的氨水接觸，確定過程的方向。很明顯，如果氣相摩爾分?jǐn)?shù)y=0.094,那么對應(yīng)的液相摩爾分率為0.094/0.94,x=0.1,所以只有當(dāng)吸收劑氨的摩爾分率小于0、1時(shí)發(fā)生吸收，XA=0.05是小于0.1的，因此該過程是吸收(也可以根據(jù)x=0.05計(jì)算y來判斷)計(jì)算過程的推動(dòng)力y—y*：以氣相組成差表示的吸收推動(dòng)力；x*—x：以液相組成差表示的吸收推動(dòng)力。引申，所謂平均推動(dòng)力即是Y1變化到Y(jié)2全過程推動(dòng)力的對數(shù)平均值，也就是Y1-Y*和Y2-Y*的對數(shù)平均值計(jì)算過程極限所謂過程的極限是指兩相充分接觸后，各相組成變化的最大可能性。X1max_X1_my-y*=mx2min22三、傳質(zhì)理論1、傳質(zhì)的理論基礎(chǔ)一關(guān)于擴(kuò)散分子擴(kuò)散——憑借流體分子無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)傳遞物質(zhì)的現(xiàn)象。關(guān)于擴(kuò)散現(xiàn)象的描述是菲克定律，表征單位時(shí)間單位面積的擴(kuò)散物質(zhì)量與物質(zhì)擴(kuò)散方向濃度(壓強(qiáng)等)的變化間關(guān)系推動(dòng)力為濃度差，由菲克定律描述：JA=-DAB(dCA)/(dz)JA—擴(kuò)散通量，kmol/(m2-s)DAB—擴(kuò)散系數(shù)2、傳質(zhì)模型及模型下的傳質(zhì)速率分析(1)傳質(zhì)模型一一在傳質(zhì)理論中有代表性的三個(gè)模型分別為雙膜理論、溶質(zhì)滲透理論和表面更新

理論。(要知道我們計(jì)算用的模型是雙模理論)(2)雙模理論雙模理論假設(shè)基礎(chǔ)相互接觸的氣液兩相間有一個(gè)穩(wěn)定的界面，界面上沒有傳質(zhì)阻力，氣液兩相處于平衡狀態(tài)。界面兩側(cè)分別存在著兩層膜，氣膜和液膜。氣相一側(cè)叫氣膜，液相一側(cè)叫液膜，這兩層膜均很薄，膜內(nèi)的流體是滯流流動(dòng)，溶質(zhì)以分子擴(kuò)散的方式進(jìn)行傳質(zhì)。膜外的氣液相主體中，流體流動(dòng)的非常劇烈，溶質(zhì)的濃度很均勻，傳質(zhì)的阻力可以忽略不計(jì)，傳質(zhì)阻力集中在兩層膜內(nèi)。雙模理論吸收方程傳質(zhì)速率方程——傳質(zhì)速率=傳質(zhì)推動(dòng)力/傳質(zhì)阻力根據(jù)雙模理論，吸收是有氣膜吸收和液膜吸收兩部分完成的1、氣膜吸收：N=、匕(p-p)皿匚A7RTPi7RTP由GRTBm，令Kg=ZGK1Bm(氣膜吸收系數(shù))，歸納出了氣膜吸收速率方程N(yùn)=kG(p-pi)同理，當(dāng)推動(dòng)力用△》、△丫表示時(shí)，有其它表達(dá)形式N=k(y-y)N=k(Y-Y)Ayi，AYiDC2、液膜吸收：DCDCN=——(c-c).Azci.zc由Lsm，令Kl=七sm(液膜吸收系數(shù))，歸納出液膜吸收速率方程N(yùn)=kL(ci-c)同理，當(dāng)推動(dòng)力用△X、△X表示時(shí)，有其它表達(dá)形式——NA=k(x—x)NA=kx(X-X)Ppt上界面濃度可以忽略，上面打陰影的是公式來源和系數(shù)推導(dǎo)過程，知道就行不用記。注意傳質(zhì)系數(shù)與推動(dòng)力相對應(yīng)，即傳質(zhì)系數(shù)與推動(dòng)力的范圍一致，傳質(zhì)系數(shù)的單位與推動(dòng)力的單位一致。3、總吸收系數(shù)及相應(yīng)的吸收速率方程式(注：不論哪種形式的總吸收系數(shù)是用大寫K表示，而單獨(dú)的氣膜、液膜吸收的系數(shù)是用小寫的k表示，不可以混淆)總吸收系數(shù)可以用氣相組成表示、可以用液相組成表示、也可以用摩爾比濃度表示因此有以下的表達(dá)形式——?dú)庀嘟M成表示有NA=Kg(P-P*)NA=Ky3-)*)液相組成表示有NA=K(c*-c)NA=Kx(X*-X)摩爾比表示有NA=、仃-Y*)na=Kx(X*-X)4、阻力表示當(dāng)NA用推動(dòng)力/阻力表示時(shí)，可以得到“總阻力=氣膜阻力+液膜阻力”的關(guān)系111H1—=——+—=——+——筆屋Hk^匕、k^雙模理論下的氣膜控制和液膜控制氣膜控制與液膜控制的概念對于易溶氣體，H很大，傳質(zhì)阻力絕大部分存在于氣膜之中，液膜阻力可以忽略，此時(shí)KG=kc，這種情況稱為“氣膜控制”;反之，對于難溶氣體，H很小，傳質(zhì)阻力絕大部分存在于液膜之中，氣膜阻力可以忽略，此時(shí)KA，這種情況稱為“液膜控制”11牝因此——?dú)饽た刂葡拢琄GkG也就是G"G11——牝—液膜控制下，KLkL也就是Kl"l5、總結(jié)與膜系數(shù)相對應(yīng)的吸收速率式（1、2中的內(nèi)容）推動(dòng)力是用一相主體與界面的濃度差來表示的，共計(jì)六種表達(dá)形式與總系數(shù)對應(yīng)的速率式（3中的內(nèi)容）推動(dòng)力是用一相主體的濃度與其平衡濃度之差來表示的，共計(jì)六種表達(dá)形式這就是老師所謂的十二種NA表達(dá)形式注：吸收系數(shù)的單位：kmol/（m2.s.單位推動(dòng)力）、吸收系數(shù)與吸收推動(dòng)力的正確搭配阻力的表達(dá)形式與推動(dòng)力的表達(dá)形式的對應(yīng)等式相對應(yīng)1、吸收塔計(jì)算1、常用條件是:1）氣體混合物中溶質(zhì)A的組成（mol分率）以及流量kmol/（m2.s）2）吸收劑的種類及T、P下的相平衡關(guān)系；3）出塔的氣體組成需要計(jì)算：1）吸收劑的用量kmol/（m2.s）；2）塔的工藝尺寸，塔徑和填料層高度2、全塔物料衡算錯(cuò)誤！未找到引用源?！?庭之=皿2+庭1，所以

V(Y1-Y2)=L(X1-X2)——逆流操作，并流可以忽略3、吸收塔的操作線方程推導(dǎo)吸收操作線方程實(shí)際上是表示塔內(nèi)任一截面的氣相濃度Y與液相濃度X之間成直線關(guān)系，的斜率為L/V。推導(dǎo)過程——在m-n截面與塔底截面之間作組分A的衡算yy+LX廣U+LX，有Y=LX/V+(Y1-LX1/V)——X1,Y1均是塔底物質(zhì)組成在m-n截面與塔頂截面之間作組分A的衡算yy+LX2=VY2+LX，有Y=LX/V+(Y2-LX2/V)直線所以4、吸收劑用量、最小液氣比計(jì)算，解理解計(jì)算的方法:*:Y=f（K）最小液氣上書一。錯(cuò)誤!未指定書簽直線所以4、吸收劑用量、最小液氣比計(jì)算，解理解計(jì)算的方法:*:Y=f（K）最小液氣上書一。錯(cuò)誤!未指定書簽簽錯(cuò)錯(cuò)液氣比即是操作線斜率，當(dāng)操作線與平衡線相交時(shí)，有最小液氣比L!誤最小液氣比：(L/V未^「(山丫/兇*%)V禾指指通常平衡關(guān)系符合亨利定律指，則(L/V)min=(Y1-Y2)/(Y1/m-X2)定書簽L=—般使用的液氣比有V即Y*=f(x)的圖線錯(cuò)誤I未指錯(cuò)誤!未指吸收劑用量——就是最小液氣比公式把V移過去推出來的TvY-YminX*-X125、填料層高度計(jì)算（含例題、比較重要）低濃度氣體吸收時(shí)填料層的基本關(guān)系式為7UfYZ=f1低濃度氣體吸收時(shí)填料層的基本關(guān)系式為7UfYZ=f1KaQYY-Y*Y2jX1dx

KxaQx21X*-X以氣相表達(dá)H引入OGKYaQN=JH引入OGKYaQN=JYi-dY-OGy2Y-Y*Z=HNOGOGhog——?dú)庀嗫倐髻|(zhì)單元高度nog——?dú)庀嗫倐髻|(zhì)單元數(shù)（后面那個(gè)nog的求解就是把這個(gè)積分式打開）以液相表示——H=—^N=jXidX引入OKxaQ，OLX2X*-XZ=HNOLOLHOL—液相總傳質(zhì)單元高度，m；nog一液相總傳質(zhì)單元數(shù)，無因次；傳質(zhì)單元數(shù)和傳質(zhì)單元高度的理解傳質(zhì)單元數(shù)以nog為例N=fYidY=1OGY2y—Y*時(shí)，Z=HogY-Y*用均值（Y-Y*）m表示，則可以看出當(dāng)氣體流經(jīng)一段填料層前后的濃度變化（Y1-Y2）恰等于此段填料層內(nèi)以氣相濃度差表示的總推動(dòng)力的的平均值（Y-Y*）m時(shí)，那么，這段填料層的高度就是一個(gè)氣相總傳質(zhì)單元高度。傳質(zhì)單元數(shù)反映吸收過程的難度，任務(wù)所要求的氣體濃度變化越大，過程的平均推動(dòng)力越小，則意味著過程難度越大，此時(shí)所需的傳質(zhì)單元數(shù)越大。傳質(zhì)單元高度以hog為例，H眼"Q，可以分析出吸收過程的傳質(zhì)阻力（1/KX）越大，填料層的有效比面積（a）越小，每個(gè)傳質(zhì)單元所相當(dāng)?shù)奶盍蠈痈叨仍酱?。③對?shù)平均推動(dòng)力法求解Ngu?考試時(shí)我們只有可能用這種方法求解，其他的方法可以忽略Y-Y-4NAYOGm也就是NU。]Ay

ln——iAK2塔頂與塔底兩截面上吸收推動(dòng)力的對數(shù)平均，稱為對數(shù)平均推動(dòng)力。AY<——1AY2<2相應(yīng)的對數(shù)平均推動(dòng)力可用算術(shù)平均推動(dòng)力表示④課件例題某生產(chǎn)車間使用一填料塔，用清水逆流吸收混合氣中有害組分A，已知操作條件下，氣相總傳質(zhì)單元高度為1.5m，進(jìn)料混合氣組成為0.04（組分的Amol分率，下同），出塔尾氣組成為0.0053，出塔水溶液濃度為0.0128，操作條件下的平衡關(guān)系為Y=2.5X（X、Y均為摩爾比），試求：1）L/V為（L/V）min的多少倍？)所需填料層高度。)若氣液流量和初始組成均不變，要求最終的尾氣排放濃度降至0.0033,求此時(shí)所需填料層高度為若干米？思路(1)由于L/V本身有摩爾比表示((L/V)=(Y1-Y2)/(X1-X2),(L/V)min=(Y1-Y2)/(X1*-X2))所以第一步是將已知中的摩爾分率化為摩爾比第二步就是將摩爾比帶入公式計(jì)算出L/V,用平衡關(guān)系將X*表示出來計(jì)算最小L/V(—)/(—)=1.286即求出第一問倍數(shù)了yymin(2)求的是Z，已知Hog，即是求Nog用對數(shù)平均推動(dòng)力法Y-用對數(shù)平均推動(dòng)力法Y-Y

N=—

ogAYm分子由第一問轉(zhuǎn)化的Y1、Y2求出，分母由TOC\o"1-5"\h\z(Y-Y*)-(Y-Y*)=—1122—-y*ln1-求出，即求出