化工原理南林教材22課件

化工原理南林教材222024/4/18化工原理南林教材22要求：1.理解吸收原理、分類與目的，掌握亨利定律四種表達形式、相關計算及溶劑選擇的原則；2.理解吸收機理，掌握吸收速率方程式；3.掌握吸收塔的計算；4.掌握吸收系數(shù)的測定，理解吸收系數(shù)的影響因素；5.了解脫吸及其他條件下的吸收。2化工原理南林教材22重點：1.吸收速率方程式；2.吸收塔的計算；3.吸收系數(shù)的測定。3化工原理南林教材22吸收：利用氣體混合物中各組分溶解度的不同而實現(xiàn)的分離操作。4化工原理南林教材22A：吸收質或溶質B：惰性組分或載體S：吸收劑5化工原理南林教材22氣體吸收的目的：1.獲得一定的組分；2.除去有害組分以凈化氣體；3.制備某種氣體的溶液。6化工原理南林教材22物理吸收化學吸收單組分吸收多組分吸收等溫吸收非等溫吸收吸收解吸分類：重點：低濃度單組分等溫物理吸收的原理與計算。7化工原理南林教材22第一節(jié)氣—液相平衡2-1-1氣體的溶解度溶解度：氣體在液相中的飽和濃度。單位質量（體積）的液體中所含溶質的質量。氣體的溶解度的影響因素：物系的溫度、壓強及溶質在氣相中的濃度。8化工原理南林教材22溶解度、溫度、壓力、氣相濃度四個獨立參數(shù)，其自由度數(shù)為：F=C－

+2=3–2+2=3若壓強、溫度一定，則自由度數(shù)為1。在同一溶劑中，不同氣體的溶解度有較大的差異。9化工原理南林教材22氨的溶解度較大，為易溶氣體10化工原理南林教材22二氧化硫具有中等溶解度11化工原理南林教材22氧的溶解度較小，為難溶氣體。12化工原理南林教材22從以上圖中可看出：加壓、降溫對吸收有利。13化工原理南林教材222-1-2亨利定律

總壓不太高（

5

105Pa）時，恒定溫度下，稀溶液上方的氣體溶質的平衡分壓與該溶質在液相中的濃度存在以下關系：14化工原理南林教材221.p*=Exp*：溶質在氣相中的平衡分壓，kPa；E：亨利系數(shù)，其單位與壓強的單位一致;x：溶質在液相中的摩爾分率。物系（氣體和溶劑）一定，E=E(t)t

，E

難溶氣體E大，易溶氣體E小。15化工原理南林教材222.p*=c/Hc：單位體積溶液中溶質的摩爾數(shù)，kmol/m3；H：溶解度系數(shù)，kmol/(kPa.m3)。對稀溶液來說，c很小，故有：t

，H

難溶氣體H小，易溶氣體H大。16化工原理南林教材223.y*=mxm：相平衡常數(shù)，無因次17化工原理南林教材224.Y*=mX引入摩爾比Y、X的必要性：在吸收過程中，氣相中惰性組分和液相中溶劑的摩爾流量是不變的。18化工原理南林教材22小結：亨利定律的四種表達形式：19化工原理南林教材222-1-3吸收劑的選擇吸收劑的選擇要從以下幾個方面來考慮：溶解度、選擇性、揮發(fā)度、粘性及其它(無毒性、無腐蝕性、不易燃、不發(fā)泡、冰點低、價廉具有化學穩(wěn)定性。20化工原理南林教材22第二節(jié)傳質機理與吸收速率吸收過程：1.溶質由氣相主體向氣液界面的傳遞；2.由界面向液相主體的傳遞。21化工原理南林教材222-2-1分子擴散與菲克定律分子擴散：是在一相內部有濃度差異的條件下，由于分子的無規(guī)則熱運動而造成的物質傳遞現(xiàn)象。擴散通量：單位面積上單位時間內擴散傳遞的物質量，kmol/(m2﹒s)。22化工原理南林教材2223化工原理南林教材2224化工原理南林教材222-2-2氣相中的穩(wěn)定分子擴散一、等分子反向擴散傳遞速率NA：在任一固定的空間位置上，單位時間單位面積上通過A的物質量。25化工原理南林教材2226化工原理南林教材2227化工原理南林教材22二、一組分通過另一停滯組分的擴散28化工原理南林教材2229化工原理南林教材2230化工原理南林教材2231化工原理南林教材2232化工原理南林教材222-2-3液相中的穩(wěn)定分子擴散經(jīng)驗式，仿照氣相。33化工原理南林教材222-2-4擴散系數(shù)分子擴散系數(shù)簡稱擴散系數(shù)，它是物質的特性之一，與介質的種類、溫度、壓強及濃度等。氣體A在氣體B中的擴散系數(shù)：馬克斯韋爾—吉利蘭（Maxwell-Gilliland）34化工原理南林教材22非電解質稀溶液中的擴散系數(shù)：35化工原理南林教材222-2-5對流傳質一、渦流擴散DE：渦流擴散系數(shù)，不是物性常數(shù)，與湍動程度有關。36化工原理南林教材2237化工原理南林教材22二、對流擴散對流擴散：發(fā)生在運動著的流體與相界面之間的傳質過程。38化工原理南林教材222-2-6吸收過程的機理一、雙膜理論惠特曼（W.G.Whitman）在19世紀20年代提出的。假設：1.相互接觸的氣液兩相流體間存在穩(wěn)定的相界面，界面兩側各有一層停滯的膜，吸收質以分子擴散的方式通過此兩層膜，由氣相主體進入液相主體。39化工原理南林教材222.在相界面，氣液兩相達相平衡。3.在停滯膜以外的氣液兩相主體中，流體充分湍動，無擴散阻力，故濃度均勻；傳質阻力集中在停滯膜內。40化工原理南林教材22二、溶質滲透理論三、表面更新理論41化工原理南林教材22一、氣膜吸收速率方程式2-2-7吸收速率方程式42化工原理南林教材22二、液膜吸收速率方程式43化工原理南林教材22三、界面濃度四、總吸收系數(shù)及其相應的吸收速率方程式44化工原理南林教材221.以（p-p*）表示總推動力的吸收速率方程式45化工原理南林教材2246化工原理南林教材222.以（c*-c）表示總推動力的吸收速率方程式47化工原理南林教材2248化工原理南林教材223.以（Y-Y*）表示總推動力的吸收速率方程式49化工原理南林教材224.以（x*-x）表示總推動力的吸收速率方程式50化工原理南林教材22五、小結51化工原理南林教材22第三節(jié)吸收塔的計算

板式塔類型填料逆流操作并流吸收塔的工藝計算：確定吸收劑用量；塔徑和填料層高度。52化工原理南林教材222-3-1吸收塔的物料衡算與操作線方程一、物料衡算以逆流吸收為例：對單位時間內進出吸收塔的A物質作物料衡算，可得：53化工原理南林教材2254化工原理南林教材22二、吸收塔的操作線方程式與操作線55化工原理南林教材22思考題：若并流吸收，操作線方程和操作線如何。56化工原理南林教材222-3-2吸收劑用量的確定57化工原理南林教材2258化工原理南林教材222-3-3塔徑的計算u的計算在塔設備這章講。59化工原理南林教材222-3-4填料層高度的計算一、填料層高度的基本計算式物料衡算、傳質速率、相平衡關系由于填料層內不同位置處氣、液濃度不一樣，使得各處吸收速率不一定相同，故采用分析微元填料層來研究。60化工原理南林教材2261化工原理南林教材2262化工原理南林教材2263化工原理南林教材22二、傳質單元高度與傳質單元數(shù)64化工原理南林教材2265化工原理南林教材22傳質單元高度的物理意義：66化工原理南林教材22即：在高度等于傳質單元高度的填料層內，吸收的平均推動力與氣相組成的變化相等。傳質單元高度的大小取決與過程條件。傳質單元數(shù)反映吸收過程的難易程度。67化工原理南林教材22三、傳質單元數(shù)的求法1.圖解積分法（平衡線為彎曲程度較大的曲線）68化工原理南林教材222.解析法（要求平衡線與操作線均為直線）（1）脫吸因數(shù)式69化工原理南林教材2270化工原理南林教材2271化工原理南林教材2272化工原理南林教材22由上圖可以看出：當S一定時，(Y1-Y2*)/(Y2-Y2*)越大，NOG越大；當(Y1-Y2*)/(Y2-Y2*)一定時，S越大，NOG越大。73化工原理南林教材22（2）對數(shù)平均推動式法74化工原理南林教材2275化工原理南林教材2276化工原理南林教材22（3）梯級圖解法（平衡線為彎曲程度不大的曲線）步驟：作平衡線和操作線——作中線——作梯級77化工原理南林教材2278化工原理南林教材222-3-5理論板數(shù)的計算填料塔：塔高=理論板數(shù)×等板高度板式塔：塔高=（理論板數(shù)/全塔效率）×板間距一、梯級圖解法方法：在操作線與平衡線之間畫梯級。79化工原理南林教材22低濃度、高濃度氣體吸收80化工原理南林教材22二、解析法低濃度氣體吸收：有物料衡算和平衡關系可得：81化工原理南林教材2282化工原理南林教材2283化工原理南林教材2284化工原理南林教材2285化工原理南林教材2286化工原理南林教材2287化工原理南林教材22第四節(jié)吸收系數(shù)影響因素：物系、設備、填料類型和幾何尺寸、流動狀況、操作條件。獲取途徑：實驗測定、經(jīng)驗公式、準數(shù)關聯(lián)式88化工原理南林教材222-4-1吸收系數(shù)的測定注意：測定條件與應用條件一致。89化工原理南林教材222-4-2吸收系數(shù)的經(jīng)驗公式（了解）一、水吸收氨二、水吸收二氧化碳三、水吸收二氧化硫90化工原理南林教材222-4-3吸收系數(shù)的準數(shù)關聯(lián)式一、傳質過程中常用的幾個準數(shù)1.施