1、化工原理化工原理 兰州石化职业技术学院化原教研室兰州石化职业技术学院化原教研室本章要点：吸收过程的气液相平衡关系传质机理吸收速率吸收塔的计算：物料衡算，吸收剂用量计算，塔径，填料层高度计算化工原理化工原理 兰州石化职业技术学院化原教研室兰州石化职业技术学院化原教研室吸收定义：使混合气体与选择的某种液体相接触时,利用混合气体中各组分在该液体中溶解度的差异,有选择的使混合气体中一种或几种组分溶于此液体而形成溶液,其它未溶解的组分仍保留在气相中,以达到从混合气体中分离出某些组分的目的。吸收塔混合气体溶液尾气吸收剂化工原理化工原理 兰州石化职业技术学院化原教研室兰州石化职业技术学院化原教研室一、吸收的
2、依据和目的依据：利用混合气体中各组分在液体中溶解程度的差异,溶解程度大的被吸收,难溶的则被留下了。作用：（1）原料气的净化。（2）有用组分回收。（3）制备有用溶液。（4）废气治理。化工原理化工原理 兰州石化职业技术学院化原教研室兰州石化职业技术学院化原教研室二、工业吸收过程必须解决问题：1、选择合适的吸收剂；2、提供合适的气液传质设备；3、吸收剂的再生循环使用。吸收塔解吸塔化工原理化工原理 兰州石化职业技术学院化原教研室兰州石化职业技术学院化原教研室三、吸收设备中气液两相接触方式1、板式塔2、填料塔四、吸收操作的分类按是否有化学反应分:物理吸收、化学吸收按有无明显温度变化分:等温吸收、非等温吸
3、收按组分数分:单组分吸收、多组分吸收按浓度分:低浓度气体吸收、高浓度气体吸收本章主要讨论:低浓度单组分等温的物理吸收。化工原理化工原理 兰州石化职业技术学院化原教研室兰州石化职业技术学院化原教研室一、相组成的表示方法1、质量分率 w 和摩尔分率x定义：混合物中某两个组分的质量(摩尔）比。mmwAAnnxAABBAAAAMwMwMwABBAAAAAxxMxMxMw化工原理化工原理 兰州石化职业技术学院化原教研室兰州石化职业技术学院化原教研室2 2、质量浓度和摩尔浓度、质量浓度和摩尔浓度定义：定义：VncVmiiiiiiiiiiMcVMnVm关系：化工原理化工原理 兰州石化职业技术学院化原教研室兰
4、州石化职业技术学院化原教研室3 3、质量比和摩尔比、质量比和摩尔比 定义：混合物中某两个组分的质量（摩尔）比。换算关系BAmmWBAnnXWWw1XXx1BAMMXW 化工原理化工原理 兰州石化职业技术学院化原教研室兰州石化职业技术学院化原教研室4 4、气体混合物、气体混合物PpyAARTpVncAAABABAPpnnY化工原理化工原理 兰州石化职业技术学院化原教研室兰州石化职业技术学院化原教研室（一）分子扩散和菲克定律分子扩散：在一相内部有浓度差的条件下，由于分子的无规则热运动而造成的物质传递现象。菲克定律DAB:扩散系数,m2/s；dCA/dz:物质A的浓度梯度,kmol/m4;JA:分子
5、扩散通量，kmol/(m2 s)dzdCDJAABA化工原理化工原理 兰州石化职业技术学院化原教研室兰州石化职业技术学院化原教研室（二）气相中的稳定分子扩散1、等分子反向扩散21AAAppRTZDN2、一组分通过另一停滞组分的扩散21AABmAppRTZPDPN化工原理化工原理 兰州石化职业技术学院化原教研室兰州石化职业技术学院化原教研室（三）液相中的稳定分子扩散 液相中的扩散速度远远小于气相中的扩散速度，而且发生等分子反向扩散的机会很少，一组分通过另一停滞组分的较多见。21AAsmAcczcCDN（四）扩散系数 均由实验测定。化工原理化工原理 兰州石化职业技术学院化原教研室兰州石化职业技术学
6、院化原教研室（五）对流传质1、涡流扩散凭藉流体质点的湍动和旋涡来传递物质的现象。dzdcDDJAE2、对流传质 发生在流动着的流体与相界面之间的传质过程。在滞流内层主要是分子扩散。在过渡层既有分子扩散,也有对流扩散。在湍流主体中主要是对流扩散,阻力很小,可以忽略,即认为浓度一致。化工原理化工原理 兰州石化职业技术学院化原教研室兰州石化职业技术学院化原教研室（六）吸收过程的机理双膜理论的基本论点如下：1 在气液两流体相接触处,有一稳定的分界面,叫相界面。在相界面两侧附近各有一层稳定的气膜和液膜。这两层薄膜可以认为是由气液两流体的滞流层组成,即虚拟的层流膜层,吸收质以分子扩散方式通过这两个膜层。2
7、 全部浓度变化集中在这两个膜层内。3 在相界面处,气液浓度达成平衡,即界面上没有阻力。通过以上假设,就把整个吸收过程简化为,吸收质经过双膜层的过程,吸收阻力就是双膜的阻力。故该理论又称为双膜阻力理论。化工原理化工原理 兰州石化职业技术学院化原教研室兰州石化职业技术学院化原教研室一、气体在液体中的溶解度 在一定温度下在一定温度下,使某一定量气体与一定量液体溶剂在密闭容器使某一定量气体与一定量液体溶剂在密闭容器中接触中接触,溶质向溶剂中转移。经过足够长的时间溶质向溶剂中转移。经过足够长的时间,气、液相浓度不在气、液相浓度不在改变改变,宏观上传质过程停止宏观上传质过程停止,达成平衡。微观上是气体进出
8、液体的分达成平衡。微观上是气体进出液体的分子数相等子数相等,故称相际动平衡故称相际动平衡,简称相平衡。简称相平衡。达到平衡时达到平衡时,气相中溶质的压力称当时条件下的平衡分压气相中溶质的压力称当时条件下的平衡分压p p A A,而液相中所含溶质气体的浓度既为当时条件下的气体在液体中的溶而液相中所含溶质气体的浓度既为当时条件下的气体在液体中的溶解度。解度。气体在液体中的溶解度表明一定条件下吸收过程可能达到的极限程度。溶解度曲线：1、2、3化工原理化工原理 兰州石化职业技术学院化原教研室兰州石化职业技术学院化原教研室二、亨利定律 当总压不高时,在一定温度下,稀溶液上方气体溶质的平衡分压与溶质在液相
9、中的摩尔分率成正比,这就是亨利定律。其表达式为:p*=ExE:亨利系数,由实验测定，单位与压强单位一致。T E 溶解度在同一溶剂中，难溶气体的E值很大，易溶气体的E值则很小。化工原理化工原理 兰州石化职业技术学院化原教研室兰州石化职业技术学院化原教研室亨利定律的不同表达形式：p*=c/HH:溶解度系数,单位:kmol/(kN m)H=/Ems y*=mxm:相平衡常数总压P一定时y*=p*/P=(E/P)x=mx m=E/PT p m溶解度化工原理化工原理 兰州石化职业技术学院化原教研室兰州石化职业技术学院化原教研室 y*=mx亨利定律是稀溶液定律,则x很小,1+（1-m）X=1则 Y*=mX
10、YYy1XXx1XXmYY11*XmmXY)1(1*化工原理化工原理 兰州石化职业技术学院化原教研室兰州石化职业技术学院化原教研室二、相平衡与吸收的关系1、判断过程进行方向 x=0.05 y=0.1 y*=0.94x y*=0.940.05=0.047 y 吸收 x*=0.1/0.94=0.106 x 吸收 x=0.1 y=0.05 y*=0.10.94=0.094 y 解吸 x*=0.05/0.94=0.053 1/kLH，则 KG=kG吸收阻力主要集中在气膜中,这种吸收称为气膜控制。例如:用水吸收氨,氯化氢气体对于难溶气体,H很小,H/kG75mm （LW）min=0.12m3/mh如果限
11、于生产条件,所采用的喷淋密度使润湿率低于上述规定数值时,就要增高填料层作为补偿,即按正常方法算出的填料层高度再除以填料表面效率表表由图7-31查查得此外,为保证填料润湿均匀,还应注意使塔径与填料尺寸之比大于8,即选用填料不宜过大,以免使填料与塔壁之间存在额外空隙,而易于出现壁流现象化工原理化工原理 兰州石化职业技术学院化原教研室兰州石化职业技术学院化原教研室三三 压力降压力降以图7-30计算P。若P超出工艺要求时,则按P由图7-30反求气速u,再重算塔径D普通常压塔:P=147-490Pa/m填料层真空塔:P78Pa/m填料层四四 填料高度填料高度1 传质单元法2 等板高度法化工原理化工原理 兰州石化职业技术学院化原教研室兰州石化职业技术学院化原教研室7-4 填料塔与板式塔的比较填料塔与板式塔的比较1 操作范围2 物料要求和清洗3 温度要求装置的安装难易4 规模5 准确可靠性6 造价7 对易气泡的物系的适用情况8 对物系的腐蚀性的适用情况9 热敏性物系10 板压降,耗能11 对气膜控制的适用化工原理化工原理 兰州石化职业技术学院化原教研室兰州石化职业技术学院化原教研室填料塔的操作填料塔的操作 鞍形填料塔液泛 鞍形填料塔正常操作1 鞍形填料塔正常操作2 鞍形填料塔正常操作3
