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1、化工原理化工原理（下）（下）总复习总复习三明学院 三三明明学学院院 9 9 液体精馏液体精馏211 11 液夜萃取液夜萃取38 8 气体吸收气体吸收114 14 固体干燥固体干燥48 th 气体吸收复气体吸收复习8.1 概述概述8.1.1 化工生产中的传质过程化工生产中的传质过程传质分离过程传质分离过程: 利用物系中不同组分的物理性质或化学性质的差异来造成一个两相物系，使其中某一组分或某些组分从一相转移到另一相，即进行相际传质，并由于混合物中各组分在两相间平衡分配不同，则可达到分离的目的。以传质分离过程为特征的基本单元操作基本单元操作：气体吸收, 液体蒸馏, 固体干燥, 液-液萃取, 结晶,
2、吸附, 膜分离等。思考：吸收的目的是什么？思考：吸收的目的是什么？气体吸收8.1.2 相组成表示法相组成表示法1. 质量分数与摩尔分率（质量分数与摩尔分数）质量分数与摩尔分率（质量分数与摩尔分数）质量分数：是指在混合物中某组分的质量占混合物总质量的分率。摩尔分率：摩尔分率是指在混合物中某组分的摩尔数nA占混合物总摩尔数n的分率。气相： yA= pA/p 液相： xA=cA/c3. 质量量浓度与摩度与摩尔尔浓度度4. 气体的气体的总压与理想气体混合物中与理想气体混合物中组分的分分的分压8.1.3 气体吸收气体吸收过程程吸收操作的依据：吸收操作的依据：是混合物各组分在某种溶溶剂（吸（吸收收剂）中溶
3、解度（或化学反应活性）的差异。一个完整的吸收分离流程包括吸收和解吸两部分。能耗主要在解吸过程。8.1.4 气体吸收气体吸收过程的程的应用用吸收的目的吸收的目的（1）分离混合气体以获得一定的组分或产物；（2） 除去有害组分以净化或精制气体；（3）制备某种气体的溶液；（4）工业废气的治理；实际吸收过程往往同时兼有净化和回收等多重目的。8.1.5 吸收剂的选用吸收剂的选用在选择吸收剂时，应从以下几方面考虑：（1）溶解度；（2） 选择性；（3） 溶解度对操作条件的敏感性；（4） 挥发度；（5） 黏（粘）性；（6） 化学稳定性；（7） 腐蚀性；（8） 其它等要求。8.1.6 吸收过程的分类吸收过程的分类
4、（1）物理吸收和化学吸收）物理吸收和化学吸收（2） 单组分吸收与多组分吸收单组分吸收与多组分吸收（3） 等温吸收与非等温吸收等温吸收与非等温吸收（4） 低浓度吸收与高浓度吸收低浓度吸收与高浓度吸收重点研究：重点研究：低浓度、单组分、等温的物理吸收过程低浓度、单组分、等温的物理吸收过程亨利定律亨利定律温度降低或总温度降低或总压升高，则压升高，则m值变小，液相值变小，液相溶质的浓度溶质的浓度x增加，有利于增加，有利于吸收操作。吸收操作。扩散速率方程扩散速率方程菲克扩散菲克扩散等分子等分子扩散扩散单向扩散速率单向扩散速率漂流因子特点：当混合物中溶质A的浓度较低时扩散系数的影响扩散系数的影响吸收速率方
5、程吸收速率方程8.4.1 双膜理论双膜理论双膜模型的基本假设：双膜模型的基本假设：（1）相互接触的气液两相存在一个稳定的相界面，界面两侧分别存在着稳定的气膜和液膜。膜内流体流动状态为层流，溶质A以分子扩散方式通过气膜和液膜，由气相主体传递到液相主体。（2）相界面处，气液两相达到相平衡，界面处无扩散阻力。（3）在气膜和液膜以外的气液主体中，由于流体的充分湍动，溶质A的浓度均匀，溶质主要以涡流扩散的形式传质。8.5 低浓度气体吸收吸收塔的计算低浓度气体吸收吸收塔的计算8.5.1 物料衡算和操作线方程物料衡算和操作线方程(1) 物料衡算及吸收液浓度的计算物料衡算及吸收液浓度的计算 G（y1y2）=L
6、（x1x2） y2=y1（1 ） 式中 混合气中溶质A被吸收的百分率，称为回收率或吸收率。塔底排出液中溶质的浓度x1=x2G（y1y2）/L吸收操作线与计算吸收操作线与计算P39例86NOG、HOG的意义1）传质单元数）传质单元数 、 计算式中的分子为气相或液相组成变化，即分离效果（分离要求）；分母为吸收过程的推动力。若吸收要求愈高，吸收的推动力愈小，传质单元数就愈大。所以传质单元数反映了吸收过程的难易程度。当吸收要求一定时，欲减少传质单元数，则应设法增大吸收推动力。意义：意义：当气体流经一段填料，其气相中溶质组成变化（y1 y2）等于该段填料平均吸收推动力（yye）m，此 时，该段填料为一个
7、传质单元。NOG=（y1 y2）/（yye）m=1传质单元高度的数值反映了吸收设备传质效能的高低，HOG 愈小，吸收设备传质效能愈高，完成一定分离任务所需填料层高度愈小.传质单元高度的计算传质单元高度的计算8.5.7 强强化吸收化吸收过程的措施程的措施（1）提高吸收过程的推动力）提高吸收过程的推动力1）逆流操作；2）提高吸收剂的流量；3）降低吸收剂入口温度；4）降低吸收剂入口溶质的浓度。（2）降低吸收过程的传质阻力）降低吸收过程的传质阻力1）提高流体流动的湍动程度；2）改善填料的性能。8.6 气体吸收思考气体吸收思考题1）温度和压力对吸收过程的平衡关系有何影响? 2）亨利定律为何具有不同的表达
8、形式? 3） 摩尔比与摩尔分数有何不同，它们之间的关系如何? 4） 分子传质(扩散)与分子传热(导热)有何异同? 5）在进行分子传质时，总体流动是如何形成的，总体流动对分子传质通量有何影响? 6）讨论传质的机理、吸收过程的机理的意义是什么? 7）双膜模型，溶质渗透模型和表面更新模型的要点是什么，各模型求得的传质系数与扩 散系数有何关系，其模型参数是什么?8）吸收速率方程为何具有不同的表达形式? 9）传质单元高度和传质单元数有何物理意义?习题课习题课8 8 8 8thththth 气体吸收气体吸收气体吸收气体吸收操作条件操作条件习题课习题课操作条件：操作条件：气液流量、气液流量、气液进口浓度、气
9、液进口浓度、操作温度、压力等操作温度、压力等习题课习题课公式：公式：或例例1 常常压压下下，用用煤煤油油从从苯苯蒸蒸汽汽和和空空气气混混合合物物中中吸吸收收苯苯，吸吸收收率率为为99%，混混合合气气量量为为53kmol/h。入入塔塔气气中中含含苯苯2%（体体积积 %），入入塔塔煤煤油油中中含含苯苯0.02%（摩摩尔尔分分率率）。溶溶剂剂用用量量为为最最小小用用量量的的1.5倍倍，在在操操作作温温度度50下下，相相平平衡衡关关系系为为y* = 0.36x，总总传传质质系系数数Kya=0.015kmol/(m3 s)，塔塔径径为为1.1米米。试求所需填料层高度。试求所需填料层高度。设计型举例设计型
10、举例溶剂用量溶剂用量为最小用为最小用量的量的1.5倍倍y* = 0.36x设计型举例设计型举例溶剂用量溶剂用量为最小用为最小用量的量的1.5倍倍y* = 0.36x设计型举例设计型举例操作型举例操作型举例例例2 在在逆逆流流操操作作的的填填料料吸吸收收塔塔中中，对对某某一一低低浓浓气气体体中中的的溶溶质组分进行吸收，现因故质组分进行吸收，现因故 (1)吸收剂入塔浓度变大，吸收剂入塔浓度变大， (2)吸收剂用量变小，吸收剂用量变小，而而其其它它操操作作条条件件均均不不变变，试试分分析析出出塔塔气气体体、液液体体浓浓度度如如何何变变化？化？1定性分析定性分析快速分析快速分析作图作图+排除法排除法吸
11、收因数法吸收因数法操作型举例操作型举例 (1)吸收剂入塔浓度变大吸收剂入塔浓度变大解法一：快速分析解法一：快速分析 x2变大时，将使传质推动变大时，将使传质推动力变力变 小，故不利于吸收，因此，小，故不利于吸收，因此，y2 变大，变大，操作型举例操作型举例(1)当吸收剂入塔浓度当吸收剂入塔浓度x2变大时变大时解法二：解法二：作图作图+排除法排除法L/G不变不变 操作型举例操作型举例操作型举例关于关于x1：排除法：排除法假设假设x1不变、变小，作图不变、变小，作图可知可知NOG将变小，故将变小，故H将将变小，与变小，与H一定相矛盾，一定相矛盾，因此因此操作型举例(1)当吸收剂入塔浓度当吸收剂入塔
12、浓度x2变大时变大时解法三：解法三：吸收因数法吸收因数法NOG（y1-mx2）/（y2-mx2） S增大增大由题意可知：由题意可知：NOGH/HOG不变不变由右图可知，由右图可知，又又x2变大，故变大，故y2 变大变大至于至于x1： 仍需用排除法判定，下略。仍需用排除法判定，下略。操作型举例操作型举例(2)当吸收剂用量变小时当吸收剂用量变小时解法一：快速分析解法一：快速分析吸收剂用量变小时吸收剂用量变小时，不利于吸收，不利于吸收，因此，因此，y2 变大。变大。操作型举例(2) 当吸收剂用量变小时当吸收剂用量变小时解法二：解法二：作图作图+排除法排除法操作型举例操作型举例b假设假设y2变小变小操
13、作型举例操作型举例a假设假设x1不变不变b假设假设x1变小变小操作型举例解法三：解法三：吸收因数法吸收因数法(2)当吸收剂用量变小时当吸收剂用量变小时由题意可知：由题意可知：NOGH/HOG变小或不变变小或不变由右图可知，由右图可知，故故y2变大变大NOG（y1-mx2）/（y2-mx2） S增大增大至于至于x1： 仍需用排除法判定，下略。仍需用排除法判定，下略。练习练习 在在逆逆流流操操作作的的填填料料吸吸收收塔塔中中，对对某某一一低低浓浓气气体体中中的的溶溶质质组组分进行吸收，现因故分进行吸收，现因故 (1)气体入塔浓度气体入塔浓度y1变小，变小， (2)G变小，变小，而而其其它它操操作作
14、条条件件均均不不变变，试试分分析析出出塔塔气气体体、液液体体浓浓度度如如何何变化？变化？解法一：快速分析解法一：快速分析 y1变小，变小，y2必变小。必变小。解法二：解法二：作图作图+排除法排除法(1)气体入塔浓度气体入塔浓度y1变小变小与与H不不变变相相矛矛盾盾，故故假假设设不成立不成立关于关于x1：排除法：排除法假设假设x1不变、变大，作图可知不变、变大，作图可知NOG将变大，故将变大，故H将变大，与将变大，与H一定相一定相矛盾，因此，矛盾，因此， x1将变小。将变小。解法三：解法三：吸收因数法吸收因数法查图可知：至于至于x1 的变化仍需用作图与排除法的变化仍需用作图与排除法 (2)G变小
15、时变小时思考：思考： 在在逆逆流流操操作作的的填填料料吸吸收收塔塔中中，对对某某一一低低浓浓气体中的溶质组分进行吸收，现因故气体中的溶质组分进行吸收，现因故 (1) 气体入塔浓度y1变大， (2) G变大，而而其其它它操操作作条条件件均均不不变变，试试分分析析出出塔塔气气体体、液体浓度如何变化？液体浓度如何变化？操作型举例例例2 某某吸吸收收塔塔在在101.3kPa、293K下下用用清清水水逆逆流流吸吸收收丙丙酮酮空空气气混混合合气气体体（可可视视为为低低浓浓气气体体）中中的的丙丙酮酮。当当操操作作液液气气比比为为2.1时时，丙丙酮酮回回收收率率可可达达95%。已已知知物物系系平平衡衡关关系系
16、为为y=1.18x，吸吸收收过过程程大大致致为为气气膜膜控控制制，气气相相总总传传质质系系数数Kya G0.8。今今气气体体流流量量增增加加20%，而而液液量量及及气气液液进进口口浓浓度度不变，试求：不变，试求：(1)回收率变为多少？回收率变为多少？(2)单位时间内被吸收的丙酮量增加多少？单位时间内被吸收的丙酮量增加多少？y=1.18xKya G0.8气体流量增加气体流量增加20%操作型举例y=1.18xKya G0.8原工况下：原工况下： 气体流量增加气体流量增加20%新工况下：新工况下： 解解： (1)回收率变为多少？回收率变为多少？操作型举例操作型举例(2)单位时间内被吸收的丙酮量增加多少？单位时间内被吸收的丙酮量增加多少？
