化工原理中低浓度气体吸收.ppt

吸收过程的一般描述 * 第二十八讲 吸收过程的一般描述 一、过程数学描述的一般介绍 二、吸收速率方程 三、物料衡算与操作线方程 （一）塔端两相组成 —— 全塔物料衡算 （二）沿塔两相组成的变化规律 —— 操作线方程 1. 逆流操作 2. 并流操作 四、填料层高度基本方程式的建立与 过程的分解 （一）填料层高度基本方程式的建立 （二）传质单元法 五、传质单元数的计算方法 （一）平均推动力法 （二）数学分析法 （三）数值积分法 （四）梯级图解法 一、气体吸收过程数学描述的一般介绍 关于数学描述的一般方法，在绪论篇中已述及，即： 过程描述 ＝ 基本物理定律 ＋ 过程特征方程（辅助定则） 具体可用下面四个基本工具表达： ①基于质量守恒定律的物料衡算； ②基于能量守恒定律的热量衡算或焓衡算； ③基于与具体物系有关的相平衡关系和数据； ④基于与具体过程有关的传质速率方程及传质速率数据关联式。 上两篇已述及的物料衡算及热量衡算的方法和原则，同样适用于传质过程，与吸收过程有关的传质速率关系及物系有关的相平衡原理等基本理论已在前几讲中讨论过。下面利用这些原理和方法对吸收过程进行描述，建立关联吸收过程各参数的方程组，进而分析和解决吸收过程中的实际问题。 上述关于过程描述的基本方法，对其它传质单元操作的描述具有普遍意义。在讨论低浓度气体吸收时，一般忽略溶解热的影响，作为等温过程考虑。为此，热量衡算问题可以不予考虑。 低浓度气体吸收过程满足Henry定律。由于气-液相组成可以用若干 形式表示，产生了若干形式的亨利定律表达式，随之吸收速率方程也 具有不同的形式，下面以表列出这些方程式。需指出的是不同的传质速率方程应对应不同的传质系数。 备 注 液膜 气膜 膜传质系数 速率方程 （一）膜吸收速率方程 二、吸收速率方程 （二）总吸收速率方程 备注 总传质系数 总传质速率方程 总推 动力 备 注 图28-1表示一稳态逆流操作吸收塔的气、液流动情况，混合气体由塔底进入，已知混合气体流量 。吸收剂由塔顶加入，其流量为 ，溶质组成为 溶剂 出塔气体组成为 ，液相组成为 。 出塔气体的组成 通常由工艺要求直接给定，或者间接给出“吸收率”Φ，其定义为被吸收的溶质量与其混合气中原有溶质量之比，即： 三、物料衡算与操作线方程 气、液两相组成沿塔存在一个分布，这些规律可以通过物料衡算进行 描述。对低浓度气体吸收过程，可作如下假定： ①惰性气体不溶于液相；②溶剂不挥发。 （一）塔端两相组成—全塔物料衡算 在稳态下对全塔（如图28-1中虚线框②）作溶质物料衡算，有： （28-1） 或写作： （28-2） 为一经过点（X1，Y1）,（X2，Y2）其斜率为 的直线， 称为吸收操作的“液气比”，如图28-2所示。 （二）沿塔两相组成的变化规律—操作线方程 1.?? 逆流操作 对图28-1虚线框（1）范围作溶质组分的物料衡算，有： （35-3）— 逆流吸收操作线 有必要指出的是：操作线是由物料衡算得到的，它只与操作方式（逆流或并流）有关，而与平衡关系、操作温度、压强及塔的结构无任何关系。 图28-3 并流吸收塔及其操作线 2. 并流操作 图28-3为一并流操作的吸收塔（实际操作中很少采用此种流程）。 （28-4） 或写作： 思路：由 计算所需的接触面积，再根据填 料特性确定填料层体积与高度。因 和 是任一截面上的实际浓度与平衡浓度之差，因此需要操作线关系与相平衡关系。即填料层高度的确定需同时应用传质速率关系、物料衡算关系和相平衡关系。另外，由于传质推动力沿塔不同截面是一变化的量，以前介绍的传质速率方程为局部关系式，故推导需采用微积分的方法。取一微元段 ，其填料层接触面积为 ，吸收速率为 。 四、填料层高度基本方程式的建立与过程的分解 （一）填料层高度基本方程式的建立 （28-5） （28-6） （28-7） （28-8） 对低浓度气体吸收， 可视为常数（或取全塔平均值），这样上式 写为 （28-9） （28-10） （28-11） （28-12） 另外，在填料塔中，传质面积可表示为： 将式（35-10）代入式（35-9）可得到： 这便是