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第八章 气体吸收 教学要求 § 8-1 气液相平衡 § 8-2 物料衡算关系 § 8-3吸收塔的计算 § 8-4吸收系数 § 8-5脱吸及其他条件下的吸收 本章小结 教学要求 ?重 点:传质速率方程,低浓吸收填料层高度的计算。 ?覆盖内容:分子扩散及涡流扩散的概念,菲克定律,一维定常分子扩散速率,等分子反向扩散,单向扩散,总体流动;浓度的不同表示法及其关系,模型,相内传质速率式;相平衡关系,传质的方向、限度和推动力、双膜模型及传质理论简介;相际传质速率式,传质阻力,气膜控制、液膜控制;吸收操作的基本概念,典型吸收设备与流程,吸收过程的相平衡关系(溶解度曲线,亨利定律),影响平衡的主要因素;吸收过程的物料衡算,操作线方程,吸收剂的选择及用量的确定,最小溶剂用量的概念;传质单元数及传质单元高度的概念,吸收因子(解吸因子)的概念,低浓吸收填料层高度的计算(平衡线为直线及曲线两种情况);传质系数的测定与准数关联式;高浓度吸收的特点及计算的主要方程及步骤;非等温吸收的特点及平衡关系的确定。 § 8-1吸收过程的相平衡 § 8-4 吸收系数 例:已知吸收过程的平衡线和操作线如图,问当温度T↑ 时,平衡线和操作线如何变化?假设温度的变化对k的影 响可以忽略。 Y1 Y2’ Y2 X2 X1 L/V L/V T↑,m↑;假设设备不变, 即Z=HOGNOG=HOG’NOG’ 四、理论板层数NT的计算 1.理论板(级):不处于相平衡状态的气液两相进行热、质传递后,离开时的两相满足相平衡关系。(传热阻力和传质阻力均为0) 填料塔:Z=NT×HETP; 板式塔:H=(NT/ET-1) ×HT。 HETP—等板高度,指相当于一块理论板传质效果的填料层 高度。经验公式求。HT—塔板间距;ET—全塔效率。 2.理论板NT的求取: A.图解法 NT的求取只需平衡关系、物料衡算关系,不需速率关系, 故比传质单元数法更简单。 a.操作线的求取(逆流) J—塔板序号。 已知条件:Yt,Yb,V,L,Xt 以虚线框为物料衡算范围, 对溶质组分作物料衡算。 x2 b.NT的求取 理论板可以取小数,但实际板不能为小数。 B.解析法 已知平衡关系:Y*=mX+B 推导思路:交替使用平衡关系、操作关系,其结果为: 与求NOG的吸收因子法比较: NT与A及(Y1-Y2*)/(Y2-Y2*)间的关系见下页图。 传质单元数法与理论板层数法的比较。 主要介绍:吸收系数的实验测定、经验公式、准数关联、 吸收系数与传热系数的比较: K KG、KL 总系数 ?1 、?2 kG、kL 膜系数 Q/S=K(T-t) NA=KG(p-p*)=KL(c*-c) 总速率方程 Q/S=?1(T-Tw)= ?2(tw-t) NA=kG(p-pi)=kL(ci-c) 膜速率方程 传热 吸收 吸收系数的因素影响:物系性质、设备结构、填料类型与尺寸、流体的流动状况、操作温度压强等。 获取吸收系数的途径:实验测定、选用适当的经验公式计算、选用适当的准数关联式计算。 Z=(V(Y1-Y2))/(KYa??Ym)? KYa= (V(Y1-Y2))/(Z ??Ym) 一.吸收系数的实验测定 GA(吸收负荷):单位时间内塔内吸收的溶质量(kmol/s);VP= Z ?:填料层体积(m3);?Ym:塔内气相平均推动力。 ?总吸收系数 ?膜吸收 设法在另一相的阻力可以忽略不计或可以推算出来的条件下来进行。如测量用水吸收低浓度的氨气的体积吸收系数: 水吸收氨过程吸收系数的测定实验流程 ?用水吸收氨:kGa=6.07?10-4G 0.9 W 0.39 .kGa:气膜体积吸收系数(kmol/(m3.h.kPa));G:气相空塔质量流速(kg/m2.s);W:液相空塔质量流速(kg/m2.s)。 条件:1)在填料塔中用水吸收氨;2)直径为12.5mm的陶瓷环行填料。 ?常压下用水吸收二氧化碳:kLa=2.57 U 0.96 kLa:液膜体积吸收系数(kmol/(m3.h.kPa));U:喷淋密度(单位时间内喷淋在单位塔截面积上的液体体积(m3/(m2.h))。 条件:1)常压下填料塔中用水吸收二氧化碳;2)直径10~32mm的陶瓷环;3)U=3~20m3/(m2.h);4)G=130~580kg/(m2.h);5)21~27℃. 二.吸收系数的经验公式 1.吸收剂的选择原则 a.溶解度 吸收剂对于溶质应具有较大的溶解度,从而减少吸收剂的用量。 b.选择性 对溶质有较大的溶解度,而对混合气体中的惰性组分却基本不溶解。 c.挥发性低,操作温度下的饱和蒸汽压要低。 d.粘性尽可能的小。 e.化学稳定性、毒性、易燃性、发泡性、冰点、价格、 来源。 V、Y1、Y2或(?A)等一定,选择
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