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第五章 气体吸收
气体吸收操作的主要目的是分离气体混合物的组分。 气体吸收是气体溶解于液体的过程。
解吸操作中溶质气体的转移方向是自液相至气相。 吸收?解吸
对一定的气、液体系，温度升高，气体溶解度减小。 p?t?有利于吸收
p?t?有利于解吸
五、溶剂的选择p229
吸收操作对吸收剂的要求是对欲吸收的溶质气体的溶解度大，选择性好，溶解度随温度改变的变化大，挥发度小，无毒，价廉易得。 5.2气液相平衡 亨利定律 稀溶液p*=Ex p*=c/H y*=mx m=E/P
如总压1atm（绝压），20℃的空气与水长期接触，则水中O2的摩尔分数x=5.24×10-6，E=4.01×104atm，空气中O2的摩尔分数y= 0.21
如含有79％（体积）N2的空气与水接触，温度为25℃，总压为100kPa，查得亨利系数E＝8.76×105kPa,则液相中N2的平衡浓度C*＝5.01×10-4 kmol/m3。 5.2.2 相平衡与吸收过程的关系
（y－y*）以气相浓度差表示的吸收推动力；若相平衡常数为m，塔内某截面的气液相含易溶组分的摩尔分数为y及x，当以y-y*表示总推动力，y*= mx。
（x*-x）以液相浓度差表示的吸收推动力。对塔内任一气液浓度分别为y,x的截面，相际传质推动力为(x*-x)，x*＝y/m 5.3 分子扩散 费克定律
T、P一定的一维定态:
JA??DABdCA dZ对于二元物系，设A为溶质气体，B为惰气，二者摩尔浓度之和为常量，CA＋CB＝恒值，则分子扩散系数DAB与DBA的关系是DAB=DBA，由费克定律算出A与B 的分子扩散速率JA与JB。二者关系是JA= J。
非电解质稀溶液，液相分子扩散系数DAB与绝对温度的1次方成正比 对非电解质稀溶液，液相分子扩散系数D与黏度?的1次方成反比。 气体分子扩散系数DAB?T1.5/p 5.3.2 分子扩散传质速率 一、 等分子反向扩散
等摩尔相向扩散体现在气体解吸操作中 二、 分子扩散单向传质 1主体流动
吸收中分子扩散单向传质的物质扩散过程须考虑“主体流动”。 在分子扩散的气体吸收过程中，除了有溶质气体A分子与惰气B分子的等摩尔相向扩散外，尚存在着气相的主体流动。 漂流因子:
气体吸收过程中，由于有主体流动，溶质气体的传质速率须考虑“漂流因子”。“漂流因子”值恒大于1。当气相中溶质气体的浓度愈高则“漂流因子”的值愈大。
在分子扩散的气体吸收过程中，按费克定律算得的A的分子扩散速率为JA，实际A的传质速率为NA,二者关系是NA>JA
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5.4.2 对流传质理论 一、 双膜理论
双膜论的要点是① 在紧邻气液界面的两侧，流体均为层流② 可把层流层适当延伸，使湍流、过渡流的传质阻力折合为当量的层流传质阻力，倂入原层流层，形成“有效层流膜” ③过程定态
双膜论假设气液两相接触且流动时，在界面两侧均存在着层流，这一论点已被实验否定 5.4.4 总传质系数 NA=Ky(y-y*) 1/Ky =1/ky+m/kx 1/Ky:两膜总阻力 1/ky：气膜阻力 m/kx：液膜阻力
易溶气体气膜控制：Ky≈ky NA=Kx (x*-x) 1/Kx =1/mky+1/kx 1/Kx:两膜总阻力 1/mky：气膜阻力 1/kx：液膜阻力
难溶气体液膜控制：Kx≈kx
必须知道ky、kx及m，才能判断某吸收过程属气相或液相控制。
如ky＝0.013kmol/(s.m2)，kx=0.026 kmol/(s.m2),相平衡常数m=100,则气相阻力占总阻力的多少?
（1/ky）/（1/Ky ）=1.96％ 5.5低浓度气体吸收
低浓度气体吸收的特点是全塔L、V不变，等温，ky、kx不变。 5.5.3 物料衡算 一、 全塔物料衡算 G(y1-y2)=L(x1-x2)
溶质吸收率：η=( y1-y2)/y1 二、 操作线方程 逆流：G(y-y2)=L(x-x2) y=L/G (x1-x2)+ y2 直线 三、 吸收剂用量的确定 (L/G)min＝(y1-y2)/(x1*-x2) 5.5.4 填料层高度计算 一、 气膜控制体系 H?Gy1dy
Kya?y2y?y*HOG=G/Kya 气相总传质单元高度，单位m kya的单位是 kmol/(s.m3)
y1dy 气相总传质单元数，无因此
NOG??y2y?y*H=HOG*NOG 二、 液膜控制体系
Lxdx H?Kxa?x2x*?xx11HOL=L/Kxa 液相总传质单元高度，单位m
NOL??x2dx 液相总传质单元数，无因次 x?x*H=HOL*NOL
5.5.6 传质单元数的计算 只供学习与交流
资料收集于网络，如有侵权 请联系网站删除 一、对数平均推动力法p248
y?y2 NOG?1?ym** ?y1??y2(y1?y1)?(y2?y2)?ym???yy?y*ln1ln11*?y2y2?y2二、吸收因数法（解析法）
1/A=mG/L=m/(L/G)解吸因数 A=L/mG=(L/G)/m吸收因数
∴
逆流填料解吸塔，A＝L/(mG)>1，当填料层无限增高，其它条件不变，则气液在塔顶平衡 气液逆流解吸塔，A＝L/(mG)<1,若填料层无限高，其它操作条件不变，则气液在塔底平衡 5.5.7 吸收塔的设计型计算 三、吸收塔的操作及调节
1）某逆流吸收塔气液流量及进口浓度均不变，操作温度下降，则出塔气体浓度y2将下降。 2）逆流吸收塔，气相控制，当液、气摩尔流量L、G按原来比例同时增大，气液进塔浓度不变，其它操作条件不变，则出塔气体浓度y2升高
3)气液逆流填料塔吸收，液相控制，液、气摩尔流量不变，只有进塔气体浓度y1增加，其它操作条件不变，则出塔气相浓度y2增大
第六章 液体蒸馏
蒸馏分离的依据是不同组分的挥发能力有差异。 6.1.1蒸馏概述 相对挥发度αAB αAB=νA/νB
汽相为理想气体 αAB =(yA/yB)/ (xA/xB) 相对挥发度
[x/(1?x)]yA=αxA/[1+(α-1)xA]相平衡方程 6.2双组分溶液的汽液相平衡 拉乌尔定律 pA=p0AxA
xA=(P-p0B)/(p0A- p0B)
泡点方程：描述平衡时温度与汽相组成的关系 yA= pA/P= p0AxA/P
=(p0A/P)[(P-p0B)/(p0A- p0B)]
露点方程：描述平衡时温度与液相组成的关系 6.4 精馏
6.4.1、精馏过程 一． 精馏流程和原理 2 全塔物料衡算 连续定态过程 总物料：F=D+W
轻组分：Fzf=DxD+WxW
用连续精馏塔处理含苯30％ (均为摩尔百分数，下同)的混合液。要求馏出液含苯95％，残液含苯1.5％且馏出液流量为10kmol/h 残液流量W=22.81kmol/h
?AB＝[y/(1?y)] 。
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2 操作线方程
对板式塔精馏操作，操作线表示任一塔板同一侧的汽、液组成（摩尔分数）y与x的数量关系。 （1） 精馏段操作线方程
精馏段操作线是对包括冷凝器在内的任意精馏塔段作易挥发组分的物料衡算导出的。 yn?1?(L/V)Xn?(D/V)XD
回流比R=L/D L=RD V=(R+1)D
（2）提馏段操作线方程 y’n= (L’/V’)x’n-1 –(W/V’)xW 4 加料板过程分析 (1)加料的热状态
冷进料：t
汽液混合进料：t泡点
L’=L+qF=RD+qF V’=V+(q-1)F
饱和蒸汽加料，以L、L’分别表示精馏段与提馏段的液相摩尔流量，则L’=L q线方程：两条操作线交点的轨迹p282 y=qx/(q-1)-zf/(q-1)
二元物系精馏操作，当全塔只分精馏段与提馏段两段，进料的q线的几何意义当Zf,q已定，任取一组（XD,Xw）值，在改变回流比时，两操作线交点的轨迹就是进料的q线。q线的斜率q/(q-1)
5 理论板和板效率 (1)理论板
精馏操作的理论板概念的应用范围是不论是否加料、出料的板均可用 在精馏操作中，蒸馏釜（再沸器）相当于1块理论板 (2)板效率p347
1) 总板效率E=NT/N 2)默弗里单板效率 定义：汽相单板效率
?对第n块塔板气相默弗里效率Em,V=(yn?yn?1)/(yn-yn?1)，其中yn是与xn平衡的气相浓度 液相单板效率
?液相默弗里效率Em,L=(xn-1-xn)/(xn-1-xn*).式中xn是与yn平衡的液相浓度。
?6 塔高 板式塔：
有效高度Z＝(N-1)HT HT:板间距 填料塔： 有效高度Z Z＝理论板数×等板高度
等板高度HETP：相当于一层理论板的填料层高度p324 6.4.2 基本型精馏塔的设计型计算p284 1） 全回流与最少理论板数 全回流特点D=0,W=0,F=0，L=V。 只供学习与交流
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∴R=L/D=∞ R/ (R+1)=1
精馏段操作线、提馏段成直线、对角线三线重合 操作线为：yn+1=xn yn=αxn/[1+(α-1)xn]
全回流操作α＝3.0，yn=0.40,则yn-1=0.667若已知xn＝0.30，则yn-1=0.723 2)最小回流比Rmin
定义：p286 NT＝∞
y=αx/[1+(α-1)x] y=qx/(q-1)-zf/(q-1) →（xe,ye）
6.4.3基本型精馏塔的操作型计算
精馏塔加料板位置从最佳加料板位置上移上一块，维持D/W不变，XD会减少 若降低操作压强，其它操作条件不变，xD会增大
若饱和液体加料改为过冷液体加料，则XD增大 若回流比R加大，则xD增大 6.4.4双组分精馏的其它类型 一． 塔顶部分冷凝
精馏操作中，塔顶全凝器与分凝器二者中，分凝器起一块理论板的作用。因为分凝器：汽液平衡，相当于一块理论板。
带分凝器的精馏塔，其精馏段操作线方程是由物料衡算导出的，其控制体包括精馏段上部，分凝器及全凝器 二． 冷液回流
’
R/R=L/L0=qR
精馏操作中，若塔顶采用全凝器且过冷液回流，回流液qR>1,则精馏段液相流量L为回流的液相流量LR的qR 倍，L与LR的单位都是kmol/s
间歇精馏有哪两种典型的操作类型有恒XD与恒R两种。
第七章 塔设备
一、填料塔结构及作用 常用填料
环形 （拉西环、鲍尔环、阶梯环） 二、板式塔
常见的作为气液传质设备的板式塔类型有筛板塔，浮阀塔。 筛板塔
筛板塔的液流形式有三种，即单流型，双流型，与U形流型。
在筛板塔操作中，液相是靠重力由塔顶流至塔底，气相则是靠压差由塔底流至塔顶。 筛板塔的主要结构：P332
1. 筛孔：提供气体上升的通道；筛板塔的筛孔直径d0＝3～8mm。筛板塔上孔心距t
与孔径d0之比一般为3~4。筛板塔的筛板上通常按正三角形规则钻孔。
入口安定区：倾向性漏夜（液层厚）。筛板塔在液相离开降液管刚入筛板时，设置有一狭长的不开孔的安全区，目的是防止倾向性漏液。
出口安定区：排气。筛板塔在靠近溢流堰处设置狭长的不开孔的安全区，其目的是防止进降液管的液相中含气泡过多 固定区：不开孔
2. 溢流堰：维持塔板上一定高度的液层，以保证在塔板上气液两相有足够的接触面积；为了使筛板塔的塔板上液流均匀，要求溢流堰顶的液流厚度how? 6mm。筛板塔的溢流堰长只供学习与交流
化工原理下册概念复习
