第四节低浓度气体吸收
18页1、节 低浓度气体吸收5.4.1吸收过程的数学描述基本方法:物料衡算、热量衡算,列出吸收过程的速率式。一、低浓度气体吸收的特点:yw510%, x亦10%(塔内吸收的A量不多),可作假设:1G、L 为常量2吸收过程为等温过程因吸收量少,溶解热引起的液温升高不明显,所以过程是等温的,不需要作热量 衡算。3 传质系数为常量G、L为常量,所以全塔的流动状况相同,又温度不变,故G、L也不变。迟、kL的影响因素为p、卩、u、d、D)二、流体流动模型是理想的1 每一截面上各点的浓度相同,只与轴向位置有关,2 流体等速平行运动,互不混合,呈均匀分布。三、物料衡算微分方程式m盅塔截面积对象:高度 dH 的微元填料层-b+却)=必)一 X).-Gdy = Ldx埴料吸收塔又设微元填料层内溶质的传质速率为“壷提供的相间有效接触面积(相间传质面积),不同于填料的比表面。填料吸收塔中,在多数情况下,不是所有表面均被液体 润湿,此外,也不是所有的润湿表面上传质活性都相同,在多数情况下,由于在 液体表面上形成波纹,以及部分液体呈滴状和飞沫状,因而活性表面(相际接触 面积)可超过填料的比表面。总的大小一般由实验测定。对
2、于气体物衡为对于液体物衡为四、相际传质速率方程式根据双膜理论,则吸收塔内任一截面上气液两相浓度变化可用下图表示:则气相传质速率方程式“A =心4-刃)=匕(7-”)而心=叭P总压对于液相传质速率方程式NA = k-C = -x而虬=6衣氐其中 凤=PiG),”若物系服从亨利定律时:或尹产吧现由. A = s(p-Pi)=Aci-c)令Pe /H与液相浓度C相平衡的气液分压 NA = Ksp-p乞一一与气相总吸收推动力 一典)相对应的传质系数,气相总传质系数,pH - pfl +(7j +(7 ce c空+丄空+丄心与液相总吸收推动力t-d相对应的总传质系数,液相总传质系数 同理a _疋b _几)与气相总吸收推动力 IJ相对应的传质系数,气相总传质系叽=瓦- X)匚与液相总吸收推动力相对应的传质系数,液相总传质系其中= mKy而对于解吸过程,则解吸的速率方程为解吸推动力与吸收推动力恰好相反。五、传质速率方程的各种表达式叽=单相的总吸收(传质)推动力X总传质系数=单相的分吸收(传质)推动力X分传质系数相平衡方程X =叫疋=溶质若定义摩尔比I/?各剂加虫=K,Y-Ye) = KxXe-X5.
3、4.2 界面浓度与传质阻力分析一、界面浓度的求取.眄二心3-”)=忍丘一刃$_旳_紀221 = _乞Xi X心或x xi 匕 (1) X舌满足直线关系若已知相平衡关系,则Si) (2)相平衡方程由(1)、(2)两式联立求解则得(召,X); 特别地,平衡关系满足亨利定律时,则卩产叫与(1)联立很容易求得”,召。 方法之二为作图法,即在xy坐标中a 点为塔内任一截面处的 xy 坐标;b点则为界面,其坐标为召”。平衡曲线方程为”区)二、传质阻力分析气膜阻力控制和液膜阻力控制11 诙=1由于兀心禺气相总传质阻力液相分传质阻力(忍的m倍)心一一气相分传质阻力则股严口气膜阻力控制11 I 1而由瓦花丫 若 或心対札,険很大(杭100,难溶气体) 则庄”=忍液膜阻力控制传质强化措施:气膜控制(易溶气体),选择吸收设备和确定操作条件时要降低增大气体流率,以降低液膜控制(难溶气体),选择吸收设备和确定操作条件时要降低&增大气体流 丄 TAT率,以降低&如果花汚紜,两者相当,m值界于1100,中等溶解能力,如用。2丙酮蒸汽_ 、溶于水。必须同时f匕和忍或改变溶剂。5.4.3低浓度气体吸收过程的计算一、吸收
4、过程的积分表达式 由物料衡算微分方程式Gdy= Na -adH用兀=瓷心儿)or M厂瓦(兀-力代入上二式,则TG、T、L 一定,心、禺为常数若m为常数,则E、瓦也为常数。又不易求得,故将氏严匚与总合 并为一个整体来实测。I 旷kmal/ _芨代气相总体积传质系数,歳e佔kmal/庄占 液相总体积传质系数,.s设气相中溶质浓度变化为y1至y2,填料层高度侧从0至H,所以积分上式:GdyL岀T厂疋舫-儿)OdyG pi dy丹 _L Kyay-ye Kyay-ye同理 积分二、传质单元数与传质单元高度dy令叮”儿传质单元数,无因次;传质单元高度, m;同理 令H = g 和也中所含的变量仅与物质的相平衡以及进出口的浓度条件有关,而与设备的型式和设备中的操作条件(如流速)等有关。“莎和 反映了分离任务的难易程度。如莎或“也的数值太大,或表明吸收剂性 能太差,或表明分离要求过高。和 与G、L及、疋#有关,即与设备的型式、操作条件有关。它是吸收设备效能高低的反映。一般G ff 庄浮f (庄严CC & 0.60.7 )或L ff 疋芒f (疋/ K L 0.60.7)H 旳= mH 阴=0.2
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