食品工程单元操作 教学课件 作者 冯骉 涂国云 主编第7章.ppt

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1、原理：用适当液体（吸收剂S）与混合气体接触，以除去混合气体中一种或几种组分（溶质A）的操作。不被吸收的组分称为惰性气体或载体B。7.1吸收7微分传质单元操作分类：（1）按是否发生化学反应分：物理吸收与化学吸收（2）按被吸收的组分数分：单组分吸收与多组分吸收（3）按吸收的热效应分：等温吸收与非等温吸收（4）按被吸收组分的浓度分：低浓度吸收与高浓度吸收根据相律有：pe=f(t,p,x)恒温、恒压下：pe=f(x)→平衡关系在一定条件下使气体与液体长时间接触，气液两相将趋于平衡。平衡时的溶解度表示吸收过程所能达到的极限。关于溶解度的规律:（1）

2、总压不太高时，可认为溶解度与总压无关，只与分压有关。（2）温度上升，溶解度下降，不利于吸收的进行。7.1.1气体吸收的平衡关系7.1.1.1气体在液体中的溶解度7.1.1.2亨利（Henry）定律一定温度下，溶液上方的气体溶质平衡分压与该溶质在液相中的浓度间存在一定的关系，称为平衡关系。当浓度较低时，在一定的范围内平衡关系为线性关系，即亨利定律：pe=Ex若将液相中的溶质浓度以物质的量浓度c（kmol/m3）表示，则亨利定律可写成：pe=c/H亨利定律还可表达为：ye=mx由道尔顿分压定律可推得：m=E/pT7.1.1.3吸收剂的选择（1

3、）溶解度吸收剂对于溶质组分应具有较大的溶解度。当吸收剂与溶质组分间有化学反应发生时，溶解度可以大大提高，但若要循环使用吸收剂，则化学反应必须是可逆的。（2）选择性吸收剂要在对溶质组分有良好吸收能力的同时，对混合气体中的其他组分都基本上不吸收或吸收甚微，否则不能实现有效的分离。（3）挥发度操作温度下吸收剂的蒸气压要低。吸收剂的挥发度愈高，其损失量便愈大。（4）黏度操作温度下吸收剂的黏度要低，可以改善吸收塔内的流动状况。（5）其他吸收剂还应尽可能无毒性，无腐蚀性，不易燃，不发泡，冰点低，价廉易得，并具有化学稳定性。7.1.2吸收速率方程根据双

4、膜理论，溶质A穿过气膜的吸收速率方程为：NA=kG(p-pi)而溶质A穿过液膜的吸收速率方程式则为：NA=kL(ci-c)稳定操作时应有：NA=kG(p-pi)=kL(ci-c)双膜理论认为相界面上气液两相成平衡：ci=Hpi，c=Hpe，ce=Hp可写成：故有二式相加：同理有：对传质系数作分析，看作阻力的串联：总阻力气膜阻力液膜阻力易溶气体，H↑↑KG≈kG→气膜控制总阻力气膜阻力液膜阻力难溶气体，H↓↓KL≈kL→液膜控制因为NA=kG(p-pi)=kL(ci-c)为一直线，斜率=-kL/kG所以推动力的几何意义：7.1.3.1物料衡

5、算与操作线方程7.1.3低浓度气体吸收的计算常用的吸收设备—逆流填料塔V,Y1L,X1V,Y2L,X2X+dXY+dYXYzdz对塔质A作全塔物料衡算：VY1+LX2=VY2+LX1V(Y1-Y2)=L(X1-X2)定义jA为A的回收率，则：Y2=Y1(1-jA)再在m-n截面与塔底间作A的衡算：即操作线7.1.3.2吸收剂用量的确定L越小，排出液的浓度就越高，传质平均推动力降低，吸收就越困难。当L小到某一值时，操作线与平衡线相交（或相切），在交点或切点处传质推动力为零，吸收操作停止。此时吸收剂的量最小，排出液的浓度最高，相应所需的传质设

6、备高度为无穷大。通常实际溶剂用量为最小用量的1.2~2.0倍。若平衡关系符合亨利定律，则可直接算出：若平衡关系为曲线，则作切线确定最小吸收剂用量。7.1.3.3填料层高度的计算低浓度气体吸收的特点：（1）气体或液体流量V、L变化不大，可视作常数；（2）溶解热引起的液体温度升高不显著，可视作等温吸收；（3）吸收系数在全塔范围内的变化较小，可视作常数。生产任务→吸收负荷吸收速率←平衡关系+动力学总传质面积↓填料特性→填料体积↓塔内液体力学→塔截面积×填料层高度（1）填料层高度的基本计算式前面得出的传质速率式均只适用于局部，即某一截面上。在塔内

7、，气、液相浓度沿塔高度变化，吸收速率也不相等。建立0—z坐标，当dz＞0时，dY>0，dX>0。单位时间内的吸收量为：dGA=VdY=LdX又有dGA=NAdA=NAaWdz选择一传质速率方程：NA=KY(Y-Ye)NA=KX(Xe-X)则得：KY(Y-Ye)aWdz=VdYKX(Xe-X)aWdz=LdX整理：z=0时Y=Y2X=X2z=Z时Y=Y1X=X1积分得：（2）传质单元高度和传质单元数由前式可得Z=传质单元高度×传质单元数（3）传质单元数的求法（a）图解积分法普遍适用于各种平衡关系，特别适用于平衡线为曲线的情况。（b）吸收因数

8、法适用于平衡线为直线的情形。操作线可写成同法可得（c）对数平均推动力法求NOG适用范围同上。由Y1e=mX1+bY2e=mX2+b二式相减Y1e-Y2e=m(X1-X2)又同法得：7.1.4吸