化工原理—气体吸收精选.ppt

计算气相传质系数的准数关联式 上述准数中： D — 溶质在气相中的分子扩散系数 m2/s； P/pm — 气相漂流因子； kg — 气相传质系数 kmol/(m2?s?kPa) ； R — 通用气体常数 kJ/ (kmol?K ) ； l — 特征尺寸 m ； ?G — 混合气体的密度 kg/m3； T — 温度 K； ?G — 混合气体的粘度 N?s/m2 ； G — 气体的空塔质量速度； de — 填料层中流体通道的当量直径，de=4a/?，（a 为填料的比表面 m2/m3，? 为填料层的空隙率 m3/m3）； u0 — 气体在填料空隙中的实际流速，u0=u/?（u为空塔气速 m/s）； * 计算液相传质系数的准数关联式 液相修伍德准数 液体通过填料层的雷诺数 液相施密特准数 液相的伽利略(Callilio)准数 上述准数中： a — 填料比表面积m2/m3 ； kc — 液膜传质系数，m/s； cSm/c — 液相漂流因子； l — 特征尺寸，取填料直径m； G — 重力加速度，m/s2； ?L — 液体的粘度，N·s/m2； ?L — 液体的密度 kg/m3； D’ — 溶质在液相中的分子扩散系数 m2/s； W — 液体的空塔质量速度，kg/(m2·s)。 * 化学吸收 (Chemical absorption) 溶质与吸收剂之间的化学反应对吸收过程具有显著影响。 主要特点：吸收过程中溶质进入液相后在扩散路径上不断被化学反应所消耗。 例如溶质 A 与吸收剂中的化学组分 B 发生如下反应 化学反应的结果降低了液相中溶质的浓度，从相平衡的角度加大了相际传质推动力，同时还改变了溶质在等效膜中的浓度分布使之更加有利于液相传质。 k*L —— 反应速率常数，s-1。 如果反应速率主要由溶质 A 的浓度 cA 所控制，即可视为拟一级反应，则液相任意部位处，化学反应速率 RA (kmol/m3?s) 与溶质浓度的关系为 * 化学吸收 (Chemical absorption) 根据双膜理论，以液相为基准的吸收速率与溶质在等效膜中的浓度差成正比。化学反应速率和吸收速率都可以通过对溶质在液相中的浓度分布曲线进行定量分析。 吸收剂 气体 pA cA 界面 液相主体 相界面 气相扩散 液相扩散 pA cAi cA? pAi 气相主体 物理吸收 化学吸收 * 液膜中的浓度分布 对稳定物理吸收 (RA=0) 过程，传质微分方程为齐次。 在液相漂流因子影响忽略不计（等价于扩散方向上无总体流动）的情况下求解上式，得到膜内浓度分布为直线方程 吸收过程液相中溶质的浓度分布服从传质微分方程 以上式在气液界面上的导数值表示的吸收速率与双膜理论中的溶质通量扩散表达式是一致的（以界面上传质通量表示） * 液膜中的浓度分布 边界条件为 对稳定的化学吸收过程(RA≠0)，传质微分方程为非齐次。以拟一级反应为例： z=? 处的边界条件表示由该处扩散进入液相主体的溶质全部被主体内的化学反应所消耗，V 代表与扩散传质面积相对应的吸收液体积（m3/m2）。 解微分方程得到等效膜内的浓度分布双曲函数 * 液膜中的浓度分布 同样以其在气液界面处的导数值表示传质通量，则拟一级反应的化学吸收速率为 八田数（Hatta Number） 八田数代表溶质在等效膜中的反应速率与扩散传质速率的特征比，反应速率愈快其值愈大，在膜中消耗的溶质越多；Ha=0则为物理吸收。 * 化学吸收速率与增强因子 —— 化学吸收增强因子 在液相主体浓度为零 (cA? = 0) 的条件下，对比下列两式 增强因子的物理意义还可以理解为化学吸收的液相传质系数是在 cA? = 0 条件下物理吸收液相传质系数的 ? 倍。 可得化学吸收速率与物理吸收速率的比值 * 化学吸收速率与增强因子 反应主要在液相主体中进行，等效膜内浓度分布与物理吸收接近。 根据增强因子 ? 与 Ha 的双曲函数关系可以直接分析化学吸收速率 虽然反应并不快，但由于液相主体持液量大，反应消耗溶质的能力强，因而主体浓度 cA? = 0 。 (1) 慢反应，Ha1，数学上有 th(Ha) ? Ha，则 (3) 快反应，Ha3，数学上有 th(Ha) ? 1 ，则 溶质在等效膜内全部反应掉，不进入液相主体。 (2) 中等反应速率，但 及 ，则 * 化学吸收速率与增强因子 强化化学吸收的途径：根据 Ha 数的范围而有所不同。 (1) 当 Ha 很小，吸收主要为化学反应速率控制时，应采取加大液相主体溶量的方法，降低主体浓度以增强吸收速率，例如鼓泡塔吸