导图社区 吸收思维导图
这是一篇关于化工吸收原理的思维导图，化工原理-吸收-思维导图-百分百原创，框架清晰，内容丰富希望对你有所帮助
化工原理干燥思维导图，整合所有知识点，有错误希望积极指出修正。在与外界绝热的情况下，空气与大量水经过无限长时间接触后，空气温度与水温相等，这一稳定的温度为湿空气的绝热饱和温度。
这是一篇关于液-液萃取的思维导图，主要内容有萃取过程的流程和计算、三元体系的液-液相平衡、萃取过程概述。
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吸收
气体吸收的相平衡关系
溶解度的概念
在恒定温度与压强下，气体与吸收剂接触，达到平衡状态时气体在吸收剂中的饱和浓度称为溶解度，溶解度由实验测定。
表示方法
单位质量或体积的液体中所含溶质的质量
相率F=C-P+2
溶质在液相中的溶解度决定于它在气相中的组成
温度对气体溶解度的影响
对同一溶质，在相同气相分压下，溶解度随温度的升高而减小
压力对气体溶解度的影响
对同一溶质，在相同的温度下，溶解度随气相分压的升高而增大
加压和降温有利于吸收操作；减压和升温有利于解吸操作
传质机理与吸收速率
吸收过程和传质方式
吸收过程
溶质A由气相主体扩散至两相界面气相侧（气相内传质）
溶质A在相界面上溶（通过界面的传质）
溶质A由相界面液相侧扩散至液相主体（液相内传质）
传质方式（单相）
分子扩散
静止的或层流流动的流体中，靠分子运动来进行传质的方式
涡流扩散
在湍流流动中，靠流体质点的脉动来进行传质的方式
分子扩散与菲克定律
概念：在一相内部有组成差异的条件下，由于分子的无规则热运动而造成的物质传递现象，简称扩散
扩散通量JA
单位面积上单位时间内通过扩散传递的物质量
菲克定律（描述扩散通量的影响因素）
在由A、B两种气体所构成的混合物中，A、B的扩散系数相等
气相中的稳态分子扩散——等分子反方向扩散
特点
传质速率NA：在任意一固定空间位置上，单位时间通过单位面积的物质的量
对组分B
组分的分压与扩散距离z成直线关系
等分子反向扩散体现在蒸馏过程中
一组分通过另一停滞组分的扩散
扩散的物理模型
设由A、B两组分组成的二元混合物中，组分A为扩散组分，组分B为不扩散组分（停滞组分），组分A通过停滞组分B进行扩散
总体流动现象
在多组分系统中，各组分在进行分子扩散的同时其微团常处于运动状态
漂流因数
液相中的稳态分子扩散
液相中分子扩散的特点
扩散速度远远小于气相中的扩散速度
扩散系数比气相小约10的5次方
扩散通量基本相同
主要发生一组分通过另一停滞组分的单向扩散
液体扩散的处理原则
扩散系数以平均扩散系数代替
总浓度以平均总浓度代替
溶剂S的对数平均浓度
扩散系数
扩散系数的性质和获得
在确定的物质中，扩散系数与温度、压力、组成有关；对于气体，组成的影响可以忽略；对于液体，压强的影响很小
获得途径
实验测定
查资料、手册
经验、半经验公式估算
扩散系数的估算
对于二元气体扩散系数的估算，通常可用马克斯维尔-吉利兰公式进行估算
对于很稀的非电解质溶液
固体中的扩散系数须靠实验确定
涡流扩散（对流传质）
单相内的传质方式
在湍流流动的流体中，靠流体指点的脉动来进行传质的方式
涡流扩散发生在湍流流体中；涡流扩散速率远远大于分子扩散速率
涡流扩散通量方程
涡流扩散系数：不是物性参数，与流体的湍动程度和质点位置有关
对流传质
对流传质的基本概念
运动流体与固体表面之间，或两个有限互溶的运动流体之间的质量传递过程
是湍流主体与相界面之间的涡流扩散与分子扩散两种传质作用的总和
处理方法：与对流传热类似
对流传质的分类
1.
强制对流传质
强制层流传质
强制湍流传质
自然对流传质
2.
流体与固体壁面之间的传质
两流体通过相界面的传质
对流传质的机理
指在传质过程中，流体以何种方式进行传质
对流传质过程分析（分子扩散时刻发生）
层流底层：分子扩散 浓度梯度较大 为一条陡峭直线
过渡层：分析扩散＋涡流扩散 有浓度梯度 为一条渐缓的曲线
湍流主体：涡流扩散为主 浓度梯度很小 为一条平坦的曲线
有效膜模型
层流内层分压线与气相主体分压线交于H，此交点与相界面的距离ZG为有效层流膜（停滞膜）
所有传质阻力集中在有效膜内，膜层外传质阻力为0
膜层内流体层流流动，依靠分子扩散进行传质
单相对流传质速率方程
吸收过程机理——双膜模型
双膜理论：把复杂的相际传质过程简化成两个串联的停滞膜的分子扩散过程
要点
相界面两侧流体的对流传质阻力全部集中在界面两侧的两个停滞膜内，膜内传质方式为分子扩散
相界面上没有传质阻力，即可认为所需的传质推动力为零，或气液两相在相界面处达到平衡
气液相主体，物质组成均匀
在气膜、液膜以外的气液两相主体中，由于流体强烈湍动，各处浓度均匀一致，无传质阻力
双膜理论缺陷
只适用于由固定相界面的情形
界面阻力不计（有争议）
吸收速率方程式（膜吸收速率方程）
吸收速率：单位相际传质面积上单位时间内吸收的溶质量
吸收速率=推动力/阻力=吸收系数*推动力
推动力为组成差，吸收阻力的倒数为吸收系数
气膜吸收速率方程
以摩尔分数的差值表示
液膜吸收速率方程
界面组成
根据双膜理论，界面处的气液浓度符合平衡关系。同时，在定态状况下，气液两膜中的传质速率相等。
方法
解析法
图解法
总吸收速率方程
气相总吸收速率方程
气膜控制
气膜阻力控制整个吸收过程的速率
提高传质速率的措施：提高气体流速；加强气相湍流程度
液相总吸收速率方程
KL——液相总吸收系数
液膜控制
液膜阻力控制整个吸收过程的速率
提高传质速率的措施：提高液体流速；加强液相湍流程度
吸收速率方程的分析
关于传质推动力
操作点A距离平衡线越近，总推动力越小
吸收系数
吸收系数的测定
吸收系数经验公式
吸收系数的准数关联式
吸收塔的计算
吸收塔的物料衡算与操作线方程
吸收塔模型——逆流吸收
全塔物料衡算
V——单位时间内通过吸收塔的惰性气体量
L——单位时间内通过吸收塔的溶剂量
结论
溶质A的吸收率
气体出塔组成（尾气组成）
吸收塔的操作线方程与操作线
吸收塔内任一横截面上，气液组成Y与X之间的关系为操作关系，描述该关系的方程即为操作线方程
吸收剂用量
吸收剂用量的决定
在吸收塔的计算中，通常已知气体处理量，吸收剂的用量需计算；在一定的情况下，确定吸收剂的用量也即确定液气比L/V
液气比L/V的确定
先求出吸收过程的最小液气比
再根据工程经验，确定适宜液气比L/V
最小液气比（操作线与平衡线相交时的斜率）
平衡线为上凹曲线
平衡线关系为上凸曲线
最小液气比：操作线与平衡线相切时的斜率
适宜液气比
塔径的计算
工业上的吸收塔通常为圆柱形，故吸收塔的直径可根据圆形管道内的流量公式计算
注意事项
计算塔径时，一般应以塔底的气量为依据
计算塔径时，Vs应采用操作状态下的数据
塔径需要圆整
计算塔径的关键在于确定适宜的空塔气速u
填料层高度
分析
填料层高度等于填料层体积除以塔截面积
填料层体积等于完成规定分离任务所需要的总传质面积除以单位体积填料层所能提供的有效接触面积
总传质面积等于塔的吸收负荷除以传质速率
需要方程
物料衡算方程
传质速率方程
相平衡方程
微分方程
积分求解
填料层高度的计算
气相中溶质A的减少速率=液相中溶质A的增加速率=从气相到液相的传质速率
单位体积填料提供的有效接触面积a
总结公式
几点说明
适用于低组成气体稳态吸收
总体积吸收系数与膜系数的关系
（总）体积吸收系数的物理意义
在单位推动力下，单位时间，单位体积填料层内吸收的溶质量
当为低浓度气体吸收时
V、L是常数
KY、KX可视为常数
a也可视为常数；a与填料、尺寸、填充状况、物性及流动状况有关
传质单元高度
传质单元
通过一定高度填料层的传质，使一相组成的变化恰好等于其中的平均推动力，这样一段填料层的传质称为一个传质单元
传质单元高度的意义
与设备型式、设备中的操作条件有关
表示完成一个传质单元所需塔高，反应设备分离效能
体积总传质系数与传质单元高度的关系
二者均反应了设备分离能效
传质单元高度HOG的单位与填料层单位相同，避免单位换算
工程上用传质单元高度反映设备分离效能更方便
传质单元数
传质单元数的意义
若吸收过程的传质推动力越小或分离要求越高，则传质单元系数越大
反应分离任务的艰难
只与物质的相平衡及进、出口的含量有关，与设备型式和操作条件无关，在设备型式未确定之前即可计算得出
传质单元数的求法
平衡线为直线时
脱吸因数式
脱吸因数为平衡线斜率与操作线斜率的比值，反映吸收过程推动力的大小
反映了溶质A吸收率的高低
降低分离要求或增加吸收剂的吸收能力都会使吸收分离的难度降低，传质单元数也减少
降温加压或增加吸收剂用量都是增加传质推动力，提高传质速率，减小传质单元数的方法
吸收率一定时，增大S，即减小液气比，NOG增大；减小S，即增大液气比，NOG减小
S一定时，吸收率增大，NOG增大；吸收率减小，NOG减小
S＞1时，操作线斜率小于平衡线斜率，采用较小液体量，在塔顶接近平衡，可获得最浓的吸收液
S＜1时，操作线斜率大于平衡线斜率，采用较大液体量，在塔顶接近平衡，可获得最高的吸收率
一般情况S=0.7-0.8
当X2很低时
对数平均推动力法
对数平均推动力
对数平均推动力法与脱吸因数法的对比
相同点
都适用于低浓度、平衡线为直线的情况
不同点
对数平均推动力法涉及四个组成，脱吸因数法涉及三个组成，所以脱吸因数法特别适用于操作型问题的求解
特殊情况
S=1时，只能用对数平均推动力法
当X2=0时（纯溶液吸收）
平衡线为曲线时
图解积分法和数值积分法
梯级图解法
等板高度法计算填料层高度
等板高度法是依据理论级的概念来计算填料层高度，故又称为理论级模型法
填料层等板高度的意义：分离效果与一个理论级的作用相当的填料层高度
理论级（板层）数的计算
逐板计算法
首先在直角坐标系中标绘出操作线及平衡线曲线
然后，在操作线与平衡线之间，从塔顶（或塔底）开始逐次画阶梯直至与塔底（或塔顶）的组成相等或超过此组成为止
如此画出的阶梯数，就是吸收塔所需的理论板层数
解析法（克列姆塞尔法）
吸收过程概述
吸收的原理
吸收的概念
吸收基本概念
从气体混合物中分离其中一种或几种组分的单元操作
吸收原理
利用气体混合物中各组分在溶剂（吸收剂）中溶解度不同而进行分离的操作
溶质A：能够溶解的组分
惰性组分或载体B：不溶解的组分
S：吸收剂
得到的溶液S+A：吸收液（或溶液），溶质A在溶剂S中的溶液
B+少量A：吸收尾气，被吸收后排出的气体（主要成分为惰性气体B，微量A未被吸收）
吸收的过程
场所：吸收塔
逆流操作
并流操作
根据气液两相的流动方向分类
吸收操作示意图
吸收的应用
获得有用组分
除去有害组分
制备气体水溶液
工业废弃治理
吸收的分类
按被吸收组分数目
单组分吸收（只有一个溶质）
多组分吸收
按吸收有无化学反应
物理吸收
化学吸收
按溶质组成的高低（气液两相内）
高组成吸收
低组成吸收
按吸收的温度变化
等温吸收
非等温吸收
本章主要研究低浓度单组分等温物理吸收的原理与计算
气体吸收与液体蒸馏的异同
都为分离均相物系的气-液传质操作
原均相物系的相态不同
吸收为气体、蒸馏为液体
第二物相的产生方式不同
蒸馏加热、吸收引入吸收剂
组分的传递方式不同
吸收：从气相到液相；蒸馏：两种方向
利用的物性差异不同
吸收：溶解度；蒸馏：沸点、相对挥发度
