學(xué)習(xí)-化工單元第十二講吸收

化工單元過程及操作第十二講第七章吸收第七章吸收學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握吸收速率方程和吸收過程計(jì)算理解吸收氣液平衡和雙膜理論了解填料塔的構(gòu)造吸收的基本概念第七章吸收吸收的基本概念吸收的定義：利用氣體混合物中各組分在液體溶劑中溶解度的差異來分離氣體混合物的操作稱為吸收吸收的基本概念吸收的目的：1制取產(chǎn)品如：用水吸收SO3氣體制取98%的硫酸；

用水吸收氯化氫制取31%的工業(yè)鹽酸；

用氨水吸收CO2生產(chǎn)碳酸氫銨等。2從氣體中回收有用的組分如：用硫酸從煤氣中回收氨生成硫銨；

用洗油從煤氣中回收粗苯；3除有害組分以凈化空氣如：原料氣凈化、廢氣凈化等吸收的基本概念吸收的分類：物理吸收化學(xué)吸收等溫吸收非等溫吸收單組分吸收多組分吸收按過程機(jī)理按操作方式按處理體系吸收的基本概念吸收劑選擇原則：1溶解度—對(duì)溶質(zhì)組分有較大的溶解度2選擇性—對(duì)溶質(zhì)組分有良好的選擇性，即對(duì)其它組分基本不吸收或吸收甚微3揮發(fā)性—應(yīng)不易揮發(fā)4黏性—黏度要低5其他—無毒、無腐蝕性、不易燃燒、不發(fā)泡、價(jià)廉易得，并具有化學(xué)穩(wěn)定性等要求吸收的基本原理第七章吸收氣體溶解度氣-液平衡關(guān)系

平衡關(guān)系用途1、氣體在液體中溶解度的概念氣體在液相中的溶解度：在一定的溫度和壓力下，物質(zhì)在一定量的溶劑中溶解的最高量表明一定條件下吸收過程可能達(dá)到的極限程度。

2、溶解度曲線氣體溶解度在總壓不高，P<5atm時(shí)

一定溫度下液相組成是氣相組成的單值函數(shù)

同理，

氣體溶解度氣體溶解度吸收劑、溫度T、P

一定時(shí)，不同物質(zhì)溶解度不同。

溫度、溶液的濃度一定時(shí)，溶液上方分壓越大的物質(zhì)越難溶。對(duì)于同一種氣體，分壓一定時(shí)，溫度T越高，溶解度越小。對(duì)于同一種氣體，溫度T一定時(shí)，分壓P越大，溶解度越大。加壓和降溫對(duì)吸收操作有利。

氣體溶解度——亨利定律

E——亨利常數(shù)，單位與壓強(qiáng)單位一致。

E值取決于物系的特性及溫度；溫度T上升，E值增大；

在同一溶劑中，E值越大的氣體越難溶。氣-液平衡關(guān)系在吸收過程中，當(dāng)氣液相處于平衡狀態(tài)時(shí)，溶質(zhì)氣體在氣液兩相中的濃度存在著一定的分布關(guān)系，這種關(guān)系可以用亨利定律表示，即在等溫等壓下，某種氣體在溶液中的溶解度與液面上該氣體的平衡壓力成正比。氣液相中溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)表示的亨利定律m——相平衡常數(shù)，是溫度和壓強(qiáng)的函數(shù)。

溫度升高、總壓下降則m值變大，m值越大，表明氣體的溶解度越小。

氣-液平衡關(guān)系用摩爾比Y和X分別表示氣液兩相組成的亨利定律氣-液平衡關(guān)系由

當(dāng)溶液濃度很低時(shí)，X≈0，上式簡(jiǎn)化為：平衡關(guān)系用途—傳質(zhì)方向判斷例：在101.3kPa，20℃下,稀氨水的氣液相平衡關(guān)系為：，若含氨0.094摩爾分?jǐn)?shù)的混合氣和組成的氨水接觸,確定過程的方向；如果混合氣中含氨0.02摩爾分?jǐn)?shù)，其過程方向如何。解：

(1)用相平衡關(guān)系確定與實(shí)際氣相組成成平衡的液相組成將其與實(shí)際組成比較：∴氣液相接觸時(shí)，氨將從氣相轉(zhuǎn)入液相，發(fā)生吸收過程。(2)用相平衡關(guān)系確定與實(shí)際液相組成成平衡的氣相組成將其與實(shí)際組成比較：∴氨從氣相轉(zhuǎn)入液相，發(fā)生吸收過程。若含氨0.02摩爾分?jǐn)?shù)的混合氣和x=0.05的氨水接觸，則氣液相接觸時(shí)，氨由液相轉(zhuǎn)入氣相，發(fā)生解吸過程。平衡關(guān)系用途—傳質(zhì)方向判斷用氣液相平衡曲線圖也可判斷兩相接觸時(shí)的傳質(zhì)方向具體方法：已知相互接觸的氣液相的實(shí)際組成y和x，在x-y坐標(biāo)圖中確定狀態(tài)點(diǎn)，若點(diǎn)在平衡曲線上方，則發(fā)生吸收過程；若點(diǎn)在平衡曲線下方，則發(fā)生解吸過程。

平衡關(guān)系用途—傳質(zhì)方向判斷計(jì)算過程的推動(dòng)力當(dāng)氣液相的組成均用摩爾分?jǐn)?shù)表示時(shí)，吸收的推動(dòng)力可表示為：以氣相組成差表示的吸收推動(dòng)力；以液相組成差表示的吸收推動(dòng)力。

確定過程的極限所謂過程的極限是指兩相充分接觸后，各相組成變化的最大可能性。平衡關(guān)系用途—推動(dòng)力和極限吸收機(jī)理和計(jì)算第七章吸收雙膜理論相互接觸的氣液兩相間有一個(gè)穩(wěn)定的界面，界面上沒有傳質(zhì)阻力，氣液兩相處于平衡狀態(tài)。界面兩側(cè)分別存在著兩層膜，氣膜和液膜。氣相一側(cè)叫氣膜，液相一側(cè)叫液膜，這兩層膜均很薄，膜內(nèi)的流體是滯流流動(dòng)，溶質(zhì)以分子擴(kuò)散的方式進(jìn)行傳質(zhì)。

膜外的氣液相主體中，流體流動(dòng)的非常劇烈，溶質(zhì)的濃度很均勻，傳質(zhì)的阻力可以忽略不計(jì)，傳質(zhì)阻力集中在兩層膜內(nèi)。雙膜理論吸收速率方程和吸收總系數(shù)吸收速率：

單位面積，單位時(shí)間內(nèi)吸收的溶質(zhì)A的摩爾數(shù)，用NA表示，單位通常用kmol/m2.s。吸收傳質(zhì)速率方程：吸收速率與吸收推動(dòng)力之間關(guān)系的數(shù)學(xué)式吸收速率=傳質(zhì)系數(shù)×推動(dòng)力

吸收速率方程式1、氣膜吸收速率方程式

吸收速率方程和吸收總系數(shù)氣相組成以摩爾比濃度表示2、液膜吸收速率方程式

液相組成以摩爾比濃度表示3、總吸收系數(shù)及相應(yīng)的吸收速率方程式a）以△p為推動(dòng)力的吸收速率方程

—以

為推動(dòng)力的氣相總吸收系數(shù)，kmol/(m2.s.Pa)—與液相主體濃度c成平衡的氣相分壓，Pa。吸收速率方程和吸收總系數(shù)當(dāng)溶質(zhì)濃度很低時(shí)

b）以表示總推動(dòng)力的總吸收速率方程式—以為推動(dòng)力的氣相總吸收系數(shù)，kmol/(m2.s)c）以表示總推動(dòng)力的吸收速率方程式—以為推動(dòng)力的液相總吸收系數(shù)，kmol/(m2.s)吸收速率方程和吸收總系數(shù)在溶質(zhì)濃度很低時(shí)總阻力=氣膜阻力+液膜阻力

吸收速率方程和吸收總系數(shù)1）溶解度很大時(shí)的易溶氣體

相平衡常數(shù)m很小2）溶解度很小時(shí)的難溶氣體相平衡常數(shù)m很大——?dú)饽た刂啤耗た刂?/p>

吸收速率方程和吸收總系數(shù)吸收塔的設(shè)計(jì)計(jì)算，一般的已知條件是：1）氣體混合物中溶質(zhì)A的組成（mol分率）以及流量kmol/(m2.s)2）吸收劑的種類及T、P下的相平衡關(guān)系；3）出塔的氣體組成需要計(jì)算：1）吸收劑的用量kmol/(m2.s)；2）塔的工藝尺寸，塔徑和填料層高度吸收過程計(jì)算1、物料衡算

目的：確定各物流之間的量的關(guān)系以及設(shè)備中任意位置兩物料組成之間的關(guān)系。對(duì)單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)出吸收塔的A的物質(zhì)量作衡算吸收過程計(jì)算即：吸收率混合氣中溶質(zhì)A被吸收的百分率，2、吸收塔的操作線方程式與操作線在m—n截面與塔底截面之間作組分A的衡算吸收過程計(jì)算——逆流吸收塔操作線方程在m—n截面與塔頂截面之間作組分A的衡算——逆流吸收塔操作線方程表明：塔內(nèi)任一截面的氣相濃度Y與液相濃度X之間成直線關(guān)系，直線的斜率為L(zhǎng)/V。

吸收過程計(jì)算吸收過程計(jì)算并流吸收塔的操作線：

吸收操作線總是位于平衡線的上方，操作線位于平衡線下方，則應(yīng)進(jìn)行脫吸過程。吸收過程計(jì)算吸收劑用量的確定液氣比Y1L/VBB*最小液氣比吸收過程計(jì)算最小液氣比的求法圖解法正常的平衡線

吸收過程計(jì)算計(jì)算法適用條件：平衡線符合亨利定律，可用表示吸收過程計(jì)算吸收過程計(jì)算例：空氣與氨的混合氣體，總壓為101.33kPa，其中氨的分壓為1333Pa，用20℃的水吸收混合氣中的氨，要求氨的回收率為99%，每小時(shí)的處理量為1000kg空氣，空氣分子量為29g/mol。物系的平衡關(guān)系列于本例附表中，若吸收劑用量取最小用量的2倍，試求每小時(shí)送入塔內(nèi)的水量。溶液濃度(gNH3/100gH2O)22.53分壓Pa160020