陳敏恒 化工原理 第八章(吸收)1.ppt

1、第8章 氣體吸收 8.1 概述 一、吸收操作 1、吸收目的（分離氣體混合物） （1）回收混合氣中的有用組分 （2）脫除氣體中有害組分 2、工業(yè)吸收過程 3、吸收操作物理依據 混合物中各氣體在某溶劑中溶解度的差異 4、實施吸收操作必須解決的問題 （1）選擇合適的吸收劑（溶劑） （2）提供適當?shù)脑O備 （3）完成溶劑的再生（解吸）,二、溶劑的選擇 1、技術要求 （1）溶解度大 （2）選擇性高 （3）溶解度對溫度敏感，易解吸 2、經濟及安全要求 （1）不易揮發(fā) （2）化學穩(wěn)定性好 （3）黏度小，價廉易得 （4）無毒，不易燃、爆 三、物理吸收與化學吸收 化學吸收:利用化學反應達到吸收目的的操作,化學吸收

2、必須滿足 ： （1）反應可逆 （2）反應速度快 四、吸收操作的經濟性 1、吸收的操作費用包括： 流動能耗、溶劑損失、解吸操作費用 吸收操作的經濟性決定于解吸操作 2、常用的解吸方法 升溫、吹氣、減壓 工業(yè)上常為升溫、吹氣共同進行,五、氣液兩相的接觸方式 1、級式接觸（板式塔） 氣液兩相逐級接觸， 濃度跳躍式變化。 2、微分接觸（填料塔） 氣液兩相連續(xù)接觸， 濃度連續(xù)變化。 六、本章假定 氣相： 惰性組分、溶質 液相： 溶劑、溶質,8.2 氣液相平衡 8.2.1 平衡溶解度 一、相平衡關系的表示方法 溶解度曲線、平衡方程、表格法 二、亨利定律 當溶液濃度很低時，溶解度曲線為過原點 的直線，可用直

3、線方程表示。 均稱亨利常數(shù)， 稱相平衡常數(shù)。,三、亨利常數(shù)之間的換算 總壓 總摩爾濃度 對稀溶液,四、討論 1、在總壓不太高（ ）時，相平衡關系和壓力無關，故 與總壓 無關，但因 故 2、對一般的物系，溫度升高，氣體溶解度減小,亨利常數(shù)增大，即,8.2.2 相平衡與吸收關系 一、判斷過程的方向 吸收 解吸,二、指明過程的極限 吸收過程的極限為平衡狀態(tài).即,三、計算過程推動力 過程推動力為實際狀態(tài)與平衡狀態(tài)的偏離程度 吸收推動力 解吸推動力,例題 ：含溶質 濃度 的水溶液與含 濃度為 的氣體接觸，操作壓強 操作溫度下亨利常數(shù) ，試求 （1） 各為多少? （2）溶質 的傳遞方向? （3）若過程中液

4、相濃度保持不變,氣相中 的 濃度最低可為多少?,解：（1） （2） 或 溶質A由氣相向液相轉移，為吸收過程 過程推動力,（3）達到極限時氣體濃度最低為,8.3 擴散和單向傳質 一、相際傳質過程 （1）溶質由氣體主體擴 散至兩相界面 （2）溶質在界面上溶解 （3）溶質由界面擴散至 液相主體 總過程速率取決于單相傳質速率,二、單相傳質機理 1、分子擴散：因分子的微觀運動使該組分由高 濃度處傳遞至低濃度處 (流體無宏觀運動) 2、對流傳質：流體的宏觀流動導致的物質傳遞 8.3.1 雙組分混合物中的分子擴散 一、費克定理 恒溫恒壓下的一維定態(tài)擴散 費克定律表明：只要存在濃度梯度，必產生物 質的擴散流,

5、即A的擴散流必伴有方向相反的B的擴散流 對雙組分混合物 ： 即擴散流 與擴散流 大小相等，方向相反,二、分子擴散與主體流動 定態(tài)傳質中，厚度為 的靜止氣體層，層內各處 相等 反向擴散,（1）等分子反向擴散 當液相能以同一速率向界面供應組分 時, 保持恒定： 或 通過截面 的凈物量為零. （2）單向擴散 當液相不能向界面提供組分 時，發(fā)生的是 組分 的單向擴散。例如：吸收 在單向擴散中將產生主體流動 擴散流：分子微觀運動的宏觀結果，純組分 主體流動：宏觀運動，同時帶有組分 和 注意：在單向擴散中依然存在,三、分子擴散速率方程 物料衡算： 即主體流動速率等 于凈物流速率 對組分 物料衡算,四、分子

6、擴散速率的積分式 （1）等分子反向擴散 定態(tài)時 ： （ ）,（2）單向擴散 漂流因子 ：單向擴散因存在主體流 動而使 為 的倍數(shù)，其值恒大于1。 當 很低時， ，其值接近1 。,8.3.2 擴散系數(shù) 擴散系數(shù)為物系的物性參數(shù)，與溫度、濃度、壓強、組分有關。 由經驗式可知： 液體 氣體,8.3.3 對流傳質 流動流體與相界面之間的物質傳遞稱對流傳質 一、對流對傳質的貢獻 流動增加界面處的濃度梯度，強化了傳質。,二、對流傳質速率 氣相與界面的傳質 液相與界面的傳質 三、傳質分系數(shù)的無量綱關聯(lián)式 當流體在降膜式吸收器內流動， ， 時：,8.3.4 物質傳遞與動量、熱量傳遞的類比 8.3.5 對流傳質

7、理論 一、有效膜（雙膜）理論 1、界面兩側各有一層虛擬的靜止層 ， 稱有效膜，全部阻力集中在該兩層靜止層內 2、有效膜內的傳質為分子擴散傳質 二、溶質滲透理論 三、表面更新理論,例題：已知分子擴散時，通過某一考察面 有四股物流： ，則 等分子反向擴散時： 組分單向擴散時：,8.4 相際傳質 8.4.1 相際傳質速率 （1）氣相傳質速率式： （2）界面的平衡方程： （3）液相傳質速率式：,一、相際傳質速率方程,解吸的速率方程為： 二、傳質速率方程的各種表達形式 1、不同的推動力對應不同的傳質系數(shù) 2、不同的 之間的換算可由平衡關系和單位 （濃度）換算而得,8.4.2 界面濃度與傳質阻力 一、界面濃度 為一直線 平衡線： 可用解析法或圖解法 求得界面濃度,二、吸收過程的阻力分析 （1）氣相阻力控制 當 時： 稱氣相阻力控制 討論：1） 2）,（2）液相阻力控制 當 時： 稱液相阻力