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(guò)程 3、吸收操作物理依據(jù) 混合物中各氣體在某溶劑中溶解度的差異 4、實(shí)施吸收操作必須解決的問(wèn)題 （1）選擇合適的吸收劑（溶劑） （2）提供適當(dāng)?shù)脑O(shè)備 （3）完成溶劑的再生（解吸）,二、溶劑的選擇 1、技術(shù)要求 （1）溶解度大 （2）選擇性高 （3）溶解度對(duì)溫度敏感，易解吸 2、經(jīng)濟(jì)及安全要求 （1）不易揮發(fā) （2）化學(xué)穩(wěn)定性好 （3）黏度小，價(jià)廉易得 （4）無(wú)毒，不易燃、爆 三、物理吸收與化學(xué)吸收 化學(xué)吸收:利用化學(xué)反應(yīng)達(dá)到吸收目的的操作,化學(xué)吸收

2、必須滿足 ： （1）反應(yīng)可逆 （2）反應(yīng)速度快 四、吸收操作的經(jīng)濟(jì)性 1、吸收的操作費(fèi)用包括： 流動(dòng)能耗、溶劑損失、解吸操作費(fèi)用 吸收操作的經(jīng)濟(jì)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(jìn)行,五、氣液兩相的接觸方式 1、級(jí)式接觸（板式塔） 氣液兩相逐級(jí)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(zhì) 液相： 溶劑、溶質(zhì),8.2 氣液相平衡 8.2.1 平衡溶解度 一、相平衡關(guān)系的表示方法 溶解度曲線、平衡方程、表格法 二、亨利定律 當(dāng)溶液濃度很低時(shí)，溶解度曲線為過(guò)原點(diǎn) 的直線，可用直

3、線方程表示。 均稱(chēng)亨利常數(shù)， 稱(chēng)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(duì)稀溶液,四、討論 1、在總壓不太高（ ）時(shí)，相平衡關(guān)系和壓力無(wú)關(guān)，故 與總壓 無(wú)關(guān)，但因 故 2、對(duì)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(guān)系 一、判斷過(guò)程的方向 吸收 解吸,二、指明過(guò)程的極限 吸收過(guò)程的極限為平衡狀態(tài).即,三、計(jì)算過(guò)程推動(dòng)力 過(guò)程推動(dòng)力為實(shí)際狀態(tài)與平衡狀態(tài)的偏離程度 吸收推動(dòng)力 解吸推動(dòng)力,例題 ：含溶質(zhì) 濃度 的水溶液與含 濃度為 的氣體接觸，操作壓強(qiáng) 操作溫度下亨利常數(shù) ，試求 （1） 各為多少? （2）溶質(zhì) 的傳遞方向? （3）若過(guò)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(zhì)A由氣相向液相轉(zhuǎn)移，為吸收過(guò)程 過(guò)程推動(dòng)力,（3）達(dá)到極限時(shí)氣體濃度最低為,8.3 擴(kuò)散和單向傳質(zhì) 一、相際傳質(zhì)過(guò)程 （1）溶質(zhì)由氣體主體擴(kuò) 散至兩相界面 （2）溶質(zhì)在界面上溶解 （3）溶質(zhì)由界面擴(kuò)散至 液相主體 總過(guò)程速率取決于單相傳質(zhì)速率,二、單相傳質(zhì)機(jī)理 1、分子擴(kuò)散：因分子的微觀運(yùn)動(dòng)使該組分由高 濃度處傳遞至低濃度處 (流體無(wú)宏觀運(yùn)動(dòng)) 2、對(duì)流傳質(zhì)：流體的宏觀流動(dòng)導(dǎo)致的物質(zhì)傳遞 8.3.1 雙組分混合物中的分子擴(kuò)散 一、費(fèi)克定理 恒溫恒壓下的一維定態(tài)擴(kuò)散 費(fèi)克定律表明：只要存在濃度梯度，必產(chǎn)生物 質(zhì)的擴(kuò)散流,

5、即A的擴(kuò)散流必伴有方向相反的B的擴(kuò)散流 對(duì)雙組分混合物 ： 即擴(kuò)散流 與擴(kuò)散流 大小相等，方向相反,二、分子擴(kuò)散與主體流動(dòng) 定態(tài)傳質(zhì)中，厚度為 的靜止氣體層，層內(nèi)各處 相等 反向擴(kuò)散,（1）等分子反向擴(kuò)散 當(dāng)液相能以同一速率向界面供應(yīng)組分 時(shí), 保持恒定： 或 通過(guò)截面 的凈物量為零. （2）單向擴(kuò)散 當(dāng)液相不能向界面提供組分 時(shí)，發(fā)生的是 組分 的單向擴(kuò)散。例如：吸收 在單向擴(kuò)散中將產(chǎn)生主體流動(dòng) 擴(kuò)散流：分子微觀運(yùn)動(dòng)的宏觀結(jié)果，純組分 主體流動(dòng)：宏觀運(yùn)動(dòng)，同時(shí)帶有組分 和 注意：在單向擴(kuò)散中依然存在,三、分子擴(kuò)散速率方程 物料衡算： 即主體流動(dòng)速率等 于凈物流速率 對(duì)組分 物料衡算,四、分子

6、擴(kuò)散速率的積分式 （1）等分子反向擴(kuò)散 定態(tài)時(shí) ： （ ）,（2）單向擴(kuò)散 漂流因子 ：?jiǎn)蜗驍U(kuò)散因存在主體流 動(dòng)而使 為 的倍數(shù)，其值恒大于1。 當(dāng) 很低時(shí)， ，其值接近1 。,8.3.2 擴(kuò)散系數(shù) 擴(kuò)散系數(shù)為物系的物性參數(shù)，與溫度、濃度、壓強(qiáng)、組分有關(guān)。 由經(jīng)驗(yàn)式可知： 液體 氣體,8.3.3 對(duì)流傳質(zhì) 流動(dòng)流體與相界面之間的物質(zhì)傳遞稱(chēng)對(duì)流傳質(zhì) 一、對(duì)流對(duì)傳質(zhì)的貢獻(xiàn) 流動(dòng)增加界面處的濃度梯度，強(qiáng)化了傳質(zhì)。,二、對(duì)流傳質(zhì)速率 氣相與界面的傳質(zhì) 液相與界面的傳質(zhì) 三、傳質(zhì)分系數(shù)的無(wú)量綱關(guān)聯(lián)式 當(dāng)流體在降膜式吸收器內(nèi)流動(dòng)， ， 時(shí)：,8.3.4 物質(zhì)傳遞與動(dòng)量、熱量傳遞的類(lèi)比 8.3.5 對(duì)流傳質(zhì)

7、理論 一、有效膜（雙膜）理論 1、界面兩側(cè)各有一層虛擬的靜止層 ， 稱(chēng)有效膜，全部阻力集中在該兩層靜止層內(nèi) 2、有效膜內(nèi)的傳質(zhì)為分子擴(kuò)散傳質(zhì) 二、溶質(zhì)滲透理論 三、表面更新理論,例題：已知分子擴(kuò)散時(shí)，通過(guò)某一考察面 有四股物流： ，則 等分子反向擴(kuò)散時(shí)： 組分單向擴(kuò)散時(shí)：,8.4 相際傳質(zhì) 8.4.1 相際傳質(zhì)速率 （1）氣相傳質(zhì)速率式： （2）界面的平衡方程： （3）液相傳質(zhì)速率式：,一、相際傳質(zhì)速率方程,解吸的速率方程為： 二、傳質(zhì)速率方程的各種表達(dá)形式 1、不同的推動(dòng)力對(duì)應(yīng)不同的傳質(zhì)系數(shù) 2、不同的 之間的換算可由平衡關(guān)系和單位 （濃度）換算而得,8.4.2 界面濃度與傳質(zhì)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(guò)程的阻力分析 （1）氣相阻力控制 當(dāng) 時(shí)： 稱(chēng)氣相阻力控制 討論：1） 2）,（2）液相阻力控制 當(dāng) 時(shí)： 稱(chēng)液相阻力