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2、四級,第五級,*,第,8,章 吸收,8.1,概述,8.2,吸收過程相平衡基礎(chǔ),8.3,模型和傳質(zhì)速率方程,8.4,吸收塔的計(jì)算,8.5,其他類型吸收,化工原理 下冊,分離氣體混合物。根據(jù)混合物各組分的物理和化學(xué)差異，如吸附、吸收。吸收是其中的一種，根據(jù)溶解度差異。,吸收是將氣體混合物與適當(dāng)?shù)囊后w接觸，氣體中一種或多種組分溶解于液體中，不能溶解的組分仍保留在氣相中，利用各組分在液體中溶解度的差異,對其進(jìn)行選擇性溶解,使氣體中不同組分得到分離的單元操作。,混合氣中，能溶解于液體的組分稱為,溶質(zhì),。不能溶解的組分稱為,惰性氣體,。用于溶解氣體的液體稱為,吸收劑,，溶有氣體的溶液稱為,溶液,。,一、氣
3、體吸收在化工中的應(yīng)用,8.1,概述,1,制取化工產(chǎn)品,將氣體中需要的成分用指定的溶劑吸收出來，成為液態(tài)產(chǎn)品。如：用水吸收,HCl,、,NO,2,制取工業(yè)鹽酸和硝酸。,2,分離氣體混合物,工業(yè)上利用吸收分離氣體混合物。熱甲堿法吸收二氧化碳,。,3,從氣體中回收有用組分,用洗油回收粗苯或二氯乙烷。,一、氣體吸收在化工中的應(yīng)用,8.1,概述,4,氣體凈化,原料氣的凈化。,尾氣、廢氣的凈化以保護(hù)環(huán)境。,5,生化工程,菌體在發(fā)酵罐中培養(yǎng)。發(fā)酵罐中要給予大量的空氣以維持微生物的正常代謝，要應(yīng)用空氣中的氧在水中吸收這一過程,。,一、氣體吸收在化工中的應(yīng)用,8.1,概述,化學(xué)吸收和物理吸收。,單組分吸收和多組
4、分吸收。,非等溫吸收和等溫吸收。,本章研究物理吸收、單組分吸收和等溫吸收。,二,、吸收,過程分類,8.1,概述,吸收通常在 吸收塔內(nèi)進(jìn)行，其中以填料塔的應(yīng)用較為普遍。生產(chǎn)中除少部分直接獲得液體產(chǎn)品的吸收操作之外，一般都需對吸收后的溶液,三,、,工業(yè),吸收,過程,8.1,概述,進(jìn)行解吸，使溶劑再生，能夠循環(huán)使用。同時(shí)也得到有價(jià)值的溶質(zhì)。這樣，除了吸收塔以外，還需與其它設(shè)備一道組成一個(gè)完整吸收,-,解吸的流程。,采用吸收操作實(shí)現(xiàn)氣體混合物的分離必須解決下列問題：,1.,選擇適當(dāng)?shù)娜軇?，能選擇性的溶解某個(gè)被分離組分；,2.,提供適當(dāng)?shù)脑O(shè)備實(shí)現(xiàn)氣液兩相接觸，使被分離組分從氣相轉(zhuǎn)移到液相。,3.,溶劑的
5、再生，以便循環(huán)使用。,另外,:,溶劑具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性；無毒、不易燃易爆；腐蝕性小；價(jià)廉易得等。,三,、,工業(yè),吸收,過程,8.1,概述,8.2,吸收過程相平衡基礎(chǔ),8.2.1,氣液相平衡關(guān)系,氣體混合物與溶劑接觸，溶質(zhì)氣體向液相轉(zhuǎn)移，使溶液中溶質(zhì),(A),的濃度,c,A,增加，直到達(dá)到飽和，濃度不再發(fā)生變化。這種狀態(tài)稱為氣液溶解相平衡。,平衡狀態(tài)下氣相中的溶質(zhì)分壓稱為平衡分壓,p,A,*,，液相中的溶質(zhì)濃度稱為平衡濃度,c,A,*,，簡稱為溶解度。,8.2,吸收過程相平衡基礎(chǔ),8.2.1,氣液相平衡關(guān)系,對于單組分物系，組分?jǐn)?shù),3,個(gè),(,溶質(zhì)、惰性氣體和溶劑,),，相數(shù),2,個(gè)
6、,(,氣、液,),，根據(jù)相率，自由度,F,為,F,組分?jǐn)?shù)相數(shù),+2,3,2+2=3,即在溫度、總壓和氣、液組成四個(gè)變量中，三個(gè)是自變量。將溶解度,c,A,*,表示成溫度,t,、總壓,P,和氣相組成的函數(shù)，即,c,A,*,f(t,、,P,、氣相組成,),。,在總壓不很高的情況下，認(rèn)為溶解度,c,A,*,與總壓無關(guān)，則,c,A,*,f(t,、,p,A,),，或者,，,p,A,*,f(t,、,c,A,),。,在相同的溫度和分壓下，不同氣體溶解度有很大的差別。,O,2,、,CO,2,，溶解度很小，稱難溶氣體；,NH,3,，溶解度很大，稱易溶氣體；,介乎兩者之間,SO,2,稱溶解度適中氣體。,加壓和降溫
7、可以提高氣體溶解度，,c,A,*,f(t,，,p,A,),，對吸收有利。,課本,32,頁 圖,8-2,如下,8.2,吸收過程相平衡基礎(chǔ),8.2.1,氣液相平衡關(guān)系,p,A,*,f(t,、,c,A,),亨利定律：稀溶液、低壓和一定溫度下，氣、液達(dá)到溶解相平衡，則,p,A,*,Ex,A,亨利系數(shù)由實(shí)驗(yàn)確定，它隨物性和溫度而變化。對于一定氣體溶于一定溶劑，溫度升高，,E,增大。,8.2,吸收過程相平衡基礎(chǔ),8.2.2,亨利定律,若干氣體在水中的亨利常數(shù),E,之值,氣體,E,MPa,0C,5C,10C,15C,20C,25C,30C,35C,40C,50C,60C,80C,100C,氦,13100,1
8、2800,12700,12600,12300,11600,氫,5870,6160,6440,6700,6920,7160,7390,7520,7610,7750,7750,7650,7550,氮,5360,6050,6770,7480,8140,8760,9360,9980,10500,11400,12200,12800,12800,空氣,4380,4940,5560,6150,6730,7290,7810,8340,8810,9580,10230,10800,10800,一氧化碳,3570,4010,4480,4950,5430,5880,6280,6680,7050,7710,8320,8
9、560,8570,氧,2580,2950,3310,3690,4060,4440,4810,5140,5420,5960,6370,6960,7100,甲烷,2270,2620,3010,3410,3810,4180,4550,4920,5270,5850,6340,6910,7100,一氧化氮,1710,1530,2210,2450,2670,2910,3140,3350,3570,3950,4230,4540,4600,乙烷,1280,1570,1920,2290,2660,3060,3460,3880,4290,5070,5720,6700,7010,乙烯,560,662,778,907
10、,1030,1160,1290,臭氧,1970,221,251,292,381,463,606,829,1220,2780,二氧化碳,73.7,88.7,105,124,144,166,188,212,236,287,345,乙炔,72.9,85.1,97.2,109,123,135,148,硫化氫,27.1,31.9,37.2,42.8,48.9,55.2,61.7,68.5,75.5,89.5,104,137,150,溴,2.16,2.78,3.70,4.72,6.0,7.46,9.16,1.35,19.3,25.4,40.9,8.2.2,亨利定律,亨利定律三種表達(dá)式,p,A,*,=,Ex
11、,A,E,為亨利系數(shù),單位,Pa,c,A,*,=,Hp,A,H,為溶解度系數(shù) 單位,kmol/m,3,.Pa,y,*,=,mx,m,為相平衡常數(shù) 單位,無因次,2.,三個(gè)系數(shù)間的關(guān)系,E=C/H m=E/P,相平衡常數(shù)m：相平衡常數(shù)m與溫度、壓力有關(guān),。,溫度降低，m減??；壓力增大，m減小。,(加壓和降溫可以提高氣體溶解度),8.2,吸收過程相平衡基礎(chǔ),8.2.2,亨利定律,氣相中的溶質(zhì)傳遞到液相，分為三個(gè)步驟：,1.,氣相與界面的對流傳質(zhì)；,2.,溶質(zhì)在界面上的溶解；,3.,界面與液相的對流傳質(zhì)。,令：界面上氣液兩相濃度為,y,i,、,x,i,1.,氣相與界面的對流傳質(zhì)；,N,A,=k,G,
12、(p,G,p,i,)=k,y,(y,y,i,),3.,界面與液相的對流傳質(zhì)；,N,A,=k,L,(c,i,c,L,)=k,x,(x,i,x),2.,溶質(zhì)在界面上的溶解；,y,i,=f(x,i,),采用,y,i,=mx,i,雙膜模型：,(y,y,i,),代表氣相傳質(zhì)推動(dòng)力，,(x,i,x),代表液相傳質(zhì)推動(dòng)力，穿過界面的傳質(zhì)阻力可以忽略，氣、液在界面達(dá)到平衡。,8.3,模型和傳質(zhì)速率方程,8.3.1 雙膜模型在吸收中的應(yīng)用,8.3.2,傳質(zhì)速率方程,一、總傳質(zhì)速率方程,用總傳質(zhì)系數(shù)表示的速率方程,用吸收塔某一截面氣液兩相濃度,x,和,y,在圖,8-4,用,a,點(diǎn)表示。相界面上氣液平衡濃度,x,i
13、,和,y,i,在圖,8-4,用,P,點(diǎn)表示，,y,i,=mx,i,。,8.3,模型和傳質(zhì)速率方程,根據(jù)圖,8-4,，,m(x,i,x)=y,i,y*,。,氣相與界面的對流傳質(zhì)：,N,A,=k,G,(p,G,p,i,)=k,y,(y,y,i,),界面與液相的對流傳質(zhì)：,N,A,=k,L,(c,i,c,L,)=k,x,(x,i,x),即：,進(jìn)一步變形，得,8.3.2,傳質(zhì)速率方程,8.3,模型和傳質(zhì)速率方程,于是，相際傳質(zhì)速率方程式為：,N,A,=K,y,(y,y,*,),式中，,K,y,和,K,x,的關(guān)系：,mK,y,=K,x,K,y,和,K,x,的單位：,K,y,:,kmol/(m,2,.s.
14、,y)K,x,:kmol/(m,2,.s.,x),表,8-1 37,頁,傳質(zhì)速率方程的各種形式，只需掌握,N,A,=K,y,(y,y,*,),和,N,A,=K,x,(x,*,x),同理，,N,A,=K,x,(x,*,x),8.3.2,傳質(zhì)速率方程,8.3,模型和傳質(zhì)速率方程,二、界面濃度的求取,如圖所示，,a(x,y),代表某一截面上氣液相摩爾分率，,b(x,i,y,i,),代表該截面上界面的濃度,(,摩爾分率,),，如何求出,(x,i,y,i,),？,，導(dǎo)出,聯(lián)立求解（,1,）和（,2,），可求出,(x,i,y,i,),。,用作圖法求解，從,a(x,y),出發(fā)，作斜率為,-k,x,/k,y,
15、的一條直線，此直線與平衡線的交點(diǎn)即為界面濃度,(x,i,y,i,),。,（,1,）相平衡關(guān)系：,y,i,mx,i,（,2,）從式,(8-15),：,8.3.2,傳質(zhì)速率方程,8.3,模型和傳質(zhì)速率方程,三、傳質(zhì)阻力分析,式,(8-18),表示總傳質(zhì)系數(shù),K,y,和分傳質(zhì)系數(shù),k,y,、,k,x,的關(guān)系。,它表明總傳質(zhì)阻力,1/K,y,為氣相分傳質(zhì)阻力,1/k,y,和液相分傳質(zhì)阻力,m/k,x,之和。,當(dāng),1/k,y,m/k,x,，則,1/K,y,1/k,y,。此時(shí)傳質(zhì)阻力集中于氣相，稱為氣相阻力控制,(,氣膜控制,),。,氣膜控制的條件：,(1)k,y,k,x,。直線,ab,很陡。直線,ab,
16、的斜率,k,x,/k,y,。,(2)m,很小，相平衡線,OE,平坦，表明溶質(zhì)在吸收劑中的溶解度很大，如水吸收,NH,3,、,HCl,。,8.3.2,傳質(zhì)速率方程,8.3,模型和傳質(zhì)速率方程,同理，當(dāng),1/mk,y,1/k,x,，則,1/K,x,1/k,x,。此時(shí)傳質(zhì)阻力集中于液相，稱為液相阻力控制,(,液膜控制,),。,液膜控制的條件：,(1)k,y,k,x,。直線,ab,平坦。,(2)m,很大，相平衡線,OE,很陡，表明溶質(zhì)在吸收劑中的溶解度很小，如以水吸收,O,2,、,CO,2,。,三、傳質(zhì)阻力分析,氣液兩相的分傳質(zhì)系數(shù)與流速的,0.7,次方成正比，即：,k,y,G,0.7,；,k,y,L,0.7,。對于氣膜控制，增加氣體流率，可有效增加總傳質(zhì)系數(shù),K,y,k,y,，加快吸收過程。對于液膜控制，增加液體流率，可有效增加總傳質(zhì)系數(shù),K,x,k,x,，加快吸收過程。,例,8-1(,課本,40,頁,),吸收分離，操作總壓,310kPa,，氣相分傳質(zhì)系數(shù),k,y,3.7710,-3,kmol/(m,2,s),，液相分傳質(zhì)系數(shù),k,x,3.0610,-4,kmol/(m,2,s),，相平衡關(guān)
化工原理下第八章吸收卓越
