中南大学《化工原理》课件-第5章气体吸收.pptx

第5章 气 体 吸 收;第一节 概述;吸收质或溶质：混合气体中的易溶解组分，以A表示。 惰性气体：混合气体中的不溶或难溶组分，以B表示。 吸收剂：吸收操作中所用的溶剂，以S表示。 吸收液：吸收操作得到的溶液，主要成分溶剂S和溶质A。 吸收尾气：吸收后排出的气体，主要成分为惰性气体B和少量的溶质A。 解吸或脱吸：与吸收相反的过程，即溶质从液相中分离而转移到气相的过程。;气体吸收是混合气体中某些组分在气液相界面上溶解、在气相和液相内由浓度差推动的传质过程。;2、吸收操作的目的;物理吸收：吸收过程溶质与溶剂不发生显著的化学反应。如用水吸收二氧化碳、用水吸收乙醇或丙醇蒸汽、用洗油吸收芳烃等。 化学吸收：溶质与溶剂有显著的化学反应发生。如用NaOH或Na2CO3溶液吸收CO2、用稀硫酸吸收氨等过程。化学反应能大大提高单位体积液体所能吸收的气体量并加快吸收速率。但溶液解吸再生较难。 单组分吸收：混合气体中只有单一组分被液相吸收，其余组分因溶解度甚小其吸收量可忽略不计。 多组分吸收：有两个或两个以上组分被吸收。 非等温吸收：体系温度发生明显变化的吸收过程。 等温吸收：体系温度变化不显著的吸收过程。 本章主要讨论单组分、等温的物理吸收过程。;4、工业吸收流程;二、吸收剂的选择;第二节 吸收过程的相平衡关系;2、溶解度曲线 ;讨论：;二、亨利定律和亨利系数;　　当气、液相溶质浓度用其它组成表示法表示时，通过浓度换算可得其它形式的亨利定律。;ye：与该液相成平衡的气相中溶质的摩尔分率； x：液相中溶质的摩尔分率； m：相平衡常数，无因次。 ;在低浓度气体吸收计算中，通常采用基准不变的摩尔比 Y（ 或 X ）表示组成。 ;三个比例系数之间的关系：;例： 1atm下，浓度为0.02（摩尔分数）的稀氨水在20℃时氨的平衡分压为1.666kPa，其相平衡关系服从亨利定律，氨水密度可近似取1000kg/m3。 求：E、 m 、 H 。;相对于气相浓度 y 而言，液相浓度欠饱和(x<xe)，故液相有吸收溶质 A 的能力。;相对于气相浓度而言实际液相浓度过饱和(x>xe)，故液相有释放溶质 A 的能力。;相对于气相浓度而言液相浓度为平衡??度(x=xe)，故液相不释放或吸收溶质 A。;2、传质过程的限度 ;今将溶质浓度为y1的混合气送入某吸收塔的底部，溶剂自塔顶淋入作逆流吸收，若减小淋下的溶剂量，则溶剂在塔底出口的浓度x1必将　　（增大，减小，不变）。 但即使在塔很高、吸收溶剂量很小的情况下，x1也不会无限增大，其极限浓度是　　　　　。;;传质推动力的表示方法可以不同，但效果一样。 ;例：含有14%（体积比）乙炔的乙炔－空气混合气体在25℃、101.3kPa下和乙炔水溶液接触，若乙炔溶液浓度为0.29×10-3kg/kg水，试（1）确定传质过程方向，（2）求开始接触瞬间的推动力（用摩尔比浓度表示）。（3）已知乙炔－水符合亨利定律, 求相平衡常数m和溶解度系数H。;第三节 吸收过程的机理及传质速率方程;双膜论 ;双膜理论将两流体相际传质过程简化为经两膜层的稳定分子扩散的串联过程。对吸收过程则为溶质通过气膜和液膜的分子扩散过程。 ;二、传质速率方程 ;上式中 NA:传质速率，kmol/(m2·s)； kG:气相传质系数，kmol/(m2·s·kPa)； pG-pi为推动力；1/kG为气相传质阻力;kG — 推动力为分压差的气相传质系数，kmol/(s?m2?kPa)； ky — 推动力为摩尔分数差的气相传质系数，kmol/(s?m2)； kY — 推动力为摩尔比差的气相传质系数，kmol/(s?m2)； p、y、Y — 溶质A在气相主体的分压(kPa)、摩尔分数和摩尔比； pi 、yi、Yi — 溶质A在界面气相侧的分压(kPa)、摩尔分数和摩尔比。 ;将;— 液相传质速率方程;液相传质速率方程常用的表达形式也有三种 ;(1)不同形式的传质速率方程物理意义一样，都代表单位时间内通过单位界面面积传递的溶质 A 的量； (2)不同单位的传质系数数值不同，但可根据组成表示法的相互关系进行换算。 例：当气相总压不很高时有 ;3、总传质系数和传质速率方程 ;（1）以pG-pe为推动力的总传质速率方程;;（2）以（Ce-CL）为推动力的传质速率方程;对难溶气体H较小，H/kG较小，KL≈kL，总传质阻力集中于液膜，吸收过程为液膜控制。 ;相平衡关系为直线 ;以气相为基准的总传质速率方程;类似的,由亨利定律 yi=mxi 和 y=mxe ，可得 ;对易溶气体，平衡常数 m 值小，这时：;对难溶气体，平衡常数 m 值大，这时： ;(4)以Y-Ye及Xe-X为推动力表示的传质速率方程;吸收传质速率方程小结;吸收传质速率方程小结;讨论: (1)上述传质速率方程式都是以