化工基础课件武汉大学第5章.ppt

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1、第五章吸收吸收操作——利用组成混合气体各组分在溶剂中溶解度不同，来分离气体混合物的操作，称为吸收操作。在吸收过程中，吸收所用的溶剂称为吸收剂；被吸收剂吸收溶解的组分称为吸收质；不被吸收的组分称为惰性组分或载体；吸收了溶质后的溶液则称为吸收液。§1化工生产中的吸收操作1-1吸收操作的类型吸收的工业应用（1）分离混合气体。是最主要的应用。（2）气体净化。例如某厂放空气体中含有有毒有害气体A，不符合环境保护的排放标准，则选用合适溶剂将有害气体吸收，使该厂放空气体达到排放标准。（3）制备液体产品。例如用水吸收氯化氢气体制备盐酸，用93%硫酸吸收S

2、O3制备硫酸等等。1-1吸收分类重点是低浓度气体混合物的单组分等温物理吸收。吸收过程的气、液接触方式1-2吸收操作吸收操作流程通常的吸收过程都采用逆流操作，即液体从上到下，气体从塔底通入，这样可以保证全塔的平均推动力最大，与传热时两流体以逆流流动的平均温度差最大的原理相同。吸收操作效率高的条件：1．选择合适的吸收剂；2．提供适宜的传质设备；3．吸收剂的再生。1-3吸收剂的选择1．溶解度对溶质组分有较大的溶解度；2．选择性对溶质组分有良好的选择性，即对其它组分基本不吸收或吸收甚微；3．挥发性应不易挥发；4．黏性黏度要低；5．其它无毒、无腐蚀

3、性、不易燃烧、不发泡、价廉易得，并具有化学稳定性等要求。溶解度即在温度T，总压P和气、液相组成共四个变量中，有三个自变量，另一个是它们的函数：§2气液相平衡关系气液平衡时，溶质在单位液体体积或质量中的溶解度称为平衡溶解度，而溶质在气相中的分压则称为平衡分压或饱和分压。在平衡状态下，溶质组分在两相中的浓度服从相平衡关系。物质量比的定义为：液相：气相：式中：Y*A，XA——平衡状态时，溶质A在气相、液相中的物质的量的比；y*A，xA——平衡状态时溶质A在气相中、液相中的摩尔分数；p*A——溶质A在气相中的平衡分压；cA——平衡状态下溶质A在液

4、相中的物质的量浓度。物质的量比与摩尔数之间的关系：若固定温度、压力不变，测得某动平衡下，溶液上方氨的分压为p1，此时溶于水的氨的浓度为x1；再改变浓度为x2，测得上方氨分压为p2；……依次类推，改变氨的浓度为xn，测得溶液上方氨的分压为pn，如图5-4所示。将这n个点，标绘在图上，即得在一定温度、压力下的溶解度曲线。2-1溶解度曲线说明：(1)不同气体的溶解度差异很大(2)对于稀溶液，有E是物性，通常由实验测定。可从有关手册中查得。E越大，表明溶解度越大，越易溶。E随温度变化而变化，一般地，T，E。2-2亨利定律对于非理想溶液，在低浓

5、度下，服从亨利定律。由图看出，OD是平衡曲线，但在x=0～0.10的这一段，可以写成亨利定律的表达式。p*A为溶质A在气相中的平衡分压；E称为亨利系数；xA为溶质在溶液中所占的摩尔分率。亨利定律还可写成：比例系数H愈大，表明同样分压下的溶解度愈大。H可称为溶解度系数，cA为单位体积溶液中溶质A的物质的量浓度［mol·m-3］。亨利定律最常用的是下列形式：m为相平衡常数（亦称亨利常数），量纲为1。m是温度与压强的函数，易溶气体m值小；难溶气体m值大。亨利定律的其他形式：E越大，表明溶解度越小，E随温度变化而变化，T，E。m越大，表明溶解

6、度越小，m随温度变化而变化，T，m，P，m。亨利系数之间的关系若以比摩尔分数表示吸收质在气、液两相的浓度，则：代入：得：对于稀溶液，有：2-3相平衡与吸收过程的关系1.用相平衡判断过程进行的方向吸收过程：如A1点，在平衡线的上方，yA>yA*，溶质应从气相到液相。解吸过程：如A2点，在平衡线的下方，yA*>yA，溶质应从液相到气相。2．用相平衡确定过程进行的极限在一定的温度与压力的条件下，当气、液传质达到平衡时，净传质速率为零。在逆流操作时，含溶质为yA，1的混合气体从塔底送出，组成为Xa，2的吸收剂自塔顶淋下。塔很高，吸收剂用量

7、很少，吸收液最终浓度XA，1也不会无限增大，其极值只与气相浓度yA，1呈平衡的液相浓度xA，1*。3．计算过程推动力，分析过程进行的难易在图中，在截面M-N中，推动力以气相浓度差表示为：液相推动力差表示为：偏离平衡浓度越远，推动力越大。§3吸收速率方程吸收过程中吸收速率是指单位时间内、在单位相际传质面积上被吸收的溶质量。吸收速率可以表示为：3-1分吸收速率方程分子扩散——流体内某一组分存在浓度差时，则由于分子运动使组分从浓度高处传递至浓度低处，这种现象称为分子扩散。费克定律——单位时间通过单位面积物质的扩散量与浓度梯度成正比。以液相传质分

8、系数表示的吸收速率方程以气膜传质分系数表示的吸收速度方程：3-2总吸收速率方程1．两相间有物质传递时，相界面两侧各有一层极薄的静止膜，传递阻力都集中在这里。2．物质通过双膜的传递过程为稳态过程