《化工原理》第6章 气体吸收.ppt

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1、6.1概述6.2吸收过程的相平衡关系6.3吸收机理与吸收速率6.4吸收过程的计算6.5填料塔6.6解吸16.1概述6.1.1气体吸收过程及其在工业上的应用吸收是分离气体混合物的重要单元操作。这种操作是使气体混合物与选择的某种液体相接触，利用混合气体中各组分在该液体中溶解度的差异，有选择地使混合气体中一种或几种组分溶于此液体而形成溶液，其他未溶解的组分仍保留在气相中，以达到从气体混合物中分离出某些组分的目的。6.1.2吸收过程的分类6.1.3吸收剂的选择26.2吸收过程的相平衡关系6.2.1相组成的表示方法1．质量分率

2、。混合物中某组分的质量与混合物总质量的比值，称为该组分的质量分率，以xW表示。2．摩尔分率。混合物中某组分的千摩尔数与混合物总千摩尔数的比值，称为该组分的摩尔分率，以x表示。3．比质量分率。混合物中某两个组分的质量之比称为比质量分率，以XW(或YW)表示。4．比摩尔分率。混合物中某两个组分的千摩尔数之比称为比摩尔分率，以X(或Y)表示。35.质量浓度。单位体积中所含组分的质量，称为该组分的质量浓度，以CW表示。6.摩尔浓度。单位体积中所含组分的千摩尔数，称为该组分的摩尔浓度，以C表示。7.气体混合物的组成。气体混合物

3、中各组分的组成，除了可用上述方法表示外，还可以用组分的分压和分体积来表示。根据道尔顿分压定律和理想气体状态方程式可以证明，理想气体混合物中某一组分的摩尔分率等于该组分的分压与混合气体总压之比，即压力分率，也等于该组分的分体积与混合气体总体积之比，即体积分率。46.2.2气体在液体中的溶解度平衡状态下，溶液上方气相中溶质上的分压称为当时条件下的平衡分压；而液相中所含溶质气体的组成，称为在当时条件下气体在液体中的平衡溶解度，简称溶解度。习惯上，溶解度是用溶解在单位质量的液体溶剂中溶质气体的质量来表示，单位为：kg气体溶质

4、/kg液体溶剂。溶解度随物系、温度和压强的不同而异，通常由实验测定。图6-1、图6-2、图6-3分别表示氨、二氧化硫和氧在水中的溶解度与其气相平衡分压之间的关系(以温度为参数)。图中的关系线称为溶解度曲线。5图6-2二氧化硫在水中的溶解度图6-1氨在水中的溶解度图6-3氧在水中的溶解度66.2.3气、液相平衡关系—亨利定律亨利定律是描述互成平衡的气、液两相间组成关系的数学表达式。它适用于溶解度曲线中低浓度的直线部分。由于相组成有多种表示方法，致使亨利定律有多种形式。1.p—x关系当气相组成用分压p表示，液相组成用摩尔

5、分率x表示时，吸收质在液相中的组成与其在气相中的平衡分压成正比，其数学表达式为：式中p*—溶质在气相中的平衡分压，kPa；x—溶质在液相中的摩尔分率；E—亨利系数，kPa。(6-10)72.p—C关系当液相组成以摩尔浓度表示，而气相组成仍以分压表示时，则亨利定律具有如下形式：式中C—溶质在液相中的摩尔浓度，kmol/m3；H—溶解度系数，kmol/m3﹒kPa。(6-11)83.y—x关系若溶质在气相与液相中的组成分别用摩尔分率y与x表示，则亨利定律又可写成如下形式：式中y*—与液相组成平衡时溶质在气相中的摩尔分率；

6、m—相平衡常数，无因次。(6-13)94.Y—X关系若溶质在液相和气相中的组成分别用比摩尔分率X及Y表示时，对于单组分吸收则由式(6-6)可知：将上两式代人式(6-13)得即当稀溶液中溶质的组成很小时，即X值很小时，(1-m)X项很小，可忽略不计。式(6-15)的分母趋近于1，则式(6-15)可简化为(6-15)(6-16)106.3吸收机理与吸收速率6.3.1传质的基本方式吸收过程是溶质从气相转移到液相的传质过程。由于溶质从气相转移到液相是通过扩散进行的，因此传质过程也称为扩散过程。扩散的基本方式有两种：分子扩散和

7、涡流扩散。物质通过静止流体或作层流流动的流体（且传质方向与流体的流动方向垂直）时的扩散只是由于分子热运动的结果，这种借分子热运动来传递物质的现象，称为分子扩散。11物质在湍流流体中扩散时，主要是依靠流体质点的无规则运动而产生的漩涡，引起各部分流体间的强烈混合，在有浓度差存在的条件下，物质便朝其浓度降低的方向进行扩散。这种借流体质点的湍动和漩涡来传递物质的现象，称为涡流扩散。分子扩散和涡流扩散的共同作用称为对流扩散。对流扩散时，扩散物质不仅靠分子本身的扩散作用，并且依靠湍流流体的携带作用而转移，而且后一种作用是主要的。

8、对流扩散速率比分子扩散的速率大得多。对流扩散速率主要决定于流体的湍流程度。126.3.2吸收机理——双膜理论双膜理论的模型如图6-4所示。图6-4气体吸收的双膜模型13其基本论点如下：1.相互接触的气、液两流体间存在着稳定的相界面，相界面两侧分别存在着作层流流动的气膜或液膜，吸收质以分子扩散方式通过此二膜层。2.无论气、液两相主体中吸收质的组成