化工分离过程(第15讲)(3.4.4化学吸收)

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1、化工分离过程ChemicalSeparationProcesses第三章多组分多级分离过程分析与简捷计算第三章多组分多级分离过程分析与简捷计算3.1设计变量3.2多组分精馏过程（普通精馏）3.3萃取精馏和共沸精馏（特殊精馏）3.4吸收和蒸出（解吸）过程3.4.1吸收和蒸出过程流程3.4.2多组分吸收和蒸出过程分析3.4.3多组分吸收和蒸出的简捷计算法3.4.4化学吸收√2第三章多组分多级分离过程分析与简捷计算3.4.4化学吸收3.4.4.1化学吸收的类型3.4.4.2化学吸收中的传质速率3.4.4.3化学吸收计算33.4.4化学吸收工业上许多吸收过程都带有

2、化学反应，称之为化学吸收。化学吸收的目的是为了利用化学反应增强吸收速率和吸收率。在化学吸收中，溶质由气相主体向气液截面的传质机理与物理吸收相同，液相中的化学反应对传质速率的影响体现在三方面：1.增强传质推动力；2.提高传质系数；3.增大有效传质面积。43.4.4化学吸收在化学吸收中不仅存在液相中的扩散，而且还存在化学反应，两者交织在一起，使过程较为复杂。不同反应类型决定了液膜和液相主体对化学反应所起的作用，表现出各类化学吸收过程具有不同的浓度分布特征。5吸收过程的机理一、传质的基本方式（1）分子扩散分子扩散的推动力主要是浓度差。（2）对流扩散对流扩散速率主

3、要决定于流体的流动型态。3.4.4化学吸收6二、双膜理论(1)气液两相间有一稳定的相界面，在相界面的两侧分别存在稳定的气膜和液膜，膜内流体做层流流动，双膜以外的区域为气相主体和液相主体，双膜主体内流体处于湍动状态；(2)气液两相的界面上，吸收质在两相间总是处于平衡状态，界面上无传质阻力；(3)两膜主体内因湍动而浓度分布均匀，双膜内流体做层流流动，主要依靠分子扩散传递物质，浓度变化大，因此，传质阻力主要集中在气膜和液膜双膜内。3.4.4化学吸收7气体溶质从气相主体到液相主体，共经历了三个过程，即：气膜扩散——溶解（反应）——液膜扩散三、化学吸收溶质传递机理气

4、膜扩散液膜扩散化学反应共同决定吸收过程的总速率3.4.4化学吸收8定义：组分A与吸收剂中的活性组分B一旦相遇立即完成反应。特点：反应速率远大于传质速率3.4.4.1化学吸收的类型图3-41a1.瞬时反应①不可逆反应：反应在膜内某个面瞬时完成；（如果活性组分B的浓度很高，传递速度又快，反应面将与液膜界面重合）②可逆反应：在膜内达到平衡。9定义：当组分A与活性组分B反应速度足够快时，反应速率大于传质速率。特点：反应速率大于传质速率3.4.4.1化学吸收的类型图3-41b2.快速反应被吸收组分A在液膜中边扩散边反应，被吸收组分的浓度随液膜厚度的变化不是直线关系，

5、在液膜内存在一个反应物A和B的共存区，反应在该区域内完成。10特点：反应速率与传质速率相当3.4.4.1化学吸收的类型图3-41c3.中速反应反应从液膜开始，边扩散边反应、反应区一直扩散到液相主体。11特点：反应速率远远小于传质速率3.4.4.1化学吸收的类型图3-41d4.慢速反应组分A通过液膜扩散来不及反应就进入液相主体，反应在液相主体中进行，液膜的传质阻力是整个化学吸收过程的阻力的组成部分。12化学吸收过程中，化学反应的存在不仅影响了汽液相平衡关系，而且也影响传质速率，由于化学反应是在液相中进行的，故它仅影响液相传质速率。一般情况下，化学反应的结果会

6、使液相传质系数增加，但由于影响传质系数的因素很复杂，即有动力学方面的原因，也有在界面上影响物理传质的因素，因此，虽然进行了许多研究，但要从理论上出发预测液相传质系数还不成熟，解决这个问题的有效方法是引入了“增强因子”的概念来表示化学反应对传质速率的增强程度。3.4.4.2化学吸收中的传质速率1传质速率和增强因子13增强因子的定义：在相同的条件下，与纯物理吸收比较，由于化学反应而使传质系数增加的倍数。3.4.4.2化学吸收中的传质速率对应的传质速率方程为：增强因子的定义式：（3-98）14对于慢反应，在反应发生之前A已扩散进入液相主体，由于反应的结果，液相主

7、体中A的浓度降低了，因此传质推动力（cAi-cAL）比没有化学反应时提高了。在这种情况下，化学反应的存在是影响了传质推动力。对液相传质分系数没有影响，因此E=1。对于瞬时可逆反应，由于反应瞬时完成，在液相中反应达到了化学平衡，在该情况下，传质速率与化学动力学无关，而与反应物和产物的传递过程有关。增强因子E很大，其数量级为102~104。在上述两者之间存在一个很宽的范围，一般包括快速反应和中速反应，在这种情况下，分传质系数是反应速率的函数，同时也受到传质过程的影响。3.4.4.2化学吸收中的传质速率151八田数（HattaNumber)（反映扩散与反应二者作

8、用的大小，其数值越大，则溶质从界面扩散到液相主体过程中在液膜内的反