化工原理-3-第八章-气体吸收.ppt

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1、第八章气体吸收8.1概述8.1.1气体吸收在化工中的应用①制取化工产品；②分离气体混合物；③从气体中回收有用组分；④气体净化；⑤生化过程。吸收原理：利用气体中各组分在液体中溶解度的差异而使气体中不同组分分离的单元操作。概念：吸收质或溶质：混合气体中能够溶解于液体的组分；惰性组分：不能溶解混合气组分；吸收剂：吸收操作所用的溶剂；吸收液：溶有溶质的溶液；吸收尾气：排出的气体。吸收操作在化工中的应用：④根据吸收组分浓度的高低分为：低浓度、高浓度吸收。8.1.1吸收过程分类吸收过程分类：主要讨论：低浓度、单组分、等温、物理吸收。①根据溶质与吸

2、收剂之间是否发生化学反应分为：物理、化学吸收；②根据混合物中被吸收的组分数分为：单组分、多组分吸收；③根据过程热效应的大小，温度是否变化分为：等温、非等温吸收；脱吸（解吸）：吸收的逆过程。相际动平衡：当气体混合物与S相接触时，将发生A向液相的转移，使得溶液中A浓度CA增加，增加的极限是溶质达到饱和。此时瞬间进入液相的溶质分子数和从液相中逸出的溶质分子数相等，在宏观上如同静止一样，该状态称为相际动平衡。8.2吸收过程相平衡基础8.2.1气-液相平衡关系一、相际动平衡（相平衡）A：溶质；S：溶剂；B：惰性气体。PA*：设气相中的溶质分压（

3、平衡分压或饱和分压）；CA*：液相中的溶质浓度（平衡浓度或饱和浓度）。对单组分物理吸收，C=3（溶质A、溶剂S和惰性组分B），Φ=2，则：总变量数：温度T、总压P和气相组成PA*或液相组成CA*，共4个，3个自变量确定下来后，另一个即为它们的函数：二、自由度和自变量数根据相律：式中：F为自由度，C为组分数，Φ为相数。自由度为3，即自变量有3个。由于吸收过程为等温、低浓度性质，故T、P一定，上式变为：也可表示成：根据溶解度的高低可将气体分为：难溶气体：如O2、CO2；易溶气体：如NH3；溶解度适中气体：如SO2。问题：函数“f”或“g”

4、的具体形式？气-液平衡关系一般需通过实验方法对具体物系进行测定。对稀溶液，在低压（通常指总压小于0.5MPa）和一定温度下，气、液相达到平衡状态时，可溶气体在气相中的平衡分压与该溶质在液相中的浓度成正比例关系，即为亨利定律。式中：PA*为溶质在气相中的平衡分压，Pa；xA为溶质在液相中的摩尔分数；E为亨利系数，Pa。8.2.2亨利定律一、亨利定律①其数值大小由物系特性和温度决定；②当物系（溶质、溶剂）一定时，其值随温度的上升而增大；③由实验测定。数学表达式为：E的含义：如溶质在液相中的浓度用物质的量浓度CA表示，则亨利定律：式中：CA

5、为单位体积溶液中的溶质的物质量，kmol/m3；H称为溶解度系数，kmol/m3.Pa。二、不同表达形式由于气、液两相组分浓度可有不同的表示方法，因而亨利定律也有不同的形式。1、溶解度系数HH也是温度的函数，而和PA、CA无关。对于一定的吸收系统，其值随温度的升高而减小。若溶质在液相和气相中的浓度分别用摩尔分数x及y表示（对单组分吸收，一般可略去代表溶质的下标A），亨利定律如下：式中：y*为与该液相成平衡的气相中溶质的摩尔分数；m为相平衡常数，无因次。2、相平衡常数m在直角坐标上标绘的y-x线，称为平衡线。m不仅和温度有关，而且还和压

6、强有关。E、H和m之间显然符合如下关系：，式中：P为系统总压，Pa；C为溶液的总物质的量浓度，kmol(A+S)/m3。显然，X-Y之间并不是直线关系。只有当A在气相、液相中的含量很少时，即，时，上式才转化为：3、E、H和m之间的关系若溶质在液相和气相中的浓度分别用摩尔比X及Y表示时，若物系满足亨利定律，则X-Y之间的关系：例：在总压101.3kPa及温度20℃下，液相中氨的摩尔浓度为0.582kmol/m3，气相中氨的平衡分压为800Pa。若在此浓度范围内的相平衡关系符合亨利定律，求其H、E、m。，故：求E求m解：求H8.3吸收过程

7、模型及传质速率方程8.3.1双膜模型一、吸收过程吸收过程物理模型：图（b）中y、x分别表示气相、液相主体浓度；yi、xi分别表示在相界面处气、液两相的浓度。①由对流传质，A由气相主体通过膜向相界面的扩散；②在相界面处A溶解；③由对流传质，A由界面通过液膜向液相主体扩散。以气、液相界面为准，A在相际间的传质过程由以下三步串联而成：由膜传质理论，气相传质速率可表示为：式中：PG、Pi分别表示气相主体及相界面处的溶质分压；kG为以分压差表示的推动力的传质分系数。式中：ky为以气相中摩尔分数表示的推动力的传质分系数，显然二、气相传质变化上式：

8、和气相传质过程类似，液相传质速率可表示为：式中：Ci、CL分别表示相界面处和液相主体的溶质量浓度；kL为以量浓度差表示的推动力的液相传质分系数。式中：C为液相中总物质的量浓度；kx为以气相中摩尔分数表示的传质分系数，显然