化工原理第七章吸收修改2

25
亦可通过比较气相组成y与液相呈平衡时的气相浓度y*
的值的大小来进行判别，y> y*，则为吸收过程；y< y*， 则为解吸过程。
小结
1、气液两相传质的方向与极限：若溶质在液相主体中 的实际浓度为x，与接触的气相呈平衡的液相浓度为
x*，则当x< x*，发生吸收，x> x*，解吸，x= x*，平
衡状态，此时传质推动力为0，传质过程停止，即达 到极限状态。 26
DA,B（气）10-5m2/s
DA,B（液）10-9m2/s
DA,B（固）<10-10m2/s 31
二、涡流扩散
湍流流体中，湍流中流体质点发生无 规则运动，湍流主体中会产生漩涡， 使各部分流体间产生剧烈混合。 滞流流体中依靠分子无规则运动传递 物质。
32
湍流流体中发生传质靠流体质点的湍动和漩涡来传递
温度为25℃，co2组成仍为0.05，将气相与浓度为3×10-3 kmol/m3的co2水溶液相接触。 23
解：对于题中规定的气液两相条件，判别过程进行的方 向和极限。 首先计算与气相浓度呈平衡是的液相浓度。 ⑴ 查常压下25℃下，co2在水中的 亨利系数 E=164mpa，
平衡常数 m=E/P=1640，
p E y x A mx A P P
A
A
m随温度、总压变化而变 化，
T，m，P，m
相平衡常数，无因次
21
四、气液两相传质的方向与传质极限
推动力 y-ye 或 xe-x 注意推动力不等于y-x！
22
求下列五种情况下的传质方向 在常压下及25℃下，气相co2的组成0.05（摩尔分率），现将
6
第一节 概述
三．吸收分类
物 理 吸 收 化 学 吸 收 等 温 吸 收 非 等 温 吸 收 单 组 分 吸 收 多 组 分 吸 收
7
第一节 概述
四．吸收设备、流程
板 式 塔 1、吸收设备-----塔设备 填 料 塔
吸收剂 吸收尾气
气体
溶剂
气体
溶剂
填料
吸 收 塔 混合气
当气相浓度y=0.05时，与其平衡的液相浓度 x*=y/m=3×10-3 而实际的液体浓度 c=10-3kmol/m3 水密度为 ρ=1000kg/m3
则 24
x=c/(ρ/ms)= 10-3/(1000/18)=1.8×10-5
由于液相中co2的浓度下于与气相呈平衡的液相浓
度x*，故两相接触时，将有部分co2从气相转入液相， 此过程为吸收。
物质的——称为涡流扩散。
湍流主体中，分子扩散同时起着作用，但与涡流扩散 比很小，涡流扩散占主要地位。
J=－（D+DE）（dCA/dZ）
D——分子扩散系数，m2/s DE——涡流扩散系数，m2/s
注：D是物性常数
DE除了与物质性质有关外，还与流体湍动程度有关， 所以不是物性常数
33
3.2吸收机理
单相中传质机理为扩散理论（分子扩散、 涡流扩散）。
同理对⑵、⑶、⑷、⑸四种情况计算，计算后将5
种情况结果列于表中
序 号 1 2 3 4 5 气相浓度y 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 液相浓度 x 1.8×10-5 3×10-5 5.4×10-5 5.4×10-5 5.4×10-5 与气相呈平 衡的液相浓 度x* 3×10-5 3×10-5 3×10-5 6.87×10-5 15×10-5 吸收推动 力 x*－x ﹥0 =0 <0 >0 >0 方向判 断 吸收 平衡 解吸 吸收 吸收
1
n
被吸收气体
被吸收气体
吸收液
填料塔
逆流吸收操作示意图
8
板式塔
9
第一节 概述
2．吸收流程
（1）单一吸收塔流程
（2）多塔吸收流程
（a）气、液串联（逆流）
（b）气体串联、液体并联（逆流）
10
多塔吸收流程
第一节 概述
（3）吸收剂在吸收塔内再循环流程 （4）吸收-解吸流程
吸 收 塔
解 吸 塔
吸收剂再循环流程
一、吸收速率方程
双膜理论：相界面两侧存在厚度为ZG和ZL的气膜和液膜。 在稳定操作时，通过气膜或液膜的速率是相等。 即
pG
组成
气膜 液膜
pi
气相主体
传质方向 液相主体
Ci
38
G
L
CL z
气膜吸收速率方程式
气膜 液膜
组成
Dp NA ( p pi ) kG ( p pi )p G RTZG pBm
此混合气体分别与以下几种溶液接触：⑴浓度为10-3kmol/m3 的co2水溶液；⑵浓度为1.09×10-3kmol/m3的co2水溶液； ⑶ 浓度为3×10-3kmol/m3的co2水溶液；⑷气相压力还保持常压， co2的组成仍为0.05，而温度降为0℃，将此种气体与浓度为
3×10-3kmol/m3的co2水溶液相接触；⑸气相压力为5×105pa，
1 1 1 K G kG HkL
41
CG C L CG CL 类似地， N A H 1 1 kG k L KL
------以摩尔浓度差为推动
力的气相总吸收速率方程
C G HpG

y y y y NA 1 1 m ----- 以摩尔分率差为推动 y mx K y 力的气相总吸收速率方程 气膜 液膜 ky kx
组成
气膜
液膜
C L Hp L
又根据膜模型的假定，可知
L
pG pi
气相主体
传质方向 液相主体
pG p i C i C L p i p pG p NA 1 1 1 1 1 Hk L k G HkL kG kL
L
Ci
G
L
距离
CL z
pG p 总推动力 L ----以分压差为推动力的气相总吸收速率方程 双膜模型 1 总传质阻 力 KG
pG
x x x x NA 1 1 1 mk y k x Kx
组成
pi
气相主体
传质方向 液相主体
Ci
42
x y m
G
L
距离
CL z
二、吸收速率方程的分析:
操作点
P pG P
液相总传 质推动力
E
1．关于传质推动力
传质方向
费克定律的其它表达形式：
J A, z CD AB
dx A d p A RT D AB dpA D AB dz dz RT dz
说明：（1）JA,z是相对扩散通量 （绝对扩散通量用NA,z表示） （2）DA,B是物性之一
D A, B f ( P , T , x)
2、影响吸收过程的因素 （1）温度t↑E↑，减少了吸收的传质推动力，对吸收 不利。 （2）压力，P总<5×10-5pa，对E影响不大。 当气相中溶质浓度相同，增加气相中溶质的分压，增大]
了传质推动力，对吸收有利。
27
第三节 吸收机理与吸收速率
3.1单相中物质传递
3.2吸收机理
3.3吸收速率
28
3.1单相中物质传递
变条件，再操作多少时间，溶质不会再被吸收剂吸 收，吸收操作便可停止。
19
第二节吸收过程的气—液相平衡
三、亨利定律
对于稀溶液，有
CA H pA
亨利定律
溶解度系数， kmol/(m3Pa)
20
第二节吸收过程的气—液相平衡
亨利定律的其他形式：
A
CA H pA
E 越大，表明溶解度越小； C C A p Ex A E随温度变化而变化， T， H C E， 亨利系数，Pa m越大，表明溶解度越小；
一、分子扩散与菲克定律
二、涡流扩散
29
一、分子扩散与菲克定律
扩散通量：单位面积、单位时间内 扩散传递的物质量，
单位为kmol/m2s，用J表示。
表示扩散方向与浓度梯度方向相反
J A, z DAB
扩散通量，kmol/m2s
30
dC A dz

相界面
pG pi ci
A 在 B 中的扩散系数 m2/s
3
第一节
一、什么是吸收 二．吸收目的
概述
三．吸收分类
四．吸收设备、流程 五．吸收剂的选择
4
第一节 概述
一、什么是吸收？
利用气体混合物中各组分在液体溶剂中 溶解度的差异来分离气体混合物的操作称 为吸收。
A
溶质 A 惰性组分 B 吸收剂 S
5
A+B （气体）
S （液体）
第一节 概述
二．吸收目的
1．制取产品 例如，用 98.3%的硫酸吸收 SO3 气体制取发烟硫酸， 用水吸收氯化氢制取 31%的工业盐酸， 用氨水吸收 CO2 生产碳酸氢铵等。 2．从气体中回收有用的组分 例如，用硫酸从煤气中回收氨生成硫胺； 用洗油从煤气中回收粗苯等。 3．除去有害组分以净化气体 主要包括原料气净化和尾气、废气的净化以保护环境。 例如用水或碱液脱除合成氨原料气中的二氧化碳， 燃煤锅炉烟气、冶炼废气等脱 SO2 等。
A A+B （气体） S （液体）
15
第二节吸收过程的气—液平衡
一、气体的溶解度
二、吸收极限——相平衡
三、亨利定律
四、气液两相传质的方向
16
第二节吸收过程的气—液相平衡
一．溶解度
气液达到相平衡时，液相中的溶质浓度称为溶解度。
A
在几个大气压以内、温度一定条件下，
C f pA
A
或 p A g C A
第七章
气体吸收
Gas Absorption
1
第七章
第一节 概述
第二节 气—液平衡
吸 收
第三节 吸收机理与吸收速率
第四节 吸收塔的计算
2
本章重点
• • • • • • • 1、亨利定律及各种表达式和相互间的关系； 2、菲克定律及其应用； 3、双膜理论及总吸收速率方程； 4、吸收过程的物料衡算及操作线方程； 5、最小液气比概念及吸收剂用量的计算； 6、填料层高度及其传质单元数的计算； 7、吸收塔的设计计算。
A+B （气体）
S （液体）
17
1.0 0.9 0.8
O2 pA=723CA
CO2 pA=25.5CA
难溶体系
SO 2
pA，atm
0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
溶解度适中体系
易溶体系
NH3 pA=0.36CA pA=0.0136CA
6 7 8 9 10 11
0
1
2
3
4
5
10nCA，kmol/m3
吸收-解吸流程
11
12
用洗油吸收苯系物质的吸收与解吸流程
•煤气脱苯吸收操作流程 13
从合成氨原料气中回收CO2的流程
14
五．吸收剂的选择
1．溶解度 2．选择性 对溶质组分有较大的溶解度 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．粘性 粘度要低 5．其它 无毒、无腐蚀性、不易燃烧、不发泡、 价廉易得，并具有化学稳定性等要求。
pi
气相主体
液膜吸收速率方程式
NA={（D′C）/(zLcsm)}(ci－c) =kL(ci－c) =(ci－c)/(1/ kL) 即：
传质方向 液相主体
Ci
G
L
距离
CL z
双膜模型
39
气膜
液膜
pG pi N AG k G pG pi 1 kG Ci C L N AL k L C i C L 1 kL
18
O2n=3，CO2n=2，SO2n=1，NH3n=0 几种气体在 20℃水中的溶解度曲线
第二节吸收过程的气—液相平衡
二、吸收极限——相平衡
当吸收剂中浓度达饱和时，任何时刻进入液相
中的溶质分子数等于从溶液中送出的到气相中的溶 质分子数，即气相中和液相中溶质分子不再发生变 化，称两相动态平衡——相平衡。 达到相平衡时，吸收操作已达极限程度，如不改
两相中传质机理（吸收机理）有：双 膜理论、溶质渗透理论、表面更新理论 等。
34
一、双膜模型
液膜 气膜
pG
组成
pi 气相主体 Ci
传质方向 液相主体 CL z
G
L 距离
双膜模型
35
二、双膜理论要点
理论要点：
A、相互接触的气液两相流体间存在着稳定的相界面， 界面两侧各有一个很薄的停滞膜，吸收质以分子扩 散方式通过此二膜层，由气相主体进入液相主体。 B、在相界面处，气液两相达于平衡。
pG
组成
pi
气相主体
传质方向 液相主体
Ci
pG p i C i C L 分 推 动 力 NA 分传质阻力 1 1 kG kL 类似地：
y yi xi x NA 1 1 ky kx
G
L
距离
CL z
双膜模型
--------分吸收速率方程
40
假设气液相平衡关系满足亨利定律，则
C、两停滞膜外气液两相主体中流体充分湍动，浓度均匀。
36
3.3、吸收速率
吸收速率：单位相际传质面积上单位时间内吸
收的溶质量。NA表示。
任何传质速率都可用下式表示：
传质速率=传质推动力/传质阻力 =传质系数×传质推 动力
37
吸收的速率也可用上式表示：
吸收速率=吸收推动力/吸收阻力 =吸收系数×吸收推动力