大气污染控制工程7-1吸收法12

相界面
分子扩散
液 膜 表 面 湍流扩散 液 相 主 体
二、吸收过程机理——双膜理论 （双阻力模型、滞留膜理论）：
3、传质推动力:

气相：PA -PAi
液相：CAi– CA 当 PA ＞ PAi ， CAi ＞ CA，扩散进行。
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传质阻力:

气膜+液膜； 膜越厚阻力越大； 两相主体流速越快，膜越薄，阻力越小。
m
y Ai y * x Ai x
液相总传质系数与气液相传质系数：
1
1 1 Kx mk k y x
y y Ai m x * x Ai

6、吸收系数的确定 实验测定 经验公式 关联式
7、吸收过程的控制步骤： （1）气膜控制： 易溶气体的溶解度系数很大，液膜阻力约等于零， 总阻力≈气膜阻力
混合气体 A+B
吸收液A+S
二、吸收的分类：
1、依据溶质与吸收液是否发生化学反应：
物理吸收（简单吸收）：在吸收过程中无化学反 应，可以看成单纯的物理溶解过程。 化学吸收：在吸收过程中，组分与吸收剂发生化 学反应，叫做化学吸收。
二、吸收的分类：
2、依据溶质溶于溶液中的组分数： 单组分吸收： 多组分吸收： 3、根据吸收过程中气体溶于溶剂中的热效应： 等温吸收：污染物的浓度低或设备的散热性 能好。 非等温吸收（变温吸收）：
一、气液平衡关系——亨利定律：
2、亨利定律：
（5）亨利定律参数之间的关系为：
h H
式中： H：亨利系数，kPa E

s 1
H MS E
ρ kg/m2 ：溶剂的密度， s 1 Ms：溶剂的分子量，kg/kmol
H ：溶解度系数或亨利系数，kmol /（kPa· m3）
一、气液平衡关系——亨利定律：
特点：气相分压增加少许，液相中相应的平衡浓度 就会有很大增加；
三、吸收速率方程:
（2）液膜控制： 难溶气体的溶解度系数很小，其液相阻力在总阻力中占的 比重很大； 特点：气相中的溶质分压即便有了较大的变化，液相的浓 度变化也很小。
（3）双膜控制： 介于难溶与易溶之间的组分。如：水吸收SO2。
8、如何强化传质过程： ①增大传质系数KG、KL，降温、增大流速； ②增大传质界面面积F ③增大推动力 ④增加接触时间t
一、气液平衡关系——亨利定律：
思考题：含有30%（体积）CO2的某种混合气与水接触，系统 温度为30℃，总压为101.3kPa，E H=1.88×105kPa，求液相中 CO2的平衡浓度为？kmol/m3。 解：
p C H hP e
p P e
E H MS
1000kg / m3 101.3kPa 30% 1.88 105 kPa 18kg / kmol 8.98 103 kmol / m3
，
x
X 1 X
y y* e
Y 1 Y
一、气液平衡关系——亨利定律：
2、亨利定律：四种表达方式
（4）代入亨利定律形式三，
y* e m x 得：
Y mX 1 (1 m) X
Y X m 1 Y 1 X
当用清水或用极低浓度的溶液为吸收剂时，X 趋近于 0， 得相平衡方程式： Y = mX 注意亨利定律适用条件：总压不高
一、气液平衡关系——亨利定律：
2、亨利定律：四种表达方式
*e 来表示平衡 （3）如果摩尔分率 x 表示溶液的组成，用摩尔分率 yy 气相中气体溶质的分压:
亨利定律可以写成：
PA yy *e P
y* y e m x
（相平衡方程式）
式中：PA : 溶质气体的分压 P : 混合气体总压 x ：溶质的摩尔分率; y* ：溶质在气相中的平衡摩尔分率; m ：相平衡常数，无因次。m值越大，溶解度越小。
为吸收过程，溶解。
一、气液平衡关系——亨利定律：
3、亨利定律的应用： （2）确定吸收或解吸过程进行的限度。 若进气中溶质的摩尔分率为y1，进液中溶质的摩尔分率为x0，
那么： 液相中与y1 平衡的溶质摩尔分率x*1= y1/m
吸收液中该组分的x/1不可能超过x*1 ： x/1 ≦ x*1= y1/m = xmax
3、亨利定律的应用：
（1）气液接触时溶质的传质方向； 如：① P、T 一定，混合气体中某组分的摩尔分率为y1，而在溶液中该 组分的摩尔分率为x1，y*为与 x1相平衡的摩尔分率, y1﹥y* y1﹤y* 吸收过程 解吸过程
② P、T 一定， 溶液中该组分摩尔分率为x1，x* 为与y1平衡浓度，
x1﹤x* 吸收过程 x1﹥x* 解吸过程
4
T
0.5
气体在气相中的扩散
扩散系数
物质的特性常数之一 影响因素： 介质的种类 温度 压强 浓度
气体在气相中的扩散
部分气体在空气中的扩散系数（0oC，101.33kPa）
扩散系数的测量
Stephan过程
DAB
A1
2 A1 L2 L RT 2 1 P ln( pB1 / pB 2 ) M A 2t
1、双膜理论的假定:
相界面，气膜和液膜，分子扩 散，滞留膜；

膜的厚度随各相主体的流速与 流态而不同，膜间无物质积累； 固定膜的稳态扩散；


气液界面上,气液达平衡状态；
两相主体浓度是均匀的，浓度差 存在于两膜之中。
2、可溶组分由气相进入液相的过程
吸收质从气相主体 湍流扩散 气膜表面
分子扩散
1、什么是吸收： 利用混和气体中各组分在液体中的溶 解度不同而分离混合气体中某种气体的操 作称为吸收。
一、气体吸收：
2、常用的名词术语：
溶质A（吸收质A）：吸收操作中欲去除的物质。 惰性组分B（载气）：吸收操作中不被吸收的组分。 吸收剂S：溶剂 吸收尾气：B+A
吸收剂S 吸收尾气B+A 吸 收 塔
一、气液平衡关系：
溶解度（C）与平衡分压（pe ）的函数关系：
C = f（ pe ）
常见气体的平衡溶解度
一、气液平衡关系——亨利定律：
2、亨利定律（相平衡方程）：
当总压不高时（一般约小于5×105Pa）时，在一定的温度下， 稀溶液上方，溶质的平衡压力与它在溶液中的摩尔分率成正比。 四种表达方式 （ 1）
* N A k AG g PA PA


N A k y y A y* A
液相总传质速率方程
* N A k AL C A CA l




N A k x x* A xA


三、吸收速率方程:
5、总传质系数与各项传质系数的关系：
气相总传质系数与气液相传质系数：
1
1 m Ky k kx y
一、气液平衡关系——亨利定律：
3、亨利定律的应用：
如： NH3摩尔分率为x1= 0.01的水溶液，在标准状况下，
亨利定律 y = 0.94x，气相中y1=0.04，判断传质方向。 ①气相判断： y*1= 0. 94 x1 =0.0094﹤y1
为吸收过程，溶解。
②液相判断： x*1= y1/m =0.04/0.94=0.043＞x1
一、气液平衡关系——亨利定律：
2、亨利定律：四种表达方式
（4）X：表示溶剂中含有溶质的摩尔分数，% Y：表示不溶气体（惰性气体）中含有溶质气体的摩尔分数，%。
溶液中的溶质的摩尔数 x X 溶剂的摩尔数 1 x
经换算，得：
y *e y 气体中的溶质的摩尔数 Y 惰性气体的摩尔数 1 yy *e
同理，处理后排气中该组分的
组成 y/0也不可能低于与x0 平衡的气相溶质摩尔分率y*0 ： y/0≧ y*0= mx0= ymin
一、气液平衡关系——亨利定律：
掌握亨利定律的4种形式、系数间的函数 关系式及亨利定律的应用。 思考题：含有30%（体积）CO2的某种混合气 与水接触，系统温度为30℃，总压为101.3kPa， E H=1.88×105kPa，求液相中CO2的平衡浓度为？ kmol/m3。（假设操作过程中CO2 体积分数不 变）
x p*
E
式中：p * ：溶质气体的平衡分压，kPa x ：溶质的摩尔分率，无量纲。 摩尔分率 = 溶质的摩尔数 / 溶液的摩尔数 E：亨利系数，kpa。
一、气液平衡关系——亨利定律：
2、亨利定律：四种表达方式
（2）如果用摩尔浓度C 表示溶液的组成，亨利定律：
c Hp *
式中：C：溶质浓度，单位体积溶液中含溶质的摩尔数 kmol/m3 p * ：溶质气体的平衡分压，kpa H ：溶解度系数或亨利系数， kmol /（kPa· m3）
三、吸收速率方程:
吸收速率:气相中的吸收质在单位时间内通过单位
面积相界面而被吸收剂吸收的量 。
吸收传质速率方程的一般表达式为：
传质速率=传质推动力×传质系数

传质系数和传质阻力互为倒数。 传质速率=传质推动力 / 传质阻力，
三、吸收速率方程:
1、吸收速率NA：
单位时间通过单位相界面传递的
溶质的量。
pB1 pB 2
液态A物质
气体在液相中的扩散
在液相中的扩散系数
估算方程
DAB 7.4 10
10
( M B ) T
0.5
BV
0.5 A
扩散系数随溶液浓度变化很大
上式只适用于稀溶液
气体在液相中的扩散
某些物质在水中的扩散系数（20oC，稀溶液）
第二节
吸收
一、气体吸收：
2、气相分传质速率方程：
N A kG g PA PAi