化工原理--2-8气体吸收.ppt

*利用溶解度差异，物质从一相向另一相转移的过程，属物质传递过程（简称传质过程）*吸收操作在生产中的应用：①混合气体分离，以获得一定的组分②除去有害组分，以净化气体③制备某种气体的溶液3、工业吸收过程（吸收与解吸）二、吸收操作分类*物理吸收与化学吸收*等温吸收与非等温吸收*单组分吸收与多组分吸收*定态吸收与非定态吸收（过程参数是否随时间而变）本章讨论所作的基本假定：单组分、低浓度、连续定态逆流、等温物理吸收三、吸收操作的经济性吸收操作费用主要包括：①气、液两相流经吸收设备的能量消耗；②溶剂的挥发损失和变质损失；③溶剂再生(解吸)费用，即解吸操作费用。*以上三项费用中第③项所占比例最大。重点内容：a.物理吸收过程b.低浓度吸收过程设计计算本章难点：a.吸收过程的传质机理b.相平衡关系不同表达式间的换算物质的量浓度（摩尔浓度）CA=nA/V物质的量分数（摩尔分数）xA=nA/n摩尔比XA=nA/nB换算关系：CA=xA(n/V)xA=CA(V/n)XA=xA/(1-xA)5—2气、液相平衡一、气体在液体中的溶解度气液相平衡：*在一定温度下气液两相长期或充分接触后，两相趋于平衡。*单组分物理吸收过程，当T、P确定后，溶质在液相中的浓度仅与气相分压Pe的有关。*相平衡时气液相浓度平衡浓度x（饱和浓度）平衡分压P**气液相平衡关系的可用不同方式表示：*1溶解度曲线*2亨利定律溶解度：定义:影响因素:溶液、溶质的性质，T，PT↑溶解度↓P↑溶解度↑*1溶解度表示吸收过程气液两相的平衡关系*2降温、加压有利于吸收，升温、减压有利于解吸*3不同气体在不同溶剂中的溶解度可由实验测定溶解度曲线：P*—x关系曲线：直接反映了相平衡的本质，用于思考与分析问题y—x关系曲线：可方便地与物料衡算式等其它关系式一起对整个吸收过程进行数学描述P*y*80℃70℃XX二、亨利定律3、指时传质过程的极限P2x2当G、P1、x2一定时：①吸收剂用量增大，P2↓，P2min=P2*且P2min=P2*=Ex2②吸收剂用量减小，x1↑，P1x1x1max=x1*且x1max=x1*=P1/E例：含NH3体积分数3％的空气-NH3混合气，在20℃下用水吸收其中的NH3。塔内压力为203kPa。NH3在水中的溶解度服从亨利定律，操作温度下平衡关系为PA*=266.6xkPa。试求离塔氨水的最大浓度，以浓度C表示。5—3传质机理与传质速率分子扩散：当流体内部某一组分存在浓度差时，则因微观分子的无规则随机的热运动使组分从高浓度处传递到低浓度处。**过程推动力为浓度差**实现传递靠微观分子的无规则运动一、分子扩散与费克定律同理，对B组分的扩散可表示为dCBJB=-DBA———dZ式中：JB—组分B沿Z方向的扩散通量kmol/m2·s；CB—组分B在混合物中摩尔浓度kmol/m3；DBA—组分B在A、B混合中的扩散系数，m2/s。（以上两式中负号，表示分子扩散方向是沿其浓度降低方向进行）2、等摩尔逆向扩散等摩尔逆向扩散其扩散通量则有以下关系：JA=-JB而dCAJA=-DAB——dZdCBJB=-DBA——dZ∵P=PA+PB=常数（C=CA+CB=常数）则dPdPAdPB——=——+——=0dzdzdz3、单向扩散（组分A通过静止的组分B的扩散）有A、B双组分气体，A组分溶解于液相，B组分不溶于液相总体流动：总体流动使A、B组分向截面的扩散通量同时提高物质的传递：分子扩散JA=-JB总体流动NM=NAM+NBM对于A组分，其传递速率：NA=JA+NAM=JA+NBMPA/PBNA=（1+PA/PB）JAdPdPA∫NAdZ=-∫—————RTP–PA（稳态吸收过程，且操作条件一定时，NA、D、P、T均为常数）积分得：DPP-PA2NA=———ln————RTZP–PA1整理为DPNA=—————（PA1-PA2）RTZPBm式中：PBm—组分B分压的对数平均值。P/PBm——称漂流因数，无量纲。4、分子扩散系数D，m2/s二涡流扩散与对流传质3、对流传质理论ci2）传质速率方程按上述有效膜模型，在气相中的传质过程速率可表示为DPNA=—————（PA-PAi）RTZGPBm在液相中的传质过程度速率可表示为DCNA=————（CAi-CA）ZLCBm写成NA=kL（Ci-CA）或NA=kx（xi-xA）kL—以摩尔浓度差表示推动力的液膜传质系数，m/s；kx—以摩尔分数差表示推动力的液膜传质系数，kmol/（m2s）。；CA、Ci—液相主体和界面处A组分的浓度，kmol/m3；xi、xA—液相主体和界面处A组分的摩尔分数。（2）溶质渗透模型模型要点：考虑溶质在膜内积累形成浓度梯度的过渡过程☆相界面上，液、气组成达到平衡,即使传质推动力为零。☆溶质向界面液膜纵深y向渗透，膜内渗透过程