8章气体吸收.ppt

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8章气体吸收

* 宜宾学院 徐慎颖 化学吸收 (Chemical absorption) 溶质与吸收剂之间的化学反应对吸收过程具有显著影响。 主要特点:吸收过程中溶质进入液相后在扩散路径上不断被化学反应所消耗。 例如溶质 A 与吸收剂中的化学组分 B 发生如下反应 化学反应的结果降低了液相中溶质的浓度,从相平衡的角度加大了相际传质推动力,同时还改变了溶质在等效膜中的浓度分布使之更加有利于液相传质。 k*L —— 反应速率常数,s-1。 如果反应速率主要由溶质 A 的浓度 cA 所控制,即可视为拟一级反应,则液相任意部位处,化学反应速率 RA (kmol/m3?s) 与溶质浓度的关系为 * 宜宾学院 徐慎颖 化学吸收 (Chemical absorption) 根据双膜理论,以液相为基准的吸收速率与溶质在等效膜中的浓度差成正比。化学反应速率和吸收速率都可以通过对溶质在液相中的浓度分布曲线进行定量分析。 吸收剂 气体 pA cA 界面 液相主体 相界面 气相扩散 液相扩散 pA cAi cA? pAi 气相主体 物理吸收 化学吸收 * 宜宾学院 徐慎颖 液膜中的浓度分布 对稳定物理吸收 (RA=0) 过程,传质微分方程为齐次。 在液相漂流因子影响忽略不计(等价于扩散方向上无总体流动)的情况下求解上式,得到膜内浓度分布为直线方程 吸收过程液相中溶质的浓度分布服从传质微分方程 以上式在气液界面上的导数值表示的吸收速率与双膜理论中的溶质通量扩散表达式是一致的(以界面上传质通量表示) * 宜宾学院 徐慎颖 液膜中的浓度分布 边界条件为 对稳定的化学吸收过程(RA≠0),传质微分方程为非齐次。以拟一级反应为例: z=? 处的边界条件表示由该处扩散进入液相主体的溶质全部被主体内的化学反应所消耗,V 代表与扩散传质面积相对应的吸收液体积(m3/m2)。 解微分方程得到等效膜内的浓度分布双曲函数 * 宜宾学院 徐慎颖 液膜中的浓度分布 同样以其在气液界面处的导数值表示传质通量,则拟一级反应的化学吸收速率为 八田数(Hatta Number) 八田数代表溶质在等效膜中的反应速率与扩散传质速率的特征比,反应速率愈快其值愈大,在膜中消耗的溶质越多;Ha=0则为物理吸收。 * 宜宾学院 徐慎颖 化学吸收速率与增强因子 —— 化学吸收增强因子 在液相主体浓度为零 (cA? = 0) 的条件下,对比下列两式 增强因子的物理意义还可以理解为化学吸收的液相传质系数是在 cA? = 0 条件下物理吸收液相传质系数的 ? 倍。 可得化学吸收速率与物理吸收速率的比值 * 宜宾学院 徐慎颖 化学吸收速率与增强因子 反应主要在液相主体中进行,等效膜内浓度分布与物理吸收接近。 根据增强因子 ? 与 Ha 的双曲函数关系可以直接分析化学吸收速率 虽然反应并不快,但由于液相主体持液量大,反应消耗溶质的能力强,因而主体浓度 cA? = 0 。 (1) 慢反应,Ha1,数学上有 th(Ha) ? Ha,则 (3) 快反应,Ha3,数学上有 th(Ha) ? 1 ,则 溶质在等效膜内全部反应掉,不进入液相主体。 (2) 中等反应速率,但 及 ,则 * 宜宾学院 徐慎颖 化学吸收速率与增强因子 强化化学吸收的途径:根据 Ha 数的范围而有所不同。 (1) 当 Ha 很小,吸收主要为化学反应速率控制时,应采取加大液相主体溶量的方法,降低主体浓度以增强吸收速率,例如鼓泡塔吸收。 (2) 当 Ha 很大,反应速率很快甚至瞬间即完成,与等效液膜的厚度无关,过程为气膜控制,此时应采取增大气液接触表面和强化气膜传质的措施,如填料塔吸收。 液相主体 相界面 cA? ?0 cAi 0 ? b a 距相界面距离 液膜 c cA? ?0 * 宜宾学院 徐慎颖 平衡线为曲线时传质单元数的计算 当平衡线为曲线不能用较简单确切的函数式表达时,通常可采用图解积分法或数值积分法求解传质单元数。 图解积分法 图解积分法的关键在于找到若干点与积分变量 Y 相对应的被积函数的值。其步骤为 (1)在操作线和平衡线上得若干组与 Y 相应的值 1/(Y-Y*) ; Y X o Y*=f(X) A Y1 X1 X2 Y2 B Y X X* Y* P Y- Y* X*-X * 宜宾学院 徐慎颖 图解积分法 (2) 在 Y1 到 Y2 的范围内作 Y~f(Y) 曲线; Y o Y1 Y2 1/(Y-Y*) (3)计算曲线下阴影面积,此面积的值即为传质单元数 NOG。 * 宜宾学院 徐慎颖 数值积分法 将积分区间 (Y1,Y2) 等分为 n 个子区间 ? = (Y1-Y2

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