五吸收.docVIP

第五章 吸 收 5．1 概述 5．1．1化工生产中的传质过程 传质分离过程: 利用物系中不同组分的物理性质或化学性质的差异来造成一个两相物系，使其中某一组分或某些组分从一相转移到另一相，即进行相际传质，并由于混合物中各组分在两相间平衡分配不同，则可达到分离的目的。 以传质分离过程为特征的基本单元操作：气体吸收, 液体蒸馏, 固体干燥, 液-液萃取, 结晶, 吸附, 膜分离等。本章介绍气体吸收。 5．1．2相组成表示法 1．质量分数与摩尔分率（质量分数与摩尔分数） 质量分数：是指在混合物中某组分的质量占混合物总质量的分率。 摩尔分率：摩尔分率是指在混合物中某组分的摩尔数nA占混合物总摩尔数n的分率。 气相： 液相： 质量分数与摩尔分率的关系为： ＝ 2．质量比与摩尔比 质量比：是指混合物中某组分A的质量与惰性组分B（不参加传质的组分）的质量之比。 摩尔比：是指混合物中某组分A的摩尔数与惰性组分B（不参加传质的组分）的摩尔数之比。 质量分数与质量比的关系为 摩尔分率与摩尔比的关系为 3．质量浓度与摩尔浓度 质量浓度定义为单位体积混合物中某组分的质量。 摩尔浓度是指单位体积混合物中某组分的摩尔数。 质量浓度与质量分数的关系为 摩尔浓度与摩尔分率的关系为 4．气体的总压与理想气体混合物中组分的分压 压力不太高（通常小于500kPa），温度不太低时，总压与某组分的分压之间的关系为 摩尔比与分压之间的关系为 摩尔浓度与分压之间的关系为 5．1．3气体吸收过程 吸收操作的依据：是混合物各组分在某种溶剂（吸收剂）中溶解度（或化学反应活性）的差异。 一个完整的吸收分离流程包括吸收和解吸两部分。能耗主要在解吸过程。 5．1．4气体吸收过程的应用 （1）分离混合气体以获得一定的组分或产物； （2） 除去有害组分以净化或精制气体； （3）制备某种气体的溶液； （4）工业废气的治理； 实际吸收过程往往同时兼有净化和回收等多重目的。 5．1．5吸收剂的选用 在选择吸收剂时，应从以下几方面考虑： （1）溶解度；（2） 选择性；（3） 溶解度对操作条件的敏感性；（4） 挥发度；（5） 黏性；（6） 化学稳定性；（7） 腐蚀性；（8） 其它等要求。 5．1．6吸收过程的分类 1．物理吸收和化学吸收 在吸收过程中溶质与溶剂不发生显著化学反应，称为物理吸收。如果在吸收过程中，溶质与溶剂发生显著化学反应，则此吸收操作称为化学吸收。 2．单组分吸收与多组分吸收 在吸收过程中，若混合气体中只有一个组分被吸收，其余组分可认为不溶于吸收剂，则称之为单组分吸收；如果混合气体中有两个或多个组分进入液相，则称为多组分吸收。 3．等温吸收与非等温吸收 若热效应很小，或被吸收的组分在气相中的浓度很低，而吸收剂用量很大，液相的温度变化不显著，则可认为是等温吸收。若吸收过程中发生化学反应，其反应热很大，液相的温度明显变化，则该吸收过程为非等温吸收过程。 4．低浓度吸收与高浓度吸收 被吸收的数量多时，称为高浓度吸收；反之，吸收称为低浓度吸收。对于低浓度吸收，可认为气液两相流经吸收塔的流率为常数，因溶解而产生的热效应很小，引起的液相温度变化不显著，故低浓度的吸收可视为等温吸收。 本章重点研究低浓度、单组分、等温的物理吸收过程。 5．2气液相平衡关系 5．2．1气体在液体中的溶解度 1．亨利定律 总压不高（譬如不超过5×105Pa）时，在一定温度下，稀溶液上方气相中溶质的平衡分压与溶质在液相中的摩尔分率成正比，其比例系数为亨利系数。 当气体混合物和溶剂一定时，亨利系数仅随温度而改变，对于大多数物系，温度上升，E值增大，气体溶解度减少。在同一种溶剂中，难溶气体的E值很大，溶解度很小；而易溶气体的E值则很小，溶解度很大。 亨利定律不同的表达形式： （1）