化工原理吸收.ppt

* 第 2 章 吸 收 一、吸收及其依据 1、吸收： 2、吸收依据： 分离气体混合物的传质单元操作。 各组份在液相中的溶解度不同。 二、吸收过程 吸收质（溶质）A； 惰性组分（载体）B； 吸收剂（溶剂）S； 吸收液（A＋S）； 尾气B ＋A。 三、应用 1、分离气体混合物，获得某一组分； 2、净化气体； 3、制备溶液。 四、吸收分类 1、物理吸收； 2、化学吸收； 3、单组分吸收； 4、多组分吸收； 5、等温吸收； 6、非等温吸收。 五、吸收机理 1、方向与限度取决于平衡关系 气pA A＋B 液xA S A pApA*时 pA*与xA呈平衡 2、与蒸馏比较 1）同为分离均相物系的气－液传质操作； 2）第二个物系 蒸馏：产生气相 直接得A、B。 吸收：外界引入气相 不能直接得A、B，需二次分离。 3）蒸馏：双向传质 吸收：单相传质 B、S停滞组份。 六、脱吸： 当pApA*时，进行着吸收逆过程－脱吸。 2.1 气体吸收的相平衡关系 2.1.1 气体的溶解度 一、溶解度： A、B S A CA* T、P一定，气体在液体中的饱和浓度。 表明吸收过程可能达到的极限程度。 二、温度对溶解度的影响 单组份、 组分数C＝3、（A、B、S）、 相数Φ＝2。 相律：F＝C－Φ＋2 ＝3－2＋2＝3 CA*＝f ( t、P总、PA） 低压下,t一定 CA*＝f ( PA） 三、不同气体溶解度差异（同一溶剂） 举例： NH3、SO2、O2在水中的溶解度与pA*之间关系。 溶液浓度一定，易溶气体pA* 难溶气体pA* 同种溶质，T 而溶解度 结论：加压、降温对吸收有利。 2.1.2 亨利定律 一、亨利(Henry)定律 P总不高，T一定， p*=E x (2-1) 说明：1、 p*、x 、E（亨利系数，压强单位 ） x p* 实际浓度 平衡分压 2、适用于 t 一定，理想溶液。E为该 t 下纯溶质p°; 3、用于难溶、较难溶气体（或易溶稀溶液）； 4、难溶气体，E为常数； 5、E由实验测定，查手册（P78）； 6、E＝f （T），T E （即T CA* ), 因此,难溶E ,而易溶E 二、Henry定律的其它形式 1、 说明：①C为体积摩尔浓度［kmol/m3]； ②H为溶解度系数[kmol/kN.m］； ③H～E关系： 推导：1m3： 溶质［kmol/m3] 溶剂 则 ④H=f（T） T H 易溶H 难溶H 2、y*=m x (2-5) 说明：①m 相平衡常数，无因次； ② m～E： 与 y*=m x 比较： ③m 实验值 m= f (T) T P总 m (x )不利。 3、B、S摩尔量不变（基准） 代入 y*=m x ： 低浓度： X Y p*=E x (2-1) y*=m x (2-5) 2.1.3 吸收剂的选择 1、溶解度； 2、选择性； 3、挥发度； 4、粘性； 5、其它。 2.1.4 相平衡关系在吸收过程中的应用 1、判断传质进行的方向 传质方向为：气相 液相 吸收 反之，传质方向为：液相 气相 脱收 总之，溶质传递的方向是趋于平衡的方向。 2、确定传质的推动力 3、指明传质过程进行的极限 2.2 吸收机理与吸收速率 吸收 g l A 扩散 分子扩散 涡流扩散 : 流体分子无规则的热运动而传递物质。（静止或滞流） ：靠流体质点的湍动和旋涡而传递物质的。（湍流） 2.2.1 分子扩散与菲克（Fick）定律 一、分子扩散 1、概念 在单相内部有浓度差的条件下，分子的无规则热运动而造成的物质传递现象。简称扩散。 2、举例 A B 传递方向： A、B各自沿着浓度降低的方向传递。 推动力：浓度差。 二、菲克（Fick ）定律 JA－物质A在Z方向上的扩散通量，kmol/(m2.s); －A的浓度梯度，kmol/m4; DAB－物质A在介质B中的分子扩散系数。 负号－表明扩散是沿着物质A浓度降低的方向进行的。 A、B在Z方向互为相反值： 而且， 根据 Fick 定律： 作业：P150－1、2 2.2.2 气相中的稳定分子扩散 一、等分子反向扩散 pA1 pA2, pB2 pB1 两容器T、P相同。 精馏 传递速率NA：在任意固定的空间位置上，单位 时间通过单位面积的物质量A［kmol/m2.s]。 NA不涉及传递形式。 推导NA计算式： 1、现象 2、传递速率NA (传质速率） NA＝JA 稳定过程，NA为常数。因而 也是常数， 故pA～Z为直线关系。 （2－15） 0 pA1 Z pA2 二、一组分通过另一停滞组分的扩散 1、过程分析 ①JA＝－JB （分子扩散） ②总体流动：A、B两种物质并行的递补运动。 ③单向扩散与等分子反向扩散