學(xué)習(xí)-化工單元第十二講吸收

化工單元過(guò)程及操作第十二講第七章吸收第七章吸收學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握吸收速率方程和吸收過(guò)程計(jì)算理解吸收氣液平衡和雙膜理論了解填料塔的構(gòu)造吸收的基本概念第七章吸收吸收的基本概念吸收的定義：利用氣體混合物中各組分在液體溶劑中溶解度的差異來(lái)分離氣體混合物的操作稱為吸收吸收的基本概念吸收的目的：1制取產(chǎn)品如：用水吸收SO3氣體制取98%的硫酸；

用水吸收氯化氫制取31%的工業(yè)鹽酸；

用氨水吸收CO2生產(chǎn)碳酸氫銨等。2從氣體中回收有用的組分如：用硫酸從煤氣中回收氨生成硫銨；

用洗油從煤氣中回收粗苯；3除有害組分以凈化空氣如：原料氣凈化、廢氣凈化等吸收的基本概念吸收的分類：物理吸收化學(xué)吸收等溫吸收非等溫吸收單組分吸收多組分吸收按過(guò)程機(jī)理按操作方式按處理體系吸收的基本概念吸收劑選擇原則：1溶解度—對(duì)溶質(zhì)組分有較大的溶解度2選擇性—對(duì)溶質(zhì)組分有良好的選擇性，即對(duì)其它組分基本不吸收或吸收甚微3揮發(fā)性—應(yīng)不易揮發(fā)4黏性—黏度要低5其他—無(wú)毒、無(wú)腐蝕性、不易燃燒、不發(fā)泡、價(jià)廉易得，并具有化學(xué)穩(wěn)定性等要求吸收的基本原理第七章吸收氣體溶解度氣-液平衡關(guān)系

平衡關(guān)系用途1、氣體在液體中溶解度的概念氣體在液相中的溶解度：在一定的溫度和壓力下，物質(zhì)在一定量的溶劑中溶解的最高量表明一定條件下吸收過(guò)程可能達(dá)到的極限程度。

2、溶解度曲線氣體溶解度在總壓不高，P<5atm時(shí)

一定溫度下液相組成是氣相組成的單值函數(shù)

同理，

氣體溶解度氣體溶解度吸收劑、溫度T、P

一定時(shí)，不同物質(zhì)溶解度不同。

溫度、溶液的濃度一定時(shí)，溶液上方分壓越大的物質(zhì)越難溶。對(duì)于同一種氣體，分壓一定時(shí)，溫度T越高，溶解度越小。對(duì)于同一種氣體，溫度T一定時(shí)，分壓P越大，溶解度越大。加壓和降溫對(duì)吸收操作有利。

氣體溶解度——亨利定律

E——亨利常數(shù)，單位與壓強(qiáng)單位一致。

E值取決于物系的特性及溫度；溫度T上升，E值增大；

在同一溶劑中，E值越大的氣體越難溶。氣-液平衡關(guān)系在吸收過(guò)程中，當(dāng)氣液相處于平衡狀態(tài)時(shí)，溶質(zhì)氣體在氣液兩相中的濃度存在著一定的分布關(guān)系，這種關(guān)系可以用亨利定律表示，即在等溫等壓下，某種氣體在溶液中的溶解度與液面上該氣體的平衡壓力成正比。氣液相中溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)表示的亨利定律m——相平衡常數(shù)，是溫度和壓強(qiáng)的函數(shù)。

溫度升高、總壓下降則m值變大，m值越大，表明氣體的溶解度越小。

氣-液平衡關(guān)系用摩爾比Y和X分別表示氣液兩相組成的亨利定律氣-液平衡關(guān)系由

當(dāng)溶液濃度很低時(shí)，X≈0，上式簡(jiǎn)化為：平衡關(guān)系用途—傳質(zhì)方向判斷例：在101.3kPa，20℃下,稀氨水的氣液相平衡關(guān)系為：，若含氨0.094摩爾分?jǐn)?shù)的混合氣和組成的氨水接觸,確定過(guò)程的方向；如果混合氣中含氨0.02摩爾分?jǐn)?shù)，其過(guò)程方向如何。解：

(1)用相平衡關(guān)系確定與實(shí)際氣相組成成平衡的液相組成將其與實(shí)際組成比較：∴氣液相接觸時(shí)，氨將從氣相轉(zhuǎn)入液相，發(fā)生吸收過(guò)程。(2)用相平衡關(guān)系確定與實(shí)際液相組成成平衡的氣相組成將其與實(shí)際組成比較：∴氨從氣相轉(zhuǎn)入液相，發(fā)生吸收過(guò)程。若含氨0.02摩爾分?jǐn)?shù)的混合氣和x=0.05的氨水接觸，則氣液相接觸時(shí)，氨由液相轉(zhuǎn)入氣相，發(fā)生解吸過(guò)程。平衡關(guān)系用途—傳質(zhì)方向判斷用氣液相平衡曲線圖也可判斷兩相接觸時(shí)的傳質(zhì)方向具體方法：已知相互接觸的氣液相的實(shí)際組成y和x，在x-y坐標(biāo)圖中確定狀態(tài)點(diǎn)，若點(diǎn)在平衡曲線上方，則發(fā)生吸收過(guò)程；若點(diǎn)在平衡曲線下方，則發(fā)生解吸過(guò)程。

平衡關(guān)系用途—傳質(zhì)方向判斷計(jì)算過(guò)程的推動(dòng)力當(dāng)氣液相的組成均用摩爾分?jǐn)?shù)表示時(shí)，吸收的推動(dòng)力可表示為：以氣相組成差表示的吸收推動(dòng)力；以液相組成差表示的吸收推動(dòng)力。

確定過(guò)程的極限所謂過(guò)程的極限是指兩相充分接觸后，各相組成變化的最大可能性。平衡關(guān)系用途—推動(dòng)力和極限吸收機(jī)理和計(jì)算第七章吸收雙膜理論相互接觸的氣液兩相間有一個(gè)穩(wěn)定的界面，界面上沒(méi)有傳質(zhì)阻力，氣液兩相處于平衡狀態(tài)。界面兩側(cè)分別存在著兩層膜，氣膜和液膜。氣相一側(cè)叫氣膜，液相一側(cè)叫液膜，這兩層膜均很薄，膜內(nèi)的流體是滯流流動(dòng)，溶質(zhì)以分子擴(kuò)散的方式進(jìn)行傳質(zhì)。

膜外的氣液相主體中，流體流動(dòng)的非常劇烈，溶質(zhì)的濃度很均勻，傳質(zhì)的阻力可以忽略不計(jì)，傳質(zhì)阻力集中在兩層膜內(nèi)。雙膜理論吸收速率方程和吸收總系數(shù)吸收速率：

單位面積，單位時(shí)間內(nèi)吸收的溶質(zhì)A的摩爾數(shù)，用NA表示，單位通常用kmol/m2.s。吸收傳質(zhì)速率方程：吸收速率與吸收推動(dòng)力之間關(guān)系的數(shù)學(xué)式吸收速率=傳質(zhì)系數(shù)×推動(dòng)力

吸收速率方程式1、氣膜吸收速率方程式

吸收速率方程和吸收總系數(shù)氣相組成以摩爾比濃度表示2、液膜吸收速率方程式

液相組成以摩爾比濃度表示3、總吸收系數(shù)及相應(yīng)的吸收速率方程式a）以△p為推動(dòng)力的吸收速率方程

—以

為推動(dòng)力的氣相總吸收系數(shù)，kmol/(m2.s.Pa)—與液相主體濃度c成平衡的氣相分壓，Pa。吸收速率方程和吸收總系數(shù)當(dāng)溶質(zhì)濃度很低時(shí)

b）以表示總推動(dòng)力的總吸收速率方程式—以為推動(dòng)力的氣相總吸收系數(shù)，kmol/(m2.s)c）以表示總推動(dòng)力的吸收速率方程式—以為推動(dòng)力的液相總吸收系數(shù)，kmol/(m2.s)吸收速率方程和吸收總系數(shù)在溶質(zhì)濃度很低時(shí)總阻力=氣膜阻力+液膜阻力

吸收速率方程和吸收總系數(shù)1）溶解度很大時(shí)的易溶氣體

相平衡常數(shù)m很小2）溶解度很小時(shí)的難溶氣體相平衡常數(shù)m很大——?dú)饽た刂啤耗た刂?/p>

吸收速率方程和吸收總系數(shù)吸收塔的設(shè)計(jì)計(jì)算，一般的已知條件是：1）氣體混合物中溶質(zhì)A的組成（mol分率）以及流量kmol/(m2.s)2）吸收劑的種類及T、P下的相平衡關(guān)系；3）出塔的氣體組成需要計(jì)算：1）吸收劑的用量kmol/(m2.s)；2）塔的工藝尺寸，塔徑和填料層高度吸收過(guò)程計(jì)算1、物料衡算

目的：確定各物流之間的量的關(guān)系以及設(shè)備中任意位置兩物料組成之間的關(guān)系。對(duì)單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)出吸收塔的A的物質(zhì)量作衡算吸收過(guò)程計(jì)算即：吸收率混合氣中溶質(zhì)A被吸收的百分率，2、吸收塔的操作線方程式與操作線在m—n截面與塔底截面之間作組分A的衡算吸收過(guò)程計(jì)算——逆流吸收塔操作線方程在m—n截面與塔頂截面之間作組分A的衡算——逆流吸收塔操作線方程表明：塔內(nèi)任一截面的氣相濃度Y與液相濃度X之間成直線關(guān)系，直線的斜率為L(zhǎng)/V。

吸收過(guò)程計(jì)算吸收過(guò)程計(jì)算并流吸收塔的操作線：

吸收操作線總是位于平衡線的上方，操作線位于平衡線下方，則應(yīng)進(jìn)行脫吸過(guò)程。吸收過(guò)程計(jì)算吸收劑用量的確定液氣比Y1L/VBB*最小液氣比吸收過(guò)程計(jì)算最小液氣比的求法圖解法正常的平衡線

吸收過(guò)程計(jì)算計(jì)算法適用條件：平衡線符合亨利定律，可用表示吸收過(guò)程計(jì)算吸收過(guò)程計(jì)算例：空氣與氨的混合氣體，總壓為101.33kPa，其中氨的分壓為1333Pa，用20℃的水吸收混合氣中的氨，要求氨的回收率為99%，每小時(shí)的處理量為1000kg空氣，空氣分子量為29g/mol。物系的平衡關(guān)系列于本例附表中，若吸收劑用量取最小用量的2倍，試求每小時(shí)送入塔內(nèi)的水量。溶液濃度(gNH3/100gH2O)22.53分壓Pa160020