第九章 化學(xué)吸收

第九章化學(xué)吸收第1頁，共11頁，2023年，2月20日，星期三化學(xué)吸收的第一步是物理吸收

物理吸收：吸收過程不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，吸收質(zhì)溶于吸收劑1）吸收所能達(dá)到的限度取決于吸收條件下的氣液平衡關(guān)系，即吸收質(zhì)在液體中達(dá)到平衡時的濃度2）吸收速率取決于吸收質(zhì)在氣相和液相中的擴(kuò)散速率化學(xué)吸收：發(fā)生化學(xué)反應(yīng)1）吸收限度取決于氣液平衡關(guān)系和氣體與液相中反應(yīng)組分反應(yīng)的化學(xué)平衡關(guān)系2）吸收速率取決于氣體從氣相進(jìn)入液相的擴(kuò)散速度和氣體與液相中反應(yīng)組分反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速度第2頁，共11頁，2023年，2月20日，星期三1.化學(xué)吸收概述化學(xué)吸收過程中由于吸收質(zhì)在液相中與反應(yīng)組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，降低了液相中吸收質(zhì)的濃度，增加了吸收推動力；同時由于溶液表面吸收質(zhì)的平衡分壓下降，也增加了吸收推動力化學(xué)吸收過程：1）溶質(zhì)A從氣流主體通過氣膜擴(kuò)散到氣液界面2）溶質(zhì)A在液膜中的擴(kuò)散3）溶液中反應(yīng)組分B在液膜中擴(kuò)散4）溶質(zhì)A和反應(yīng)組分B在反應(yīng)區(qū)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)5）產(chǎn)物從反應(yīng)區(qū)擴(kuò)散到液相主體每個步驟都能對吸收速率起控制作用，1）當(dāng)擴(kuò)散速率>>化學(xué)反應(yīng)速率時，吸收速率取決于后者，動力學(xué)控制2）當(dāng)擴(kuò)散速率<<化學(xué)反應(yīng)速率時，吸收速率取決于前者，稱為傳質(zhì)控制3）當(dāng)擴(kuò)散速率與化學(xué)反應(yīng)速率數(shù)量級相等時,吸收速率由二者決定第3頁，共11頁，2023年，2月20日，星期三2.傳質(zhì)控制時的濃度分布和傳質(zhì)速度化學(xué)吸收過程中，反應(yīng)速度快且不可逆，此情況下傳質(zhì)阻力遠(yuǎn)大于化學(xué)反應(yīng)阻力，此過程為傳質(zhì)控制對于快速不可逆反應(yīng)，式中A為氣相中被吸收組分，B為液相中與A發(fā)生反應(yīng)的組分，R為反應(yīng)產(chǎn)物，r，b為計(jì)量系數(shù)第4頁，共11頁，2023年，2月20日，星期三1）從擴(kuò)散開始直至穩(wěn)定，擴(kuò)散至相界面處組分B的量低于從氣相主體擴(kuò)散至相界面處的A相反應(yīng)所需的量，即A過剩，則界面上不會存在B，過剩的A通過界面向液膜擴(kuò)散，以便與繼續(xù)擴(kuò)散過來的B反應(yīng)，致使反應(yīng)帶向液膜移動，當(dāng)移動到某一位置時，（此處A，B兩組分均無剩余），反應(yīng)帶不再移動，達(dá)到穩(wěn)定，此處CA和CB值均為零。反應(yīng)帶位于液膜中，距離相界面為Z1，距離液膜主體界面為Z2第5頁，共11頁，2023年，2月20日，星期三由于為快速不可逆反應(yīng)，傳質(zhì)速度等于組分A通過氣膜時的擴(kuò)散速度，還等于通過液膜厚度為Z1部分的擴(kuò)散速度組分B在液膜中厚度為Z2部分的擴(kuò)散速度為當(dāng)擴(kuò)散達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，在反應(yīng)帶處A和B反應(yīng)完全，有

第6頁，共11頁，2023年，2月20日，星期三由于氣液相界面達(dá)到平衡，有其中代入上式有此公式只適用于在相界面處A過剩的情況，即第7頁，共11頁，2023年，2月20日，星期三2）若傳質(zhì)過程從開始到穩(wěn)定時，從液相主體擴(kuò)散到相界面組分B的量恰好等于氣相主體中擴(kuò)散來的組分A相反應(yīng)所需的量，如圖所示：由于在相界面處A和B的量恰好滿足化學(xué)計(jì)量關(guān)系，因此相界面上有由于組分A在界面上無剩余，則A只在氣膜中擴(kuò)散，不進(jìn)入液膜，則A在液膜中的阻力消失，傳質(zhì)過程為氣膜控制第8頁，共11頁，2023年，2月20日，星期三3）若液相擴(kuò)散到界面處的組分B的量遠(yuǎn)超過與A相反應(yīng)所需要的量，即界面處B是過量的，此時反應(yīng)帶仍與界面重合，有此時，由于B過量，則B的濃度大于極限濃度，對于此種情況，仍采用下式計(jì)算第9頁，共11頁，2023年，2月20日，星期三對于快速不可逆反應(yīng)，反應(yīng)過程受傳質(zhì)控制，化學(xué)反應(yīng)的阻力可忽略不計(jì)1）對于過程由氣膜和液膜控制，由下式計(jì)算2）對于過程受氣膜傳質(zhì)控制，按下式計(jì)算第10頁，共11頁，2023年，2月20日，星期三3.動力學(xué)控制時吸收傳質(zhì)的分析

液相中伴有極慢化學(xué)反應(yīng)的情況當(dāng)吸收質(zhì)A穿過界面被吸收劑吸收時，吸收質(zhì)A和吸收劑中的組分B之間的化學(xué)反應(yīng)極慢，在液膜中反應(yīng)掉的吸收質(zhì)的數(shù)量很少，大部分反應(yīng)是吸收質(zhì)A擴(kuò)散通過液膜到達(dá)液相主體之后進(jìn)行的。吸收過程接近于物理吸收，因