第八章吸收1

三、吸收机理
2.双膜理论 2.双膜理论
双膜理论的基本论点如下： 双膜理论的基本论点如下： （1）相互接触的气、液两流体间存在着稳定的相界面，界 相互接触的气、液两流体间存在着稳定的相界面， 面两侧各有一个气膜和液膜，膜内流体为层流流动，吸收 面两侧各有一个气膜和液膜，膜内流体为层流流动， 质以分子扩散方式通过气膜和液膜。 质以分子扩散方式通过气膜和液膜。 （2）在相界面处，气液两相达于平衡，传质无阻力。 在相界面处，气液两相达于平衡，传质无阻力。 （3）膜外的气液相主体中，由于流体充分湍动，吸收质的浓 膜外的气液相主体中，由于流体充分湍动， 度是均匀的，无吸收质的浓度差， 度是均匀的，无吸收质的浓度差，全部浓度变化集中在有 效膜层内，传质阻力集中在两膜内。 效膜层内，传质阻力集中在两膜内。
二、气液相平衡关系
亨利定律的其他表示形式： （2）亨利定律的其他表示形式： ③用比摩尔分数表示
mX A Y = 1+ (1− m) X A m)
∗ A
当溶液很稀时， 当溶液很稀时， A 很小，上式简化为： X 很小，上式简化为：
Y = mX A
∗ A
用比摩尔分数表示的气液相平衡关系
二、气液相平衡关系
一、吸收操作及其应用
吸收应用： 吸收应用： ①原料气的净化； 原料气的净化； ②回收混合气体中有用组分； 回收混合气体中有用组分； ③制备气体的溶液； 制备气体的溶液； ④环境保护，工业废气治理。 环境保护，工业废气治理。
吸收操作示意图
一、吸收操作及其应用
解吸（脱吸）：从溶液中分离已被吸收 解吸（脱吸）：从溶液中分离已被吸收 ）： 的气体溶质的操作。 的气体溶质的操作。 解吸应用: 吸收剂再循环; 解吸应用 ① 吸收剂再循环 得到纯气体组分。 ② 得到纯气体组分。
工业吸收过程
净制气 （co2＜5%） ）
（ ）
冷 凝 器
co2
加 热 器 冷 却 器
水
气 ） （co2≈30%）
水
合成氨生产中co2气体净制吸收与解吸联合流程
一、吸收操作及其应用
吸收分类
①按有无化学反应：物理吸收和化学吸收； 按有无化学反应：物理吸收和化学吸收； ②按被吸收组分的多少：单组分吸收和多组分吸收； 按被吸收组分的多少：单组分吸收和多组分吸收； ③按吸收过程温度变化：等温吸收和非等温吸收； 按吸收过程温度变化：等温吸收和非等温吸收； ④按被吸收溶质浓度：高浓度吸收和低浓度吸收； 按被吸收溶质浓度：高浓度吸收和低浓度吸收； ⑤按操作压力：常压吸收和加压吸收。 按操作压力：常压吸收和加压吸收。
第八章 吸
第一节 概述
收
第二节 吸收过程的相平衡关系 第三节 吸收过程的计算 第四节 填料塔
第一节 概
述
一、吸收操作及其应用
吸收操作：用适当的液体吸收剂处理气体混合物， 吸收操作：用适当的液体吸收剂处理气体混合物， 以除去一种或多种组分的操作。 以除去一种或多种组分的操作。 分离依据： 分离依据：混合气中各组分在液体溶剂 中溶解度的不同。 中溶解度的不同。 分离对象：气体混合物。 分离对象：气体混合物。 操作性质： 液相间的传质过程。（单向） 操作性质：气—液相间的传质过程。（单向） 液相间的传质过程。（单向
一、吸收操作及其应用
吸收质（溶质）： 混合气中可溶组分（A） 吸收质（溶质）： 混合气中可溶组分（ 惰性气（载体）： 惰性气（载体）： 混合气中不被吸收的组分（ 混合气中不被吸收的组分（B） 吸收剂（溶剂）： 吸收操作中所用的液体（ 吸收剂（溶剂）： 吸收操作中所用的液体（S） 吸收液： 吸收液： 尾气： 尾气： 吸收操作中所得到的溶液（A+S） 吸收操作中所得到的溶液（A+S） 吸收操作中所排出的气体（ 吸收操作中所排出的气体（B）
吸收与蒸馏的不同点： 吸收与蒸馏的不同点：
蒸馏 分离的对象： 分离的对象： 液体混合物； 液体混合物； 挥发度的不同； 挥发度的不同； （双向） 双向） 分离的依据： 分离的依据：混合液中各组分 吸收 气体混合物。 气体混合物。 混合气中各组分 溶解度的不同。 溶解度的不同。 （单向） 单向）
操作性质： 液相间的传质过程。 液相间的传质过程。 操作性质：汽—液相间的传质过程。 气—液相间的传质过程。 液相间的传质过程 液相间的传质过程
二、气液相平衡关系
2．亨利定律
亨利定律： （1）亨利定律：
在总压不太高，温度一定的条件下，稀溶液上方溶质的 在总压不太高，温度一定的条件下， 平衡分压 pA∗ 与溶质在液相中的摩尔分数 数为亨利系数 E 即 。 成正比， xA成正比，比例系
p
∗ A
= ExA
亨利常数， E ——亨利常数，单位与压强单位一致。E值取决于物系的特 亨利常数 单位与压强单位一致。 性及温度， T↑，E↑；溶解度↓ 性及温度， 溶解度↓
nA cA = V
kmolA/m3 kmolA/m3
•对于理想气 对于理想气 体
cA =
nA p = A V RT
一、吸收中常用的相组成表示方法
例题8 某吸收塔在常压、25℃下操作 下操作， 【例题8-2】某吸收塔在常压、25℃下操作，已知 体积分数) 其余为N 原料混合气体中含CO 29%(体积分数 原料混合气体中含CO229%(体积分数)，其余为N2、 H2和CO（可视为惰性组分），经吸收后，出塔气 CO（可视为惰性组分），经吸收后， ），经吸收后 体中CO 的含量为1%(体积分数) 1%(体积分数 体中CO2的含量为1%(体积分数)，试分别计算以比 摩尔分数和物质的量浓度表示的原料混合气和出 塔气体的CO 组成。 塔气体的CO2组成。
二、气液相平衡关系
亨利定律的其他表示形式： （2）亨利定律的其他表示形式： ①用量浓度表示
c p = H
*
溶解度系数。 H——溶解度系数 。 单位 ： kmolA/m3·Pa 。 H 是温 溶解度系数 单位： Pa 度的函数。 度的函数。 体H值小。 值小。 T↑H 易溶气体H值大， T↑H↓。易溶气体H值大，难溶气
H=
ρ剂
EM剂
二、气液相平衡关系
亨利定律的其他表示形式： （2）亨利定律的其他表示形式：
②用摩尔分数表示
yA
∗
p* E = = xA = mxA P P
是温度和压强的函数。 m——相平衡常数 ，是温度和压强的函数。 相平衡常数 讨论： 一定时， 讨论：P一定时，T ↓ ，E ↓ ，则 m ↓ ，溶 解度↑； T一定时，P ↑ ，则 m ↓ ，溶解度 解度↑ 一定时， ↑ 。
（3）吸收平衡线
mX A Y = 1+ (1− m) X A
∗ A
Y = mX A
∗ A
二、气液相平衡关系
（4）相平衡在吸收过程中的应用
①确定吸收推动力 吸收推动力：吸收质在气液相中的实际状态与平衡状态的偏 吸收推动力： 离程度来表示。即： 离程度来表示。
∆YA = YA −பைடு நூலகம்YA
∗
∆pA = pA − p* A
二、气液相平衡关系
气液相平衡关系： 气液相平衡关系：吸收过程中气液两相达到平衡 吸收质在气相和液相中的浓度关系。 时，吸收质在气相和液相中的浓度关系。 1．气体在液体中的溶解度 溶解度：平衡时溶质在液相中的浓度。 溶解度：平衡时溶质在液相中的浓度。 表明一定条件下吸收过程可能达到的极限程度。 表明一定条件下吸收过程可能达到的极限程度。
MA WA = X A MB
kgA/kgB） （kgA/kgB）
一、吸收中常用的相组成表示方法
2．质量浓度与物质的量浓度
质量浓度：单位体积混合物内所含物质的质量。 质量浓度：单位体积混合物内所含物质的质量。 mA ρA = kgA/m3 V 物质的量浓度：单位体积混合物内所含物质的量。 物质的量浓度：单位体积混合物内所含物质的量。
二、气液相平衡关系
【练习题2】在总压101.3kPa，温度30℃的条件下, SO2摩 练习题2 在总压101.3kPa，温度30℃的条件下, 101.3kPa 30℃的条件下 尔分数为0.3的混合气体与SO 摩尔分数为0.01 0.01的水溶液相 尔分数为0.3的混合气体与SO2摩尔分数为0.01的水溶液相 0.3的混合气体与 接触，试问： 接触，试问： （1）SO2的传质方向； 的传质方向； （2）其它条件不变，温度降到0℃时SO2的传质方向； 其它条件不变，温度降到0℃时 的传质方向； 0℃ （3）其它条件不变，总压提高到202.6kPa时SO2的传质方 其它条件不变，总压提高到202.6kPa时 202.6kPa 向，并计算以液相摩尔分数差及气相摩尔分数差表示的传 质推动力。 质推动力。
二、气液相平衡关系
20℃下 【练习题1】在常压及20℃下，测得氨在水 练习题 】在常压及20℃ 中的平衡数据为：0.5gNH3/100gH2O浓度的 中的平衡数据为：0.5gNH3/100gH2O浓度的 稀氨水上方的平衡分压为400Pa，在该浓度 稀氨水上方的平衡分压为400Pa， 400Pa 范围下相平衡关系可用亨利定律表示， 范围下相平衡关系可用亨利定律表示，试 求亨利系数E，溶解度系数H，及相平衡常 。（氨水密度可取为1000kg/m3） 氨水密度可取为1000kg/m3 数m。（氨水密度可取为1000kg/m3）
∆X = X A − X A
∗
∆cA = c* − cA A
过程的推动力愈大，则过程的速率愈快。 过程的推动力愈大，则过程的速率愈快。 ②判断吸收能否进行
* pA > pA
吸收质由气相向液相传质， 吸收质由气相向液相传质，吸收过程 平衡状态
pA = p* A
吸收质由液相向气相传质， pA < p* 吸收质由液相向气相传质，解吸过程 A
结论： 吸收剂、温度、压力一定时，不同物质的溶解度不同。 结论：①吸收剂、温度、压力一定时，不同物质的溶解度不同。 温度、溶液的浓度一定时，越难溶解得物质， ②温度、溶液的浓度一定时，越难溶解得物质，其溶液上方气 相分压越大。 相分压越大。