化工原理课件：第五章气体吸收.ppt

吸收过程： y y*或x* >x或 cA* cA
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y
y y*
A
P
··B
y* y
·C
x
x
（二）指明过程进行的极限
过程极限：相平衡。
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（1）逆流吸收，塔高无限， V，y2
L
y2,min
y
* 2
mx2
L，x2
（2）逆流吸收，塔高无限，
L x1,max
y1 m
（三）确定过程的推动力
V，y1
溶质的溶解度x随之增加，有利于吸收 。
（2）温度、y一定，总压增加，在同一溶剂中，
溶质的溶解度x随之增加，有利于吸收 。 （3）相同的总压及摩尔分率，
cO2 < cCO2 < cSO2 < cNH3
氧气等为难溶气体，氨气等为易溶气体
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二、亨利定律
（一）亨利定律
总压不高时，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。
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平衡分压：平衡时气相中溶质的分压。 平衡状态的因素
F＝C－＋2=3－2+2=3
当压力不太高、温度一定时
p* A
=f1（
x
）
y*=f2（x）
p* A
=f3（
cA
）
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氨在水中的溶解度
11
20℃下SO2在水中的溶解度
12
几种气体在水中的溶解度曲线
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讨论：
（1）总压、y一定，温度下降，在同一溶剂中，
dz
DAB——组分A在B组分中的扩散系数，m2/s。
负号：表示扩散方向与浓度梯度方向相反，扩散沿 着浓度降低的方向进行
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理想气体：
cA
pA RT
dcA dz
1
= RT
dpA dz
JA
DAB RT
dpA dz
分子扩散两种形式：等摩尔逆向扩散，组分A通过 静止组分B的扩散。
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二、等摩尔逆向扩散
TP
第五章 气体吸收 第一节 概述 第二节 气液相平衡 第三节 吸收过程的传质速率 第四节 吸收塔的计算 第五节 填料塔
1
第一节 概述
一、吸收操作的应用 二、吸收过程与设备 三、吸收过程分类 四、吸收剂的选择
2
一、气体操作的应用
（1）分离混合气体以获得一定的组分。 （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。 吸收的依据 混合物各组分在某种溶剂中溶解度的差异。
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吸收过程： （1）A由气相主体到相界面，气相内传递； （2）A在相界面上溶解，溶解过程； （3）A自相界面到液相主体，液相内传递。 单相内传递方式：分子扩散；对流扩散 。
一、 分子扩散与菲克定律
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分子扩散：在静止或滞流流体内部，若某一组分存 在浓度差，则因分子无规则的热运动使 该组分由浓度较高处传递至浓度较低处， 这种现象称为分子扩散。
L，x1
（1）吸收过程推动力的表达式 pA
p
* A
y
-
y*或x*
-x或c
* A
cA
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（2）在x～y图上
y
A·
y*
x
P
x*
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第三节 吸收过程的传质速率 一、 分子扩散与菲克定律 二、 等摩尔逆向扩散 三、 组分A通过静止组分B的扩散 四、 分子扩散系数 五、 单相内对流传质 六、 两相间的双模理论 七、 总传质速率方程
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第二节 气液相平衡
一、 平衡溶解度 二、 亨利定律 三、 气液相平衡关系在吸收中的应用
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一、平衡溶解度
平衡状态：一定压力和温度，一定量的吸收 剂与混合气体充分接触，气相 中的溶质 向溶剂中转移，长期充分接 触后，液相 中溶质组分的浓度不再增加，此时，气 液两相达到平衡。
饱和浓度：平衡时溶质在液相中的浓度。
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二、吸收过程与设备
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脱苯煤气
洗油
加
热
含苯煤气
器
冷 却 器
吸收与解吸流程
苯 水 过热蒸汽
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三、吸收过程的分类
（1）物理吸收和化学吸收 （2）单组分吸收和多组分吸收 （3）等温吸收和非等温吸收 （4）高浓度吸收和低浓度吸收
四、吸收剂的选择
（1）溶解度大；
6
（2）选择性高； （3）再生容易； （4）挥发性小； （5）粘度低； （6）化学稳定性高； （7）腐蚀性低； （8）无毒、无害、价廉等。 选择原则：经济、合理。
扩散速率：单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截 面积扩散的物质量，J表示， kmol/(m2·s)。
菲克定律：温度、总压一定，组分A在扩散方向上任一 点处的扩散通量与该处A的浓度梯度成正比。
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JA
DAB
dcA dz
JA——组分A扩散速率（扩散通量）， kmol/（m2·s）； dcA —组分A在扩散方向z上的浓度梯度（kmol/m3）/m；
内通过单位面积的物质量，记作N, kmol/(m2·s) 。
气相：
NA= J A
D RT
dpA dz
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液相：
D NA RTz ( pA1 pA2 )
NA=
JA
DAB
dcA dz
NA
D z
(cA1
cA2
)
讨论
1） NA pA1 pA2
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2）组分的浓度与扩散距离z成直线关系。
TP
pA1
JA
pA2
pB1 1
2 pB2
JB
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等摩尔逆向扩散：任一截面处两个组分的扩散速率 大小相等，方向相反。
总压一定
JA
DAB RT
dpA dz
J
B
D BA
RT
dp B dz
p pA pB
dpA = dpB
dz
dz
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JA=－JB
DAB=DBA=D 等分子反向扩散传质速率方程
传质速率定义：任一固定的空间位置上， 单位时间
p
* A
Ex
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p
* A
——溶质在气相中的平衡分压，kPa；
x——溶质在液相中的摩尔分率；
E——亨利常数，单位同压强单位。
讨论： 1）E的影响因素：溶质、溶剂、T
物系一定，T E 2）E大的，溶解度小，难溶气体
E小的，溶解度大，易溶气体
3）E的来源：实验测得；查手册
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（二）亨利定律其它形式
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m与E的关系 ：
p
* A
py*
y* p Ex
m E p
m的讨论：1）m大，溶解度小，难溶气体
2）T m
p m
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3）Y * mX
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三、 相平衡关系在吸收中的应用
（一）判断过程进行的方向
pA
p
* A
A由气相向液相传质，吸收过程
pA pA*
平衡状态
pA pA* A由液相向气相传质，解吸过程
1）p
* A
cA H
H——溶解度系数， kmol/（m3·kPa）
cA— H
c c
c H
x
E c H
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c
S
M L MS (1 x) M A x MS
E S
HM S
H的讨论：1）H大，溶解度大，易溶气体 2）P对H影响小，
T H
2）y* mx m——相平衡常数，无因次。