吸收化工原理

第九章吸收AbsorptionPrinciplesofChemicalEngineering2一、吸收过程：1.定义：气相液相2.依据：不同气体组分在液体中的溶解度差异第一节概述水气相分离+空气NH3吸收NH3NH3:气相液相PrinciplesofChemicalEngineering33.相关概念：٭吸收质(溶质)：A٭尾气：B+(A)٭惰性组分(载体)：B٭吸收剂：S٭吸收液：S+APrinciplesofChemicalEngineering4二、吸收的应用：A有用；٭回收A有害；٭净化٭制备A的S溶液。三、解吸：液相气相PrinciplesofChemicalEngineering5四、吸收的分类：٭性质٭溶质数目٭热效应—物理：化学：无明显化学反应有明显化学反应—等温：非等温：温变小温变大—单组分：多组分：A为1个A为多个PrinciplesofChemicalEngineering6五、吸收剂的选择依据：溶解度（大）&对温度敏感；吸收选择性（高）--选择系数挥发度（小）；粘性（小）；稳定性高、腐蚀性小等。PrinciplesofChemicalEngineering7逐级接触式微分接触式(连续)——板式塔——处理量大——填料塔——处理量小分类六、吸收设备：PrinciplesofChemicalEngineering8PrinciplesofChemicalEngineering9第二节气液相平衡研究目的：吸收的极限？吸收的推动力？1.气液平衡气相：pA*液相：CA*气相液相气体溶解度：T和P一定,平衡时的浓度——极限程度一、溶解度曲线PrinciplesofChemicalEngineering10（3）摩尔比SAkmolkmol气相液相kmolBkmolAAAAyyY1AAAxxX1（1）摩尔浓度Ac)(mkmol3SAA)(3混合气体m（2）摩尔分率Ax)kmol(kmolSAA气相液相Ay)(BAkmolkmolA平衡浓度的不同表达方法PrinciplesofChemicalEngineering11相律：2PCfC＝3，P=2，参数：P、T、y()、xAp∴f=3),,(AApPTfx),(APApTfx不太高)(ATApfx一定2、影响平衡溶解度的因素PrinciplesofChemicalEngineering123.溶解度曲线)(AApfx)(AAxfpT一定：Apx～溶解度（平衡浓度）和平衡分压关系曲线——已知气相实际分压：已知液相实际浓度：ApAxApc～ApX～PrinciplesofChemicalEngineering13特点：同:Ap若T;Ax同:T若;AxAp若、TAp利于吸收；若、T利于脱吸。ApPrinciplesofChemicalEngineering14同T同下，大，易溶ApAx同T同下，大，难溶ApAxPrinciplesofChemicalEngineering15Exp*二、气液相平衡关系式——亨利定律1.表达式：(液相浓度用摩尔分率表示)T一定，亨利系数,单位同*p无因次说明：P5atm，稀溶液，平衡状态时：xp~*mmHgatmkPa、或理想溶液，T一定，P5atm，xppA0*0ApE非理想溶液，0ApEPrinciplesofChemicalEngineering16;ET同S中。难溶易溶)()(EE)(TEE互成平衡xp~Epx/*已知气相实际分压：已知液相实际浓度：pxExp*PrinciplesofChemicalEngineering172.表达式：(液相浓度用摩尔浓度表示)Cp~*Hcp*溶解度系数,*][3pmkmol)(mkmol3SAA关系式：EH~)(ASSSAMMccMMcMccx溶液的密度PrinciplesofChemicalEngineering18)(*ASSMMccEMp)(1ASSMMcEMHSEMH说明：;HET同S中。难溶易溶)()(HH)(THHPrinciplesofChemicalEngineering19mxy*相平衡常数(分配系数)道尔顿定律：**Pyp即PypExPy*xPEy*PEm3.表达式(气液均用摩尔分率表示)xy~*关系式：Em~PrinciplesofChemicalEngineering20说明：;,,mHET٭٭同S中)()(难溶易溶EE;,不变、HEmP)()(难溶易溶HH；难溶易溶)()(mm٭利于吸收。PT&)(TEE)(THH),(PTmmPrinciplesofChemicalEngineering21yyY1气相xxX1液相XXx1*1**YYyXmmXY)1(1*mXY*很小X4.表达式(气液均用摩尔比表示)XY~*PrinciplesofChemicalEngineering225.其他表示法：Epx*Hpc*myx*mYX*mxy*(√)(√)(√)(√)(X)平衡关系为：xy7.0(√)PrinciplesofChemicalEngineering23例:二氧化碳的体积分数为30％的某种混合气体与水充分接触，系统温度为30℃,总压为101.33kPa。试求液相中二氧化碳的平衡组成，分别以摩尔分数和物质的量浓度表示。在操作范围内亨利定律可适用。道尔顿定律：Pyp解：kPa4.303.033.101查表得：30℃kPaE51088.1Epx*4510617.11088.14.30PrinciplesofChemicalEngineering24410617.1*xSsEMH)/(10955.2181088.11000345mkPakmolHpc*3341098.84.3010955.2mkmolSAsMcMccx18441000ccc33/1098.818*1000*mkmolxcccc4410001818100018c另一解法PrinciplesofChemicalEngineering25三、相平衡与吸收过程的关系1.判断传质方向及推动力：已知体系的11yx、若111mxyy——吸收，若11yy——平衡，11yy0若11yy——解吸,11yy若myxx111——吸收,若11xx——平衡，11xx0若11xx——解吸,11xxPrinciplesofChemicalEngineering26例：设在1atm，20℃下氨气在水中的E=95.25kPa.(1)使含氨y=0.1的混合气和x=0.05的氨水相接触,判断传质过程为吸收还是解吸?解:(1)PEm94.033.10125.95047.005.094.011mxy047.01.011yy吸收106.094.01.011myx106.005.011xx吸收*1x*1y过程的极限为*1max1xx106.094.01.094.01yPrinciplesofChemicalEngineering27094.01.094.022mxy1.005.022yy053.094.005.022myx053.01.012xx解吸(2)若以y=0.05的含氨混合气与x=0.1的氨水接触时,结果?解吸*2x*2yPrinciplesofChemicalEngineering28第三节传质机理与吸收速率1.吸收传质步骤：气相主体→气液相界面；相界面上的溶解（阻力≈0）；服从气液平衡关系相界面→液相主体。2.传质形式：分子扩散——分子的热运动涡流扩散——质点的宏观运动（静止、滞流）（湍流）浓度高→低PrinciplesofChemicalEngineering29一、传质机理1.菲克（Fick）定律：zcDJAABAdd扩散通量s)(mkmol2浓度变化率,4mkmolsm2A在B中的分子扩散系数，(一)分子扩散：PrinciplesofChemicalEngineering30constRTPccCBAdzcdzcBAddBAJJ)dd(ddzcDzcDBBAAABBAABDDD（P不太高，T均匀）说明：不稳定的分子扩散PrinciplesofChemicalEngineering312.等分子反向扩散BAJJ(1)传质速率()AN——总传质速率①稳定②等分子PrinciplesofChemicalEngineering32∵无气体的宏观运动AAJNconstzpRTDzcDAAdddd21dd0AAppAzApRTDzN)()(2112AAAAAppRTzDppRTzDN)(21AACCzDPrinciplesofChemicalEngineering33PrinciplesofChemicalEngineering34例：在上图所示的两个大容器内分别装有浓度不同的NH3和N2两种气体的混合物。连通管长为0.61m，内径为24.4mm，T＝25℃，压强为101.3kPa。左侧容器内NH3分压为20kPa，右侧容器内NH3分压为6.67kPa。已知该条件下NH3－N2的扩散系数为2.30*10-5m2/s。求(1)单位时间内从容器1向容器2传递的NH3量，kmol/s;(2)连通管中与截面1相距0.305m处的NH3分压，kPa。PrinciplesofChemicalEngineering35解:(1)稳定的等分子反向扩散)(21AAAppRTzDNsmkmol2751003.2)67.620(61.0298314.81030.2skmolANA/1050.90244.041003.21127单位时间内传递的NH3量(2)稳态过程为常数ANPrinciplesofChemicalEngineering367211003.2)'('AAAppRTzDNkPa7.61030.2305.0298314.81003.257DRTzNppAAA''21kPapA3.13'2zzppppAAAA''212161.0305.067.620'202ApkPapA3.13'2或PrinciplesofChemicalEngineering373.单向扩散气液界面气相主体AJBJCcNACcNBANAN(1)总体流动N－－总体流动的通量(A+B)总体流动中A的通量CcNNyAA总体流动中B的通量CcNNyBB（2）分子扩散ABJJPrinciplesofChemicalEngineering38(3)传质速率：A组分：CcNJNAAAB组分：CcNJNBBB0ABBJJCcNCccCJJNABAAABAcCJN)1(BAAccJAABAcCCJcCJAAcCCzcDddzccCDCAAddPrinciplesofChemicalEngineering39又RTPCRTpcAAconstzppPPRTDNAAAdd)(21)(dd0AAppAAzApPpRTPDzN1212ln)ln(BBAAAppRTzDPpPpPRTzDPNPrinciplesofChemicalEngineering40又2211BABApppp1221BBAApppp12