大学课件-化工原理-吸收-1

1、第7章 气体吸收,7.1 概述 7.1.1 吸收过程的基本应用,目的： 回收有用物质：如用水吸收HCl气体制取盐酸； 净化气体：原料气净化 排放尾气净化 气体产品的精制。 工业典型的吸收过程: 以洗油吸收煤气中的苯,名词： 吸收剂 溶质 惰性组分 吸收液 净化气 富液 贫液,混合气体吸收剂 吸收液（溶质吸收剂）惰气,7.1.2 吸收过程的基本原理 吸收: 是将气体混合物中的各个组分予以分离的单元操作。 依据：依各组分在溶剂中的溶解度的差异实现组分分离。,吸收过程： （1）溶质从气相主体传递到相界面 （2）在相界面上溶质溶解到液相表面 （3）溶质从相界面传递到液相主体,7.1.3 吸收过程的分类

2、 分类方法： （1） 物理吸收与化学吸收（依有无化学反应）； （2） 单组分吸收与多组分吸收（依吸收组分数）； （3）等温吸收与非等温吸收（依温度是否变化）； （4）低浓度气体吸收与高浓度气体吸收。,7.1.4 吸收过程的基本流程,（1）一步吸收流程和两步吸收流程 一步吸收流程 以洗油吸收煤气中的苯流程 两步吸收流程,吸收剂1,吸收剂2,混合气,（2）单塔流程和多塔流程 （3）逆流吸收流程和并流吸收流程,（4）部分溶剂循环流程,7.1.5 吸收要解决的主要问题 （1）吸收剂的选择原则 溶解度要大 良好的选择性 蒸汽压要低 较低的粘度,不易起泡 便于再生 安全、经济 （2）吸收操作条件的确定 吸

3、收剂用量 操作温度 操作压力,（3）设备形式、尺寸 设备形式：板式塔、填料塔 塔设备尺寸：塔高、塔径； 塔内件结构、尺寸,7.2 吸收过程中的质量传递 吸收过程： 气相主体相界面液相主体 单向传质 界面溶解单向传质,7.2.1 传质的基本方式 单相内的传质机理： （1）分子扩散: 分子随机热运动的宏观结果。 固体、静止的流体和作层流流动的流体内部单独存在。 （2）涡流扩散：质点的湍动和旋涡的扰动引起。 湍流流动的流体内（分子扩散的影响可忽略）。,7.2.2 组分运动速度及传质通量,(1) 流体中组分的速度,a. 组分的绝对速度ui,i 组分通过空间某一静止平面的速度。,b. 物系的平均速度u,

4、u-混合体系的平均速度，m/s; c0-混合物的表观物质的量浓度，kmol/m3; N- 单位面积上混合物系的摩尔流量,kmol/(m2s),由于：,所以：,c. 组分的扩散速度uki,扩散是由于自身的浓度差引起的质量传递。,上式传质通量是通过空间某一静止平面的传质通量。,组分的扩散通量Ji以组分的扩散速度表示：,（2）组分的传质通量,传质通量是指混合物系中某组分在单位时间内通过空间某一平面单位面积上的质量或物质的量。,扩散通量是通过以平均速度移动的平面的传质通量。,工程上：,所以：,整体流动造成的,7.2.3 分子扩散,传质过程进行到组分浓度差消失时，宏观的传质通量为零，微观的分子热运动仍在

5、进行，只是组分的扩散和反向扩散的速率相当，系统处于动态平衡状态。,（1）费克定律,表明：扩散速率正比于浓度梯度,方向沿浓度降低的方向。,（2）双组分等分子反向扩散 传质：物质有宏观移动，一组分扩散，另一组分反向扩散。,（稳态过程，否则C0 发生变化 ）,一般传质速率以空间固定截面为基准. 对稳态分子扩散过程：,对于气相：,对于B 组分，有同样的公式。,(3) 单向扩散,A可被吸收 B不被吸收 A组分不断被吸收，产生浓度梯度，B组分不被吸收，也产生反向浓度梯度，故有以上的分子扩散。,总体流动：,在 压力差的作用下，单相主体向界面移动称为总体流动。总体流动造成A，B向同一方向移动。 组分A在Z轴方

6、向上总的传质通量为：,B组分不能被液相吸收，由分子扩散引起的传质通量和由物系总体流动引起的传质通量在数值上相等而方向相反，所以B净的通量等于零：,即：,所以：,有总体流动的稳态分子扩散过程，两组分的分子扩散通量数值相等,方向相反。,对于通过静止组分的稳态分子扩散，NB=0，N=NA：,令：,气相物系：,其中：,-漂流因子，其值大于1,漂流因子反映了总体流动对传质速率的影响，其值愈大，总体流动作用越强。,当A很低时， ， ， 则漂流因子 1，总体流动的影响消失。,（4）分子扩散系数 气体分子扩散系数,依据分子运动理论导出，（假定分子为刚性）然后修正 ：, 液体中的分子扩散系数,7.2.4 涡流扩

7、散,涡流流体中出现旋涡，造成组分扩散，称为涡流扩散。,De不仅和物性有关，而且与流动状况有关。,7.2.5 对流传质,对流传质是指流体与固体壁面或相界面之间的质量传递。 1、对流扩散速率，既有分子扩散又有涡流扩散。,湍流区 分子扩散可忽略 过渡区 两者均不可忽略。 示意图,2、对流传质理论 1）对流传质的停滞膜模型要点: (1) 相界面处存在一层虚拟的停滞膜; (2) 膜外为流体流动的湍流区； (3)停滞膜非常薄,膜内无物质累积,为稳态分子扩散； (4)对流传质阻力全部集中于停滞膜内。 示意图,2） 传质速率方程:,液相：,(称为液膜传质系数),ky=PkG kx=c0kL,ky 以气相mol分