气体吸收主要内容吸收过程相平衡基础吸收过程模型及传质Word格式文档下载.docx

1、2. 溶剂蒸汽压低，挥发损失少3. 溶剂粘度低，操作中不易起泡沫4. 溶剂化学稳定性好，不易变质5. 溶剂易得、价廉、无毒、难燃等经济安全条件6. 溶剂易再生回收，循环使用解吸操作（使溶质从溶液中脱除的过程）四、吸收过程分类物理吸收溶剂与溶质结合力弱，但解吸容易。例：H2O吸收CO2化学吸收溶剂溶液由化学键力结合，不易解系。k2CO3溶液吸收CO2，NaOH溶液吸收CO2，H2S，SO2等多组合吸收单组分吸收等温吸收当溶质量少，溶剂量多，吸收时温度变化小变温吸收吸收过程由有溶解热、反应热产生，使温度升高 本章研究的是单组分、等温、物理吸收五、吸收装置吸收是溶质从气相转移到液相的过程，一般在塔设

2、备中进行。 条件：1.要求推动力大，传质速度快一般要求逆流操作； 2.要求气液接触面积大，在塔内可充分接触。板式塔气液两相在塔板上错流接触（逐级接触式）填料塔气液两相在塔内逆流接触 （微分接触式）第二节 吸收过程的相平衡关系本节主要讨论气液两相的平衡关系，通过平衡关系可以指出吸收过程能否进行，判定进行的方向及过程的极限。一、平衡溶解度 平衡分压 气液两相达到平衡时，溶质在气相中的分压， pA * 溶解度曲线在一定温度下，溶质的平衡分压与在液相中浓度间的关系。由上图可知，要得到一定浓度的溶液，易溶气体所需分压低，难溶气体所需分压高，即p*O2p*SO2p*NH3，溶解程度NH3SO2O21 判别

3、过程的方向气体溶解于液相，关键在于气相中被吸收组分的分压pA当pApA *，CA*CA 吸收操作pApA*，CA*, 存在，由于界面上无积累，A必以相同速率溶解并传递到液相中去。同理的存在，必有一反向的由界面向气相主体扩散。组分B何处来？下面对界面上B的供应进行讨论。（1）等分子反方向扩散设液相能以同一速率供应组分B，使界面上保持定值。例如：蒸馏过程，只要A、B气化潜相等时，此时在任一断面上，存在着二股扩散流：, 且 前提界面能等速地向气相提供组分B。（2）一组分A通过另一静止组分B的扩散（单向扩散）在吸收过程中， B为惰性气体，液相中不存在B，不可能向界面提供B。但由于A的溶解和组份B的反向

4、扩散，使界面处的总压稍有下降，这一压差导致混合气体由气相主体向界面流动。此一流动称为主流流动（整体移动）NM。主体流动时，携带着 A，B两组分流向界面。在定态条件下，主体流动所带B的量（NBM）必定恰好等于，以保持界面上CBi的定态。同时由于各处压强相等，依然存在。严格地讲，不满足等分子反方向扩散条件的，都必然会产生主体流动。3分子扩散速率方程在任一断面上，存在着三个物流：和NM其净物流： N=+ NM （表明净物流的量=主体流动的量）在断面处，对A 作物料运算：表明在扩散方向上A的传递速率NA为分子扩散流与主体流动中A量之和。NM =N= 因为主体流动乃因分子扩散而引起的一种伴生流动，因此包

5、括主体流动在内的A的传递速率NA仍可理解为分子扩散所造成的宏观结果。（1）等分子反向扩散 没有净物流 N=0 对定态扩散，NA= 常数 对理想气体 表明在扩散方向上，组分浓度与扩散距离的关系为一直线。（2）单向扩散 B的净物流 在定态扩散时， 其中： 同理，在气相扩散中：*比较以上这两种扩散方式，由于主体流动的存在，使单向扩散的比等分子反向扩散增大或倍，此倍数恒大于1，称漂流因子。二、单相内的对流传质1. 涡流扩散借助于流体在流动中产生的漩涡所引起的物质之间的剧烈混合。其速率远大于分子扩散。*与对流传传热类似，对流传质指流体与界面之间的传质，同时包括分子扩散和涡流扩散的存在。仿照费克定律：JA

6、 = JA分子 + JA涡流 =（D分子+D涡流）dCA/dZ 在层流时，分子扩散为主，D分子占主要地位； 在湍流时，涡流扩散为主，D涡流占主要地位。2. 传质边界（有效膜）模型以湿壁塔为例气液两相逆流接触在左图上取一截面分析，分析气相浓度的变化，气相湍流，在相界面处有一层流内层（），湍流程度越大，越小。层内分子扩散为主，传质速率小，浓度差大，层外涡流扩散为主，由过渡区转变到湍流区，浓度差小，在主体流动区无浓度梯度。 仿照传热边界层理论，将层外涡流扩散折合成一定厚度的层流内层的分子扩散传质边界层（有效膜），集中全部传质阻力。 气相 同理，液相 3. 传质速率方程由于ZG、ZL难以测定，仿对流传

7、热，写出类牛顿冷却定律形式：气相液相 类似传热Q/A=t气相传质分系数，kmol/m2s.kPa 液相传质分系数，kmol/m2s（kmol/m3） 气相推动力， kPa 气膜阻力 液相推动力，kmol/m3 液膜阻力4. 传质分系数关联式使用量纲分析法，可得k=f（，u，d，D）Sherwood准数：， 对照传热 Reynolds准数：Schmidt准数：对降膜式吸收器：在， 0.63000 Sh=0.023三、两相间传质的双膜理论基本论点：1.当气液两相接触时，两相之间有一稳定的相界面。在界面两侧各有一很薄的有效层流膜层，吸收质以分子扩散方式通过此两膜层。2.在相界面上，气液两相成平衡。3

8、.在膜层外的主体中，由于充分湍动，溶质的浓度基本上是均匀的。即两相主体浓度中浓度梯度为零换句话说，浓度梯度全部集中在两膜层内膜层内包括了吸收的全部阻力，膜外不存在阻力。通过此模型假设，将相间传质简化为气液两膜层的分子扩散。双膜理论适用于具有固定传质面的吸收设备，例如低气速填料塔。当气速较高，相界面不再稳定，双膜理论与实验结果不符。其它传质理论：溶质渗透理论，表面更新理论四、总系数传质速率方程式由于界面参数（Ci，pi）难以确定，以及kG、kL试验测定困难，故建立以总推动力为基准的总传质速率方程式。1. 总传质速率方程式 p pi Ci C （C*） （P*）总推动力： 以气相表示，kPa以液相表示，kmol/m3总传质系数：气相 kmol/m2液相 kmoj/m2（kmoL/m3）总阻力： 以气相表示 1/ 以液相表示 1/2. 总系数与分系数的关系应用加和性法则 总阻力=气膜阻力+液膜阻力同样，用液相来表示3. 气液两相界面浓度由传质份速率方程得：即 由图上可见，由O点（） 引斜率为的直线，交平衡线之点即为界面状态（）4. 溶解度影响气膜控制和液膜控制（1） 易溶系统溶质溶解度大，H大，平衡线斜率小对当时， 表示传质阻力集中在气膜中，称气膜控制。在气膜控制时，要提高吸收速率，应考虑减少气膜厚度ZG，增强气流湍流程度。（