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第七章吸收 概述： 一、传质分离过程 1. 概念：也称物质传递过程，指依靠物系中组分间的某种物性的差异，使组分从一相到另一相传递过程。 2. 传质分离的依据：混合物各组分在两相间平衡分配的不同 二、传质单元操作的类型 1. (气体)吸收：选择一定溶剂 (外界引入第二相) 造成两相，来处理气体混合物。 2. (液体)蒸馏：对于液体混合物加热，使混合物内部造成两相，利用不同组分挥发性的差异，使得液体混合物分离 3. (固体)干燥：对含一定湿分的固体提供一定的热量，使溶剂汽化，利用湿分压差，使湿分从固体表面或内部转移到气相，从而将含湿分的固体物料得以净化。 一、吸收 1. 概念：也称气体吸收，指藉气体中各组分在液体中溶解度 的差异使气体中的不同组分分离的操作。 溶质或吸收质:气体中能被液体溶解的组分称为溶质或吸收质，不被溶解的部分称惰性组分或载体。 吸收时惰性组分保留在气相中，吸收过程就是溶质在气液相间的传质过程。 2. 吸收的分类： 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 2. 吸收的依据 混合物各组分在某种溶剂中溶解度的差异。 3. 吸收的目的 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。 二、解吸 1. 概念：也称脱吸，是吸收的逆过程，指使溶液中的易挥发 性溶剂释放出来的操作过程。 一个完整的吸收流程应包括吸收和解吸两部分。 3. 解吸方法与解吸剂 常用解吸方法有升温、减压和吹气。 常用解吸剂又称载体，有空气、水蒸汽及惰性气体等。 3. 实现吸收操作的方法 ①溶剂的选择，使其可选择地溶解分离某种有效成 ②提供气液两相传质接触设备，使溶质从 g→l； ③再生溶剂，将解吸溶质后的溶剂循环使用。 4. 吸收剂(溶剂)的选择标准 ①溶解度大； ②选择性高； ③再生容易； ④挥发性小； 选择原则：经济、合理。 ⑤粘度低； ⑥化学稳定性高； ⑦腐蚀性低； ⑧无毒、无害、价廉等。 7.1.3 吸收设备 吸收设备中以塔设备最为常用，主要有两种： 1. 板式塔： 液体从塔顶流下，气体从板间孔内逐板上升，每板的气液接触使溶质溶于 吸收剂，溶质浓度( g、l 相)则成阶跃式变化。 2. 填料塔： 液体沿填料表面下流，气体从填料间歇上升，g、l逆流接触，气液相连续变化。 气液相平衡 一、溶解度 1. 溶解度的概念 ①平衡状态：恒定T、P下，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，此时的气液两相达到平衡。 ②溶解度：也称平衡溶解度，指平衡时溶质在液相中的浓度。通常用单位体积(或质量)溶液中所含溶质物质的量(或质量)表示，单位为kmol溶质/m3溶液或 g溶质/kgH2O气体在液体中的溶解度表明了一定条件下吸收过程可能达到的极限程度，不同气体在同一溶剂中的溶解度差异较大。 2. 溶解度曲线 平衡分压：指达平衡时气相中溶质的分压。 平衡状态的自由度： F＝C－.＋2=3－2+2=3 气体的溶解度与对应气体的分压 p、液相饱和浓度 x、操作条件下的T、P密切相关。即： 当T、P定，溶解度=f(p)。 二、气体溶解度的影响因素 除与气体本身性质有关外，主要受操作条件T、P变化影响。一般加压或降温可提高气体的溶解度，有利于吸收；反之，降压或升温操作则利于解吸过程。 二、亨利定律 1. 亨利定律的内容：总压不高 (5×105Pa)时，在一定温度下，稀溶液上方气相中 溶质的平衡分压pe与溶质在液相中的摩尔分率 x 成正比，其比例系数E为亨利系数。 2. 体积传质系数 ① 概念：用有效传质面积a与传质系数的乘积表示。a值与填料的类型、形状、尺寸、填充情况有关，还随流体的物性、流动状况变化。低浓度吸收时，Kya在全塔范围内为常数。 ② 物理意义：指单位推动力下，单位时间、单位体积填料层内所吸收的溶质量。 例7-1 某系统温度为10℃，总压101.3kPa，在与空气充分接触后的水中求：①每立方米水溶解了多少克氧气？②体系的相平衡方程式。 例7-2在总压101.3 kPa，温度30℃的条件下, SO2 摩尔分率为0.3 的混合气体 SO2摩尔分率为0.01的水溶液相接触，试问： （1）SO2的传质方向； （2）其它条件不变，温度降到0℃时SO2的传质方向； （3）其它条件不变，总压提高到202.6kPa时SO2的传质方向，并计算以液相摩 尔分率差及气相摩尔率差表示的传质推动力。 解： 扩散和单相传质： 一、传质过程及其方式 1. 吸收过程的三个步骤： ① A由气相主体传到相界面，是气相内传质，属扩散过程 ② A在相界面上溶解，由气相转入液相，属界面溶