化学吸收4.pptVIP

4.4化学吸收 化学吸收（chemical absorption）是伴有化学反应的吸收。对于化学吸收，溶质从气相主体到气液界面的传质机理与物理吸收完全相同，其复杂之处在于液相内的传质。 化学吸收的优点是吸收剂的吸收容量大，用量少，吸收速率快，吸收率高，设备投资和能耗量低。但应注意的是，化学吸收的解吸是不完全的，甚至是困难的，因此对化学吸收的选择必须兼顾吸收和解吸两方面。 （3）快速反应 4.4.1.2 化学反应的增强因子 1.增强因子和传质速率 增强因子（enhanced fac-tor）就是与相同条件下的物理吸收比较，由化 学吸收而使传质系数增加的倍数。增强因子E定义为： 4.4.2.2 一级不可逆反应 目前，只有一级反应，才能对（4-58）求解，其他情况下只能求近似解或数值解。混合气体中被吸收的溶质A和溶液中的活性组分B进行反应生成产物P。 反应为不可逆反应，若吸收剂的溶度很高，以致在液膜中浓度变化可以忽略。反应可视为一级反应。则有 4.4.2.3 二级不可逆反应 二级反应在工业化学吸收过程很常见，当反应不可逆时，其反应式为 4.4.2.4 可逆反应 对于存在可逆反应的化学反应吸收过程，气液界面处必存在被吸收组分A的平衡分压，液相将由于 不等于零以及液相主体组分A的平衡分压较低，且液膜中产物P的浓度较高，而引起两组分向液相主体中扩散。液相组分A的存在使得吸收速率有所降低。 （1）一级可逆反应 当 时，吸收速率公式可简化为： 4.4.3 化学吸收的计算 化学吸收的计算方法与物理吸收原则上是相同的，但是由于有化学反应发生，必须考虑由此而引起的吸收速率的增加，即应当考虑增强因子。基本原则是联立求解物料衡算式、相平衡关系式、传质方程式和反应动力方程式。 计算的任务是：计算在一定回收率时的最小吸收剂用量，确定实际吸收剂用量；计算塔的传质元数和容积。此外，由于化学吸收的热效应较物理吸收大些，所以还需通过热量衡算来确定合适的热交换方式，以保证过程在适宜的条件下进行。 用气相总传质系数表示的化学吸收速率方程; * * 4.4.1 化学吸收的类型和增强因子 4.4.1.1 化学吸收的类型 在化学吸收中，气膜扩散、液膜扩散和化学反应三者共同决定整个吸收过程的总速率，使过程更为复杂，不同类型的反应，决定了液膜和液相主体对化学反应所起的作用，表现出各类化学吸收过程有不同的浓度分布特征。下面对化学吸收过程进行讨论。 （1）慢速反应 慢速反应的反应速率远远小于传质速率，即 ，组分A通过液膜扩散来不及反应便进入液相主体，反应主要在液相主体进行，如图4-14所示，液膜的传质阻力是整个吸收过程传质阻力的组成成分。 （2）中速反应 中速反应的特征是 ，反应即在液膜中进行，又在液相主体中进行。反应从液膜开始，边扩散边反应，反应区一直扩散到液相主体，如图4-15所示。 （4）瞬时反应 （4-53） 式中， 为化学反应的液相传质系数，m/s； 为无化学反应的传质速率系数，m/s。 两个极端状况： a.慢速反应 E=1 化学反应主要影响 ,及： b.瞬时可逆反应 E很大，一般： 受传递过程的印象很大 C.对于快速和中速反应 反应与传递都对 有影响 4.4.2 化学吸收速率 4.4.2.1 膜模型的反应-扩散方程 图4-18 化学吸收微元液膜 方程描述的是吸收组分随体系的空间（Z）、时间（）、化学反应速率（r）的变化规律。 （(4-58)） (4-59) 式中， 。 该反应的扩散方程为： （4-60） 根据液膜模型，液膜中进行稳定传质， ，则式（4-60）变为： (4-61) 初始和边界条件为：Z=0， ； 。 最后解得 (4-64) 式中， 为双曲余弦 ； 为双曲余切（ ）。 显然，对于化学吸收中的一级不可逆反应，E值与反应速率常数、分子扩散系数、液膜传质系数、液膜反应容积有关。而八田数Ha（或化学吸收参数M）将主要决定反应过程的快慢。 动力学方程： 该反应的反应-扩散方程： (4-68) 下面讨论中省略二级不可逆反应吸收速率方程的推导过程，仅提出推导结果。 （1）瞬时反应 推导结果为 (4-69) (4-7