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projects of Dr.Hao Chapter 2 Gas Absorption 第一节概 述 吸收操作时某些易溶组分进入液相形成溶液不溶或难溶组分仍留在气相，从而实现混合气体的分离。 概 念 吸收质或溶质——混合气体中的溶解组分，以A表示。 惰性气体或载体 ——不溶或难溶组分，以B表示。 吸收剂——吸收操作中所用的溶剂，以S表示。 吸收液 ——吸收操作后得到的溶液，主要成分为溶剂S和溶质A。 吸收尾气——吸收后排出的气体，主要成分为惰性气体B和少量的溶质A。 吸收剂的选择 吸收剂性能的优劣，是决定吸收操作效果是否良好的关键。如果吸收的目的是制取某种溶液作成品，例如用HCl气生产盐酸，吸收剂只能用水，自然没有选择的余地，但如果目的在于把一部分气体从混合物中分离出来，便应考虑选择合用的吸收剂问题。 溶解度大 吸收剂的选择主要考虑的是溶解度，溶解度大则吸收剂用量少，吸收速率也大，设备的尺寸便小； 选择性好 很显然，吸收剂对溶质气体的溶解度既要大，对混合气体中其他组分的溶解度却要小或基本上不溶，这样才能进行有效的分离，满足这一要求称为选择性好； 挥发度要小 吸收剂的挥发度要小，即在操作温度下它的蒸汽压要低，经过吸收后的气体在排出时，往往为吸收剂蒸汽所饱和，吸收剂的挥发度高，其损失量便大。 此外所选用的溶剂尽可能满足无腐蚀性，粘度小，无毒，不燃，价廉易得等条件。 蒸馏与吸收操作对比 蒸馏改变状态参数产生第二相，吸收从外界引入另一相形成两相系统； 蒸馏直接获得轻、重组分，吸收混合液经脱吸才能得到较纯组分； 蒸馏中气相中重组分向液相传递，液相中轻组分向气相传递，是双相传递；吸收中溶质分子由气相向液相单相传递，惰性组分及溶剂组分处于“停滞”状态。 传质机理与吸收速率 平衡关系只能回答混合气体中溶质气体能否进入液相这个问题，至于进入液相速率大小，却无法解决，后者属于传质的机理问题。本节的内容是结合吸收操作来说明传质的基本原理，并导出传质的速率关系，作为分析吸收操作与计算吸收设备的依据。 气体吸收是溶质先从气相主体扩散到气液界面，再从气液界面扩散到液相主体的传质过程。 气液相际传质理论 传质过程的方向 传质过程的方向 二、传质过程的限度 传质过程的限度 三、传质过程的推动力 双膜理论 双膜理论 吸收速率方程式 吸收设备中进行的传质过程为吸收过程，其传质速率即为吸收速率，所对应的传质速率方程即为吸收速率方程。 气体吸收因过程的复杂性，传质速率(吸收速率)一般难以理论求解，但遵循现象方程所描述的物理量传递的共性规律。 根据推动力及阻力可写出速率关系式，单独根据气膜或液膜的推动力及阻力写出的速率关系式称为气膜或液膜吸收速率方程式，相应的吸收系数称为膜系数或分系数，用k表示，与传热中的对流传热系数相当。 一、气相传质速率方程 二、液相传质速率方程 传质速率方程 吸收传质速率方程的几种形式 总传质速率方程 总传质速率方程 三、相界面的浓度 相界面的浓度 四、总传质速率方程 总传质速率方程 总传质速率方程 y x o y*=f(x) Q y x y* x* 对解吸而言： 若保持液相浓度 x 不变，气相浓度 y 最高只能升到与之相平衡的浓度 y*，即 ymax=y*； 若保持气相浓度 y 不变，则液相浓度 x 最高也只能降到与气相浓度 y 相平衡的浓度 x*，即 xmin=x*。 传质推动力的表示方法可以不同，但效果一样。 (x*-x)：以液相摩尔分数差表示的传质推动力。 对吸收过程： (y-y*)：以气相摩尔分数差表示的传质推动力； 未达平衡的两相接触会发生相际间传质(吸收或解吸)，离平衡浓度越远，过程传质推动力越大，传质过程进行越快。 方法：用气相或液相浓度远离平衡的程度来表征气液相际传质过程的推动力。 y x o y*=f(x) P y x y* x* （y-y*） （x*-x） 吸收过程是溶质由气相向液相转移的相际传质过程，可分为三个步骤： 气相主体 液相主体 相界面 溶解 气相扩散 液相扩散 (1) 溶质由气相主体扩散至两相界面气相侧(气相内传质)； (2) 溶质在界面上溶解(通过界面的传质)； (3) 溶质由相界面液相侧扩散至液相主体(液相内传质)。 吸收速率 分子扩散：在静止或滞流流体内部，若某一组分存 在浓度差，则因分子无规则的热运动使 该组分由浓度较高处传递至浓度较低处， 这种现象称为分子扩散。(如糖轻轻放水中) 分子扩散速率,菲克第一定律(略) 因为气体的密度比液体小得多,分子间距大,因此分子在气体中的扩散速率比液体大得多. 传质基本方