環(huán)工原理吸收詳解

環(huán)工原理吸收詳解演示文稿當(dāng)前1頁(yè)，總共92頁(yè)。優(yōu)選環(huán)工原理吸收當(dāng)前2頁(yè)，總共92頁(yè)。第一節(jié)吸收的基本概念一、吸收的定義與應(yīng)用二、吸收的類(lèi)型本節(jié)的主要內(nèi)容當(dāng)前3頁(yè)，總共92頁(yè)?；旌蠚怏w分離最常用的操作方法之一。1、定義：依據(jù)混合氣體各組分在同一種液體溶劑中物理溶解度（或化學(xué)反應(yīng)活性）的不同，而將氣體混合物分離的操作過(guò)程。其本質(zhì)：是混合氣體組分從氣相到液相的相間傳質(zhì)過(guò)程。一、吸收的定義與應(yīng)用第一節(jié)吸收的基本概念當(dāng)前4頁(yè)，總共92頁(yè)。液體溶劑——吸收劑混合氣體中能顯著溶于液體的組分——溶質(zhì)氣體中幾乎不溶解的組分——惰性組分吸收后得到的溶液——吸收液吸收后的氣體——凈化氣第一節(jié)吸收的基本概念2、吸收操作中涉及的幾個(gè)概念當(dāng)前5頁(yè)，總共92頁(yè)。凈化原料氣及精制氣體產(chǎn)品：比如用水（或碳酸鉀水溶液）脫除合成氨原料氣中的CO2等。制取液體產(chǎn)品或半成品：比如水吸收NO2制取硝酸；水吸收HCl制取鹽酸等。分離獲得混合氣體中的有用組分：比如用油從焦?fàn)t煤氣中回收粗苯等。3、吸收在化工領(lǐng)域中的應(yīng)用第一節(jié)吸收的基本概念當(dāng)前6頁(yè)，總共92頁(yè)。（1）凈化有害氣體：濕式煙氣脫硫：如用水或堿液吸收煙氣中SO2，石灰/石灰石洗滌煙氣脫硫。噴霧干燥煙氣脫硫：SO2被霧化的Ca(OH)2漿液或Na2CO3溶液吸收。水、酸吸收凈化含NOx廢氣。（2）回收有用物質(zhì)：如用吸收法凈化石油煉制尾氣中的H2S的同時(shí)，還可以回收有用的元素硫。4、吸收在環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用第一節(jié)吸收的基本概念能夠用吸收法凈化的氣態(tài)污染物主要有：SO2，H2S,HF和NOx等。當(dāng)前7頁(yè)，總共92頁(yè)。濕式煙氣脫硫：當(dāng)前8頁(yè)，總共92頁(yè)。提問(wèn)？大氣污染物：SO2，H2S,HF和NOx：什么污染物可以直接用水吸收？什么污染物需要用酸或堿液吸收？為什么？第一節(jié)吸收的基本概念當(dāng)前9頁(yè)，總共92頁(yè)。（1）處理氣體量大，成份復(fù)雜，同時(shí)含有多種氣態(tài)污染物；（2）吸收組分濃度低；（3）吸收效率和吸收速率要求高；（4）多采用化學(xué)吸收——如堿液吸收燃燒煙氣中低濃度的SO2；（5）多數(shù)情況吸收過(guò)程僅是將污染物由氣相轉(zhuǎn)入液相，還需對(duì)吸收液進(jìn)一步處理，以免造成二次污染。5、吸收法凈化氣態(tài)污染物的特點(diǎn)（與化工相比）第一節(jié)吸收的基本概念當(dāng)前10頁(yè)，總共92頁(yè)。(1)按溶質(zhì)和吸收劑之間發(fā)生的反應(yīng)：物理吸收：水凈化含SO2鍋爐尾氣化學(xué)吸收：堿液凈化含SO2鍋爐尾氣(2)按混合氣體中被吸收組分?jǐn)?shù)目：?jiǎn)谓M分吸收：如用水吸收HCl氣體制取鹽酸多組分吸收：堿液吸收煙氣（含SO2,NOx,CO2,CO等）(3)按體系溫度是否變化：如果液相溫度明顯升高——稱(chēng)為非等溫吸收如果液相溫度基本保持不變——稱(chēng)為等溫吸收單組分等溫物理吸收是最簡(jiǎn)單和最基礎(chǔ)的。二、吸收的類(lèi)型第一節(jié)吸收的基本概念當(dāng)前11頁(yè)，總共92頁(yè)。(1)簡(jiǎn)述吸收的基本原理。(2)利用吸收法凈化氣態(tài)污染物的特點(diǎn)有哪些。(3)環(huán)境工程領(lǐng)域有哪些吸收過(guò)程。(4)吸收的主要類(lèi)型有哪些。本節(jié)思考題第一節(jié)吸收的基本概念當(dāng)前12頁(yè)，總共92頁(yè)。一、物理吸收的熱力學(xué)基礎(chǔ)二、物理吸收的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)本節(jié)的主要內(nèi)容第二節(jié)物理吸收

當(dāng)前13頁(yè)，總共92頁(yè)。熱力學(xué)討論的是：過(guò)程發(fā)生的方向、所能達(dá)到的極限及推動(dòng)力。物理吸收僅僅涉及某一組分的簡(jiǎn)單傳質(zhì)過(guò)程。溶質(zhì)在氣液兩相間的平衡關(guān)系是研究吸收熱力學(xué)的基礎(chǔ)。一、物理吸收的熱力學(xué)基礎(chǔ)第二節(jié)物理吸收

當(dāng)前14頁(yè)，總共92頁(yè)。（一）氣液平衡和亨利定律1.氣液平衡

液體氣體溶質(zhì)A溶解速度溶質(zhì)揮發(fā)速度相際動(dòng)態(tài)平衡平衡分壓,pA*摩爾分?jǐn)?shù),yA摩爾比，YA…….飽和濃度質(zhì)量濃度，A物質(zhì)的量濃度，cA摩爾分?jǐn)?shù)，xA摩爾比，XA平衡條件下，溶質(zhì)在氣液兩相中的組成存在某種特定的關(guān)系，稱(chēng)為相平衡關(guān)系（又稱(chēng)溶解度曲線）如果溫度和總壓一定，溶質(zhì)在液體中的溶解度只取決于溶質(zhì)在氣相的組成。第二節(jié)物理吸收

當(dāng)前15頁(yè)，總共92頁(yè)。2.亨利（Henry）定律在稀溶液條件下，溫度一定，總壓不大時(shí)，氣體溶質(zhì)的平衡分壓和溶解度成正比：

p*A——溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓，PaxA——溶質(zhì)在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)E——亨利系數(shù)，Pa。亨利系數(shù)取決于物系的特性和體系的溫度。氣體在溶劑中的溶解度隨著溫度升高而降低。亨利系數(shù)越大，氣體越難以溶解于溶劑。因此，溫度升高，亨利系數(shù)增大。氣體在各種條件下的亨利系數(shù)通?？梢栽谑謨?cè)中查到。第二節(jié)物理吸收

（8.2.1）當(dāng)前16頁(yè)，總共92頁(yè)。典型氣體在水中的亨利系數(shù)

25℃時(shí)E(kPa)CO5.88106

CO21.66105

H2S0.552105

SO20.413104

上述氣態(tài)物質(zhì)被水溶解的難易程度？第二節(jié)物理吸收

當(dāng)前17頁(yè)，總共92頁(yè)。如果溶質(zhì)的溶解度用物質(zhì)的量濃度表示，則亨利定律可寫(xiě)為：p*A

——溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓，PacA——溶質(zhì)A在液相中的物質(zhì)的量濃度，kmol/m3H——溶解度系數(shù)，kmol/(m3Pa)注意：亨利定律的不同表示方式和系數(shù)的單位、換算方法。如果溶質(zhì)在氣液兩相中的組成均以摩爾分?jǐn)?shù)表示：

m——相平衡常數(shù)第二節(jié)物理吸收

（8.2.2）（8.2.3）當(dāng)前18頁(yè)，總共92頁(yè)。在單組分物理吸收過(guò)程中，惰性氣體和溶劑物質(zhì)的量是不變的，因此以它們?yōu)榛鶞?zhǔn)，用摩爾比表示平衡關(guān)系：當(dāng)溶液濃度很低時(shí)，XA很小，上式可近似寫(xiě)為：不滿足亨利定律的相平衡如何表征？第二節(jié)物理吸收

（8.2.8）（8.2.9）當(dāng)前19頁(yè)，總共92頁(yè)。相平衡是氣液兩相接觸傳質(zhì)的極限狀態(tài)。1.判斷傳質(zhì)的方向（1）根據(jù)相平衡，計(jì)算平衡時(shí)溶質(zhì)在氣相或液相中的組成。（2）與實(shí)際的組成比較，可以判斷傳質(zhì)方向。（3）實(shí)際液相組成<平衡組成，溶質(zhì)從氣相液相實(shí)際氣相相組成>平衡組成，溶質(zhì)從氣相液相用氣、液兩相平衡圖來(lái)判斷更加直觀。根據(jù)初始狀態(tài)點(diǎn)在平衡圖中所處的位置來(lái)判斷。（二）相平衡關(guān)系在吸收過(guò)程中的應(yīng)用第二節(jié)物理吸收

當(dāng)前20頁(yè)，總共92頁(yè)。吸收解吸AxAxA*xAyAyAyA*第二節(jié)物理吸收

BC當(dāng)前21頁(yè)，總共92頁(yè)。2.計(jì)算傳質(zhì)的推動(dòng)力實(shí)際組成與平衡組成之間的差距——推動(dòng)力有不同的表示方法：……氣相……液相（摩爾分?jǐn)?shù)）（氣體分壓、物質(zhì)的濃度）第二節(jié)物理吸收

（8.2.10）（8.2.11）（8.2.12）（8.2.13）當(dāng)前22頁(yè)，總共92頁(yè)。3.確定傳質(zhì)過(guò)程的極限溶質(zhì)在氣液兩相間的傳質(zhì)過(guò)程不是無(wú)限制地進(jìn)行的，傳質(zhì)過(guò)程的極限狀態(tài)就是平衡狀態(tài)。在治理氣態(tài)污染物時(shí)，希望通過(guò)吸收操作使出塔氣體中的污染物濃度盡可能地低。可以通過(guò)增加塔高，減少處理氣體的量，增加吸收劑的量來(lái)實(shí)現(xiàn)。第二節(jié)物理吸收

當(dāng)前23頁(yè)，總共92頁(yè)。但是出塔氣體的最低濃度（y2）只能達(dá)到與入塔吸收劑濃度（x2）相平衡的濃度：尾氣y2吸收劑x2混合氣y1吸收液x1第二節(jié)物理吸收

（8.2.12）當(dāng)前24頁(yè)，總共92頁(yè)。例題：在常壓101.3kPa、溫度25℃時(shí)，CO2在水中的溶解亨利系數(shù)為1.66×105kPa，現(xiàn)將含CO2摩爾分?jǐn)?shù)為0.05的空氣與CO2濃度為1.0×10－3kmol/m3的水溶液接觸，試（1）判斷傳質(zhì)方向（2）以分壓差和濃度差表示傳質(zhì)推動(dòng)力（3）計(jì)算逆流接觸時(shí)空氣中CO2的最低含量已知亨利系數(shù)：采用亨利定律分析：判斷傳質(zhì)方向；求推動(dòng)力：求實(shí)際組成和平衡組成當(dāng)前25頁(yè)，總共92頁(yè)。CO2在水中的摩爾分?jǐn)?shù)為：根據(jù)亨利定律：求CO2的平衡分壓：CO2在空氣中的實(shí)際分壓：所以：發(fā)生CO2吸收過(guò)程，CO2由氣相向液相傳遞結(jié)論：解：水溶液中CO2濃度很低，認(rèn)為其密度和平均相對(duì)分子質(zhì)量皆與水相同，則溶液的總濃度為：（1）當(dāng)前26頁(yè)，總共92頁(yè)。和空氣中CO2分壓平衡的水溶液中CO2摩爾分?jǐn)?shù)為：CO2在水中的摩爾分?jǐn)?shù)為1.8×10－5所以：發(fā)生CO2吸收過(guò)程，CO2由氣相向液相傳遞結(jié)論：無(wú)論從氣相還是從液相判斷，結(jié)果都是一樣。當(dāng)前27頁(yè)，總共92頁(yè)。（2）（2）以分壓差表示傳質(zhì)推動(dòng)力：以濃度差表示傳質(zhì)推動(dòng)力：（3）（3）逆流接觸時(shí)出口氣體可以達(dá)到的極限濃度是與進(jìn)口水溶液相平衡的氣相濃度出口處與水溶液平衡的氣相CO2分壓為2.99kPa當(dāng)前28頁(yè)，總共92頁(yè)。氣體的吸收過(guò)程是，混合氣體中的組分A穿越相界面而進(jìn)入液體。體中?？梢韵胂蠼M分A在通過(guò)穩(wěn)定的相界面時(shí)，必須通過(guò)兩層膜層。第二節(jié)物理吸收

A當(dāng)前29頁(yè)，總共92頁(yè)。（一）吸收過(guò)程機(jī)理

溶質(zhì)由氣相主體傳遞至兩相界面，即氣相內(nèi)的傳遞；溶質(zhì)在兩相界面由氣相溶解于液相，即相際傳遞；溶質(zhì)由界面?zhèn)鬟f至液相主體，即液相內(nèi)的傳遞。雙膜理論——描述氣液兩相間的傳質(zhì)過(guò)程二、物理吸收的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第二節(jié)物理吸收

吸收過(guò)程是一種典型的由氣相向液相的傳質(zhì)過(guò)程，一般可分解為三個(gè)基本步驟：當(dāng)前30頁(yè)，總共92頁(yè)。相互接觸的氣液兩相流體間存在著穩(wěn)定的相界面，界面兩側(cè)分別有一層虛擬的氣膜和液膜。在相界面處，氣液兩相在瞬間即可達(dá)到平衡，界面上沒(méi)有傳質(zhì)阻力。在膜層以外，氣液兩相流體都充分湍動(dòng)，不存在濃度梯度，組成均一，沒(méi)有傳質(zhì)阻力。（二）雙膜理論第二節(jié)物理吸收

當(dāng)前31頁(yè)，總共92頁(yè)。相界面GL溶質(zhì)ApApAicAicA氣相主體液相主體cAi=HpAi亨利定律雙膜理論模型示意圖第二節(jié)物理吸收

氣膜液膜當(dāng)前32頁(yè)，總共92頁(yè)。氣相對(duì)流傳質(zhì)的速率方程：

液相對(duì)流傳質(zhì)的速率方程：

kG——以氣相分壓差為推動(dòng)力氣膜傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(m2·s·Pa)kL——以液相濃度差為推動(dòng)力的液膜傳質(zhì)系數(shù)，m/s雙膜模型假設(shè)溶質(zhì)以穩(wěn)態(tài)分子擴(kuò)散方式通過(guò)氣膜和液膜，因此，氣相和液相的對(duì)流傳質(zhì)速率相等。以上兩式中均用到了相界面處溶質(zhì)的濃度，很難直接準(zhǔn)確測(cè)定，因此一般希望能夠直接用氣液兩相主體濃度來(lái)計(jì)算傳質(zhì)速率。（總傳質(zhì)速率）第二節(jié)物理吸收

（8.2.16）（8.2.17）當(dāng)前33頁(yè)，總共92頁(yè)。在氣液界面上，應(yīng)用亨利定律：（三）總傳質(zhì)速率方程液膜傳質(zhì)速率方程改寫(xiě)成：將(NA)L變化成氣體分壓的函數(shù)。第二節(jié)物理吸收

（8.2.19）（8.2.16）當(dāng)前34頁(yè)，總共92頁(yè)。以氣體分壓為推動(dòng)力的總傳質(zhì)速率方程：pA*——與液相主體濃度cA平衡的氣體分壓，PaKG——以氣相分壓差為推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù),kmol/(m2sPa)穩(wěn)態(tài)時(shí)經(jīng)變換：第二節(jié)物理吸收

（8.2.20）（8.2.21）總阻力＝氣膜阻力＋液體膜阻力當(dāng)前35頁(yè)，總共92頁(yè)。同理，以液相濃度差為推動(dòng)力的總傳質(zhì)速率方程：c*A——與氣相主體分壓平衡的液體濃度，kmol/m3KL——以液相濃度差為推動(dòng)力總傳質(zhì)系數(shù),m/s氣相總傳質(zhì)系數(shù)KG與液相總傳質(zhì)系數(shù)KL之間的關(guān)系：第二節(jié)物理吸收

（8.2.23）（8.2.22）當(dāng)前36頁(yè)，總共92頁(yè)?？倐髻|(zhì)速率方程的其他表示形式：xA，yA——溶質(zhì)在液相和氣相主體中的摩爾分?jǐn)?shù)xA*，yA*——與氣相主體摩爾分?jǐn)?shù)平衡的液相摩爾分?jǐn)?shù)，和與液相主體摩爾分?jǐn)?shù)平衡的氣相摩爾分?jǐn)?shù)Ky，Kx——以摩爾分?jǐn)?shù)差為推動(dòng)力的氣相和液相總傳質(zhì)系數(shù)，kmol/m2s當(dāng)溶質(zhì)在氣、液相中的濃度以摩爾比來(lái)表示時(shí)，則總傳質(zhì)速率方程為：第二節(jié)物理吸收

（8.2.25）（8.2.24）（8.2.28）（8.2.27）當(dāng)前37頁(yè)，總共92頁(yè)。傳質(zhì)速率與傳質(zhì)推動(dòng)力成正比，與傳質(zhì)阻力成反比。增加溶質(zhì)的氣相分壓或者減少液相濃度，都可以增加傳質(zhì)推動(dòng)力，從而增加傳質(zhì)速率。當(dāng)傳質(zhì)推動(dòng)力一定時(shí)，則需要減小傳質(zhì)阻力來(lái)提高傳質(zhì)速率?？倐髻|(zhì)速率方程表示了什么？第二節(jié)物理吸收

當(dāng)前38頁(yè)，總共92頁(yè)。

包括氣膜阻力和液膜阻力兩部分：

在通常的吸收操作條件下，kG和kL的數(shù)值大致相當(dāng)，而不同溶質(zhì)的亨利系數(shù)值卻相差很大。（以氣相分壓差為推動(dòng)力時(shí)）（四）傳質(zhì)阻力分析第二節(jié)物理吸收

（8.2.29）當(dāng)前39頁(yè)，總共92頁(yè)。用水吸收NH3、HCl等屬于氣膜阻力控制的傳質(zhì)過(guò)程?！Q(chēng)為氣膜控制對(duì)于易溶氣體：H值很大，液膜阻力相對(duì)很小第二節(jié)物理吸收

當(dāng)前40頁(yè)，總共92頁(yè)。對(duì)于難溶氣體：H值很小,液膜阻力相對(duì)很大……稱(chēng)為液膜控制

如果氣膜、液膜傳質(zhì)阻力相當(dāng)：兩者都不可忽略，總傳質(zhì)速率由雙膜阻力聯(lián)合控制，比如，用水吸收SO2就屬于這種情況。比如，用水吸收CO2,O2就屬于液膜阻力控制的傳質(zhì)過(guò)程。第二節(jié)物理吸收

當(dāng)前41頁(yè)，總共92頁(yè)。課后練習(xí)P278例題8.2.2第二節(jié)物理吸收

（總）傳質(zhì)系數(shù)分壓差濃度差摩爾分?jǐn)?shù)差摩爾分?jǐn)?shù)差摩爾比差摩爾比差推動(dòng)力氣相液相以××差為推動(dòng)力的（總）傳質(zhì)速率方程當(dāng)前42頁(yè)，總共92頁(yè)。(1)亨利定律有哪些表達(dá)形式，意義如何，常數(shù)之間的關(guān)系如何。(2)如何通過(guò)相平衡曲線判斷傳質(zhì)方向，其物理意義何在。(3)吸收過(guò)程是典型的傳質(zhì)過(guò)程，它有哪幾個(gè)基本步驟。本節(jié)思考題第二節(jié)物理吸收

(4)雙膜理論的基本論點(diǎn)是什么。(5)吸收速率與傳質(zhì)推動(dòng)力和傳質(zhì)阻力的關(guān)系，有哪些表達(dá)形式。(6)吸收的傳質(zhì)阻力由哪幾個(gè)部分組成，如何表示，關(guān)系如何。(7)簡(jiǎn)要說(shuō)明氣體性質(zhì)對(duì)傳質(zhì)阻力的影響，并舉例說(shuō)明。當(dāng)前43頁(yè)，總共92頁(yè)。采用吸收法處理氣態(tài)污染物時(shí)，通常采用化學(xué)吸收。濕式脫硫：石灰/石灰石洗滌煙氣脫硫半干法脫硫：噴霧干燥煙氣脫硫：SO2被霧化的Ca(OH)2漿液或Na2CO3溶液吸收水、酸、堿吸收凈化含NOx廢氣（硝酸生產(chǎn)過(guò)程）水、堿液吸收凈化含氟廢氣（磷酸生產(chǎn)中）第三節(jié)化學(xué)吸收當(dāng)前44頁(yè)，總共92頁(yè)。第三節(jié)化學(xué)吸收一、化學(xué)吸收的特點(diǎn)二、化學(xué)吸收的平衡關(guān)系三、化學(xué)吸收的傳質(zhì)速率本節(jié)的主要內(nèi)容當(dāng)前45頁(yè)，總共92頁(yè)。溶質(zhì)A被吸收劑吸收后，繼續(xù)與吸收劑或者其中的活性組分B發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。氣液相際傳質(zhì)和液相內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行。一、化學(xué)吸收的特點(diǎn)第三節(jié)化學(xué)吸收當(dāng)前46頁(yè)，總共92頁(yè)。相界面溶質(zhì)ApApAi氣相主體液相主體A+BM反應(yīng)區(qū)位置影響因素：反應(yīng)速率擴(kuò)散速率溶質(zhì)從氣相主體相界面的過(guò)程與物理吸收完全相同活性組分B產(chǎn)物McAi第三節(jié)化學(xué)吸收當(dāng)前47頁(yè)，總共92頁(yè)。

如果反應(yīng)速率很快，活性組分B的擴(kuò)散速率也比較快：溶質(zhì)A達(dá)到相界面后，立即被反應(yīng)消耗，相界面上液相中的溶質(zhì)A的濃度就很低。如果反應(yīng)速率比較慢，或者活性組分B的擴(kuò)散速率慢：溶質(zhì)A可能擴(kuò)散到液相主體之后仍有大部分未能反應(yīng)。第三節(jié)化學(xué)吸收當(dāng)前48頁(yè)，總共92頁(yè)。溶質(zhì)A的化學(xué)吸收速率的影響因素：溶質(zhì)的擴(kuò)散速率活性組分的擴(kuò)散速率、化學(xué)反應(yīng)速率反應(yīng)產(chǎn)物擴(kuò)散速率化學(xué)吸收過(guò)程可以加快溶質(zhì)的傳質(zhì)速率，增加吸收劑的吸收容量，原因：已經(jīng)反應(yīng)的溶質(zhì)不再影響氣液平衡關(guān)系。溶質(zhì)在液相擴(kuò)散中途即發(fā)生反應(yīng)而消耗，增加了傳質(zhì)推動(dòng)力。第三節(jié)化學(xué)吸收當(dāng)前49頁(yè)，總共92頁(yè)?；瘜W(xué)吸收涉及的過(guò)程：溶質(zhì)在氣液兩相之間的相平衡溶質(zhì)在液相中的化學(xué)反應(yīng)平衡

亨利定律稀溶液下液相中物理溶解態(tài)的溶質(zhì)濃度溶質(zhì)氣相分壓化學(xué)反應(yīng)的平衡條件

二、化學(xué)吸收的平衡關(guān)系第三節(jié)化學(xué)吸收當(dāng)前50頁(yè)，總共92頁(yè)。假設(shè)溶質(zhì)A僅與一種活性組分反應(yīng)（單一組分），反應(yīng)關(guān)系式為：化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)：

[A]——液相中未反應(yīng)的，以物理溶解態(tài)存在的溶質(zhì)濃度——與氣相中溶質(zhì)分壓相對(duì)應(yīng)的溶質(zhì)濃度此濃度可表示為：

第三節(jié)化學(xué)吸收（8.3.1）（8.3.2）當(dāng)前51頁(yè)，總共92頁(yè)。再根據(jù)亨利定律，就可以得到化學(xué)吸收溶質(zhì)氣液兩相的平衡關(guān)系：可知[A]低于液相中溶質(zhì)A的總濃度。H一定時(shí)，pA*低于僅有物理吸收時(shí)溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓。因此溶劑的吸收率是大于物理吸收的。第三節(jié)化學(xué)吸收（8.3.3）當(dāng)前52頁(yè)，總共92頁(yè)。1.溶質(zhì)與吸收劑反應(yīng)：如用水吸收氨。假設(shè)溶質(zhì)在溶劑中的總濃度為cA，化學(xué)反應(yīng)平衡關(guān)系可表示為：進(jìn)而可得第三節(jié)化學(xué)吸收（8.3.4）（8.3.5）（8.3.6）當(dāng)前53頁(yè)，總共92頁(yè)。將此濃度代入亨利定律，可得溶質(zhì)的氣液相平衡關(guān)系：在稀溶液條件下：溶劑量大，[B]=常數(shù)；反應(yīng)條件一定時(shí)，K=常數(shù)上述氣液相平衡在形式上仍然符合亨利定律。溶解度系數(shù)增加了(1+K[B])倍。

第三節(jié)化學(xué)吸收（8.3.7）當(dāng)前54頁(yè)，總共92頁(yè)。如果吸收過(guò)程還涉及到其他的反應(yīng)，那么整個(gè)吸收過(guò)程的溶質(zhì)平衡關(guān)系就會(huì)更為復(fù)雜。比如，反應(yīng)產(chǎn)物發(fā)生離解反應(yīng)：

則相應(yīng)的離解反應(yīng)平衡關(guān)系為：

第三節(jié)化學(xué)吸收（8.3.8）（8.3.9）當(dāng)前55頁(yè)，總共92頁(yè)。則溶質(zhì)A在液相中的總濃度為而再根據(jù)化學(xué)反應(yīng)平衡關(guān)系

第三節(jié)化學(xué)吸收（8.3.10）當(dāng)前56頁(yè)，總共92頁(yè)?？山獾茫?/p>

相平衡關(guān)系式：此時(shí)，pA*與cA不再是亨利定律的正比關(guān)系。第三節(jié)化學(xué)吸收（8.3.13）當(dāng)前57頁(yè)，總共92頁(yè)。2.溶質(zhì)與溶劑中的活性組分B反應(yīng)：B代表溶劑中與溶質(zhì)反應(yīng)的活性組分。

設(shè)活性組分B的初始濃度為，反應(yīng)平衡時(shí)的轉(zhuǎn)化率為R

化學(xué)平衡關(guān)系可寫(xiě)為:

第三節(jié)化學(xué)吸收（8.3.14）當(dāng)前58頁(yè)，總共92頁(yè)。溶劑中未反應(yīng)溶質(zhì)A的濃度為由亨利定律，可以得到溶質(zhì)的氣液相平衡關(guān)系：由上式可以求得：

所以參加反應(yīng)的溶質(zhì)濃度為：

表示了溶劑的吸收能力最大趨近活性組分的起始濃度第三節(jié)化學(xué)吸收（8.3.15）（8.3.17）（8.3.16）當(dāng)前59頁(yè)，總共92頁(yè)?；瘜W(xué)吸收過(guò)程特點(diǎn)溶質(zhì)氣液相平衡

化學(xué)反應(yīng)平衡

溶液中未反應(yīng)的溶質(zhì)濃度第三節(jié)化學(xué)吸收當(dāng)前60頁(yè)，總共92頁(yè)。第三節(jié)化學(xué)吸收當(dāng)前61頁(yè)，總共92頁(yè)。第三節(jié)化學(xué)吸收當(dāng)前62頁(yè)，總共92頁(yè)。三、化學(xué)吸收的傳質(zhì)速率傳質(zhì)模型基礎(chǔ)：雙膜模型氣相側(cè)：溶質(zhì)傳質(zhì)速率方程與物理吸收過(guò)程相同

氣液兩相界面處：溶質(zhì)在氣液兩相中的組成仍然符合平衡關(guān)系，可用亨利定律表示。第三節(jié)化學(xué)吸收（8.3.18）當(dāng)前63頁(yè)，總共92頁(yè)。液相側(cè)：擴(kuò)散傳質(zhì)過(guò)程和化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的共同作用化學(xué)反應(yīng)界面處液相溶質(zhì)物理態(tài)溶解濃度減小相界面處的傳質(zhì)推動(dòng)力增加液相側(cè)停滯膜當(dāng)量厚度降低傳質(zhì)阻力減少

傳質(zhì)系數(shù)增加

也可以說(shuō)液相的傳質(zhì)速率增大，從而增大了總傳質(zhì)過(guò)程的速率。

化學(xué)反應(yīng)對(duì)液相傳質(zhì)速率的影響可以用增大傳質(zhì)推動(dòng)力或增大傳質(zhì)系數(shù)兩種方法來(lái)表示。第三節(jié)化學(xué)吸收當(dāng)前64頁(yè)，總共92頁(yè)。不存在化學(xué)反應(yīng)時(shí)，物理吸收的液相傳質(zhì)速率為：

如果認(rèn)為傳質(zhì)系數(shù)不變，傳質(zhì)推動(dòng)力增加，則：相應(yīng)地，總傳質(zhì)系數(shù)也不變，但液相傳質(zhì)推動(dòng)力增加，以液相濃度差為推動(dòng)力的總傳質(zhì)速率方程可表示為：——增加的傳質(zhì)推動(dòng)力部分，其實(shí)質(zhì)是由于化學(xué)反應(yīng)減少的液相溶質(zhì)濃度。

第三節(jié)化學(xué)吸收（8.3.20）（8.3.19）（8.3.21）當(dāng)前65頁(yè)，總共92頁(yè)。如果傳質(zhì)推動(dòng)力不變，傳質(zhì)系數(shù)增加，則液相傳質(zhì)速率方程可表示為:同樣，總傳質(zhì)系數(shù)也會(huì)相應(yīng)增加：

—增強(qiáng)因子

所以總傳質(zhì)速率方程為：

第三節(jié)化學(xué)吸收（8.3.23）（8.3.22）（8.3.24）當(dāng)前66頁(yè)，總共92頁(yè)。如何求增強(qiáng)因子？擴(kuò)散方程化學(xué)反應(yīng)速率方程

建立反應(yīng)-擴(kuò)散微分方程式然后根據(jù)具體的反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行積分求解。針對(duì)溶質(zhì)A、活性組分B

化學(xué)反應(yīng)分：瞬時(shí)、快速、慢速、一級(jí)、二級(jí)、n級(jí)可逆、不可逆第三節(jié)化學(xué)吸收當(dāng)前67頁(yè)，總共92頁(yè)。相界面pApAi=0cMicM氣相主體液相主體cBicB如果液相中活性組分B：濃度足夠大，擴(kuò)散速率足夠快溶質(zhì)A：在相界面處與B完全反應(yīng)在液膜內(nèi)沒(méi)有擴(kuò)散化學(xué)吸收就完全等同于氣膜阻力控制的物理吸收極端情況：反應(yīng)面發(fā)生在界面上：第三節(jié)化學(xué)吸收當(dāng)前68頁(yè)，總共92頁(yè)。活性組分B的濃度較大，擴(kuò)散速率也較快，化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在液膜中，此時(shí)的傳質(zhì)過(guò)程和反應(yīng)過(guò)程就會(huì)相對(duì)復(fù)雜。

相界面pApAicM氣相主體液相主體cAicBGL1L2反應(yīng)面：取決于A、B傳質(zhì)速率的相對(duì)大小反應(yīng)面發(fā)生在液膜：第三節(jié)化學(xué)吸收當(dāng)前69頁(yè)，總共92頁(yè)。第三節(jié)化學(xué)吸收當(dāng)前70頁(yè)，總共92頁(yè)。對(duì)于液膜控制的吸收過(guò)程，采用化學(xué)吸收過(guò)程可以消除液相傳質(zhì)阻力，大大提高傳質(zhì)速率。但對(duì)于氣膜控制的吸收過(guò)程，化學(xué)吸收是否有作用？第三節(jié)化學(xué)吸收當(dāng)前71頁(yè)，總共92頁(yè)。化學(xué)吸收與物理吸收的主要區(qū)別是什么。化學(xué)反應(yīng)對(duì)吸收過(guò)程有哪些影響。如何聯(lián)系化學(xué)吸收的氣液平衡和化學(xué)反應(yīng)平衡。如何解釋化學(xué)吸收中傳質(zhì)速率的增加。化學(xué)吸收的適用范圍是什么。本節(jié)思考題第三節(jié)化學(xué)吸收當(dāng)前72頁(yè)，總共92頁(yè)。一、吸收設(shè)備工藝簡(jiǎn)述二、填料塔吸收過(guò)程的物料衡算與操作線方程三、吸收劑用量的計(jì)算四、填料層高度的基本計(jì)算本節(jié)的主要內(nèi)容第四節(jié)吸收設(shè)備的主要工藝計(jì)算

當(dāng)前73頁(yè)，總共92頁(yè)。低濃度氣體吸收為對(duì)象。板式塔：氣液兩相在塔內(nèi)逐級(jí)接觸填料塔：氣液兩相在塔內(nèi)連續(xù)接觸

一、吸收設(shè)備工藝簡(jiǎn)述第四節(jié)吸收設(shè)備的主要工藝計(jì)算

當(dāng)前74頁(yè)，總共92頁(yè)。第四節(jié)吸收設(shè)備的主要工藝計(jì)算

當(dāng)前75頁(yè)，總共92頁(yè)。填料塔:規(guī)整填料塑料絲網(wǎng)波紋填料

散裝填料塑料鮑爾環(huán)填料逆流吸收當(dāng)前76頁(yè)，總共92頁(yè)。二、填料塔吸收過(guò)程的物料衡算與操作線方程假定：氣液兩相摩爾流量恒定等溫吸收（一）全塔物料衡算

qnGL（溶劑）Y2X2G氣體LY1X1YXY+dYX+dXdhqnLmn第四節(jié)吸收設(shè)備的主要工藝計(jì)算

塔底塔頂當(dāng)前77頁(yè)，總共92頁(yè)。對(duì)全塔作溶質(zhì)A的物料衡算：qnG—通過(guò)吸收塔的惰性氣體摩爾流量，kmol/sqnL—通過(guò)吸收塔的溶劑摩爾流量，kmol/s由上式可以計(jì)算出口處尾氣中的溶質(zhì)組成Y2。低濃度氣體吸收，流經(jīng)全塔的混合氣體流率和液體流率變化不大，因此可以混合氣體/液體流率代替惰性氣體/液體溶劑流率,并用摩爾分?jǐn)?shù)y、x代替摩爾比Y、X。

第四節(jié)吸收設(shè)備的主要工藝計(jì)算

（8.4.1）當(dāng)前78頁(yè)，總共92頁(yè)。在吸收塔的任一個(gè)橫截面，氣液兩相逆向接觸流動(dòng)，都可以跟塔底截面或塔頂截面作溶質(zhì)的物料衡算：或（二）操作線方程式與操作線X2X*X1XY1Y*Y2操作線(qnL/qnG)平衡線AB第四節(jié)吸收設(shè)備的主要工藝計(jì)算

（8.4.3）（8.4.4）塔頂塔底塔內(nèi)任一截面上的氣液組成與操作點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)操作點(diǎn)到平衡線的距離代表推動(dòng)力；操作線與平衡線相距越遠(yuǎn)推動(dòng)力越大。當(dāng)前79頁(yè)，總共92頁(yè)。三、吸收劑用量的計(jì)算吸收劑用量的變化會(huì)引起操作線相應(yīng)的變化

X2X*X1XY1Y*Y2操作線(qnL/qnG)平衡線(qnL/qnG)min(qnL/qnG)maxABCB1D吸收劑用量增加吸收劑用量無(wú)窮大最小吸收劑用量。吸收液中溶質(zhì)濃度達(dá)最大。傳質(zhì)面積無(wú)窮大第四節(jié)吸收設(shè)備的主要工藝計(jì)算

塔頂塔底當(dāng)前80頁(yè)，總共92頁(yè)。根據(jù)全塔的物料衡算，吸收劑用量為：最小吸收劑用量條件下，塔底截面氣液兩相平衡,由亨利定律，得：

最小吸收劑用量為：

實(shí)際吸收劑用量>qnLmin

吸收劑用量吸收塔高度第四節(jié)吸收設(shè)備的主要工藝計(jì)算

（8.4.5）（8.4.6）（8.4.7）當(dāng)前81頁(yè)，總共92頁(yè)。四、填料層高度的基本計(jì)算涉及到吸收過(guò)程的物料衡算、傳質(zhì)速率方程和相平衡關(guān)系。（一）填料層高度的計(jì)算式

1.基本計(jì)算式

YXdh對(duì)微元填料層作溶質(zhì)A的物料衡算：微元填料層內(nèi)的傳質(zhì)速率方程：

dqn—經(jīng)過(guò)微元填料層傳遞的溶質(zhì)A的量，kmol/s—塔的橫截面積，m2

a—填料層的有效傳質(zhì)比表面積，m2/m3

第四節(jié)吸收設(shè)備的主要工藝計(jì)算

當(dāng)前82頁(yè)，總共92頁(yè)。將微元填料層物料衡算方程和傳質(zhì)速率方程聯(lián)立：穩(wěn)態(tài)低濃度吸收：

單位傳質(zhì)推動(dòng)力下，單位時(shí)間單位體積填料層內(nèi)傳遞的溶質(zhì)的量，可實(shí)驗(yàn)測(cè)定。

第四節(jié)吸收設(shè)備的主要工藝計(jì)算

體積傳質(zhì)系數(shù)當(dāng)前83頁(yè)，總共92頁(yè)。令：……氣相總傳質(zhì)單元數(shù)

……總傳質(zhì)單元高度，m2.傳質(zhì)單元高度和傳質(zhì)單元數(shù)第四節(jié)吸收設(shè)備的主要工藝計(jì)算

（8.4.1