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化工原理课件:第五章气体吸收.ppt


吸收过程: y y*或x* >x或 cA* cA
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y
y y*
A
P
··B
y* y
·C
x
x
(二)指明过程进行的极限
过程极限:相平衡。
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(1)逆流吸收,塔高无限, V,y2
L
y2,min
y
* 2
mx2
L,x2
(2)逆流吸收,塔高无限,
L x1,max
y1 m
(三)确定过程的推动力
V,y1
溶质的溶解度x随之增加,有利于吸收 。
(2)温度、y一定,总压增加,在同一溶剂中,
溶质的溶解度x随之增加,有利于吸收 。 (3)相同的总压及摩尔分率,
cO2 < cCO2 < cSO2 < cNH3
氧气等为难溶气体,氨气等为易溶气体
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二、亨利定律
(一)亨利定律
总压不高时,在一定温度下,稀溶液上方 气相中溶质的平衡分压与溶质在液相中的摩尔 分率成正比,其比例系数为亨利系数。
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平衡分压:平衡时气相中溶质的分压。 平衡状态的因素
F=C-+2=3-2+2=3
当压力不太高、温度一定时
p* A
=f1(
x

y*=f2(x)
p* A
=f3(
cA

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氨在水中的溶解度
11
20℃下SO2在水中的溶解度
12
几种气体在水中的溶解度曲线
13
讨论:
(1)总压、y一定,温度下降,在同一溶剂中,
dz
DAB——组分A在B组分中的扩散系数,m2/s。
负号:表示扩散方向与浓度梯度方向相反,扩散沿 着浓度降低的方向进行
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理想气体:
cA
pA RT
dcA dz
1
= RT
dpA dz
JA
DAB RT
dpA dz
分子扩散两种形式:等摩尔逆向扩散,组分A通过 静止组分B的扩散。
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二、等摩尔逆向扩散
TP
第五章 气体吸收 第一节 概述 第二节 气液相平衡 第三节 吸收过程的传质速率 第四节 吸收塔的计算 第五节 填料塔
1
第一节 概述
一、吸收操作的应用 二、吸收过程与设备 三、吸收过程分类 四、吸收剂的选择
2
一、气体操作的应用
(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。 吸收的依据 混合物各组分在某种溶剂中溶解度的差异。
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吸收过程: (1)A由气相主体到相界面,气相内传递; (2)A在相界面上溶解,溶解过程; (3)A自相界面到液相主体,液相内传递。 单相内传递方式:分子扩散;对流扩散 。
一、 分子扩散与菲克定律
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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。
L,x1
(1)吸收过程推动力的表达式 pA
p
* A
y
-
y*或x*
-x或c
* A
cA
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(2)在x~y图上
y

y*
x
P
x*
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第三节 吸收过程的传质速率 一、 分子扩散与菲克定律 二、 等摩尔逆向扩散 三、 组分A通过静止组分B的扩散 四、 分子扩散系数 五、 单相内对流传质 六、 两相间的双模理论 七、 总传质速率方程
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第二节 气液相平衡
一、 平衡溶解度 二、 亨利定律 三、 气液相平衡关系在吸收中的应用
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一、平衡溶解度
平衡状态:一定压力和温度,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,气 液两相达到平衡。
饱和浓度:平衡时溶质在液相中的浓度。
3
二、吸收过程与设备
4
脱苯煤气
洗油


含苯煤气

冷 却 器
吸收与解吸流程
苯 水 过热蒸汽
5
三、吸收过程的分类
(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
四、吸收剂的选择
(1)溶解度大;
6
(2)选择性高; (3)再生容易; (4)挥发性小; (5)粘度低; (6)化学稳定性高; (7)腐蚀性低; (8)无毒、无害、价廉等。 选择原则:经济、合理。
扩散速率:单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截 面积扩散的物质量,J表示, kmol/(m2·s)。
菲克定律:温度、总压一定,组分A在扩散方向上任一 点处的扩散通量与该处A的浓度梯度成正比。
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JA
DAB
dcA dz
JA——组分A扩散速率(扩散通量), kmol/(m2·s); dcA —组分A在扩散方向z上的浓度梯度(kmol/m3)/m;
内通过单位面积的物质量,记作N, kmol/(m2·s) 。
气相:
NA= J A
D RT
dpA dz
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液相:
D NA RTz ( pA1 pA2 )
NA=
JA
DAB
dcA dz
NA
D z
(cA1
cA2
)
讨论
1) NA pA1 pA2
33
2)组分的浓度与扩散距离z成直线关系。
TP
pA1
JA
pA2
pB1 1
2 pB2
JB
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等摩尔逆向扩散:任一截面处两个组分的扩散速率 大小相等,方向相反。
总压一定
JA
DAB RT
dpA dz
J
B
D BA
RT
dp B dz
p pA pB
dpA = dpB
dz
dz
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JA=-JB
DAB=DBA=D 等分子反向扩散传质速率方程
传质速率定义:任一固定的空间位置上, 单位时间
p
* A
Ex
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p
* A
——溶质在气相中的平衡分压,kPa;
x——溶质在液相中的摩尔分率;
E——亨利常数,单位同压强单位。
讨论: 1)E的影响因素:溶质、溶剂、T
物系一定,T E 2)E大的,溶解度小,难溶气体
E小的,溶解度大,易溶气体
3)E的来源:实验测得;查手册
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(二)亨利定律其它形式
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m与E的关系 :
p
* A
py*
y* p Ex
m E p
m的讨论:1)m大,溶解度小,难溶气体
2)T m
p m
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3)Y * mX
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三、 相平衡关系在吸收中的应用
(一)判断过程进行的方向
pA
p
* A
A由气相向液相传质,吸收过程
pA pA*
平衡状态
pA pA* A由液相向气相传质,解吸过程
1)p
* A
cA H
H——溶解度系数, kmol/(m3·kPa)
cA— H
c c
c H
x
E c H
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c
S
M L MS (1 x) M A x MS
E S
HM S
H的讨论:1)H大,溶解度大,易溶气体 2)P对H影响小,
T H
2)y* mx m——相平衡常数,无因次。
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