第8章 气体吸收-5

化工原理（下）-陈敏恒版-第8章 气体吸收 思维导图，内容有气液相平衡、扩散和单向传质、相际传质、低浓度气体吸收、高浓度气体吸收和化学吸收（自学）。

第8章 气体吸收

• 概述
  • 化工气体分离的目的
    • 回收有用成分
    • 净化气体
    • 一般同时兼顾
  • 工业吸收过程
    • 吸收
      • 含杂质气体从吸收塔底部进入，吸收剂溶液从塔顶淋下，两者逆流接触进行吸收。
    • 解吸
      • 将溶质从溶剂中分离，与吸收是相反的过程。（解吸是溶剂再生的一种方法）
    • 溶剂再生
      • 溶剂在吸收后含有吸收质，将其脱出吸收质，使吸收剂能够再次循环使用的过程。
  • 吸收操作的经济性（操作费）
    • 1.气、液两相流经吸收设备的能量消耗
    • 2.溶剂的挥发损失和变质损失
    • 3.溶剂的再生费用（如解吸操作费）
  • 吸收过程中气、液两相的接触方式
    • 级式接触
    • 微分接触
• 气液相平衡
  • 平衡溶解度
    • 溶解度曲线
      • 气液两相处于平衡时，溶质在液相中的浓度，溶解度与温度、溶质在气相中的分压有关。
      • 对于大多数物质，温度升高，气体的溶解度降低。同一p下，在液相中的摩尔分数x越大，表明其溶解度越高。当温度相同，分压直接决定溶解度。
    • 亨利定律
      • 适用于低浓度气体吸收时相平衡，可近似用亨利定律表示，即
      • 式中，比例系数E、H、m为以不同单位表示的亨利常数，m又称为相平衡常数。H又称溶解度系数，这些常数的数值越小，表明可溶组分的溶解度越大。
        • 三个比例常数之间的关系为：式中p总为总压;Cm为混合液的总浓度;ρs为溶剂的密度。
  • 相平衡与吸收过程的关系
    • • 实际气相浓度y,平衡气相浓度ye 实际液相浓度x,平衡液相浓度xe 
• 扩散和单向传质
  • 吸收过程
    • 溶质吸收过程步骤:从气相主体移至相界面→发生溶解进入液相→进入液相主体。
    • 吸收过程机理
      • ①分子扩散
      • ②对流传质
  • 双组分混合物中的分子扩散
    • 费克定律
      • 【注意】①费克定律适用于恒温恒压，无主体流动，仅依靠浓度差的分子一维扩散过程。②在同一物系中，组分B的扩散流JB=-JA。
    • 分子扩散
      • 
      • ①等分子反向扩散
        • 界面上B组分的浓度保持定态，如图8-1-2所示，通过图中截面PQ的净物质量为零。
      • ②主体流动
        • 在吸收过程中，界面处气体总压降低，促使混合气体由主体向界面流动。
    • 分子扩散的速率方程
      • 组分A因分子扩散速率方程
    • 分子扩散速率的积分式
      • ①等分子反向扩散
      • ②单向扩散
    • 扩散系数
      • 扩散系数与温度、压力、物质及其组成有关。
      • ①组分在气体中的扩散系数
      • ②组分在液体中的扩散系数
        • • 液体中的扩散系数远小于气体中的扩散系数。在稀溶液中的扩散系数可按左式估计，式中VA为组分A在常沸点下的摩尔体积;α为溶剂的缔合因子。
  • 对流传质
    • 对流对传质的贡献
      • 流体的流动使得界面浓度梯度(dcA/dz)w变大，加快了相内的物质传递。不同流动状态下的浓度梯度如图8-1-3所示。
        • 
    • 对流传质速率
  • 对流传质理论
    • 有效膜理论（双膜理论)
      • 传质时，气液界面两侧各存在一层静止的气膜和液膜，膜内分子扩散，全部传质阻力集中于该两层静止膜中。
    • 溶质渗透理论
      • 液体在流动过程中每隔一定时间τ0,发生一次完全的混合，发生混合瞬间界面处浓度为平衡浓度，浓度最大，然后逐渐扩散至主体，浓度逐渐恢复均匀化。
    • 表面更新理论
      • 流体在流动过程中不断地有液体微团从主体进入界面而暴露于气相中，这种界面的不断更新使传质过程强化。
• 相际传质
• 低浓度气体吸收
  • 吸收过程的数学描述
    • 低浓度气体吸收的特点
      • ①气体流率G与液体流率L被认为是常量；②忽略溶解热，认为吸收过程等温，不用做热量衡算;③传质系数为常量。
    • 全塔物料衡算
    • 传质单元高度与传质单元数
  • 传质单元数的计算方法
    • 对数平均推动力法
      • 
      • 气相传质单元数（式中△ym为气相对数平均推动力）
      • 同样液相传质单元数
    • 吸收因数法
      • 相平衡关系服从亨利定律(过原点的直线)积分结果为
  • 吸收塔的设计型计算
    • (1)吸收塔的计算问题
      • ①全塔物料计算式G (y进–y出) =L (X出–X进）。
      • ②相平衡方程式ye = mx
      • ③吸收过程基本方程式
        • 吸收的最小液气比
          • 当液气比最小时，出口处气体与进口的液体成相平衡，此时所需的塔最高。
        • 一般实际液气比与最小液气比的关系
        • 解吸的最小气液比
    • (2）塔内返混的影响
      • 返混:吸收塔内少量流体自下游返回至上游，与正常流动方向相反的现象。返混会使传质推动力下降。
    • (3）吸收剂再循环
      • 吸收剂再循环:将部分吸收后的出塔液体与新鲜吸收剂相混，从进口流入再次进行吸收的过程。
      • 采用吸收剂再循环有利的情况:①吸收过程有显著放热;②吸收目的在于获得x较高的液相产物。
  • 吸收塔的操作型计算
    • 吸收计算操作的命题:
      • 已知H、G、L、x进、y进、m、Kya或Kxa，求x出和y出;
      • 已知H、G、y进、y出、x进、m、Kya或Kxa，求L和x出。
    • 一般吸收过程可调的三大要素:L、t、X进。可改变量:
      • 当L↑时y出↓;②吸收温度t↓时，m↓,△ym↑;③X进↓时△ym↑。
      • 【注意】一般可调节上述三个变量来强化传质过程，提高吸收效果。
  • 理论板数的计算
    • (1）塔板的物料衡算
      • 从塔顶至第n块板的塔段作物料衡算
    • (2）理论板和板效率
      • 理论板:指离开该板的气液两相达到相平衡的塔板。
      • 气相默弗里板效率定义如下,式中yn*为与离开第n板液相组成xn成平衡的气相组成。
    • （3）理论板数的计算
      • 理论板数
• 高浓度气体吸收和化学吸收（自学）
  • 高浓度气体吸收
    • 高浓度气体吸收的特点:①G、L沿塔高变化明显;②吸收过程为非等温;③传质分系数与浓度有关。
  • 化学吸收
    • 化学吸收是指在吸收过程中发生化学反应，使溶质溶于吸收剂。工业吸收操作多数是化学吸收。