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1、化工原理(下),三传：动量传递（上册）、热量传递（上册）、质量传递（下册）传质过程的共同点（本质）是分离操作。分离：非均相：通过机械方法上册:沉降、过滤均相：通过物理、化学或物理化学的方法。均相物系的分离条件？,化工原理(下),均相物系的分离条件？首先，必须造成两相系统（气、液两相）利用其物性的差异（吸收:溶解度；蒸馏:挥发度）实现相际传质：使某个组分或某些组分从一相向另一相转移，以达到分离的目的过程推动力：浓度差（传热：温度差）过程极限：两相达到动态平衡（传热：温度一致）,化工原理(下),下册主要学习章节：气体吸收 液体蒸馏液液萃取 固体干燥（气液传质设备，热质同时传递过程等）,第一节 概述
2、,一、什么是吸收？,吸收是化工生产中用来分离混合气体的一种重要单元操作。,原理：外界加入液相,人为地造成一个两相系统,利用各组分溶解度的差异,将气体混合物进行分离的操作.,第八章 气体吸收,二、吸收的目的：,1、回收或捕捉气体混合物中的有用物质 制取产品,2、除害（环保角度）,除去工艺气体中的有害成分，净化气体,防止污染。,吸收操作中所用的溶剂称为吸收剂（或溶剂），用S表示；能溶解的组分称为溶质气体或吸收质，以A表示，不被吸收的组分称为惰性气体，以B表示。吸收操作所得到的溶液称为吸收液（成分为S和溶质A），排出的气体称为吸收尾气(主要成分为惰性气体B，还含有残余的溶质A)。,煤气生产中的苯回收
3、流程,吸收,解吸,吸收操作的逆过程（即含溶质气体的液体，受到另一汽（气）相的作用使溶质与溶剂分离的过程）称为解吸。吸收和解吸常是一对相伴的操作，吸收用以提取所需的物质，而解吸用以分离所需的物质与吸收剂，并使吸收剂再生而重复使用。,由上例可知：采用吸收操作实现气体混合物的分离必须解决下列问题,（1）选择合适的溶剂，使能选择性地溶解某个（或某些）被分离组分；（2）提供适当的传质设备以实现气液两相的接触，使被分离组分得以自气相转移至液相；（3）溶剂的再生，即脱除溶解于其中的被分离组分以循环使用。,三、溶剂选择原则,根据物理化学中有关相平衡的知识，评价溶剂优劣的主要依据应包括：,（1）对混合气体中被分
4、离组分具有较大的溶解度； (2) 对混合气体中其它组分溶解度要小，具有较高的选择性；（3）溶质在溶剂中的溶解度对温度变化比较敏感；（4）溶剂的蒸气压要低 ，以减少吸收和再生过程中溶剂的挥发损失；（5）溶剂应具有较好的化学稳定性；（6）溶剂具有较低的粘度，不易产生泡沫。（7）价格低廉、易得、无毒、不易燃烧。,三大对A和B的溶解度差异要大对A的溶解度要大对A的溶解度在条件改变时变化要大三小挥发性小粘度小腐蚀小技术经济性,四、吸收设备：,吸收塔,填料塔板式塔,级式接触,微分接触,板式吸收塔：气体与液体逐级逆流接触,填料吸收塔：湿壁塔、降膜塔，液体呈膜状流下，通常在塔内充填有瓷环之类的填料。,在此类设
5、备中，气体或液体中可溶组分的浓度随塔板高度的变化而呈阶梯式的变化。,在此类设备中，气体或液体中可溶组分的浓度随设备高度的变化而呈连续式变化。,这两种设备由于吸收过程浓度变化方式不同，采用的是完全不同的计算方法，需要注意加以区分。,五、解吸,解吸是使溶质从溶液中脱除的过程。是吸收的逆过程。其目的为： （1）溶剂再生；（2）得到溶质。 吸收和解吸构成了一个完整的流程。,常用的解吸方法：,升温减压吹气,最为常见,六、吸收的分类 吸收过程有许多分类方法：,物理吸收、化学吸收,单组分吸收、多组分吸收,等温吸收、非等温吸收主要讨论单组份、低浓度、等温、连续的物理吸收过程。,低浓度吸收、高浓度吸收,七、吸收
6、操作的经济性,（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，即解吸费用,再生费用所占比例最大。,吸收溶质之后的溶液恰好是工艺过程的产品，因为不再需要溶剂的再生，这种吸收过程最经济。,第二节 气液相平衡,一、组成浓度的表示方法1.摩尔分率x2.摩尔浓度C 单位体积中所含的物质摩尔数kmol/m3,二、气体在液体中的溶解度,1.溶解度气体在液相中的饱和浓度 表明一定条件下吸收过程可能达到的极限程度。,当吸收速率=解吸速率，气液两相达到相平衡，此时，溶质在溶液中的浓度用平衡浓度（xe、Ce）来表示；溶质在气相中的浓度用平衡分压（pe）来表示。例如：20，
7、pNH3=20kPa时 1000gH2O中溶解170gNH3此时，pNH3,(20kPa)-平衡分压 170g/1000g(H2O)-平衡浓度,2.溶解度与T、P及分压的关系,当：P总 0.5 MPa时，可以为溶解度与总压P无关，只取决于分压。,T溶解度 p 溶解度,低温高压有利于吸收，高温低压有利于解吸。,同一溶剂中,不同气体的溶解度有很大差异. 20， pi=20kPa时 氨: 170gNH3/1000g(H2O) 易溶气体 二氧化硫: 25gSO2/1000g(H2O) 居中 氧: 0.009gO2/1000g(H2O) 难溶气体,三、亨利定律,1、表示方法,体系：一定温度；混合气体总压
8、不高（P0.5MPa，气相可视作理想气体 ）,稀溶液（可视作理想溶液 ）。, 对于特定的物系，在特定的条件下，存在着确定的E、H、m，也就是说，气相浓度和液相浓度的比例是确定的。例如：10时氧在水中有如下关系： pe = 3.27104x(atm)。,三种形式的亨利定律,左：根据液相组成计算与之平衡的气相组成 液体 平衡气相右：根据气相组成计算与之平衡的液相组成 气体 平衡液相,2、亨利定律各系数间的关系：,亨利系数E=f(t,x) 对稀溶液，E=f(t) t E 、H 、 m 溶解度 m相平衡常数，无因次，m 溶解度 易溶气体H小，难溶气体H大。当Ppe = E x ( or x xe )时
9、，过程为吸收过程。,当p xe )时，过程为解吸过程。,2、过程的推动力浓度差的计算：,以气相分压差表示的吸收过程的推动力：,p = p - pe,以液相浓度差表示的吸收过程的推动力：,x = xe - x,( y = y ye ),( c = ce c ),实质上，吸收还是解吸主要取决于溶质在气相中的分压与其液相的平衡分压间的关系而定。,平衡是过程的极限，只有不平衡的两相互相接触才会发生气体的吸收或解吸。因此，实际浓度偏离平衡浓度越远，过程推动力越大，过程的速率也越快。在吸收的过程中我们经常：,具体分析方向、推动力,3、确定过程的极限：,吸收塔,混合气体, p1,p2,min,液, x2,出
10、塔气体浓度最低值：p2,min,离塔液体浓度最高值：x1,max,P2,min =E x2,x1,max,实际生产中：,p2 p2,min x1 x1,max,受相平衡关系的限制,用煤油从苯空气混合气体中吸收苯，入塔气体中含苯2%（体积），吸收后浓度降为0.01%（体积），入塔煤油中含苯0.02%（摩尔分数）。操作温度为50，压力为200 kN/m2，操作条件下相平衡关系为 pe = 80x kN/m2。 求 ：（1）塔顶处气相推动力；（2）若改善操作条件，提高吸收率，则出口液体浓度极限是多少？,例3：,吸收塔,混合气体, p1,气, p2,液, x2,液, x1,含溶质A 且摩尔分率为x=0
11、.2的溶液与压力为 2atm, y=0.15的气体等温接触,平衡关系为：pe=1.2x，则此时将发生 过程。用气相组成和液相组成表示的总传质推动力分别为y= ，x= （摩尔分率）。如系统温度略有增高，则y将 。如系统总压略有增高，则x将 。,解： m= E/P =1.2/2=0.6 ye=mx =0.60.2=0.12 y-ye=0.15-0.12=0.03 xe=p/E=0.15/0.6=0.25 xe-x=0.25-0.2=0.05 若 t，m ，ye ，y ;若 P，m，xe，x 故：吸收；0.03，0.05，减少,增加,(1)E=188.1MPa -0.21% (3)查E, Cmin=44.16mg/m3水 Cmin=17.51mg/m3水 (4)分别查E 1.0910-5 5.7610-3 4.710-6 3.6810-3 (5） 1.33 2.67,
