发布时间 : 星期日 文章中国农大食品工程原理 第7章(15) 吸收与蒸馏更新完毕开始阅读6c9c0205a5e9856a561260c0
2．1 概述 吸收：使气体混合物与适当液体接触，利用混合物中各组分的溶解度不同而将其分离的操作。
吸收操作的传质方向：由气相→液相。
分离的依据：混合气体中各组分溶解性不同。 解（脱）吸：吸收操作的逆过程。 几个名词：
吸收剂(或溶剂)L：吸收操作所用的液体； 溶质（吸收质）A：溶解在液体中的组分； 惰性气体（载体）V：不溶于液体中的组分。
2．2 汽液相平衡
2．2．1 气体在液体中的溶解度
在恒定温度和压强下，使气体和液体相接触达平衡时气体在液体中的饱和浓度。 平衡分压P*：平衡时溶质在汽相中的分压。 溶解度与平衡分压p*之间的关系如图7-7。 一般，溶解度C=f（溶质，溶剂，T，P*） T↑，C↓；P*↑，C↑。
加压和降温可以提高气体的溶解度，故加压和降温有利于吸收操作；反之，升温和减压则有利于解吸过程。 2．2．2 亨利定律
当总压不高(一般约小于500 kPa)时，在一定温度下，稀溶液上方汽相中溶质的平衡分压
与液相中溶质的摩尔分数成正比，即
PA*=Ex
式中：PA*-溶质A在汽相中的平衡分压，kPa；x-液相中溶质的摩尔分数；
E-亨利系数，kPa。
上式称为亨利定律。 E=f（T），T↑，E↑。
易溶气体的E值小，难溶气体的E值大。常见气体的E值见表7-5。 亨利定律的其它几种表达形式： ① PA*=CA/ H
式中：CA-液相中溶质的浓度，kmol／m3；
H-溶解度系数，kmol／(m3〃kPa)。 ② yA*＝mxA
式中：yA*-溶质A在汽相中的平衡摩尔分率；
m-相平衡常数。 ③ 以摩尔比表示（适用于稀溶液）：
YA*=mXA
式中：XA-溶液中溶质的比摩尔分率；
YA*-溶质在汽相中的平衡比摩尔分率。 亨利定律各系数之间的关系 ≧ PA*=ExA=P yA*
yA*=（E/P）xA=mxA
? m=E/P
另外，对稀溶液，有：
H E=ρs/Ms
式中：ρs-溶剂的密度，kg/m3；
Ms-溶剂的相对分子质量，kg/kmol。
［例7-3］ 总压为101.3 kPa、温度为20℃时，1000 kg水中溶解15 kg NH3，此时溶液上方汽相中NH3的平衡分压为2.266 kPa。试求溶解度系数H、亨利系数E、相平衡常数m。若总压增倍，维持溶液上方汽相摩尔分率不变，则问此时NH3的溶解度及各系数的值。 解：本题中，A—NH3，S—H2O。
首先将汽、液相组成换算为y与x。 MA=17，MS=18
xnA15/17A?n?17?1000/18?0.01563A?nB15/ 由亨利定律得：
E=P*A/xA=2.266/0.01563=145.0kPa ? m=E/P=145/101.3=1.431
H??s/Ms?1000/18E145?0.3831kmol/(m3.kPa)
若总压增倍，维持溶液上方汽相摩尔分率不变，则E不变，H也不变。
m2(E/P)2E2Pm?E/P)?11(1E1P2
?mP112?m1??1.431?2?0.716
P2CA=HP*
A=0.3831×2×2.266=1.736kmol/m3
仍取溶液的密度为1000kg/m3,则1m3溶液质量为1000kg。
A=1.736×17=29.51kg ?NH3的溶解度为:
1000
1000?29.5?29.5?30.4kgNH3/1000kgH2O
2.3 总传质速率方程
以下讨论在 “双膜理论”基础上的总传质速率。 前已推得:
气膜内传质速率 NA=kG(PA-PAi) 液膜内传质速率NA=kL(CAi-CA)
注:以后为方便起见,压强或浓度的下脚标A将略去;总压或总浓度将添加下脚标T。
略去下标A后，有：
NA=kG(P-Pi) （1） NA=kL(Ci-C) （2） 将 P=PTy，C=CTx 代入可得：
NA=kG(P-Pi)=kGPT（y-yi）
或 NA=ky（y-yi） （3）
NA=kL(Ci-C)=kLCT（xi-x）
或 NA=kx（xi-x） （4）
式中：y，x-溶质的汽相与液相主体浓度，以摩尔分率表示； yi，xi-界面上汽、液相的溶质浓度，以摩尔分率表示。 显然，ky=PTkG kx=CTkL
对稳定吸收体系，各步传质速率相等，即： NA=ky（y-yi）=kx（xi-x） 将亨利定律 y=mx 代入，得：
NA=kym（x*-xi）=kx（xi-x） （5） 及NA=ky（y-yi）=（kx/m）（yi-y*） （6） 由（5）式得：
x?xixi?xNA???Kx(x*?x)11 （7） mkykx111?? 显然，Kmkykxx同理可得：
（8）
*NA??Ky(y?y*) （9）
11m?? （10） Kykykx对于易溶气体，kx>>ky，故Ky=ky，即易溶气体为气膜（阻力）所控制； 对于难溶气体，kx< 总传质速率方程的其它几种表示方式： NA=KG(P-P*) NA=KL(C*-C) NA=KY(Y-Y*) NA=KX(X*-X) 几个总传质系数的关系： Kx=KX =mKy=CTKL KG=HKL Ky=KY=PTKG ［例7-5］ 含氨极少的空气于101.33 kPa，20℃被水吸收。已知气膜传质系数 -62 kG=3.15×10 kmol/(m〃s〃kPa)，液膜传质系数kL=1.81×10-4 （m/s），溶解度 3 系数H=1.5 kmol／(m〃kPa)。汽液平衡关系服从亨利定律。 求：①汽相总传质系数KG，KY；液相总传质系数KL，KX； ②气膜与液膜阻力的相对大小； ③若汽相主体氨浓度的摩尔分率为0.03，液相主体浓度为0.5 kmol/m3，求界面浓度。 解：(1)因为物系的汽液平衡关系服从亨利定律，故 11111?????6?4KGkGHkL3.15?101.5?1.81?10?KG?3.11?10kmol/(m.s.kPa) KY=PTKG=101.33×3.11×10-6 =3.15×10-4 kmol/(m2.s) KL=KG/H=3.11×10-6/1.5=2.07×10-6 m/s KX=CTKL=(1000/18) ×2.07×10-6 =1.15×10-4 kmol/(m2.s) (2)气膜阻力占总阻力的% ?62 1/kGKG3.11?10?6???100%?98.7% ?6 1/KGkG3.15?10计算结果表明,该吸收过程属气膜控制。 (3)对稳定吸收过程，由传质速率方程得： NA=kG(P-Pi)=kL(Ci-C) P=PTy=101.3×0.03=3.04 kPa ?3.13×10-6(3.04-Pi)=1.81×10-4(Ci-0.5) (a) 在界面处汽液相接触处于平衡状态，则 Ci=HPi=1.5Pi (b) (a),(b)联立,解得: Pi=0.364 kPa, Ci=0.547 kmol/m3。 3 吸收塔的计算