第二炮兵工程学院《环境工程学》教案 当吸收过程为气膜控制时,应增大气相湍动程度;当吸收为液膜控制时,应 增加液相湍流程度,均可增加传质速率。通常,使气体处于分散相,如采用孔板 的板式塔,则液体流动减小液膜阻力,适用于难溶气体吸收的液膜控制过程;而 使液体成为分散相,如喷淋塔将液体髙度雾化喷入气相,则液滴周围流动气体的 扩散阻力较小,更适合于易溶气体吸收的气膜控制过程 (三)化学吸收 1.化学平衡与相平衡 化学吸收是指溶质被吸收时,选择溶剂中某些活性组分进行明显的化学反 应,如用碱溶液吸收CO2、SO、HS或用各种酸溶液吸收№等。化学吸收过程既 服从上述的气、液相平衡关系,同时也服从化学平衡关系。它的吸收速率除了与 物理吸收过程中被吸收组分在气膜和液膜中的扩散速率有关外,还与化学反应速 率有关 由于化学吸收中的溶质A在溶剂中与活性组分发生化学反应,减少了溶剂中 纯溶质浓度c,增大了液相的传质动力(c-c),使得吸收速率增大。尤其对于 溶剂处于停滞状态的液膜控制物理吸收过程,其传质表面基本无效,但对化学吸 收可能仍然有效,相当于增加了传质表面,有利于吸收过程。同时,气液两相界 面上溶质A的平衡分压P大为下降,相应增大了气相的传质动力(P-P),从 而提高了吸收速率。这些结论可从物质的化学平衡与溶解平衡中得到 设被气体溶质组分A与液相溶剂中B发生化学反应,生成物质M和N,对于 理想溶液有: A+bB=mM+nN 化学平衡常数为: K 式中,c,a,a,c和m,n,a,b分别为组分M,N,A,B的浓度和计量 系数。由上式可确定组分A未发生反应部分的浓度c1=(ec/Kc),并由亨利 定律得到组分A在气相中的平衡分压 P=C/H=(CMC/KcB)/HA (7-10) 由于气体组分A的一部分在溶剂中生成了化学反应产物,显然溶剂中游离A 的浓度较物理吸收时低。因而在H相同时,液面上气体组分A的平衡压力低于单 纯的物理吸收过程。或者说当气相分压相同时,化学吸收使组分A的溶解度增大 即化学反应提高了吸收率。常见的有以下三种化学平衡: (1)溶质与溶剂相互作用。液相中的溶质A与溶剂B相互作用生成溶剂化 产物M,即A+B=M,如NH-H0体系中生成NHOH,则M的浓度为A在溶液中 的总浓度与未溶剂化的A的浓度之差,即c=a:-C,得到化学平衡常数: K=CM/CCB=(C-C/CCE (7-11) 第4页第 4 页 当吸收过程为气膜控制时，应增大气相湍动程度；当吸收为液膜控制时，应 增加液相湍流程度，均可增加传质速率。通常，使气体处于分散相，如采用孔板 的板式塔，则液体流动减小液膜阻力，适用于难溶气体吸收的液膜控制过程；而 使液体成为分散相，如喷淋塔将液体高度雾化喷入气相，则液滴周围流动气体的 扩散阻力较小，更适合于易溶气体吸收的气膜控制过程。 （三）化学吸收 1．化学平衡与相平衡 化学吸收是指溶质被吸收时，选择溶剂中某些活性组分进行明显的化学反 应，如用碱溶液吸收 CO2、SO2、H2S 或用各种酸溶液吸收 NH3等。化学吸收过程既 服从上述的气、液相平衡关系，同时也服从化学平衡关系。它的吸收速率除了与 物理吸收过程中被吸收组分在气膜和液膜中的扩散速率有关外，还与化学反应速 率有关。 由于化学吸收中的溶质 A 在溶剂中与活性组分发生化学反应，减少了溶剂中 纯溶质浓度 cA，增大了液相的传质动力 ( ) * A A c c − ，使得吸收速率增大。尤其对于 溶剂处于停滞状态的液膜控制物理吸收过程，其传质表面基本无效，但对化学吸 收可能仍然有效，相当于增加了传质表面，有利于吸收过程。同时，气液两相界 面上溶质 A 的平衡分压 * A p 大为下降，相应增大了气相的传质动力 ( ) * A A p p − ，从 而提高了吸收速率。这些结论可从物质的化学平衡与溶解平衡中得到。 设被气体溶质组分 A 与液相溶剂中 B 发生化学反应，生成物质 M 和 N，对于 理想溶液有： aA bB mM nN + + (7－8) 化学平衡常数为： / m n a b K c c c c = M N A B (7－9) 式中，cM，cN，cA，cB和 m，n，a，b 分别为组分 M，N，A，B 的浓度和计量 系数。由上式可确定组分 A 未发生反应部分的浓度 1/ ( / ) m n b a A M N B c c c Kc = ，并由亨利 定律得到组分 A 在气相中的平衡分压： * 1/ / ( / ) / m n b a A A M N B A p c H c c Kc H = = (7－10) 由于气体组分 A 的一部分在溶剂中生成了化学反应产物，显然溶剂中游离 A 的浓度较物理吸收时低。因而在 H 相同时，液面上气体组分 A 的平衡压力低于单 纯的物理吸收过程。或者说当气相分压相同时，化学吸收使组分 A 的溶解度增大， 即化学反应提高了吸收率。常见的有以下三种化学平衡： （1）溶质与溶剂相互作用。液相中的溶质 A 与溶剂 B 相互作用生成溶剂化 产物 M，即 A B M + ，如 NH3-H2O 体系中生成 NH40H，则 M 的浓度为 A 在溶液中 的总浓度与未溶剂化的 A 的浓度之差，即 cM＝cA,t－cA，得到化学平衡常数： , / ( ) / K c c c c c c c = = − M A B A t A A B (7－11)