化工原理 PPT 吸收

化工原理PPT吸收第一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日第一節(jié)概述第二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日

使混合氣體與選擇的某種液體相接觸時(shí),利用混合氣體中各組分在該液體中溶解度的差異,有選擇的使混合氣體中一種或幾種組分溶于此液體而形成溶液,其它未溶解的組分仍保留在氣相中,以達(dá)到從混合氣體中分離出某些組分的目的。

吸收塔混合氣體溶液尾氣吸收劑吸收定義第三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日依據(jù)：利用混合氣體中各組分在液體中溶解程度的差異,溶解程度大的被吸收,難溶的則被留下了。作用：（1）原料氣的凈化。（2）有用組分回收。（3）制備有用溶液。（4）廢氣治理。吸收的依據(jù)和目的第四頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日必須解決問題：1、選擇合適的吸收劑；2、提供合適的氣液傳質(zhì)設(shè)備；3、吸收劑的再生循環(huán)使用。吸收塔解吸塔工業(yè)吸收過程第五頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日從合成氨原料氣中回收CO2的流程第六頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日1、板式塔2、填料塔吸收設(shè)備中氣液兩相接觸方式第七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日吸收劑的選擇1溶解度溶解度越大，吸收速率越大,吸收劑用量越越少。2選擇性吸收劑要對(duì)溶質(zhì)組分有良好的吸收能力,對(duì)其它組分基本上不吸收,或吸收甚微,否則不能實(shí)現(xiàn)有效的分離。3揮發(fā)度揮發(fā)度越大,則溶劑損失量越大,分離后氣體中含溶劑量也越大。4粘度粘度越小,流動(dòng)性越好,吸收速率越大,泵的功耗越小,且傳質(zhì)阻力減小。5其它要求無毒,無腐蝕性,不易燃,不發(fā)泡,冰點(diǎn)底,價(jià)廉易得,具有化學(xué)穩(wěn)定性。

第八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日按是否有化學(xué)反應(yīng)分:物理吸收、化學(xué)吸收按有無明顯溫度變化分:等溫吸收、非等溫吸收按組分?jǐn)?shù)分:單組分吸收、多組分吸收按濃度分:低濃度氣體吸收、高濃度氣體吸收本章主要討論:低濃度單組分等溫的物理吸收。吸收操作的分類第九頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日相組成表示法

氣相組成表示——y，Y，p,P，C`M液相組成表示——x，X,，CA，CM1.摩爾濃度——單位體積混合物中所含溶質(zhì)的kmol數(shù)CA=

[

kmol/m-3][

kmol/m-3]

CM=

2.摩爾分?jǐn)?shù)xA=

(液相中)

yA=

(氣相中)3.比摩爾分?jǐn)?shù)(液相中)(氣相中)第十頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日第二節(jié)吸收相平衡關(guān)系

第十一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日氣體的溶解度

在一定溫度與壓力下，溶質(zhì)氣體最大限度溶解于溶劑中的量，即溶解度。氣體溶解示意圖第十二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日溶解度曲線——平衡曲線

若固定溫度、壓力不變，測(cè)得某動(dòng)平衡下，溶液上方氨的分壓為，此時(shí)溶于水的氨的濃度為，將這個(gè)點(diǎn)，標(biāo)繪在圖上，即得在一定溫度、壓力下的溶解度曲線。

第十三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日p*cA

(或xA)O2SO2NH3(30℃)(10℃)平衡溶解度由此圖可知，要得到一定濃度的溶液，易溶氣體所需分壓低，難溶氣體所需分壓高，即p*O2>p*SO2>p*NH3，溶解程度NH3>SO2>O2第十四頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日當(dāng)總壓不高時(shí),在一定溫度下,稀溶液上方氣體溶質(zhì)的平衡分壓與溶質(zhì)在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)成正比,這就是亨利定律。其表達(dá)式為:p*=ExE:亨利系數(shù),由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，單位與壓強(qiáng)單位一致。TE溶解度在同一溶劑中，難溶氣體的E值很大，易溶氣體的E值則很小。亨利定律第十五頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日亨利定律示意圖第十六頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日相平衡關(guān)系在吸收過程中的應(yīng)用pApA*PxAxA*pApA*xAxA*Q判別過程的方向第十七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日x=0.05y=0.1y*=0.94xy*=0.94×0.05=0.047>y吸收

x*=0.1/0.94=0.106>x吸收

x=0.1y=0.05y*=0.1×0.94=0.094>y解吸

x*=0.05/0.94=0.053<x解吸1.判斷過程進(jìn)行方向第十八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日2、計(jì)算過程推動(dòng)力吸收塔VY1LX1VY2LX2(X,Y)X*-XY-Y*(X`,Y`)XYXYY*X*Y`*X`Y`X`*Y`*-YX`-X`*第十九頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日3、判斷過程進(jìn)行極限吸收塔VY1LX1VY2LX2設(shè)塔足夠高：L減小，X1增大，X1max=X1*=Y1/m;L增大,Y2減小,Y2min=Y2*=mX2第二十頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日吸收機(jī)理（對(duì)比傳熱過程）1溶質(zhì)由氣相主體傳遞到相界面氣相一側(cè)（氣相內(nèi)物質(zhì)傳遞）2溶質(zhì)跨越相界面——溶解而進(jìn)入液相3溶質(zhì)由界面液相一側(cè)轉(zhuǎn)移到液相主體（液相內(nèi)物質(zhì)傳遞）第二十一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日分子擴(kuò)散：在一相內(nèi)部有濃度差的條件下，由于分子的無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)而造成的物質(zhì)傳遞現(xiàn)象。菲克定律

DAB:擴(kuò)散系數(shù),m2/s；dCA/dz:物質(zhì)A的濃度梯度,kmol/m4;JA:分子擴(kuò)散通量，kmol/(m2·

s)分子擴(kuò)散和菲克定律第二十二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日氣相中的穩(wěn)定分子擴(kuò)散1、等分子反向擴(kuò)散2、一組分通過另一停滯組分的擴(kuò)散第二十三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日液相中的穩(wěn)定分子擴(kuò)散液相中的擴(kuò)散速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于氣相中的擴(kuò)散速度，而且發(fā)生等分子反向擴(kuò)散的機(jī)會(huì)很少，一組分通過另一停滯組分的較多見。擴(kuò)散系數(shù)均由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。第二十四頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日1、渦流擴(kuò)散憑藉流體質(zhì)點(diǎn)的湍動(dòng)和旋渦來傳遞物質(zhì)的現(xiàn)象。2、對(duì)流傳質(zhì)發(fā)生在流動(dòng)著的流體與相界面之間的傳質(zhì)過程。在滯流內(nèi)層主要是分子擴(kuò)散。在過渡層既有分子擴(kuò)散,也有對(duì)流擴(kuò)散。在湍流主體中主要是對(duì)流擴(kuò)散,阻力很小,可以忽略,即認(rèn)為濃度一致。對(duì)流傳質(zhì)第二十五頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日兩相間傳質(zhì)的雙膜理論擴(kuò)散方向相界面氣膜液膜氣相主體液相主體ZGZLpAcApiciGL第二十六頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日雙膜理論基本論點(diǎn)：1.當(dāng)氣液兩相接觸時(shí)，兩相之間有一穩(wěn)定的相界面。在界面兩側(cè)各有一很薄的有效層流膜層，吸收質(zhì)以分子擴(kuò)散方式通過此兩膜層。2.在相界面上，氣液兩相成平衡。3.在膜層外的主體中，由于充分湍動(dòng)，溶質(zhì)的濃度基本上是均勻的。即兩相主體濃度中濃度梯度為零——換句話說，濃度梯度全部集中在兩膜層內(nèi)——膜層內(nèi)包括了吸收的全部阻力，膜外不存在阻力。第二十七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日第三節(jié)吸收塔的計(jì)算第二十八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日吸收塔分板式塔和填料塔,本章主要討論填料塔。主要計(jì)算任務(wù):（1）吸收劑用量的計(jì)算（2）塔底排除液濃度的計(jì)算（3）塔高度的計(jì)算（4）塔徑的計(jì)算第二十九頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日吸收塔的物料衡算和操作線方程1、物料衡算VY1+LX2=VY2+LX1或V(Y1-Y2)=L(X1-X2)Y2=Y1(1-A)2、吸收操作線吸收塔VY1LX1VY2LX2第三十頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日1、吸收劑用量的影響2、最小液氣比和液氣比吸收劑用量的選擇第三十一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日塔徑的計(jì)算

VS---操作條件下混合氣體的體積流量m3/su----空塔氣速,即按空塔截面積計(jì)算的混合氣體的線速度,塔底氣量最大,一般以塔底氣量計(jì)算第三十二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日填料層高度的計(jì)算1、基本計(jì)算式將兩式從塔頂至塔底積分，得：第三十三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日2、傳質(zhì)單元高度和傳質(zhì)單元數(shù)氣相總傳質(zhì)單元數(shù),無單位。它與氣相進(jìn)出口濃度及平衡關(guān)系有關(guān)。反映吸收過程進(jìn)行的難易程度，與吸收塔的結(jié)構(gòu)以及氣液流動(dòng)狀況無關(guān)。NoG值大,吸收進(jìn)行困難,為使Z減小,應(yīng)選高效填料使HoG小,或改吸收劑使Y-Y*增大,NoG減小.氣相總傳質(zhì)單元高度,單位m,與操作條件、設(shè)備形式有關(guān)。反映吸收設(shè)備效能高低。第三十四頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日3、傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算（1）解析法適用范圍：平衡關(guān)系為Y*=mX,符合亨利定律將相平衡關(guān)系、操作線方程代入傳質(zhì)單元數(shù)式，積分得到：稱為“脫吸因數(shù)”，無因次。第三十五頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日反映吸收率的高低對(duì)傳質(zhì)單元數(shù)的影響。當(dāng)Y1,X2一定,↑Y2=Y1(1-)↓,↑對(duì)于同一S,NoG↑S——反映吸收推動(dòng)力的大小。當(dāng)Y1，(Y2),X2,m一定,S=mVB/Ls↑,即Ls/VB↓,X1↑,Y-Y*↓,NoG↑,反之S↓,NoG↓。S大，對(duì)吸收不利，S小，則Ls大，操作費(fèi)用大，一般S=0.7～0.8之間。第三十六頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日（2）對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法適用范圍：平衡線為直線,或在吸收操作范圍內(nèi)近似為直線仿照傳熱過程，用平均推動(dòng)力代替全塔推動(dòng)力。第三十七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日（3）圖解積分法適用范圍：普遍適用于各種平衡關(guān)系步驟：i在X--Y作標(biāo)系中繪出平衡線,與操作線ii選點(diǎn),列表

iii作Y—1/（Y-Y*）圖iv求面積第三十八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日理論板的定義:氣液相接觸充分,傳質(zhì)良好,離開時(shí)達(dá)平衡狀態(tài)。1、圖解法求NT:在吸收操作線與平衡線之間畫梯級(jí)YX理論板數(shù)的計(jì)算第三十九頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日2、若交替使用相平衡方程與操作線方程，由塔頂至塔底計(jì)算，相平衡使用次數(shù)即理論板數(shù)。A≠1若A=1第四十頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日對(duì)比NOG與N:即NOG=N第四十一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日解吸塔的計(jì)算推動(dòng)力＝Y(jié)*-Y=X-X*全塔物料衡算：VB(Y1-Y2)=Ls(X1-X2)操作線方程：第四十二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日1、解吸氣體用量的計(jì)算一般LS,X1,Y2,X2一定，VB↓,LS/VB↑,Y1↑.Y2X2Y2X1Y1*第四十三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日2、解吸填料層高度的計(jì)算吸收因數(shù)法：平均推動(dòng)力法：圖解積分發(fā)：第四十四頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日第六節(jié)填料塔

第四十五頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日填料塔的結(jié)構(gòu)及填料的特性一、塔體金屬或陶瓷塔體一般均為圓柱形大型耐酸石或耐酸磚則以砌成放形或年多角形為便二、填料第四十六頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日對(duì)操作影響較大的填料特性有：1比表面積=s/v=m2/m3=單位體積填料層所具有的表面積傳質(zhì)面積2空隙率單位體積填料層所具有的空隙體積應(yīng)盡可能大,以提高氣液通過能力和減小氣液阻力3填料因子把有液體噴淋條件下實(shí)測(cè)的/2相應(yīng)數(shù)值稱濕填料因子,也稱填料因子,單位:l/m填料阻力發(fā)生液泛時(shí)的氣速亦即流體力學(xué)性能好4單位堆積體積的填料數(shù)目填料尺寸數(shù)目

氣流阻力填料造價(jià)填料尺寸塔壁處氣流易短路,為控制氣流不均勻,填料尺寸不應(yīng)大于（1/10----1/8）D第四十七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日填料的種類：1、實(shí)體填料第四十八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日2、網(wǎng)狀填料第四十九頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日三、填料支承裝置刪板填料支承升氣管式支承第五十頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日四、液體的分布裝置1塔頂液體分布裝置a蓮蓬頭式噴灑器b盤式分布器c齒槽式分布器2液體再分布器壁流效應(yīng):液體沿填料下流時(shí),逐漸向塔壁匯流的現(xiàn)象a截錐式液體再分布器b升氣管式支承板作液體再分布器第五十一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日第五十二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日填料塔的流體力學(xué)特性一塔內(nèi)氣液兩相的流動(dòng)當(dāng)液體自塔頂向下借重力在填料表面作膜狀流動(dòng)時(shí),膜內(nèi)平均流速?zèng)Q定于流動(dòng)的阻力。而此阻力來自于液膜與填料表面,及液膜與上升氣流之間的摩擦。液膜厚度不僅取決于液體流量,而且與氣體流量有關(guān)氣量液膜厚填料內(nèi)的持液量圖7-29為不同液體噴淋量下取得的填料層壓力降與空塔氣速的雙對(duì)數(shù)關(guān)系線：線A:氣體通過干填料層時(shí),壓力降與空塔氣速的關(guān)系,為直線線B:有液體噴淋,液體量小線C:有液體噴淋,液體量大第五十三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期日以線B為例:u較低（點(diǎn)L以