第七章 吸收課件

第七章吸收本章要點(diǎn)：吸收過程的氣液相平衡關(guān)系傳質(zhì)機(jī)理吸收速率吸收塔的計(jì)算：物料衡算，吸收劑用量計(jì)算，塔徑，填料層高度計(jì)算第七章吸收本章要點(diǎn)：第一節(jié)概述吸收定義：使混合氣體與選擇的某種液體相接觸時,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第一節(jié)概述吸收定義：吸收塔混合氣體溶液尾氣吸收劑一、吸收的依據(jù)和目的依據(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。一、吸收的依據(jù)和目的二、工業(yè)吸收過程必須解決問題：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。吸收塔解吸塔二、工業(yè)吸收過程必須解決問題：吸收塔解吸塔三、吸收設(shè)備中氣液兩相接觸方式1、板式塔2、填料塔四、吸收操作的分類按是否有化學(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。三、吸收設(shè)備中氣液兩相接觸方式四、吸收操作的分類第二節(jié)傳質(zhì)機(jī)理一、相組成的表示方法1、

質(zhì)量分率

w和摩爾分率x定義：混合物中某兩個組分的質(zhì)量(摩爾）比。第二節(jié)傳質(zhì)機(jī)理一、相組成的表示方法2、質(zhì)量濃度和摩爾濃度定義：關(guān)系：2、質(zhì)量濃度和摩爾濃度定義：關(guān)系：3、質(zhì)量比和摩爾比定義：混合物中某兩個組分的質(zhì)量（摩爾）比。換算關(guān)系3、質(zhì)量比和摩爾比定義：混合物中某兩個組分的質(zhì)量（摩爾）比。4、氣體混合物4、氣體混合物二、傳質(zhì)機(jī)理（一）分子擴(kuò)散和菲克定律分子擴(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)二、傳質(zhì)機(jī)理（一）分子擴(kuò)散和菲克定律菲克定律（二）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（二）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（三）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)會很少，一組分通過另一停滯組分的較多見。（四）擴(kuò)散系數(shù)均由實(shí)驗(yàn)測定。（三）液相中的穩(wěn)定分子擴(kuò)散（四）擴(kuò)散系數(shù)（五）對流傳質(zhì)1、渦流擴(kuò)散憑藉流體質(zhì)點(diǎn)的湍動和旋渦來傳遞物質(zhì)的現(xiàn)象。2、對流傳質(zhì)發(fā)生在流動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,也有對流擴(kuò)散。在湍流主體中主要是對流擴(kuò)散,阻力很小,可以忽略,即認(rèn)為濃度一致。（五）對流傳質(zhì)2、對流傳質(zhì)（六）吸收過程的機(jī)理雙膜理論的基本論點(diǎn)如下：1在氣液兩流體相接觸處,有一穩(wěn)定的分界面,叫相界面。在相界面兩側(cè)附近各有一層穩(wěn)定的氣膜和液膜。這兩層薄膜可以認(rèn)為是由氣液兩流體的滯流層組成,即虛擬的層流膜層,吸收質(zhì)以分子擴(kuò)散方式通過這兩個膜層。2全部濃度變化集中在這兩個膜層內(nèi)。3在相界面處,氣液濃度達(dá)成平衡,即界面上沒有阻力。通過以上假設(shè),就把整個吸收過程簡化為,吸收質(zhì)經(jīng)過雙膜層的過程,吸收阻力就是雙膜的阻力。故該理論又稱為雙膜阻力理論。（六）吸收過程的機(jī)理一、氣體在液體中的溶解度

在一定溫度下,使某一定量氣體與一定量液體溶劑在密閉容器中接觸,溶質(zhì)向溶劑中轉(zhuǎn)移。經(jīng)過足夠長的時間,氣、液相濃度不在改變,宏觀上傳質(zhì)過程停止,達(dá)成平衡。微觀上是氣體進(jìn)出液體的分子數(shù)相等,故稱相際動平衡,簡稱相平衡。達(dá)到平衡時,氣相中溶質(zhì)的壓力稱當(dāng)時條件下的平衡分壓p

A,而液相中所含溶質(zhì)氣體的濃度既為當(dāng)時條件下的氣體在液體中的溶解度。氣體在液體中的溶解度表明一定條件下吸收過程可能達(dá)到的極限程度。溶解度曲線：1、2、3第三節(jié)吸收的氣液相平衡關(guān)系一、氣體在液體中的溶解度氣體在液體中的溶解度表明二、亨利定律當(dāng)總壓不高時,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)在液相中的摩爾分率成正比,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)測定，單位與壓強(qiáng)單位一致。T

E

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。二、亨利定律亨利定律的不同表達(dá)形式：p*=c/HH:溶解度系數(shù),單位:kmol/(kN·m)H=

/Emsy*=mxm:相平衡常數(shù)總壓P一定時y*=p*/P=(E/P)x=mxm=E/PT

p

m

溶解度

亨利定律的不同表達(dá)形式：y*=mxy*=mx亨利定律是稀溶液定律,則x很小,1+（1-m）X=1則Y*=mX第七章吸收課件二、相平衡與吸收的關(guān)系1、判斷過程進(jìn)行方向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解吸二、相平衡與吸收的關(guān)系1、判斷過程進(jìn)行方向2、計(jì)算過程推動力吸收塔VY1LX1VY2LX2(X,Y)X*-XY-Y*(X`,Y`)XYXYY*X*Y`*X`Y`X`*Y`*-YX`-X`*2、計(jì)算過程推動力吸收塔VY1LX1VY2LX23、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*=mX23、判斷過程進(jìn)行極限吸收塔VY1LX1VY2LX第四節(jié)吸收速率一、氣膜吸收速率方程N(yùn)A=kg（p-pi）kG:氣膜吸收系數(shù),單位:kmol/kN·s,它與擴(kuò)散系數(shù),操作壓力,溫度,氣膜厚度,以及惰性組分的分壓有關(guān)。1/kG:與推動力p-pi相對應(yīng)的氣膜阻力NA=ky（y-yi）ky:氣膜吸收系數(shù),單位:kmol/(m2·

s),1/ky:與推動力y-yi相對應(yīng)的氣膜阻力。ky=Pkg第四節(jié)吸收速率NA=ky（y-yi）二、液膜吸收速率方程N(yùn)A=kL（ci-c）kL:液膜吸收系數(shù),單位:m/s；1/kL:與推動力（ci-c）相對應(yīng)的液膜阻力NA=kx（xi-x）kx:液膜吸收系數(shù),單位:kmol/(m2·

s)；1/kL:與推動力（xi-x）相對應(yīng)的液膜阻力kx=C·kL二、液膜吸收速率方程N(yùn)A=kx（xi-x）三、總吸收速率方程1以（p-p*）表示總推動力的吸收速率方程KG:氣相吸收總系數(shù),單位:kmol/（m2·s·kPa）三、總吸收速率方程1以（p-p*）表示總推動力的吸收速2以(c*-c)表示總推動力的總吸收速率方程KL:液相吸收總系數(shù),單位:m/sKG=H·KL同理可有：2以(c*-c)表示總推動力的總吸收速率方程KL:液相吸3、氣膜控制與掖膜控制對于易溶氣體,H很大,1/kG>>1/kLH，則KG=kG吸收阻力主要集中在氣膜中,這種吸收稱為氣膜控制。例如:用水吸收氨,氯化氫氣體對于難溶氣體,H很小,H/kG<<1/kL,，則KL=kL這種吸收稱為液膜控制吸收,吸收阻力主要控制在液膜例如:用水吸收氧氣,二氧化碳等3、氣膜控制與掖膜控制對于難溶氣體,H很小,H/kG<<1四、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選擇性吸收劑要對溶質(zhì)組分有良好的吸收能力,對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,價廉易得,具有化學(xué)穩(wěn)定性。

四、吸收劑的選擇第五節(jié)吸收塔的計(jì)算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)算第五節(jié)吸收塔的計(jì)算吸收塔分板式塔和填料塔,本章主要討論填一、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VY1LX1VY2LX2一、吸收塔的物料衡算和操作線方程1、物料衡算2、吸收操作線吸二、吸收劑用量的選擇1、吸收劑用量的影響2、最小液氣比和液氣比三、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)算二、吸收劑用量的選擇三、塔徑的計(jì)算VS---操作條件下混合氣四、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：吸收塔VY1LX1VY2LX2四、填料層高度的計(jì)算將兩式從塔頂至塔底積分，得：吸收塔VY2、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。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。3、傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算（1）解析法稱為“脫吸因數(shù)”，無因次。反映吸收率的高低對傳質(zhì)單元數(shù)的影響。當(dāng)Y1,X2一定,↑Y2=Y1(1-)↓,↑對于同一S,NoG↑S反映吸收推動力的大小。當(dāng)Y1，(Y2),X2,m一定,S=mVB/Ls↑,即Ls/VB↓,X1↑,Y-Y*↓,NoG↑,反之S↓,NoG↓。S大，對吸收不利，S小，則Ls大，操作費(fèi)用大，一般S=0.7～0.8之間。反映吸收率的高低對傳質(zhì)單元數(shù)的影響。當(dāng)Y1,X2一定,（2）對數(shù)平均推動力法適用范圍：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，用平均推動力代替全塔推動力。（2）對數(shù)平均推動力法（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（3）圖解積分法步驟：五、吸收塔計(jì)算分析1、設(shè)計(jì)型計(jì)算2、操作型計(jì)算六、理論板數(shù)的計(jì)算理論板的定義:氣液相接觸充分,傳質(zhì)良好,離開時達(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YX五、吸收塔計(jì)算分析六、理論板數(shù)的計(jì)算YX2、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=12、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，相平對比NOG與N:即NOG=N對比NOG與N:即NOG=N七、解吸塔的計(jì)算解吸塔VY2LX2VY1LX1推動力＝Y(jié)*-Y=X-X*全塔物料衡算：VB(Y1-Y2)=Ls(X1-X2)操作線方程：七、解吸塔的計(jì)算解吸塔VY2LX2VY1LX1推1、解吸氣體用量的計(jì)算一般LS,X1,Y2,X2一定，VB↓,LS/VB↑,Y1↑.Y2X2Y2X1Y1*1、解吸氣體用量的計(jì)算Y2X2Y2X1Y1*2、解吸填料層高度的計(jì)算吸收因數(shù)法：平均推動力法：圖解積分發(fā)：2、解吸填料層高度的計(jì)算吸收因數(shù)法：平均推動力法：圖解積分發(fā)第六節(jié)傳質(zhì)系數(shù)吸收系數(shù)的來源：一實(shí)驗(yàn)測定。二選用適當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。三選用適當(dāng)?shù)臏?zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式進(jìn)行計(jì)算。

總吸收系數(shù)的測定用填料層高度計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。

吸收系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式第六節(jié)傳質(zhì)系數(shù)吸收系數(shù)的來源：總吸收系數(shù)的測定第七節(jié)填料塔7－1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、填料第七節(jié)填料塔一、塔體金屬或陶瓷塔體一般均為圓柱形對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

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對操作影響較大的填料特性有：填料的種類：1、實(shí)體填料填料的種類：1、實(shí)體填料2、網(wǎng)狀填料2、網(wǎng)狀填料三、填料支承裝置刪板填料支承升氣管式支承四、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,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三、填料支承裝置7－2填料塔的流體力學(xué)特性一塔內(nèi)氣液兩相的流動當(dāng)液體自塔頂向下借重力在填料表面作膜狀流動時,膜內(nèi)平均流速決定于流動的阻力。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數(shù)關(guān)系線：線A:氣體通過干填料層時,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7－2填料塔的流體力學(xué)特性一塔內(nèi)氣液兩相的流動以線B為例:u較低（點(diǎn)L以下）:線與A線大致平行。u

P

液體下流與流速無關(guān)u大于uL以后:線斜率增大,上升氣流開始阻礙液體順利下流,

P

u大于uF以后:

P與u成垂直關(guān)系,表明上升氣體足以阻止液體下流,于是液體填料層充滿填料層空隙,氣體只能鼓泡上升,隨之液體被氣流帶出塔頂,發(fā)生液泛。以線B為例:載點(diǎn)（L點(diǎn)）:空塔氣速u增大到uL以后,氣速以使上升氣流與下降液體間摩擦力開始阻礙液體順利下流,使填料表面持液量增多,占去更多空隙,氣體實(shí)際速度與空塔氣速的比值顯著提高,故壓力降比以前增加的快,這種現(xiàn)象稱載液,L點(diǎn)稱載點(diǎn)。泛點(diǎn)F:u增大到uF以后

P與u成垂直關(guān)系,表明上升氣體足以阻止液體下流,于是液體填料層充滿填料層空隙,氣體只能鼓泡上升,隨之液體被氣流帶出塔頂,塔的操作極不穩(wěn)定,甚至被完全破壞,這種現(xiàn)象稱液泛,F點(diǎn)稱為泛點(diǎn)。線C的載點(diǎn)和泛點(diǎn)氣速都比線B的更低目前一般認(rèn)為填料塔的正常操作狀態(tài)只到泛點(diǎn)為止.載點(diǎn)（L點(diǎn)）:空塔氣速u增大到uL以后,氣速以使上升氣流與下二填料層的壓力降吸收操作中,需知壓力降以確定動力消耗精餾操作中,需知壓力降以確定釜壓目前多用?？颂氐耐ㄓ脠D而重新繪制的填料層壓降和填料塔泛點(diǎn)的通用關(guān)聯(lián)圖求

P。如圖7-30二填料層的壓力降三泛點(diǎn)氣速用圖7-30計(jì)算（1）先求橫坐標(biāo)（2）過橫坐標(biāo)點(diǎn)作垂線,交泛點(diǎn)線得泛點(diǎn)縱坐標(biāo)（3）由泛點(diǎn)縱坐標(biāo)求泛點(diǎn)氣速三泛點(diǎn)氣速7-2填料塔的設(shè)計(jì)原則一填料的選擇1填料尺寸的選定2填料材質(zhì)方面的選定二