大學(xué)課件-化工原理-吸收-1

1、第7章 氣體吸收,7.1 概述 7.1.1 吸收過程的基本應(yīng)用,目的： 回收有用物質(zhì)：如用水吸收HCl氣體制取鹽酸； 凈化氣體：原料氣凈化 排放尾氣凈化 氣體產(chǎn)品的精制。 工業(yè)典型的吸收過程: 以洗油吸收煤氣中的苯,名詞： 吸收劑 溶質(zhì) 惰性組分 吸收液 凈化氣 富液 貧液,混合氣體吸收劑 吸收液（溶質(zhì)吸收劑）惰氣,7.1.2 吸收過程的基本原理 吸收: 是將氣體混合物中的各個組分予以分離的單元操作。 依據(jù)：依各組分在溶劑中的溶解度的差異實現(xiàn)組分分離。,吸收過程： （1）溶質(zhì)從氣相主體傳遞到相界面 （2）在相界面上溶質(zhì)溶解到液相表面 （3）溶質(zhì)從相界面?zhèn)鬟f到液相主體,7.1.3 吸收過程的分類

2、 分類方法： （1） 物理吸收與化學(xué)吸收（依有無化學(xué)反應(yīng)）； （2） 單組分吸收與多組分吸收（依吸收組分數(shù)）； （3）等溫吸收與非等溫吸收（依溫度是否變化）； （4）低濃度氣體吸收與高濃度氣體吸收。,7.1.4 吸收過程的基本流程,（1）一步吸收流程和兩步吸收流程 一步吸收流程 以洗油吸收煤氣中的苯流程 兩步吸收流程,吸收劑1,吸收劑2,混合氣,（2）單塔流程和多塔流程 （3）逆流吸收流程和并流吸收流程,（4）部分溶劑循環(huán)流程,7.1.5 吸收要解決的主要問題 （1）吸收劑的選擇原則 溶解度要大 良好的選擇性 蒸汽壓要低 較低的粘度,不易起泡 便于再生 安全、經(jīng)濟 （2）吸收操作條件的確定 吸

3、收劑用量 操作溫度 操作壓力,（3）設(shè)備形式、尺寸 設(shè)備形式：板式塔、填料塔 塔設(shè)備尺寸：塔高、塔徑； 塔內(nèi)件結(jié)構(gòu)、尺寸,7.2 吸收過程中的質(zhì)量傳遞 吸收過程： 氣相主體相界面液相主體 單向傳質(zhì) 界面溶解單向傳質(zhì),7.2.1 傳質(zhì)的基本方式 單相內(nèi)的傳質(zhì)機理： （1）分子擴散: 分子隨機熱運動的宏觀結(jié)果。 固體、靜止的流體和作層流流動的流體內(nèi)部單獨存在。 （2）渦流擴散：質(zhì)點的湍動和旋渦的擾動引起。 湍流流動的流體內(nèi)（分子擴散的影響可忽略）。,7.2.2 組分運動速度及傳質(zhì)通量,(1) 流體中組分的速度,a. 組分的絕對速度ui,i 組分通過空間某一靜止平面的速度。,b. 物系的平均速度u,

4、u-混合體系的平均速度，m/s; c0-混合物的表觀物質(zhì)的量濃度，kmol/m3; N- 單位面積上混合物系的摩爾流量,kmol/(m2s),由于：,所以：,c. 組分的擴散速度uki,擴散是由于自身的濃度差引起的質(zhì)量傳遞。,上式傳質(zhì)通量是通過空間某一靜止平面的傳質(zhì)通量。,組分的擴散通量Ji以組分的擴散速度表示：,（2）組分的傳質(zhì)通量,傳質(zhì)通量是指混合物系中某組分在單位時間內(nèi)通過空間某一平面單位面積上的質(zhì)量或物質(zhì)的量。,擴散通量是通過以平均速度移動的平面的傳質(zhì)通量。,工程上：,所以：,整體流動造成的,7.2.3 分子擴散,傳質(zhì)過程進行到組分濃度差消失時，宏觀的傳質(zhì)通量為零，微觀的分子熱運動仍在

5、進行，只是組分的擴散和反向擴散的速率相當(dāng)，系統(tǒng)處于動態(tài)平衡狀態(tài)。,（1）費克定律,表明：擴散速率正比于濃度梯度,方向沿濃度降低的方向。,（2）雙組分等分子反向擴散 傳質(zhì)：物質(zhì)有宏觀移動，一組分擴散，另一組分反向擴散。,（穩(wěn)態(tài)過程，否則C0 發(fā)生變化 ）,一般傳質(zhì)速率以空間固定截面為基準(zhǔn). 對穩(wěn)態(tài)分子擴散過程：,對于氣相：,對于B 組分，有同樣的公式。,(3) 單向擴散,A可被吸收 B不被吸收 A組分不斷被吸收，產(chǎn)生濃度梯度，B組分不被吸收，也產(chǎn)生反向濃度梯度，故有以上的分子擴散。,總體流動：,在 壓力差的作用下，單相主體向界面移動稱為總體流動?？傮w流動造成A，B向同一方向移動。 組分A在Z軸方

6、向上總的傳質(zhì)通量為：,B組分不能被液相吸收，由分子擴散引起的傳質(zhì)通量和由物系總體流動引起的傳質(zhì)通量在數(shù)值上相等而方向相反，所以B凈的通量等于零：,即：,所以：,有總體流動的穩(wěn)態(tài)分子擴散過程，兩組分的分子擴散通量數(shù)值相等,方向相反。,對于通過靜止組分的穩(wěn)態(tài)分子擴散，NB=0，N=NA：,令：,氣相物系：,其中：,-漂流因子，其值大于1,漂流因子反映了總體流動對傳質(zhì)速率的影響，其值愈大，總體流動作用越強。,當(dāng)A很低時， ， ， 則漂流因子 1，總體流動的影響消失。,（4）分子擴散系數(shù) 氣體分子擴散系數(shù),依據(jù)分子運動理論導(dǎo)出，（假定分子為剛性）然后修正 ：, 液體中的分子擴散系數(shù),7.2.4 渦流擴

7、散,渦流流體中出現(xiàn)旋渦，造成組分擴散，稱為渦流擴散。,De不僅和物性有關(guān)，而且與流動狀況有關(guān)。,7.2.5 對流傳質(zhì),對流傳質(zhì)是指流體與固體壁面或相界面之間的質(zhì)量傳遞。 1、對流擴散速率，既有分子擴散又有渦流擴散。,湍流區(qū) 分子擴散可忽略 過渡區(qū) 兩者均不可忽略。 示意圖,2、對流傳質(zhì)理論 1）對流傳質(zhì)的停滯膜模型要點: (1) 相界面處存在一層虛擬的停滯膜; (2) 膜外為流體流動的湍流區(qū)； (3)停滯膜非常薄,膜內(nèi)無物質(zhì)累積,為穩(wěn)態(tài)分子擴散； (4)對流傳質(zhì)阻力全部集中于停滯膜內(nèi)。 示意圖,2） 傳質(zhì)速率方程:,液相：,(稱為液膜傳質(zhì)系數(shù)),ky=PkG kx=c0kL,ky 以氣相mol分