吸收基本知識(shí)

1、吸收技術(shù)第五組 組長(zhǎng)：盧圓圓 組員：吳志益 曹潤(rùn)虎 瞿宏凱 徐艷任務(wù) 常州億化集團(tuán)欲設(shè)計(jì)以設(shè)備，用于脫除混合于空氣中的氨氣。混合氣的處理量如下，其中含有氨5%（體積分?jǐn)?shù)），要求塔頂排放出的氣體中氨的含量不超過(guò)0.05%（體積分?jǐn)?shù)），采用清水進(jìn)行吸收，已知氨在水中的溶解度系數(shù)為H=0.72Kmol/m3.kpa，吸收劑的用量為最小用量的1.5倍。體積吸收總系數(shù)Kga=0.0615G0.9.W0.39進(jìn)行計(jì)算。 操作條件;常壓，常溫（20） 填料：自選 年生產(chǎn)時(shí)間：300天，24小時(shí)運(yùn)行 第五組：3800m/h吸收過(guò)程的基本概念和基本知識(shí) 基本概念基本概念 吸收操作吸收操作：利用氣體混合物中各組分

2、在該液體中溶解度的利用氣體混合物中各組分在該液體中溶解度的差異，實(shí)現(xiàn)氣相各組分的分離。差異，實(shí)現(xiàn)氣相各組分的分離。 吸收質(zhì)：氣體中能溶于溶劑的組分稱為用吸收質(zhì)：氣體中能溶于溶劑的組分稱為用A表示表示； 吸收尾氣：吸收塔頂排出的氣體，主成分為吸收尾氣：吸收塔頂排出的氣體，主成分為B以及殘余溶以及殘余溶質(zhì)質(zhì)A 吸收液：吸收塔底引出的溶液稱為吸收液，其成分為溶劑吸收液：吸收塔底引出的溶液稱為吸收液，其成分為溶劑S和溶質(zhì)和溶質(zhì)A 惰性氣體：基本上不溶于溶劑的組分統(tǒng)稱。惰性氣體可以惰性氣體：基本上不溶于溶劑的組分統(tǒng)稱。惰性氣體可以是一種或多種組分。用是一種或多種組分。用B表示表示 A+B混合氣即吸收尾氣

3、 S溶劑 A+S叫吸收液 A溶質(zhì) B叫惰性氣體 基礎(chǔ)知識(shí) 相組成：混合物中兩組分的物質(zhì)量之比，稱為摩爾比，可以用來(lái)表示相組成 溶解度：平衡狀態(tài)下液相中的溶質(zhì)的濃度稱為氣體在液體中的溶解度或平衡濃度 推動(dòng)力：通常以氣液兩相的實(shí)際狀態(tài)與相應(yīng)的平衡狀態(tài)的偏離程度表示吸收推動(dòng)力 吸收劑、溫度吸收劑、溫度T、P 一定時(shí)，不同物質(zhì)的溶一定時(shí)，不同物質(zhì)的溶解度不同。解度不同。 對(duì)于同一種氣體，分壓一定時(shí)，溫度對(duì)于同一種氣體，分壓一定時(shí)，溫度T越高，越高，溶解度越小。溶解度越小。 對(duì)于同一種氣體，溫度對(duì)于同一種氣體，溫度T一定時(shí)，分壓一定時(shí)，分壓P越越大，溶解度越大。大，溶解度越大。 加壓加壓和和降溫降溫對(duì)吸

4、收操作有利。對(duì)吸收操作有利。 亨利定律：亨利定律：（1 1）亨利定律內(nèi)容）亨利定律內(nèi)容： 當(dāng)總壓不高時(shí)，在一定溫度下氣液兩相達(dá)到平衡時(shí)，稀溶液上方氣體當(dāng)總壓不高時(shí)，在一定溫度下氣液兩相達(dá)到平衡時(shí)，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。（2 2）亨利定律表達(dá)式）亨利定律表達(dá)式： E：亨利系數(shù)，隨物系而變化。當(dāng)物系一定時(shí)，：亨利系數(shù)，隨物系而變化。當(dāng)物系一定時(shí)，E隨溫度而隨溫度而變化。變化。 溫度升高，溫度升高，E值增大，即氣體的溶解度隨溫度的升值增大，即氣體的溶解度隨溫度的升高而減小。由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，一般易溶氣體的高而減小。由實(shí)驗(yàn)測(cè)定

5、，一般易溶氣體的E值小，難溶氣體值小，難溶氣體的的E值大值大。Hcp* （3 3）亨利定律其他表達(dá)形式）亨利定律其他表達(dá)形式：溶質(zhì)在液相中的濃度用摩爾濃度表示（溶質(zhì)在液相中的濃度用摩爾濃度表示（kmol/mkmol/m3 3），在氣相中的濃度用分壓表示：），在氣相中的濃度用分壓表示：式中式中 H溶解度系數(shù)，溶解度系數(shù)，kmol/（m3kPa）；）； c溶質(zhì)在液相中的摩爾濃度，溶質(zhì)在液相中的摩爾濃度，kmol/m3 H值越大，溶解度越大值越大，溶解度越大。ECH mxy*（3 3）亨利定律其他表達(dá)形式：）亨利定律其他表達(dá)形式： 溶質(zhì)在氣液兩相的濃度均用摩爾濃度表示溶質(zhì)在氣液兩相的濃度均用摩爾濃度

6、表示 ： 式中式中 m相平衡常數(shù)，無(wú)因次；相平衡常數(shù)，無(wú)因次； y*相平衡時(shí)溶質(zhì)在氣相中的摩爾分?jǐn)?shù)。相平衡時(shí)溶質(zhì)在氣相中的摩爾分?jǐn)?shù)。 對(duì)于一定的物系，相平衡常數(shù)是溫度和總壓的函數(shù)。對(duì)于一定的物系，相平衡常數(shù)是溫度和總壓的函數(shù)。 當(dāng)總壓當(dāng)總壓P一定時(shí)，溫度升高，一定時(shí)，溫度升高，E值增大，值增大，m值也隨之增大；值也隨之增大； 溫度一定時(shí)，總壓溫度一定時(shí)，總壓P增大，增大，E值不變而值不變而m值減小。值減小。 可見(jiàn)：降溫和加壓有利于吸收，升溫和減壓有利于解吸?？梢?jiàn)：降溫和加壓有利于吸收，升溫和減壓有利于解吸。 PEmx - 1x液相中溶質(zhì)相液相中溶劑的摩爾數(shù)摩爾數(shù)X（3 3）亨利定律其他表達(dá)形式

7、：）亨利定律其他表達(dá)形式： 氣液兩相濃度均用摩爾比表示氣液兩相濃度均用摩爾比表示 ： y-1y數(shù)氣相中惰性組分的摩爾氣相中溶質(zhì)的摩爾數(shù)YXmmXY)1(1*mXY *當(dāng)溶液濃度很低時(shí)，可簡(jiǎn)化為：當(dāng)溶液濃度很低時(shí)，可簡(jiǎn)化為：dZdCDNAA 吸收傳質(zhì)機(jī)理：吸收傳質(zhì)機(jī)理：1.傳質(zhì)的基本方式傳質(zhì)的基本方式（1）分子擴(kuò)散）分子擴(kuò)散：物質(zhì)在一相內(nèi)部有濃度差異的條件下，由流體分子的無(wú)規(guī)則熱運(yùn)物質(zhì)在一相內(nèi)部有濃度差異的條件下，由流體分子的無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)而引起的物質(zhì)傳遞現(xiàn)象動(dòng)而引起的物質(zhì)傳遞現(xiàn)象。 菲克定律菲克定律式中式中 NA組分組分A的分子擴(kuò)散速率，的分子擴(kuò)散速率，kmol/(m2s)； CA組分組分A的濃

8、度，的濃度，kmol/m3； Z沿?cái)U(kuò)散方向的距離，沿?cái)U(kuò)散方向的距離，m； D擴(kuò)散系數(shù)。表示組分?jǐn)U散系數(shù)。表示組分A在介質(zhì)在介質(zhì)B中的擴(kuò)散能力，中的擴(kuò)散能力，m2/s。 D是物質(zhì)的物理性質(zhì)之一。值越大，表示分子擴(kuò)散越快。是物質(zhì)的物理性質(zhì)之一。值越大，表示分子擴(kuò)散越快。ND DdCdZAeA 吸收傳質(zhì)機(jī)理：吸收傳質(zhì)機(jī)理：1.傳質(zhì)的基本方式傳質(zhì)的基本方式（2）渦流擴(kuò)散：）渦流擴(kuò)散：在有濃度差異的條件下，物質(zhì)通過(guò)湍流流體的傳遞過(guò)程。在有濃度差異的條件下，物質(zhì)通過(guò)湍流流體的傳遞過(guò)程。渦流擴(kuò)散速率比分子擴(kuò)散速率大得多。渦流擴(kuò)散速率比分子擴(kuò)散速率大得多。（3）對(duì)流擴(kuò)散：）對(duì)流擴(kuò)散：湍流主體與相界面之間的渦流

9、擴(kuò)散與分子擴(kuò)散兩種傳質(zhì)作湍流主體與相界面之間的渦流擴(kuò)散與分子擴(kuò)散兩種傳質(zhì)作用過(guò)程。用過(guò)程。De不是物質(zhì)的物性常數(shù)，與湍動(dòng)程度有關(guān)，且隨位置而不同不是物質(zhì)的物性常數(shù)，與湍動(dòng)程度有關(guān)，且隨位置而不同 吸收傳質(zhì)機(jī)理吸收傳質(zhì)機(jī)理2.雙膜理論雙膜理論 （1）雙模理論模型）雙模理論模型)(iGAppkN 吸收傳質(zhì)機(jī)理吸收傳質(zhì)機(jī)理 2.雙膜理論雙膜理論 （2）雙模理論要點(diǎn)）雙模理論要點(diǎn) 在氣液兩流體相接觸處，有一穩(wěn)定的分界面，叫相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。虛界面。在相界面兩側(cè)附近各有一層穩(wěn)定的氣膜和液膜。虛擬的層流膜層，吸收質(zhì)以分子擴(kuò)散方式通

10、過(guò)這兩個(gè)膜層。擬的層流膜層，吸收質(zhì)以分子擴(kuò)散方式通過(guò)這兩個(gè)膜層。 在兩膜層以外的氣、液兩相分別稱為氣相主體與液在兩膜層以外的氣、液兩相分別稱為氣相主體與液相主體。在氣、液兩相的主體中，吸收質(zhì)的濃度基本上是相主體。在氣、液兩相的主體中，吸收質(zhì)的濃度基本上是均勻的，即兩相主體內(nèi)濃度梯度皆為零。均勻的，即兩相主體內(nèi)濃度梯度皆為零。 在相界面處，吸收質(zhì)在氣、液兩相中的濃度達(dá)成平在相界面處，吸收質(zhì)在氣、液兩相中的濃度達(dá)成平衡，即界面上沒(méi)有阻力。衡，即界面上沒(méi)有阻力。 氣體吸收速率方程氣體吸收速率方程1.氣相與界面的傳質(zhì)速率氣相與界面的傳質(zhì)速率)(iyAyykN)(cckNiLA2.氣相與界面的傳質(zhì)速率氣

11、相與界面的傳質(zhì)速率)(xxkNixA1221LXVYLXVY傳質(zhì)系數(shù)傳質(zhì)系數(shù)kG、ky、kL、kx的數(shù)據(jù)只有根據(jù)具體操作條件由實(shí)驗(yàn)測(cè)的數(shù)據(jù)只有根據(jù)具體操作條件由實(shí)驗(yàn)測(cè)取，它與流體流動(dòng)狀態(tài)和流體物性、擴(kuò)散系數(shù)、密度、粘度、傳取，它與流體流動(dòng)狀態(tài)和流體物性、擴(kuò)散系數(shù)、密度、粘度、傳質(zhì)界面形狀等因素有關(guān)。質(zhì)界面形狀等因素有關(guān)。吸收塔的物料衡算與操作線方程吸收塔的物料衡算與操作線方程 目的：確定各物流之間的量的關(guān)系以及設(shè)備中任意位置兩物料組成之確定各物流之間的量的關(guān)系以及設(shè)備中任意位置兩物料組成之間的關(guān)系間的關(guān)系對(duì)單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)出吸收塔的對(duì)單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)出吸收塔的A的物的物 質(zhì)量作衡算質(zhì)量作衡算) ( )

12、 (212 1XX LY Y V 物料衡算物料衡算2211XVLYXVLY121211()YAV YYYVYY吸收率：混合氣中溶質(zhì)吸收率：混合氣中溶質(zhì)A 被吸收的百分率被吸收的百分率 LXVYLXVY11吸收塔的操作線方程式與操作線吸收塔的操作線方程式與操作線 對(duì)于對(duì)于逆流吸收逆流吸收： 為了得到塔內(nèi)任意截面處相互接觸的氣液組成間的為了得到塔內(nèi)任意截面處相互接觸的氣液組成間的關(guān)系，在關(guān)系，在 mn截面與塔底截面之間作組分截面與塔底截面之間作組分A的衡算的衡算)(11XVLYXVLYLXVYLXVY22 逆流吸收塔操作線方程逆流吸收塔操作線方程)(22XVLYXVLY在在mn截面與塔頂截面之間作

13、組分截面與塔頂截面之間作組分A的衡的衡算算表示：塔內(nèi)任一截面的氣相濃度表示：塔內(nèi)任一截面的氣相濃度Y與液相濃度與液相濃度X之間成直線關(guān)系，直線的斜率為之間成直線關(guān)系，直線的斜率為L(zhǎng)/V。逆流吸收塔操作線方程逆流吸收塔操作線方程逆流吸收操作線具有如下特點(diǎn)：逆流吸收操作線具有如下特點(diǎn)：)(22XVLYXVLY （1）穩(wěn)定態(tài)，）穩(wěn)定態(tài)，L、V、Y1、X2恒定，操作線在恒定，操作線在XY坐標(biāo)上坐標(biāo)上為一直線，斜率為為一直線，斜率為L(zhǎng)/V 。 L/V為吸收操作的為吸收操作的液氣比液氣比；（2）操作線通過(guò)塔頂（稀端）操作線通過(guò)塔頂（稀端） A （X2，Y2）及及塔底塔底 （濃端）（濃端） B （X1， Y

14、1）; （3）操作線僅與液氣比、濃端及稀端組成有關(guān)，與系統(tǒng)的平衡）操作線僅與液氣比、濃端及稀端組成有關(guān)，與系統(tǒng)的平衡關(guān)系、塔型及操作條件關(guān)系、塔型及操作條件T、p無(wú)關(guān)。無(wú)關(guān)。 （4）吸收操作線在平衡線的上方，解吸操作線在平）吸收操作線在平衡線的上方，解吸操作線在平 衡線衡線OE下方。下方。 （5）平衡線與操作線共同決定吸收推動(dòng)力。操作線）平衡線與操作線共同決定吸收推動(dòng)力。操作線 離平衡線愈遠(yuǎn)吸收的推動(dòng)力愈大；離平衡線愈遠(yuǎn)吸收的推動(dòng)力愈大；對(duì)于并流操作VY+LX=VY2+ LX2并并流流逆逆流流mmYY 逆流與并流的比較：逆流與并流的比較：1）逆流推動(dòng)力均勻，且）逆流推動(dòng)力均勻，且2） Y1大，逆流時(shí)大，逆流時(shí)Y1與與X1在塔在塔 底相遇有利于提高底相遇有利于提高X1； X2小，逆流時(shí)小，逆流時(shí)Y2與與X2在塔在塔 頂相遇有利于降低頂相遇有利于降低Y2。吸收劑用量的確定min)(0 . 21 . 1 (VLVLmin VL1、最小液氣比、最小液氣比 最小液氣比定義：最小液氣比定義：針對(duì)一定的分離任務(wù)，操作條件針對(duì)一定的分離任務(wù)，操作條件和吸收物系一定，塔內(nèi)某截面吸收推動(dòng)力為零，達(dá)和吸收物系一定，塔內(nèi)某截面吸收推動(dòng)力為零，達(dá)到分離程度所需塔高無(wú)窮大時(shí)的液氣比。到分離程度所需塔高無(wú)窮大時(shí)的液氣比。 用用 表示。表示。2*121minVXXY