化工原理 PPT 吸收

化工原理PPT吸收第1頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)概述第2頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一

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3頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一依據(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4頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一必須解決問題：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5頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一從合成氨原料氣中回收CO2的流程第6頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一1、板式塔2、填料塔吸收設(shè)備中氣液兩相接觸方式第7頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一吸收劑的選擇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,冰點底,價廉易得,具有化學穩(wěn)定性。

第8頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一按是否有化學反應分:物理吸收、化學吸收按有無明顯溫度變化分:等溫吸收、非等溫吸收按組分數(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9頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一相組成表示法

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.摩爾分數(shù)xA=

(液相中)

yA=

(氣相中)3.比摩爾分數(shù)(液相中)(氣相中)第10頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)吸收相平衡關(guān)系

第11頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一氣體的溶解度

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12頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一溶解度曲線——平衡曲線

若固定溫度、壓力不變，測得某動平衡下，溶液上方氨的分壓為，此時溶于水的氨的濃度為，將這個點，標繪在圖上，即得在一定溫度、壓力下的溶解度曲線。

第13頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一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14頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一當總壓不高時,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)在液相中的摩爾分數(shù)成正比,這就是亨利定律。其表達式為:p*=ExE:亨利系數(shù),由實驗測定，單位與壓強單位一致。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15頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一亨利定律示意圖第16頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一相平衡關(guān)系在吸收過程中的應用pApA*PxAxA*pApA*xAxA*Q判別過程的方向第17頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一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.判斷過程進行方向第18頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一2、計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`*第19頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一3、判斷過程進行極限吸收塔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20頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一吸收機理（對比傳熱過程）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21頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一分子擴散：在一相內(nèi)部有濃度差的條件下，由于分子的無規(guī)則熱運動而造成的物質(zhì)傳遞現(xiàn)象。菲克定律

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

s)分子擴散和菲克定律第22頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一氣相中的穩(wěn)定分子擴散1、等分子反向擴散2、一組分通過另一停滯組分的擴散第23頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一液相中的穩(wěn)定分子擴散液相中的擴散速度遠遠小于氣相中的擴散速度，而且發(fā)生等分子反向擴散的機會很少，一組分通過另一停滯組分的較多見。擴散系數(shù)均由實驗測定。第24頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一1、渦流擴散憑藉流體質(zhì)點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)層主要是分子擴散。在過渡層既有分子擴散,也有對流擴散。在湍流主體中主要是對流擴散,阻力很小,可以忽略,即認為濃度一致。對流傳質(zhì)第25頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一兩相間傳質(zhì)的雙膜理論擴散方向相界面氣膜液膜氣相主體液相主體ZGZLpAcApiciGL第26頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一雙膜理論基本論點：1.當氣液兩相接觸時，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，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27頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)吸收塔的計算第28頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一吸收塔分板式塔和填料塔,本章主要討論填料塔。主要計算任務(wù):（1）吸收劑用量的計算（2）塔底排除液濃度的計算（3）塔高度的計算（4）塔徑的計算第29頁，共57頁，2023年，2月20日，星期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第30頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一1、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31頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一塔徑的計算

VS---操作條件下混合氣體的體積流量m3/su----空塔氣速,即按空塔截面積計算的混合氣體的線速度,塔底氣量最大,一般以塔底氣量計算第32頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一填料層高度的計算1、基本計算式將兩式從塔頂至塔底積分，得：第33頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一2、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。它與氣相進出口濃度及平衡關(guān)系有關(guān)。反映吸收過程進行的難易程度，與吸收塔的結(jié)構(gòu)以及氣液流動狀況無關(guān)。NoG值大,吸收進行困難,為使Z減小,應選高效填料使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34頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一3、傳質(zhì)單元數(shù)的計算（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35頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一反映吸收率的高低對傳質(zhì)單元數(shù)的影響。當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，操作費用大，一般S=0.7～0.8之間。第36頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一（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。第37頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一（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作標系中繪出平衡線,與操作線ii選點,列表

iii作Y—1/（Y-Y*）圖iv求面積第38頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一理論板的定義:氣液相接觸充分,傳質(zhì)良好,離開時達平衡狀態(tài)。1、圖解法求NT:在吸收操作線與平衡線之間畫梯級YX理論板數(shù)的計算第39頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一2、若交替使用相平衡方程與操作線方程，由塔頂至塔底計算，相平衡使用次數(shù)即理論板數(shù)。A≠1若A=1第40頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一對比NOG與N:即NOG=N第41頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一解吸塔的計算推動力＝Y(jié)*-Y=X-X*全塔物料衡算：VB(Y1-Y2)=Ls(X1-X2)操作線方程：第42頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一1、解吸氣體用量的計算一般LS,X1,Y2,X2一定，VB↓,LS/VB↑,Y1↑.Y2X2Y2X1Y1*第43頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一2、解吸填料層高度的計算吸收因數(shù)法：平均推動力法：圖解積分發(fā)：第44頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一第六節(jié)填料塔

第45頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一填料塔的結(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46頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一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測的/2相應數(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,填料尺寸不應大于（1/10----1/8）D第47頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一填料的種類：1、實體填料第48頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一2、網(wǎng)狀填料第49頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一三、填料支承裝置刪板填料支承升氣管式支承第50頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一四、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: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第51頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一第52頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一填料塔的流體力學特性一塔內(nèi)氣液兩相的流動當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,液體量大第53頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一以線B為例:u較低