吸收第一二节讲稿ppt课件

1、第四章第四章 吸收操作技术吸收操作技术第一节吸收塔的构造及运用第一节吸收塔的构造及运用第二节吸收的根底知识第二节吸收的根底知识第三节吸收塔的计算第三节吸收塔的计算第四节吸收塔的操作第四节吸收塔的操作利用利用气体混合物气体混合物中各组分在液体溶剂中中各组分在液体溶剂中溶解度的差异溶解度的差异来分来分离气体混合物的离气体混合物的操作操作称为吸收。称为吸收。溶溶质质 A惰惰性性组组分分 B吸吸收收剂剂 S一、吸收的有关概念一、吸收的有关概念 1、什么是吸收？、什么是吸收？ A A+B S （气体）（气体） （液体）（液体）吸收塔吸收塔混合气体混合气体溶液溶液尾气尾气吸收剂吸收剂3、吸收剂的再生循环运

2、用。吸收塔吸收塔解吸塔解吸塔必需处理的问题：必需处理的问题：1、选择适宜的吸收剂；2、提供适宜的气液传质设备；2 2吸收目的吸收目的 吸收在化工消费中的运用极为广泛，其目的主要有四点：1制呵斥品93%的硫酸吸收SO3制98%的硫酸。2回收有价值的气体焦化厂用洗油处置焦炉气以分别其 中的苯等芳香烃。3去除有害气体如合成氨厂用氨水或其它的吸收剂除去 半水煤气中的硫化氢。4三废处置如吸收除去硫酸消费尾气中的二氧化硫。 总之吸收的目的可用四个字来概括：去害兴利。高浓度吸收低浓度吸收多组分吸收单组分吸收非等温吸收等温吸收化学吸收物理吸收3 3吸收分类吸收分类 填料塔填料塔板式塔板式塔 吸收剂吸收剂 吸收

3、尾气吸收尾气 吸吸 收收 塔塔 混合气混合气 吸收液吸收液 逆流吸收操作示意图逆流吸收操作示意图 气体气体溶剂溶剂 1 n 被吸收气体被吸收气体 板式塔板式塔 气体气体溶剂溶剂 填料填料 被吸收气体被吸收气体 填料塔填料塔二吸收设备二吸收设备1 1、吸收设备、吸收设备-塔设备塔设备 合成氨原料气经合成氨原料气经CO变换后变换后 ，含有，含有30% ，可以用，可以用1230atm高压水与变换气高压水与变换气逆流接触，将其溶解在水中逆流接触，将其溶解在水中2% 存在于净化气存在于净化气中，从吸收塔底部出来的水可与一个高压水泵及中，从吸收塔底部出来的水可与一个高压水泵及电机相联的涡轮，经过涡轮转动水

4、泵以回收能量。电机相联的涡轮，经过涡轮转动水泵以回收能量。三吸收中需求处理的问题三吸收中需求处理的问题222(HCOOHCO气）2CO2CO高压水（12-30at)净化气变换气水洗塔上图我们要处理以下问题：上图我们要处理以下问题：1 1、气液相组成是如何表示的？吸收操作的极限、气液相组成是如何表示的？吸收操作的极限 是什么？是什么？2 2、气液平衡关系如何表示？、气液平衡关系如何表示？3 3、吸收速率方程如何表示？如何强化吸收？、吸收速率方程如何表示？如何强化吸收？4 4、液气比是多少？、液气比是多少？5 5、吸收塔填料层高度计算。、吸收塔填料层高度计算。1构造简单，便于安装，小直径的填料塔造

5、价低。2压力降较小，适宜减压操作，且能耗低。3分别效率高，用于难分别的混合物，塔高较低。4适于易起泡物系的分别，由于填料对泡沫有限制和破碎作用。5适用于腐蚀性介质，由于可采用不同材质的耐腐蚀填料。6适用于热敏性物料，由于填料塔持液量低，物料在塔内停留时间短。7操作弹性较小，对液体负荷的变化特别敏感。当液体负荷较小时，填料外表不能和好地润湿，传质效果急剧下降；当液体负荷过大时，那么易产生液泛。8不宜处置易聚合或含有固体颗粒的物料。1. 比外表积比外表积 单位体积填料层所具有的外表积单位体积填料层所具有的外表积2. 空隙率空隙率 单位体积填料层所具有的空隙体积单位体积填料层所具有的空隙体积3. 填

6、料因子填料因子 有液体喷淋条件下实测的有液体喷淋条件下实测的/ 34. 单位堆积体积的填料数目单位堆积体积的填料数目 填料尺寸填料尺寸 ， 数目数目填料支承安装填料支承安装填料压紧安装填料压紧安装液体的分布安装液体的分布安装液体再分布安装液体再分布安装 除沫安装除沫安装液膜厚度不仅取决于液体流量，而且与气体流量有关。气量液膜厚度不仅取决于液体流量，而且与气体流量有关。气量，液膜，液膜厚度厚度，填料内的持液量，填料内的持液量。当液体自塔顶向下借重力在填料外表作膜状流动时，膜内平均当液体自塔顶向下借重力在填料外表作膜状流动时，膜内平均流速决议于流动的阻力。而此阻力来自于液膜与填料外表，及流速决议于

7、流动的阻力。而此阻力来自于液膜与填料外表，及液膜与上升气流之间的摩擦。液膜与上升气流之间的摩擦。线线A:A:气体经过干填料层时，压力降与气体经过干填料层时，压力降与 空塔气速的关系，为直线空塔气速的关系，为直线线线B:B:有液体喷淋，液体量小有液体喷淋，液体量小线线C:C:有液体喷淋，液体量大有液体喷淋，液体量大vu较低点L以下:线与A线大致平行。u， P，液体下流与流速无关vu大于uL以后：线斜率增大，上升气流开场妨碍液体顺利下流，Pvu大于uF以后：P与u成垂直关系，阐明上升气体足以阻止液体下流，于是液体充溢填料层空隙，气体只能鼓泡上升，随之液体被气流带出塔顶，发生液泛。以线以线B B为例

8、为例: :u增大到uF以后，P与u成垂直关系，上升气体阻止液体下流使液体填料层充溢填料层空隙，气体只能鼓泡上升，随之液体被气流带出塔顶的景象称液泛，F点称为泛点。载点载点L L点点: :空塔气速u增大到uL以后，上升气流与下降液体间的摩擦力使填料外表持液量增多，气体实践速度与空塔气速的比值显著提高，压力降比以前添加得快的景象称载液，L点称为载点。泛点泛点F F点点: :目前普通以为填料塔的正常操作形状只到泛点为止目前普通以为填料塔的正常操作形状只到泛点为止. .求泛点气速求泛点气速; ;根据工艺规定的允许压降根据工艺规定的允许压降值计算空塔气速，或根据值计算空塔气速，或根据选定的空塔气速计算压

9、降。选定的空塔气速计算压降。第四章第四章 吸收技术吸收技术一、气体的溶解度一、气体的溶解度二、亨利定律二、亨利定律三、相平衡关系在吸收过程中的运用三、相平衡关系在吸收过程中的运用四、吸收剂选择的原那么四、吸收剂选择的原那么第二节第二节 吸收的根底知识吸收的根底知识一、气体的溶解度一、气体的溶解度 1 1、气体在液体中溶解度的概念、气体在液体中溶解度的概念 n气体在溶液中的溶解平衡是一个动态平衡；气体在溶液中的溶解平衡是一个动态平衡；n平衡时气相中溶质的分压称为平衡分压，液相中溶平衡时气相中溶质的分压称为平衡分压，液相中溶质的浓度称为平衡浓度，也即是气体在溶液中的溶质的浓度称为平衡浓度，也即是气

10、体在溶液中的溶解度；解度；n指明吸收进展的极限程度；指明吸收进展的极限程度；n加压和降温溶解度增大，降压和升温溶解度减小。加压和降温溶解度增大，降压和升温溶解度减小。2 2、溶解度曲线、溶解度曲线 吸收剂、温度吸收剂、温度T、P 一定时，不同物质的溶解度不同。一定时，不同物质的溶解度不同。 温度、溶液的浓度一定时，溶液上方分压越大的物质越难溶。温度、溶液的浓度一定时，溶液上方分压越大的物质越难溶。对于同一种气体，分压一定时，温度对于同一种气体，分压一定时，温度T越高，溶解度越小。越高，溶解度越小。对于同一种气体，温度对于同一种气体，温度T一定时，分压一定时，分压P越大，溶解度越大。越大，溶解度

11、越大。加压和降温对吸收操作有利。加压和降温对吸收操作有利。 二、亨利定律二、亨利定律1 1、亨利定律、亨利定律 AExp * E亨利常数，单位与压强单位一致亨利常数，单位与压强单位一致 。 E值取决于物系的特性及温度；温度值取决于物系的特性及温度；温度T上升，上升，E值增大；值增大； 在同一溶剂中，在同一溶剂中，E值越大的气体越难溶。值越大的气体越难溶。2、亨利定律的其他表示方式、亨利定律的其他表示方式 1用溶质用溶质A在溶液中的摩尔浓度和气相中的分压表示的亨在溶液中的摩尔浓度和气相中的分压表示的亨利定律利定律 HcpA*H溶解度系数溶解度系数 ，单位：，单位：kmol/(m3Pa)或或kmo

12、l/(m3atm)。 H是温度的函数，是温度的函数，H值随温度升高而减小。值随温度升高而减小。易溶气体易溶气体H值大，难溶气体值大，难溶气体H值小。值小。H与与E的关系的关系HcE 2) 气液相中溶质的摩尔分数表示的亨利定律气液相中溶质的摩尔分数表示的亨利定律mxy *m相平衡常数相平衡常数 ，是温度和压强的函数。，是温度和压强的函数。 温度升高、总压下降那么温度升高、总压下降那么m值变大。值变大。m值越大，阐明气体的溶解度越小。值越大，阐明气体的溶解度越小。 m与与E的关系：的关系： yPpA由分压定律知：由分压定律知：PpyA*xEpA*由亨利定律：由亨利定律： xPEyPEm 即：即：3

13、用摩尔比用摩尔比Y和和X分别表示气液两相组成的亨利定律分别表示气液两相组成的亨利定律a) 摩尔比定义：摩尔比定义： 液相中溶剂的摩尔数液相中溶质的摩尔数Xxx1数气相中惰性组分的摩尔气相中溶质的摩尔数Yyy1YYyXXx1,1由由 ,*得mxy XmXYY11*XmmXY)1 (1*对于稀溶液，对于稀溶液，X很小，很小， 上式简化为：上式简化为：mXY*亨利定律的几种表达方式也可改写为亨利定律的几种表达方式也可改写为HPcEPx* ,mYXmyx* , 例：在常压及例：在常压及20下，测得氨在水中的平衡数据为：浓度为下，测得氨在水中的平衡数据为：浓度为0.5gNH3/100gH2O的稀氨水上方

14、的平衡分压为的稀氨水上方的平衡分压为400Pa，在该，在该浓度范围下相平衡关系可用亨利定律表示，试求亨利系数浓度范围下相平衡关系可用亨利定律表示，试求亨利系数E，溶解度系数，溶解度系数H，及相平衡常数，及相平衡常数m。氨水密度可取为。氨水密度可取为1000kg/m3 解：解：由亨利定律表达式知：由亨利定律表达式知：xpE*18/10017/5 . 017/5 . 0 x00527. 0亨利系数为亨利系数为 xpE 00527. 0400Pa41059. 7又又 mxy *，而 0*Ppy 51001. 140000395. 0相平衡常数相平衡常数 00527. 000395. 0m75. 0H

15、cp *10001005 . 017/5 . 0c3/293. 0mkmol溶解度系数为：溶解度系数为： 400293. 0HPamkmol34/1033. 7或由各系数间的关系求出其它系数或由各系数间的关系求出其它系数 EcH Pamkmol34/1032. 7PEm 341033.1011059. 7749. 0三、相平衡关系在吸收过程中的运用三、相平衡关系在吸收过程中的运用 1 1、判别过程的方向、判别过程的方向 例：在101.3kPa，20下,稀氨水的气液相平衡关系为 ：xy94. 0*，假设含氨，假设含氨0.094摩尔分数的混合气和组成摩尔分数的混合气和组成 05. 0Ax的氨水接触

16、的氨水接触,确定过程的方向。确定过程的方向。 解：解： 用相平衡关系确定与实践气相组成用相平衡关系确定与实践气相组成 094. 0y成平衡的液相组成成平衡的液相组成 94. 0/*yx 1 . 0将其与实践组成比较将其与实践组成比较 ： 1 . 005. 0*xx气液相接触时，氨将从气相转入液相，发生吸收过程。气液相接触时，氨将从气相转入液相，发生吸收过程。或者利用相平衡关系确定与实践液相组成成平衡的气相组成或者利用相平衡关系确定与实践液相组成成平衡的气相组成 xy94. 0*05. 094. 0047. 0将其与实践组成比较：将其与实践组成比较： 047. 0094. 0*yy氨从气相转入液

17、相，发生吸收过程。氨从气相转入液相，发生吸收过程。假设含氨假设含氨0.02摩尔分数的混合气和摩尔分数的混合气和 x=0.05的氨水接触，那么的氨水接触，那么 021. 094. 0/02. 094. 0/* yx021. 005. 0*xx气液相接触时，氨由液相转入气相，发生解吸过程。气液相接触时，氨由液相转入气相，发生解吸过程。此外，用气液相平衡曲线图也可判别两相接触时的传质方向此外，用气液相平衡曲线图也可判别两相接触时的传质方向详细方法：详细方法：知相互接触的气液相的知相互接触的气液相的实践组成实践组成y y和和x x，在，在x-yx-y坐标坐标图中确定形状点，假设点在图中确定形状点，假设

18、点在平衡曲线上方，那么发生吸平衡曲线上方，那么发生吸收过程；假设点在平衡曲线收过程；假设点在平衡曲线下方，那么发生解吸过程。下方，那么发生解吸过程。 2 2、计算过程的推进力、计算过程的推进力 当气液相的组成均用摩尔分数表示时，吸收的推进力可表示为： ：*yy 以气相组成差表示的吸收推进力； ：xx *以液相组成差表示的吸收推进力。 3 3、确定过程的极限、确定过程的极限 所谓过程的极限是指两相充分接触后，各相组成变化的最大能够性。 组成为组成为y1的混合气的混合气 添加塔高添加塔高 减少吸收剂用量减少吸收剂用量 塔底塔底 x1添加添加 极限极限 myxx1*1max1组成为：组成为：组成为组

19、成为y1的混合气的混合气添加塔高添加塔高 添加吸收剂用量添加吸收剂用量 塔顶塔顶y2降低降低极限极限 组成为：组成为：2*2min2mxyy吸收过程涉及两相间的物质传送，包括三个步骤：吸收过程涉及两相间的物质传送，包括三个步骤：溶质由气相主体传送到两相界面，即气相内的物质传送；溶质由气相主体传送到两相界面，即气相内的物质传送；溶质在相界面上的溶解，由气相转入液相，即界面上发生溶质在相界面上的溶解，由气相转入液相，即界面上发生的溶解过程；的溶解过程；溶质自界面被传送至液相主体，即液相内的物质传送。溶质自界面被传送至液相主体，即液相内的物质传送。单相内物质传送的机理单相内物质传送的机理分子分散分子

20、分散 对流传质涡流分散对流传质涡流分散二、吸收机理二、吸收机理1 1、分子分散：、分子分散： 一相内部有浓度差别的条件下，由于分子一相内部有浓度差别的条件下，由于分子的无规那么热运动而呵斥的物质传送景象的无规那么热运动而呵斥的物质传送景象。AB分子分散系数分子分散系数 反映物质分散的难易程度，是物质的一种传送属性；反映物质分散的难易程度，是物质的一种传送属性；随体系温度的增大而增大，随体系压力增大而减小；随体系温度的增大而增大，随体系压力增大而减小；同一物质在不同物质中的分散系数也不一样。同一物质在不同物质中的分散系数也不一样。气体中分散系数与体系温度和压力的关系：气体中分散系数与体系温度和压

21、力的关系：75.1122112TTPPDD液体中的分散系数较气体中的分散系数小。液体中的分散系数较气体中的分散系数小。2 2、涡流分散、涡流分散涡流分散涡流分散 n涡流分散是指在湍流主体中经过大量流体质点的脉动涡流分散是指在湍流主体中经过大量流体质点的脉动与返混实现物质传送的作用；与返混实现物质传送的作用；n湍流流体中在进展涡流分散的同时，也存在着分子分湍流流体中在进展涡流分散的同时，也存在着分子分散。涡流分散传质速率比分子分散大得多；散。涡流分散传质速率比分子分散大得多；n对流分散即是湍流主体与两相界面间的涡流分散与分对流分散即是湍流主体与两相界面间的涡流分散与分子分散两种传质作用的总称。子

22、分散两种传质作用的总称。3 3、对流传质、对流传质 流动流体与两相界面之间的传质流动流体与两相界面之间的传质对流传质速率方程：对流传质速率方程：DeDe：涡流分散系数，不是物性常数，其值与湍动程度和流：涡流分散系数，不是物性常数，其值与湍动程度和流体质点所处的位置有关，且很难直接测定。体质点所处的位置有关，且很难直接测定。dzdCDDNAeA)( 二双膜实际二双膜实际 双膜实际双膜实际相互接触的气液两相间有一个稳定的界面，界面上没有传相互接触的气液两相间有一个稳定的界面，界面上没有传质阻力，气液两相处于平衡形状。质阻力，气液两相处于平衡形状。界面两侧分别存在着两层膜，气膜和液膜。气相一侧叫气界

23、面两侧分别存在着两层膜，气膜和液膜。气相一侧叫气膜，液相一侧叫液膜膜，液相一侧叫液膜 ，这两层膜均很薄，膜内的流体是，这两层膜均很薄，膜内的流体是滞流流动，溶质以分子分散的方式进展传质。滞流流动，溶质以分子分散的方式进展传质。 膜外的气液相主体中，流体流动的非常猛烈，溶质的浓度膜外的气液相主体中，流体流动的非常猛烈，溶质的浓度很均匀，传质的阻力可以忽略不计，传质阻力集中在两层很均匀，传质的阻力可以忽略不计，传质阻力集中在两层膜内。膜内。 三、吸收阻力的控制三、吸收阻力的控制 吸收速率：吸收速率： 单位面积，单位时间内吸收的溶质单位面积，单位时间内吸收的溶质A的摩尔的摩尔数，用数，用NA表示，单

24、位通常用表示，单位通常用kmol/m2.s。吸收传质速率方程：吸收传质速率方程：吸收速率与吸收推进力之间关系的数学式吸收速率与吸收推进力之间关系的数学式 吸收速率吸收速率=传质系数传质系数推进力推进力 气膜吸收速率方程式气膜吸收速率方程式gk气膜吸收系数，气膜吸收系数， kmol/(m2.s.kPa)。 也可写成：也可写成： gigAkppN11 1、气膜吸收速率方程式、气膜吸收速率方程式 )(iggAppkN当气相的组成以摩尔分率表示时当气相的组成以摩尔分率表示时 )(iyAyykNyk以以 y表示的气膜吸收系数，表示的气膜吸收系数，kmol/(m2.s)。 当气相组成以摩尔比浓度表示时当气

25、相组成以摩尔比浓度表示时 )(iYAYYkNYk以以 Y表示推进力的气膜吸收系数，表示推进力的气膜吸收系数，kmol/(m2.s)。 2 2、液膜吸收速率方程式、液膜吸收速率方程式 )(LilAcckN或或 liAkccN1液膜吸收速率方程液膜吸收速率方程lk以以 c为推进力的液膜吸收系数，为推进力的液膜吸收系数，m/s； 当液相的组成以摩尔分率表示时当液相的组成以摩尔分率表示时 )(xxkNixAxk以以 x为推进力的液膜吸收系数，为推进力的液膜吸收系数，kmol/(m2.s)kmol/(m2.s)。 当液相组成以摩尔比浓度表示时当液相组成以摩尔比浓度表示时 )(XXkNiXAXk以以 X为

26、推进力的液膜吸收系数，为推进力的液膜吸收系数，kmol/(m2.s)kmol/(m2.s)。 3、总吸收系数及相应的吸收速率方程式、总吸收系数及相应的吸收速率方程式1以气相组成表示总推进力的吸收速率方程式以气相组成表示总推进力的吸收速率方程式a以以p为推进力的吸收速率方程为推进力的吸收速率方程 *)(ppKNGAGK 以以 p为推进力的气相总吸收系数，为推进力的气相总吸收系数，kmol/(m2.s.Pa) *p与液相主体浓度与液相主体浓度c成平衡的气相分压，成平衡的气相分压，Pa。 )(*yyKNyA b以以y为推进力的吸收速率方程为推进力的吸收速率方程2以液相组成表示总推进力的吸收速率方程式以液相组成表示总推进力的吸收速率方程式 yK以以y为推进力的气相总吸收系数，为推进力的气相总吸收系数，kmol/(m2.s)。 yKa以以c为推进力的吸收速率方程为推进力的吸收速率方程 )*(ccKNLALK以以c为推进力的液相总吸收系数，为推进力的液相总吸收系数，m/s b以以x为推进力的吸收速率方程为推进力的吸收速率方程 )(*xxKNxAxK以以x为推进力的液相总吸收系数，为推进力的液相总吸收系数，kmol/(m2.s) 5、各种吸收系数之间的关系、各种吸收系数之间的关系1总系数与分系数的关系总系数与分系数的关系 lgGHkkK111