环境工程原理第二张柏钦课件

第四章吸收

学习目标了解吸收的分类、典型的工业吸收过程、各种不同类型的吸收设备及吸收在环境工程中的应用。理解吸收操作的基本概念、吸收传质机理。掌握吸收的相关计算，能运用工程观念分析解决吸收操作中的实际问题。第一节概述利用气体混合物中各种组分在同一液体（溶剂）中溶解度差异、分离混合物的操作称为气体吸收。一、工业吸收过程

吸收流程包括吸收和解吸两大部分。吸收操作要点：①选择合适的溶剂。②提供适当的传质设备以实现气液两相的接触。③溶剂再生以便循环使用。吸收与解吸流程

二、吸收的分类1．物理吸收与化学吸收2．单组分吸收与多组分吸收3．等温吸收与非等温吸收4．低组成吸收与高组成吸收工业生产中的吸收过程以低组成吸收为主三、吸收在环境治理中的应用吸收被广泛地应用于气态污染物的净化用吸收法净化的气态污染物：⑴含氮氧化物废气⑵含硫氧化物废气⑶含碳氢化合物废气⑷含硫氢化合物废气四、吸收设备的主要类型

气体吸收设备主要为板式塔与填料塔两大类。两种主要吸收设备五、吸收操作的经济性吸收的操作费用主要包括。①气、液两相流经吸收设备的能量消耗；②溶剂的挥发损失和变质损失；③溶剂的再生费用，即解吸操作费。这三项以再生费用所占比例最大。

常用的解吸方式有升温、减压、吹气。第二节吸收净化的基本原理

一、吸收过程的气液相平衡1.物理吸收的气液相平衡

在一定的温度和压力下，气、液两相发生接触后，吸收质便由气相向液相转移，随着液体中吸收质浓度的逐渐增高，吸收速率逐渐减小，解吸速率逐渐增大。经过相当长的时间接触后，吸收速率与解吸速率相等，气液两相达到平衡。

平衡分压：平衡状态下，被吸收气体在溶液上方的分压。溶解度：平衡状态下，可溶气体在溶液中的浓度。

几种常见气体在水中的溶解度讨论：①不同性质的气体在同一温度和分压条件下，溶解度各不相同；②气体的溶解度与温度有关，一般说来，随着温度升高，溶解度下降；③温度一定时，溶解度随溶质分压升高而增大，在吸收系统中，增大气相总压，组分的分压会升高，溶解度也随之加大。结论：溶解度与气体和液体的性质有关，而且与吸收体系的温度、总压和气相组成有关。⑴以p及x表示的平衡关系⑵以y及x表示的平衡关系⑶以pe及c表示平衡关系

⑷以Y及X表示的平衡关系2.化学吸收的气液相平衡化学平衡关系可以写成Ｋ＝

［Ａ］＝

∴∵二、相平衡与吸收过程的关系1．判别过程的方向判别过程进行的方向

2.指明过程的极限

x1max=x1e=y1∕m

吸收过程极限3.计算过程的推动力吸收推动力三、吸收传质机理吸收过程两相间物质传递的三个步骤：①溶质由气相主体传递到两相界面，即气相内物质传递。②溶质在界面上溶解，由气相转入液相，即界面上发生溶解过程；③溶质自界面被传递到液相主体，即液相内物质传递。总过程速率分别由气相和液相内的传质速率所决定。1.分子扩散与对流扩散⑴分子扩散由分子无规则热运动而引起的物质传递现象称为分子扩散。分子扩散速率主要取决于扩散物质和流体的某些物理性质。

分子扩散速率与流体在什么介质中扩散有关，在不同介质中扩散系数不同；与扩散的浓度梯度、扩散系数成正比。扩散物质扩散系数Dcm2/s扩散物质扩散系数Dcm2/sH20.611H2O0.220N20.132C6H60.077O20.178C7H80.076CO20.138CH3OH0.132HCL0.130C2H5OH0.102SO20.103CS20.089SO30.095C2H5OC2H50.078NH30.17一些物质在空气中的扩散系数（０℃、１０１.３３kPa）一些物质在水中的扩散系数（２０℃稀)扩散物质扩散系数D’*109m2/s扩散物质扩散系数D’*109m2/sO21.80C2H21.56CO21.50CH2COOH0.88NO21.51C2H5OH1.28NH31.76C3H7OH1.00Cl21.22C4H9OH0.87Br21.2C6H5OH0.77H25.13甘油0.84N21.64尿素0.73HCl2.64葡萄糖1.06H2S1.41蔗糖0.60H2SO41.73HNO32.6NaCl1.35NaOH1.51⑵对流幻玉扩散涡流扩般散-岸--龟在湍流雕主体中制，凭借西流体质尘点的湍麦动与旋涡而引起看的物质传档递现象。对流扩散置---袋湍流主磁体与相界越面的分子东扩散与涡宇流扩散两种传质照作用的总说和。对流扩散很特点:①扩散得物质主霞要借助何主流流汤体的携笛带作用交而转移御。②对流扩斜散速率比轮分子扩散骗速率大的删多，对流匪扩散速率主要取决祖于流体的采湍流程度信。2.吸收活传质理论双膜理论盈示意图双膜理愚论的基语本论点诸：①气液两蝴流体间存果在着稳定懂的相界面末，界面两雪侧各有一有效滞流德膜层，分者别称为气盯膜、液膜罚，吸收质蓝以分子扩振散的方式通过杆此二膜层虚。②在相煮界面处血，气，敏液两相雷达到平司衡。③在膜朵层以外拥的气，痕液两相倾中心区爹，流体均充分湍卧流，吸收质浓松度是均宜匀，全骑部浓度遥变化集克中在两取相有效享膜内。相际传治质过程捏为经由贫气、液肯两膜的爆分子扩芒散过程。溶质渗透绣理论：液体在下说流过程中惕每隔一定尾时间to发生一而次完全说的混合前，使液体的尚浓度均匀谜化。溶质在液闸相中的浓妄度分布第三节青吸收传饲质速率方捎程吸收速概率＝一、气膜睁和液膜吸炊收速率方腔程1.气州膜吸收眼速率方纱程式2.液台膜吸收懂速率方啊程二、总怒吸收速考率方程府及对应渗的总吸是收系数1.以保表示侍总推动力药的吸收速甘率方程式2．以Ｙ－Ｙe表示总推召动力的吸延收速率方边程3．以表示总周推动力鸽的吸收电速率方水程4．以膛表示欲总推动力悠的总吸收佛速率方程吸收控制赵因素实例气膜控制液膜控制双膜控制水吸收氨NH水或弱碱吸收CO2水吸收SO2水吸收HCLSO2水吸收CL2水吸收丙酮液碱或氨水吸收SO2水吸收O2浓硫酸吸收NO2浓硫酸吸收SO2水吸收H2弱碱吸收H2S吸收速率进方程式一贞览表吸收系数兆的表达式咽及吸收系创数的换算提高吸收栏效果的方凯法：①提高气距、液两相衣相对运动静速度，降蚀低气膜、句液膜的厚隆度以减小拘阻力。②选用胆对吸收引剂溶解拉度大的沾溶液作度吸收剂圆。③适当提专高供液量善，降低液溉相主体中脸溶质浓度老以增大吸洲收推动力纽奉。④增大气咳液相接妻触面积趁。5．化垂学吸收干速率方础程化学吸雹收步骤在：①气相反焦应物Ａ由约气相主体缩慧通过气膜训向相界面躲扩散；②反应物少Ａ由相界谦面向液相启扩散；③反应物筹Ａ在液膜然内或液相捏主体与反倦应物Ｂ反易应，形成反应区；④反应产物哀Ｒ若为液亚相产物，高向液相主掠体扩散，陪若为气体产物兽则向界膛面扩散密；⑤气态产物栗由界面向诸气相主体骨扩散。化学吸革收速率剩方程：第四节品吸收帅计算填料塔午的工艺概计算：①确定吸责收剂（溶推剂）的用阿量；②计算塔裁的主要工棕艺尺寸，帝包括塔径给和塔的有此效高度。计算的疼基本依棒据：物料衡龄算，气是、液平识衡关系顿及速率税关系。假设条早件：①吸收劲为低浓祖度等温锻物理吸科收，总引吸收系忠数为常剩数。②惰性气年体和吸收痰剂在整个走吸收塔中纽奉均为常量亿。③吸收想塔中气士、液两泄相逆流杂流动。逆流吸收裤塔物料衡凶算逆流操拆作吸收慰塔中操郑作线一、洁吸收塔柔的物料凯衡算与愧操作线抛方程1．全塔居物料衡算Y2＝Y1(1一访φA)2．吸收榴塔的操作居线方程式畏与操作线VY+L回X1=VY1+LXY=迁X+猾(Y1-湖X1)或二、溶剂颜用量的决逝定吸收塔最而小气液比最小液气版比：一般情动况下取长溶剂用当量为最投小用量给的1.畏1～2中.0倍Lmin=V=(1.应1～2.0巷)()minL=(1档.1～2.0)Lmin三、塔罪径的计峰算吸收塔务直径：⑴泛点舱气速法对于散化装填料朝：u／uF=0．荐5～0．摘85对于规虏整填料削：u／uF=0暂．6～愿0．9跪5⑵气相动就能因子口(F因子)坝法气相负拴荷因子验(Cs因子法)D=F=uＣＳ＝uCS=0.路8CS,ma允x四、吸收缎塔高的计晨算1.填料亡层高度的帆基本计算耍式对微元层旺内组分Ａ鼠（溶质）丝式物料衡算可得证：对于稳定波操作的吸体收塔，低恼组成气体吸弃收填料场层高度键的基本山式为：Ｚ＝＝微元填愿料层的驶物料衡收算Ｚ＝Ｚ＝2.传偷质单元壶数与传并质单元伟高度令:则:传质单元牺数NＯＧ---智反映吸氧收过程荣进行的蝴难易。传质单元赠高度HＯＧ-翁---反映吸收踩设备效能坊的高低。ＮＯＧ＝ＨＯＧ＝＝传质单少元高度签与传质励单元数3.传誓质单元头数的求胆法⑴脱吸因盆子法ＮＯＧ＝关联图⑵对数平凉均推动力裹法△Ym和△Xm分别表示捧塔顶和塔泊底的气相兼推动力的清对数平均值蠢和液相烂推动力良的的对嗓数平均追值。△Ｙm=△Xm=五、吸收充塔的操作好与调节吸收塔晚可调节天的因素帆:流量L、温度T、含量X2增大溶祸剂用量笑,平均焰推动力璃加大;降低溶淡剂温度毕,平均横推动力孩增大;降低溶剂习入口含量送,全塔平嘱均推动力受随之增大勒。吸收塔的岸操作调节第五节握解泛吸使溶解于焰液相中的堤气体释放委出来的操蔑作称为解害吸。一、解杨吸方法（1）气拾提解吸①惰脉性气体僚气提淘---灭以空想气、氮喇气、二迹氧化碳骂作载气辆;②汽提库---索以水蒸气冬作载气，于同时兼作岩加热热源呢;③提馏也--贞-以糠溶剂蒸炸气作为刘载气。（2）册减压解倍吸（3）加心热解吸（4）加索热-减压孝解吸二、气参提解吸业的计算⑴最小同气液比截和载气云流量的升确定Ｙ＝(X-X２)+Ｙ２Ｙ＝(X-X１)+Y１解吸操作尾线及最小液气比的程确定最小气液县比、载气筛流量为⑵传质单密元数的计汁算——称为魂吸收因数托，它是操启作线斜率响与平衡线症斜率的比种值，无量馆