大學(xué)課件化工原理吸收1

1、 第第7章章 氣體吸收氣體吸收7.1 概述概述7.1.1 吸收過程的基本應(yīng)用吸收過程的基本應(yīng)用目的：目的： 回收有用物質(zhì)：如用水吸收回收有用物質(zhì)：如用水吸收hcl氣體制取鹽酸；氣體制取鹽酸； 凈化氣體：原料氣凈化凈化氣體：原料氣凈化 排放尾氣凈化排放尾氣凈化 氣體產(chǎn)品的精制氣體產(chǎn)品的精制。 工業(yè)典型的吸收過程工業(yè)典型的吸收過程: 以洗油吸收煤氣中的苯以洗油吸收煤氣中的苯 名詞名詞：吸收劑吸收劑溶質(zhì)溶質(zhì) 惰性組分惰性組分吸收液吸收液凈化氣凈化氣富液富液貧液貧液混合氣體吸收劑混合氣體吸收劑 吸收液（溶質(zhì)吸收劑）惰氣吸收液（溶質(zhì)吸收劑）惰氣7.1.2 吸收過程的基本原理吸收過程的基本原理吸收吸收:

2、是將氣體混合物中的各個(gè)組分予以分離是將氣體混合物中的各個(gè)組分予以分離的單元操作。的單元操作。依據(jù)：依據(jù)：依各組分在溶劑中的溶解度的差異實(shí)現(xiàn)依各組分在溶劑中的溶解度的差異實(shí)現(xiàn)組分分離。組分分離。 相界面吸收過程解吸過程氣相主體液相主體吸收過程：吸收過程：（1）溶質(zhì)從氣相主體傳遞到相界面）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）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）溶質(zhì)從相界面?zhèn)鬟f到液相主體7.1.3 吸收過程的分類吸收過程的分類分類方法：分類方法：（1） 物理吸收與化學(xué)吸收（依有無化學(xué)反應(yīng)）；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

3、多組分吸收（依吸收組分?jǐn)?shù)）；單組分吸收與多組分吸收（依吸收組分?jǐn)?shù)）；（3）等溫吸收與非等溫吸收（依溫度是否變化）；）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。）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）一步吸收流程和兩步吸收流程 一步吸收流程一步吸收流程 以洗油吸收煤氣中的苯流程以洗油吸收煤氣中的苯流程 兩步吸收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）單塔流程和多塔流程（3）逆流吸收流程和并流吸收流程）逆流吸收流程和并流吸收流程逆流并流（4）部分溶劑循環(huán)流程）部分

4、溶劑循環(huán)流程去解吸塔7.1.5 吸收要解決的主要問題吸收要解決的主要問題（1）吸收劑的選擇原則）吸收劑的選擇原則 溶解度要大溶解度要大良好的選擇性良好的選擇性 蒸汽壓要低蒸汽壓要低 較低的粘度較低的粘度,不易起泡不易起泡 便于再生便于再生安全、經(jīng)濟(jì)安全、經(jīng)濟(jì)（2）吸收操作條件的確定）吸收操作條件的確定 吸收劑用量吸收劑用量 操作溫度操作溫度 操作壓力操作壓力（3）設(shè)備形式、尺寸）設(shè)備形式、尺寸 設(shè)備形式：板式塔、填料塔設(shè)備形式：板式塔、填料塔 塔設(shè)備尺寸：塔高、塔徑；塔設(shè)備尺寸：塔高、塔徑； 塔內(nèi)件結(jié)構(gòu)、尺寸塔內(nèi)件結(jié)構(gòu)、尺寸 7.2 吸收過程中的質(zhì)量傳遞吸收過程中的質(zhì)量傳遞 吸收過程：吸收過程

5、： 氣相主體氣相主體相界面相界面液相主體液相主體 單向傳質(zhì)單向傳質(zhì) 界面溶解界面溶解單向傳質(zhì)單向傳質(zhì)氣液界面氣液界面氣相主體氣相主體液相主體液相主體單相內(nèi)傳質(zhì)單相內(nèi)傳質(zhì)單相內(nèi)傳質(zhì)單相內(nèi)傳質(zhì)7.2.1 傳質(zhì)的基本方式傳質(zhì)的基本方式單相內(nèi)的傳質(zhì)機(jī)理：?jiǎn)蜗鄡?nèi)的傳質(zhì)機(jī)理： （1）分子擴(kuò)散）分子擴(kuò)散: 分子隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)的宏觀結(jié)果。分子隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)的宏觀結(jié)果。 固體、靜止的流體和作層流流動(dòng)的流體內(nèi)部單獨(dú)存在。固體、靜止的流體和作層流流動(dòng)的流體內(nèi)部單獨(dú)存在。 （2）渦流擴(kuò)散：質(zhì)點(diǎn)的湍動(dòng)和旋渦的擾動(dòng)引起。）渦流擴(kuò)散：質(zhì)點(diǎn)的湍動(dòng)和旋渦的擾動(dòng)引起。 湍流流動(dòng)的流體內(nèi)（分子擴(kuò)散的影響可忽略）。湍流流動(dòng)的流體內(nèi)（分子擴(kuò)散

6、的影響可忽略）。7.2.2 組分運(yùn)動(dòng)速度及傳質(zhì)通量組分運(yùn)動(dòng)速度及傳質(zhì)通量(1) 流體中組分的速度流體中組分的速度a. 組分的絕對(duì)速度組分的絕對(duì)速度ui i 組分通過空間某一靜止平面的速度。組分通過空間某一靜止平面的速度。b. 物系的平均速度物系的平均速度u0cnu u-混合體系的平均速度，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，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單位面積上混合物系的摩爾流量,kmol/(m2 s)由于：由于：iiiiucnnn,所以：所以：niiiuccu101c. 組分的擴(kuò)散速度組分的擴(kuò)散速度uki擴(kuò)散是由于自身的

7、濃度差引起的質(zhì)量傳遞。擴(kuò)散是由于自身的濃度差引起的質(zhì)量傳遞。uuuikiuuiuki靜止平面移動(dòng)平面 上式傳質(zhì)通量是通過空間某一靜止平面的傳質(zhì)通量。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(kuò)散通量組分的擴(kuò)散通量ji以組分的擴(kuò)散速度表示：以組分的擴(kuò)散速度表示：)(uucucjiikiii（2）組分的傳質(zhì)通量）組分的傳質(zhì)通量傳質(zhì)通量傳質(zhì)通量是指混合物系中某組分在單位時(shí)間內(nèi)通過空間某一平是指混合物系中某組分在單位時(shí)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。面單位面積上的質(zhì)量或物質(zhì)的量。)(uucucnkiiiii擴(kuò)散通量擴(kuò)散通量是通過以平均速度移動(dòng)的平面的傳質(zhì)通量。是通過以平均速度

8、移動(dòng)的平面的傳質(zhì)通量。工程上：ucjuucniikiii)(nccnyucyucyuciiiiiiii)/(00所以：所以：0ccnjniii0ccni整體流動(dòng)造成的整體流動(dòng)造成的n（ci/c0)niji靜止平面移動(dòng)平面7.2.3 分子擴(kuò)散分子擴(kuò)散 傳質(zhì)過程進(jìn)行到組分濃度差消失時(shí)，宏觀的傳質(zhì)通量為零，微傳質(zhì)過程進(jìn)行到組分濃度差消失時(shí)，宏觀的傳質(zhì)通量為零，微觀的分子熱運(yùn)動(dòng)仍在進(jìn)行，只是組分的擴(kuò)散和反向擴(kuò)散的速率觀的分子熱運(yùn)動(dòng)仍在進(jìn)行，只是組分的擴(kuò)散和反向擴(kuò)散的速率相當(dāng)，系統(tǒng)處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。相當(dāng)，系統(tǒng)處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。（1）費(fèi)克定律）費(fèi)克定律 dzdcdjaaba表明：擴(kuò)散速率正比于濃度梯度表明

9、：擴(kuò)散速率正比于濃度梯度,方向沿濃度降低的方向。方向沿濃度降低的方向。dzdcducjaabkaaadzdcdjbbab czz1z2jajb0c0ca1cb2ca2cb1（2）雙組分等分子反向擴(kuò)散）雙組分等分子反向擴(kuò)散 傳質(zhì)：物質(zhì)有宏觀移動(dòng)，一組分?jǐn)U散，另一組分反向擴(kuò)散。傳質(zhì)：物質(zhì)有宏觀移動(dòng)，一組分?jǐn)U散，另一組分反向擴(kuò)散。dzdcdjaababajj（穩(wěn)態(tài)過程，否則（穩(wěn)態(tài)過程，否則c0 發(fā)生變化發(fā)生變化 ）常數(shù)baccc0dzdcdzdcba dddbaab 一般傳質(zhì)速率以空間固定截面為基準(zhǔn)一般傳質(zhì)速率以空間固定截面為基準(zhǔn). 對(duì)穩(wěn)態(tài)分子擴(kuò)散過程：對(duì)穩(wěn)態(tài)分子擴(kuò)散過程： dzdcdjnaaa 2

10、a1aabacczdn 對(duì)于氣相：對(duì)于氣相： rtpcaa 2a1aapprtzdn 對(duì)于對(duì)于b 組分，有同樣的公式。組分，有同樣的公式。(3) 單向擴(kuò)散單向擴(kuò)散nja0ccna0ccnbjbna相界面氣相主體液相主體 a可被吸收可被吸收 b不被吸收不被吸收a組分不斷被吸收，產(chǎn)生濃度梯度，組分不斷被吸收，產(chǎn)生濃度梯度，b組分不被吸收，也產(chǎn)生反向組分不被吸收，也產(chǎn)生反向濃度梯度，故有以上的分子擴(kuò)散。濃度梯度，故有以上的分子擴(kuò)散?？傮w流動(dòng)總體流動(dòng)： 在在 壓力差的作用下，單相主體向界面移動(dòng)稱為壓力差的作用下，單相主體向界面移動(dòng)稱為總體流動(dòng)。總體流動(dòng)造成總體流動(dòng)。總體流動(dòng)造成a，b向同一方向移動(dòng)。向

11、同一方向移動(dòng)。組分組分a在在z軸方向上總的傳質(zhì)通量為：軸方向上總的傳質(zhì)通量為：) 1 (00ccndzdcdccnjnaaaaa b組分不能被液相吸收，由分子擴(kuò)散引起的傳質(zhì)通量和組分不能被液相吸收，由分子擴(kuò)散引起的傳質(zhì)通量和由物系總體流動(dòng)引起的傳質(zhì)通量在數(shù)值上相等而方向相反，由物系總體流動(dòng)引起的傳質(zhì)通量在數(shù)值上相等而方向相反，所以所以b凈的通量等于零：凈的通量等于零：)2(000ccndzdcdnbb0ccndzdcdbb0ccnjbbndzdcddzdcdcccndzdcddzdcdccndzdcdccndzdcdnnnbabababbaaba000)()(即：0dzdcddzdcdba所以

12、：bajj 有總體流動(dòng)的穩(wěn)態(tài)分子擴(kuò)散過程，兩組分的分子擴(kuò)散通量數(shù)值有總體流動(dòng)的穩(wěn)態(tài)分子擴(kuò)散過程，兩組分的分子擴(kuò)散通量數(shù)值相等相等,方向相反。方向相反。對(duì)于通過靜止組分的穩(wěn)態(tài)分子擴(kuò)散，對(duì)于通過靜止組分的穩(wěn)態(tài)分子擴(kuò)散，nb=0，n=na：0ccndzdcdnaaaadzdccccdnaaa00121221012010200lnlnlnbbbbaabbaaaccccccczdccczdccccczdn令：令：1212lnbbbbbmccccc)(210aabmacczcdcn氣相物系：氣相物系：)(21aabmappppzrtdn其中：其中：1212lnbbbbbmppppp-漂流因子，其值大于漂流

13、因子，其值大于1 bmppbmcc0漂流因子反映了總體流動(dòng)對(duì)傳質(zhì)速率的影響，其值漂流因子反映了總體流動(dòng)對(duì)傳質(zhì)速率的影響，其值愈大，總體流動(dòng)作用越強(qiáng)。愈大，總體流動(dòng)作用越強(qiáng)。當(dāng)當(dāng)a很低時(shí)，很低時(shí)， ， ，則漂流因子則漂流因子 1，總體流動(dòng)的影響消失。，總體流動(dòng)的影響消失。bmpp bmcc 0（4）分子擴(kuò)散系數(shù)）分子擴(kuò)散系數(shù) 氣體分子擴(kuò)散系數(shù)氣體分子擴(kuò)散系數(shù) 依據(jù)分子運(yùn)動(dòng)理論導(dǎo)出，（假定分子為剛性）然后修正依據(jù)分子運(yùn)動(dòng)理論導(dǎo)出，（假定分子為剛性）然后修正 ：smvvpmmtdbaba/,11103 . 42231312/1237 液體中的分子擴(kuò)散系數(shù)液體中的分子擴(kuò)散系數(shù) 6 . 02112)(1

14、04 . 7abbabvtmd7.2.4 渦流擴(kuò)散渦流擴(kuò)散 渦流流體中出現(xiàn)旋渦，造成組分?jǐn)U散，稱為渦流擴(kuò)散。渦流流體中出現(xiàn)旋渦，造成組分?jǐn)U散，稱為渦流擴(kuò)散。dzdcdjaea de不僅和物性有關(guān)，而且與流動(dòng)狀況有關(guān)。不僅和物性有關(guān)，而且與流動(dòng)狀況有關(guān)。 7.2.5 對(duì)流傳質(zhì)對(duì)流傳質(zhì)對(duì)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。對(duì)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(duì)流擴(kuò)散速率，既有分子擴(kuò)散又有渦流擴(kuò)散。、對(duì)流擴(kuò)散速率，既有分子擴(kuò)散又有渦流擴(kuò)散。dzdcddjaea湍流區(qū)湍流區(qū) 分子擴(kuò)散可忽略分子擴(kuò)散可忽略 過渡區(qū)過渡區(qū) 兩者均不可忽略。兩者均不可忽略。 示意圖示意圖層流區(qū)層

15、流區(qū) ed=0 2、對(duì)流傳質(zhì)理論、對(duì)流傳質(zhì)理論 1）對(duì)流傳質(zhì)的停滯膜模型要點(diǎn)）對(duì)流傳質(zhì)的停滯膜模型要點(diǎn): (1) 相界面處存在一層虛擬的停滯膜相界面處存在一層虛擬的停滯膜; (2) 膜外為流體流動(dòng)的湍流區(qū)；膜外為流體流動(dòng)的湍流區(qū)； (3)停滯膜非常薄停滯膜非常薄,膜內(nèi)無物質(zhì)累積膜內(nèi)無物質(zhì)累積,為穩(wěn)態(tài)分子擴(kuò)散；為穩(wěn)態(tài)分子擴(kuò)散； (4)對(duì)流傳質(zhì)阻力全部集中于停滯膜內(nèi)。對(duì)流傳質(zhì)阻力全部集中于停滯膜內(nèi)。 示意圖示意圖2） 傳質(zhì)速率方程傳質(zhì)速率方程:aiabmgapppprtdn1212lnbbbbbmpppppbmggpprtdkaiagappkn液相：液相：cccdcnibmla01212lnbbbbbmcccccbmlllccdk0(稱為液膜傳質(zhì)系數(shù)稱為液膜傳質(zhì)系數(shù))(ccknilaiyayyknxxknixaky=pkg kx=c0kl)(igigayypkppknxxckccknilila0ky 以氣相以氣相mol分?jǐn)?shù)差為推動(dòng)力的氣膜傳質(zhì)系數(shù)；分?jǐn)?shù)差為推動(dòng)力的氣膜傳質(zhì)系數(shù)；kx 以以液相液相mol分?jǐn)?shù)差為推動(dòng)力的液膜傳質(zhì)系數(shù)分?jǐn)?shù)差為推動(dòng)力的液膜傳質(zhì)系數(shù)3)傳質(zhì)系數(shù)關(guān)聯(lián)傳質(zhì)系數(shù)關(guān)聯(lián)),(dudfk 因次分析因次分析:),(cesrfsh 23.