化工原理-吸收課件

1、第2章 吸收2.l 氣體吸收的相平衡2.2 傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率2.3 吸收塔的計(jì)算2.4 吸收系數(shù) 2.5 其他吸收 05-07-211吸收第2章 吸收2.l 氣體吸收的相平衡05-07-211吸概 述吸收：根據(jù)混合物各組分在某種溶劑中溶解度的不同而達(dá)到分離的目的。 目的：回收或捕獲氣體混合物中的有用物質(zhì)，以制取產(chǎn)品。 除去工藝氣體中的有害成分，使氣體凈化，以便進(jìn)一步加工處理；或除去工業(yè)放空尾氣中的有害物，以免污染大氣05-07-212吸收概 述吸收：根據(jù)混合物各組分在某種溶劑中溶解度的不同而達(dá)到概 述分離需要解決的問(wèn)題： 選擇合適的溶劑：使能選擇性地溶解某個(gè)（或某些）被分離組分。 提供適當(dāng)?shù)?/p>

2、傳質(zhì)設(shè)備以實(shí)現(xiàn)氣液兩相的接觸：使被分離組分得以自氣相轉(zhuǎn)移至液相（吸收）或相反（解吸）。 溶劑的再生：即脫除溶解于其中的被分離組分以便循環(huán)使用。吸收分類減壓非等溫多組分化學(xué)吸收解吸常壓等溫雙組分物理吸收吸收加壓名稱溫度變化組分吸收機(jī)理吸收方向操作壓強(qiáng)分類依據(jù)05-07-213吸收概 述分離需要解決的問(wèn)題：減壓非等溫多組分化學(xué)吸收解吸常壓概 述吸收操作的經(jīng)濟(jì)性 氣、液兩相流經(jīng)吸收設(shè)備的能量消耗； 溶劑的揮發(fā)損失和變質(zhì)損失； 溶劑的再生費(fèi)用，即解吸操作費(fèi)。 三者中以再生費(fèi)用所占比例最大。吸收過(guò)程中氣、液兩相的 接觸方式定態(tài)和非定態(tài)操作 本章所作的基本假定： （l）氣體混合物中只有一個(gè)組分溶于溶劑，其

3、余組分在溶劑中的溶解度極低而可忽略不計(jì)，因而可視為一個(gè)情性組分。 （2）溶劑的蒸氣壓很低，其揮發(fā)損失可以忽略，即氣體中不含溶劑蒸氣。05-07-214吸收概 述吸收操作的經(jīng)濟(jì)性05-07-214吸收概 述本章主要討論內(nèi)容氣液平衡傳質(zhì)速率方程及傳質(zhì)理論物料衡算操作線方程低濃度吸收填料層高度計(jì)算05-07-215吸收概 述本章主要討論內(nèi)容05-07-215吸收2.1 氣體吸收的相平衡2.1.1 氣體的溶解度溶解度：氣液兩相處于平衡狀態(tài)時(shí)，溶質(zhì)在液相中的含量。它與溫度、溶質(zhì)在氣相中的分壓有關(guān)。T溶解度；分壓溶解度2.1.2 亨利定律表達(dá)形式p*i=Exi；E亨利系數(shù)，與物系和溫度有關(guān)p*i=c/Hi

4、；H溶解度系數(shù)y*i=mxi；m相平衡系數(shù)Y*i=MXi；M相平衡系數(shù)系數(shù)關(guān)系： H=+ci(Ms-MA)/EMs/EMs m=E/P；例2-1、2-2（P83）05-07-216吸收2.1 氣體吸收的相平衡2.1.1 氣體的溶解度例2-1、2.1 氣體吸收的相平衡2.1.3 吸收劑的選擇（l）溶解度：溶劑對(duì)溶質(zhì)有較大的溶解度；對(duì)其它組分的溶解度要小；（2）選擇性：溶劑對(duì)溶質(zhì)有較大的吸收；對(duì)其它組分基本不吸收；（3）揮發(fā)性：溶劑的蒸氣壓要低；（4）黏性：溶劑應(yīng)有較低的粘度、不易生泡；（5）其他：溶劑應(yīng)盡可能價(jià)廉、易得、無(wú)毒、不易燃燒等經(jīng)濟(jì)和安全條件，具有化學(xué)穩(wěn)定性；05-07-217吸收2.1

5、 氣體吸收的相平衡2.1.3 吸收劑的選擇05-02.1 氣體吸收的相平衡2.1.4 相平衡的應(yīng)用1. 過(guò)程方向3.過(guò)程極限2.過(guò)程推動(dòng)力05-07-218吸收2.1 氣體吸收的相平衡2.1.4 相平衡的應(yīng)用1. 過(guò)2.2 吸收機(jī)理與吸收速率本節(jié)將討論吸收過(guò)程的速率。分子的傳質(zhì)過(guò)程速率主要由分子擴(kuò)散和對(duì)流傳質(zhì)的快慢控制。分子擴(kuò)散：因濃度差而造成的分子擴(kuò)散速率。對(duì)流傳質(zhì)：流體的宏觀流動(dòng)導(dǎo)致的物質(zhì)傳遞2.2.1 雙組分混合物的分子擴(kuò)散與菲克定律分子擴(kuò)散：菲克定律：2.2.2 氣體中的穩(wěn)態(tài)分子擴(kuò)散分子擴(kuò)散與主體流動(dòng)：等分子反向擴(kuò)散速率方程：一組分通過(guò)另一停滯組分的擴(kuò)散（單向擴(kuò)散）： 05-07-21

6、9吸收2.2 吸收機(jī)理與吸收速率本節(jié)將討論吸收過(guò)程的速率。05-2.2 吸收機(jī)理與吸收速率2.2.3 液相中的穩(wěn)態(tài)分子擴(kuò)散 同理2.2.4 擴(kuò)散系數(shù) 一般通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定。常見(jiàn)物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)可在手冊(cè)中查到，某些也可用半經(jīng)驗(yàn)公式估算擴(kuò)散系數(shù)。例2-5（P96） 2-6(P98)2.2.5 對(duì)流傳質(zhì)渦流擴(kuò)散：對(duì)流傳質(zhì) 氣相： 液相：05-07-2110吸收2.2 吸收機(jī)理與吸收速率2.2.3 液相中的穩(wěn)態(tài)分子擴(kuò)散2.2 吸收機(jī)理與吸收速率2.2.6 吸收過(guò)程的機(jī)理雙膜理論：其假設(shè) 溶質(zhì)由氣相主體傳遞到兩相界面，即氣相內(nèi)的物質(zhì)傳遞； 溶質(zhì)在相界面上的溶解，由氣相轉(zhuǎn)入液相，即界面上發(fā)生的溶解過(guò)程； 溶質(zhì)自

7、界面被傳遞至液相主體，即液相內(nèi)的物質(zhì)傳遞。溶質(zhì)滲透理論：表面更新理論：2.2.7 吸收速率方程式氣膜吸收速率方程式：液膜吸收速率方程式：界面組成： 05-07-2111吸收2.2 吸收機(jī)理與吸收速率2.2.6 吸收過(guò)程的機(jī)理05-2.2 吸收機(jī)理與吸收速率2.2.7 吸收速率方程式 總吸收系數(shù)及其相應(yīng)的吸收速率方程式：以pA-p*A為總推動(dòng)力 KG氣相總吸收系數(shù)；1/KG總阻力以c*A-cA為推動(dòng)力 同理： KL液相總吸收系數(shù)；1/KL總阻力 氣相阻力控制(氣膜控制)：KG=kG 液相阻力控制(液膜控制)：KL=kL05-07-2112吸收2.2 吸收機(jī)理與吸收速率2.2.7 吸收速率方程式

8、2.2 吸收機(jī)理與吸收速率2.2.7 吸收速率方程式 同理其他膜吸收速率方程式為：同理其他總吸收速率方程式為：例2-7（P109）05-07-2113吸收2.2 吸收機(jī)理與吸收速率2.2.7 吸收速率方程式 例 題 總壓為101.3kPa、溫度為303K下用水吸收混合氣中的氨，操作條件下的氣液平衡關(guān)系為 y=1.20 x。已知?dú)庀鄠髻|(zhì)系數(shù)ky=5.3110-4 kmol(sm2)，液相傳質(zhì)系數(shù)kx為5.3310-3 kmol(sm2)，并在塔的某一截面上測(cè)得氨的氣相摩爾分?jǐn)?shù)y為0.05，液相摩爾分?jǐn)?shù)x為0.012。試求該截面上的傳質(zhì)速率及氣液界面上兩相的摩爾分?jǐn)?shù)。05-07-2114吸收例 題

9、 總壓為101.3kPa、溫度為303K下用水2.3 吸收塔的計(jì)算吸收塔：板式塔和填料塔。流動(dòng)方式：逆流和并流，注意并、逆流動(dòng)形式。主要計(jì)算內(nèi)容：填料層高度或理論板層數(shù)。2.3.1 吸收塔的物料衡算與操作線方程 假設(shè)：V、L為常量；吸收過(guò)程是等溫過(guò)程；傳質(zhì)系數(shù)為常量。全塔物料衡算：V(Y1-Y2)=L(X1-X2) 吸收率A=（Y1-Y2）/Y1， Y2=Y1(1-A)操作線方程逆流并流 05-07-2115吸收2.3 吸收塔的計(jì)算吸收塔：板式塔和填料塔。05-07-22.3 吸收塔的計(jì)算2.3.2 吸收劑用量的確定L/V減小，操作費(fèi)減小，X1增大，操作線濃端向平衡線靠攏，傳質(zhì)推動(dòng)力減小，設(shè)備

10、費(fèi)增大。故L/V有適宜區(qū)間，一般為：最小液氣比例2-8（P113）2.3.3 塔徑的計(jì)算 Vs操作條件下混合氣體積流量，m3/s; u空塔氣速，m/s 05-07-2116吸收2.3 吸收塔的計(jì)算2.3.2 吸收劑用量的確定 05-2.3 吸收塔的計(jì)算2.3.4 填料層高度的計(jì)算填料層高度的基本計(jì)算式 條件：微元塔段dz作物料衡算：NAdz=VdY=LdX相際傳質(zhì)速率方程：NA=KY(Y-Y*)=KX(X*-X)傳質(zhì)速率積分式(填料層高度的基本計(jì)算式)：傳質(zhì)單元數(shù)和傳質(zhì)單元高度 傳質(zhì)單元數(shù)： 傳質(zhì)單元高度：05-07-2117吸收2.3 吸收塔的計(jì)算2.3.4 填料層高度的計(jì)算05-072.3

11、 吸收塔的計(jì)算2.3.4 填料層高度的計(jì)算傳質(zhì)單元數(shù)的求法1. 解析法(條件：平衡線為直線)脫吸因數(shù)法：S稱吸收因數(shù)：為平衡線與操作線斜率之比。SNOGH對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法：注意：當(dāng)1/2Y1/Y22或1/2X1/X22時(shí)，可用算術(shù)平均值代替對(duì)數(shù)平均值。例2-9（P121） 05-07-2118吸收2.3 吸收塔的計(jì)算2.3.4 填料層高度的計(jì)算05-072.3 吸收塔的計(jì)算2.3.4 填料層高度的計(jì)算傳質(zhì)單元數(shù)的求法2. 數(shù)值積分法 也可用近似公式計(jì)算 如：P122式2-743. 圖解法 步驟： 作平衡線和操作線的中點(diǎn)連線MN； 從T點(diǎn)作水平線TF，使TF=FF； 從F點(diǎn)作垂線交操作線與A點(diǎn)；

12、 重復(fù)步驟，到垂線與操作線無(wú)交點(diǎn)止。梯級(jí)數(shù)為NOG。05-07-2119吸收2.3 吸收塔的計(jì)算2.3.4 填料層高度的計(jì)算05-072.3 吸收塔的計(jì)算2.3.5 理論板層數(shù)的計(jì)算梯級(jí)圖解法求理論板層數(shù)NT 步驟：直接從操作線的一端開(kāi)始，在操作線和平衡線間畫(huà)梯級(jí)，梯級(jí)數(shù)即為理論板層數(shù)NT。解析法求求理論板層數(shù)NT A=1/S，稱吸收因數(shù)。 注意：求NT與求NOG的異同處。例2-12（P128）05-07-2120吸收2.3 吸收塔的計(jì)算2.3.5 理論板層數(shù)的計(jì)算05-02.4 吸收系數(shù)吸收系數(shù)分氣、液膜吸收系數(shù)和氣、液總吸收系數(shù)；k膜吸收系數(shù)；K總吸收系數(shù)；G、y、Y氣相；L、x、X液相。

13、各系數(shù)是有區(qū)別的。2.4.1 吸收系數(shù)的測(cè)定2.4.2 吸收系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式用水吸收氨（易溶，氣膜控制）常壓用水吸收二氧化碳（難溶，液膜控制）用水吸收二氧化硫（在兩者控制間）2.4.3 吸收系數(shù)的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式注意：它們的使用范圍05-07-2121吸收2.4 吸收系數(shù)吸收系數(shù)分氣、液膜吸收系數(shù)和氣、液總吸收系2.5 脫吸及其他條件下的吸收2.5.1 脫吸脫吸分：氣提脫吸（載氣脫吸）：減壓脫吸：加熱脫吸：加熱減壓脫吸：脫吸與吸收的異同塔的濃端和稀端與吸收相反。操作線：位于平衡線下方。推動(dòng)力：Y*-Y或X-X*與吸收相反。NOL的計(jì)算式與吸收相同。理論板求法也與吸收相同。05-07-2122吸收2.5

14、 脫吸及其他條件下的吸收2.5.1 脫吸05-072.5 脫吸及其他條件下的吸收2.5.2 高組成氣體吸收氣液總流量沿塔高是變化。平衡線不為直線（不符合亨利定律）。NOG或NOL要用積分計(jì)算。2.5.3 非等溫吸收平衡線由不同溫度組合繪制。如圖2.5.4 多組分吸收確定關(guān)鍵組分，計(jì)算NT，再由NT計(jì)算其他組分。方法可用圖解法或解析法。2.5.5 化學(xué)吸收傳質(zhì)推動(dòng)力的增大。05-07-2123吸收2.5 脫吸及其他條件下的吸收2.5.2 高組成氣體吸收小 結(jié)氣液平衡亨利定理的四種表達(dá)形式（注意僅對(duì)低濃度）全塔物料衡算V(Y1-Y2)=L(X1-X2) (僅對(duì)低濃度)吸收操作線Y=LX/V-Y2+

15、LX2/V (逆流) ，并流斜率為負(fù)值。吸收操作線在平衡線上方，脫吸在下方。吸收劑用量由最小吸收劑用量定。填料層高度計(jì)算Z=HOGNOG=HOLNOL關(guān)鍵在NOG和NOL的計(jì)算上，方法有解吸法（平衡線為直線）；圖解法（平衡線為近似直線）；數(shù)值積分法（平衡線任意）。05-07-2124吸收小 結(jié)氣液平衡05-07-2124吸收習(xí)題與討論07004 在低濃度溶質(zhì)系統(tǒng)逆流吸收塔操作中，其平衡線與操作線如下圖，若氣液摩爾流量和入口組成（摩爾分率）不變，但操作壓力降低。此時(shí)氣相出口組成ya將而液相出口組成xb將。07006 操作中的吸收塔，若吸收劑入塔濃度2降低，其它操作條件不變，吸收結(jié)果將使吸收率，出

16、口氣體濃度。 07007 含SO2為10（體積）的氣體混合物與濃度為0.020 Kmol/m3的SO2水溶液在一個(gè)大氣壓下相接觸。操作條件下兩相的平衡關(guān)系為p*1.62C（大氣壓），則SO2將從相向相轉(zhuǎn)移。增加減少增大降低氣相液相05-07-2125吸收習(xí)題與討論07004 在低濃度溶質(zhì)系統(tǒng)逆流吸收塔操作中，其習(xí)題與討論07011 當(dāng)項(xiàng)可忽略時(shí)，表示該吸收過(guò)程為液膜控制。07018某操作中的吸收塔，用清水逆流吸收氣體混合物中組分。若1下降，、，等不變，則回收率有何變化。07025 只要組分在氣相中的分壓液相中該組分的平衡分壓，吸收就會(huì)繼續(xù)進(jìn)行，直至達(dá)到一個(gè)新的為止。07026 圖所示為同一溫度

17、下、三種氣體在水中的溶解度曲線。由圖可知，它們?nèi)芙舛却笮〉拇涡蚴牵灰驗(yàn)?。氣膜阻?7039 由于吸收過(guò)程氣相中的溶質(zhì)分壓總液相中溶質(zhì)的平衡分壓，所以吸收操作線總是在平衡線的。07040 增加吸收劑用量，操作線的斜率。略減小大于平衡在同一平衡分壓下C*B*A*大于上方增大05-07-2126吸收習(xí)題與討論07011 當(dāng)項(xiàng)可忽略時(shí)，表示該吸收習(xí)題與討論07087 設(shè)計(jì)中采用液氣比（L/G）=（L/G）min時(shí)，y1=，塔高H=。 07099 吸收因數(shù)表示與之比，當(dāng)時(shí)，增加塔高，對(duì)吸收率。07100 某逆流吸收塔，用純?nèi)軇┪栈旌蠚庵幸兹芙M分，設(shè)備高為無(wú)窮大，入塔Y1=8%（體積），平衡關(guān)系Y=2x

18、。若液氣比（摩爾比，下同）為2.5時(shí)，吸收率= _% 。07139 對(duì)接近常壓的低濃度溶質(zhì)的氣液平衡系統(tǒng)，當(dāng)溫度和壓力不變，而液相總濃度增加時(shí)其溶解度系數(shù)H 將（ ），亨利系數(shù)將（ ）。（請(qǐng)按 a.增加、b.減少、c.不變，填入括號(hào)內(nèi)）07140 在常壓下用水逆流吸空氣中的CO2，若將用水量增加則出口氣體中的CO2含量將（ ），氣相總傳質(zhì)系數(shù)KG將（ ），出塔液體中CO2濃度將（ ）。（請(qǐng)按a.增加、b.減少、c.不變，填入括號(hào)內(nèi)）0提高明顯100CABAB05-07-2127吸收習(xí)題與討論07087 設(shè)計(jì)中采用液氣比（L/G）=（L/G）習(xí)題與討論07015 通常所討論的吸收操作中，當(dāng)吸收劑

19、用量趨于最小用量時(shí)，。 （）回收率趨向最高； （）吸收推動(dòng)力趨向最大； （）操作最為經(jīng)濟(jì)； （）填料層高度趨向無(wú)窮大。07141 在吸收塔某處，氣相主體濃度y=0.025，液相主體濃度x=0.01，氣相傳質(zhì)分系數(shù)kG=2 kmol/m2.h 氣相總傳質(zhì)系數(shù)KG=1.5 kmol/m2.h，則該處氣液界面上氣相濃度yi 應(yīng)為（ ），平衡關(guān)系y=0.5X。 （）0.02， （）0.01， （）0.015，（）0.00507142 在一個(gè)低濃度液膜控制的逆流吸收塔中，若其他操作條件不變，而液量與氣量成比例同時(shí)增加，則：（請(qǐng)?jiān)谡_答案下方劃一橫道） 氣體出口組成y2為（A 增加 B 減少 C 不變 D

20、 不定） 液體出口組成X1為（A 增加 B 減少 C 不變 D 不定） 回收率將（A 增加 B 減少 C 不變 D 不定）07143傳質(zhì)速率NA等于分子擴(kuò)散速率JA的條件是（ ） A 單向擴(kuò)散、 B 雙向擴(kuò)散、 C 湍流流動(dòng)、 D 定常過(guò)程BB05-07-2128吸收習(xí)題與討論07015 通常所討論的吸收操作中，當(dāng)吸收劑用量習(xí)題與討論07209 一常壓逆流吸收塔，塔截面積為0.5m2,填料層高為3米。用清水吸收混合氣中的丙酮（分子量為58），丙酮含量為5%（體積），混合氣流量為1120Nm3/h。已知在液氣比為3 的條件下，出塔氣體中丙酮含量為0.005（摩爾分率）。操作條件下的平衡關(guān)系為y=

21、2x。試求： 出口液體中的丙酮含量（質(zhì)量分率）； 氣體體積總傳質(zhì)系數(shù)Kya（kmol/m3.s）； 若填料增高3 米，其他操作條件不變，氣體出口的丙酮含量為多少？解L/G=(y1-y2)/x1,x1=(y1-y2)/(L/G)=(0.05-0.005)/3=0.015，x1=(0.01558)/18=0.0483S=m/(L/G)=2/3=0.667,NOG=1/(1-S)ln(1-S)y1/y2+S=4.16,HOG=Z/NOG=3/4.16=0.721 m HOG=G/Ky,G=1120/(22.436000.5)=0.0278 kmol/(m2s),Ky=G/HOG=0.0385 kmo

22、l/(m3s) Z=3+3=6 m, HOG不變,S不變, NOG=Z/HOG=6/0.721=8.32 ,NOG=1/(1-S)ln(1-S)y1/y2+S , y2=0.0011。 05-07-2129吸收習(xí)題與討論07209 一常壓逆流吸收塔，塔截面積為0.5m習(xí)題與討論07219 在填料塔中用純吸收劑逆流吸收某氣體混合物中的可溶組分，已知?dú)怏w混合物中溶質(zhì)的初始組成為0.05, 通過(guò)吸收后氣體出口組成為0.02，吸收后溶液出口組成為0.098（均為摩爾分率），操作條件下氣液平衡關(guān)系為y=0.5x，并已知此吸收過(guò)程為氣相阻力控制。求： （）氣相總傳質(zhì)單元數(shù)OG； （）當(dāng)液體流量增加一倍時(shí)，

23、在氣量和氣液進(jìn)口組成不變情況下，溶質(zhì)的被吸收量變?yōu)樵瓉?lái)的多少倍？ 05-07-2130吸收習(xí)題與討論07219 在填料塔中用純吸收劑逆流吸收某氣體習(xí)題與討論解：因?yàn)槲者^(guò)程為低濃度吸收，所以GB , Ls , Y, X 可分別用G,L,y,x 近似。 ()根據(jù)全塔物料衡算 G(y1-y2)=L(x1-x2),L/G=(y1-y2)/(x1-x2)=(0.05-0.02)/(0.098-0)=0.306, A=L/(mG)=0.306/0.5=0.612,1/A=1.633,OG=1/(1-1/A)ln(1-1/A)(y1-mx2)/(y2-mx2)+1/A=1/(1-1.633)ln(1-1.

24、633)(0.05/0.02)+1.633= 4.73 （）y1=0.05, x2=0 , Z= G/(y )OG , 吸收為氣膜控制，yy，又因h , G ,y 不變， 得OG =OG=4.73 , A =L/(mG)=2A=1.224, 1/A =0.817, OG=1/(1-1/A)ln(1-1/A)(y1-mx2)/(y2-mx2 )+1/A =1/(1-0.817)ln(1-0.817)(0.05/y2)+0.817, y2=0.00586,G(y1-y2)（G(y1-y2)）=(0.05-0.00586)/(0.05-0.02)=1.47, A的吸收量變?yōu)樵瓉?lái)的1.47倍。 05-07-2131吸收習(xí)題與討論解：因?yàn)槲者^(guò)程為低濃度吸收，所以GB , Ls 習(xí)