吸收1-吸收概述、相平衡關(guān)系與吸收速率(3學(xué)時(shí))課件

第八章氣體吸收學(xué)習(xí)目的與要求通過本章學(xué)習(xí)，應(yīng)掌握吸收的基本概念和吸收過程的平衡關(guān)系與速率關(guān)系；掌握低組成氣體吸收的計(jì)算方法；了解吸收系數(shù)的獲取途徑和解吸過程的概念與計(jì)算方法；掌握填料塔的結(jié)構(gòu)、填料的類型、填料塔的流體力學(xué)性能與操作特性。1吸收過程概述吸收的原理與流程第八章氣體吸收2原料氣A＋B吸收劑S尾氣B(含微量A)溶液S+A一、氣體吸收的原理吸收塔形成兩相體系的方法引入一液相（吸收劑）各組分在吸收劑中溶解度不同。3分離物系氣體混合物傳質(zhì)原理二、氣體吸收的流程吸收過程逆流操作吸收過程：溶質(zhì)溶解于吸收劑中解吸過程：溶質(zhì)從溶液中釋放出4并流操作氣體吸收過程在吸收塔中進(jìn)行。吸收解吸具有吸收劑再生的連續(xù)吸收流程動(dòng)畫5吸收過程概述吸收的原理與流程氣體吸收的分類與應(yīng)用第八章氣體吸收6一、氣體吸收的分類氣體吸收按被吸收組分?jǐn)?shù)目按吸收有無化反按溶質(zhì)組成的高低單組分吸收√低組成吸收√多組分吸收化學(xué)吸收物理吸收√高組成吸收7氣體吸收過程的分類方法一、氣體吸收的分類氣體吸收按氣液接觸方式按吸收的溫度變化常規(guī)吸收√膜基吸收8非等溫吸收等溫吸收√本章討論重點(diǎn)單組分低組成的常規(guī)等溫物理吸收過程。二、氣體吸收的工業(yè)應(yīng)用氣體吸收的應(yīng)用場(chǎng)合凈化或精制氣體示例：合成氨工藝中合成氣中的凈化脫碳。制取某種氣體的液態(tài)產(chǎn)品示例：用水吸收氯化氫氣體制取鹽酸?；厥栈旌蠚怏w中所需的組分示例：用洗油處理焦?fàn)t氣以回收芳烴。工業(yè)廢氣的治理示例：廢氣中含有SO2、H2S等有害氣的脫除。9吸收過程概述吸收的原理與流程氣體吸收的分類與應(yīng)用吸收劑的選擇第八章氣體吸收10吸收劑的選擇吸收劑選擇的原則溶解度 吸收劑對(duì)溶質(zhì)組分的溶解度要大。選擇性 吸收劑應(yīng)對(duì)溶質(zhì)組分有較大溶解度，而對(duì)混合氣體中的其它組分溶解度甚微。揮發(fā)度 吸收劑的蒸汽壓要低，即揮發(fā)度要小。黏度其它吸收劑在操作溫度下的黏度要低。無毒、無腐蝕、不易燃易爆、不發(fā)泡、冰點(diǎn)低、價(jià)廉易得，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。11吸收過程概述吸收過程的相平衡關(guān)系氣體在液體中的溶解度第八章氣體吸收12為什么要研究氣液相平衡？13傳熱：冷、熱兩流體間的熱量傳遞

過程推動(dòng)力：溫度差

過程的極限：溫度相等吸收：氣液兩相間的質(zhì)量傳遞

過程推動(dòng)力：？?jī)上嗟臐舛炔?？過程極限：？?jī)上酀舛认嗟?？一、溶解度曲線液體

S氣體（A＋B）A溶解A逸出氣體在液體中的溶解度～液相組成氣相分壓在一定溫度和壓力下，令某氣體混合物（A＋B）與液體

S接觸。達(dá)平衡狀態(tài)時(shí)14平衡方程溶解度曲線氨在水中的溶解度4005015易溶二氧化硫在水中的溶解度506816中等溶解度氧在水中的溶解度500.00217難溶二、溫度和壓力對(duì)溶解度的影響溫度的影響加壓和降溫對(duì)同一溶質(zhì)，在相同的氣相分壓下，溶解度隨溫度的升高而減小。對(duì)同一溶質(zhì)，在相同的溫度下，溶解度隨氣相分壓的升高而增大。壓力的影響注意減壓和升溫有利于吸收操作有利于解吸操作動(dòng)畫動(dòng)畫18吸收過程概述吸收過程的相平衡關(guān)系氣體在液體中的溶解度亨利定律第八章氣體吸收19一、亨利定律的表達(dá)式E—亨利系數(shù)，kPa溶解度亨利系數(shù)～1.

p～

x關(guān)系若溶質(zhì)在氣、液相中的組成分別以分壓p、摩爾分?jǐn)?shù)x表示，亨利定律為易溶氣體注意難溶氣體E小E大20H

—溶解度系數(shù)，kmol/(m3·kPa)溶解度

～

溶解度系數(shù)2.

p～

c關(guān)系若溶質(zhì)在氣、液相中的組成分別以分壓p、摩爾濃度c表示，亨利定律為一、亨利定律的表達(dá)式易溶氣體注意H大

H小難溶氣體21一、亨利定律的表達(dá)式E～H關(guān)系溶液密度溶劑S的摩爾22質(zhì)量m—相平衡常數(shù)溶解度相平衡常數(shù)～3.

y～

x關(guān)系若溶質(zhì)在氣、液相中的組成分別以摩爾分?jǐn)?shù)y、x表示，亨利定律為一、亨利定律的表達(dá)式易溶氣體注意難溶氣體m小m大23一、亨利定律的表達(dá)式24整理得對(duì)于低組成吸收

1簡(jiǎn)化得一、亨利定律的表達(dá)式254.

Y～

X關(guān)系由得一、亨利定律的表達(dá)式E～H關(guān)系E～m關(guān)系26H～m關(guān)系吸收過程概述吸收過程的相平衡關(guān)系氣體在液體中的溶解度亨利定律相平衡關(guān)系在吸收中的應(yīng)用第八章氣體吸收27一、判斷傳質(zhì)進(jìn)行的方向設(shè)某瞬時(shí)，氣相中溶質(zhì)的實(shí)際組成為y，溶液中溶質(zhì)的實(shí)際組成為x。若傳質(zhì)方向由氣相到液相進(jìn)行吸收過程若傳質(zhì)方向由液相到氣相進(jìn)行解吸過程28二、確定傳質(zhì)的推動(dòng)力以氣相表示的傳質(zhì)推動(dòng)力以液相表示的傳質(zhì)推動(dòng)力吸收推動(dòng)力示意圖y*=mx29三、指明傳質(zhì)進(jìn)行的極限液相出口最大組成對(duì)于逆流吸收塔

氣相出口最低組成X2Y1X1Y230練

習(xí)

題

目31思考題作業(yè)題:

1、2、3溫度和壓力對(duì)吸收過程的平衡關(guān)系有何影響？亨利定律為何具有不同的表達(dá)形式？亨利定律的適用條件是什么？相平衡關(guān)系在吸收過程中有何作用？第八章氣體吸收概述質(zhì)量傳遞的方式與描述吸收過程的速率關(guān)系膜吸收速率方程一、氣膜吸收速率方程32一、氣膜吸收速率方程氣膜內(nèi)的吸收速率方程可表示為氣膜阻力33比較得由道爾頓分壓定律一、氣膜吸收速率方程34第八章氣體吸收35吸收過程的速率關(guān)系膜吸收速率方程一、氣膜吸收速率方程二、液膜吸收速率方程二、液膜吸收速率方程36液膜阻力液膜內(nèi)的吸收速率方程可表示為比較得由二、液膜吸收速率方程37第八章氣體吸收38吸收過程的速率關(guān)系膜吸收速率方程一、氣膜吸收速率方程二、液膜吸收速率方程三、界面組成的確定穩(wěn)態(tài)下，氣、液兩膜中的傳質(zhì)速率相等，即直線通過定點(diǎn)A

(c，p)斜率－kL

/kG三、界面組成的確定39界面組成的確定40動(dòng)畫第八章氣體吸收吸收過程的速率關(guān)系膜吸收速率方程總吸收速率方程41一、以(p-p*)表示的總吸收速率方程設(shè)吸收系統(tǒng)服從亨利定律或平衡關(guān)系在過程所涉及的濃度范圍內(nèi)為直線根據(jù)雙膜模型，相界面上兩相互成平衡42由此得整理得由相加得一、以(p-p*)表示的總吸收速率方程43令則KG—?dú)庀嗫偽障禂?shù)，kmol/(m2·s·kPa)總阻力液膜阻力氣膜阻力氣相總吸收速率方程式44一、以(p-p*)表示的總吸收速率方程對(duì)于易溶氣體，H值很大液膜阻力氣膜阻力控制整個(gè)吸收過程的速率氣膜控制示例：水吸收氨氣膜阻力氣膜控制示意圖一、以(p-p*)表示的總吸收速率方程45設(shè)吸收系統(tǒng)服從亨利定律或平衡關(guān)系在過程所涉及的濃度范圍內(nèi)為直線根據(jù)雙膜模型，相界面上兩相互成平衡二、以(c*-c)表示的總吸收速率方程46由此得整理得由相加得二、以(c*-c)表示的總吸收速率方程47令則KL

—液相總吸收系數(shù)，m/s總阻力氣膜阻力液膜阻力液相總吸收速率方程式48二、以(c*-c)表示的總吸收速率方程對(duì)于難溶氣體，H值很小氣膜阻力示例：水吸收氧液膜阻力液膜控制示意圖液膜阻力控制整個(gè)吸收過程的速率液膜控制二、以(c*-c)表示的總吸收速率方程49同理，可導(dǎo)出Ky

—?dú)庀嗫偽障禂?shù)，kmol/(m2·s)氣相總吸收速率方程式50三、以(y-y*)表示的總吸收速率方程同理，可導(dǎo)出Kx

—液相總吸收系數(shù)，kmol/(m2·s)液相總吸收速率方程式51四、以(x*-x)表示的總吸收速率方程同理，可導(dǎo)出對(duì)于低濃度吸收KY

—?dú)庀嗫偽障禂?shù)，kmol/(m2·s)氣相總吸收速率方程式52五、以(Y-Y*)表示的總吸收速率方程同理，可導(dǎo)出對(duì)于低濃度吸收KX

—液相總吸收系數(shù)，kmol/(m2·s)液相總吸收速率方程式53六、以(X*-X)表示的總吸收速率方程第八章氣體吸收吸收過程的速率關(guān)系膜吸收速率方程總吸收速率方程吸收速率方程小結(jié)54吸收速率方程小結(jié)55使用吸收速率方程式應(yīng)注意以下幾點(diǎn):（

1

）上述的各種吸收速率方程式是等效的。采用任何吸收速率方程式均可計(jì)算吸收過程速率。（

2

）任何吸收系數(shù)的單位都是kmol/(m2

·s·單位推動(dòng)力)。（3）必須注意各吸收速率方程式中的吸收系數(shù)與吸收推動(dòng)力的正確搭配及其單位的一致性。上述各吸收速率方程式都是以氣液組成保持不變?yōu)榍疤岬模虼酥贿m合于描述穩(wěn)態(tài)操作的吸收塔內(nèi)任一橫截面上