化工原理-吸收课件

1、第2章 吸收2.l 气体吸收的相平衡2.2 传质机理与吸收速率2.3 吸收塔的计算2.4 吸收系数 2.5 其他吸收 05-07-211吸收第2章 吸收2.l 气体吸收的相平衡05-07-211吸概 述吸收：根据混合物各组分在某种溶剂中溶解度的不同而达到分离的目的。 目的：回收或捕获气体混合物中的有用物质，以制取产品。 除去工艺气体中的有害成分，使气体净化，以便进一步加工处理；或除去工业放空尾气中的有害物，以免污染大气05-07-212吸收概 述吸收：根据混合物各组分在某种溶剂中溶解度的不同而达到概 述分离需要解决的问题： 选择合适的溶剂：使能选择性地溶解某个（或某些）被分离组分。 提供适当的

2、传质设备以实现气液两相的接触：使被分离组分得以自气相转移至液相（吸收）或相反（解吸）。 溶剂的再生：即脱除溶解于其中的被分离组分以便循环使用。吸收分类减压非等温多组分化学吸收解吸常压等温双组分物理吸收吸收加压名称温度变化组分吸收机理吸收方向操作压强分类依据05-07-213吸收概 述分离需要解决的问题：减压非等温多组分化学吸收解吸常压概 述吸收操作的经济性 气、液两相流经吸收设备的能量消耗； 溶剂的挥发损失和变质损失； 溶剂的再生费用，即解吸操作费。 三者中以再生费用所占比例最大。吸收过程中气、液两相的 接触方式定态和非定态操作 本章所作的基本假定： （l）气体混合物中只有一个组分溶于溶剂，其

3、余组分在溶剂中的溶解度极低而可忽略不计，因而可视为一个情性组分。 （2）溶剂的蒸气压很低，其挥发损失可以忽略，即气体中不含溶剂蒸气。05-07-214吸收概 述吸收操作的经济性05-07-214吸收概 述本章主要讨论内容气液平衡传质速率方程及传质理论物料衡算操作线方程低浓度吸收填料层高度计算05-07-215吸收概 述本章主要讨论内容05-07-215吸收2.1 气体吸收的相平衡2.1.1 气体的溶解度溶解度：气液两相处于平衡状态时，溶质在液相中的含量。它与温度、溶质在气相中的分压有关。T溶解度；分压溶解度2.1.2 亨利定律表达形式p*i=Exi；E亨利系数，与物系和温度有关p*i=c/Hi

4、；H溶解度系数y*i=mxi；m相平衡系数Y*i=MXi；M相平衡系数系数关系： H=+ci(Ms-MA)/EMs/EMs m=E/P；例2-1、2-2（P83）05-07-216吸收2.1 气体吸收的相平衡2.1.1 气体的溶解度例2-1、2.1 气体吸收的相平衡2.1.3 吸收剂的选择（l）溶解度：溶剂对溶质有较大的溶解度；对其它组分的溶解度要小；（2）选择性：溶剂对溶质有较大的吸收；对其它组分基本不吸收；（3）挥发性：溶剂的蒸气压要低；（4）黏性：溶剂应有较低的粘度、不易生泡；（5）其他：溶剂应尽可能价廉、易得、无毒、不易燃烧等经济和安全条件，具有化学稳定性；05-07-217吸收2.1

5、 气体吸收的相平衡2.1.3 吸收剂的选择05-02.1 气体吸收的相平衡2.1.4 相平衡的应用1. 过程方向3.过程极限2.过程推动力05-07-218吸收2.1 气体吸收的相平衡2.1.4 相平衡的应用1. 过2.2 吸收机理与吸收速率本节将讨论吸收过程的速率。分子的传质过程速率主要由分子扩散和对流传质的快慢控制。分子扩散：因浓度差而造成的分子扩散速率。对流传质：流体的宏观流动导致的物质传递2.2.1 双组分混合物的分子扩散与菲克定律分子扩散：菲克定律：2.2.2 气体中的稳态分子扩散分子扩散与主体流动：等分子反向扩散速率方程：一组分通过另一停滞组分的扩散（单向扩散）： 05-07-21

6、9吸收2.2 吸收机理与吸收速率本节将讨论吸收过程的速率。05-2.2 吸收机理与吸收速率2.2.3 液相中的稳态分子扩散 同理2.2.4 扩散系数 一般通过实验测定。常见物质的扩散系数可在手册中查到，某些也可用半经验公式估算扩散系数。例2-5（P96） 2-6(P98)2.2.5 对流传质涡流扩散：对流传质 气相： 液相：05-07-2110吸收2.2 吸收机理与吸收速率2.2.3 液相中的稳态分子扩散2.2 吸收机理与吸收速率2.2.6 吸收过程的机理双膜理论：其假设 溶质由气相主体传递到两相界面，即气相内的物质传递； 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； 溶质自

7、界面被传递至液相主体，即液相内的物质传递。溶质渗透理论：表面更新理论：2.2.7 吸收速率方程式气膜吸收速率方程式：液膜吸收速率方程式：界面组成： 05-07-2111吸收2.2 吸收机理与吸收速率2.2.6 吸收过程的机理05-2.2 吸收机理与吸收速率2.2.7 吸收速率方程式 总吸收系数及其相应的吸收速率方程式：以pA-p*A为总推动力 KG气相总吸收系数；1/KG总阻力以c*A-cA为推动力 同理： KL液相总吸收系数；1/KL总阻力 气相阻力控制(气膜控制)：KG=kG 液相阻力控制(液膜控制)：KL=kL05-07-2112吸收2.2 吸收机理与吸收速率2.2.7 吸收速率方程式

8、2.2 吸收机理与吸收速率2.2.7 吸收速率方程式 同理其他膜吸收速率方程式为：同理其他总吸收速率方程式为：例2-7（P109）05-07-2113吸收2.2 吸收机理与吸收速率2.2.7 吸收速率方程式 例 题 总压为101.3kPa、温度为303K下用水吸收混合气中的氨，操作条件下的气液平衡关系为 y=1.20 x。已知气相传质系数ky=5.3110-4 kmol(sm2)，液相传质系数kx为5.3310-3 kmol(sm2)，并在塔的某一截面上测得氨的气相摩尔分数y为0.05，液相摩尔分数x为0.012。试求该截面上的传质速率及气液界面上两相的摩尔分数。05-07-2114吸收例 题

9、 总压为101.3kPa、温度为303K下用水2.3 吸收塔的计算吸收塔：板式塔和填料塔。流动方式：逆流和并流，注意并、逆流动形式。主要计算内容：填料层高度或理论板层数。2.3.1 吸收塔的物料衡算与操作线方程 假设：V、L为常量；吸收过程是等温过程；传质系数为常量。全塔物料衡算：V(Y1-Y2)=L(X1-X2) 吸收率A=（Y1-Y2）/Y1， Y2=Y1(1-A)操作线方程逆流并流 05-07-2115吸收2.3 吸收塔的计算吸收塔：板式塔和填料塔。05-07-22.3 吸收塔的计算2.3.2 吸收剂用量的确定L/V减小，操作费减小，X1增大，操作线浓端向平衡线靠拢，传质推动力减小，设备

10、费增大。故L/V有适宜区间，一般为：最小液气比例2-8（P113）2.3.3 塔径的计算 Vs操作条件下混合气体积流量，m3/s; u空塔气速，m/s 05-07-2116吸收2.3 吸收塔的计算2.3.2 吸收剂用量的确定 05-2.3 吸收塔的计算2.3.4 填料层高度的计算填料层高度的基本计算式 条件：微元塔段dz作物料衡算：NAdz=VdY=LdX相际传质速率方程：NA=KY(Y-Y*)=KX(X*-X)传质速率积分式(填料层高度的基本计算式)：传质单元数和传质单元高度 传质单元数： 传质单元高度：05-07-2117吸收2.3 吸收塔的计算2.3.4 填料层高度的计算05-072.3

11、 吸收塔的计算2.3.4 填料层高度的计算传质单元数的求法1. 解析法(条件：平衡线为直线)脱吸因数法：S称吸收因数：为平衡线与操作线斜率之比。SNOGH对数平均推动力法：注意：当1/2Y1/Y22或1/2X1/X22时，可用算术平均值代替对数平均值。例2-9（P121） 05-07-2118吸收2.3 吸收塔的计算2.3.4 填料层高度的计算05-072.3 吸收塔的计算2.3.4 填料层高度的计算传质单元数的求法2. 数值积分法 也可用近似公式计算 如：P122式2-743. 图解法 步骤： 作平衡线和操作线的中点连线MN； 从T点作水平线TF，使TF=FF； 从F点作垂线交操作线与A点；

12、 重复步骤，到垂线与操作线无交点止。梯级数为NOG。05-07-2119吸收2.3 吸收塔的计算2.3.4 填料层高度的计算05-072.3 吸收塔的计算2.3.5 理论板层数的计算梯级图解法求理论板层数NT 步骤：直接从操作线的一端开始，在操作线和平衡线间画梯级，梯级数即为理论板层数NT。解析法求求理论板层数NT A=1/S，称吸收因数。 注意：求NT与求NOG的异同处。例2-12（P128）05-07-2120吸收2.3 吸收塔的计算2.3.5 理论板层数的计算05-02.4 吸收系数吸收系数分气、液膜吸收系数和气、液总吸收系数；k膜吸收系数；K总吸收系数；G、y、Y气相；L、x、X液相。

13、各系数是有区别的。2.4.1 吸收系数的测定2.4.2 吸收系数的经验公式用水吸收氨（易溶，气膜控制）常压用水吸收二氧化碳（难溶，液膜控制）用水吸收二氧化硫（在两者控制间）2.4.3 吸收系数的准数关联式注意：它们的使用范围05-07-2121吸收2.4 吸收系数吸收系数分气、液膜吸收系数和气、液总吸收系2.5 脱吸及其他条件下的吸收2.5.1 脱吸脱吸分：气提脱吸（载气脱吸）：减压脱吸：加热脱吸：加热减压脱吸：脱吸与吸收的异同塔的浓端和稀端与吸收相反。操作线：位于平衡线下方。推动力：Y*-Y或X-X*与吸收相反。NOL的计算式与吸收相同。理论板求法也与吸收相同。05-07-2122吸收2.5

14、 脱吸及其他条件下的吸收2.5.1 脱吸05-072.5 脱吸及其他条件下的吸收2.5.2 高组成气体吸收气液总流量沿塔高是变化。平衡线不为直线（不符合亨利定律）。NOG或NOL要用积分计算。2.5.3 非等温吸收平衡线由不同温度组合绘制。如图2.5.4 多组分吸收确定关键组分，计算NT，再由NT计算其他组分。方法可用图解法或解析法。2.5.5 化学吸收传质推动力的增大。05-07-2123吸收2.5 脱吸及其他条件下的吸收2.5.2 高组成气体吸收小 结气液平衡亨利定理的四种表达形式（注意仅对低浓度）全塔物料衡算V(Y1-Y2)=L(X1-X2) (仅对低浓度)吸收操作线Y=LX/V-Y2+

15、LX2/V (逆流) ，并流斜率为负值。吸收操作线在平衡线上方，脱吸在下方。吸收剂用量由最小吸收剂用量定。填料层高度计算Z=HOGNOG=HOLNOL关键在NOG和NOL的计算上，方法有解吸法（平衡线为直线）；图解法（平衡线为近似直线）；数值积分法（平衡线任意）。05-07-2124吸收小 结气液平衡05-07-2124吸收习题与讨论07004 在低浓度溶质系统逆流吸收塔操作中，其平衡线与操作线如下图，若气液摩尔流量和入口组成（摩尔分率）不变，但操作压力降低。此时气相出口组成ya将而液相出口组成xb将。07006 操作中的吸收塔，若吸收剂入塔浓度2降低，其它操作条件不变，吸收结果将使吸收率，出

16、口气体浓度。 07007 含SO2为10（体积）的气体混合物与浓度为0.020 Kmol/m3的SO2水溶液在一个大气压下相接触。操作条件下两相的平衡关系为p*1.62C（大气压），则SO2将从相向相转移。增加减少增大降低气相液相05-07-2125吸收习题与讨论07004 在低浓度溶质系统逆流吸收塔操作中，其习题与讨论07011 当项可忽略时，表示该吸收过程为液膜控制。07018某操作中的吸收塔，用清水逆流吸收气体混合物中组分。若1下降，、，等不变，则回收率有何变化。07025 只要组分在气相中的分压液相中该组分的平衡分压，吸收就会继续进行，直至达到一个新的为止。07026 图所示为同一温度

17、下、三种气体在水中的溶解度曲线。由图可知，它们溶解度大小的次序是；因为。气膜阻力07039 由于吸收过程气相中的溶质分压总液相中溶质的平衡分压，所以吸收操作线总是在平衡线的。07040 增加吸收剂用量，操作线的斜率。略减小大于平衡在同一平衡分压下C*B*A*大于上方增大05-07-2126吸收习题与讨论07011 当项可忽略时，表示该吸收习题与讨论07087 设计中采用液气比（L/G）=（L/G）min时，y1=，塔高H=。 07099 吸收因数表示与之比，当时，增加塔高，对吸收率。07100 某逆流吸收塔，用纯溶剂吸收混合气中易溶组分，设备高为无穷大，入塔Y1=8%（体积），平衡关系Y=2x

18、。若液气比（摩尔比，下同）为2.5时，吸收率= _% 。07139 对接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统，当温度和压力不变，而液相总浓度增加时其溶解度系数H 将（ ），亨利系数将（ ）。（请按 a.增加、b.减少、c.不变，填入括号内）07140 在常压下用水逆流吸空气中的CO2，若将用水量增加则出口气体中的CO2含量将（ ），气相总传质系数KG将（ ），出塔液体中CO2浓度将（ ）。（请按a.增加、b.减少、c.不变，填入括号内）0提高明显100CABAB05-07-2127吸收习题与讨论07087 设计中采用液气比（L/G）=（L/G）习题与讨论07015 通常所讨论的吸收操作中，当吸收剂

19、用量趋于最小用量时，。 （）回收率趋向最高； （）吸收推动力趋向最大； （）操作最为经济； （）填料层高度趋向无穷大。07141 在吸收塔某处，气相主体浓度y=0.025，液相主体浓度x=0.01，气相传质分系数kG=2 kmol/m2.h 气相总传质系数KG=1.5 kmol/m2.h，则该处气液界面上气相浓度yi 应为（ ），平衡关系y=0.5X。 （）0.02， （）0.01， （）0.015，（）0.00507142 在一个低浓度液膜控制的逆流吸收塔中，若其他操作条件不变，而液量与气量成比例同时增加，则：（请在正确答案下方划一横道） 气体出口组成y2为（A 增加 B 减少 C 不变 D

20、 不定） 液体出口组成X1为（A 增加 B 减少 C 不变 D 不定） 回收率将（A 增加 B 减少 C 不变 D 不定）07143传质速率NA等于分子扩散速率JA的条件是（ ） A 单向扩散、 B 双向扩散、 C 湍流流动、 D 定常过程BB05-07-2128吸收习题与讨论07015 通常所讨论的吸收操作中，当吸收剂用量习题与讨论07209 一常压逆流吸收塔，塔截面积为0.5m2,填料层高为3米。用清水吸收混合气中的丙酮（分子量为58），丙酮含量为5%（体积），混合气流量为1120Nm3/h。已知在液气比为3 的条件下，出塔气体中丙酮含量为0.005（摩尔分率）。操作条件下的平衡关系为y=

21、2x。试求： 出口液体中的丙酮含量（质量分率）； 气体体积总传质系数Kya（kmol/m3.s）； 若填料增高3 米，其他操作条件不变，气体出口的丙酮含量为多少？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不变,S不变, NOG=Z/HOG=6/0.721=8.32 ,NOG=1/(1-S)ln(1-S)y1/y2+S , y2=0.0011。 05-07-2129吸收习题与讨论07209 一常压逆流吸收塔，塔截面积为0.5m习题与讨论07219 在填料塔中用纯吸收剂逆流吸收某气体混合物中的可溶组分，已知气体混合物中溶质的初始组成为0.05, 通过吸收后气体出口组成为0.02，吸收后溶液出口组成为0.098（均为摩尔分率），操作条件下气液平衡关系为y=0.5x，并已知此吸收过程为气相阻力控制。求： （）气相总传质单元数OG； （）当液体流量增加一倍时，

23、在气量和气液进口组成不变情况下，溶质的被吸收量变为原来的多少倍？ 05-07-2130吸收习题与讨论07219 在填料塔中用纯吸收剂逆流吸收某气体习题与讨论解：因为吸收过程为低浓度吸收，所以GB , Ls , Y, X 可分别用G,L,y,x 近似。 ()根据全塔物料衡算 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 , 吸收为气膜控制，yy，又因h , G ,y 不变， 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的吸收量变为原来的1.47倍。 05-07-2131吸收习题与讨论解：因为吸收过程为低浓度吸收，所以GB , Ls 习