PPT环境工程原理课件(图文解析)6

第四章吸吸收学习目标了解吸收的的分类、典典型的工业业吸收过程程、各种不不同类型的的吸收设备备及吸收在在环境工程程中的应用用。理解吸收操操作的基本本概念、吸吸收传质机机理。掌握吸收的相关计算，能运用工程程观念分析析解决吸收收操作中的的实际问题题。第一节概述利用气体混混合物中各各种组分在在同一液体体（溶剂））中溶解度差异、、分离混合合物的操作作称为气体体吸收。一、工业吸吸收过程吸收流程包括吸吸收和解吸吸两大部分分。吸收操作要点：①选择合适适的溶剂。②提供适当当的传质设设备以实现现气液两相相的接触。③溶剂再生以以便循环使使用。吸收与解吸吸流程二、吸收的的分类1．物理吸收收与化学吸吸收2．单组分吸吸收与多组组分吸收3．等温吸收收与非等温温吸收4．低组成吸吸收与高组组成吸收工业生产中中的吸收过过程以低组组成吸收为为主三、吸收在在环境治理理中的应用用吸收被广泛泛地应用于于气态污染染物的净化化用吸收法净净化的气态污染物物：⑴含氮氧化物废废气⑵含硫氧化物废废气⑶含碳氢化合物物废气⑷含硫氢化合物物废气四、吸收设设备的主要要类型气体吸收设设备主要为为板式塔与与填料塔两两大类。两种主要吸吸收设备五、吸收操操作的经济济性吸收的操作作费用主要要包括。①气、液两相相流经吸收收设备的能能量消耗；；②溶剂的挥发发损失和变变质损失；；③溶剂的再生生费用，即即解吸操作作费。这三项以再再生费用所所占比例最最大。常用的解吸吸方式有升升温、减压压、吹气。第二节吸收净化的的基本原理理一、吸收过过程的气液液相平衡1.物理吸收的的气液相平平衡在一定的温温度和压力力下，气、、液两相发发生接触后后，吸收质便由气相相向液相转转移，随着着液体中吸吸收质浓度度的逐渐增增高，吸收速率逐逐渐减小，，解吸速率率逐渐增大大。经过相相当长的时时间接触后，吸吸收速率与与解吸速率率相等，气液两相达到平衡。平衡分压：平衡状态下下，被吸收收气体在溶溶液上方的的分压。溶解度：平衡状态下下，可溶气气体在溶液液中的浓度度。几种常见气气体在水中中的溶解度度讨论：①不同性质质的气体在在同一温度度和分压条条件下，溶溶解度各不相同；②气体的溶溶解度与温温度有关，，一般说来来，随着温温度升高，，溶解度下降降；③温度一定定时，溶解解度随溶质质分压升高高而增大，，在吸收系统中，增增大气相总总压，组分分的分压会会升高，溶溶解度也随随之加大。结论：溶解度与气气体和液体体的性质有有关，而且且与吸收体体系的温度、总压和和气相组成成有关。⑴以p及x表示的平衡衡关系⑵以y及x表示的平衡衡关系⑶以pe及c表示平衡关关系⑷以Y及X表示的平衡衡关系2.化学吸收的的气液相平平衡化学平衡关关系可以写写成Ｋ＝［Ａ］＝∴∵二、相平衡衡与吸收过过程的关系系1．判别过程程的方向判别过程进进行的方向向2.指明过程的的极限x1max=x1e=y1∕m吸收过程极极限3.计算过程的的推动力吸收推动力力三、吸收传传质机理吸收过程两两相间物质质传递的三三个步骤：：①溶质由气相相主体传递递到两相界界面，即气气相内物质质传递。②溶质在界面面上溶解，，由气相转转入液相，，即界面上上发生溶解过程；；③溶质自界面面被传递到到液相主体体，即液相相内物质传传递。总过程速率率分别由气气相和液相相内的传质质速率所决决定。1.分子扩散与与对流扩散散⑴分子扩散由分子无规规则热运动动而引起的的物质传递递现象称为为分子扩散。分子扩扩散速率主主要取决于于扩散物质质和流体的的某些物理理性质。分子扩散速速率与流体体在什么介介质中扩散散有关，在在不同介质中扩散系系数不同；；与扩散的的浓度梯度度、扩散系系数成正比比。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在空气中的的扩散系数数（０℃、１０１.３３kPa）一些物质在在水中的扩扩散系数（（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对流扩散涡流扩散---在湍流主体体中，凭借借流体质点点的湍动与与旋涡而引起的的物质传递递现象。对流扩散---湍流主体与与相界面的的分子扩散散与涡流扩扩散两种传质作作用的总和和。对流扩散特点:①扩散物质主主要借助主主流流体的的携带作用用而转移。。②对流扩散速速率比分子子扩散速率率大的多，，对流扩散散速率主要取决于于流体的湍湍流程度。。2.吸收传质理理论双膜理论示示意图双膜理论的的基本论点点：①气液两流体体间存在着着稳定的相相界面，界界面两侧各各有一有效滞流膜膜层，分别别称为气膜膜、液膜，，吸收质以以分子扩散散的方式通过此此二膜层。。②在相界面处处，气，液液两相达到到平衡。③在膜层以外外的气，液液两相中心心区，流体体充分湍流流，吸收质浓度是是均匀，全全部浓度变变化集中在在两相有效效膜内。相际传质过过程为经由由气、液两两膜的分子子扩散过程程。溶质渗透理理论：液体在下流流过程中每每隔一定时时间to发生一次完完全的混合合，使液体的浓浓度均匀化化。溶质在液相相中的浓度度分布第三节吸收传质速速率方程吸收速率＝一、气膜和和液膜吸收收速率方程程1.气膜吸收速速率方程式式2.液膜吸收速速率方程二、总吸收收速率方程程及对应的的总吸收系系数1.以表表示总推动动力的吸收收速率方程程式2．以Ｙ－Ｙe表示总推动动力的吸收收速率方程程3．以表示总推动动力的吸收收速率方程程4．以表示总推动动力的总吸吸收速率方方程吸收控制因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吸收速率方方程式一览览表吸收系数的的表达式及及吸收系数数的换算提高吸收效效果的方法法：①提高气、、液两相相相对运动速速度，降低低气膜、液液膜的厚度度以减小阻阻力。②选选用用对对吸吸收收剂剂溶溶解解度度大大的的溶溶液液作作吸吸收收剂剂。。③适当提高供供液量，降低低液相主体中中溶质浓度以以增大吸收推推动力。④增大气液相接接触面积。5．化学吸收收速率方程化学吸收步骤骤：①气相反应物ＡＡ由气相主体体通过气膜向向相界面扩散散；②反应物Ａ由相相界面向液相相扩散；③反应物Ａ在液液膜内或液相相主体与反应应物Ｂ反应，，形成反应区；④反应产物Ｒ若若为液相产物物，向液相主主体扩散，若若为气体产物则向界界面扩散；⑤气态产物由界界面向气相主主体扩散。化学吸收速率率方程：第四节吸收收计算填料塔的工艺艺计算：①确定吸收剂（（溶剂）的用用量；②计算塔的主要要工艺尺寸，，包括塔径和和塔的有效高高度。计算的基本依依据：物料衡算，气气、液平衡关关系及速率关关系。假设条件：①吸收为低浓度度等温物理吸吸收，总吸收收系数为常数数。②惰性气体和吸吸收剂在整个个吸收塔中均均为常量。③吸收塔中气、、液两相逆流流流动。逆流吸收塔物物料衡算逆流操作吸收收塔中操作线线一、吸收塔塔的物料衡算算与操作线方方程1．全塔物料衡衡算Y2＝Y1(1一φA)2．吸收塔的操操作线方程式式与操作线VY+LX1=VY1+LXY=X+(Y1-X1)或二、溶剂用量量的决定吸收塔最小气气液比最小液气比：一般情况下取取溶剂用量为为最小用量的的1.1～2.0倍Lmin=V=(1.1～2.0)()minL=(1.1～2.0)Lmin三、塔径的计计算吸收塔直径：⑴泛点气速法对于散装填料料：u／uF=0．5～0．85对于规整填料料：u／uF=0．6～0．95⑵气相动能因子子(F因子)法气相负荷因子子(Cs因子法)D=F=uＣＳ＝uCS=0.8CS,max四、吸收塔高高的计算1.填料层高度的的基本计算式式对微元层内组组分Ａ（溶质质）物料衡算可得：对于稳定操作作的吸收塔，，低组成气体吸收填料料层高度的基基本式为：Ｚ＝＝微元填料层的的物料衡算Ｚ＝Ｚ＝2.传质单元数与与传质单元高高度令:则:传质单元数NＯＧ---反映吸收过程程进行的难易易。传质单元高度度HＯＧ----反映吸收设备效能能的高低。ＮＯＧ＝ＨＯＧ＝＝传质单元高度度与传质单元元数3.传质单元数的的求法⑴脱吸因子法ＮＯＧ＝关联图⑵对数平均推动动力法△Ym和△Xm分别表示塔顶顶和塔底的气气相推动力的的对数平均值和液相相推动力的的的对数平均值值。△Ｙm=△Xm=五、吸收塔的的操作与调节节吸收塔可调节节的因素:流量L、温度T、含量X2增大溶剂用量量,平均推动力加加大;降低溶剂温度度,平均推动力增增大;降低溶剂入口口含量,全塔平均推动动力随之增大大。吸收塔的操作作调节第五节解吸使溶解于液相相中的气体释释放出来的操操作称为解吸吸。一、解吸方法法（1）气提解吸①惰性气体气提提---以空气、氮气气、二氧化碳碳作载气;②汽提---以水蒸气作载载气，同时兼兼作加热热源源;③提馏---以溶剂蒸气作作为载气。（2）减压解吸（3）加热解吸（4）加热-减压解吸二、气提解吸吸的计算⑴最小气液比和和载气流量的的确定Ｙ＝(X-X２)+Ｙ２Ｙ＝(X-X１)+Y１解吸操作线及及最小液气比的确定定