环境工程原理课件图文解析六

第四章吸收

学习目标了解吸收的分类、典型的工业吸收过程、各种不同类型的吸收设备及吸收在环境工程中的应用。理解吸收操作的基本概念、吸收传质机理。掌握吸收的相关计算，能运用工程观念分析解决吸收操作中的实际问题。第一节概述利用气体混合物中各种组分在同一液体（溶剂）中溶解度差异、分离混合物的操作称为气体吸收。一、工业吸收过程

吸收流程包括吸收和解吸两大部分。吸收操作要点：①选择合适的溶剂。②提供适当的传质设备以实现气液两相的接触。③溶剂再生以便循环使用。吸收与解吸流程

二、吸收的分类1．物理吸收与化学吸收2．单组分吸收与多组分吸收3．等温吸收与非等温吸收4．低组成吸收与高组成吸收工业生产中的吸收过程以低组成吸收为主三、吸收在环境治理中的应用吸收被广泛地应用于气态污染物的净化用吸收法净化的气态污染物：⑴含氮氧化物废气⑵含硫氧化物废气⑶含碳氢化合物废气⑷含硫氢化合物废气四、吸收设备的主要类型

气体吸收设备主要为板式塔与填料塔两大类。两种主要吸收设备五、吸收操作的经济性吸收的操作费用主要包括。①气、液两相流经吸收设备的能量消耗；②溶剂的挥发损失和变质损失；③溶剂的再生费用，即解吸操作费。这三项以再生费用所占比例最大。

常用的解吸方式有升温、减压、吹气。第二节吸收净化的基本原理

一、吸收过程的气液相平衡1.物理吸收的气液相平衡

在一定的温度和压力下，气、液两相发生接触后，吸收质便由气相向液相转移，随着液体中吸收质浓度的逐渐增高，吸收速率逐渐减小，解吸速率逐渐增大。经过相当长的时间接触后，吸收速率与解吸速率相等，气液两相达到平衡。

平衡分压：平衡状态下，被吸收气体在溶液上方的分压。溶解度：平衡状态下，可溶气体在溶液中的浓度。

几种常见气体在水中的溶解度讨论：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对流扩散速率比比分子扩散速率率大的多，对流流扩散速率主要取决于流体体的湍流程度。。2.吸收传质理论双膜理论示意图图双膜理论的基本本论点：①气液两流体间存存在着稳定的相相界面，界面两两侧各有一有效滞流膜层，，分别称为气膜膜、液膜，吸收收质以分子扩散散的方式通过此二膜膜层。②在相界面处，气气，液两相达到到平衡。③在膜层以外的气气，液两相中心心区，流体充分分湍流，吸收质浓度是均匀匀，全部浓度变变化集中在两相相有效膜内。相际传质过程为为经由气、液两两膜的分子扩散散过程。溶质渗透理论：液体在下流过程程中每隔一定时时间to发生一次完全的的混合，使液体的浓度均均匀化。溶质在液相中的的浓度分布第三节吸收传质速率方方程吸收速率＝一、气膜和液膜膜吸收速率方程程1.气膜吸收速率方方程式2.液膜吸收速率方方程二、总吸收速率率方程及对应的的总吸收系数1.以表表示总推动动力的吸收速率率方程式2．以Ｙ－Ｙe表示总推动力的的吸收速率方程程3．以表示总推动力的的吸收速率方程程4．以表示总推动力的的总吸收速率方方程吸收控制因素实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吸收速率方程式式一览表吸收系数的表达达式及吸收系数数的换算提高吸收效果的的方法：①提高气、液两两相相对运动速速度，降低气膜膜、液膜的厚度度以减小阻力。。②选用对吸收剂剂溶解度大的溶溶液作吸收剂。。③适当提高供液液量，降低液相相主体中溶质浓浓度以增大吸收收推动力。④增大气液相接触触面积。5．化学吸收速速率方程化学吸收步骤：①气相反应物Ａ由由气相主体通过过气膜向相界面面扩散；②反应物Ａ由相界界面向液相扩散散；③反应物Ａ在液膜膜内或液相主体体与反应物Ｂ反反应，形成反应区；④反应产物Ｒ若为为液相产物，向向液相主体扩散散，若为气体产物则向界面面扩散；⑤气态产物由界面面向气相主体扩扩散。化学吸收速率方方程：第四节吸收计计算填料塔的工艺计计算：①确定吸收剂（溶溶剂）的用量；；②计算塔的主要工工艺尺寸，包括括塔径和塔的有有效高度。计算的基本依据据：物料衡算，气、、液平衡关系及及速率关系。假设条件：①吸收为低浓度等等温物理吸收，，总吸收系数为为常数。②惰性气体和吸收收剂在整个吸收收塔中均为常量量。③吸收塔中气、液液两相逆流流动动。逆流吸收塔物料料衡算逆流操作吸收塔塔中操作线一、吸收塔的的物料衡算与操操作线方程1．全塔物料衡算算Y2＝Y1(1一φA)2．吸收塔的操作作线方程式与操操作线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最小气液比、载气流量为⑵传质单元数的的计算——称为吸收因数数，它是操作作线斜率与平平衡线斜率的的比值，无量量纲。ＮＯＬ＝ＮＯＬ＝式中Ａ＝，第六节吸收收设备吸收设备应满满足以下要求求：①气、液之间应应有较大的接接触面积和一一定的接触时时间；②气液之间扰动动强烈、吸收收阻力低、吸吸收效率高；；③气流通过时压力损损失小，操作稳定定；④结构简单，制作维维修方便，造价低低廉；应具有相应应的抗腐蚀和防堵堵塞能力。