环境工程原理第二张柏钦课件

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不同性质的气体在同一温度和分压条件下，溶解度各不相同；②气体的溶解度与温度有关，一般说来，随着温度升高，溶解度下降；③温度一定时，溶解度随溶质分压升高而增大，在吸收系统中，增大气相总压，组分的分压会升高，溶解度也随之加大。结论：溶解度与气体和液体的性质有关，而且与吸收体系的温度、总压和气相组成有关。⑴以p及x表示的平衡关系⑵以y及x表示的平衡关系⑶以pe及c表示平衡关系

⑷以Y及X表示的平衡关系2.化学吸收的气液相平衡化学平衡关系可以写成Ｋ＝

［Ａ］＝

∴∵二、相平衡与吸收过程的关系1．判别过程的方向判别过程进行的方向

2.指明过程的极限

x1max=x1e=y1∕m

吸收过程极限3.计算过程的推动力吸收推动力三、吸收传质机理吸收过程两相间物质传递的三个步骤：①溶质由气相主体传递到两相界面，即气相内物质传递。②溶质在界面上溶解，由气相转入液相，即界面上发生溶解过程；③溶质自界面被传递到液相主体，即液相内物质传递。总过程速率分别由气相和液相内的传质速率所决定。1.分子扩散与对流扩散⑴分子扩散由分子无规则热运动而引起的物质传递现象称为分子扩散。分子扩散速率主要取决于扩散物质和流体的某些物理性质。

分子扩散速率与流体在什么介质中扩散有关，在不同介质中扩散系数不同；与扩散的浓度梯度、扩散系数成正比。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空气中的扩散系数（０℃、１０１.３３kPa）一些物质在水中的扩散系数（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对流三扩散涡流三扩散--三-在湍三流主三体中三，凭三借流三体质三点的三湍动三与旋涡而三引起三的物三质传三递现三象。对流扩三散--三-湍流三主体三与相三界面三的分三子扩三散与三涡流三扩散两种三传质三作用三的总三和。对流三扩散特点:①扩散三物质三主要三借助三主流三流体三的携三带作三用而三转移三。②对流三扩散三速率三比分三子扩三散速三率大三的多三，对三流扩三散速三率主要三取决三于流三体的三湍流三程度三。2.吸收三传质三理论双膜三理论三示意三图双膜三理论三的基三本论三点：①气液三两流三体间三存在三着稳三定的三相界三面，三界面三两侧三各有三一有效三滞流三膜层三，分三别称三为气三膜、三液膜三，吸三收质三以分三子扩三散的方式三通过三此二三膜层三。②在相三界面三处，三气，三液两三相达三到平三衡。③在膜三层以三外的三气，三液两三相中三心区三，流三体充三分湍三流，三吸收质三浓度三是均三匀，三全部三浓度三变化三集中三在两三相有三效膜三内。相际三传质三过程三为经三由气三、液三两膜三的分三子扩三散过三程。溶质三渗透三理论：液体三在下三流过三程中三每隔三一定三时间to发生三一次三完全三的混三合，使液三体的三浓度三均匀三化。溶质三在液三相中三的浓三度分三布第三三节吸收三传质三速率三方程吸收三速率＝一、三气膜三和液三膜吸三收速三率方三程1.气膜三吸收三速率三方程三式2.液膜三吸收三速率三方程二、三总吸三收速三率方三程及三对应三的总三吸收三系数1.以三表示三总推三动力三的吸三收速三率方三程式2．以Ｙ－三Ｙe表示三总推三动力三的吸三收速三率方三程3．以表示三总推三动力三的吸三收速三率方三程4．以表示三总推三动力三的总三吸收三速率三方程吸收三控制三因素三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吸收三速率三方程三式一三览表吸收三系数三的表三达式三及吸三收系三数的三换算提高三吸收三效果三的方三法：①提三高气三、液三两相三相对三运动三速度三，降三低气三膜、三液膜三的厚三度以三减小三阻力三。②选三用对三吸收三剂溶三解度三大的三溶液三作吸三收剂三。③适三当提三高供三液量三，降三低液三相主三体中三溶质三浓度三以增三大吸三收推三动力三。④增大三气液三相接三触面三积。5．三化学三吸收三速率三方程化学三吸收三步骤：①气相三反应三物Ａ三由气三相主三体通三过气三膜向三相界三面扩三散；②反应三物Ａ三由相三界面三向液三相扩三散；③反应三物Ａ三在液三膜内三或液三相主三体与三反应三物Ｂ三反应三，形三成反应三区；④反应三产物三Ｒ若三为液三相产三物，三向液三相主三体扩三散，三若为三气体产三物则三向界三面扩三散；⑤气态三产物三由界三面向三气相三主体三扩散三。化学三吸收三速率三方程：第四三节三吸收三计算填料三塔的三工艺三计算：①确定三吸收三剂（三溶剂三）的三用量三；②计算三塔的三主要三工艺三尺寸三，包三括塔三径和三塔的三有效三高度。计算三的基三本依三据：物料三衡算三，气三、液三平衡三关系三及速三率关三系。假设三条件：①吸收三为低三浓度三等温三物理三吸收三，总三吸收三系数三为常三数。②惰性三气体三和吸三收剂三在整三个吸三收塔三中均三为常三量。③吸收三塔中三气、三液两三相逆三流流三动。逆流三吸收三塔物三料衡三算逆流三操作三吸收三塔中三操作三线一、三吸三收塔三的物三料衡三算与三操作三线方三程1．全三塔物三料衡三算Y2＝Y1(1一φA)2．吸三收塔三的操三作线三方程三式与三操作三线VY三+L三X1=V三Y1+L三XY=三X+三(Y1-三X1)或二、三溶剂三用量三的决三定吸收三塔最三小气三液比最小三液气三比：一般三情况三下取三溶剂三用量三为最三小用三量的1.1～2.三0倍Lmi三n=V=(三1.三1～2.三0)三()mi三nL=(三1.三1～2.三0)Lmi三n三、三塔径三的计三算吸收三塔直三径：⑴泛点三气速三法对于三散装三填料三：u／uF=三0．5～0．85对于三规整三填料三：u／uF=三0．6～0．95⑵气相三动能三因子(F因子)法气相三负荷三因子(Cs因子三法)D=F=三uＣＳ＝uCS=0三.8CS,三ma三x四、三吸收三塔高三的计三算1.填料三层高三度的三基本三计算三式对微三元层三内组三分Ａ三（溶三质）三物料衡算三可得：对于三稳定三操作三的吸三收塔三，低三组成气体三吸收三填料三层高三度的三基本三式为：Ｚ＝＝微元三填料三层的三物料三衡算Ｚ＝Ｚ＝2.传质三单元三数与三传质三单元三高度令:则:传质三单元三数NＯＧ--三-反映三吸收三过程三进行三的难三易。传质三单元三高度HＯＧ--三--反映吸收三设备三效能三的高三低。ＮＯＧ＝ＨＯＧ＝＝传质三单元三高度三与传三质单三元数3.传质三单元三数的三求法⑴脱吸三因子三法ＮＯＧ＝关联三图⑵对数三平均三推动三力法△Ym和△Xm分别三表示三塔顶三和塔三底的三气相三推动三力的三对数平均三值和三液相三推动三力的三的对三数平三均值三。△Ｙm=△Xm=五、三吸收三塔的三操作三与调三节吸收三塔可三调节三的因三素:流量L、温三度T、含三量X2增大三溶剂三用量,平均三推动三力加三大;降低三溶剂三温度,平均三推动三力增三大;降低三溶剂三入口三含量,全塔三平均三推动三力随三之增三大。吸收三塔的三操作三调节第五三节解吸使溶三解于三液相三中的三气体三释放三出来三的操三作称三为解三吸。一、三解吸三方法（1）气三提解三吸①惰性三气体三气提--三-以空三气、三氮气三、二三氧化三碳作三载气;②汽提--三-以水三蒸气三作载三气，三同时三兼作三加热三热源;③提馏--三-以溶三剂蒸三气作三为载三气。（2）减三压解三吸（3）加三热解三吸（4）加三热-减压三解吸二、三气提三解吸三的计三算⑴最小三气液三比和三载气三流量三的确三定Ｙ＝(X-X２)+Ｙ２Ｙ＝(X-X１)+三Y１解吸三操作三线及三最小液气三比的三确定最小三气液三比、载三气流三量为⑵传质三单元三数的三计算——称为三吸收三因数三，它三是操三作线三斜率三与平三衡线三斜率三的比三值，三无量三纲。ＮＯＬ＝ＮＯＬ＝式中Ａ＝，第六三节三吸收三设备吸收三设备三应满三足以三下要三求：①气、三液之