化工原理第五章 吸收.ppt

1、20.6.19,第五章吸收,一、吸收的有关概念二、吸收在工业上的应用三、吸收的分类四、吸收的流程和溶剂五、相组成表示方法,第一节概述,20.6.19,传质过程：物质在相际间的转移物质传递过程传质过程的依据：混合物中各组分在两相间平衡分配不同。以传质过程为特征的单元操作在化工升中应用甚广。如：(1)气体吸收：依据气体组分在液相中的溶解度差别来处理气体混合物。(2)液体蒸馏:加热液体混合物，利用混合物不同组分挥发性的差异，使得液体混合物得以分离。(3)液液萃取：液体组分在溶剂中的溶解度差别来分离液体混合物。(4)固体干燥：对含有一定湿份（液体）的固体提供一定的热量，使之汽化，从固体的表面或内部转入

2、气相。,一、吸收的有关概念,20.6.19,混合气体与适当的液体接触，气体中的一个或几个组分溶解在该液体内形成溶液，不能够溶解的组分则保留在气相中，这样使得原混合气体得以分离。这种利用各组分溶解度不同而分离气体混合物的操作称为吸收。混合气体中能溶解的组分称为溶质，以A表示；不被吸收的组分称为惰性组分，以B表示；吸收操作所用的溶剂称为吸收剂，以S表示。,20.6.19,二、吸收在工业上的应用,1.分离混合气体以获得一定的组分;（液态烃处理裂解气回收其中的乙烯、丙烯等）2.除去有害组分以净化或精制气体;（用水或碱液脱除合成氨原料气中的二氧化碳）3.制备某种气体的溶液;（用水吸收氯化氢制取盐酸、用水

3、吸收甲醛以制备福尔马林溶液等）4.工业废气的治理。（工业废气中含有的SO2、NOx等有害成分需在排放前进行处理）,20.6.19,三、吸收的分类,1.物理吸收和化学吸收；溶质与溶剂是否有明显的化学反应发生2.单组分吸收和多组分吸收；被吸收的组分的数目3.等温吸收和非等温吸收；热效应是否显著或设备散热状况4.高浓度吸收和低浓度吸收。混合物中气体的浓度,20.6.19,四、吸收的流程、溶剂的选择,20.6.19,1.溶解度：对溶质组分应具有较大的溶解度2.选择性高：对混合气体中的其他组分基本不吸收3.挥发性小：减少溶剂的用量，避免引入新杂质4.黏度低：便于运输；比热小：再生时节能；发泡性低：减少设

4、备的尺寸。5.腐蚀性低：减少设备费用。6.化学稳定性高；7.无毒、无害、价廉、易于再生等。,溶剂选择要求：,总的选择原则是：经济、合理。,20.6.19,五、相组成表示法,1、质量分数与摩尔分数,质量分数：在混合物中某组分的质量占混合物总质量的分数。,摩尔分数：在混合物中某组分的摩尔数占混合物总摩尔数的分数。,20.6.19,气相：,液相：,质量分数与摩尔分数的关系：,20.6.19,2、质量比与摩尔比,质量比：混合物中某组分A的质量与惰性组分B（不参加传质的组分）的质量之比。,摩尔比：混合物中某组分的摩尔数与惰性组分摩尔数之比。,气相：,液相：,20.6.19,质量分数与质量比的关系：,摩尔

5、分数与摩尔比的关系：,20.6.19,3、质量浓度与摩尔浓度,质量浓度：单位体积混合物中某组分的质量。,摩尔浓度：单位体积混合物中某组分的摩尔数。,质量浓度与质量分数的关系：,摩尔浓度与摩尔分数的关系：,20.6.19,4、气体总压与理想气体中组分的分压,总压与某组分分压之间的关系:,摩尔比与分压之间的关系:,摩尔浓度与分压之间的关系:,20.6.19,第五章吸收,一、气体的溶解度二、亨利定律三、气液相平衡与吸收过程的关系,第二节气液相平衡,20.6.19,一、气体的溶解度,1、气体在液体中溶解度的概念气体在液相中的溶解度：,表明一定条件下吸收过程可能达到的极限程度。,2、溶解度曲线,气体在液

6、体中的饱和浓度,对于单组分物理吸收，由相律知,20.6.19,在总压不高，P20及S0.75。,(1)的意义：反映了A吸收率的高低。,(2)参数S的意义：反映了吸收过程推动力的大小，其值为平衡线斜率与吸收操作线斜率的比值。,20.6.19,(3)对于一固定的吸收塔来说，当NOG已确定时，S值越小，,愈大，愈能提高吸收的程度。,减小S,增大液气比,吸收剂用量增大，能耗加大，吸收液浓度降低,适宜的S值：,(5),(4),20.6.19,b）对数平均推动力法,吸收的操作线为直线，当平衡线也为直线时,将上式代入,20.6.19,简化可得:,其中：,塔顶与塔底两截面上吸收推动力的对数均值，称为对数平均推

7、动力。,20.6.19,注意：1）平均推动力法适用于平衡线为直线，逆流、并流吸收皆可。,2）平衡线与操作线平行时，,3）当、时，对数平均推动力可用算术平均推动力。,20.6.19,同理可导出如下传质单元数的计算式：,20.6.19,例：某生产车间使用一填料塔，用清水逆流吸收混合气中有害组分A，已知操作条件下，气相总传质单元高度为1.5m，进料混合气组成为0.04（组分的Amol分率，下同），出塔尾气组成为0.0053，出塔水溶液浓度为0.0128，操作条件下的平衡关系为Y=2.5X（X、Y均为摩尔比），试求：1）L/V为(L/V)min的多少倍？2）所需填料层高度。3）若气液流量和初始组成均不

8、变，要求最终的尾气排放浓度降至0.0033，求此时所需填料层高度为若干米？,20.6.19,解：,1）L/V为(L/V)min的倍数,20.6.19,2）所需填料层高度脱吸因数法,20.6.19,对数平均推动力法,20.6.19,20.6.19,3）尾气浓度下降后所需的填料层高度,尾气浓度,20.6.19,2）平衡线不为直线a）图解积分法,Y,20.6.19,平衡线为曲线时，图解积分法步骤如下：,1）操作线上任取一点（X,Y），其推动力为(Y-Y*)。,2）系列Y作图得曲线。,3）积分计算Y2至Y1范围内的阴影面积。,上述积分也可采用数值法进行计算，如965式,20.6.19,b）近似梯级法B

9、aker图解法,M1,F1,20.6.19,分析梯级TF1F,在梯级T*A*FT中，,平均推动力,20.6.19,命题：物系、操作条件一定，计算达到指定分离要求所需塔高。,分离要求：残余浓度Y2或溶质的回收率,吸收塔设计型计算总结,1.流向的选择,逆流特点：1)逆流推动力大，传质速率快；,2）吸收液的浓度高；,3）溶质的吸收率高；,4）液体受到上升气体的曳力，限制了液体流量和气体流量。,20.6.19,2、吸收剂进口浓度的选择及其最高允许浓度,3、吸收剂流量的确定,例：空气中含丙酮2%（体积百分数）的混合气以0.024kmol/(m2s)的流率进入一填料塔，今用流率为0.065kmol/(m2

10、s)的清水逆流吸收混合气中的丙酮，要求丙酮的回收率为98.8%。已知操作压力为100kPa，操作温度下的亨利系数为177kPa，气相总体积吸收系数为0.0231kmol/(m3s)，试用解吸因数法求填料层高度。,20.6.19,【例5-7】在一塔径为0.8m的填料塔内，用清水逆流吸收空气中的氨，要求氨的吸收率为99.5%。已知空气和氨的混合气质量流量为1400kg/h，气体总压为101.3kPa，其中氨的分压为1.333kPa。若实际吸收剂用量为最小用量的1.4倍，操作温度（293K）下的气液相平衡关系为Y*=0.75X，气相总体积吸收系数为0.088kmol/(m3s)，试求（1）每小时用水

11、量；（2）用平均推动力法求出所需填料层高度。,20.6.19,命题：塔高一定时，吸收操作条件与吸收效果间的分析和计算;吸收塔的核算。,1.定性分析,【例5-8】在一填料塔中用清水吸收氨空气中的低浓氨气，若清水量适量加大，其余操作条件不变，则Y2、X1何变化？（已知体积传质系数随流量变化关系为）,五、吸收的操作型计算,20.6.19,定性分析步骤：1）根据条件确定HOG、S；2）利用Z=NOGHOG，确定的变化;3）采用吸收因数法确定Y2的变化;4）利用全塔物料衡算分析X1变化。,问题：吸收温度降低，Y2、X1、吸收操作线如何变化？X2降低，Y2、X1、吸收操作线如何变化？吸收压力提高，Y2、X

12、1、吸收操作线如何变化？,20.6.19,例：某吸收塔在101.3kPa，293K下用清水逆流吸收丙酮空气混合物中的丙酮，操作液气比为2.1时，丙酮回收率可达95%。已知物系的浓度较低，丙酮在两相间的平衡关系为y=1.18x，吸收过程为气膜控制，总传质系数Kya与气体流率的0.8次方成正比，1）今气体流率增加20%，而流体及气液进出口组成不变，试求：a）丙酮的回收率有何变化？b）单位时间内被吸收的丙酮量增加多少？,2.定量计算,20.6.19,2）若气体流率，气液进出口组成，吸收塔的操作温度和压强皆不变，欲将丙酮回收率由原来95%的提高至98%，吸收剂用量应增加到原用量的多少倍？,思路：,1）

13、已知L/V、m、吸收率,2）V不变,20.6.19,解：,求原有条件下的传质单元数NOG,其中：,20.6.19,1）气体流量增加20%时的操作效果,20.6.19,20.6.19,在单位时间内，气量提高后的丙酮回收量之比为：,2）当吸收率由95%提高至98%，由于气体流率没变，因此对于气膜控制的吸收过程HOG不变，塔高是一定的，故NOG仍为5.097,20.6.19,用试差法求解,故液气比应提高到：,吸收剂用量应增至：,20.6.19,六、吸收过程的强化,提高吸收过程的推动力；目标降低吸收过程的阻力。,20.6.19,（2）提高吸收剂的流量；,2.降低吸收过程的传质阻力,1.提高吸收过程的推动力,（1）逆流操作比并流操作的推动力大；,20.6.19,第五章吸收,一、流程二、计算,第六节脱吸,20.6.19,1、流程,吸收的逆过程,2、计算1）操作线,与吸收的区别与联系位置平衡线下方最小蒸汽用量,20.6.19,2）传质单元数的计算,例：由石蜡系碳氢化合物（分子量113）与另一不挥发的有机溶剂（分子量135）组成的溶液，其中碳氢化合物的质量百分数为4%，要在100及101.33下用过热水蒸汽进行脱吸，使脱吸