化工原理下课件第四版课件教学课件 ppt 作者 谭天恩 窦梅 等编著第九章 吸收.ppt

《化工原理》电子教案/目录,1,目录,第九章 吸收 第一节 概述 一、什么是吸收 二、吸收的目的 三、吸收分类 四、吸收设备及流程 五、吸收剂的选择,,《化工原理》电子教案/目录,2,目录,第九章 吸收 第二节 气液相平衡 一、溶解度及溶解度曲线 二、亨利定律 第三节 吸收过程模型及吸收速率方程 一、双膜模型 二、吸收速率方程,,,《化工原理》电子教案/目录,3,目录,第九章 吸收 第四节 二元低浓气体吸收（或脱吸）的计算 一、物料衡算和操作线方程 二、吸收剂用量的确定 三、塔径的计算 四、填料层高度的计算 习题课 五、高浓气体吸收 六、解吸 第五节 其他类型的吸收简介,,,,第九章小结,,,4/100,第九章 吸收,第一节 概述,一、什么是吸收,惰性组分,吸收剂,利用气体混合物中各组分在液体溶剂中溶解度的差异来分离气体混合物的操作称为吸收5/100,第一节 概述,二、吸收的目的,1．制取产品,例如，用98%的硫酸吸收SO3气体制取98%硫酸；用水吸收氯化氢制取31%的工业盐酸；用氨水吸收CO2生产碳酸氢铵等2．从气体中回收有用的组分,例如，用硫酸从煤气中回收氨生成硫胺；用洗油从煤气中回收粗苯等。

3．除去有害组分以净化气体,主要包括原料气净化和尾气、废气的净化以保护环境 例如用水或碱液脱除合成氨原料气中的二氧化碳； 燃煤锅炉烟气、冶炼废气等脱SO2等6/100,第一节 概述,,,,三、吸收分类,惰性组分,吸收剂,,,,本章要介绍的,7/100,请点击观看动画,第一节 概述,四．吸收设备及流程,1、吸收设备-----塔设备,8/100,第一节 概述,2．吸收流程,单一吸收塔流程：,吸收剂常常需要回收再利用,9/100,第一节 概述,2．吸收流程,多塔吸收流程,10/100,第一节 概述,五．吸收剂的选择,5．其它-----无毒、无腐蚀性、不易燃烧、 不发泡、价廉易得，并具有 化学稳定性等要求1．溶解度-----对溶质组分有较大的溶解度,2．选择性-----对溶质组分有良好的选择性， 即对其它组分基本不吸收或吸收甚微，,3．挥发性----- 应不易挥发,4．黏性----- 黏度要低,11/100,第二节 气液相平衡,一、溶解度及溶解度曲线,(对双组分气体),气液达到相平衡时，液相中的溶质浓度称为溶解度，记作,对双组分气体吸收，所有变量共4个： 温度T、总压P、气相组成、溶解度,----独立变量只有3个，例如：T、P、pA,在几个大气压以内、温度T一定条件下，,（溶解平衡）,12/100,第二节 气液相平衡,一、溶解度及溶解度曲线,上述具体函数关系目前尚无法理论推得，需通过实验方法对具体物系进行测定。

如下图示出了四种气体在20C下在水中溶解度曲线13/100,,难溶体系,溶解度适中体系,易溶体系,说明：,（1）不同气体的溶解度差异很大,（2）对于稀溶液或极稀溶液，溶解度曲线近似为直线，即,,-----亨利定律,pA=723cA,pA=25.5cA,,,pA=0.36cA,pA=0.0136cA,14/100,二、亨利定律,通常由实验测定可从有关手册中查得如教材P68,如图，H越大，表明在相同的pA下cA*越大，故越易溶T，H P在几个大气压范围内对H影响可忽略其他情况下，一般P ，H ,,属物性,-----亨利定律,溶解度系数， kmol/(m3Pa),,思考：H越大，表明越易溶还是越难溶？,,15/100,二、亨利定律,-----亨利定律,亨利定律的其他形式：,E越大，越难溶；,,,亨利系数，Pa,,,,,相平衡常数，无量纲,,,思考：E越大，表明越易溶还是越难溶？,E的影响因素：,T，E；P对E影响可忽略m的影响因素：,T，m；P，m,思考：m越大，表明越易溶还是越难溶？,m越大，越难溶；,,16/100,,,第三节 吸收过程模型及吸收速率方程,三个串联传质环节：,,,气体侧的对流传质,界面溶解,一、吸收过程模型,NAG,NAL,液体侧的对流传质,回忆：第八章的双膜模型,对照： 间壁式换热器的传热机理,NAG= NAL,17/100,二、吸收速率方程,类似地：,---分吸收速率方程,,对流传质方程：,18/100,二、吸收速率方程,,----以分压差为推动力的气相总吸收速率方程,19/100,二、吸收速率方程,------以摩尔浓度差为推动力的 气相总吸收速率方程,-----以摩尔分率差为推动力的 气相总吸收速率方程,-----以摩尔分率差为推动力的 液相总吸收速率方程,20/100,二、吸收速率方程,,吸收速率方程的分析：,关于传质推动力,操作点P离平衡线越近， 则总推动力就越小,21/100,二、吸收速率方程,气膜控制,故,----如图，气膜较厚，液膜较薄，即阻力主要由气 膜决定。

2、关于传质阻力,易溶体系属于这种情况22/100,二、吸收速率方程,液膜控制,----如图，液膜较厚，气膜较薄，即阻力主要由液 膜决定难溶体系属于这种情况故,23/100,二、吸收速率方程,双膜控制,----如图，液膜、气膜厚度相当，气膜阻力和液膜 阻力均不可忽略溶解度适中的体系属于这种情况24/100,二、吸收速率方程,影响传质阻力的因素：,即影响传质系数 k 的因素（第八章）,流动状况 如降膜湿壁塔、圆盘塔等：kGG0.75，kLL0.7， 填料塔： kLL0.750.95 物性 操作温度和压力 传质面几何特性等返回目录,作业：,25/100,第四节 二元低浓气体吸收（或脱吸）的计算,,,,计算项目主要有： 吸收剂用量La、液相出塔浓度xb 塔的主要工艺尺寸： 塔径D、填料层高度H或塔板数N,26/100,一、物料衡算和操作线方程,,,GB-----kmolB/s or kmolB/(m2s) ；LS -----kmolS/s or kmolS/(m2s) ； Y（或X）-----摩尔比；,全塔物料衡算,-----可求解液相出塔浓度xb,-------此式使用不方便，因为摩尔分率x、y的定义基准从塔底到塔顶均在变化。

将x、y换成摩尔比X、Y可解决这个问题回收率为：,27/100,一、物料衡算和操作线方程,,,对塔上部任一段作质量衡算（A组分）,-----可求解全塔浓度分布,-------操作线方程,28/100,一、物料衡算和操作线方程,,操作线斜率越小，越靠近平衡线，传质推动力越小，对传质越不利直线，,过塔顶点A(Xa，Ya)，塔底 B (Xb，Yb) 总是位于平衡线的上方；,----液气比,斜率为,-------操作线方程,操作线方程：,29/100,一、物料衡算和操作线方程,,对于低浓气体（通常yb10%），,30/100,二、吸收剂用量的确定,吸收剂用量取决于经济性：,塔高（包括解吸塔的）,总费用,操作中，吸收剂的消耗量,,,＝设备费＋能源费,计算项目主要有： 吸收剂用量La、液相出塔浓度xb 塔的主要工艺尺寸： 塔径D、填料层高度H或塔板数N,31/100,,,能源费,总费用,设备费：塔高,总费用有一最小值,能源费,,因此，应当存在一个最适宜的液气比(LS/GB)opt，使总费用最小总费用,＝设备费＋能源费,,,设备费,32/100,二、吸收剂用量的确定,,,,最小液气比,,此时，塔内必有一处达到相平衡，塔高需无穷高才行。

1、如何确定(LS/GB) opt？,一般根据生产经验，取,2、什么是(LS/GB) min ？,,,33/100,二、吸收剂用量的确定,,最小液气比的计算：,低浓时：,低浓时：,34/100,二、吸收剂用量的确定,最小液气比只对设计型问题有意义可以， 能， 但达不到指定的吸收要求,思考：实际操作时的液气比可否小于或等于最小液气比？此时吸收塔是否能操作？将会发生什么现象？,35/100,二、吸收剂用量的确定,,,最小液气比的计算：,低浓时：,低浓时：,36/100,三、塔径的计算,u为空塔气速，m/s， Vs为混合气体的体积流量，m3/s由液泛速度来定，第十一章再讲计算项目主要有： 吸收剂用量La、液相出塔浓度xb 塔的主要工艺尺寸： 塔径D、填料层高度H或塔板数N,37/100,四、填料层高度的计算,1、填料层高度的一般计算式,,气相中溶质A的减少速率 kmol/s ＝液相中溶质A的增加速率 kmol/s ＝从气相到液相的传质速率 kmol/s,对微元段填料dh作物料衡算：,注意：G、L----kmol/(m2s),,kmol/s,计算项目主要有： 吸收剂用量La、液相出塔浓度xb 塔的主要工艺尺寸： 塔径D、填料层高度H或塔板数N,38/100,四、填料层高度的计算,将总吸收速率方程 代入得：,2、低浓气体吸收时,G、L为常数,（适用于高、低浓吸收）,Why？,39/100,2、低浓气体吸收时,,,,流动状况、物系、填料特性和操作条件,思考：影响传质单元高度HTU的因素？,,40/100,2、低浓气体吸收时,什么是传质单元？,如图，将填料层分成若干段，1、2、……、N段。

每一段填料均需满足以下条件：,＝该段气相（或液相）总的平 均推动力,每一段气相（或液相）组成的变化量,这一段填料就是一个传质单元,41/100,2、低浓气体吸收时,传质单元高度？,常用吸收设备的HTU约为0.21.5m,-----每个传质单元对应的填料层高度，m,思考： HTU越大越好，还是越小越好？,HTU越小越好,,,传质单元数？,-----传质单元的个数， 如图，为N个42/100,2、低浓气体吸收时,为什么NOG就是传质单元数N？,每个传质单元具有：,,,43/100,2、低浓气体吸收时,,传质单元数NOG的几何意义？,越小越好,思考：对设计型问题，NOG越大越好，还是越小越好？,---阴影部分面积,思考：如何使NOG变小？,如图所示，要使阴影面积变小，可以将传质推动力变大，或将分离要求降低，即ya变大44/100,2、低浓气体吸收时,传质单元数NOG的两种计算方法：,吸收因数法 对数平均推动力法,（1）平衡线为直线时,图解（或数值）积分法 近似梯级法,（2）平衡线非直线时,,,45/100,,2、低浓气体吸收时,传质单元数NOG的两种计算方法：,,,（1）平衡线为直线时,代入 中积分得：,吸收因数法 对数平均推动力法,,46/100,2、低浓气体吸收时,,类似可推得：,47/100,2、低浓气体吸收时,思考：当S＝1时，NOG＝？,根据洛毕达法则可得,48/100,2、低浓气体吸收时,,,,,,传质单元数NOG的两种计算方法：,（1）平衡线为直线时,吸收因数法 对数平均推动力法,,49/100,2、低浓气体吸收时,,------对数平均推动力,------对数平均推动力法,50/100,2、低浓气体吸收时,,同理，得：,式中：,51/100,2、低浓气体吸收时,对数平均推动力法与吸收因数法的对比： 相同点：都适用于低浓、平衡线为直线的情况 不同点：前者涉及四个浓度，后者涉及三个浓度， 故后者特别适用于操作型问题的求解。

52/100,,2、低浓气体吸收时,传质单元数NOG的两种计算方法：,图解（或数值）积分法 近似梯级法,（2）平衡线非直线时,,,53/100,,2、低浓气体吸收时,传质单元数NOG的两种计算方法：,图解（或数值）积分法 近似梯级法,（2）平衡线非直线时,,,,,,,,作图步骤如下：,①在操作线AB和平衡线OE之间作曲线MM，使该线恰好等分AB与OE两线之间的垂直距离②自A点起作一水平线，交MM于M1，并延长至D，使AM1=M1D③过点D作垂线交AB于点F至此完成一个梯级法ADFM1,④如此类推，可继续作出第二个梯级，直至越过点B的横坐标xb为止D,F,E,梯级总数 = NOG 如图所示，梯级数为2.8。