第九章-吸收

《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《化工原理》电子教案/目录3目录第九章吸收习题课第四节二元低浓气体吸收（或脱吸）的计算五、高浓气体吸收六、解吸第五节其他类型的吸收简介第三版第18次印刷的教材更正第九章小结《化工原理》电子教案/第九章4/97第九章吸收第一节概述一、什么是吸收相界面ABCD气体混合物液体S惰性组分吸收剂溶质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。《化工原理》电子教案/第九章5/97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。《化工原理》电子教案/第九章6/97第一节概述多组分吸收单组分吸收非等温吸收等温吸收化学吸收物理吸收三、吸收分类相界面ABCD气体混合物液体S惰性组分吸收剂溶质本章要介绍的《化工原理》电子教案/第九章7/97请点击观看动画第一节概述填料塔板式塔吸收剂吸收尾气吸收塔混合气吸收液逆流吸收操作示意图气体溶剂1n被吸收气体板式塔气体溶剂填料被吸收气体填料塔四．吸收设备及流程1、吸收设备-----塔设备《化工原理》电子教案/第九章8/97第一节概述2．吸收流程单一吸收塔流程：吸解收吸塔塔吸收-解吸流程吸收剂常常需要回收再利用《化工原理》电子教案/第九章9/97第一节概述（a）气、液串联（逆流）（b）气体串联、液体并联（逆流）多塔吸收流程2．吸收流程多塔吸收流程《化工原理》电子教案/第九章10/97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。AA+BS（气体）（液体）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《化工原理》电子教案/第九章11/97第二节气液相平衡一、溶解度及溶解度曲线AA+BS（气体）（液体）根据相律可知，相平衡时自由度数2相数组分数CF3223AApPTfc,,AApfc或AAcgpAcAc(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）《化工原理》电子教案/第九章12/97第二节气液相平衡一、溶解度及溶解度曲线AApfc或AAcgp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。《化工原理》电子教案/第九章13/971.00.90.80.70.60.50.40.30.20.1pA，atmO2CO2SO2NH30123456789101110ncA，kmol/m3O2n=3，CO2n=2，SO2n=1，NH3n=0几种气体在20℃水中的溶解度曲线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AApHc-----亨利定律pA=723cApA=25.5cApA=0.36cApA=0.0136cA《化工原理》电子教案/第九章14/97二、亨利定律AApHc通常由实验测定。可从有关手册中查得。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属物性获取方法：影响因素：-----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？《化工原理》电子教案/第九章15/97二、亨利定律AApHc-----亨利定律ccHcpAAAExAAAxPEPpyAmx亨利定律的其他形式：E越大，越难溶；HcEPEm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；《化工原理》电子教案/第九章16/97教材更正P24第六行（8-5）应为（8-5a）。P24－30所有大写的C均应为小写的c。P30例9－4的第七行“表示明”应为“表示时”作业：《化工原理》电子教案/第九章17/97第三节吸收过程模型及吸收速率方程三个串联传质环节：气体液体气体侧的对流传质界面溶解一、吸收过程模型气膜液膜pGpi传质方向Ci气相主体液相主体CLGLz距离双膜模型组成NAGNAL液体侧的对流传质----双膜模型《化工原理》电子教案/第九章18/97二、吸收速率方程气膜液膜pGpi传质方向Ci气相主体液相主体CLGLz距离双膜模型组成GiGiGGAGkppppkN1LLiLiLALkcccckN1LLiGiGAkcckppN11xiyiAkxxkyyN11类似地：---分吸收速率方程分传质阻力分推动力NAGNALNAG=NAL21212121yykxxkppkCCkNyxGLA对流传质方程：《化工原理》电子教案/第九章19/97二、吸收速率方程假设气液相平衡关系满足亨利定律，则LLHpc又根据双膜模型的假定，可知iiHpcLLiGiGAkcckppN11LLiHkpp1LGLGHkkpp11GLGKpp1气膜液膜pGpi传质方向Ci气相主体液相主体CLGLz距离双膜模型组成总传质阻力总推动力LGGHkkK111----以分压差为推动力的气相总吸收速率方程Lp《化工原理》电子教案/第九章20/97二、吸收速率方程类似地，LGLGAkkHccN1LLGKcc1xyAkmkyyN1xyAkmkxxN11yKyy1xKxx1气膜液膜pGpi传质方向Ci气相主体液相主体CLGLz距离双膜模型组成------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GGHpcmxymyx-----以摩尔分率差为推动力的液相总吸收速率方程《化工原理》电子教案/第九章21/97气膜液膜pGpi传质方向Ci气相主体液相主体CLGLz距离双膜模型组成二、吸收速率方程PEpGPOCLC传质推动力的图示操作点ipic液相总传质推动力气相总传质推动力气相分传质推动力液相分传质推动力LpGcLLiGiGAkCCkppN11GLGKpp1LLGKCC1吸收速率方程的分析：1.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《化工原理》电子教案/第九章22/97二、吸收速率方程气膜液膜pGpi传质方向Ci气相主体液相主体CLGLz距离双膜模型组成xyykmkK11LGGHkkK111xykmk1LGHkk11气膜控制故GGkKyykK----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。《化工原理》电子教案/第九章23/97二、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。气膜液膜pGpi传质方向Ci气相主体液相主体CLLGz距离双膜模型组成yxmkk11GLkHk1故LLkKxxkKLGLkkHK11mkkKyxx111《化工原理》电子教案/第九章24/97二、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。气膜液膜pGpi传质方向Ci气相主体液相主体CLGLz距离双膜模型组成xyykmkK11mkkKyxx111LGGHkkK111LGLkkHK11《化工原理》电子教案/第九章25/97二、吸收速率方程影响传质阻力的因素：xyykmkK11mkkKyxx111LGGHkkK111LGLkkHK11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：《化工原理》电子教案/第九章26/97第四节二元低浓气体吸收（或脱吸）的计算GayaLaxaDHGbybLbxb逆流吸收塔的物料衡算计算项目主要有：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《化工原理》电子教案/第九章27/97一、物料衡算和操作线方程GayaLaxaGbybLbxb逆流吸收塔的物料衡算对溶质A，有液相的增加速率气相的减少速率abSabBXXLYYGaabBSbYXXGLYGBYaLSXaGBYbLSXbGB-----kmolB/sorkmolB/(m2s)；LS-----kmolS/sorkmolS/(m2s)；Y（或X）-----摩尔比；aabbaabbxLxLyGyG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：bababYYYYY1《化工原理》电子教案/第九章28/97一、物料衡算和操作线方程GBYaLSXaGBYLSXGBYbLSXb逆流吸收塔的物料衡算液相量的增加速率气相量的减少速率aSaBXXLYYGaaBSYXXGLY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《化工原理》电子教案/第九章29/97一、物料衡算和操作线方程GBYaLSXaGBYLSXGBYbLSXb逆流吸收塔的物料衡算aaBSYXXGLYaabBSbYXXGLY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。操作点XYOXbYb塔底XaYa塔顶直线，BSGL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：《化工原理》电子教案/第九章30/97一、物料衡算和操作线方程GGaGbGB，LLaLbLS，Yy，Xx，于是，GayaLaxaGBYaLSXaGyLxGBYLSXGbybLbxbGBYbLSXb逆流吸收塔的物料衡算aabbyxxGLyaayxxGLy对于低浓气体（通常yb10%），aabBSbYXXGLYaaBSYXXGLY《化工原理》电子教案/第九章31/97二、吸收剂用量的确定YYBBYbBBBYbPYEEYaAYaA0XaXb0XaXEXbLSBSGLminBSGLmin)0.2~2.1(BSoptBSGLGLGayaLaxaGBY