化工原理-第八章-吸收ppt课件.ppt
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1、8.1 概述概述吸收吸收:利用气体混合物中各组分在液体溶剂中:利用气体混合物中各组分在液体溶剂中溶解度的差异溶解度的差异来来分离气体混合物的操作。分离气体混合物的操作。溶质溶质A(吸收质):能溶于液体的组分(吸收质):能溶于液体的组分惰性组分惰性组分B:不能溶于液体的组分:不能溶于液体的组分吸收剂吸收剂S:吸收操作所用的溶剂:吸收操作所用的溶剂吸收液吸收液(溶液):溶有溶质的溶液(溶液):溶有溶质的溶液吸收尾气吸收尾气:排出的气体,主要成分为惰性气体,还含有残余溶:排出的气体,主要成分为惰性气体,还含有残余溶质质8.1 概述概述吸收在化工中的应用:吸收在化工中的应用: 1 1制取化工产品制取化
2、工产品 将气体中需要的成分用指定的溶剂吸收出来,成为液态产将气体中需要的成分用指定的溶剂吸收出来,成为液态产品。如:用水吸收品。如:用水吸收HClHCl、NO2NO2制取工业盐酸和硝酸。制取工业盐酸和硝酸。2 2分离气体混合物分离气体混合物 工业上利用吸收分离气体混合物。热甲碱法吸收二氧化碳。工业上利用吸收分离气体混合物。热甲碱法吸收二氧化碳。3 3从气体中回收有用组分从气体中回收有用组分 用洗油回收粗苯或二氯乙烷。用洗油回收粗苯或二氯乙烷。4 4气体净化气体净化 原料气的净化。原料气的净化。 尾气、废气的净化以保护环境。尾气、废气的净化以保护环境。 5 5生化工程生化工程 菌体在发酵罐中培养
3、。发酵罐中要给予大量的空气以维持菌体在发酵罐中培养。发酵罐中要给予大量的空气以维持微生物的正常代谢,要应用空气中的氧在水中吸收这一过程。微生物的正常代谢,要应用空气中的氧在水中吸收这一过程。吸收过程分类吸收过程分类8.1 概述概述8.1 概述概述1、吸收设备塔设备(板式塔、填料塔)、吸收设备塔设备(板式塔、填料塔) 2、吸收流程、吸收流程 (1)单一吸收流程)单一吸收流程 (2)多塔吸收流程)多塔吸收流程 8.1 概述概述3)吸收剂在吸收塔内再循环流程)吸收剂在吸收塔内再循环流程 4)吸收解吸流程)吸收解吸流程 8.1 概述概述3、吸收剂的选择、吸收剂的选择(1)溶解度)溶解度 对溶质组分有较
4、大的溶解度对溶质组分有较大的溶解度(2)选择性)选择性 对溶质组分有良好的选择性对溶质组分有良好的选择性 对其它组分基本不吸收或吸收甚微对其它组分基本不吸收或吸收甚微(3)挥发性)挥发性 不易挥发不易挥发(4)黏性)黏性 粘度要低粘度要低(5)其它)其它 无毒,无腐蚀性,不易燃烧,不发泡。无毒,无腐蚀性,不易燃烧,不发泡。 价廉易得,化学稳定性等价廉易得,化学稳定性等8.2.1 气液相平衡关系气液相平衡关系 一、汽液溶解平衡一、汽液溶解平衡 气液溶解相平衡:气体混合物与溶剂接触,溶质气体向液相气液溶解相平衡:气体混合物与溶剂接触,溶质气体向液相转移,使溶液中溶质转移,使溶液中溶质(A)的浓度的
5、浓度cA增加,直到达到饱和,浓度不增加,直到达到饱和,浓度不再发生变化,这种状态称为汽液溶解平衡。再发生变化,这种状态称为汽液溶解平衡。 平衡状态下气相中的溶质分压称为平衡分压平衡状态下气相中的溶质分压称为平衡分压pA*,液相中的,液相中的溶质浓度称为平衡浓度溶质浓度称为平衡浓度cA*,简称为溶解度。,简称为溶解度。二、相律二、相律 自由度自由度F 组分数相数组分数相数+2 单组分物系(单组分物系(1个溶质):个溶质): 组分数组分数3个个(溶质、惰性气体和溶剂溶质、惰性气体和溶剂),相数,相数2个个(气、液气、液) F 组分数相数组分数相数+232+2 = 3 即在温度、总压和气、液组成四个
6、变量中,三个是自变量。即在温度、总压和气、液组成四个变量中,三个是自变量。将溶解度将溶解度cA*表示成温度表示成温度t、总压、总压P和气相组成的函数,即和气相组成的函数,即cA*f( t、P、气相组成、气相组成),这个关系式称为相平衡关系。,这个关系式称为相平衡关系。 在总压不很高的情况下,认为溶解度在总压不很高的情况下,认为溶解度cA*与总压无关,则与总压无关,则 cA*f( t、pA) ; pA*f( t、cA) 8.2.1 气液相平衡关系气液相平衡关系 在相同的温度和分压下,不同气体溶解度有很大的差别。在相同的温度和分压下,不同气体溶解度有很大的差别。 O2、CO2,溶解度很小,称难溶气
7、体;,溶解度很小,称难溶气体; NH3,溶解度很大,称易溶气体;,溶解度很大,称易溶气体;介乎两者之间介乎两者之间SO2称溶解度适中气体。称溶解度适中气体。 加压和降温可以提高气体溶解度,加压和降温可以提高气体溶解度,cA*f( t、pA) ,对吸收有利。,对吸收有利。8.2.1 气液相平衡关系气液相平衡关系 8.2.2 亨利定律亨利定律 平衡关系:平衡关系:pA*f( t、cA) 一、亨利定律一、亨利定律: 稀稀溶液、溶液、低压低压和和一定温度一定温度下,气、液达到溶解相平衡下,气、液达到溶解相平衡 pA*ExA 二、亨利定律三种表达式二、亨利定律三种表达式 pA*=ExA E为亨利系数为亨
8、利系数 单位单位 Pa cA*=HpA H为溶解度系数为溶解度系数 单位单位 kmol/(m3Pa) y*=mx m为相平衡常数为相平衡常数 单位单位 无因次无因次 三、亨利系数三、亨利系数 亨利系数由实验确定,它随物性和温度而变化。亨利系数由实验确定,它随物性和温度而变化。 对于一定气体溶于一定溶剂,温度升高,对于一定气体溶于一定溶剂,温度升高,E E增大。增大。8.2.2 亨利定律亨利定律 四、三个系数间的关系四、三个系数间的关系 E=C/H m=E/P 8.2.2 亨利定律亨利定律 亨利定律亨利定律AApHC *AAymx H:溶解度常数,:溶解度常数,kmol/(m3Pa)1)H越越大
9、大,溶解度越,溶解度越大大2)T越越大大,H越越小小AApEx E:亨利常数,:亨利常数,Pa1)E越越大大,溶解度越,溶解度越小小2)T越越大大,E越越大大m:相平衡常数,无因次:相平衡常数,无因次1)m越越大大,溶解度越,溶解度越小小2)T越越大大,m越越大大 P越越大大,m越越小小(适用于稀溶液)(适用于稀溶液)EC/Hm=E/P难难溶气体溶气体易易溶气体溶气体EHmEHm8.2.2 亨利定律亨利定律 8.3 8.3 吸收过程模型及传质速率方程吸收过程模型及传质速率方程 一、总传质速率方程一、总传质速率方程 二、界面浓度的求取二、界面浓度的求取 三、传质阻力分析三、传质阻力分析 1 1、
10、气相中的溶质传递到液相,分为三个步骤:、气相中的溶质传递到液相,分为三个步骤: 1 1)气相与界面的对流传质;)气相与界面的对流传质; 2 2)溶质在界面上的溶解;)溶质在界面上的溶解; 3 3)界面与液相的对流传质。)界面与液相的对流传质。8.3.1 双膜模型在吸收中的应用双膜模型在吸收中的应用 令:界面上气液两相浓度为令:界面上气液两相浓度为yi、xi 1.气相与界面的对流传质;气相与界面的对流传质; NA=kG (pGpi) =ky (yyi) 3.界面与液相的对流传质;界面与液相的对流传质; NA=kL (cicL)=kx (xix) 2.溶质在界面上的溶解;溶质在界面上的溶解; yi
11、 = f (xi ) 采用采用 yi = mxi 双膜模型双膜模型:(yyi)代表气相传质推动力,代表气相传质推动力,(xix) 代表液相传质代表液相传质推动力,穿过界面的传质阻力可以忽略,气、液在界面达到平推动力,穿过界面的传质阻力可以忽略,气、液在界面达到平衡。衡。 一、分传质速率方程一、分传质速率方程2、分传质速率方程、分传质速率方程NA=kG (pGpi) =ky (yyi)1)气相侧)气相侧气相侧分传质速率方程气相侧分传质速率方程气相侧分传质阻力气相侧分传质阻力气相侧分传质推动力气相侧分传质推动力Gk1yk1iGPP iyy 一、分传质速率方程一、分传质速率方程NA=kG (pGpi
12、) =ky (yyi)气相侧分传质速率方程气相侧分传质速率方程NA=kL (cicL)=kx (xix)2)液相侧)液相侧液相侧分传质速率方程液相侧分传质速率方程液气相侧分传质阻力液气相侧分传质阻力液相侧分传质推动力液相侧分传质推动力Lk1xk1LiCC xxi 一、分传质速率方程一、分传质速率方程气相与界面的对流传质:气相与界面的对流传质:NA=kG (pGpi) =ky (yyi)。界面与液相的对流传质:界面与液相的对流传质:NA=kL (cicL)=kx (xix)溶质在界面上的溶解:溶质在界面上的溶解: yi = mxixxyiiyiyiyxyiixixixiyiAKxxkmkxxxx
13、mkxxmkmyyKyymkkyyyymkyymkmxxkxxkyyN111)()(11)(111)()(11)(11* 一、总传质速率方程一、总传质速率方程3 3、总传质速率方程、总传质速率方程NA=KG (pGpL*) =Ky (yy*)LGGHkkK111 xyykmkK 111)以气相浓度表示)以气相浓度表示气相总传质速率方程气相总传质速率方程气相总传质阻力气相总传质阻力气相总传质推动力气相总传质推动力PG-PL*=PG-CL/Hy-y*=y-mx一、总传质速率方程一、总传质速率方程NA=KL (cG*cL)=Kx (x*x)GLLkHkK 11yxxmkkK111 2)以液相浓度表示
14、)以液相浓度表示液相总传质速率方程液相总传质速率方程液气相总传质阻力液气相总传质阻力液气相总传质推动力液气相总传质推动力CG*-CL=HPG-CLx * -x=y/m-x一、总传质速率方程一、总传质速率方程Ky 和和Kx 的关系的关系: mKy =Kx Ky 和和Kx 的单位的单位:Ky: kmol/(m2.s.y) Kx : kmol/(m2.s.x) 一、总传质速率方程一、总传质速率方程一、总传质速率方程一、总传质速率方程用总传质系数表示的速率方程用总传质系数表示的速率方程一、总传质速率方程一、总传质速率方程气膜气膜液膜液膜pG气相主体浓度气相主体浓度pi气体界面浓度气体界面浓度液体界面浓
15、度液体界面浓度Ci液相主体浓度液相主体浓度CLAN()()GGiyikppkyyALN(C)()iLxikCkxx*AGL*N(p)(C )()()GLGLyxKpKCKyyKxx*yiiiimxCpH一、总传质速率方程一、总传质速率方程)()()(*)(*AALAAAGAxAyACCKNppKNxxKNyyKN )()()()(AiLAiAGAixAiyACCkNppkNxxkNyykN xyxxyyLGLLGGkmkKmkkKkkHKHkkK11111111111 yGyGxLxLxyGLkP kKP KkC kKC KKKmKKH分传质速率方程分传质速率方程总传质速率方程总传质速率方程总
16、传质系数与分传质系数的关系总传质系数与分传质系数的关系各传质系数之间的关系各传质系数之间的关系一、总传质速率方程一、总传质速率方程一、总传质速率方程一、总传质速率方程用总传质系数表示的速率方程用总传质系数表示的速率方程讨论一:各推动力的图示讨论一:各推动力的图示1、吸收:操作点在平衡线上方吸收:操作点在平衡线上方解吸:操作点在平衡线下方解吸:操作点在平衡线下方2、气相分传质推动力:线气相分传质推动力:线ab气相总传质推动力:线气相总传质推动力:线aB液相分传质推动力:线液相分传质推动力:线ac液相总传质推动力:线液相总传质推动力:线aAbc点点a(x,y):操作点,表示吸收塔某横截面上气相浓度
17、):操作点,表示吸收塔某横截面上气相浓度y和液相浓度和液相浓度x。点点p(xi,yi):表示吸收塔某横截面上气、液两相相界面上的浓度。):表示吸收塔某横截面上气、液两相相界面上的浓度。讨论二:界面浓度的求取讨论二:界面浓度的求取 相平衡关系:相平衡关系:yimxi 联立方程求解(联立方程求解(xi,yi)方法一:方法一:方法二:方法二:从从a(x,y)出发,作斜率为出发,作斜率为-kx/ky的一条直线,此直线与平衡线的一条直线,此直线与平衡线的交点即为界面浓度的交点即为界面浓度(xi,yi)。 讨论三:传质阻力分析讨论三:传质阻力分析 气相阻力控制气相阻力控制(气膜控制气膜控制): 1/kym
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