化工原理第九章 吸收精.ppt

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1、化工原理第九章 吸收第1页，本讲稿共158页06-10月-22传质过程：物质在相际间的转移传质过程：物质在相际间的转移物质传递过程物质传递过程传质过程的依据：混合物中各组分在两相间传质过程的依据：混合物中各组分在两相间平衡分配不同平衡分配不同。以传质过程为特征的单元操作在化工升中应用甚广。如：以传质过程为特征的单元操作在化工升中应用甚广。如：(1)气体吸收气体吸收：依据气体组分在液相中的：依据气体组分在液相中的溶解度差别溶解度差别来处理气体混合来处理气体混合物。物。(2)液体蒸馏液体蒸馏:加热液体混合物，利用混合物不同组分加热液体混合物，利用混合物不同组分挥发性的差挥发性的差异异，使得液体混合

2、物得以分离。，使得液体混合物得以分离。(3)液液萃取液液萃取：液体组分在溶剂中的：液体组分在溶剂中的溶解度差别溶解度差别来分离液体混合物。来分离液体混合物。(4)固体干燥固体干燥：对含有一定湿份（液体）的固体提供一定的热量，使之：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气相。汽化，从固体的表面或内部转入气相。一、吸收的有关概念一、吸收的有关概念第2页，本讲稿共158页06-10月-22 混合气体与适当的液体接触，气体中的一个或几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，不能够溶解的组分个组分溶解在该液体内形成溶液，不能够溶解的组

3、分则保留在气相中，这样使得原混合气体得以分离。这则保留在气相中，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种利用各组分溶解度不同而分离气体混合物的操作称为为吸收吸收。混合气体中能溶解的组分称为溶质，以混合气体中能溶解的组分称为溶质，以A表示；表示；不被吸收的组分称为惰性组分，不被吸收的组分称为惰性组分，以以B表示；表示；吸收操作所用的溶剂称为吸收剂，吸收操作所用的溶剂称为吸收剂，以以S表示。表示。第3页，本讲稿共158页06-10月-22二、吸收在工业上的应用二、吸收在工业上的应用1.分离混合气体以获得一定的组分分离混合气体以获得一定的组分;（液态烃处理裂解气

4、回（液态烃处理裂解气回收其中的乙烯、丙烯等）收其中的乙烯、丙烯等）2.除去有害组分以净化或精制气体除去有害组分以净化或精制气体;（用水或碱液脱除（用水或碱液脱除合成氨原料气中的二氧化碳）合成氨原料气中的二氧化碳）3.制备某种气体的溶液制备某种气体的溶液;（用水吸收氯化氢制取盐酸、（用水吸收氯化氢制取盐酸、用水吸收甲醛以制备福尔马林溶液等）用水吸收甲醛以制备福尔马林溶液等）4.工业废气的治理。（工业废气中含有的工业废气的治理。（工业废气中含有的SO2、NOx等等有害成分需在排放前进行处理）有害成分需在排放前进行处理）第4页，本讲稿共158页06-10月-22三、吸收的分类三、吸收的分类1.物理吸

5、收物理吸收和化学吸收；和化学吸收；溶质与溶剂是否有明显的化学反应发生溶质与溶剂是否有明显的化学反应发生2.单组分吸收单组分吸收和多组分吸收；和多组分吸收；被吸收的组分的数目被吸收的组分的数目3.等温吸收等温吸收和非等温吸收；和非等温吸收；热效应是否显著或设备散热状况热效应是否显著或设备散热状况4.高浓度吸收和高浓度吸收和低浓度吸收低浓度吸收。混合物中气体的浓度混合物中气体的浓度第5页，本讲稿共158页06-10月-22四、吸收的流程、溶剂的选择四、吸收的流程、溶剂的选择吸收与解吸流程吸收与解吸流程含苯煤气含苯煤气脱苯煤气脱苯煤气洗油洗油苯苯水水过热蒸汽过热蒸汽加加热热器器冷冷却却器器第6页，本

6、讲稿共158页06-10月-221.溶解度：对溶质组分应具有较大的溶解度溶解度：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：黏度低：便于运输；比热小：再生时节能；发泡性低：减少设备的尺寸。减少设备的尺寸。5.腐蚀性低：减少设备费用。腐蚀性低：减少设备费用。6.化学稳定性高；化学稳定性高；7.无毒、无害、价廉、易于再生等。无毒、无害、价廉、易于再生等。溶剂选择要求：溶剂选择要求：总的选择原

7、则是：经济、合理。总的选择原则是：经济、合理。第7页，本讲稿共158页06-10月-22五、相组成表示法五、相组成表示法1 1、质量分数与摩尔分数、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分数：在混合物中某组分的质量占混合物总 质量的分数。质量的分数。摩尔分数：在混合物中某组分的摩尔数占混合摩尔分数：在混合物中某组分的摩尔数占混合 物总摩尔数的分数。物总摩尔数的分数。第8页，本讲稿共158页06-10月-22气相：气相：液相：液相：质量分数与摩尔分数的关系：质量分数与摩尔分数的关系：第9页，本讲稿共158页06-10月-222 2、质量比与摩尔比、质量比与摩尔比质量比：

8、混合物中某组分质量比：混合物中某组分A A的质量与惰性组分的质量与惰性组分B B （不参加传质的组分）的质量之比。（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摩尔比：混合物中某组分的摩尔数与惰性组分摩 尔数之比。尔数之比。气相：气相：液相：液相：第10页，本讲稿共158页06-10月-22质量分数与质量比的关系：质量分数与质量比的关系：摩尔分数与摩尔比的关系：摩尔分数与摩尔比的关系：第11页，本讲稿共158页06-10月-223 3、质量浓度与物质的量浓度、质量浓度与物质的量浓度质量浓度：单位体积混合物中某组分的质量。质量浓度：单位体积混合物中某组分的质量。物质的

9、量物质的量浓度浓度：单位体积混合物中某组分的摩尔数。：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：质量浓度与质量分数的关系：浓度浓度与摩尔分数的关系与摩尔分数的关系 (c为混合物的总浓度为混合物的总浓度)第12页，本讲稿共158页06-10月-224 4、气体总压与理想气体中组分的分压、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比与分压之间的关系:摩尔浓度与分压之间的关系摩尔浓度与分压之间的关系:第13页，本讲稿共158页06-10月-22第五章第五章 吸收吸收一、气体的溶解度一、气体的溶解度二、亨利定律二、亨利

10、定律三、气液相平衡与吸收过程三、气液相平衡与吸收过程的关系的关系 第二节第二节 气液相平衡气液相平衡第14页，本讲稿共158页06-10月-22一、气体的溶解度一、气体的溶解度 1、气体在液体中溶解度的概念、气体在液体中溶解度的概念气体在液相中的溶解度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。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、溶解度曲线 气体在液体中的饱和浓度气体在液体中的饱和浓度 对于单组分物理吸收，由相律知对于单组分物理吸收，由相律知 第15页，本讲稿共158页06-10月-22在总压不高，在总压不高，P20及及S0.75。(1)的意义：的意义

11、：反映了反映了A吸收率的高低。吸收率的高低。(2)参数参数S的意义：反映了吸收过程推动力的大小，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。其值为平衡线斜率与吸收操作线斜率的比值。第122页，本讲稿共158页06-10月-22(3)对于一固定的吸收塔来说，当对于一固定的吸收塔来说，当NOG已确定时，已确定时，S值越小，值越小，愈大，愈能提高吸收的程度。愈大，愈能提高吸收的程度。减小减小S增大液气比增大液气比 吸收剂用量增大，能耗吸收剂用量增大，能耗加大，吸收液浓度降低加大，吸收液浓度降低 适宜的适宜的S值：值：(5)(4)第123页，本讲稿共158页06-10月

12、-22b）对数平均推动力法对数平均推动力法 吸收的操作线为直线，当平衡线也为直线时吸收的操作线为直线，当平衡线也为直线时 将上式代入将上式代入 第124页，本讲稿共158页06-10月-22简化可得简化可得:其中：其中：塔塔顶顶与与塔塔底底两两截截面面上上吸吸收收推推动动力力的的对对数数均均值值，称称为为对对数数平平均推动力。均推动力。第125页，本讲稿共158页06-10月-22注意：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）平均推动力法适用于平衡线为直线，逆流、并流吸收皆可。可。2）平衡线与操作线平行）平衡线与操作线平行时，时，3）当）当 、时，对数平均推动力可时，对数平

13、均推动力可用算术平均推动力用算术平均推动力。第126页，本讲稿共158页06-10月-22同理可导出如下传质单元数的计算式：同理可导出如下传质单元数的计算式：第127页，本讲稿共158页06-10月-22例例：某某生生产产车车间间使使用用一一填填料料塔塔，用用清清水水逆逆流流吸吸收收混混合合气气中中有有害害组组分分A，已已知知操操作作条条件件下下，气气相相总总传传质质单单元元高高度度为为1.5m，进进料料混混合合气气组组成成为为0.04（组组分分的的Amol分分率率，下下同同），出出塔塔尾尾气气组组成成为为0.0053，出出塔塔水水溶溶液液浓浓度度为为0.0128，操操作作条条件件下下的的平平

14、衡衡关关系系为为Y=2.5X（X、Y均均为为摩尔比），试求：摩尔比），试求：1）L/V为为(L/V)min的多少倍？的多少倍？2）所需填料层高度。）所需填料层高度。3）若若气气液液流流量量和和初初始始组组成成均均不不变变，要要求求最最终终的的尾尾气气排排放放浓浓度度降降至至0.0033，求此时所需填料层高度为若干米？，求此时所需填料层高度为若干米？第128页，本讲稿共158页06-10月-22解：解：1）L/V为(L/V)min的倍数第129页，本讲稿共158页06-10月-222）所需填料层高度脱吸因数法 第130页，本讲稿共158页06-10月-22对数平均推动力法第131页，本讲稿共15

15、8页06-10月-22 第132页，本讲稿共158页06-10月-223）尾气浓度下降后所需的填料层高度 尾气浓度 第133页，本讲稿共158页06-10月-222）平衡线不为直线）平衡线不为直线a）图解积分法 AA*YY*XYY2Y1第134页，本讲稿共158页06-10月-22平衡线为曲线时，图解积分法步骤如下：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（）操作线上任取一点（X,Y），其推动力为），其推动力为 (Y-Y*)。2）系列）系列Y 作图得曲线。作图得曲线。3）积分计算）积分计算Y2至至Y1范围内的阴影面积。范围内的阴影面积。上述积分也可采用数值法进行计算，如上述积分

16、也可采用数值法进行计算，如965式式 第135页，本讲稿共158页06-10月-22b）近似梯级法近似梯级法Baker图解法图解法MMM1F1F第136页，本讲稿共158页06-10月-22分析梯级分析梯级TF1F 在梯级在梯级 T*A*FT中，中，平均推动力平均推动力 第137页，本讲稿共158页06-10月-22命题：命题：物系、操作条件一定，计算达到指定物系、操作条件一定，计算达到指定 分离要求所需塔高。分离要求所需塔高。分离要求分离要求：残余浓度残余浓度Y2或溶质的回收率或溶质的回收率 吸收塔设计型计算总结吸收塔设计型计算总结1.1.流向的选择流向的选择 逆流特点：逆流特点：1)逆流推

17、动力大，传质速率快；逆流推动力大，传质速率快；2）吸收液的浓度高；）吸收液的浓度高；3）溶质的吸收率高；）溶质的吸收率高；4）液体受到上升气体的曳力，限制）液体受到上升气体的曳力，限制 了液体流量和气体流量。了液体流量和气体流量。第138页，本讲稿共158页06-10月-222 2、吸收剂进口浓度的选择及其最高允许浓度、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、吸收剂流量的确定例：空气中含丙酮例：空气中含丙酮2%（体积百分数）的混合气以（体积百分数）的混合气以0.024kmol/(m2s)的流率进入一填料塔，今用流率为的流率进入一填料塔，今用流率为0.065kmol/(m2s)

18、的清水逆流吸收混合气中的丙酮，要求丙酮的回收的清水逆流吸收混合气中的丙酮，要求丙酮的回收率为率为98.8%。已知操作压力为。已知操作压力为100 kPa，操作温度下的亨利系，操作温度下的亨利系数为数为177 kPa，气相总体积吸收系数为，气相总体积吸收系数为0.0231 kmol/(m3s)，试用解吸因数法求填料层高度。试用解吸因数法求填料层高度。第139页，本讲稿共158页06-10月-22【例例5-7】在一塔径为在一塔径为0.8m的填料塔内，用清水逆流吸的填料塔内，用清水逆流吸收空气中的氨，要求氨的吸收率为收空气中的氨，要求氨的吸收率为99.5%。已知空气和。已知空气和氨的混合气质量流量为

19、氨的混合气质量流量为1400kg/h，气体总压为，气体总压为101.3kPa，其中氨的分压为，其中氨的分压为1.333 kPa。若实际吸收剂用量为最小。若实际吸收剂用量为最小用量的用量的1.4倍，操作温度（倍，操作温度（293K）下的气液相平衡关）下的气液相平衡关系为系为Y*=0.75X，气相总体积吸收系数为，气相总体积吸收系数为0.088kmol/(m3s)，试求，试求（1）每小时用水量；）每小时用水量；（2）用平均推动力法求出所需填料层高度。）用平均推动力法求出所需填料层高度。第140页，本讲稿共158页06-10月-22命题：命题：塔高一定时，吸收操作条件与吸收效果间的塔高一定时，吸收操

20、作条件与吸收效果间的分析和计算分析和计算;吸收塔的核算。吸收塔的核算。1.定性分析定性分析【例例5-8】在一填料塔中用清水吸收氨空气中的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，其余操作条件不低浓氨气，若清水量适量加大，其余操作条件不变，则变，则Y2、X1何变化？（已知体积传质系数随流量何变化？（已知体积传质系数随流量变化关系为变化关系为 ）五、吸收的操作型计算五、吸收的操作型计算 第141页，本讲稿共158页06-10月-22定性分析步骤：定性分析步骤：1）根据条件确定根据条件确定HOG、S；2）利用）利用Z=NOGHOG，确定，确定 的变化的变化;3）采用吸收因数法确定采

21、用吸收因数法确定Y2的变化的变化;4）利用全塔物料衡算分析）利用全塔物料衡算分析X1变化。变化。问题问题：吸收温度降低，：吸收温度降低，Y2、X1、吸收操作线如何变化？吸收操作线如何变化？X2降低，降低，Y2、X1、吸收操作线如何变化？吸收操作线如何变化？吸收压力提高，吸收压力提高，Y2、X1、吸收操作线如何变化？吸收操作线如何变化？第142页，本讲稿共158页06-10月-22例例：某某吸吸收收塔塔在在101.3kPa，293K下下用用清清水水逆逆流流吸吸收收丙丙酮酮空空气气混混合合物物中中的的丙丙酮酮，操操作作液液气气比比为为2.1时时，丙丙酮酮回回收收率率可可达达95%。已已知知物物系系

22、的的浓浓度度较较低低，丙丙酮酮在在两两相相间间的的平平衡衡关关系系为为y=1.18x，吸吸收收过过程程为为气气膜膜控控制制，总总传传质质系数系数Kya与气体流率的与气体流率的0.8次方成正比，次方成正比，1）今今气气体体流流率率增增加加20%，而而流流体体及及气气液液进进出出口口组组成成不不变变，试试求求：a）丙酮的回收率有何变化？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？单位时间内被吸收的丙酮量增加多少？2.定量计算定量计算第143页，本讲稿共158页06-10月-222）若气体流率，气液进出口组成，吸收塔的操作温度和压强）若气体流率，气液进出口组成，吸收塔的操作温度和压强

23、皆不变，欲将丙酮回收率由原来皆不变，欲将丙酮回收率由原来95%的提高至的提高至98%，吸收剂，吸收剂用量应增加到原用量的多少倍？用量应增加到原用量的多少倍？思路：思路：1）已知）已知L/V、m、吸收率吸收率脱吸因数法脱吸因数法求求NOGV改变改变HOG变变塔高不变塔高不变求求NOG脱吸因数法脱吸因数法求改变后的吸收率求改变后的吸收率2）V不变不变脱吸因数法脱吸因数法求改变后的求改变后的S求求LNOG不变不变Z不变不变第144页，本讲稿共158页06-10月-22解：解：求原有条件下的传质单元数求原有条件下的传质单元数 NOG其中：其中：第145页，本讲稿共158页06-10月-22当当 时，时

24、，1）气体流量增加）气体流量增加20%时的操作效果时的操作效果 第146页，本讲稿共158页06-10月-22第147页，本讲稿共158页06-10月-22在单位时间内，气量提高后的丙酮回收量之比为：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）当吸收率由95%提高至提高至98%，由于气体流率没变，因此，由于气体流率没变，因此对于气膜控制的吸收过程对于气膜控制的吸收过程HOG不变，塔高是一定的，故不变，塔高是一定的，故NOG仍为仍为5.097 第148页，本讲稿共158页06-10月-22用试差法求解用试差法求解 故液气比应提高到：故液气比应提高到：吸收剂用量应增至：吸收剂用量应

25、增至：第149页，本讲稿共158页06-10月-22六、吸收过程的强化六、吸收过程的强化 提高吸收过程的推动力；提高吸收过程的推动力；目标目标 降低吸收过程的阻力。降低吸收过程的阻力。第150页，本讲稿共158页06-10月-22（2 2）提高吸收剂的流量；）提高吸收剂的流量；2.2.降低吸收过程的传质阻力降低吸收过程的传质阻力（1 1）提高流体流动的湍动程度；）提高流体流动的湍动程度；（2 2）改善填料的性能。）改善填料的性能。（3 3）吸收过程为气膜控制时，降低吸收剂入口温度；）吸收过程为气膜控制时，降低吸收剂入口温度；（4 4）降低吸收剂入口溶质的浓度；）降低吸收剂入口溶质的浓度；（5

26、5）吸收过程为气膜控制时，提高吸收的压力。）吸收过程为气膜控制时，提高吸收的压力。1.1.提高吸收过程的推动力提高吸收过程的推动力（1 1）逆流操作比并流操作的推动力大；）逆流操作比并流操作的推动力大；第151页，本讲稿共158页06-10月-22第五章第五章 吸收吸收一、流程一、流程二、计算二、计算第六节第六节 脱吸脱吸第152页，本讲稿共158页06-10月-221、流程、流程吸收的逆过程2、计算、计算1）操作线）操作线 与吸收的区别与联系与吸收的区别与联系位置位置平衡线下方平衡线下方最小蒸汽用量最小蒸汽用量第153页，本讲稿共158页06-10月-222）传质单元数的计算）传质单元数的计

27、算 例例：由由石石蜡蜡系系碳碳氢氢化化合合物物（分分子子量量113）与与另另一一不不挥挥发发的的有有机机溶溶剂剂（分分子子量量135）组组成成的的溶溶液液，其其中中碳碳氢氢化化合合物物的的质质量量百百分分数数为为4%，要要在在100及及101.33下下用用过过热热水水蒸蒸汽汽进进行行脱脱吸吸，使使脱脱吸吸后后溶溶液液中中残残存存的的浓浓度度在在0.2%以以内内，若若溶溶液液通通过过塔塔内内的的摩摩尔尔流流率率为为50kmol/(m2.h)（以以纯纯有有机机剂剂计计）。水水蒸蒸气气用用量量为为最最小小用用量量的的2倍倍，所所用用填填料在操作条件下吸收系数料在操作条件下吸收系数 第154页，本讲稿共158页06-10月-22，试求所需填料层高度。，试求所需填料层高度。已知物系的平衡关系为：已知物系的平衡关系为：解：解：进塔溶液浓度进塔溶液浓度 脱吸后溶液浓度脱吸后溶液浓度 以以单单位位塔塔截截面面积积为为基基准准，在在最最小小蒸蒸汽汽用用量量下下对对全全塔塔的的溶溶质质作作物物料衡算：料衡算：第155页，本讲稿共158页06-10月-22其中：其中：将各已知数值代入，得：将各已知数值代入，得：第156页，本讲稿共158页06-10月-22用对数平均推动力求用对数平均推动力求NOG 第157页，本讲稿共158页06-10月-22第158页，本讲稿共158页