化工原理第八章吸收PPT课件.ppt
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1、关于化工原理第八章吸收第一张,PPT共九十页,创作于2022年6月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,成为液态产品。如:用水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
2、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。发酵罐中要给予大量的空气以维持微生物的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。正常代谢,要应用空气中的氧在水中吸收这一过程。第二张,PPT共九十页,创作于2022年6月吸收过程分类吸收过程分类8.1概述概述第三张,PPT共九十页,创作于2022年6月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)
3、多塔吸收流程)多塔吸收流程 第四张,PPT共九十页,创作于2022年6月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)吸收解吸流程第五张,PPT共九十页,创作于2022年6月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
4、燃烧,不发泡。价廉易得,化学稳定性等价廉易得,化学稳定性等第六张,PPT共九十页,创作于2022年6月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,溶质气体向液相转移,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,使溶液中溶质使溶液中溶质(A)的浓度的浓度cA增加,直到达到饱和,浓度不再发生变化,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。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*,液相中的溶质浓度,液相中的溶质浓度称为平衡浓度称为平衡
5、浓度cA*,简称为溶解度。,简称为溶解度。第七张,PPT共九十页,创作于2022年6月二、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、液组成四个变量中,三个是自变量。将溶解度即在温度、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、气相组成组成),这个关系式称为相平衡关系。,这个关系式
6、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第八张,PPT共九十页,创作于2022年6月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、
7、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第九张,PPT共九十页,创作于2022年6月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*=ExAE为亨利系数为亨利系数单位单位PacA*=HpAH为溶解度系数为溶解度系数单位单位kmol/(m3Pa)y*=mxm为相平衡常数为相平衡常数单位单位无因次无因次第十张,PPT共九十页,创作于2022年6月三、亨利系数三、亨利系数亨
8、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亨利定律亨利定律第十一张,PPT共九十页,创作于2022年6月四、三个系数间的关系四、三个系数间的关系E=C/Hm=E/P8.2.2亨利定律亨利定律第十二张,PPT共九十页,创作于2022年6月亨利定律亨利定律H:溶解度常数,:溶解度常数,kmol/(m3Pa)1)H越越大大,溶解度越,溶解度越大大2)T越越大大,H越越小小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
9、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亨利定律亨利定律第十三张,PPT共九十页,创作于2022年6月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、传质阻力分析第十四张,PPT共九十页,创作于2022年6月1 1、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
10、: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第十五张,PPT共九十页,创作于2022年6月令:界面上气液两相浓度为令:界面上气液两相浓度为yi、xi1.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=f(xi)采用采用yi=mxi双膜模型双膜模型:(yyi)代
11、表气相传质推动力,代表气相传质推动力,(xix)代表液相传质推动力,代表液相传质推动力,穿过界面的传质阻力可以忽略,气、液在界面达到平衡。穿过界面的传质阻力可以忽略,气、液在界面达到平衡。一、分传质速率方程一、分传质速率方程第十六张,PPT共九十页,创作于2022年6月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一、分传质速率方程一、分传质速率方程NA=kG(pGpi)=ky(yyi)气相侧分传质速率方程气相侧分传质速率方程第十七张,PPT共
12、九十页,创作于2022年6月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一、分传质速率方程一、分传质速率方程第十八张,PPT共九十页,创作于2022年6月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=mxi一、总传质速率方程一、总传质速率方程第十九张,PPT共九十页,创作于2022年6月3 3、总传质速率方程
13、、总传质速率方程NA=KG(pGpL*)=Ky(yy*)1)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、总传质速率方程第二十张,PPT共九十页,创作于2022年6月NA=KL(cG*cL)=Kx(x*x)2)以液相浓度表示)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、总传质速率方程第二十一张,PPT共九十页
14、,创作于2022年6月Ky和和Kx的关系的关系:mKy=KxKy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、总传质速率方程第二十二张,PPT共九十页,创作于2022年6月一、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、总传质速率方程第二十三张,PPT共九十页,创作于2022年6月气膜气膜液膜液膜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度液体界面浓度Ci液相主体浓度液相主体浓度CL一、总传质速率方程一、总传质速率方程第二十四张,PPT共九十页,创
15、作于2022年6月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、总传质速率方程第二十五张,PPT共九十页,创作于2022年6月一、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
16、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):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。第二十六张,PPT共九十页,创作于2022年6月讨论二: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的的一条直线,此直线与平衡线的交一条
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