化工原理课件:第五章-气体吸收资料讲解.ppt
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1、第二节第二节 气液相平衡气液相平衡(pnghng)(pnghng)第五章第五章 气体气体(qt)(qt)吸收吸收第一节第一节 概述概述(i(i sh)sh)第三节第三节 吸收过程的传质速率吸收过程的传质速率第四节第四节 吸收塔的计算吸收塔的计算第五节第五节 填料塔填料塔1 1第一页,共119页。第一节第一节 概述概述一、吸收操作的应用一、吸收操作的应用 二、吸收过程二、吸收过程(guchng)(guchng)与设备与设备 三、吸收过程三、吸收过程(guchng)(guchng)分类分类四、吸收剂的选择四、吸收剂的选择2 2第二页,共119页。一、气体一、气体(qt)(qt)操作的应用操作的应用
2、(1 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。(2 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。(3 3)制备某种气体的溶液。)制备某种气体的溶液。(4 4)工业废气的治理。)工业废气的治理。吸收吸收吸收吸收(xshu)(xshu)(xshu)(xshu)的依据的依据的依据的依据混合物各组分混合物各组分混合物各组分混合物各组分(zfn)(zfn)在某种溶剂中溶解度的差异。在某种溶剂中溶解度的差异。在某种溶剂中溶解度的差异。在某种溶剂中溶解度的差异。3 3第三页,共119页。二、吸收过程二、吸收过程(guchng)(guchng)与设备与设备4 4
3、第四页,共119页。吸收与解吸流程吸收与解吸流程吸收与解吸流程吸收与解吸流程含苯煤气含苯煤气含苯煤气含苯煤气脱苯煤气脱苯煤气脱苯煤气脱苯煤气洗油洗油洗油洗油苯苯苯苯水水水水过热蒸汽过热蒸汽过热蒸汽过热蒸汽加加加加热热热热器器器器冷冷冷冷却却却却器器器器5 5第五页,共119页。(1 1)物理吸收物理吸收和化学吸收和化学吸收(2 2)单组分吸收单组分吸收和多组分吸收和多组分吸收(3 3)等温吸收等温吸收和非等温吸收和非等温吸收(4 4)高浓度吸收和)高浓度吸收和低浓度吸收低浓度吸收(1 1 1 1)溶解度大;)溶解度大;)溶解度大;)溶解度大;三、吸收三、吸收(xshu)(xshu)过程的分类过
4、程的分类四、吸收剂的选择四、吸收剂的选择(xunz)(xunz)6 6第六页,共119页。(2 2)选择性高;)选择性高;(3 3)再生容易;)再生容易;(4 4)挥发性小;)挥发性小;(5 5)粘度低;)粘度低;(6 6)化学稳定性高;)化学稳定性高;(7 7)腐蚀性低;)腐蚀性低;(8 8)无毒、无害、价廉等。)无毒、无害、价廉等。选择原则选择原则(yunz)(yunz):经济、合理。:经济、合理。7 7第七页,共119页。第二节第二节 气液相平衡气液相平衡一、一、平衡溶解度平衡溶解度二、二、亨利定律亨利定律三、三、气液相平衡关系在吸收气液相平衡关系在吸收(xshu)(xshu)中的应用中
5、的应用8 8第八页,共119页。一、平衡一、平衡(pnghng)(pnghng)溶解度溶解度平衡状态:一定压力和温度平衡状态:一定压力和温度平衡状态:一定压力和温度平衡状态:一定压力和温度(wnd)(wnd),一定量的吸收,一定量的吸收,一定量的吸收,一定量的吸收 剂与混合气体充分接触,气相剂与混合气体充分接触,气相剂与混合气体充分接触,气相剂与混合气体充分接触,气相 中的溶质中的溶质中的溶质中的溶质向溶剂中转移,长期充分接向溶剂中转移,长期充分接向溶剂中转移,长期充分接向溶剂中转移,长期充分接 触后,液相触后,液相触后,液相触后,液相中溶质组分的浓度不再增加,此时,气中溶质组分的浓度不再增加
6、,此时,气中溶质组分的浓度不再增加,此时,气中溶质组分的浓度不再增加,此时,气液两相达到平衡。液两相达到平衡。液两相达到平衡。液两相达到平衡。饱和饱和饱和饱和(boh)(boh)浓度:平衡时溶质在液相中的浓度。浓度:平衡时溶质在液相中的浓度。浓度:平衡时溶质在液相中的浓度。浓度:平衡时溶质在液相中的浓度。9 9第九页,共119页。平衡平衡(pnghng)分压:平衡分压:平衡(pnghng)时气相中溶质的分压。时气相中溶质的分压。平衡平衡平衡平衡(pnghng)(pnghng)状态的因素状态的因素状态的因素状态的因素F FC C 2=32=32+2=32+2=3当压力当压力当压力当压力(yl)(
7、yl)不太高、温度一定时不太高、温度一定时不太高、温度一定时不太高、温度一定时 p*p*A A =f f1 1(x)y y*=f2(x)p*p*A A =f3 3(cA A)1010第十页,共119页。氨在水中的溶解度氨在水中的溶解度1111第十一页,共119页。2020下下SOSO2 2在水中的溶解度在水中的溶解度1212第十二页,共119页。几种气体在水中的溶解度曲线1313第十三页,共119页。讨论讨论(toln):(2 2)温度、)温度、)温度、)温度、y y一定,总压增加,在同一溶剂一定,总压增加,在同一溶剂一定,总压增加,在同一溶剂一定,总压增加,在同一溶剂(rngj)(rngj)
8、中,溶质的溶解度中,溶质的溶解度中,溶质的溶解度中,溶质的溶解度x x随之增加,有利于吸随之增加,有利于吸随之增加,有利于吸随之增加,有利于吸收收收收。(1 1)总压、)总压、)总压、)总压、y y一定,温度一定,温度一定,温度一定,温度(wnd)(wnd)下降,在同一溶下降,在同一溶下降,在同一溶下降,在同一溶剂中,溶质的溶解度剂中,溶质的溶解度剂中,溶质的溶解度剂中,溶质的溶解度x x随之增加,有利于吸收随之增加,有利于吸收随之增加,有利于吸收随之增加,有利于吸收。(3 3)相同的总压及摩尔分率,)相同的总压及摩尔分率,cO2 c cCO2CO2 c cSO2SO2 cx或或A A由气相向
9、液相传质,吸收过程由气相向液相传质,吸收过程由气相向液相传质,吸收过程由气相向液相传质,吸收过程平衡状态平衡状态平衡状态平衡状态A A由液相向气相传质,解吸过程由液相向气相传质,解吸过程由液相向气相传质,解吸过程由液相向气相传质,解吸过程吸收吸收吸收吸收(xshu)(xshu)过程:过程:过程:过程:2121第二十一页,共119页。(二)指明过程进行(二)指明过程进行(二)指明过程进行(二)指明过程进行(jnxng)(jnxng)的极限的极限的极限的极限过程过程过程过程(guchng)(guchng)极限:相极限:相极限:相极限:相平衡。平衡。平衡。平衡。yPyxA AB BC Cxy*y*y
10、2222第二十二页,共119页。(1 1)逆流吸收)逆流吸收)逆流吸收)逆流吸收(xshu)(xshu),塔高无限,塔高无限,塔高无限,塔高无限,V,y2V,y1L,x2L,x1(2 2)逆流吸收)逆流吸收)逆流吸收)逆流吸收(xshu)(xshu),塔高无限,塔高无限,塔高无限,塔高无限,(三)确定(三)确定(三)确定(三)确定(qudng)(qudng)过程的过程的过程的过程的推动力推动力推动力推动力(1)吸收过程推动力的表达式)吸收过程推动力的表达式 y-y*或或x*-x或或2323第二十三页,共119页。(2 2)在)在x xy y图上图上图上图上 APyy*xx*2424第二十四页,
11、共119页。第三节第三节 吸收吸收(xshu)(xshu)过程的传质速率过程的传质速率一、一、分子分子(fnz)(fnz)扩散与菲克定律扩散与菲克定律六、六、两相间两相间(xingjin)(xingjin)的双模理论的双模理论四、四、分子扩散系数分子扩散系数七、七、总传质速率方程总传质速率方程二、二、等摩尔逆向扩散等摩尔逆向扩散三、三、组分组分A A通过静止组分通过静止组分B B的扩散的扩散五、五、单相内对流传质单相内对流传质2525第二十五页,共119页。吸收吸收吸收吸收(xshu)(xshu)过程:过程:过程:过程:(1)A由气相主体到相界面由气相主体到相界面(jimin),气相,气相内传
12、递;内传递;(2)A在相界面在相界面(jimin)上溶解,溶解过程;上溶解,溶解过程;(3)A自相界面自相界面(jimin)到液相主体,液相到液相主体,液相内传递。内传递。单相内传递方式:分子单相内传递方式:分子单相内传递方式:分子单相内传递方式:分子(fnz)(fnz)扩散;对流扩散扩散;对流扩散扩散;对流扩散扩散;对流扩散。一、一、分子扩散与菲克定律分子扩散与菲克定律2626第二十六页,共119页。分子扩散:在静止分子扩散:在静止分子扩散:在静止分子扩散:在静止(jngzh)(jngzh)或滞流流体内部,若某一组分或滞流流体内部,若某一组分或滞流流体内部,若某一组分或滞流流体内部,若某一组
13、分存存存存在浓度差,则因分子无规则的热运动使在浓度差,则因分子无规则的热运动使在浓度差,则因分子无规则的热运动使在浓度差,则因分子无规则的热运动使该组分由浓度较高处传递至浓度较低处,该组分由浓度较高处传递至浓度较低处,该组分由浓度较高处传递至浓度较低处,该组分由浓度较高处传递至浓度较低处,这种现象称为分子扩散。这种现象称为分子扩散。这种现象称为分子扩散。这种现象称为分子扩散。扩散速率:单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截扩散速率:单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截扩散速率:单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截扩散速率:单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积面积面积面积(minj)(minj
14、)扩散的物质量,扩散的物质量,扩散的物质量,扩散的物质量,J J表示,表示,表示,表示,kmol/(m2s)kmol/(m2s)。菲克定律:温度、总压一定菲克定律:温度、总压一定菲克定律:温度、总压一定菲克定律:温度、总压一定(ydng)(ydng),组分,组分,组分,组分A A在扩散方向上在扩散方向上在扩散方向上在扩散方向上任一任一任一任一点处的扩散通量与该处点处的扩散通量与该处点处的扩散通量与该处点处的扩散通量与该处A A的浓度梯度成正比。的浓度梯度成正比。的浓度梯度成正比。的浓度梯度成正比。2727第二十七页,共119页。JAJA组分组分组分组分A A扩散扩散扩散扩散(kusn)(kus
15、n)速率(扩散速率(扩散速率(扩散速率(扩散(kusn)(kusn)通量),通量),通量),通量),kmol/kmol/(m2sm2s););););组分组分A在扩散方向在扩散方向z上的浓度梯度(上的浓度梯度(kmol/m3)/m;DAB组分组分(zfn)A在在B组分组分(zfn)中的中的扩散系数,扩散系数,m2/s。负号:表示扩散方向负号:表示扩散方向负号:表示扩散方向负号:表示扩散方向(fngxing)(fngxing)与浓度梯度方向与浓度梯度方向与浓度梯度方向与浓度梯度方向(fngxing)(fngxing)相相相相反,扩散沿反,扩散沿反,扩散沿反,扩散沿着浓度降低的方向着浓度降低的方向
16、着浓度降低的方向着浓度降低的方向(fngxing)(fngxing)进行进行进行进行 2828第二十八页,共119页。理想气体理想气体理想气体理想气体(lxinqt)(lxinqt):=分子扩散两种形式:等摩尔分子扩散两种形式:等摩尔分子扩散两种形式:等摩尔分子扩散两种形式:等摩尔(mr)(mr)逆向扩散,组分逆向扩散,组分逆向扩散,组分逆向扩散,组分A A通过通过通过通过静止组分静止组分静止组分静止组分B B的扩散。的扩散。的扩散。的扩散。2929第二十九页,共119页。J JA AJ JB BT PT Pp pA2A2p pB2B2T PT Pp pA1A1p pB1B11 12 2二、等
17、摩尔逆向二、等摩尔逆向(n xin)(n xin)扩散扩散3030第三十页,共119页。等摩尔逆向扩散等摩尔逆向扩散等摩尔逆向扩散等摩尔逆向扩散(kusn)(kusn)(kusn)(kusn):任一截面处两个组分的扩散:任一截面处两个组分的扩散:任一截面处两个组分的扩散:任一截面处两个组分的扩散(kusn)(kusn)(kusn)(kusn)速率速率速率速率 大小相等,方向相反。大小相等,方向相反。大小相等,方向相反。大小相等,方向相反。总压一定总压一定总压一定总压一定(ydng)(ydng)=3131第三十一页,共119页。JA A=JB B D DAB=DBABA=D D 等分子等分子等分
18、子等分子(fnz)(fnz)反向扩散传质速率方程反向扩散传质速率方程反向扩散传质速率方程反向扩散传质速率方程传质传质传质传质(chunzh)(chunzh)速率定义:任一固定的空间位置上,速率定义:任一固定的空间位置上,速率定义:任一固定的空间位置上,速率定义:任一固定的空间位置上,单单单单位时间位时间位时间位时间内通过单位面积的物质量,记作内通过单位面积的物质量,记作内通过单位面积的物质量,记作内通过单位面积的物质量,记作N,N,kmol/(m2s)kmol/(m2s)。NA=气相:气相:3232第三十二页,共119页。NA=液相:液相:液相:液相:讨论讨论(toln)1)3333第三十三页
19、,共119页。2 2)组分的浓度)组分的浓度)组分的浓度)组分的浓度(nngd)(nngd)与扩散距离与扩散距离与扩散距离与扩散距离z z成直线关系。成直线关系。成直线关系。成直线关系。3 3)等分子反方向扩散发生)等分子反方向扩散发生)等分子反方向扩散发生)等分子反方向扩散发生(fshng)(fshng)在蒸馏过程在蒸馏过程在蒸馏过程在蒸馏过程中。中。中。中。p pp pB1B1p pA1A1p pA2A2p pB2B2扩散距离扩散距离扩散距离扩散距离z z0 0z zp p三、三、组分组分A A通过静止通过静止(jngzh)(jngzh)组分组分B B的扩散的扩散3434第三十四页,共11
20、9页。1 12 2J JA AJ JB BN NMMc cA A/c/cN NMMc cB B/c/cN NMMN NA A(1)整体移动:因溶质扩散)整体移动:因溶质扩散(kusn)到界面溶解于溶剂中,造到界面溶解于溶剂中,造成界面与主体的微小压差,成界面与主体的微小压差,使得混合物向界面处的流使得混合物向界面处的流动。动。(2 2)整体移动)整体移动)整体移动)整体移动(ydng)(ydng)的特的特的特的特点:点:点:点:1 1)因分子本身扩散)因分子本身扩散)因分子本身扩散)因分子本身扩散(kusn)(kusn)引起的宏观流动。引起的宏观流动。引起的宏观流动。引起的宏观流动。2 2)A
21、 A、B B在整体移动中方向相同,流动速度正比于摩尔在整体移动中方向相同,流动速度正比于摩尔在整体移动中方向相同,流动速度正比于摩尔在整体移动中方向相同,流动速度正比于摩尔 分率。分率。分率。分率。3535第三十五页,共119页。微分式微分式3636第三十六页,共119页。在气相扩散在气相扩散(kusn)积分式积分式积分式积分式3737第三十七页,共119页。积分式积分式液相:液相:液相:液相:(4 4)讨论)讨论)讨论)讨论(toln)(toln)1 1)组分)组分)组分)组分A A的浓度的浓度的浓度的浓度(nngd)(nngd)与扩散距离与扩散距离与扩散距离与扩散距离z z为指数关系为指数
22、关系为指数关系为指数关系 2)、漂流因子,漂流因子,无因次无因次3838第三十八页,共119页。漂流因子漂流因子(ynz)意义:其大小反映了整体移动对传质速意义:其大小反映了整体移动对传质速率的影率的影响程度,其值为总体流动使传质速率较单纯分子扩响程度,其值为总体流动使传质速率较单纯分子扩散增大的倍数。散增大的倍数。漂流因子的影响因素:漂流因子的影响因素:漂流因子的影响因素:漂流因子的影响因素:浓度高,漂流因数大,总体浓度高,漂流因数大,总体浓度高,漂流因数大,总体浓度高,漂流因数大,总体(zngt)(zngt)流动的影响大。流动的影响大。流动的影响大。流动的影响大。低浓度时,漂流因数近似等于
23、低浓度时,漂流因数近似等于低浓度时,漂流因数近似等于低浓度时,漂流因数近似等于1 1,总体,总体,总体,总体(zngt)(zngt)流动的影响流动的影响流动的影响流动的影响小。小。小。小。3 3)单向扩散)单向扩散)单向扩散)单向扩散(kusn)(kusn)体现在吸收过程中。体现在吸收过程中。体现在吸收过程中。体现在吸收过程中。3939第三十九页,共119页。扩散系数的意义:单位浓度梯度下的扩散通量,反映扩散系数的意义:单位浓度梯度下的扩散通量,反映某组分在一定介质某组分在一定介质(jizh)中的扩散能力,是物中的扩散能力,是物质特性常质特性常数之一;数之一;D,m2/s。D D的影响的影响的
24、影响的影响(yngxing)(yngxing)因素:因素:因素:因素:A A、B B、T T、P P、浓度、浓度、浓度、浓度D D的来源:查手册;半经验公式的来源:查手册;半经验公式的来源:查手册;半经验公式的来源:查手册;半经验公式(gngsh)(gngsh);测定;测定;测定;测定四、分子扩散系数四、分子扩散系数4040第四十页,共119页。(1)气相中的)气相中的D D范围范围范围范围(fnwi)(fnwi):10-510-510-4m2/s10-4m2/s经验经验(jngyn)公式公式(2)液相中的)液相中的)液相中的)液相中的D D范围范围范围范围(fnwi)(fnwi):10-10
25、10-1010-9m2/s10-9m2/s4141第四十一页,共119页。五、五、单相单相(dn xin)(dn xin)内的对流传质内的对流传质涡流扩散:流体作湍流运动时,若流体内部涡流扩散:流体作湍流运动时,若流体内部涡流扩散:流体作湍流运动时,若流体内部涡流扩散:流体作湍流运动时,若流体内部(nib)(nib)存在浓度梯度,流体质点便会靠存在浓度梯度,流体质点便会靠存在浓度梯度,流体质点便会靠存在浓度梯度,流体质点便会靠 质点的无规则运动,相互碰撞和质点的无规则运动,相互碰撞和质点的无规则运动,相互碰撞和质点的无规则运动,相互碰撞和混合,组分从高浓度向低浓度方混合,组分从高浓度向低浓度方
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- 化工 原理 课件 第五 气体 吸收 资料 讲解
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