化工原理吸收.ppt
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1、第二章 吸收吸收概述基本原理:吸收相平衡吸收计算传质机理吸收机理吸收速率(吸收系数)吸收塔计算操作线方程塔径和填料层高度理论板数其它:脱吸及几种条件下的吸收目的:掌握吸收概念、吸收过程的相平衡关系与速率关系;掌握低组成气体吸收的计算;了解吸收系数的获取途径和解吸过程的概念与计算方法。吸收概述吸收操作1.定义分离物系:气体混合物(溶质A+载体B)造两相方式:引入吸收剂S传质原理:溶解度差异吸收结果:吸收液(大部分A+S)吸收尾气(B+微量A)吸收:利用各组分溶解度不同而分离气体混合物的单元操作。吸收概述2.分类 化学反应物理吸收:水吸收CO2化学吸收:碱液吸收CO2 组分数目单组分吸收:水吸收合
2、成氨原料气(N2、H2、CO及CO2等)多组分吸收:洗油吸收焦炉气(苯、甲苯和二甲苯等)温度变化等温吸收:吸收时温度变化不明显非等温吸收:吸收时温度明显上升(热效应和反应热)溶质组成高低低组成吸收高组成吸收重点:低组成单组分等温物理吸收的原理与计算吸收概述3.吸收与蒸馏之异同吸收与蒸馏比较吸收概述4.吸收用途 净化气体:用水或碱液脱除合成氨原料气中的CO2;制备某种气体的溶液:用水吸收氯化氢气体制取盐酸;回收混合气体中所需组分:用洗油处理焦炉气以回收芳烃;治理工业废气:脱除废气中含有SO2、NO2等有害气体。5.吸收剂的选择 溶解度:吸收剂对A的溶解度要大;选择性:吸收剂对混合气体中除A外的其
3、他组分不吸收或吸收甚微;挥发度:挥发度小,其损失小;黏度:黏度低,利于改善流动状况;其他:无毒、无腐蚀、价廉易得,且化学性质稳定。吸收相平衡1.气体溶解度吸收剂 S气体(AB)A 溶解 A 逸出气体吸收相平衡 恒温和恒压时,气体混合物(AB)与吸收剂 S 接触,当气、液两相处于平衡时,其饱和组成(平衡组成)为x A,饱和分压(平衡分压)为p A*,关系为 气体溶解度:指气体在液体中的饱和组成,习惯上用单位质量(或体积)液体中所含溶质质量表示。吸收相平衡易溶:氨在水中的溶解度中等:二氧化硫在水中的溶解度难溶:氧在水中的溶解度规律:同温下,气相分压,溶解度;同分压下,温度,溶解度。加压和降温有利于
4、吸收吸收相平衡2.亨利定律 亨利定律:在总压不高和恒温下,稀溶液上方的饱和分压与其饱和组成之间的关系。p x 若溶质在气、液相中的组成分别以分压p、摩尔分数 x 表示,关系为(E:亨利系数,kPa)p c若溶质在气、液相中的组成分别以分压p、摩尔浓度 c 表示,关系为H:溶解度系数,kmol/(kNm)吸收相平衡 y x 若溶质在气、液相中的组成分别以摩尔分数y和x表示,关系为(m:相平衡常数或分配系数)Y X (最常用)若溶质在气、液相中的组成分别以摩尔比Y和X表示,关系为(低组成吸收,xi很小)吸收相平衡 小结8种形式吸收相平衡 系数换算a.HE 若溶液组成为c i kmol(A)/m3、
5、密度为 kg/m3 1 m3溶液中溶质A为c i kmol,溶剂S为(c i MA)/MS kmol(低组成吸收)吸收相平衡b.mEc.Hm吸收相平衡3.吸收相平衡的应用 判定传质方向若气相中溶质的实际组成为y i,溶液中溶质的实际组成为x i,传质方向由气相到液相,进行吸收传质方向由液相到气相,进行脱吸吸收相平衡 确定传质推动力以气相表示的传质推动力为:以液相表示的传质推动力为:吸收推动力吸收相平衡 指明传质极限平衡过程是传质过程进行的极限x2x1y1y2 相平衡关系限定了出塔气体的最低组成和吸收液离塔的最高组成。吸收计算传质机理与菲克定律1.吸收中的传递现象 吸收是溶质从气相转移到液相的单
6、元操作,含2步:溶质由气相主体向相界面的传递和由相界面向液相的传递;物质在单一相中的转递是靠扩散完成的。传递步骤 扩散方式吸收计算传质机理与菲克定律2.分子扩散与菲克定律扩散现象 分子扩散:在一相内部有组成差异的条件下,由于分子无规则热运动而形成的物质传递现象;习惯上简称为扩散;扩散在气相、液相和固相中均能发生。扩散通量(J):反映扩散进行的快慢程度,指单位面积上单位时间内扩散传递的物质量,kmol/(m2s)。吸收计算传质机理与菲克定律 菲克定律:描述扩散过程的基本方程。(DAB:物质A在介质B中的扩散系数,m2/s)两组分扩散体系时,扩散现象吸收计算传质机理与菲克定律3.气相中的稳态扩散
7、等分子反向扩散等分子反向扩散稳态的等分子反向扩散 传质速率(NA):亦称传质通量,指在任一固定的空间位置上,单位时间内通过单位面积的A物质量。吸收计算传质机理与菲克定律 一组分通过另一停滞组分的扩散组分A通过停滞组分B的扩散总体流动:在多组分中,各组分在进行扩散的同时其微团也处于运动状态。吸收计算传质机理p/pBm:漂流因数,反映总体流动对传质速率的影响。(吸收)(精馏)吸收计算传质机理4.液相中的稳态扩散 特点a.液相中的扩散速度远远小于气相中的扩散速度;b.物质在气相中的扩散系数较在液相中的扩散系数约大105倍;c.一定条件下气、液两相中可达到相同的扩散通量。一组分通过另一停滞组分的液相扩
8、散(D:溶质A在溶剂S中的扩散系数,m2/s)吸收计算传质机理5.扩散系数 扩散系数:物质的特性常数之一,随介质种类、温度、压强及组成的不同而变化;其获取途径有3种:实验测定;从资料和手册中查取;估算。气相中,按Maxwell-Gilliland公式:液相中,分子体积():1 mol物质在正常沸点下呈液态时的体积(cm3)。吸收计算传质机理6.涡流扩散与对流传质 涡流扩散 涡流扩散:凭借流体质点的湍动和旋涡而形成的物质传递现象;3特点:a.发生在湍流流体中;b.与分子扩散并存;c.其速率远大于分子扩散速率。涡流扩散的扩散通量为:(DE:涡流扩散系数,非物性常数,与湍动程度和位置有关)吸收计算传
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