吸收1-吸收概述、相平衡关系与吸收速率(3学时)课件

第八章 气体吸收 通过本章学习，应掌握吸收的基本概念和吸收过程的平衡关系与速率关系；掌握低组成气体吸收的计算方法；了解吸收系数的获取途径和解吸过程的概念与计算方法；掌握填料塔的结构、填料的类型、填料塔的流体力学性能与操作特性。学习目的与要求第八章 气体吸收 通过本章学习，应掌握吸收的基18.1 吸收过程概述 8.1.1 吸收的原理与流程第八章 气体吸收8.1 吸收过程概述 8.1.1 吸收的原理与流程第八章 2原料气AB吸收剂S尾气B(含微量A)溶液S+A一、气体吸收的原理吸收塔形成两相体系的方法引入一液相（吸收剂）各组分在吸收剂中溶解度不同。分离物系气体混合物传质原理原料气吸收剂尾气溶液一、气体吸收的原理吸形成两相体系的方法引3二、气体吸收的流程吸收过程吸收过程：溶质溶解于吸收剂中逆流操作解吸过程：溶质从溶液中释放出并流操作气体吸收过程在吸收塔中进行。吸收解吸二、气体吸收的流程吸收过程吸收过程：溶质溶解于吸收剂中逆流操4具有吸收剂再生的连续吸收流程 动画具有吸收剂再生的连续吸收流程动画58.1 吸收过程概述 8.1.1 吸收的原理与流程8.1.2 气体吸收的分类与应用 第八章 气体吸收8.1 吸收过程概述 8.1.1 吸收的原理与流程8.1.26一、气体吸收的分类气体吸收按被吸收组分数目单组分吸收按吸收有无化反按溶质组成的高低 低组成吸收多组分吸收物理吸收化学吸收高组成吸收气体吸收过程的分类方法一、气体吸收的分类气体按被吸收组分数目单组分吸收按吸收有无化7一、气体吸收的分类气体吸收按气液接触方式 常规吸收按吸收的温度变化 膜基吸收等温吸收非等温吸收本章讨论重点单组分低组成的常规等温物理吸收过程。一、气体吸收的分类气体按气液接触方式 常规吸收按吸收的温度变8二、气体吸收的工业应用v净化或精制气体示例：合成氨工艺中合成气中的净化脱碳。示例：用水吸收氯化氢气体制取盐酸。v回收混合气体中所需的组分 示例：用洗油处理焦炉气以回收芳烃。v工业废气的治理 示例：废气中含有SO2、H2S等有害气的脱除。气体吸收的应用场合v制取某种气体的液态产品二、气体吸收的工业应用净化或精制气体示例：合成氨工艺中合成气98.1 吸收过程概述 8.1.1 吸收的原理与流程8.1.2 气体吸收的分类与应用 8.1.3 吸收剂的选择第八章 气体吸收8.1 吸收过程概述 8.1.1 吸收的原理与流程8.1.210吸收剂的选择 吸收剂选择的原则v溶解度v选择性v挥发度v黏度v其它吸收剂对溶质组分的溶解度要大。吸收剂应对溶质组分有较大溶解度，而对混合气体中的其它组分溶解度甚微。吸收剂的蒸汽压要低，即挥发度要小。吸收剂在操作温度下的黏度要低。无毒、无腐蚀、不易燃易爆、不发泡、冰点低、价廉易得，且化学性质稳定。吸收剂的选择 吸收剂选择的原则溶解度选择性挥发度黏度其它吸收118.1 吸收过程概述 8.2 吸收过程的相平衡关系 8.2.1 气体在液体中的溶解度第八章 气体吸收8.1 吸收过程概述 8.2 吸收过程的相平衡关系 8.212为什么要研究气液相平衡？n传热：冷、热两流体间的热量传递n 过程推动力：温度差n 过程的极限：温度相等n吸收：气液两相间的质量传递n 过程推动力：？两相的浓度差？n 过程极限：？两相浓度相等？为什么要研究气液相平衡？传热：冷、热两流体间的热量传递13一、溶解度曲线 液体 S气体（AB）A 溶解 A 逸出 平衡方程达平衡状态时气体在液体中的溶解度气相分压液相组成 在一定温度和压力下，令某气体混合物（AB）与液体 S 接触。溶解度曲线一、溶解度曲线 液体 S气体（AB）A 溶解A 逸出 平衡14 氨在水中的溶解度40050易溶 氨在水中的溶解度40050易溶15 二氧化硫在水中的溶解度5068中等溶解度 二氧化硫在水中的溶解度5068中等溶解度16 氧在水中的溶解度500.002难溶 氧在水中的溶解度500.0017二、温度和压力对溶解度的影响温度的影响 v 加压和降温 对同一溶质，在相同的气相分压下，溶解度随温度的升高而减小。对同一溶质，在相同的温度下，溶解度随气相分压的升高而增大。压力的影响 注意 v 减压和升温有利于吸收操作有利于解吸操作动画 动画 二、温度和压力对溶解度的影响温度的影响 加压和降温 188.1 吸收过程概述 8.2 吸收过程的相平衡关系 8.2.1 气体在液体中的溶解度8.2.2 亨利定律第八章 气体吸收8.1 吸收过程概述 8.2 吸收过程的相平衡关系 8.2.19一、亨利定律的表达式 若溶质在气、液相中的组成分别以分压p、摩尔分数x表示，亨利定律为E 亨利系数，kPa 溶解度亨利系数1.p x关系 v 易溶气体注意 v 难溶气体E 小E 大一、亨利定律的表达式 若溶质在气、液相中的组成分别以20 若溶质在气、液相中的组成分别以分压p、摩尔浓度 c 表示，亨利定律为H 溶解度系数，kmol/(m3kPa)溶解度溶解度系数2.p c关系 一、亨利定律的表达式 v 易溶气体注意 v 难溶气体H 大H 小 若溶质在气、液相中的组成分别以分压p、摩尔浓度 c 21一、亨利定律的表达式 EH 关系溶液密度溶剂 S 的摩尔质量一、亨利定律的表达式 EH 关系溶液溶剂 S 的摩尔质量22 若溶质在气、液相中的组成分别以摩尔分数y、x表示，亨利定律为m 相平衡常数溶解度相平衡常数3.y x关系 一、亨利定律的表达式 v 易溶气体注意 v 难溶气体m 小m 大 若溶质在气、液相中的组成分别以摩尔分数y、x表示，23一、亨利定律的表达式一、亨利定律的表达式24由得整理得对于低组成吸收 1 简化得一、亨利定律的表达式 4.Y X关系 由得整理得对于低组成吸收 1 简化得一、亨利定律的表达式25一、亨利定律的表达式 EH 关系Em 关系Hm 关系一、亨利定律的表达式 EH 关系Em 关系Hm 关系268.1 吸收过程概述 8.2 吸收过程的相平衡关系 8.2.1 气体在液体中的溶解度8.2.2 亨利定律8.2.3 相平衡关系在吸收中的应用第八章 气体吸收8.1 吸收过程概述 8.2 吸收过程的相平衡关系 8.2.27一、判断传质进行的方向 设某瞬时，气相中溶质的实际组成为y，溶液中溶质的实际组成为x。若传质方向由气相到液相进行吸收过程若传质方向由液相到气相进行解吸过程一、判断传质进行的方向 设某瞬时，气相中溶质的实际28二、确定传质的推动力以气相表示的传质推动力以液相表示的传质推动力吸收推动力示意图y*=mx二、确定传质的推动力以气相表示的传质推动力以液相表示的传质推29三、指明传质进行的极限对于逆流吸收塔液相出口最大组成气相出口最低组成X2X1Y1Y2三、指明传质进行的极限对于逆流吸收塔液相出口最大组成气相出口30练 习 题 目思考题作业题:1、2、31.温度和压力对吸收过程的平衡关系有何影响？2.亨利定律为何具有不同的表达形式？3.亨利定律的适用条件是什么？4.相平衡关系在吸收过程中有何作用？练 习 题 目思考题作业题:1、2、31.温度和压力对318.3 吸收过程的速率关系第八章 气体吸收8.3.1 膜吸收速率方程8.1 概述8.2 质量传递的方式与描述一、气膜吸收速率方程 8.3 吸收过程的速率关系第八章 气体吸收8.3.1 膜32一、气膜吸收速率方程 气膜内的吸收速率方程可表示为气膜阻力一、气膜吸收速率方程 气膜内的吸收速率方程可表示为气膜阻力33比较得由道尔顿分压定律 一、气膜吸收速率方程 比较得由道尔顿分压定律 一、气膜吸收速率方程 348.3 吸收过程的速率关系8.3.1 膜吸收速率方程一、气膜吸收速率方程 第八章 气体吸收二、液膜吸收速率方程8.3 吸收过程的速率关系8.3.1 膜吸收速率方程一、气膜35二、液膜吸收速率方程 液膜阻力液膜内的吸收速率方程可表示为二、液膜吸收速率方程 液膜阻力液膜内的吸收速率方程可表示为36比较得由二、液膜吸收速率方程 比较得由二、液膜吸收速率方程 378.3 吸收过程的速率关系8.3.1 膜吸收速率方程一、气膜吸收速率方程 第八章 气体吸收二、液膜吸收速率方程三、界面组成的确定8.3 吸收过程的速率关系8.3.1 膜吸收速率方程一、气膜38稳态下，气、液两膜中的传质速率相等，即直线通过定点A(c，p)斜率kL/kG三、界面组成的确定 稳态下，气、液两膜中的传质速率相等，即直线通过定点A(c，39界面组成的确定动画界面组成的确定动画408.3 吸收过程的速率关系8.3.1 膜吸收速率方程第八章 气体吸收8.3.2 总吸收速率方程8.3 吸收过程的速率关系8.3.1 膜吸收速率方程第八章 41一、以(p-p*)表示的总吸收速率方程 设吸收系统服从亨利定律或平衡关系在过程所涉及的浓度范围内为直线 根据双膜模型，相界面上两相互成平衡 一、以(p-p*)表示的总吸收速率方程 设吸收系统42由此得整理得由相加得一、以(p-p*)表示的总吸收速率方程 由此得整理得由相加得一、以(p-p*)表示的总吸收速率方程43令则KG气相总吸收系数，kmol/(m2skPa)总阻力液膜阻力气膜阻力气相总吸收速率方程式一、以(p-p*)表示的总吸收速率方程 令则KG气相总吸收系数，kmol/(m2skPa)总阻44对于易溶气体，H值很大 液膜阻力气膜阻力控制整个吸收过程的速率气膜控制示例：水吸收氨气膜阻力气膜控制示意图一、以(p-p*)表示的总吸收速率方程 对于易溶气体，H值很大 液膜阻力气膜阻力控气膜示例：水吸收氨45 设吸收系统服从亨利定律或平衡关系在过程所涉及的浓度范围内为直线 根据双膜模型，相界面上两相互成平衡 二、以(c*-c)表示的总吸收速率方程 设吸收系统服从亨利定律或平衡关系在过程所涉及的浓度范46由此得整理得由相加得二、以(c*-c)表示的总吸收速率方程 由此得整理得由相加得二、以(c*-c)表示的总吸收速率方程47令则KL液相总吸收系数，m/s 总阻力气膜阻力液膜阻力液相总吸收速率方程式二、以(c*-c)表示的总吸收速率方程 令则KL液相总吸收系数，m/s 总阻力气膜阻力液膜阻力液相48对于难溶气体，H值很小 气膜阻力示例：水吸收氧液膜阻力液膜控制示意图液膜阻力控制整个吸收过程的速率液膜控制二、以(c*-c)表示的总吸收速率方程 对于难溶气体，H值很小 气膜阻力示例：水吸收氧液膜阻力液膜控49同理，可导出Ky气相总吸收系数，kmol/(m2s)气相总吸收速率方程式三、以(y-y*)表示的总吸收速率方程 同理，可导出Ky气相总吸收系数，kmol/(m2s)气50同理，可导出Kx液相总吸收系数，kmol/(m2s)液相总吸收速率方程式四、以(x*-x)表示的总吸收速率方程 同理，可导出Kx液相总吸收系数，kmol/(m2s)液51同理，可导出KY对于低浓度吸收气相总吸收系数，kmol/(m2s)气相总吸收速率方程式五、以(Y-Y*)表示的总吸收速率方程 同理，可导出KY对于低浓度吸收气相总吸收系数，kmol/(52同理，可导出KX对于低浓度吸收液相总吸收系数，kmol/(m2s)液相总吸收速率方程式六、以(X*-X)表示的总吸收速率方程 同理，可导出KX对于低浓度吸收液相总吸收系数，kmol/(538.3 吸收过程的速率关系8.3.1 膜吸收速率方程第八章 气体吸收8.3.2 总吸收速率方程8.3.3 吸收速率方程小结8.3 吸收过程的速率关系8.3.1 膜吸收速率方程第八章 54吸收速率方程小结使用吸收速率方程式应注意以下几点:（1）上述的各种吸收速率方程式是等效的。采用任何吸收速率方程式均可计算吸收过程速率。（2）任何吸收系数的单位都是kmol/(m2s单位推动力)。（3）必须注意各吸收速率方程式中的吸收系数与吸收推动力的正确搭配及其单位的一致性。吸收速率方程小结使用吸收速率方程式应注意以下几点:55 （4）上述各吸收速率方程式都是以气液组成保持不变为前提的，因此只适合于描述稳态操作的吸收塔内任一横截面上的速率关系，而不能直接用来描述全塔的吸收速率。在塔内不同横截面上的气液组成各不相同，其吸收速率也不相同。（5）在使用与总吸收系数相对应的吸收速率方程式时，在整个过程所涉及的浓度范围内，平衡关系须为直线。吸收速率方程小结 （4）上述各吸收速率方程式都是以气液组成保持不变为前提56练 习 题 目思考题作业题:71.气膜吸收速率方程式和液膜吸收速率方程式的表达形式？2.界面组成如何确定？3.为何要提出总吸收速率方程式？有几种表达形式?练 习 题 目思考题作业题:71.气膜吸收速率方程式和57