【化工原理 課件】第二章 吸收第一課時

上傳人:工*** 文檔編號:15976876 上傳時間:2020-09-15 格式:PPT 頁數(shù):25 大?。?,006.50KB
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1、2020/9/15,1,,第二章 吸 收(Absorption),2020/9/15,2,,案例工程背景:三聚氰胺制備 6CO(NH2)2 C3N6H6+ 3CO2+ 6NH3 工程實例:某人造板廠在三聚氰胺生產(chǎn)工藝中的氨吸收塔,其直徑為0.6m、內(nèi)部裝填3.8m高的DN38金屬環(huán)矩鞍填料,在常壓和22條件下,用純水吸收出洗滌塔氣體中的氨?,F(xiàn)場測得一組組成數(shù)據(jù)為Y1=0.023、Y2=0.0002、X1= 0.006,操作條件下的氣液平衡關(guān)系為Y=0.846X?,F(xiàn)因環(huán)保要求的提高,要求出塔氣體組成低于50 ppm,試提出幾種不同的改造方案.,2020/9/15,3,本章基本內(nèi)容, 吸收過程中

2、氣液相平衡(gas-liquid phase balance) 吸收過程的傳質(zhì)機理*(Mass transfer mechanism) 吸收過程傳質(zhì)模型及傳質(zhì)速率表達*(Mass transfer rate) 吸收操作的物料衡算(重點)( Material accounting ) 填料層高度的計算方法(重點)( Packing layer height ),2020/9/15,4,概 述,一. 吸收生產(chǎn)中的應(yīng)用 分離(separation)和凈化(purification)原料氣。原料氣在加工以前,其中無用的或有害的成分都要預(yù)先除去。如合成氨所用的原料氣中分離出、等雜質(zhì)。 分離和吸收氣體中的

3、有用組分。從焦爐煤氣中以洗油回收粗苯(含甲苯、二甲苯等)蒸氣和從某些干燥廢氣中回收有機溶劑蒸氣等。,2020/9/15,5,某些產(chǎn)品的制取(preparation)。如制酸工業(yè)中用水分別吸收混合氣體中的HCl、和制取鹽酸、硫酸和硝酸。,廢氣的治理。排放的廢氣含有對人體和環(huán)境有害的物質(zhì),如、等選擇適當?shù)墓に嚭腿軇┻M行吸收是廢氣治理中應(yīng)用較廣的方法。,2020/9/15,6,二. 吸收基本原理:,吸收操作是將氣體混合物的各個組份予以分離的單元操作。,依據(jù):依各組份在溶劑中的溶解度的差異(Differences in solubility)實現(xiàn)組份分離。,如 用水吸收空氣中的氨氣 吸收劑液體-溶劑

4、solvent--- S 水溶質(zhì)---能溶于溶劑的組分 solute A 氨氣惰性氣體載體,不能溶于和微溶于溶劑的組分 Inert gas B 空氣,2020/9/15,7,三. 典型吸收解吸流程(Absorption-Desorption),解吸的目的:回收溶質(zhì)、溶劑的再生使之循環(huán)使用(Recovery of solute, solvent regeneration),2020/9/15,8,選擇合適的溶劑(吸收劑Absorbent) 選擇性地溶解某一組分(或某些組分)(一般原則) 提供適當?shù)膫髻|(zhì)設(shè)備(Mass transfer equipment)以實現(xiàn)汽液兩相的傳質(zhì) 盡可能

5、增大兩相的接觸面積(contact area)與湍動程度(Turbulence degree)。根據(jù)這個原則,吸收設(shè)備大致可分成兩大類:即板式塔和填料塔(Plate tower and packed tower),采用吸收操作實現(xiàn)氣體混合物分離必須解決的問題:,2020/9/15,9,選擇合適的溶劑。吸收劑的性能是吸收操作良好與否的關(guān)鍵,選擇時要從以下幾方面來考慮:,.對被吸收的組分要有較大的溶解度,且有較好的選擇性。 .要有較低的蒸氣壓(vapor pressure),以減少吸收過程中溶劑的揮發(fā)損失。 .要有較好的化學穩(wěn)定性(Chemical stability),以免使用過程中變質(zhì)。 .腐

6、蝕性(Corrosive)要小,以減小設(shè)備費用和維修費。 .粘度(Viscosity)要低,以利于傳質(zhì)及輸送;比熱要小,使再生時的耗熱量較??;不易燃,以利于安全生產(chǎn)。 .吸收后的溶劑應(yīng)易于再生。,2020/9/15,10,三.吸收過程分類,物理吸收: 利用混合氣中各組分在溶劑中的溶解度的差異分離氣體混合物。 化學吸收: 以氣體混合物各組分能否在溶劑中發(fā)生化學反應(yīng)來分離混合氣體。如碳酸鈉溶液凈化含CO2的氣體CO2+K2CO3+H2O=2KHCO3化學吸收操作具有高選擇性, 化學反應(yīng)滿足以下條件: 可逆性 這樣使溶劑得以再生循環(huán)使用 (Reversible)較高的反應(yīng)速率,2020/9/15,1

7、1,第一節(jié) 氣液相平衡Gas Liquid Equilibrium,211 氣體在溶劑中的溶解度Solubility,,,1 . 氣液相平衡氣-液相長時間充分接觸,達到平衡時,其氣相濃度與液相濃度之間的關(guān)系為相平衡關(guān)系。,2020/9/15,12,2 . 溶解度曲線Solubility curve,在一定溫度和壓力下,混合氣體與其溶劑達到相平衡時,溶質(zhì)組分在兩相中組成呈一定的對應(yīng)關(guān)系,常以溶解度表示。,,平衡分壓: pe平衡時,混合氣中溶質(zhì)組分的分壓,Pa; x-液相中溶質(zhì)組分的摩爾分數(shù)。,溶解度:氣液平衡時,溶質(zhì)在液相中的濃度。,2020/9/15,13,2020/9/15,14,3.溶

8、解度的影響因素,溶質(zhì)的性質(zhì):不同的氣體在溶劑中的溶解度不同 易溶氣體,難溶氣體 分壓對溶解度的影響:當Pe增加,x 增加。(T 一定) 總壓對溶解度的影響:在溶質(zhì)組份分壓不變時,若P變化不大,不影響溶解度。即總壓不影響pe、x之間 的關(guān)系 溫度對溶解度的影響: T增加,x下降,(Pe一定) T增加,Pe增加 x一定,2020/9/15,15,4.吸收過程濃度的表示法,在吸收過程中,惰性氣體不溶于液相,溶劑也沒有顯著的氣化現(xiàn)象,在任一截面上惰性氣體和溶劑的摩爾流量均不發(fā)生變化。 以惰性氣體和溶劑的量為基準,分別表示溶質(zhì)在氣液兩相的濃度, 常將組成以摩爾比X、Y表示)(molar

9、ratio)。,,2020/9/15,16,2.1.2 相平衡關(guān)系,相平衡關(guān)系與體系的溫度、壓力以及物性相關(guān),對采用稀溶液吸收混合氣中低濃度溶質(zhì)組分時,其溶解度曲線通過原點,并為一直線。 用亨利定律描述。 Pe=ExPe-溶質(zhì)組分在氣相的平衡分壓,Pa; x-溶質(zhì)組分在液相的組成,摩爾分數(shù); E-亨利系數(shù)(Henry factor),kPa/(kmolm3)。,1. 亨利定律(Henrys Law),2020/9/15,17,濃度的表示方法不同,享利定律的形式不同。 2.1 Pec關(guān)系,,,,2亨利定律的不同形式,H溶解度系數(shù)Solubility coefficient,kmo

10、l/kN.m=f(T) c-摩爾濃度,2.2 yex關(guān)系,m相平衡常數(shù)Phase equilibrium constant,值越大,表示溶解度越小。 y, x氣相、液相中溶質(zhì)的摩爾分率,2020/9/15,18,,Y,X氣相、液相中溶質(zhì)的摩爾比,2.3 YeX關(guān)系,2020/9/15,19,3亨利系數(shù)E 、 H、m之間的關(guān)系,E,H 之間的關(guān)系:對于稀溶液Dilute solution:則溶質(zhì)濃度較低,溶液可近似視為純?nèi)軇汗视?E, m之間的關(guān)系:,,2020/9/15,20,4. 各亨利系數(shù)的影響因素,亨利系數(shù)E=f(物系,T) 溫度T ,E ; 總壓P對E影響很小 理想溶液:

11、 E=p0(飽和蒸汽壓) 易溶氣體Dissolved gasE難溶氣體H 相平衡常數(shù)mf(物系,T,P) m=E/P, P , m ; T ,m 易溶氣體m<難溶氣體m,,,,,,,,,2020/9/15,21,2.1.3 相平衡在吸收過程中的應(yīng)用,1 判斷過程進行的方向因自發(fā)進行過程總是趨向體系的平衡方向的,如圖中A、B點所示。 A點: yye; xxe 溶質(zhì)向氣相轉(zhuǎn)移 解吸過程,2020/9/15,22,2 確定傳質(zhì)過程的推動力driving force,組成為 y,x的氣液相接觸,傳質(zhì)推動力如圖所示: A點: ; B點: 若氣、液相濃度分別以p,c 表

12、示,則推動力為,表示解吸推動力。,表示吸收推動力。,2020/9/15,23,(3)判斷過程進行的極限(limit),過程進行的極限:最終達平衡, 平衡濃度為極限狀態(tài) 吸收過程極限y降至最小為ye, 解吸過程x降至最小為xe。,,(4)相平衡限制了離開吸收塔時的,氣相最低濃度The lowest concentration of gas phaseY2min和液相最高濃度maximum concentration of liquid phase X1max,2020/9/15,24,含SO2為10(體積)的氣體混合物與濃度C為0.020kmol.m-3的SO2水溶液在一個大氣壓下相接觸。操作條

13、件下兩相的平衡關(guān)系為pe1.62C(大氣壓) ,則SO2將從相向相轉(zhuǎn)移, 以氣相組成表示的傳質(zhì)總推動力為____大氣壓. 用亨利系數(shù)E表達的亨利定律表達式為_______________.在常壓下,20時, 氨在空氣中的分壓為69.6mmHg, 與之平衡的氨水濃度為10(kg NH3(100kg)-1H2O).此時亨利系數(shù)E=________,相平衡常數(shù)m=______.,思考題,2020/9/15,25,在常壓下,測定水中溶質(zhì)A的摩爾濃度為0.56Kmol/m3,此時氣相中A的平衡摩爾分率為0.02,則此物系的相平衡常數(shù)m=______。當其他條件不變,而總壓增加一倍時,相平衡常數(shù)m=_____,此時的亨利系數(shù)E=_____,而溶解度系數(shù)H______。,在總壓p=500KN/m,溫度t=27下使含 CO23.0(體積)的氣體與含CO2370g/m 的水相接觸,試判斷是發(fā)生吸收還是解吸?并計算 以CO2的分壓差表示傳質(zhì)總推動力。 已知:在操作條件下,亨利系數(shù)E=1.73105KN/m 。水溶液的密度可取1000Kg/ m,CO2的分子量44。,

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