项目二吸收技术.

项目二吸收技术化学工业出版社《传质分离技术》----吸收技术任务1吸收操作入门知识任务目标：认识常见的气液传质设备——填料塔；了解填料塔的作用及主要结构；掌握各种常见填料的类型及特征；了解吸收装置工艺流程及主要附属设备。技能要求：能从外观上认识填料塔，并能指出其附属设备。能认识常见的填料类型，并能指出填料塔内部的主要构造；能绘制并说明连续吸收操作的基本工艺流程。《传质分离技术》----吸收技术任务1吸收操作入门知识吸收操作：利用气体混合物中各组分在该液体中溶解度的差异，实现气相各组分的分离。吸收剂（S）：气体吸收操作中所用的溶剂称为；溶质（或吸收质A）：气体中能溶于溶剂的组分称为用表示；惰性气体（B）：基本上不溶于溶剂的组分统称。惰性气体可以是一种或多种组分。工业吸收过程：包括吸收和解吸两个部分。解吸是吸收的逆过程，就是将溶质从吸收后的溶液中分离出来。通过解吸可以回收气体溶质，并实现吸收剂的再生循环使用。《传质分离技术》----吸收技术任务1吸收操作入门知识一、填料塔的主要结构填料塔由塔体、填料、液体分布装置、填料压紧装置、填料支承装置、液体再分布装置等构成。《传质分离技术》----吸收技术任务1吸收操作入门知识一、填料塔的主要结构1.塔体–——园柱形，可用金属、陶瓷、塑料等材料制作。2.填料–——是填料塔的核心部分，提供气液两相接触传质的界面，是决定填料塔性能的主要因素。填料特性：比表面积、空隙率、填料因子、单位堆积体积的填料数目《传质分离技术》----吸收技术任务1吸收操作入门知识一、填料塔的主要结构2.填料——散装填料《传质分离技术》----吸收技术任务1吸收操作入门知识一、填料塔的主要结构2.填料——整砌填料《传质分离技术》----吸收技术任务1吸收操作入门知识一、填料塔的主要结构2.填料填料的材质可用陶瓷、金属和塑料制造。陶瓷填料应用最早，其润湿性能好，但因较厚，空隙小，阻力大，气液分布不均匀导致效率较低，而且易破碎，故仅用于高温、强腐蚀的场合。金属填料强度高，壁薄，空隙率和比表面积大，故性能良好。不锈钢较贵，碳钢便宜但耐腐蚀性差，在无腐蚀场合广泛采用。塑料填料价格低廉，不易破碎，质轻耐蚀，加工方便，但润湿性能差。《传质分离技术》----吸收技术任务1吸收操作入门知识一、填料塔的主要结构3.填料支撑装置作用：支承塔内填料及其持有的液体重量，故支承装置要有足够的强度。同时为使气液顺利通过，支承装置的自由截面积应大于填料层的自由截面积，否则当气速增大时，填料塔的液泛将首先在支承装置发生。常见：栅板型、孔管型、驼峰型。《传质分离技术》----吸收技术任务1吸收操作入门知识一、填料塔的主要结构4.填料压紧装置作用：保持操作中填料床层高度恒定，防止在高压降、瞬时负荷波动等情况下填料床层发生松动和跳动，在填料装填后于其上方要安装填料压紧装置。常见：填料压板、床层限制板。《传质分离技术》----吸收技术任务1吸收操作入门知识一、填料塔的主要结构5.液体分布装置作用：为填料层提供足够数量并分布适当的喷淋点，以保证液体初始均匀的分布，设在塔顶。常见：莲蓬式喷洒器、盘式分布器（盘式筛孔分布器、盘式溢流管分布器）、管式分布器、槽式液体分布器。《传质分离技术》----吸收技术任务1吸收操作入门知识一、填料塔的主要结构6.液体再分布装置壁流现象：液体沿填料层向下流动时，有偏向塔壁流动的现象。危害：壁流将导致填料层内气液分布不均，使传质效率下降。液体再分布装置作用：减小壁流现象，可间隔一定高度在填料层内设置。常见：截锥式再分布器《传质分离技术》----吸收技术任务1吸收操作入门知识一、填料塔的主要结构7.除沫装置作用：气体出口既要保证气体流动畅通，又要清除气体中夹带的液体雾沫，常在液体分布器的上方安装。常见：折板除沫器、丝网除沫器及填料除沫器《传质分离技术》----吸收技术任务1吸收操作入门知识二、填料塔的特点（1）结构简单，便于安装，小直径的填料塔造价低。（2）压力降较小，适合减压操作，且能耗低。（3）分离效率高，用于难分离的混合物，塔高较低。（4）适于易起泡物系的分离。（5）适用于腐蚀性介质。（6）适用于热敏性物料。（7）操作弹性较小，对液体负荷的变化特别敏感。（8）填料塔不宜处理易聚合或含有固体悬浮物的物料。（9）当气、液接触过程中需要冷却以移除反应热或溶解热时，填料塔因涉及液体均匀分布问题而使结构复杂化，板式塔则可方便地在塔板上安装冷却盘管。同理，当有侧线出料时，填料塔也不如板式塔方便。《传质分离技术》----吸收技术任务1吸收操作入门知识三、吸收操作工艺流程的描述1.吸收操作的现场工艺流程《传质分离技术》----吸收技术任务1吸收操作入门知识三、吸收操作工艺流程的描述2.工艺流程描述采用吸收操作实现气体混合物的分离必须解决以下问题：（1）选择合适的吸收剂，选择性的溶解某个（或某些）被分离组分；（2）选择适当的传质设备以实现气液两相接触，使溶质从气相转移至液相；（3）吸收剂的再生和循环使用。吸收塔解吸塔《传质分离技术》----吸收技术任务1吸收操作入门知识四、吸收操作在化工生产中的应用（1）净化或精制气体；（2）制备某种气体的溶液；（3）回收混合气体中的有用组分；（4）废气治理，保护环境。《传质分离技术》----吸收技术任务2吸收操作的理论知识任务目标：掌握吸收的相平衡关系；掌握吸收操作的传质机理。技能要求：能正确选择吸收操作的条件；能正确分析吸收的传质机理；学会判断传质过程的方向。《传质分离技术》----吸收技术任务2吸收操作的理论知识一、吸收过程的相平衡关系（1）按过程有无化学反应分：物理吸收、化学吸收（2）按被吸收的组分数目分：单组分吸收、多组分吸收（3）按吸收过程有无温度变化分：等温吸收、非等温吸收（4）按吸收过程的操作压强分：常压吸收、加压吸收讨论:常压下单组分等温物理吸收过程。1.气体吸收的分类《传质分离技术》----吸收技术任务2吸收操作的理论知识一、吸收过程的相平衡关系（1）亨利定律内容：当总压不高时，在一定温度下气液两相达到平衡时，稀溶液上方气体溶质的平衡分压与溶质在液相中的摩尔分数成正比。2.亨利定律（2）亨利定律表达式：Exp*E：亨利系数，随物系而变化。当物系一定时，E随温度而变化。温度升高，E值增大，即气体的溶解度随温度的升高而减小。由实验测定，一般易溶气体的E值小，难溶气体的E值大。《传质分离技术》----吸收技术任务2吸收操作的理论知识一、吸收过程的相平衡关系（3）亨利定律其他表达形式：①溶质在液相中的浓度用摩尔浓度表示（kmol/m3），在气相中的浓度用分压表示：2.亨利定律Hcp*式中H——溶解度系数，kmol/（m3·kPa）；c——溶质在液相中的摩尔浓度，kmol/m3ECHH值越大，溶解度越大。《传质分离技术》----吸收技术任务2吸收操作的理论知识一、吸收过程的相平衡关系（3）亨利定律其他表达形式：②溶质在气液两相的浓度均用摩尔浓度表示：2.亨利定律式中m——相平衡常数，无因次；y*——相平衡时溶质在气相中的摩尔分数。对于一定的物系，相平衡常数是温度和总压的函数。当总压P一定时，温度升高，E值增大，m值也随之增大；温度一定时，总压P增大，E值不变而m值减小。可见：降温和加压有利于吸收，升温和减压有利于解吸。mxy*PEm《传质分离技术》----吸收技术任务2吸收操作的理论知识一、吸收过程的相平衡关系（3）亨利定律其他表达形式：③气液两相浓度均用摩尔比表示：2.亨利定律当溶液浓度很低时，可简化为：x-1x液相中溶质相液相中溶剂的摩尔数摩尔数Xy-1y数气相中惰性组分的摩尔气相中溶质的摩尔数YXmmXY)1(1*mXY*《传质分离技术》----吸收技术任务2吸收操作的理论知识一、吸收过程的相平衡关系（1）判别过程的方向3.相平衡关系在吸收过程中的应用*yyxx*——发生吸收（2）指明过程的极限*yyxx*——发生解吸或或（3）计算过程的推动力：实际浓度与平衡浓度的差值*yy或xx*myxx1*1max12*2min2mxyy《传质分离技术》----吸收技术任务2吸收操作的理论知识一、吸收过程的相平衡关系（1）溶解度（2）选择性（3）挥发度（4）粘度（5）再生（6）稳定性（7）其它：无毒、无腐蚀性、不易燃、价廉易得。4.吸收剂的选择其余组分的溶解度溶质组分的溶解度选择性系数《传质分离技术》----吸收技术任务2吸收操作的理论知识二、吸收传质机理（1）分子扩散：物质在一相内部有浓度差异的条件下，由流体分子的无规则热运动而引起的物质传递现象。1.传质的基本方式dZdCDNAA菲克定律式中NA——组分A的分子扩散速率，kmol/(m2·s)；CA——组分A的浓度，kmol/m3；Z——沿扩散方向的距离，m；D——扩散系数。表示组分A在介质B中的扩散能力，m2/s。D是物质的物理性质之一。值越大，表示分子扩散越快。《传质分离技术》----吸收技术任务2吸收操作的理论知识二、吸收传质机理（2）涡流扩散：在有浓度差异的条件下，物质通过湍流流体的传递过程。1.传质的基本方式涡流扩散速率比分子扩散速率大得多。De不是物质的物性常数，与湍动程度有关，且随位置而不同。（3）对流扩散：湍流主体与相界面之间的涡流扩散与分子扩散两种传质作用过程。NDDdCdZAeA《传质分离技术》----吸收技术任务2吸收操作的理论知识二、吸收传质机理（1）双模理论模型2.双膜理论《传质分离技术》----吸收技术任务2吸收操作的理论知识二、吸收传质机理（2）双模理论要点2.双膜理论①在气液两流体相接触处，有一稳定的分界面，叫相界面。在相界面两侧附近各有一层稳定的气膜和液膜。虚拟的层流膜层，吸收质以分子扩散方式通过这两个膜层。②在两膜层以外的气、液两相分别称为气相主体与液相主体。在气、液两相的主体中，吸收质的浓度基本上是均匀的，即两相主体内浓度梯度皆为零。③在相界面处，吸收质在气、液两相中的浓度达成平衡，即界面上没有阻力。《传质分离技术》----吸收技术任务2吸收操作的理论知识三、气体吸收速率方程1.气相与界面的传质速率)(iGAppkN或)(iyAyykN2.气相与界面的传质速率)(cckNiLA或)(xxkNixA传质系数kG、ky、kL、kx的数据只有根据具体操作条件由实验测取，它与流体流动状态和流体物性、扩散系数、密度、粘度、传质界面形状等因素有关。《传质分离技术》----吸收技术任务2吸收操作的理论知识三、气体吸收速率方程3.相际传质速率方程——吸收总传质速率方程GGAKppppKN1YYAKYYYYKN1LLAKccccKN1XXAKXXXXKN1)()(**《传质分离技术》----吸收技术任务2吸收操作的理论知识三、气体吸收速率方程3.相际传质速率方程——系数间关系LGGHkkK111GLLkHkK11可见，气、液两相相际传质总阻力等于分阻力之和，总推动力等于各层推动力之和。4.传质阻力的控制——液膜控制吸收①对于难溶气体，H值很小，则或液膜阻力控制着整个吸收过程。要强化传质过程，提高吸收速率，在选择设备型式及确定操作条件时，应特别注意减小液膜阻力。例如:用水吸收氧气,二氧化碳等。LGkkH1LLkK11LLkK《传质分离技术》----吸收技术任务2吸收操作的理论知识三、气体吸收速率方程4.传质阻力的控制——气膜控制吸收②对于易溶气体，H值很大，则或气膜阻力控制着整个吸收过程。要强化传质过程，提高吸收速率，在选择设备型式及确定操作条件时，应特别注意减小气膜阻力。例如:用水吸收氨或氯化氢等。GLkHk11GGkK11GGkK③对于具有中等溶解度的气体吸收过程，气膜阻力与液膜阻力均不可忽略。要提高吸收过程速率，必须兼顾气、液两膜阻力的降低，方能得到满意的效果。《传质分离技术》----吸收技术任务3吸收塔的实验操作训练任务目标：了解