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1、知识目标,理解吸收单元操作基本概念、吸收传质机理、相平衡 与吸收的关系；,了解吸收剂用量、填料层高度、塔径的计算；,了解吸收装置的结构和特点。,能力目标,能正确选择吸收操作的条件，对吸收过程进行正确的 调节控制;,掌握典型吸收装置的正常开停车和事故处理。,第四章 吸收操作技术,第三节 吸收计算,第一节 吸收塔的结构及应用,第二节 吸收基础知识,第四节 吸收塔的操作,第一节 吸收塔的结构及应用,使混合气体与选择的某种液体相接触时,利用混合气体中各组分在该液体中溶解度的差异,有选择地使混合气体中一种或几种组分溶于此液体而形成溶液,其它未溶解的组分仍保留在气相中,以达到从混合气体中分离出某些组分的目
2、的。,吸收的定义,3、吸收剂的再生循环使用。,工业吸收过程,必须解决的问题：,1、选择合适的吸收剂；,2、提供合适的气液传质设备；,净化或精制气体 制备某种气体的溶液 回收混合气体中的有用组分 废气治理，保护环境,吸收在工业生产中的应用,（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，因为填料对泡沫有限制和破碎作用。 （5）适用于腐蚀性介质，因为可采用不同材质的耐腐蚀填料。 （6）适用于热敏性物料，因为填料塔持液量低，物料在塔内停留时 间短。 （7）操作弹性较小，对液体负
3、荷的变化特别敏感。当液体负荷较小 时，填料表面不能和好地润湿，传质效果急剧下降；当液体负 荷过大时，则易产生液泛。 （8）不宜处理易聚合或含有固体颗粒的物料。,填料塔的结构与特点,1. 比表面积 单位体积填料层所具有的表面积 2. 空隙率 单位体积填料层所具有的空隙体积 3. 填料因子 有液体喷淋条件下实测的/ 3 4. 单位堆积体积的填料数目 填料尺寸 ， 数目,填料特性,实体填料,网状填料,填料塔的附件,填料支承装置,填料压紧装置,液体的分布装置,液体再分布装置,填料塔的附件,填料塔的附件,除沫装置,液膜厚度不仅取决于液体流量，而且与气体流量有关。气量，液膜 厚度，填料内的持液量。,填料塔
4、的流体力学性能,当液体自塔顶向下借重力在填料表面作膜状流动时，膜内平均 流速决定于流动的阻力。而此阻力来自于液膜与填料表面，及 液膜与上升气流之间的摩擦。,线A:气体通过干填料层时，压力降与 空塔气速的关系，为直线,气体通过填料层的压力降,线B:有液体喷淋，液体量小,线C:有液体喷淋，液体量大,u较低（点L以下）:线与A线大致平行。u， P，液体下流与流速无关 u大于uL以后：线斜率增大，上升气流开始阻碍液体顺利下流，P u大于uF以后：P与u成垂直关系，表明上升气体足以阻止液体下流，于是液体充满填料层空隙，气体只能鼓泡上升，随之液体被气流带出塔顶，发生液泛。,气体通过填料层的压力降,以线B为
5、例:,u增大到uF以后，P与u成垂直关系，上升气体阻止液体下流使液体 填料层充满填料层空隙，气体只能鼓泡上升，随之液体被气流带 出塔顶的现象称液泛，F点称为泛点。,载点与泛点,载点（L点）:,空塔气速u增大到uL以后，上升气流与下降液体间的摩擦力使填料表面 持液量增多，气体实际速度与空塔气速的比值显著提高，压力降比以 前增加得快的现象称载液，L点称为载点。,泛点（F点）:,目前一般认为填料塔的正常操作状态只到泛点为止.,求泛点气速; 根据工艺规定的允许压降值计算空塔气速，或根据选定的空塔气速计算压降。,埃克特通用关联图的应用,填料塔液泛与持液量,填料塔正常操作,第四章 吸收操作技术,第三节 吸
6、收计算,第一节 吸收塔的结构及应用,第二节 吸收基础知识,第四节 吸收塔的操作,按是否有化学反应分:物理吸收、化学吸收 按有无明显温度变化分:等温吸收、非等温吸收 按组分数分:单组分吸收、多组分吸收 按浓度分:低浓度气体吸收、 高浓度气体吸收,吸收操作的分类,本章主要讨论低浓度单组分等温的物理吸收,E:亨利系数，由实验测定，单位与压强单位一致。,亨利定律,当总压不高时,在一定温度下,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率成正比。,p*=Ex,T E 溶解度,同一溶剂中，难溶气体的E值很大，易溶气体的E值则很小。,表达式为:,p*=c/H,y*=mx,亨利定律的不同表达形式,H：
7、溶解度系数，单位kmol/(kN m)，H=/Ems,m:相平衡常数,亨利定律的不同表达形式,Y*=mX,x=0.1 y=0.05 y*=0.10.94=0.094 y 解吸 x*=0.05/0.94=0.053 x 解吸,相平衡与吸收的关系,1、判断过程进行方向,x=0.05 y=0.1 y*=0.94x y*=0.940.05=0.047 y 吸收 x*=0.1/0.94=0.106 x 吸收,2、计算过程推动力,相平衡与吸收的关系,3、判断过程进行极限,相平衡与吸收的关系,设塔足够高，则 ：,L减小，X1增大，X1max=X1*=Y1/m;,L增大，Y2减小，Y2min=Y2*=mX2,
8、在一相内部有浓度差的条件下，由于分子的无规则热运动而造成的物质传递现象，可由菲克定律描述。,吸收传质机理,（一）传质基本方式,1、分子扩散,菲克定律：,凭藉流体质点的湍动和旋涡来传递物质的现象。,发生在流动着的流体与相界面之间的传质过程。,传质基本方式,2、涡流扩散,3、对流传质,在滞流内层主要是分子扩散；在过渡层既有分子扩散，也有对流扩散； 在湍流主体中主要是对流扩散。,1.气液两流体相接触处为相界面，其两侧附近各有一层稳定的气膜和液膜，可以认为它们是由气液两流体的滞流层组成，即虚拟的层流膜层，吸收质以分子扩散方式通过这两个膜层。 2.全部浓度变化集中在这两个膜层内。 3.在相界面处，气液浓
9、度达成平衡，即界面上没有阻力。,吸收传质机理,（二）双膜理论,通过以上假设，就把整个吸收过程简化为吸收质经过双膜层的过程， 吸收阻力就是双膜的阻力。故该理论又称为双膜阻力理论。,吸收速率方程,1、 气膜吸收速率方程,NA=kg（p-pi）,NA=ky（y-yi）,气膜吸收速率方程,吸收速率方程,2、液膜吸收速率方程,NA=kL（ci-c）,NA=kx（xi-x）,3、总吸收速率方程,（1）以（p-p*）表示总推动力的吸收速率方程,KG:气相吸收总系数,单位kmol/（m2s kPa）,吸收速率方程,（2） 以(c*-c)表示总推动力的总吸收速率方程,KL:液相吸收总系数，单位m/s，KG=H
10、KL,同理可有：,总吸收速率方程,对于易溶气体，吸收阻力主要集中在气膜中，这种吸收称为气膜控制。,对于难溶气体，吸收阻力主要集中在液膜，这种吸收称为液膜控制。,传质阻力的控制,例如:用水吸收氨，氯化氢气体,例如:用水吸收氧气，二氧化碳等,溶解度: 溶解度越大，吸收速率越大，吸收剂用量越越少。 选择性：吸收剂要对溶质组分有良好的吸收能力，对其它组分基本 上不吸收或吸收甚微，否则不能实现有效的分离。 挥发度：挥发度越大，则溶剂损失量越大，分离后气体中含溶剂量 也越大。 粘 度：粘度越小，流动性越好，吸收速率越大，泵的功耗越小， 且传质阻力减小。 其 它：要求无毒、无腐蚀性、不易燃、不发泡、冰点底、
11、价廉易 得、具有化学稳定性。,吸收剂的选择,对吸收剂的要求：,第四章 吸收操作技术,第三节 吸收计算,第一节 吸收塔的结构及应用,第二节 吸收基础知识,第四节 吸收塔的操作,（1） 吸收剂用量的计算 （2） 塔底排除液浓度的计算 （3） 填料层高度的计算 （4） 塔径的计算,吸收塔的设计计算,主要计算任务:,VY1+LX2=VY2+LX1,2、吸收操作线,吸收塔的物料衡算与操作线方程,1、物料衡算,V(Y1-Y2)=L(X1-X2) Y2=Y1(1-A),或,1、吸收剂用量的影响,吸收剂用量的确定,2、最小液气比和液气比,吸收塔塔径的计算,适宜空塔气速与泛点气速之比。,吸收塔塔径的计算,泛点率
12、:,u适宜=（5080）u泛点,（LW）min可由经验公式计算，也可采用一些经验值。,指塔的横截面上，单位长度的填料周边上，液体的体积流量,润湿率LW:,LW=U/,吸收塔塔径的计算,为保证填料均匀润湿，避免壁流现象，需要对塔径与填料直径之比作校和。,填料层高度的计算,1、基本计算式,将两式从塔顶至塔底积分，得：,填料层高度的计算,气相总传质单元数，无单位。与气相进出口浓度及平衡关系有关。反映吸收过程进行的难易程度，与吸收塔的结构以及气液流动状况无关。,气相总传质单元高度，单位m；与操作条件、设备形式有关。反映吸收设备效能高低。,传质单元高度与传质单元数,适用范围：平衡关系为Y*=mX，符合亨
13、利定律,称为“脱吸因数” 。,传质单元数的计算,（1）解析法,将相平衡关系、操作线方程代入传质单元数式，积分得到：,反映吸收率的高低对传质单元数的影响。,S反映吸收推动力的大小。,传质单元数的计算,适用范围：平衡线为直线,或在吸收操作范围内近似为直线.,传质单元数的计算,（2）对数平均推动力法,（1）陶瓷填料 （2）金属填料 （3）塑料填料,填料塔的设计原则,（一）填料的选择,1填料种类的选择,2填料规格的选择,3填料材质的选择,（1）填料的传质效率 （2）填料的通量 （3）填料层的压降 （4）填料的使用性能 即填料的抗污垢、堵塞性能及是否方便拆装与检修。,填料塔的设计原则,（二）填料塔的工艺
14、尺寸计算原则,（三）填料层压降的计算,1塔径计算 2填料层高度计算,根据填料填充类型采用计算方法不同。 散装填料压降可从有关填料手册中的实测数据查取，也可由埃克特 通用关联图来计算。 整装填料可通过关联公式计算，也可查填料手册,填料塔的设计原则,包括塔体设计及塔内件设计两部分。参考有关专业书籍。,（四）填料塔结构设计,填料塔可广泛地应用于吸收、萃取、精馏等单元操作过程中，各种单元操作 中填料塔的设计方法有所不同，上述设计过程只是一般原则.,第四章 吸收操作技术,第三节 吸收计算,第一节 吸收塔的结构及应用,第二节 吸收基础知识,第四节 吸收塔的操作,吸收温度对塔的吸收率影响很大。 吸收剂的温度
15、降低，气体的溶解度增大，溶解度系数增大。,工艺操作指标的调节,1温度,2压力,提高操作压力，可以提高混合气体中溶质组分的分压，增大 吸收的推动力，有利于气体吸收。但压力过高，操作难度和 生产费用会增大，因此，吸收一般在常压下操作。,稳定操作中，气速不大时，液体作层流流动，流体阻力小，吸收速率低；当气速增大流体为湍流流动时，气膜变薄，气膜阻力减小，吸收速率增大；当气速增大到液泛速度时，液体不能顺畅向下流动，造成雾沫夹带，甚至造成液泛现象。,工艺操作指标的调节,3气体流量,改变吸收剂用量是吸收过程最常用的方法。当气体流量一定时，增大吸收剂流量，吸收速率增大，溶质吸收量增加，气体的出口浓度减小，回收
16、率增大。,工艺操作指标的调节,4吸收剂用量,想一想:液气比的影响,吸收剂入塔浓度升高，使塔内的吸收推动力减小，气体出口浓度Y2升高。吸收剂的再循环会使吸收剂入塔浓度提高，对吸收过程不利。但有时采用吸收剂再循环可能有利，某些有显著热效应的吸收过程，吸收剂经塔外冷却后再循环可降低吸收剂的温度，相平衡常数减小，全塔吸收推动力有所提高，吸收效果好。,工艺操作指标的调节,5吸收剂入塔浓度X2,吸收塔开车时应先进吸收剂，待其流量稳定后，再将混合气体送入塔中；,开停车操作,停车时应先停混合气体，再停吸收剂，长期不操作时应将塔内液体卸空。,操作过程中注意维持塔内的温度、压力、气液流量稳定，维 持塔釜恒定的液封高度。,
