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1、化工单元操作教学课件制作：吸收是利用混合气吸收是利用混合气 中各组分在液体中的中各组分在液体中的溶溶 解度不同解度不同而将气体混合而将气体混合 物分离的单元操作物分离的单元操作. . 一、吸收操作过程一、吸收操作过程模块八模块八 吸收吸收 任务一任务一 了解吸收过程及其应用了解吸收过程及其应用名名 称称吸收剂或溶剂吸收剂或溶剂S S ：吸收塔顶喷：吸收塔顶喷 淋所用的液体；淋所用的液体； 吸收质或溶质吸收质或溶质A A：混合气体中：混合气体中 ，能够溶解于液体的组分；，能够溶解于液体的组分； 惰性气惰性气B B：不能溶解的组分；：不能溶解的组分； 吸收尾气吸收尾气：吸收塔顶排出的气：吸收塔顶排
2、出的气 体，其主要成分是惰性气体，其主要成分是惰性气B B， 还含有残余的溶质还含有残余的溶质A A； 吸收液吸收液：吸收塔底引出的溶液：吸收塔底引出的溶液 ，其成分是溶剂，其成分是溶剂S S和溶质和溶质A A。流程图流程图二、吸收在化工生产中的应用二、吸收在化工生产中的应用 原料气的净化原料气的净化 有用组分的回收有用组分的回收 某些产品的制取某些产品的制取 废气的治理废气的治理 三、吸收操作的分类三、吸收操作的分类 1. 1. 单组分吸收和多组分吸收单组分吸收和多组分吸收 2. 2. 等温吸收和非等温吸收等温吸收和非等温吸收 3. 3. 物理吸收和化学吸收物理吸收和化学吸收 4. 4. 低
3、浓度吸收和高浓度吸收低浓度吸收和高浓度吸收 本模块只重点讨论低浓度、单组分、等温、物理吸收过程本模块只重点讨论低浓度、单组分、等温、物理吸收过程 。 四、吸收剂的选择四、吸收剂的选择 溶解度溶解度大大 选择性选择性好好 挥发度挥发度低低 再生再生易易 黏性黏性 低低 其它其它安全环保、价廉安全环保、价廉 任务二任务二 认知吸收设备认知吸收设备一、填料塔的构造一、填料塔的构造 1. 1.填料层填料层 提供气液接触的场所。提供气液接触的场所。 2.2.液体（再）分布器液体（再）分布器 均匀分布液体，以避免发均匀分布液体，以避免发 生沟流、壁流现象。生沟流、壁流现象。 3.3.支撑板支撑板支撑填料层
4、，使气体均匀支撑填料层，使气体均匀 分布。分布。 4.4.除沫器除沫器防止塔顶气体出口处夹带防止塔顶气体出口处夹带 液体。液体。二、填料的类型材料材料：陶瓷：陶瓷、金属、塑料、金属、塑料堆放堆放：整砌、乱堆：整砌、乱堆环形环形 （拉西环、鲍尔环、阶梯环）（拉西环、鲍尔环、阶梯环）形状：形状：鞍形鞍形 （矩鞍形、弧鞍形）（矩鞍形、弧鞍形）波纹形（板波纹、网状波纹）波纹形（板波纹、网状波纹）拉西环拉西环鲍尔环鲍尔环阶梯环阶梯环 环环板波纹板波纹丝网波纹丝网波纹鞍形环鞍形环槽式液体分布器槽式液体分布器三、填料作用及特性三、填料作用及特性1. 1.填料作用填料作用 （1 1）提供气液接触面；）提供气液
5、接触面； （2 2）强化气体湍动，降低气相传质阻力；）强化气体湍动，降低气相传质阻力； （3 3）更新液膜表面，降低液相传质阻力。）更新液膜表面，降低液相传质阻力。 2. 2.填料特性填料特性 （1 1）比表面积）比表面积 a a 单位堆积体积所具有的表面积，单位堆积体积所具有的表面积，mm2 2/m/m3 3 、1/m1/m 。（2 2）空隙率）空隙率 单位体积填料中所具有的空隙体积单位体积填料中所具有的空隙体积 ， mm3 3/m/m3 3 。（3 3）干填料因子）干填料因子 与（湿）填料因子与（湿）填料因子填料未被液体润湿时的填料未被液体润湿时的值称为干填料因子，它反映填值称为干填料因子
6、，它反映填 料的几何特性；填料被液体润湿后，填料表面覆盖了一层液料的几何特性；填料被液体润湿后，填料表面覆盖了一层液 膜，膜，a a和和 均发生相应的变化，此时的均发生相应的变化，此时的值称为湿填料因子，值称为湿填料因子， 它表示填料的流体力学性能。它表示填料的流体力学性能。四、填料塔的流体力学性能四、填料塔的流体力学性能L L载点载点 F F泛点泛点（一）填料层的持液量（一）填料层的持液量适当的持液量对填料塔操作的适当的持液量对填料塔操作的 稳定性和传质是有益的，但持液量稳定性和传质是有益的，但持液量 过大，将减少填料层的空隙和气相过大，将减少填料层的空隙和气相 流通截面，使压降增大，处理能
7、力流通截面，使压降增大，处理能力 下降。下降。 （二）填料层的压降（二）填料层的压降L L ，空隙率，空隙率 ，气体流通通道，气体流通通道 减小，同一气速下，喷淋密度大，减小，同一气速下，喷淋密度大， 压降大。压降大。2.2.载液区载液区L L点以上，点以上，u u大，阻碍液体顺畅下流，持液量大，阻碍液体顺畅下流，持液量 增加，增加，此为拦液现象，出现拦液现象时的气速为载点气速。此为拦液现象，出现拦液现象时的气速为载点气速。1.1.恒持液量区恒持液量区持液量：单位体积填料层内持有的液体体积。持液量：单位体积填料层内持有的液体体积。L L点以下，点以下， u u小，气液流动几乎与气速无关，持液量
8、小，气液流动几乎与气速无关，持液量不变。不变。3.3.液泛区液泛区u u，液体在塔内积累而发生液泛，此时的气速称，液体在塔内积累而发生液泛，此时的气速称 泛点气速。泛点气速。 斜率急剧增加斜率急剧增加, ,使填料塔不能正常操作。使填料塔不能正常操作。（三）液泛（三）液泛在泛点气速下，持液量的增多使液相由分散相变为在泛点气速下，持液量的增多使液相由分散相变为 连续相，而气相则由连续相变为分散相，此时气体连续相，而气相则由连续相变为分散相，此时气体 呈气泡形式通过液层，气流出现脉动，液体被大量呈气泡形式通过液层，气流出现脉动，液体被大量 带出塔顶，此种情况称为带出塔顶，此种情况称为淹塔或液泛淹塔或
9、液泛。 （四）液体喷淋密度和填料表面的润湿（四）液体喷淋密度和填料表面的润湿填料塔中气液两相间的传质主要是在填料表面流动填料塔中气液两相间的传质主要是在填料表面流动 的液膜上进行的。的液膜上进行的。液体喷淋密度是指单位塔截面积上，单位时间内喷液体喷淋密度是指单位塔截面积上，单位时间内喷 淋的液体体积，以淋的液体体积，以U U表示，单位为表示，单位为mm3 3/ /（mm2 2hh）。）。最小喷淋密度最小喷淋密度 实际操作时采用的实际操作时采用的液体喷淋密度应大于最小喷淋密度液体喷淋密度应大于最小喷淋密度。 若喷淋密度过小，可采用增大回流比或采用液体再循环的方若喷淋密度过小，可采用增大回流比或采
10、用液体再循环的方 法加大液体流量，以保证填料表面的充分润湿；也可采用减法加大液体流量，以保证填料表面的充分润湿；也可采用减 小塔径予以补偿；对于金属、塑料材质的填料，可采用表面小塔径予以补偿；对于金属、塑料材质的填料，可采用表面 处理方法，改善其表面的润湿性能。处理方法，改善其表面的润湿性能。 （五）（五）返混返混在填料塔内，气液两相的逆流并不呈理想的活塞流状态在填料塔内，气液两相的逆流并不呈理想的活塞流状态 ，而是存在着不同程度的返混。造成返混现象的，而是存在着不同程度的返混。造成返混现象的原因原因很多，很多， 如：填料层内的气液分布不均；气体和液体在填料层内的沟如：填料层内的气液分布不均；
11、气体和液体在填料层内的沟 流；液体喷淋密度过大时所造成的气体局部向下运动；塔内流；液体喷淋密度过大时所造成的气体局部向下运动；塔内 气液的湍流脉动使气液微团停留时间不一致等。气液的湍流脉动使气液微团停留时间不一致等。 返混使得传质平均推动力变小，传质效率降低。返混使得传质平均推动力变小，传质效率降低。 五、填料塔的附件五、填料塔的附件填料支承装置液体分布装置液体分布装置2. 2.摩尔分数摩尔分数x xA A= =n nA A/n/nx xB B= =n nB B/n/nx xA A+ + x xB B=1=1（一）相组成表示法（一）相组成表示法（A+BA+B混合物）混合物）1. 1.质量分数质
12、量分数w wA A= =mmA A/m/mw wB B= =mmB B/m/mw wA A+w+wB B=1=1一、吸收的气液相平衡一、吸收的气液相平衡任务三任务三 获取吸收知识获取吸收知识 由质量分 数 求摩尔分 数：两者的关系两者的关系由摩尔分数由摩尔分数求质量分数：求质量分数：气体混合物的气体混合物的 相组成相组成3. 3.摩尔比摩尔比: : 用用X X或或Y Y表示表示 （1 1）液相：）液相：（2）气相 ：（二）相平衡关系（二）相平衡关系1. 1. 气体在液体中的溶解度气体在液体中的溶解度混合气体和溶剂在一定温度和压力下，经长期充混合气体和溶剂在一定温度和压力下，经长期充 分接触后，
13、达到一种动态平衡，即：吸收速率分接触后，达到一种动态平衡，即：吸收速率=解吸解吸 速率。这种状态被称为速率。这种状态被称为气液相平衡气液相平衡。平衡状态下气相中的溶平衡状态下气相中的溶 质分压称为平衡分压，而液质分压称为平衡分压，而液 相中溶质的浓度称气体在液相中溶质的浓度称气体在液 体中的体中的溶解度溶解度。加压和降温加压和降温可提高溶质可提高溶质 在液相中的溶解度，对吸收在液相中的溶解度，对吸收 操作有利；反之，升温和减操作有利；反之，升温和减 压则对解吸收操作有利。压则对解吸收操作有利。2. 2. 亨利定律亨利定律吸收平衡线吸收平衡线 对很稀的溶液对很稀的溶液 例例8-38-3 在总压在
14、总压101.3kPa101.3kPa及及3030下，氨在水中的溶解下，氨在水中的溶解 度为度为1.72g (NH1.72g (NH3 3)/100g(H)/100g(H2 2O)O)。若氨水的气液平衡关。若氨水的气液平衡关 系符合亨利定律，相平衡常数为系符合亨利定律，相平衡常数为0.7640.764，试求气相中氨的，试求气相中氨的 摩尔比。摩尔比。 解：解：（三）相平衡在吸收过程的应用：（三）相平衡在吸收过程的应用：1. 1.过程方向的判定：过程方向的判定：当当YYYY 或或XXXX 时时 ，进行解吸过程；，进行解吸过程；当当Y=YY=Y 或或X=XX=X 时时 ，两相处于平衡状态，两相处于平
15、衡状态 。 2. 2.确定吸收推动力确定吸收推动力吸收推动力可用气相吸收推动力可用气相 浓度差表示，即浓度差表示，即 Y=Y-YY=Y-Y ；也可用液相浓度差表也可用液相浓度差表 示，即示，即X=XX=X -X-X平衡是过程的极限，只有不平衡的两相互相接触才会发生气平衡是过程的极限，只有不平衡的两相互相接触才会发生气 体的吸收或解吸。因此，实际浓度偏离平衡浓度越远，过程推动体的吸收或解吸。因此，实际浓度偏离平衡浓度越远，过程推动 力越大，过程的速率也越快。力越大，过程的速率也越快。3. 3.确定过程的极限：确定过程的极限：吸收塔混合气体混合气体, p, p1 1尾气尾气, p, p2 2, ,minmin液体液体, x, x2 2出塔气体浓度最低值：p2,min离塔液体浓度最高值：x1,maxP P2,min2,min =E x=E x2 2液体液体, x, x1,max1,max实际生产中：p2 p2,min x1 分子扩散的速率分子扩散的速率（二）吸收过程的机理（二）吸收过程的机理双膜理论论点：双膜理论论点： 气液两相接触时，两相间有一稳定相界面，两侧分别存气液两相接触时，两相间有一稳定相界面，两侧分别存 在着呈层流的稳定膜层在着呈层流的稳定膜层气膜和液膜气膜和液膜，溶质必须以分子，溶质必须以分
