第四章吸吸收學(xué)習(xí)目標(biāo)了解吸收的的分類(lèi)、典典型的工業(yè)業(yè)吸收過(guò)程程、各種不不同類(lèi)型的的吸收設(shè)備備及吸收在在環(huán)境工程程中的應(yīng)用用。理解吸收操操作的基本本概念、吸吸收傳質(zhì)機(jī)機(jī)理。掌握吸收的相關(guān)計(jì)算，能運(yùn)用工程程觀念分析析解決吸收收操作中的的實(shí)際問(wèn)題題。第一節(jié)概述利用氣體混混合物中各各種組分在在同一液體體（溶劑））中溶解度差異、、分離混合合物的操作作稱(chēng)為氣體體吸收。一、工業(yè)吸吸收過(guò)程吸收流程包括吸吸收和解吸吸兩大部分分。吸收操作要點(diǎn)：①選擇合適適的溶劑。②提供適當(dāng)當(dāng)?shù)膫髻|(zhì)設(shè)設(shè)備以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)氣液兩相相的接觸。③溶劑再生以以便循環(huán)使使用。吸收與解吸吸流程二、吸收的的分類(lèi)1．物理吸收收與化學(xué)吸吸收2．單組分吸吸收與多組組分吸收3．等溫吸收收與非等溫溫吸收4．低組成吸吸收與高組組成吸收工業(yè)生產(chǎn)中中的吸收過(guò)過(guò)程以低組組成吸收為為主三、吸收在在環(huán)境治理理中的應(yīng)用用吸收被廣泛泛地應(yīng)用于于氣態(tài)污染染物的凈化化用吸收法凈凈化的氣態(tài)污染物物：⑴含氮氧化物廢廢氣⑵含硫氧化物廢廢氣⑶含碳?xì)浠衔镂飶U氣⑷含硫氫化合物物廢氣四、吸收設(shè)設(shè)備的主要要類(lèi)型氣體吸收設(shè)設(shè)備主要為為板式塔與與填料塔兩兩大類(lèi)。兩種主要吸吸收設(shè)備五、吸收操操作的經(jīng)濟(jì)濟(jì)性吸收的操作作費(fèi)用主要要包括。①氣、液兩相相流經(jīng)吸收收設(shè)備的能能量消耗；；②溶劑的揮發(fā)發(fā)損失和變變質(zhì)損失；；③溶劑的再生生費(fèi)用，即即解吸操作作費(fèi)。這三項(xiàng)以再再生費(fèi)用所所占比例最最大。常用的解吸吸方式有升升溫、減壓壓、吹氣。第二節(jié)吸收凈化的的基本原理理一、吸收過(guò)過(guò)程的氣液液相平衡1.物理吸收的的氣液相平平衡在一定的溫溫度和壓力力下，氣、、液兩相發(fā)發(fā)生接觸后后，吸收質(zhì)便由氣相相向液相轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移，隨著著液體中吸吸收質(zhì)濃度度的逐漸增增高，吸收速率逐逐漸減小，，解吸速率率逐漸增大大。經(jīng)過(guò)相相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)時(shí)間接觸后，吸吸收速率與與解吸速率率相等，氣液兩相達(dá)到平衡。平衡分壓：平衡狀態(tài)下下，被吸收收氣體在溶溶液上方的的分壓。溶解度：平衡狀態(tài)下下，可溶氣氣體在溶液液中的濃度度。幾種常見(jiàn)氣氣體在水中中的溶解度度討論：①不同性質(zhì)質(zhì)的氣體在在同一溫度度和分壓條條件下，溶溶解度各不相同；②氣體的溶溶解度與溫溫度有關(guān)，，一般說(shuō)來(lái)來(lái)，隨著溫溫度升高，，溶解度下降降；③溫度一定定時(shí)，溶解解度隨溶質(zhì)質(zhì)分壓升高高而增大，，在吸收系統(tǒng)中，增增大氣相總總壓，組分分的分壓會(huì)會(huì)升高，溶溶解度也隨隨之加大。結(jié)論：溶解度與氣氣體和液體體的性質(zhì)有有關(guān)，而且且與吸收體體系的溫度、總壓和和氣相組成成有關(guān)。⑴以p及x表示的平衡衡關(guān)系⑵以y及x表示的平衡衡關(guān)系⑶以pe及c表示平衡關(guān)關(guān)系⑷以Y及X表示的平衡衡關(guān)系2.化學(xué)吸收的的氣液相平平衡化學(xué)平衡關(guān)關(guān)系可以寫(xiě)寫(xiě)成Ｋ＝［Ａ］＝∴∵二、相平衡衡與吸收過(guò)過(guò)程的關(guān)系系1．判別過(guò)程程的方向判別過(guò)程進(jìn)進(jìn)行的方向向2.指明過(guò)程的的極限x1max=x1e=y1∕m吸收過(guò)程極極限3.計(jì)算過(guò)程的的推動(dòng)力吸收推動(dòng)力力三、吸收傳傳質(zhì)機(jī)理吸收過(guò)程兩兩相間物質(zhì)質(zhì)傳遞的三三個(gè)步驟：：①溶質(zhì)由氣相相主體傳遞遞到兩相界界面，即氣氣相內(nèi)物質(zhì)質(zhì)傳遞。②溶質(zhì)在界面面上溶解，，由氣相轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)入液相，，即界面上上發(fā)生溶解過(guò)程；；③溶質(zhì)自界面面被傳遞到到液相主體體，即液相相內(nèi)物質(zhì)傳傳遞?？傔^(guò)程速率率分別由氣氣相和液相相內(nèi)的傳質(zhì)質(zhì)速率所決決定。1.分子擴(kuò)散與與對(duì)流擴(kuò)散散⑴分子擴(kuò)散由分子無(wú)規(guī)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)而引起的的物質(zhì)傳遞遞現(xiàn)象稱(chēng)為為分子擴(kuò)散。分子擴(kuò)擴(kuò)散速率主主要取決于于擴(kuò)散物質(zhì)質(zhì)和流體的的某些物理理性質(zhì)。分子擴(kuò)散速速率與流體體在什么介介質(zhì)中擴(kuò)散散有關(guān)，在在不同介質(zhì)中擴(kuò)散系系數(shù)不同；；與擴(kuò)散的的濃度梯度度、擴(kuò)散系系數(shù)成正比比。擴(kuò)散物質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)Dcm2/s擴(kuò)散物質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)Dcm2/sH20.611H2O0.220N20.132C6H60.077O20.178C7H80.076CO20.138CH3OH0.132HCL0.130C2H5OH0.102SO20.103CS20.089SO30.095C2H5OC2H50.078NH30.17一些物質(zhì)在在空氣中的的擴(kuò)散系數(shù)數(shù)（０℃、１０１.３３kPa）一些物質(zhì)在在水中的擴(kuò)擴(kuò)散系數(shù)（（２０℃稀)擴(kuò)散物質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)D’*109m2/s擴(kuò)散物質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)D’*109m2/sO21.80C2H21.56CO21.50CH2COOH0.88NO21.51C2H5OH1.28NH31.76C3H7OH1.00Cl21.22C4H9OH0.87Br21.2C6H5OH0.77H25.13甘油0.84N21.64尿素0.73HCl2.64葡萄糖1.06H2S1.41蔗糖0.60H2SO41.73HNO32.6NaCl1.35NaOH1.51⑵對(duì)流擴(kuò)散渦流擴(kuò)散---在湍流主體體中，憑借借流體質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)的湍動(dòng)與與旋渦而引起的的物質(zhì)傳遞遞現(xiàn)象。對(duì)流擴(kuò)散---湍流主體與與相界面的的分子擴(kuò)散散與渦流擴(kuò)擴(kuò)散兩種傳質(zhì)作作用的總和和。對(duì)流擴(kuò)散特點(diǎn):①擴(kuò)散物質(zhì)主主要借助主主流流體的的攜帶作用用而轉(zhuǎn)移。。②對(duì)流擴(kuò)散速速率比分子子擴(kuò)散速率率大的多，，對(duì)流擴(kuò)散散速率主要取決于于流體的湍湍流程度。。2.吸收傳質(zhì)理理論雙膜理論示示意圖雙膜理論的的基本論點(diǎn)點(diǎn)：①氣液兩流體體間存在著著穩(wěn)定的相相界面，界界面兩側(cè)各各有一有效滯流膜膜層，分別別稱(chēng)為氣膜膜、液膜，，吸收質(zhì)以以分子擴(kuò)散散的方式通過(guò)此此二膜層。。②在相界面處處，氣，液液兩相達(dá)到到平衡。③在膜層以外外的氣，液液兩相中心心區(qū)，流體體充分湍流流，吸收質(zhì)濃度是是均勻，全全部濃度變變化集中在在兩相有效效膜內(nèi)。相際傳質(zhì)過(guò)過(guò)程為經(jīng)由由氣、液兩兩膜的分子子擴(kuò)散過(guò)程程。溶質(zhì)滲透理理論：液體在下流流過(guò)程中每每隔一定時(shí)時(shí)間to發(fā)生一次完完全的混合合，使液體的濃濃度均勻化化。溶質(zhì)在液相相中的濃度度分布第三節(jié)吸收傳質(zhì)速速率方程吸收速率＝一、氣膜和和液膜吸收收速率方程程1.氣膜吸收速速率方程式式2.液膜吸收速速率方程二、總吸收收速率方程程及對(duì)應(yīng)的的總吸收系系數(shù)1.以表表示總推動(dòng)動(dòng)力的吸收收速率方程程式2．以Ｙ－Ｙe表示總推動(dòng)動(dòng)力的吸收收速率方程程3．以表示總推動(dòng)動(dòng)力的吸收收速率方程程4．以表示總推動(dòng)動(dòng)力的總吸吸收速率方方程吸收控制因因素實(shí)例氣膜控制液膜控制雙膜控制水吸收氨NH水或弱堿吸收CO2水吸收SO2水吸收HCLSO2水吸收CL2水吸收丙酮液堿或氨水吸收SO2水吸收O2濃硫酸吸收NO2濃硫酸吸收SO2水吸收H2弱堿吸收H2S吸收速率方方程式一覽覽表吸收系數(shù)的的表達(dá)式及及吸收系數(shù)數(shù)的換算提高吸收效效果的方法法：①提高氣、、液兩相相相對(duì)運(yùn)動(dòng)速速度，降低低氣膜、液液膜的厚度度以減小阻阻力。②選選用用對(duì)對(duì)吸吸收收劑劑溶溶解解度度大大的的溶溶液液作作吸吸收收劑劑。。③適當(dāng)提高供供液量，降低低液相主體中中溶質(zhì)濃度以以增大吸收推推動(dòng)力。④增大氣液相接接觸面積。5．化學(xué)吸收收速率方程化學(xué)吸收步驟驟：①氣相反應(yīng)物ＡＡ由氣相主體體通過(guò)氣膜向向相界面擴(kuò)散散；②反應(yīng)物Ａ由相相界面向液相相擴(kuò)散；③反應(yīng)物Ａ在液液膜內(nèi)或液相相主體與反應(yīng)應(yīng)物Ｂ反應(yīng)，，形成反應(yīng)區(qū)；④反應(yīng)產(chǎn)物Ｒ若若為液相產(chǎn)物物，向液相主主體擴(kuò)散，若若為氣體產(chǎn)物則向界界面擴(kuò)散；⑤氣態(tài)產(chǎn)物由界界面向氣相主主體擴(kuò)散?；瘜W(xué)吸收速率率方程：第四節(jié)吸收收計(jì)算填料塔的工藝藝計(jì)算：①確定吸收劑（（溶劑）的用用量；②計(jì)算塔的主要要工藝尺寸，，包括塔徑和和塔的有效高高度。計(jì)算的基本依依據(jù)：物料衡算，氣氣、液平衡關(guān)關(guān)系及速率關(guān)關(guān)系。假設(shè)條件：①吸收為低濃度度等溫物理吸吸收，總吸收收系數(shù)為常數(shù)數(shù)。②惰性氣體和吸吸收劑在整個(gè)個(gè)吸收塔中均均為常量。③吸收塔中氣、、液兩相逆流流流動(dòng)。逆流吸收塔物物料衡算逆流操作吸收收塔中操作線線一、吸收塔塔的物料衡算算與操作線方方程1．全塔物料衡衡算Y2＝Y(jié)1(1一φA)2．吸收塔的操操作線方程式式與操作線VY+LX1=VY1+LXY=X+(Y1-X1)或二、溶劑用量量的決定吸收塔最小氣氣液比最小液氣比：一般情況下取取溶劑用量為為最小用量的的1.1～2.0倍Lmin=V=(1.1～2.0)()minL=(1.1～2.0)Lmin三、塔徑的計(jì)計(jì)算吸收塔直徑：⑴泛點(diǎn)氣速法對(duì)于散裝填料料：u／uF=0．5～0．85對(duì)于規(guī)整填料料：u／uF=0．6～0．95⑵氣相動(dòng)能因子子(F因子)法氣相負(fù)荷因子子(Cs因子法)D=F=uＣＳ＝uCS=0.8CS,max四、吸收塔高高的計(jì)算1.填料層高度的的基本計(jì)算式式對(duì)微元層內(nèi)組組分Ａ（溶質(zhì)質(zhì)）物料衡算可得：對(duì)于穩(wěn)定操作作的吸收塔，，低組成氣體吸收填料料層高度的基基本式為：Ｚ＝＝微元填料層的的物料衡算Ｚ＝Ｚ＝2.傳質(zhì)單元數(shù)與與傳質(zhì)單元高高度令:則:傳質(zhì)單元數(shù)NＯＧ---反映吸收過(guò)程程進(jìn)行的難易易。傳質(zhì)單元高度度HＯＧ----反映吸收設(shè)備效能能的高低。ＮＯＧ＝ＨＯＧ＝＝傳質(zhì)單元高度度與傳質(zhì)單元元數(shù)3.傳質(zhì)單元數(shù)的的求法⑴脫吸因子法ＮＯＧ＝關(guān)聯(lián)圖⑵對(duì)數(shù)平均推動(dòng)動(dòng)力法△Ym和△Xm分別表示塔頂頂和塔底的氣氣相推動(dòng)力的的對(duì)數(shù)平均值和液相相推動(dòng)力的的的對(duì)數(shù)平均值值?！鳎賛=△Xm=五、吸收塔的的操作與調(diào)節(jié)節(jié)吸收塔可調(diào)節(jié)節(jié)的因素:流量L、溫度T、含量X2增大溶劑用量量,平均推動(dòng)力加加大;降低溶劑溫度度,平均推動(dòng)力增增大;降低溶劑入口口含量,全塔平均推動(dòng)動(dòng)力隨之增大大。吸收塔的操作作調(diào)節(jié)第五節(jié)解吸使溶解于液相相中的氣體釋釋放出來(lái)的操操作稱(chēng)為解吸吸。一、解吸方法法（1）氣提解吸①惰性氣體氣提提---以空氣、氮?dú)鈿?、二氧化碳碳作載氣;②汽提---以水蒸氣作載載氣，同時(shí)兼兼作加熱熱源源;③提餾---以溶劑蒸氣作作為載氣。（2）減壓解吸（3）加熱解吸（4）加熱-減壓解吸二、氣提解吸吸的計(jì)算⑴最小氣液比和和載氣流量的的確定Ｙ＝(X-X２)+Ｙ２Ｙ＝(X-X１)+Y１解吸操作線及及最小液氣比的確定定