（中職）化工生產(chǎn)單元操作吸收教學(xué)課件2吸收學(xué)習(xí)內(nèi)容吸收原理吸收設(shè)備吸收流程吸收的應(yīng)用單元操作3吸收31、了解吸收的相關(guān)知識(shí)、設(shè)備及在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用；2、理解氣體吸收介質(zhì)——吸收劑的用量及對(duì)氣體吸收的影響；3、掌握氣體吸收的流程、裝置、檢測(cè)儀器等的操作和使用學(xué)習(xí)目標(biāo)與目的單元操作3吸收4任務(wù)1了解氣體吸收在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用一、生活中的氣體溶解現(xiàn)象5任務(wù)1了解氣體吸收在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用氣體吸收定義：利用混合氣體中各組分在液體中溶解度的差異而分離氣體混合物的單元操作氣體吸收實(shí)質(zhì)：讓混合氣中的某一種氣體溶解在特定的溶液中，從而達(dá)到分離的目的。

6任務(wù)1了解氣體吸收在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用氣體的溶解度

1、定義

在一定的溫度和壓力下，混和氣體和液體接觸時(shí)，氣相中的溶質(zhì)便會(huì)向液相轉(zhuǎn)移，而溶于液相中的溶質(zhì)又會(huì)從液相中返回氣相。當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)溶于液相中的溶質(zhì)量與從液相中返回氣相的溶質(zhì)量相等時(shí)，達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡。這時(shí)液相中溶質(zhì)的濃度稱為溶解度。

2、影響氣體溶解度的條件

氣體在液體中的溶解度與氣體和液體的種類、溫度、壓力都有關(guān)系。氣體的溶解度隨溫度升高而減小，隨壓力升高而增大。78任務(wù)1了解氣體吸收在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用氣體吸收分類：

物理吸收：吸收過程溶質(zhì)與溶劑不發(fā)生顯著的化學(xué)反應(yīng)，可視為單純的氣體溶解于液相的過程。如油吸收苯，水吸收CO2、SO2等。

化學(xué)吸收：溶質(zhì)與溶劑有顯著的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。化學(xué)反應(yīng)能大大提高單位體積液體所能吸收的氣體量并加快吸收速率。但溶液解吸再生較難。9任務(wù)1了解氣體吸收在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用二、吸收操作在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用分離混合氣體凈化氣體工業(yè)廢氣的治理工業(yè)應(yīng)用回收有價(jià)值氣體10任務(wù)1了解氣體吸收在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用吸收應(yīng)用實(shí)例——?dú)怏w吸收法生產(chǎn)稀硝酸氮氧化物依次經(jīng)過三個(gè)換熱器，冷卻后先進(jìn)入第一吸收塔，再進(jìn)入第二吸收塔。在這個(gè)吸收過程中，目的是要把氮氧化物中的二氧化氮（NO2）分離出來。從圖中可以看出，在吸收塔中是用水作為吸收劑的，水從塔頂噴淋下來，在吸收塔內(nèi)與氮氧化物混合氣逆流接觸，混合氣中的二氧化氮（NO2）溶于水中，溶解了二氧化氮（NO2）的水溶液就是產(chǎn)品稀硝酸。任務(wù)2認(rèn)識(shí)吸收流程吸收流程

右圖為吸收過程的簡(jiǎn)單示意圖,從圖中我們看到的主要設(shè)備是吸收塔,含有兩個(gè)組分A和B的混合氣體從塔底部進(jìn)入吸收塔,在吸收塔內(nèi)完成吸收過程后，吸收尾氣從塔頂排出。吸收劑S從塔頂進(jìn)入，在吸收塔內(nèi)吸收了某個(gè)組分后從塔底排出，得到吸收液(S+A)11任務(wù)2認(rèn)識(shí)吸收流程流程相關(guān)概念吸收質(zhì)（或溶質(zhì)）：混合氣體中溶解在吸收劑中的組分，用A表示；惰性組分：不能溶解的組分，用B表示；吸收劑：又稱為溶劑，用S表示；吸收液：吸收了溶質(zhì)后的溶液，由溶劑和溶質(zhì)組成；吸收尾氣：從吸收塔頂排出的氣體，主要是由惰性組分和少量未被吸收的吸收質(zhì)組成12任務(wù)2認(rèn)識(shí)吸收流程右圖表示的是能夠?qū)⑽談┗厥赵倮玫奈昭b置。在這套裝置中，除了吸收塔之外，還多了一個(gè)吸收劑再生裝置。從塔底排出的吸收液進(jìn)入再生裝置后，將吸收的組分釋放出來，這個(gè)組分就成為產(chǎn)品，吸收劑又送回吸收塔內(nèi)重復(fù)利用。13帶有吸收劑回收裝置的吸收流程任務(wù)3吸收過程的計(jì)算一、學(xué)習(xí)吸收質(zhì)濃度的表示方法及換算方法1、摩爾分?jǐn)?shù)混合物中某組分的摩爾數(shù)占混合物總摩爾數(shù)的分率稱為該組分的摩爾分?jǐn)?shù)，以符號(hào)表示。組分i的摩爾分?jǐn)?shù)為：

式中:n------混合物總摩爾數(shù)，kmol。14任務(wù)3吸收過程的計(jì)算2、摩爾比

混合物中某組分摩爾數(shù)與惰性組分摩爾數(shù)的比值稱為該組分的摩爾比，以符號(hào)表示。若混合物中除組分i外，其余為惰性組分，則組分i的摩爾比為：

式中:------組分i的摩爾比； ------混合物中惰性組分的摩爾數(shù)，kmol。任務(wù)3吸收過程的計(jì)算3、摩爾分?jǐn)?shù)與摩爾比的換算方法

同樣，當(dāng)混合物為氣態(tài)時(shí)，常以Y表示氣相的摩爾比。

任務(wù)3吸收過程的計(jì)算二、吸收劑用量的計(jì)算對(duì)吸收塔進(jìn)行物料衡算，得到吸收劑用量計(jì)算式：

式中：V------進(jìn)入吸收塔的惰性氣體量，kmol/h；

L------進(jìn)入吸收塔的吸收劑用量，kmol/h；

Y1------進(jìn)塔混合氣中吸收質(zhì)的摩爾比；

Y2------出塔吸收尾氣中吸收質(zhì)的摩爾比；

X1------出塔吸收液中吸收質(zhì)的摩爾比；

X2-----進(jìn)塔吸收劑中吸收質(zhì)的摩爾比。

任務(wù)3吸收過程的計(jì)算三、吸收劑用量對(duì)吸收過程的影響

1、吸收劑用量L與吸收液濃度X1

通常在吸收過程中，待分離的混合氣中溶質(zhì)的摩爾比Y1以及混合氣的流量V是由生產(chǎn)任務(wù)確定的，吸收生產(chǎn)的要求一般是：在選定吸收劑的條件下，分離混合氣，并達(dá)到一定的吸收率，也就是要求出塔尾氣中溶質(zhì)的摩爾比Y2要達(dá)到規(guī)定的數(shù)值。在這些條件下，吸收劑用量的多少對(duì)吸收液中溶質(zhì)的濃度會(huì)產(chǎn)生什么影響呢？下面我們通過吸收劑用量計(jì)算式進(jìn)行分析。

任務(wù)3吸收過程的計(jì)算或：

L/V稱為液氣比，是指處理單位惰性氣體所需要的吸收劑用量。液氣比對(duì)于吸收操作來說，是一個(gè)重要的生產(chǎn)控制參數(shù)?？梢钥闯龉街械腣、Y1、X2這幾個(gè)參數(shù)是生產(chǎn)任務(wù)要求的，出塔尾氣中的吸收質(zhì)摩爾比Y2可以通過吸收率計(jì)算得出，吸收率與Y2的關(guān)系為：任務(wù)3吸收過程的計(jì)算或

從公式可以看出：只要生產(chǎn)任務(wù)中給出吸收率，出塔尾氣中吸收質(zhì)的摩爾比Y2就可以確定了，那么計(jì)算式中只有和吸收劑用量L是與生產(chǎn)控制有關(guān)的。任務(wù)3吸收過程的計(jì)算結(jié)論

通過對(duì)吸收劑用量的計(jì)算公式可以得出：增大吸收劑用量L，出塔吸收液中溶質(zhì)的摩爾比X1就減小，減小吸收劑用量L，出塔吸收液中溶質(zhì)的摩爾比X1就增大。任務(wù)3吸收過程的計(jì)算2、最小吸收劑用量最小吸收劑用量：對(duì)一定的生產(chǎn)任務(wù)，溶解在吸收劑中的溶質(zhì)量是不變的，如果吸收劑用量多，則吸收液中溶質(zhì)的濃度就小，而吸收劑用量減小，則吸收液中溶質(zhì)的濃度就增大，當(dāng)吸收液中溶質(zhì)濃度達(dá)到飽和時(shí)，溶解在吸收液中的溶質(zhì)量就不再增加，這時(shí)的吸收劑用量就稱為最小用量。任務(wù)3吸收過程的計(jì)算最小吸收劑用量的計(jì)算式如下： ------最小吸收劑用量；------吸收液中溶質(zhì)的飽和濃度，即飽和時(shí)的摩爾比，可以用相平衡方程計(jì)算得到，即：------相平衡常數(shù)任務(wù)3吸收過程的計(jì)算結(jié)論

通過討論，可得出：減少吸收劑用量是有限度的，這個(gè)限度是保證正常生產(chǎn)的基本條件，吸收劑的用量不能小于最小吸收劑用量。因此在生產(chǎn)中要同時(shí)兼顧生產(chǎn)要求和生產(chǎn)成本，也就是要保證產(chǎn)品質(zhì)量，還要降低生產(chǎn)成本，這才是最合理的生產(chǎn)管理理念。任務(wù)3吸收過程的計(jì)算3、液氣比的確定在吸收操作中，液氣比是一個(gè)重要的操作控制參數(shù)，調(diào)節(jié)的前提是確保達(dá)到預(yù)期的分離要求，適宜液氣比的選擇是由經(jīng)濟(jì)衡算來確定的，要使操作過程中的設(shè)備費(fèi)用與操作費(fèi)用之和為最小，通常適宜的液氣為（1.1～2.0）倍的最小液氣比。任務(wù)3吸收過程的計(jì)算四、氣液相平衡關(guān)系—亨利定律在吸收過程中，當(dāng)氣液兩相間的傳質(zhì)達(dá)到平衡時(shí)，它們之間的關(guān)系稱為氣液相平衡關(guān)系。相平衡關(guān)系可用亨利定律來表示。1.亨利定律（p-x）溶質(zhì)在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)亨利系數(shù)，kPa溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓，kPa

任務(wù)3吸收過程的計(jì)算討論：1）E的影響因素：溶質(zhì)、溶劑、T

物系一定，2）E大的，溶解度小，難溶氣體E小的，溶解度大，易溶氣體3）E的來源：實(shí)驗(yàn)測(cè)得；查手冊(cè)任務(wù)3吸收過程的計(jì)算結(jié)論

通過亨利定律可以知道，易溶氣體的亨利系數(shù)較小，難溶氣體的亨利系數(shù)較大。亨利系數(shù)E隨溫度升高而增大，隨壓力增大而減小。任務(wù)3吸收過程的計(jì)算2.相平衡關(guān)系式式中:Y*------平衡時(shí)氣相中溶質(zhì)的摩爾比；X------液相中溶質(zhì)的摩爾比對(duì)于稀溶液，上式可以簡(jiǎn)化為：任務(wù)3吸收過程的計(jì)算將相平衡關(guān)系式標(biāo)繪于Y-X的直角坐標(biāo)系中，即得到吸收過程的相平衡線，即吸收平衡線，如下圖所示。根據(jù)吸收平衡線，我們可以判定吸收過程進(jìn)行的程度和方向。XYY*=ｆ（x）

吸收相平衡線任務(wù)3吸收過程的計(jì)算AXYX*Y*圖1XX*YY*B圖2X(X*)Y(Y*)C圖3任務(wù)3吸收過程的計(jì)算討論：

1）在圖1中，A點(diǎn)位于平衡線上方區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)，，屬于吸收過程。2）在圖2中，B點(diǎn)位于平衡線下方區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)，，屬于解吸過程。3）在圖3中，C點(diǎn)位于平衡線上，此時(shí)，過程處于平衡狀態(tài)。任務(wù)3吸收過程的計(jì)算五、影響吸收速率的因素吸收速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)單位相傳質(zhì)面積上吸收的溶質(zhì)量，稱為A組分的傳遞速率，以NA表示，單位為kmol/(m2·s)。吸收速率方程：表示吸收速率與吸收推動(dòng)力之間的關(guān)系式。1、氣膜吸收速率方程式kg—推動(dòng)力為分壓差的氣相傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(sm2kPa)；ky—推動(dòng)力為摩爾分率之差的氣相傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(sm2)；kY—推動(dòng)力為摩爾比濃度差的氣相傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(sm2)；p、y、Y—溶質(zhì)A在氣相主體的分壓(kPa)、摩爾分率和摩爾比；pi

、yi、Yi—溶質(zhì)A在界面氣相側(cè)的分壓(kPa)、摩爾分率和摩爾比。任務(wù)3吸收過程的計(jì)算任務(wù)3吸收過程的計(jì)算2、液膜吸收速率方程式kc—推動(dòng)力為摩爾濃度差的液相傳質(zhì)系數(shù)，m/s；kx—推動(dòng)力為摩爾分率之差的液相傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(sm2)；kX—推動(dòng)力為摩爾比之差的液相傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(sm2)；c、x、X—溶質(zhì)A在液相主體的摩爾濃度、摩爾分率和比摩爾濃度；ci、xi、Xi—溶質(zhì)A在界面液相側(cè)的摩爾濃度、摩爾分率和比摩爾濃度。任務(wù)3吸收過程的計(jì)算3、總吸收速率方程式式中：或------吸收總阻力；或------吸收總推動(dòng)力

任務(wù)3吸收過程的計(jì)算六.吸收機(jī)理—雙膜理論雙膜模型（雙膜阻力模型）的基本論點(diǎn)（假設(shè)）氣液兩相間有一穩(wěn)定的相界面，界面兩側(cè)存在穩(wěn)定的氣膜和液膜層，溶質(zhì)以分子擴(kuò)散方式通過二膜層。相界面上的氣、液兩相互成平衡，即pi=f(ci)。

氣、液兩相主體中，流體充分湍動(dòng)，溶質(zhì)主要以渦流擴(kuò)散的形式傳質(zhì)，沒有任何形式的擴(kuò)散阻力，即認(rèn)為兩相主體中濃度梯度為零，擴(kuò)散阻力全部集中在兩個(gè)膜層內(nèi)。任務(wù)3吸收過程的計(jì)算對(duì)流擴(kuò)散對(duì)流擴(kuò)散分子擴(kuò)散分子擴(kuò)散根據(jù)雙膜理論，吸收質(zhì)從氣相主體中以對(duì)流擴(kuò)散的方式到達(dá)氣膜邊界，又以分子擴(kuò)散的方式通過氣膜到達(dá)氣液界面，在界面上吸收質(zhì)不受任何阻力從氣相進(jìn)入液相，然后以分子擴(kuò)散的方式穿過液膜到達(dá)液膜邊界，最后以對(duì)流擴(kuò)散的方式轉(zhuǎn)移到液相主體。雙膜模型任務(wù)3吸收過程的計(jì)算雙膜理論將兩流體相際傳質(zhì)過程簡(jiǎn)化為經(jīng)兩膜層的穩(wěn)定分子擴(kuò)散的串聯(lián)過程。對(duì)吸收過程則為溶質(zhì)通過氣膜和液膜的分子擴(kuò)散過程。任務(wù)4認(rèn)識(shí)各類吸收設(shè)備概述（Introduction）

氣液傳質(zhì)設(shè)備的基本功能：形成氣液兩相充分接觸的相界面，使質(zhì)、熱的傳遞快速有效地進(jìn)行，接觸混合與傳質(zhì)后的氣、液兩相能及時(shí)分開，互不夾帶等。氣液傳質(zhì)設(shè)備的分類：氣液傳質(zhì)設(shè)備的種類很多，按接觸方式可分為連續(xù)（微分）接觸式（填料塔）和逐級(jí)接觸式（板式塔）兩大類，在吸收和蒸餾操作中應(yīng)用極廣。任務(wù)4認(rèn)識(shí)各類吸收設(shè)備任務(wù)4認(rèn)識(shí)各類吸收設(shè)備操作原理：在圓柱形殼體內(nèi)裝填一定高度的填料，液體經(jīng)塔頂噴淋裝置均勻分布于填料層頂部上，依靠重力作用沿填料表面自上而下流經(jīng)填料層后自塔底排出；氣體則在壓強(qiáng)差推動(dòng)下穿過填料層的空隙，由塔的一端流向另一端。氣液在填料表面接觸進(jìn)行質(zhì)、熱交換，兩相的組成沿塔高連續(xù)變化。填料塔（PackedTower）

溶劑填料塔氣體任務(wù)4認(rèn)識(shí)各類吸收設(shè)備任務(wù)4認(rèn)識(shí)各類吸收設(shè)備1.填料（Towerpacking）填料塔的核心，是氣液兩相接觸進(jìn)行質(zhì)、熱傳遞的場(chǎng)所。填料的流體力學(xué)和傳質(zhì)性能與填料的材質(zhì)、大小和幾何形狀緊密相關(guān)，材質(zhì)一定時(shí)，表征填料特性的數(shù)據(jù)主要有：任務(wù)4認(rèn)識(shí)各類吸收設(shè)備任務(wù)4認(rèn)識(shí)各類吸收設(shè)備4）堆積密度p

：?jiǎn)挝惑w積填料的質(zhì)量(kg/m3)。在機(jī)械強(qiáng)度允許的條件下，填料壁要盡量薄，以減小填料的堆積密度，從而既可降低成本又可增加空隙率。機(jī)械強(qiáng)度大，化學(xué)穩(wěn)定性好以及價(jià)格低廉等也是優(yōu)良填料應(yīng)盡量兼有的性質(zhì)。注意：一些難以定量表達(dá)的因素(幾何形狀)對(duì)填料的流體力學(xué)和傳質(zhì)性能也有重要的影響。新型填料的開發(fā)一般是改進(jìn)填料幾何形狀使之更為合理，從而獲得高的填料效率。

任務(wù)4認(rèn)識(shí)各類吸收設(shè)備任務(wù)4認(rèn)識(shí)各類吸收設(shè)備任務(wù)4認(rèn)識(shí)各類吸收設(shè)備任務(wù)4認(rèn)識(shí)各類吸收設(shè)備任務(wù)4認(rèn)識(shí)各類吸收設(shè)備任務(wù)4認(rèn)識(shí)各類吸收設(shè)備4.填料塔的附屬結(jié)構(gòu)（1）填料支承板（Packingsupportplate）用以支承填料的部件。它應(yīng)具有：(1)足夠的機(jī)械強(qiáng)度以承受設(shè)計(jì)載荷量，支承板的設(shè)計(jì)載荷主要包括填料的重量和液泛狀態(tài)下持液的重量。(2)足夠的自由面積以確保氣、液兩相順利通過?？傞_孔面積應(yīng)盡可能不小于填料層的自由截面積。開孔率過小可導(dǎo)致液泛提前發(fā)生。一般開孔率在70%以上。任務(wù)4認(rèn)識(shí)各類吸收設(shè)備任務(wù)4認(rèn)識(shí)各類吸收設(shè)備（2