PPT環(huán)境工程原理課件(圖文解析)6

第四章吸吸收學習目標了解吸收的的分類、典典型的工業(yè)業(yè)吸收過程程、各種不不同類型的的吸收設備備及吸收在在環(huán)境工程程中的應用用。理解吸收操操作的基本本概念、吸吸收傳質機機理。掌握吸收的相關計算，能運用工程程觀念分析析解決吸收收操作中的的實際問題題。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為氣體體吸收。一、工業(yè)吸吸收過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：①選擇合適適的溶劑。②提供適當當的傳質設設備以實現現氣液兩相相的接觸。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1．物理吸收收與化學吸吸收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)生產中中的吸收過過程以低組組成吸收為為主三、吸收在在環(huán)境治理理中的應用用吸收被廣泛泛地應用于于氣態(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含碳氫化合物物廢氣⑷含硫氫化合物物廢氣四、吸收設設備的主要要類型氣體吸收設設備主要為為板式塔與與填料塔兩兩大類。兩種主要吸吸收設備五、吸收操操作的經濟濟性吸收的操作作費用主要要包括。①氣、液兩相相流經吸收收設備的能能量消耗；；②溶劑的揮發(fā)發(fā)損失和變變質損失；；③溶劑的再生生費用，即即解吸操作作費。這三項以再再生費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、吸收過過程的氣液液相平衡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，吸收質便由氣相相向液相轉轉移，隨著著液體中吸吸收質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。經過相相當長的時時間接觸后，吸吸收速率與與解吸速率率相等，氣液兩相達到平衡。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。幾種常見氣氣體在水中中的溶解度度討論：①不同性質質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，，一般說來來，隨著溫溫度升高，，溶解度下降降；③溫度一定定時，溶解解度隨溶質質分壓升高高而增大，，在吸收系統中，增增大氣相總總壓，組分分的分壓會會升高，溶溶解度也隨隨之加大。結論：溶解度與氣氣體和液體體的性質有有關，而且且與吸收體體系的溫度、總壓和和氣相組成成有關。⑴以p及x表示的平衡衡關系⑵以y及x表示的平衡衡關系⑶以pe及c表示平衡關關系⑷以Y及X表示的平衡衡關系2.化學吸收的的氣液相平平衡化學平衡關關系可以寫寫成Ｋ＝［Ａ］＝∴∵二、相平衡衡與吸收過過程的關系系1．判別過程程的方向判別過程進進行的方向向2.指明過程的的極限x1max=x1e=y1∕m吸收過程極極限3.計算過程的的推動力吸收推動力力三、吸收傳傳質機理吸收過程兩兩相間物質質傳遞的三三個步驟：：①溶質由氣相相主體傳遞遞到兩相界界面，即氣氣相內物質質傳遞。②溶質在界面面上溶解，，由氣相轉轉入液相，，即界面上上發(fā)生溶解過程；；③溶質自界面面被傳遞到到液相主體體，即液相相內物質傳傳遞?？傔^程速率率分別由氣氣相和液相相內的傳質質速率所決決定。1.分子擴散與與對流擴散散⑴分子擴散由分子無規(guī)規(guī)則熱運動動而引起的的物質傳遞遞現象稱為為分子擴散。分子擴擴散速率主主要取決于于擴散物質質和流體的的某些物理理性質。分子擴散速速率與流體體在什么介介質中擴散散有關，在在不同介質中擴散系系數不同；；與擴散的的濃度梯度度、擴散系系數成正比比。擴散物質擴散系數Dcm2/s擴散物質擴散系數Dcm2/sH20.611H2O0.220N20.132C6H60.077O20.178C7H80.076CO20.138CH3OH0.132HCL0.130C2H5OH0.102SO20.103CS20.089SO30.095C2H5OC2H50.078NH30.17一些物質在在空氣中的的擴散系數數（０℃、１０１.３３kPa）一些物質在在水中的擴擴散系數（（２０℃稀)擴散物質擴散系數D’*109m2/s擴散物質擴散系數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對流擴散渦流擴散---在湍流主體體中，憑借借流體質點點的湍動與與旋渦而引起的的物質傳遞遞現象。對流擴散---湍流主體與與相界面的的分子擴散散與渦流擴擴散兩種傳質作作用的總和和。對流擴散特點:①擴散物質主主要借助主主流流體的的攜帶作用用而轉移。。②對流擴散速速率比分子子擴散速率率大的多，，對流擴散散速率主要取決于于流體的湍湍流程度。。2.吸收傳質理理論雙膜理論示示意圖雙膜理論的的基本論點點：①氣液兩流體體間存在著著穩(wěn)定的相相界面，界界面兩側各各有一有效滯流膜膜層，分別別稱為氣膜膜、液膜，，吸收質以以分子擴散散的方式通過此此二膜層。。②在相界面處處，氣，液液兩相達到到平衡。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。相際傳質過過程為經由由氣、液兩兩膜的分子子擴散過程程。溶質滲透理理論：液體在下流流過程中每每隔一定時時間to發(fā)生一次完完全的混合合，使液體的濃濃度均勻化化。溶質在液相相中的濃度度分布第三節(jié)吸收傳質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應的的總吸收系系數1.以表表示總推動動力的吸收收速率方程程式2．以Ｙ－Ｙe表示總推動動力的吸收收速率方程程3．以表示總推動動力的吸收收速率方程程4．以表示總推動動力的總吸吸收速率方方程吸收控制因因素實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的的表達式及及吸收系數數的換算提高吸收效效果的方法法：①提高氣、、液兩相相相對運動速速度，降低低氣膜、液液膜的厚度度以減小阻阻力。②選選用用對對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適當提高供供液量，降低低液相主體中中溶質濃度以以增大吸收推推動力。④增大氣液相接接觸面積。5．化學吸收收速率方程化學吸收步驟驟：①氣相反應物ＡＡ由氣相主體體通過氣膜向向相界面擴散散；②反應物Ａ由相相界面向液相相擴散；③反應物Ａ在液液膜內或液相相主體與反應應物Ｂ反應，，形成反應區(qū)；④反應產物Ｒ若若為液相產物物，向液相主主體擴散，若若為氣體產物則向界界面擴散；⑤氣態(tài)產物由界界面向氣相主主體擴散?；瘜W吸收速率率方程：第四節(jié)吸收收計算填料塔的工藝藝計算：①確定吸收劑（（溶劑）的用用量；②計算塔的主要要工藝尺寸，，包括塔徑和和塔的有效高高度。計算的基本依依據：物料衡算，氣氣、液平衡關關系及速率關關系。假設條件：①吸收為低濃度度等溫物理吸吸收，總吸收收系數為常數數。②惰性氣體和吸吸收劑在整個個吸收塔中均均為常量。③吸收塔中氣、、液兩相逆流流流動。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＝Y1(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、塔徑的計計算吸收塔直徑：⑴泛點氣速法對于散裝填料料：u／uF=0．5～0．85對于規(guī)整填料料：u／uF=0．6～0．95⑵氣相動能因子子(F因子)法氣相負荷因子子(Cs因子法)D=F=uＣＳ＝uCS=0.8CS,max四、吸收塔高高的計算1.填料層高度的的基本計算式式對微元層內組組分Ａ（溶質質）物料衡算可得：對于穩(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.傳質單元數與與傳質單元高高度令:則:傳質單元數NＯＧ---反映吸收過程程進行的難易易。傳質單元高度度HＯＧ----反映吸收設備效能能的高低。ＮＯＧ＝ＨＯＧ＝＝傳質單元高度度與傳質單元元數3.傳質單元數的的求法⑴脫吸因子法ＮＯＧ＝關聯圖⑵對數平均推動動力法△Ym和△Xm分別表示塔頂頂和塔底的氣氣相推動力的的對數平均值和液相相推動力的的的對數平均值值?！鳎賛=△Xm=五、吸收塔的的操作與調節(jié)節(jié)吸收塔可調節(jié)節(jié)的因素:流量L、溫度T、含量X2增大溶劑用量量,平均推動力加加大;降低溶劑溫度度,平均推動力增增大;降低溶劑入口口含量,全塔平均推動動力隨之增大大。吸收塔的操作作調節(jié)第五節(jié)解吸使溶解于液相相中的氣體釋釋放出來的操操作稱為解吸吸。一、解吸方法法（1）氣提解吸①惰性氣體氣提提---以空氣、氮氣氣、二氧化碳碳作載氣;②汽提---以水蒸氣作載載氣，同時兼兼作加熱熱源源;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