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化工原理第5章传质过程与塔设备

文档名称:化工原理第5章传质过程与塔设备
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添加时间:2019/05/14
内容摘要:
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第五章传质过程及塔设备
本章要点
吸收过程的气液相平衡关系传质机理吸收速率吸收塔的计算:物料衡算,吸
收剂用量计算,塔径,填料层高度计算
第五章传质过程及塔设备
传质过程简介气体的吸收吸收塔的计算
传质过程简介
传质过程即物质质量传递的过程。传质过程即物质质量传递的过程。单相传质
仅在一相中发生的物质传递相间传质通过相界面进行的传质过程常见的传质过程
传质过程的方式传质过程的方向与极限传质速率常见传质设备
常见传质过程
溶解、结晶干燥、吸附吸收、蒸馏、精馏萃取液一固气一固气一液液
单相体系中,物质的传递方式:扩散
分子扩散涡流扩散物质靠分子运动从高浓度向低浓度转移靠流体的湍动和涡
流产生位移,实现物质由高浓度向低浓度转移
相间传质
相主体扩散相界面扩散另相界面
如气体吸收
另相主体扩散
传质的方向:相平衡的方向以氨气吸收为例
氨气(浓度低)+空气
传质的极限:相平衡
密闭容器水(溶剂)
在两相分配中,推动力:在两相分配中,偏离平衡的程度
氨气(浓度高)+空气(惰性气体)(溶质,被吸收组分)
氨气(浓度低)+空气
总压
密闭容器水(溶剂)
溶质(A)分压浓度成
大与溶液中A的
氨气(浓度高)+空气(惰性气体)(溶质,被吸收组分)
平衡的气相分压
pA>p*吸收pA大平衡
吸收推动力亦可用浓度差表示动力
传质速率
传质推动力传质阻力
传质速率=传质系数×传质推动力
塔设备填料塔板式塔
上述密闭容器能否用作工业吸收设备?上述密闭容器能否用作工业吸收设备?
可以,但吸收效果不好,原因在于气、液两相接触情况不好对工业吸收设备有什么
要求?对工业吸收设备有什么要求?尽可能提供气、液炳相有足够大的接触面积大
的接触面积,大的接触面积尽可能使气、液两相接触充分接触充分,接触充分尽
可能使气、液两相的传质推动力大传质推动力大(逆流)传质推动力大为达到上述
要求,目前工业上常用的吸收设备为达到上述要求,使塔设备。塔设备
填料塔
在圆柱形壳体内装填一定高度的填料,液体经塔顶喷淋裝置均匀分布于填料层
page I
顶部上,依靠重力作用沿填料表面自上而下流经填料层后自塔底排出;气体则在压
强差推动下穿过填料层的空隙,由塔的一端流向另一端。气液在填料表面接触进行
质、热交换,两相的组成沿塔高连续变化。
溶剂
气体
填料塔
常用的填料可分为散装填料和规整填料两大类。散装填料在塔内可乱堆,也可
以整砌。
拉西环
θ环
鲍尔环
十字环及螺旋环
鞍形填料
阶梯环
规整填料
Corrugated Me tal Plates Packings6400金属板波纹规整填料
小300脉冲规整填料
各种陶瓷规整填料
填料的种类:1、实体填料填料的种类
、网状茣料
板式塔
在圆柱形壳体内按一定间距水平设置若干层塔板,液体靠重力作用自上而下流
经各层板后从塔底排出,各层塔板上保持有一定厚度的流动液层;气体则在压强差
的推动下,自塔底向上依次穿过各塔板上的液层上升至塔顶排出。气、液在塔内逐
板接触进行质、热交换,故两相的组成沿塔高呈阶跃式变化。
气体溶剂
板式塔
D」塔盎
新型塔板、填料
褡板类型错流塔板和逆流塔板
塔板是板式塔的基本构件,决定塔的性能。溢流塔板(错流式塔板):塔板间有
专供液体溢流的降液管(溢流管),横向流过塔板的流体与由下而上穿过塔板的气
体呈错流或并流流动。可获得较高的板效率,但降液管将占去塔板的传质有效面积
影响塔的生产能力。
降液管
液相


逆流塔板(穿流式塔板):塔板间没有降液管,气、液两相同时由塔板上的孔
道或缝隙逆向穿流而过,板上液层高度靠气体速度维持。优点:塔板结构简单,板
上无液面差,板面充分利用,生产能力较大;缺点:板效卒及操作蝉性不及溢流
塔板。
液相

两种塔的比较
填料塔结构简单,气体通过阻力小,便于用耐腐材料制造。板式塔生产能力
大,塔效率稳定,较适合处理量大的系统。气体流过阻力大。
吸收概述吸收中的相平衡关系一一亨利定律吸收速率与传质机理
吸收的依据和目的溶解程度的差异,依据:利用混合气体中各组分在液体中溶
解程度的差异溶解程度大的被吸收,难溶的则被留下了。被吸收的组分称为吸收质
不被吸收的组分成为惰性组分。作用:(1)原料气的净化。(2)有用组分回收。
(3)制备有用溶液。(4)废气治理。吸收塔尾气吸收剂
page
混合气体溶液
、工业吸收过程
必须解决问题:1、选择合适的吸收剂
提供合适的气液传质设备
吸收剂的再生循环使用。
吸收塔解吸塔
吸收剂的选择
溶解度2选择性3挥发度
也越大。溶解度越大,吸收速率越大,吸收剂用量越越少。
吸收剂要対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。挥发度越大,则溶剂损失量越大,分离后气体中含溶剂量
4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。
温度敏感性6其它要求无毒,无腐蚀性,不易燃,不发泡,冰点底,价廉易得,具
有化
学稳定性。
吸收操作的分类
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
度气体吸收本章主要讨论:低浓度单组分等温的物理吸收低浓度单组分等温的物理吸
收。低浓度单组分等温的物理吸收
吸收进行的限度和方向
取决于相平衡关系取决于相平衡关系
稀溶液的气液相平衡关系一一亨利定律亨利定律
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,这就是亨利定律。其表达式为:p*=ExE:亨利系数,由实验测定
单位与压强单位一致。T个E个溶解度↓在同一溶剂中,难溶气体的E值很大,易
溶气体的值则很小。
亨利定律的不同表达形式
C
H=P/Ems
液相中溶质浓度表示
H:溶解度系数,单位:kmol/(kNm
v"=mx
m:相平衡常数
、液相中溶质摩尔分数表示
总压P一定时y*=pさ/P=(E/P)x、=mxm=E
vp个m√溶解度个
液相中溶质摩尔数X=液相中溶剂的摩尔数
气相中溶质摩尔数气相中溶剂的摩尔数
Xx=1+
1+
v.-mx
X=m*1+Y1+X
1+(1m)X
亨利定律是稀溶液定律,则x很小,1+(1-m)X则
=mx
用摩尔比表刁
相平衡与吸收的关系
判断过程进行方向
x=0.05y=0.1y*=0.94Xy*=0.94×0.05=0.047
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