第九章 气体吸收
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化工原理之气体吸收气体吸收是化工过程中常用的一种物理操作,它指的是将气体从气相吸收到液相中。
气体吸收广泛应用于环境工程、化工工艺、能源工程等领域,例如废气处理、石油炼制、烟气脱硫等。
一、气体吸收的基本原理气体吸收的基本原理是气体和液体之间的质量传递过程。
气体吸收的过程中,气体溶质分子通过气相和液相之间的传质界面传递到溶液中,从而实现气体从气相到液相的转移。
气体吸收的速度由以下几个因素决定:1.液相溶剂的性质:液相溶剂的挥发性、表面张力、黏度和溶解度等性质都会影响气体吸收的速度。
通常情况下,挥发性较强的溶剂对气体的吸收速率较快。
2.溶剂和气体溶质之间的亲和力:溶剂和气体溶质之间的亲和力越强,气体吸收速度越快。
3.传质界面的面积和传质界面的厚度:传质界面的面积越大,气体吸收速度越快;传质界面的厚度越薄,气体吸收速度越快。
4.溶解度:气体的溶解度越高,气体吸收速度越快。
5.气体浓度梯度:气体浓度梯度越大,气体吸收速度越快。
二、气体吸收的设备常见的气体吸收设备包括吸收塔、吸收柱和吸附塔等。
1.吸收塔:吸收塔是最常用的气体吸收设备之一,它主要由一个塔体和填料层组成。
气体通过底部进入吸收塔,液体从塔顶滴入塔体中。
在填料层的作用下,气体和液体之间的接触面积增加,从而促进气体的传质。
通过提供充分的接触时间和表面积,吸收塔可以实现高效的气体吸收。
2.吸收柱:吸收柱通常用于含有反应过程的气体吸收。
与吸收塔类似,吸收柱也包含一个塔体和填料层。
区别在于,吸收柱还包括一个液相反应器,用于在吸收气体的同时进行反应。
3.吸附塔:吸附塔是另一种常用的气体吸收设备,主要用于吸附分离等工艺中。
吸附过程通过吸附剂将目标气体吸附在其表面上实现。
吸附塔通常由多个吸附层和吸附剂床组成,气体从底部进入吸附塔,经过吸附剂床后,被吸附物质从气相转移到固相中,从而实现气体吸附。
三、气体吸收的应用气体吸收在化工工艺中有着广泛的应用。
1.废气处理:气体吸收是一种有效的废气处理方法,可用于去除废气中的有害污染物,如二氧化硫、氮氧化物等。
气体吸收知识点总结一、气体吸收的基本原理气体吸收是一种物理与化学相结合的过程,其基本原理主要包括气体与溶剂之间的质传和能传。
质传是指气体分子在气-液界面附近的扩散传输,包括气体分子的渗透、重新吸附和溶解等过程。
能传是指气体分子在溶液中释放或吸收能量,从而参与到化学反应中。
对于溶液吸收来说,通常会发生溶解、吸附、反应等过程。
在气体吸收过程中,溶剂的选择是十分重要的。
常用的溶剂包括水、乙醇、甲醇、丙酮等。
不同的溶剂对于不同的气体有着不同的选择,具体的选择需要考虑其溶解度、选择性、毒性、成本等因素。
二、影响气体吸收的因素1. 气体性质气体的性质对气体吸收的影响十分显著。
例如,气体的溶解度、扩散系数、表面张力等均会影响气体在溶液中的吸收速率。
2. 溶剂性质不同的溶剂对气体的溶解度不同,对于不同的气体有不同的选择。
此外,溶剂的粘度、温度、酸碱性等也会影响气体的溶解和吸收速率。
3. 操作条件操作条件包括温度、压力、气体流量、溶液浓度等。
这些操作条件对气体吸收的速率、效率、能耗等方面都有着重要的影响。
4. 设备结构设备结构对气体吸收的效率、能耗、稳定性等都有很大的影响。
例如,吸收塔的塔板设计、填料结构、液体循环方式等都会对气体吸收过程产生影响。
5. 质量传递模式质量传递模式包括气体-液体相间的传递和气体在液相中的扩散传递。
传质速率和传质方式会对气体吸收过程产生影响。
6. 气液接触方式气液接触方式包括气液接触面积、气液接触时间等。
这些因素直接影响着气体分子与溶剂分子之间的相互作用过程。
三、气体吸收的工艺方法根据气体吸收过程中气体与溶剂之间的相互作用方式,气体吸收的工艺方法主要包括物理吸收、化学吸收和生物吸收等。
1. 物理吸收物理吸收是指气体分子在溶剂中的溶解和吸附过程。
物理吸收的主要方式包括分子间力作用(如范德华力、静电作用)和气液相间传递。
常见的物理吸收方法包括吸附、解吸、扩散等过程。
物理吸收主要应用于一些低气体浓度和不易发生化学反应的气体分离和净化。
气体吸收的原理应用1. 气体吸收的概述•气体吸收是一种常见的分离和纯化气体的方法。
•气体吸收的原理是通过气体分子在液体中的溶解来实现。
•气体吸收可以应用于多个工业领域,如环保、化工、制药等。
2. 气体吸收的原理•气体吸收的原理基于亨利定律,即气体在液体中的溶解度与气体的分压成正比。
•在气液界面,气体分子与液体分子发生相互作用,使气体分子从气相转移到液相。
•气体溶解度受到温度、压力和溶液性质的影响。
3. 气体吸收的应用3.1 环境保护•气体吸收在环境保护中起到重要作用。
•通过气体吸收可以去除大气中的污染物,如二氧化硫、氮氧化物等。
•采用适当的吸收剂,可以高效地将污染物吸收到液体中,减少对大气的污染。
3.2 化工工艺•在化工工艺中,气体吸收常用于纯化和分离气体。
•比如,酸碱气体可以通过吸收与液体中的酸碱反应来进行分离。
•气体吸收还可以用于去除废气中的有害物质,提高产品质量。
3.3 制药工业•在制药工业中,气体吸收常用于分离和纯化药品。
•比如,离子交换树脂可以通过吸收气体中的杂质来提高药品的纯度。
•气体吸收还可以用于去除反应过程中的副产物,提高产品的纯度和产率。
4. 气体吸收实验•进行气体吸收实验可以更好地理解气体吸收的原理和应用。
•实验材料包括气体源、吸收器、溶液和测量设备。
•实验步骤包括设定好实验条件、将气体通入吸收器、记录吸收效果等。
•实验结果可以通过计算和观察来获得。
5. 气体吸收设备•在实际应用中,气体吸收需要使用到特定的设备。
•常见的气体吸收设备有吸收塔、填料塔和液罐等。
•这些设备可以提供较大的气液接触面积,实现高效的气体吸收效果。
6. 气体吸收的优势和限制•气体吸收具有高效、灵活、节能等优势。
•然而,气体吸收也存在一些限制,如需要消耗大量的溶液、设备投资较大等。
7. 结论•气体吸收作为一种常见的气体分离和纯化方法,具有广泛的应用领域。
•进一步研究和应用气体吸收技术,有助于提高环境保护、化工工艺和制药工业的效率和效果。
四 川 大 学 教 案
【理、工科】
周 次 第 1 周, 第 1 次课 2005 年 8 月 30 日 备 注
章 节 名 称 第九章 气体吸收
授 课 方 式 理论课(√);实践课( );实习( ) 教 学
时 数
2
教
学
目
的
及
要
求
让学生了解工业吸收过程,吸收的目的及原理,吸收
操作中的基本概念,吸收操作经济性等。
掌握吸收过程的气液相平衡知识。
教 学 内 容 提 要
时 间
分 配
9.1 概论 工业吸收过程; 吸收基本原理、气液两相接触方式; 吸收在工业中的应用; 吸收的分类; 吸收操作经济性 9.2 吸收过程的气液相平衡 浓度常用的表示方法及其换算; 气体在液体中的溶解度及影响因素; 亨利定律、相平衡关系的四种表达形式; 45min
45min
第9-1页
教
学
重
点
与
难
点
重点:工业吸收过程; 吸收基本原理及目的; 气液两相接触方式; 浓度常用的表示方法及其换算; 吸收过程的气液相平衡。 难点:吸收过程的气液相平衡。 备 注
讨
论
、
练
习
、
作
业
作业:《化工原理》下,p54:1、2、3—相平衡关系
教
学
手
段
多媒体教学:通过录像资料介绍吸收目的,工厂中的吸收装置;
采用动画形象地介绍气液两种流体在设备内的
流动状况及塔设备大致的内部结构。
参
考
资
料
1、 《化学工程手册》编辑委员会著,化学工程手册第13篇
气液传质设备,北京:化学工业出版社,1989
2、B.M.拉姆著,刘凤志、于学舜译,气体吸收
北京:化学工业出版社,1985
注:教案按授课次数填写,每次授课均应填写一份。重复班授课可不另填写教案。
第9-2页
四 川 大 学 教 案
【理、工科】
周 次 第 1 周, 第 2 次课 2005 年 9 月 2 日 备 注
章 节 名 称 第九章 气体吸收 9.2.3 气液相平衡关系的应用; 9.3 吸收传质理论及传质速率方程
授 课 方 式 理论课(√);实践课( );实习( ) 教 学
时 数
2
教
学
目
的
及
要
求
让学生利用气液相平衡关系,正确表达传质推动力、
判断传质方向及传质极限。
了解相际传质步骤及传质理论(双膜理论);
掌握相内及相际的传质速率方程式的表达,传质系数
的意义。
教 学 内 容 提 要
时 间
分 配
复习 9.2 吸收过程的气液相平衡 相平衡关系在传质中的应用—— 传质的方向、推动力及限度 9.3 吸收传质理论及传质速率方程 相际传质步骤及传质理论; 相内和相际的传质速率方程式; 相际(相内)传质系数间的换算,相际传质系数和相内传质系数的关系; 气相扩散控制和液相扩散控制。 ~10min
~15min
~65min
第9-3页
教 重点: 备 注
学 重 点 与 难 点 1、相平衡关系在传质中的应用——
传质的方向、推动力及限度
2、相内和相际的传质速率方程式;
3、气相扩散控制和液相扩散控制。
难点:
1、相际传质推动力基准一致的问题
2、由于浓度表达的多样性,导致了速率表达是众多纷杂,要
让同学透过现象看本质,掌握其规律。
讨
论
、
练
习
、
作
业
课堂讨论:相际吸收过程与间壁传热过程的异同
课后准备讨论题:
1、难溶气体的界面浓度xi、yi接近于那种浓度?
2、如何表达
总推动力液(气)相推动力,气相阻力液相阻力,
气相推动力
液相推动力
作业:《化工原理》下,p54:5——相平衡关系
教
学
手
段
通过复习讨论,比较相际吸收过程与间壁传热过程的异
同,使同学们更好的理解传质过程的特点。
参
考
资
料
注:教案按授课次数填写,每次授课均应填写一份。重复班授课可不另填写教案。
第9-4页
四 川 大 学 教 案
【理、工科】
周 次 第 2 周, 第 1 次课 2005 年 9 月 6 日 备 注
章 节 名 称 第九章 气体吸收 9.4 吸收塔的计算
授 课 方 式 理论课(√);实践课( );实习( ) 教 学
时 数
2
教
学
目
的
及
要
求
要求学生掌握利用物料衡算得到吸收操作线方程的方
法,正确理解吸收操作线方程的物理意义及其应用;
掌握吸收剂用量的计算及其经济性讨论;
了解填料层高度的基本计算式。
教 学 内 容 提 要
时 间
分 配
复习讨论 9.4 吸收塔的计算 9.4.1 物料衡算和吸收操作线方程 9.4.2 吸收剂用量的确定 9.4.3 填料层高度的基本计算式 ~20min
~25min
~30min
第9-5页
教
学
重
点
与
难
点
重点:物料衡算和吸收操作线方程;
吸收剂用量的确定;
计算基准的一致性。
难点:计算基准的一致性。
备 注
讨
论
、
练
习
、
作
业
作业:《化工原理》下,
p55:7、10、13——物料衡算和吸收操作线方程相平衡关系
教
学
手
段
参
考
资
料
注:教案按授课次数填写,每次授课均应填写一份。重复班授课可不另填写教案。
第9-6页
四 川 大 学 教 案
【理、工科】
周 次 第 2 周, 第 2 次课 2005 年 9 月 9 日 备 注
章 节 名 称 第九章 气体吸收 9.4 吸收塔的计算
授 课 方 式 理论课(√);实践课( );实习( ) 教 学
时 数
2
教
学
目
的
及
要
求
要求学生掌握低浓度气体吸收填料层高度的计算方
法;传质单元高度和传质单元数的概念及其意义;平衡线
为直线时传质单元数的计算。
教 学 内 容 提 要
时 间
分 配
复习 9.4 吸收塔的计算 9.4.4 低浓度气体吸收填料层高度的计算 传质单元高度和传质单元数的定义及其意义; 不同基准下传质单元高度的换算; 传质单元数的计算。 ~10min
~30min
~10min
第9-7页
教
学
重
点
与
难
点
重点:传质单元高度和传质单元数的定义及其意义;
平衡线为直线时传质单元数的计算。
难点:对平衡线为直线时三种计算传质单元数方法的正确选取
及其推导思路。
备 注
讨
论
、
练
习
、
作
业
作业:《化工原理》下,
p55:14、16、21——填料层高度计算
教
学
手
段
参
考
资
料
注:教案按授课次数填写,每次授课均应填写一份。重复班授课可不另填写教案。
第9-8页