专题十四 吸收尾气浓度的控制（课件）-《化工单元操作》（化工社）专题复习讲练测

专题十四 吸收尾气浓度的控制 《化工单元操作》（第1版）化工社 专题复习讲练测 1 一.考纲解读 二.知识点梳理和重点概念复习 三.真题或常考题讲解 四.课内练习及讲评 五.内容归纳小结 CONTENTS 01 一.考纲解读 02 二.知识点梳理和重点概念复习 03 三.常考习题练习与讲解 04 四.课内练习与讲解 05 五.课堂小结 目录 考纲解读 01 简述双膜理论的主要内容。分析可从哪些方面提高吸收速率，并阐述原理。 影响吸收操作的因素，气流速度对吸收操作的影响及原因。 列举吸收塔操作调节的方法及适用情况。 正常停车的步骤及注意事项。 常见考点： 01 1.理解双膜理论的主要内容，包括气液两相间的传质过程及关键假设。 02 03 考纲解读 01 2.掌握气流速度、喷淋密度、温度、压力等因素对吸收操作的具体影响，能够结合实际情况解释其作用机制。 3.准确描述填料塔正常停车、紧急停车和长期停车的步骤及注意事项，并能分析不同停车方式的适用情况。 考试要求： 考纲解读 01 选择题 吸收速率的计算公式中不涉及哪个参数、 双膜理论中气液两相间的传质阻力主要集中在 简答题 列举三种提高吸收速率的途径并说明其原理、分析气流速度喷淋密度温度压力对吸收操作的影响 分析题 给出一个具体的吸收尾气浓度控制的案例，要求学生分析影响吸收操作的因素，提出提高吸收速率的方法，并针对可能出现的停车情况制定相应的操作方案 易考题型： [图片] 考纲解读 01 知识点思维导图： [图片] 知识点梳理和重点概念复习 02 一、双膜理论 双膜理论是描述在吸收过程中如何将溶质从气相转移到液相的最普遍的一个假设，其基本要点如下： 气液两相间共有一稳定的相界面，在相界面的两侧分别存在稳定的气膜和液膜。膜内流体作层流流动，双膜以外的区域为气相主体和液相主体，主体内流体处于湍动状态，此处主要依据涡流扩散进行物质的传递。 在气液两相的界面上，吸收质在两相间总是处于平衡状态，传质无阻力。 由于湍动的效果，主体内任一截面上浓度分布均匀，双膜内层流主要依靠分子扩散传递物质，浓度变化大。 知识点梳理： [图片] 知识点梳理和重点概念复习 02 二、提高吸收速率的途径 根据双膜理论可知，提高吸收速率的途径主要有以下几方面： 提高气液两相的流速，降低气膜、液膜的厚度以 减小阻力； 选用对吸收溶解度大的液体作吸收剂； 适当提高供液量，降低液相主体中吸收质浓度以 增大吸收推动力； 增大气液相接触面积。 知识点梳理： 知识点梳理和重点概念复习 02 三、影响吸收操作的因素 知识点梳理： 喷淋密度 气流速度 A 影响吸收操作的因素 E B D C 温度 吸收剂纯度 压力 知识点梳理和重点概念复习 02 气流速度的影响 -气流速度过小，气体湍动程度不充分，不利于吸收。气流速度过大，又会造成雾沫夹带甚至液泛，使气液接触传质效率降低，甚至无法操作。因此对每个塔应选择一个适宜的气流速度。 喷淋密度的影响-单位时间内，单位塔截面积上所接受的液体喷淋量称为喷淋密度，其大小直接影响到气体吸收效果的好坏。喷淋密度过小，填料表面不能被充分润湿，从而降低有效传质面积，严重时会使产品达不到分离要求。若喷淋密度过大，则流体流动阻力增加，有时会形成壁流和沟流现象，甚至会引起液泛；同时，喷淋密度过大，意味着吸收剂用量增加，操作费用也随之提高。因此，应选择适宜的喷淋密度，从而保证填料表面的充分润湿和良好的气液接触状态。 知识点梳理： 知识点梳理和重点概念复习 02 温度的影响-低温有利于吸收。大多数气体吸收都是放热过程，因此在吸收塔内或塔前设置冷却器可降低吸收剂温度。然而若吸收剂的温度过低，不仅会增加能耗，而且会增大吸收剂的黏度，使得流动性能变差，进而影响气液间的传质。过低的吸收剂温度对解吸也会造成一定的难度。因此，对于给定的吸收任务，应综合考虑各种因素，选择一个适宜的吸收剂温度。 压力的影响-高压有利于吸收，增大吸收压力，会提高吸收推动力，有利于吸收。然而过高的压力，要求设备具有较高的抗压能力，增加了设备的投资费用。同时，较高的压力需要消耗较多的动力，使操作费用也相应增加。因此在实际生产过程中，应根据具体的实际情况，确定合理的压力操作条件。 知识点梳理： [图片] 知识点梳理和重点概念复习 02 五、吸收-解吸装置正常停车 正常停车又叫短期停车或临时停车，一般的步骤如下： 通告系统前后工序或岗位。 停止向系统送气。逐渐开启鼓风机旁路调节阀，停止送气，同时关闭系统的出口阀。 停止向系统送吸收剂，关闭泵的出口阀，停泵后，关闭其进口阀。 关闭其他设备的进出口阀门。系统临时停车后仍处于正压状态。 知识点梳理： [图片] 知识点梳理和重点概念复习 02 六、吸收-解吸装置紧急停车 紧急停车通常用于发生紧急情况时采用，其一般操作步骤如下： 停风机、关闭送气阀门。 迅速关闭系统的出口阀。 按正常停车方法处理。 知识点梳理： [图片] 知识点梳理和重点概念复习 02 七、吸收-解吸装置长期停车 当装置将长期停止使用时，会采用长期停车操作，其操作步骤如下： 按正常停车步骤停车，然后开启系统放空阀，卸掉系统压力。 将系统溶液排放到溶液储槽或地沟，然后用清水洗净。 若原料气中含有易燃易爆物，则应用惰性气体对系统进行置换，当置换气中易燃物含量小于5%，含氧量小于0.5%方为合格。 用鼓风机向系统送入空气，进行空气置换，当置换气中含氧量大于20%为合格。 知识点梳理： 知识点梳理和重点概念复习 02 重点概念复习： 1.吸收速率是指单位时间内通过单位传质面积所吸收的吸收质的量，是反映吸收快慢的一个指标。 2.双膜理论是描述在吸收过程中如何将溶质从气相转移到液相的最普遍的一个假设。 3.单位时间内，单位塔截面积上所接受的液体喷淋量称为喷淋密度，其大小直接影响到气体吸收效果的好坏。 4.正常停车又叫短期停车或临时停车。 常考题练习与讲解 03 选择题 1.冷热流体进行直接接触换热，此换热方法称为( )。 A.间壁式换热 B.混合式换热 C.蓄热式换热 D.对流传热 1.在吸收操作中，其他条件不变，只增加操作温度，则吸收率将( )。 A.增加 B.减小 C.不变 D.无法判断 答案：B。 解析：一般情况下，温度升高，溶质在溶剂中的溶解度降低，传质推动力减小，从而导致吸收率减小。 常考习题练习与讲解 03 选择题 2.对处理难溶气体的吸收，为较显著地提高吸收速率，应增大( )的流速。 A.气相 B.液相 C.气液两相 D.无法确定 答案：A。 解析：对于难溶气体的吸收，其传质阻力主要在气相一侧。增大气相流速可以减小气膜厚度，从而降低气相传质阻力，提高吸收速率。 常考习题练习与讲解 03 选择题 3.吸收塔操作调节时，应先调节（ ）。 A. 气流速度 B. 喷淋密度 C. 温度 D. 压力 答案：A。 解析：一般先调节气流速度，观察吸收效果后再调节其他因素。 常考习题练习与讲解 03 选择题 4.填料塔正常停车过程中，应注意（ ）。 A. 快速停车 B. 随意停车 C. 按照顺序停车 D. 无需注意 答案：C。 解析：正常停车应按照顺序进行，防止出现问题。 常考习题练习与讲解 03 选择题 5.紧急停车的判断依据是（ ）。 A. 设备故障 B. 操作失误 C. 突发情况 D. 以上都是 答案：D。 解析：设备故障、操作失误、突发情况等都可能导致紧急停车。 常考习题练习与讲解 03 选择题 6.长期停车后，填料塔的检查内容不包括（ ）。 A. 外观检查 B. 内部结构检查 C. 填料性能测试 D. 立即投入使用 答案：D。 解析：长期停车后不能立即投入使用，检查内容包括外观、内部结构、填料性能等。 常考习题练习与讲解 03 选择题 7.双膜理论中，传质过程主要在（ ）进行。 A. 气相主体 B. 液相主体 C. 气膜和液膜 D. 相界面 答案：C。 解析：双膜理论认为传质过程主要在气膜和液膜中进行。 常考习题练习与讲解 03 选择题 8.提高吸收速率的途径中，最有效的是（ ）。 A. 单一方法 B. 多种方法结合 C. 无法确定 D. 以上都不对 答案：B。 解析：多种方法结合可以更有效地提高吸收速率。 常考习题练习与讲解 03 判断题 1.吸收塔的吸收速率随着温度的提高而增大。 ( ) 答案：错误。 解析：一般情况下，温度升高，溶质在溶剂中的溶解度降低，传质推动力减小，吸收速率会降低而不是增大。所以该说法错误。 常考习题练习与讲解 03 判断题 2.吸收操作时，增大吸收剂的用量总是有利于吸收操作的。 ( ) 答案：错误。 解析：增大吸收剂用量在一定范围内有利于吸收操作，因为可以增大传质推动力。但是当吸收剂用量增大到一定程度后，再继续增加吸收剂用量，会导致操作成本增加、后续处理难度加大等问题，且吸收效果的提升可能不明显。所以并不是增大吸收剂的用量总是有利于吸收操作。 常考习题练习与讲解 03 判断题 3.温度与压力升高，有利于解吸的进行。 ( ) 答案：错误。 解析：温度与压力升高，不利于解吸的进行。对于解吸过程，通常是降低压力和升高温度有利于解吸。升高温度，溶质在溶剂中的溶解度降低，同时压力升高会使溶质更倾向于溶解在溶剂中，所以温度与压力升高不利于解吸。 常考习题练习与讲解 03 判断题 4.根据双膜理论，吸收过程的全部阻力集中在液膜。 ( ) 答案：错误。 解析：根据双膜理论，吸收过程的阻力集中在气膜和液膜中，但并不只是集中在液膜。对于不同的吸收情况，气膜和液膜的阻力大小会有所不同。所以该说法错误。 常考习题练习与讲解 03 判断题 5.根据双膜理论，在气液两相界面处传质无阻力。 ( ) 答案：正确。 解析：双膜理论认为在气液两相界面处，气液两相处于平衡状态，传质无阻力。阻力主要集中在气膜和液膜中。 常考习题练习与讲解 03 填空题 1.长期停车后，填料塔需要进行 和 。 答案：检查、维护。 解析：长期停车后的处理是需要进行检查和维护。 常考习题练习与讲解 03 填空题 2.影响吸收操作的因素中， 会影响气液接触时间。 答案：气流速度。 解析：气流速度会影响吸收操作。 常考习题练习与讲解 03 填空题 3.提高喷淋密度可以 。 答案：改善传质效果。 解析：提高喷淋密度可以改善传质效果。 常考习题练习与讲解 03 填空题 4.温度对吸收操作的影响主要是通过改变 来实现的。 答案：溶解度。 解析：温度对吸收操作的影响主要是通过改变溶解度来实现的。 常考习题练习与讲解 03 填空题 5.压力增大，吸收操作的传质推动力 。 答案：增大。 解析：压力对传质推动力的影响是传质推动力增大。 课内练习与讲解 04 计算题 1.某吸收塔用纯溶剂吸收混合气体中的溶质。已知混合气体的流量为30kmol/h，其中溶质的摩尔分数为 0.03。要求吸收率为 90%，平衡关系为 y = x。若取液气比为最小液气比的 1.5 倍，求吸收剂的流量。 答案：进塔气相中溶质的摩尔分数为 0.03，则摩尔比 y₁ = 0.03 / (1 - 0.03) = 0.03093 吸收率为 90%，则出塔气相中溶质的摩尔比 y₂ = y₁ * (1 - 0.9) = 0.03093 * 0.1 =0.003093 平衡关系为 y = x，最小液气比 = (y₁ - y₂) / (x₁ - x₂)，其中 x₂ = 0（纯溶剂），则最小液气比 = (0.03093 - 0.003093) / 0.03093 = 0.9 取液气比为最小液气比的 1.5 倍，则液气比 = 1.5 * 0.9 = 1.35 混合气体流量为 30kmol/h，所以吸收剂的流量 = 30 * 1.35 = 40.5kmol/h 课内练习与讲解 04 计算题 2.一吸收塔处理含溶质 A 的混合气体，进塔气体流量为 800m³/h（标准状况），溶质 A 的摩尔分数为 0.05。吸收剂为水，用量为 1200kg/h。在操作条件下，相平衡关系为 y = 0.8x（y 为气相中溶质的摩尔比，x 为液相中溶质的摩尔比）。若要求吸收率达到 80%，求塔底排出的吸收液中溶质 A 的摩尔比。 课内练习与讲解 04 计算题 答案：进塔气相中溶质 A 的摩尔分数为 0.05，则摩尔比 y₁= 0.05 / (1 - 0.05) = 0.05263 吸收率为 80%，则出塔气相中溶质的摩尔比 y₂= y₁ * (1 - 0.8) = 0.05263 * 0.2 = 0.01053 根据物料衡算，(y₁ - y₂)V = L(x₁ - x₂)，其中 V 为进塔气体流量，L 为吸收剂流量 进塔气体流量为 800m³/h，则进塔气体的物质的量 n₁= 800 / 22.4 = 35.7143kmol/h 溶质 A 的物质的量 nA = y₁ * n₁ = 0.05263 * 35.7143 = 1.8806kmol/h 吸收剂流量为 1200kg/h，水的摩尔质量为 18g/mol 则吸收剂的物质的量 n₂ = 1200000 / 18 = 66666.67mol/h = 66.67kmol/h 将数值代入物料衡算式，(0.05263 - 0.01053)×35.7143 = 66.67×(x₁ - 0)，解得 x₁ = 0.0164 即塔底排出的吸收液中溶质 A 的摩尔比为 0.0164 课内练习与讲解 04 简答题 1.什么是吸收速率？影响吸收速率的因素有哪些？ 答案：吸收速率是指单位时间内单位相际接触面积上被吸收的溶质量。影响吸收速率的因素有气流速度、喷淋密度、温度、压力等。气流速度增大，气膜厚度减小，吸收速率可能增大；喷淋密度增加，液膜更新加快，吸收速率提高；温度升高，溶解度降低，吸收速率通常减小；压力升高，溶解度增大，吸收速率可能增大。 课内练习与讲解 04 简答题 2.填料塔正常停车的步骤是什么？ 答案：首先逐渐减少进气量和进液量，降低吸收塔的负荷。然后关闭进气阀门和进液阀门，停止向塔内输送气体和液体。接着将塔内的液体排放干净，并用清水冲洗塔内和管道，防止堵塞。最后对设备进行检查和维护，为下次启动做好准备。 课内练习与讲解 04 简答题 3.填料塔长期停车需要注意什么？ 答案：长期停车时，应将塔内的液体和固体全部排放干净，并进行彻底的清洗和检查。对设备进行防腐处理，防止生锈和腐蚀。关闭所有的阀门和孔口，防止外界杂质进入塔内。同时，还需要对设备进行定期检查和维护，确保设备在下次启动时能够正常运行。 课内练习与讲解 04 简答题 4.在吸收操作中，如何判断吸收效果的好坏？ 答案：可以通过检测吸收塔进出口气体中溶质的浓度来判断吸收效果的好坏。如果出口气体中溶质的浓度较低，说明吸收效果好；反之，则说明吸收效果差。此外，还可以观察吸收塔的操作参数，如压力、温度、喷淋密度等是否正常，以及是否有液泛、雾沫夹带等不正常现象发生。 课内练习与讲解 04 简答题 5.温度对吸收操作有何影响？ 答案：一般情况下，温度升高，溶质在溶剂中的溶解度降低，传质推动力减小，吸收速率减小。同时，温度升高还可能使吸收剂的挥发性增大，导致吸收剂的损失增加。但对于一些特殊的吸收体系，温度升高可能会使反应速率加快，从而提高吸收效果。 课堂小结 05 在本节课中，我们学习了吸收尾气浓度控制的多个重要知识点。 首先，了解了吸收速率的概念，它是衡量吸收过程快慢的关键指标。双膜理论为我们揭示了气液两相间传质的基本原理，认识到传质阻力主要集中在气膜和液膜。我们还探讨了提高吸收速率的途径，包括增加气液接触面积、提高传质推动力和改善传质系数等。同时，明确了气流速度、喷淋密度、温度和压力等因素对吸收操作的影响，这些因素需要在实际操作中合理调控。在吸收塔操作调节方面，我们可以通过调节上述因素来优化吸收效果。对于填料塔的停车，我们学习了正常停车、紧急停车和长期停车的不同步骤和注意事项。 总之，通过本节课的学习，我们对吸收尾气浓度的控制有了更全面的认识，为今后在实际工作中解决相关问题奠定了基础。 课堂小结 05 重点复习知识点 1.影响吸收操作的因素：气流速度、喷淋密度、温度、压力、吸收剂纯度。 2.吸收剂入口条件：流量、组成、温度。 3.高压有利于吸收，增大吸收压力，会提高吸收推动力，有利于吸收。 4.气流速度过小，气体湍动程度不充分，不利于吸收。气流速度过大，又会造成雾沫夹带甚至液泛，使气液接触传质效率降低，甚至无法操作。 阅读相关教材和课堂笔记，梳理重点知识点和关键概念。制作复习提纲或思维导图，以帮助理清知识框架和内部逻辑。进行练习题和例题的练习，加深对知识的理解和应用。 感谢观看 $$