《化工原理》(下)第二章吸收第一课时.ppt

2019/7/15,1,第二章 吸 收,2019/7/15,2,本章基本内容, 吸收过程中气液相平衡 吸收过程的传质机理* 吸收过程传质模型及传质速率表达* 吸收操作的物料衡算（重点） 填料层高度的计算方法（重点）,2019/7/15,3,概 述,一. 吸收生产中的应用 分离和净化原料气。原料气在加工以前，其中无用的或有害的成分都要预先除去。如合成氨所用的原料气中分离出、等杂质。 分离和吸收气体中的有用组分。从焦炉煤气中以洗油回收粗苯（含甲苯、二甲苯等）蒸气和从某些干燥废气中回收有机溶剂蒸气等。,2019/7/15,4,某些产品的制取。如制酸工业中用水分别吸收混合气体中的HCl、和制取盐酸、硫酸和硝酸。,废气的治理。排放的废气含有对人体和环境有害的物质，如、等选择适当的工艺和溶剂进行吸收是废气治理中应用较广的方法。,2019/7/15,5,二. 吸收基本原理：,吸收操作是将气体混合物的各个组份予以分离的单元操作。,依据：依各组份在溶剂中的溶解度的差异实现组份分离。,如 用水吸收空气中的氨气 吸收剂液体-溶剂 solvent- S 水 溶质-能溶于溶剂的组分 solute A 氨气 惰性气体载体,不能溶于和微溶于溶剂的组分 B 空气,2019/7/15,6,三. 典型吸收解吸流程,解吸的目的：回收溶质、溶剂的再生使之循环使用,2019/7/15,7,选择合适的溶剂（吸收剂） 选择性地溶解某一组分（或某些组分）（一般原则） 提供适当的传质设备以实现汽液两相的传质 尽可能增大两相的接触面积与湍动程度。根据这个原则，吸收设备大致可分成两大类：即板式塔和填料塔,采用吸收操作实现气体混合物分离必须解决的问题：,2019/7/15,8,选择合适的溶剂。吸收剂的性能是吸收操作良好与否的关键，选择时要从以下几方面来考虑：,.对被吸收的组分要有较大的溶解度，且有较好的选择性。 .要有较低的蒸气压，以减少吸收过程中溶剂的挥发损失。 .要有较好的化学稳定性，以免使用过程中变质。 .腐蚀性要小,以减小设备费用和维修费。 .粘度要低，以利于传质及输送；比热要小，使再生时的耗热量较小；不易燃，以利于安全生产。 .吸收后的溶剂应易于再生。,2019/7/15,9,三.吸收过程分类,物理吸收: 利用混合气中各组分在溶剂中的溶解度的差异分离气体混合物。 化学吸收: 以气体混合物各组分能否在溶剂中发生化学反应来分离混合气体。 如碳酸钠溶液净化含CO2的气体CO2+K2CO3+H2O=2KHCO3 化学吸收操作具有高选择性， 化学反应满足以下条件: 可逆性 这样使溶剂得以再生循环使用。 较高的反应速率,2019/7/15,10,第一节 气液相平衡 Gas Liquid Equilibrium,211 气体在溶剂中的溶解度,1 . 气液相平衡 气-液相长时间充分接触，达到平衡时，其气相浓度与液相浓度之间的关系为相平衡关系。,2019/7/15,11,2 . 溶解度曲线,在一定温度和压力下，混合气体与其溶剂达到相平衡时，溶质组分在两相中组成呈一定的对应关系,常以溶解度表示。,平衡分压 : pe平衡时，混合气中溶质组分的分压,Pa; x-液相中溶质组分的摩尔分数。,溶解度：气液平衡时，溶质在液相中的浓度。,2019/7/15,12,2019/7/15,13,3.溶解度的影响因素,溶质的性质：不同的气体在溶剂中的溶解度不同 易溶气体，难溶气体 分压对溶解度的影响：当Pe增加，x 增加。(T 一定) 总压对溶解度的影响：在溶质组份分压不变时，若P变化不大，不影响溶解度。即总压不影响pe、x之间 的关系 温度对溶解度的影响： T增加，x下降，(Pe一定) T增加，Pe增加 x一定,2019/7/15,14,4.吸收过程浓度的表示法,在吸收过程中,惰性气体不溶于液相,溶剂也没有显著的气化现象,在任一截面上惰性气体和溶剂的摩尔流量均不发生变化。 以惰性气体和溶剂的量为基准,分别表示溶质在气液两相的浓度, 常将组成以摩尔比X、Y表示。,2019/7/15,15,2.1.2 相平衡关系,相平衡关系与体系的温度、压力以及物性相关，对采用稀溶液吸收混合气中低浓度溶质组分时，其溶解度曲线通过原点，并为一直线。 用亨利定律描述。 Pe=Ex Pe-溶质组分在气相的平衡分压，Pa; x-溶质组分在液相的组成，摩尔分数； E-亨利系数，kPa/(kmolm3)。,1. 亨利定律,2019/7/15,16,浓度的表示方法不同，享利定律的形式不同。 2.1 Pec关系,2亨利定律的不同形式,H溶解度系数，kmol/kN.m=f(T) c-摩尔浓度,2.2 yex关系,m相平衡常数，值越大，表示溶解度越小。 y, x气相、液相中溶质的摩尔分率,2019/7/15,17,Y,X气相、液相中溶质的摩尔比,2.3 YeX关系,2019/7/15,18,3亨利系数E 、 H、m之间的关系,E，H 之间的关系： 对于稀溶液：则溶质浓度较低，溶液可近似视为纯溶剂：故有 E, m之间的关系:,2019/7/15,19,4. 各亨利系数的影响因素,亨利系数E=f(物系，T) 温度T ，E ; 总压P对E影响很小 理想溶液： E=p0(饱和蒸汽压） 易溶气体E难溶气体H 相平衡常数mf（物系，T，P） m=E/P, P , m ; T ，m 易溶气体m难溶气体m,2019/7/15,20,2.1.3 相平衡在吸收过程中的应用,1 判断过程进行的方向 因自发进行过程总是趋向体系的平衡方向的，如图中A、B点所示。 A点: yye; xxe 溶质向气相转移 解吸过程,2019/7/15,21,2 确定传质过程的推动力,组成为 y，x的气液相接触，传质推动力如图所示： A点： ； B点： 若气、液相浓度分别以p,c 表示， 则推动力为,表示解吸推动力。,表示吸收推动力。,2019/7/15,22,（3）判断过程进行的极限,过程进行的极限：最终达平衡， 平衡浓度为极限状态 吸收过程极限y降至最小为ye, 解吸过程x降至最小为xe。,（4）相平衡限制了离开吸收塔时的,气相最低浓度Y2min和 液相最高浓度X1max,2019/7/15,23,含SO2为10（体积）的气体混合物与浓度C为0.020kmol.m-3的SO2水溶液在一个大气压下相接触。操作条件下两相的平衡关系为pe1.62C（大气压） ，则SO2将从相向相转移， 以气相组成表示的传质总推动力为_大气压. 用亨利系数E表达的亨利定律表达式为_.在常压下,20时, 氨在空气中的分压为69.6mmHg, 与之平衡的氨水浓度为10(kg NH3(100kg)-1H2O).此时亨利系数E=_,相平衡常数m=_.,思考题,2019/7/15,24,在常压下,测定水中溶质A的摩尔浓度为0.56Kmol/m3,此时气相中A的平衡摩尔分率为0.02,则此物系的相平衡常数m=_。当其他条件不变，而总压增加一倍时，相平衡常数m=_，此时的亨利系数E=_，而溶解度系