化工原理下气体吸收的相平衡关系ppt课件.ppt

吸收是用于分离气相混合物的典型单元操作过程 原理 混合气体中各组分在某液体溶剂中的溶解度不同 第2章吸收 概述 流程 吸收物质或溶质 A惰性组分或载体 B溶剂或吸收剂 S吸收液 A S 吸收尾气 B A 1 吸收过程 吸收过程 溶质溶解于吸收剂中 逆流操作 解吸过程 溶质从溶液中释放出 并流操作 吸收 解吸 2 吸收工艺过程 吸收过程 苯吸收塔 解吸过程 苯解吸塔 3 应用 分离混合气体以获得一定的组分如 用洗油处理焦炉气以回收其中的芳烃 除去有害的组分以净化气体例如 用碱液脱除合成氨原料气中的二氧化碳 用碱性吸收剂除去工业生产所排放的废气中含有少量的SO2 H2S HF等有害气体成分 制备某种气体的溶液例如 用水吸收二氧化氮制备硝酸 4 吸收的分类 气体吸收 按被吸收组分数目 单组分吸收 按吸收有无化反 按溶质组成的高低 低组成吸收 按吸收的温度变化 多组分吸收 物理吸收 化学吸收 高组成吸收 等温吸收 非等温吸收 5 吸收剂的选择 1 溶解度吸收剂对溶质组分的溶解度越大 则传质推动力越大 吸收速率越快 且吸收剂的耗用量越少 2 选择性吸收剂应对溶质组分有较大的溶解度 而对混合气体中的其它组分溶解度甚微 否则不能实现有效的分离 6 4 粘度吸收剂在操作温度下的粘度越低 其在塔内的流动阻力越小 扩散系数越大 这有助于传质速率的提高 5 其它所选用的吸收剂应尽可能无毒性 无腐蚀性 不易燃易爆 不发泡 冰点低 价廉易得 且化学性质稳定 3 挥发度在吸收过程中 吸收尾气往往为吸收剂蒸气所饱和 故在操作温度下 吸收剂的蒸气压要低 即挥发度要小 以减少吸收剂的损失量 7 2 1气液相平衡 2 1 1气体的溶解度 气液相平衡 动态平衡 1 溶解度 气体在液相中的饱和浓度 8 氧在水中的溶解度曲线 例 在20oC 标准大气压下 空气中的氧在水中的饱和溶解度是多少g O2 kg H2O 9 氨在水中的溶解度 易溶 10 二氧化硫在水中的溶解度 中等溶解度 11 氧在水中的溶解度 难溶 12 2 温度 压力对溶解度的影响 加压和降温 对同一溶质 在相同的气相分压下 溶解度随温度的升高而减小 对同一溶质 在相同的温度下 溶解度随气相分压的升高而增大 减压和升温 有利于吸收操作 有利于解吸操作 温度的影响 压力的影响 注意 13 2 1 2亨利定律 在总压不高 通常不超过500kPa 一定的温度条件下 稀溶液上方的气体溶质的平衡分压与该溶质在液相中的浓度成正比 这就是亨利 Henry 定律 因组成的表示方法不同 故亨利定律亦有不同的表达形式 p x关系p c关系y x关系Y X关系 14 1 p x关系若溶质在气 液相中的组成分别以分压p 摩尔分率x表示 则亨利定律可写成 p Ex式中 p 溶质在气相中的平衡分压 kPa x 溶质在液相中的摩尔分率 E 亨利系数 kPa 溶解度 亨利系数 易溶气体 难溶气体 E小 E大 注意 15 2 p c关系若溶质在气 液相中的组成分别以分压p 摩尔浓度c表示 则亨利定律可写成 式中c 溶液中溶质的体积摩尔浓度 kmol m3 p 气相中溶质的平衡分压 kPa H 溶解度系数 kmol m3 kPa 溶解度 溶解度系数 易溶气体 难溶气体 H大 H小 注意 16 3 y x关系若溶质在气 液相中的组成分别以摩尔分率y x表示 则亨利定律可写成 y mxx 液相中溶质的摩尔分率 y 与液相成平衡的气相中溶质的摩尔分率 m 相平衡常数 或称为分配系数 无因次 溶解度 相平衡常数 易溶气体 难溶气体 m小 m大 注意 17 4 Y X关系引入以惰性组分或溶剂为基准的摩尔比来表示气 液相的组成 摩尔比的定义如下 X 液相中溶质的摩尔数 液相中溶剂的摩尔数 Y 气相中溶质的摩尔数 气相中惰性组分的摩尔数 18 代入y mx 得 当溶液组成很低时 1 m X 1 简化为 整理得 19 小结 亨利定律的表达式 20 溶解度系数H与亨利系数E的关系 设溶液的体积为Vm3 浓度为ckmol A m3 密度为 kg m3 MA及MS分别为溶质A和溶剂S的摩尔质量 则溶质A的总量为cVkmol 于是溶质A在液相中的摩尔分率为 代入p Ex 得 21 与对比得 22 相平衡常数m与亨利系数H的关系 由理想气体分压定律可知p Py 同理 p Py 代入p Ex 得 与y mx比较得 23 亨利定律几种表达式中系数的比较 24 例 含有10 体积 C2H2的某种混合气体与水充分接触 系统温度为30 总压为101 3kPa 试求达平衡时液相中C2H2的摩尔浓度 解 混合气体按理想气体处理 由理想气体分压定律可知 C2H2在气相中的分压为 p Py 101 3 0 1 10 3kPa C2H2为难溶于水的气体 其水溶液的组成很低 故气液平衡关系符合亨利定律 并且溶液的密度可按纯水的密度计算 25 查得30 水的密度为995 7kg m3 由 得 查表2 1可知 30 时C2H2在水中的亨利系数 故 26 2 1 4相平衡在吸收过程中的应用 1 判断传质进行的方向 2 确定传质的推动力 3 指明传质进行的极限 27 一 判断传质进行的方向 设某瞬时 气相中溶质的实际组成为y 溶液中溶质的实际组成为x 若 传质方向由气相到液相进行吸收过程 若 传质方向由液相到气相进行解吸过程 28 二 确定传质的推动力 以气相表示的传质推动力 以液相表示的传质推动力 吸收推动力示意图 29 三 指明传质进行的极限 对于逆流吸收塔 液相出口最大组成 气相出口最低组成 x2 x1 y1 y2 30 例 30 时 常压下干空气与含氧气为5mg L的水接触 问氧气的吸收过程能否发生 如果能吸收 请写出6种判据 气相组成 液相组成 摩尔浓度 摩尔分率 分压 摩尔比 及相应的传质推动力 解 查表得在30 时 氧气在水中的亨利系数E 4 81 106kPa 已知y 0 21 31 32 33 34 35 小结判断传质的方向 不能简单地把气液相的浓度进行对比 而把某相