《化工传质与分离过程》第二章 气体吸收

1、第二章 气体吸收 通过本章的学习，应掌握吸收的基本概念和 吸收过程的平衡关系与速率关系；掌握低组成气 体吸收的计算方法；了解吸收系数的获取途径和 解吸过程的概念与计算方法。 学习目的 与要求 2.1 吸收过程概述 2.1.1 吸收的原理与流程 第二章 气体吸收 原料气 AB 吸收剂 S 尾气 B(含微量A) 溶液 S+A 一、气体吸收的原理 吸 收 塔 形成两相体系的方法 引入一液相（吸收剂） 各组分在吸收剂中溶 解度不同。 分离物系 气体混合物 传质原理 二、气体吸收的流程 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 气体吸收过程在吸收塔中进行。

2、 吸收 解吸 具有吸收剂再生的连续吸收流程 2.1 吸收过程概述 2.1.1 吸收的原理与流程 2.1.2 气体吸收的分类与应用 第二章 气体吸收 一、气体吸收的分类 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 气体吸收过程的分类方法 二、气体吸收的工业应用 v净化或精制气体 示例：合成氨工艺中合成气中的净化脱碳。 示例：用水吸收氯化氢气体制取盐酸。 v回收混合气体中所需的组分 示例：用洗油处理焦炉气以回收芳烃。 v工业废气的治理 示例：废气中含有SO2、H2

3、S等有害气的脱除。 气体吸收的应用场合 v制取某种气体的液态产品 2.1 吸收过程概述 2.1.1 吸收的原理与流程 2.1.2 气体吸收的分类与应用 2.1.3 吸收剂的选择 第二章 气体吸收 吸收剂的选择 吸收剂选择的原则 v溶解度 v选择性 v挥发度 v粘度 v其它 吸收剂对溶质组分的溶解度要大。 吸收剂应对溶质组分有较大溶解度，而 对混合气体中的其它组分溶解度甚微。 吸收剂的蒸汽压要低，即挥发度要小。 吸收剂在操作温度下的粘度要低。 无毒、无腐蚀、不易燃易爆、不发泡、冰 点低、价廉易得，且化学性质稳定。 2.1 吸收过程概述 2.2 吸收过程的相平衡关系 2.2.1 气体在液体中的溶解

4、度 第二章 气体吸收 一、溶解度曲线 液体 S 气体（AB） A 溶解 A 逸出 )( AA xfp A x 平衡方程 达平衡状态时 气体在液体 中的溶解度 气相分压 液相组成 A p 在一定温度和压力下，令 某气体混合物（AB）与液体 S 接触。 A p曲线 A x 溶解度曲线 氨在水中的溶解度 400 50 易溶 二氧化硫在水中的溶解度 50 68 中等溶解度 氧在水中的溶解度 50 0.002 难溶 二、温度、压力对溶解度的影响 温度的影响 v 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。 压力的影

5、响 注意 v 减压和升温 有利于 吸 收操作 有利于 解吸操 作 2.1 吸收过程概述 2.2 吸收过程的相平衡关系 2.2.1 气体在液体中的溶解度 2.2.2 亨利定律 第二章 气体吸收 一、亨利定律的表达式 若溶质在气、液相中的组成分别以分压p、摩 尔分数x表示，亨利定律为 E 亨利系数，kPa 溶解度亨利系数 1. p x关系 Exp v 易溶气体注意 v 难溶气体 E 小 E 大 若溶质在气、液相中的组成分别以分压p、摩 尔浓度 c 表示，亨利定律为 H 溶解度系数，kmol/(m3kPa) 溶解度溶解度系数 2. p c关系 H c p * 一、亨利定律的表达式 v 易溶气体注意

6、v 难溶气体 H 大 H 小 若溶质在气、液相中的组成分别以摩尔分数 y、x表示 ，亨利定律为 m 相平衡常数 溶解度相平衡常数 3. y x关系 mxy * 一、亨利定律的表达式 v 易溶气体注意 v 难溶气体 m 小 m 大 x X X 1 y Y Y 1 X X m Y Y 1*1 * 由 得 整理得 对于低组成吸收 1 m X 1 简化得 mXY * 一、亨利定律的表达式 Xm mX Y 11 * 4. Y X关系 亨利定律表达式可改写为以下形式： E p x * Hpc * m y x * m Y X* 一、亨利定律的表达式 二、各系数间的关系 推导可得亨利定律表达式各系数间的关系如

7、下： H EM S m E P H PMm S 1 EH 关系 Em 关系 Hm 关系 溶液 密度 溶剂 S 的摩尔 质量 2.1 吸收过程概述 2.2 吸收过程的相平衡关系 2.2.1 气体在液体中的溶解度 2.2.2 亨利定律 2.2.3 相平衡关系在吸收中的应用 第二章 气体吸收 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 *yy *xx *yy *xx 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 *yyy xxx* 吸收推动力示意图

8、 *x *y *yyy xxx* y*=mx 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 min2 Y max1 X 2 * 2 mXY m Y X 1* 1 2.1 吸收过程概述 2.2 吸收过程的相平衡关系 2.3.1 吸收过程的机理 2.3 吸收过程的速率关系 第二章 气体吸收 一、吸收的相际传质过程 吸收过程：溶质 A 从气相传递到液相的过程 组分 A 从气相主体扩 散到相界面； 在相界面上组分 A 由 气相转入液相； 组分 A 由相界面转入 液相主体。 相际传质过程 吸 收 通 量 二、吸收过程的传质机理模型 描述吸收过 程的传

9、质机理模 型双膜模型。 双膜模型示意图 2.1 吸收过程概述 2.2 吸收过程的相平衡关系 2.3.1 吸收过程的机理 2.3 吸收过程的速率关系 第二章 气体吸收 2.3.2 吸收速率方程式 一、膜吸收速率方程式 1.气膜吸收速率方程式 )( iGA ppkN Nkyy Ayi G i A k pp N /1 y i A k yy N /1 G k/1 气膜阻力 y k/1 比较得 kPk yG 由道尔顿分压定律 pPy pPy ii )()()( iGiGiGA yyPkPyPykppkN 一、膜吸收速率方程式 )(cckN i LA xxkN ixA L i A k cc N /1 x i A k xx N /1 L k/1 x k/1 2.液膜吸收速率方程式 一、膜吸收速率方程式 液膜阻力 比较得 Lx Ckk )()()(xxC