化工原理下册第二章吸收2

1、12.1. 2.1. 概述概述22.1. 2.1. 概述概述1、气体吸收的原理、气体吸收的原理分离物系：分离物系：气体混合物气体混合物形成两相体系的方法：形成两相体系的方法：引入液相引入液相(吸收剂吸收剂) (液相液相+气相气相)传质原理：传质原理：各组分在溶剂中溶解度不同各组分在溶剂中溶解度不同 利用利用气体混合物气体混合物中各组分在液体溶剂中中各组分在液体溶剂中溶解度的差异溶解度的差异来分离气体来分离气体混合物的混合物的操作操作称为吸收。称为吸收。3吸收和解吸常是一对相伴的操作，吸收用以提取所需的物质，吸收和解吸常是一对相伴的操作，吸收用以提取所需的物质，而解吸用以分离所需的物质与吸收剂，

2、并使吸收剂再生而重复使用。而解吸用以分离所需的物质与吸收剂，并使吸收剂再生而重复使用。 吸收操作的逆过程（即含溶质气体的液体，受到另一汽（气）吸收操作的逆过程（即含溶质气体的液体，受到另一汽（气）相的作用使溶质与溶剂分离的过程）称为相的作用使溶质与溶剂分离的过程）称为解吸解吸。4 吸吸收收剂剂 吸吸收收尾尾气气 吸吸 收收 塔塔 混混合合气气 吸吸收收液液 逆逆流流吸吸收收操操作作示示意意图图 气气体体溶溶剂剂 1 n 被被吸吸收收气气体体 板板式式塔塔 气体气体溶剂溶剂 填料填料 被吸收气体被吸收气体 填料塔填料塔吸收设备、流程吸收设备、流程 填料塔填料塔板式塔板式塔吸收设备吸收设备-塔设备

3、塔设备 5 吸吸 收收 剂剂 再再 循循 环环 流流 程程 吸吸 解解 收收 吸吸 塔塔 塔塔 吸吸 收收 -解解 吸吸 流流 程程吸收剂在吸收塔内再循环流程吸收剂在吸收塔内再循环流程吸收吸收-解吸流程解吸流程6煤气脱苯的吸收与解吸流程煤气脱苯的吸收与解吸流程含苯煤气含苯煤气脱苯煤气脱苯煤气洗油洗油苯苯水水过热蒸汽过热蒸汽加热器加热器冷却器冷却器吸收与解吸流程吸收与解吸流程 72 2、气体吸收的工业应用、气体吸收的工业应用净化或精制气体净化或精制气体 例：合成氨工艺中，合成气中的净化脱碳例：合成氨工艺中，合成气中的净化脱碳制取某种气体产品的液态产品制取某种气体产品的液态产品 例：用水吸收氯化氢

4、气体制取盐酸例：用水吸收氯化氢气体制取盐酸回收混合气体中所需的组分回收混合气体中所需的组分 例：用洗油处理焦炉气以回收其中的芳烃，硫酸回收焦炉气例：用洗油处理焦炉气以回收其中的芳烃，硫酸回收焦炉气中的氨中的氨工业废气的制理工业废气的制理 废气中含有二氧化硫、硫化氢、废气中含有二氧化硫、硫化氢、CO2等有害气体的脱除等有害气体的脱除83 3、吸收过程的分类、吸收过程的分类气体气体吸收吸收按被吸收组分数目按被吸收组分数目单组分吸收单组分吸收多组分吸收多组分吸收按吸收有无化学反应按吸收有无化学反应物理吸收物理吸收化学吸收化学吸收按溶质浓度高低按溶质浓度高低低浓度吸收低浓度吸收高浓度吸收高浓度吸收按吸

5、收的温度变化按吸收的温度变化等温吸收等温吸收非等温吸收非等温吸收94.4.气体的吸收与液体的蒸馏的区别气体的吸收与液体的蒸馏的区别第二相第二相：蒸馏操作采用改变状态参数的办法，使混合物内部出现第：蒸馏操作采用改变状态参数的办法，使混合物内部出现第二个相二个相吸收操作采用从外界引入另一相物质形成两相系统。吸收操作采用从外界引入另一相物质形成两相系统。产品：产品： 蒸馏操作可以直接获得较纯净的轻重组分；蒸馏操作可以直接获得较纯净的轻重组分；吸收不能直接得到较纯净的溶质组分，还需经过再次的吸收不能直接得到较纯净的溶质组分，还需经过再次的分离操作分离操作-解吸解吸传递方式：传递方式：精馏操作每层塔板上

6、的液体和蒸汽都处于接近饱和的温精馏操作每层塔板上的液体和蒸汽都处于接近饱和的温度下，在相界面两侧，轻重组分同时向彼此相反的方向度下，在相界面两侧，轻重组分同时向彼此相反的方向传递；传递；吸收操作，液相温度远远低于沸点，溶剂没有汽化，溶吸收操作，液相温度远远低于沸点，溶剂没有汽化，溶质分子由质分子由，而气相中的惰性组，而气相中的惰性组分及液相中的溶剂组分处于分及液相中的溶剂组分处于状态。状态。101、气体在液体中溶解度的概念、气体在液体中溶解度的概念表明一定条件下吸收过程可能达到的极限程度。表明一定条件下吸收过程可能达到的极限程度。 2、溶解度曲线、溶解度曲线 气体在液体中的饱和浓度气体在液体中

7、的饱和浓度 *AC对于单组分物理吸收，由相律知对于单组分物理吸收，由相律知 2cf22332.1.12.1.1气体的溶解度气体的溶解度气体在液相中的溶解度气体在液相中的溶解度 ： 在一定在一定温度温度和和压力压力下，使一定量下，使一定量吸收剂吸收剂与与混合气体混合气体接触，接触，气相气相中中的溶质便向的溶质便向液相液相中转移，中转移，直至直至液相中溶质组成达到液相中溶质组成达到饱和为止饱和为止。11),(),(AAAAyPTfxPPTfC在总压不高，在总压不高，P5atm时时 ),(),(AAAAyTfxPTfC一定温度下液相组成是气相组成的单值函数一定温度下液相组成是气相组成的单值函数 )(

8、),(AAAAyfxPfC同理，同理， )(),(AAAAxfyCfP1213141516说明：说明：在同一溶剂（水）中，相同的温度和溶质分压下，在同一溶剂（水）中，相同的温度和溶质分压下，不同气体的溶不同气体的溶解度差别很大解度差别很大，其中氨在水中的溶解度最大，氧在水中的溶解度，其中氨在水中的溶解度最大，氧在水中的溶解度最小。这表明氨溶于水，而氧难溶于水最小。这表明氨溶于水，而氧难溶于水对同一溶质，在相同的气相分压下对同一溶质，在相同的气相分压下，溶解度随温度的升高而减小。溶解度随温度的升高而减小。对同一溶质，在相同的温度下，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。溶解度

9、随气相分压的升高而增大。17讨论：讨论：吸收剂、温度吸收剂、温度T、P 一定时，一定时，不同物质的溶解度不同。不同物质的溶解度不同。 温度、溶液的浓度一定时温度、溶液的浓度一定时，溶液上方分压越大的物质越难溶，溶液上方分压越大的物质越难溶。对于同一种气体，分压一定时，对于同一种气体，分压一定时，温度温度T越高，溶解度越小越高，溶解度越小。对于同一种气体，温度对于同一种气体，温度T一定时，一定时，分压分压P越大，溶解度越大越大，溶解度越大。18结论结论加压和降温有利于吸收操作加压和降温有利于吸收操作减压和升温有利于解吸操作减压和升温有利于解吸操作吸收吸收解吸解吸减压、升温减压、升温加压、降温加压

10、、降温192.1.2 2.1.2 亨利定律亨利定律，稀溶液稀溶液上方气相中溶质的平衡分上方气相中溶质的平衡分压与溶质在液相中的摩尔分率成正比，其比例系数为亨利系数。压与溶质在液相中的摩尔分率成正比，其比例系数为亨利系数。 iExp *i*ip溶质在气相中的平衡分压，溶质在气相中的平衡分压，kPa； xi溶质在液相中的摩尔分率；溶质在液相中的摩尔分率； E亨利系数，单位同压强单位，随物系的特性和温度而异。亨利系数，单位同压强单位，随物系的特性和温度而异。 一、一、pixi关系关系亨利定律亨利定律20讨论：讨论：1）E的影响因素：溶质、溶剂、的影响因素：溶质、溶剂、T、pp* = E x ( or

11、 x x* )时，过程为吸收过程。时，过程为吸收过程。当当p x* )时，过程为解吸过程。时，过程为解吸过程。312、过程的推动力、过程的推动力p = p - p*x = x* - x( y = y y* )( c = c* c ) 实质上，吸收还是解吸主要取决于溶质在气相中的实际分压实质上，吸收还是解吸主要取决于溶质在气相中的实际分压与其液相的平衡分压间的关系而定。与其液相的平衡分压间的关系而定。 平衡是过程的极限平衡是过程的极限，只有不平衡的两相互相接触才会发生传质，只有不平衡的两相互相接触才会发生传质，即气体的吸收或解吸。因此，实际浓度偏离平衡浓度越远，过程推即气体的吸收或解吸。因此，实

12、际浓度偏离平衡浓度越远，过程推动力越大，过程的速率也越快。在吸收的过程中我们经常：动力越大，过程的速率也越快。在吸收的过程中我们经常：32具体分析具体分析: 方向方向 推动力推动力331、判断过程的方向、判断过程的方向 例：在例：在101.3kPa，20下下,稀氨水的气液相平衡关系为稀氨水的气液相平衡关系为 ：xy94. 0*，若含氨，若含氨0.094摩尔分数的混合气和组成摩尔分数的混合气和组成 05. 0Ax的氨水接触的氨水接触,确定过程的方向。确定过程的方向。用相平衡关系确定与实际气相组成用相平衡关系确定与实际气相组成 0.094y 成平衡的液相组成成平衡的液相组成 94. 0/*yx 0

13、.0940.10.94 解解:34将其与实际组成比较将其与实际组成比较 ： 1 . 005. 0*xx气液相接触时，氨将从气相转入液相，发生气液相接触时，氨将从气相转入液相，发生吸收过程吸收过程。或者利用相平衡关系确定与实际液相组成成平衡的气相组成或者利用相平衡关系确定与实际液相组成成平衡的气相组成 xy94. 0*05. 094. 0047. 0将其与实际组成比较：将其与实际组成比较： 047. 0094. 0*yy氨从气相转入液相，发生氨从气相转入液相，发生吸收过程吸收过程。若含氨若含氨0.02摩尔分数的混合气和摩尔分数的混合气和 x=0.05的氨水接触，则的氨水接触，则 021. 094. 0/02. 094. 0/* yx35021. 005. 0*xx气液相接触时，氨由液相转入气相，气液相接触时，氨由液相转入气相，发生解吸过程发生解吸过程。此外，用气液相平衡曲线图也可判断两相接触时的传质方向此外，用气液相平衡曲线图也可判断两相接触时的传质方向具体方法：具体方法：已知相互接触的气液相的已知相互接触的气液相的实际组成实际组成y和和x，在在x-y坐标坐标图中确定状态点，图中确定状态点，若点在若点在平衡曲线上方，则发生吸平衡曲线上方，则发生吸收过程；