化工原理第7章蒸发 气体吸收

1、第第8 8章章 气体吸收气体吸收Gas Absorption第八章第八章 吸吸 收收 第一节第一节 概述概述第二节第二节 气气液平衡液平衡 第三节第三节 吸收机理与吸收速率吸收机理与吸收速率 第四节第四节 吸收塔的计算吸收塔的计算 1、掌握的内容、掌握的内容 相组成的表示法及换算；亨利定律各种表达式相组成的表示法及换算；亨利定律各种表达式及相互间的关系；分子扩散、菲克定律及其在等及相互间的关系；分子扩散、菲克定律及其在等分子反向扩散和单向扩散的应用；对流传质概念；分子反向扩散和单向扩散的应用；对流传质概念；双膜理论要点；吸收的物料衡算、操作线方程及双膜理论要点；吸收的物料衡算、操作线方程及图示

2、方法；最小液气比概念及吸收剂用量的确定；图示方法；最小液气比概念及吸收剂用量的确定；填料层高度的计算，传质单元高度与传质单元数填料层高度的计算，传质单元高度与传质单元数的定义、物理意义，传质单元数的计算（平推动的定义、物理意义，传质单元数的计算（平推动力法和吸收因数法）；吸收塔的设计计算力法和吸收因数法）；吸收塔的设计计算本章学习要求本章学习要求本章学习要求本章学习要求 2、熟悉的内容、熟悉的内容 各种形式的传质速率方程、传质系数和各种形式的传质速率方程、传质系数和传质推动力的对应关系；各种传质系数间传质推动力的对应关系；各种传质系数间的关系；气膜控制与液膜控制；吸收剂的的关系；气膜控制与液膜

3、控制；吸收剂的选择；吸收塔的操作型分析；解吸的特点选择；吸收塔的操作型分析；解吸的特点及计算。及计算。 3、了解的内容、了解的内容 分子扩散系数及影响因素；塔高计算基分子扩散系数及影响因素；塔高计算基本方程的推导。本方程的推导。本章重点本章重点 1、亨利定律及各种表达式和相互间的关系；、亨利定律及各种表达式和相互间的关系； 2、菲克定律及其应用；、菲克定律及其应用； 3、双膜理论及总吸收速率方程；、双膜理论及总吸收速率方程； 4、吸收过程的物料衡算及操作线方程；、吸收过程的物料衡算及操作线方程； 5、最小液气比概念及吸收剂用量的计算；、最小液气比概念及吸收剂用量的计算； 6、填料层高度及其传质

4、单元数的计算；、填料层高度及其传质单元数的计算； 7、吸收塔的设计计算、吸收塔的设计计算。第一节第一节 概述概述一、什么是吸收一、什么是吸收二吸收目的二吸收目的三吸收分类三吸收分类四吸收设备、流程四吸收设备、流程五吸收剂的选择五吸收剂的选择利利用用气气体体混混合合物物中中各各组组分分在在液液体体溶溶剂剂中中溶溶解解度度的的差差异异来来分分离离气气体体混混合合物物的的操操作作称称为为吸吸收收。 一、什么是吸收？一、什么是吸收？溶溶质质 A惰惰性性组组分分 B吸吸收收剂剂 S二、吸收的目的二、吸收的目的1制取产品制取产品 例如，用例如，用98.3%的硫酸吸收的硫酸吸收SO3气体制取发烟硫酸，气体制

5、取发烟硫酸， 用水吸收氯化氢制取用水吸收氯化氢制取37%的工业盐酸，的工业盐酸， 用氨水吸收用氨水吸收CO2生产碳酸氢铵等生产碳酸氢铵等。 2从气体中回收有用的组分从气体中回收有用的组分 例如，用硫酸从废气中回收氨生成硫酸铵；例如，用硫酸从废气中回收氨生成硫酸铵； 用洗油从煤气中回收粗苯等。用洗油从煤气中回收粗苯等。 3除去有害组分以净化气体除去有害组分以净化气体 主要包括原料气净化和尾气、废气的净化以保护环境。主要包括原料气净化和尾气、废气的净化以保护环境。 例如用水或碱液脱除合成氨原料气中的二氧化碳，例如用水或碱液脱除合成氨原料气中的二氧化碳， 燃煤锅炉烟气、冶炼废气脱燃煤锅炉烟气、冶炼废

6、气脱SO2等等。 多组分吸收多组分吸收单组分吸收单组分吸收非等温吸收非等温吸收等温吸收等温吸收化学吸收化学吸收物理吸收物理吸收三、吸收分类三、吸收分类1吸收设备吸收设备-塔设备塔设备 填料塔填料塔板式塔板式塔 吸收剂吸收剂 吸收尾气吸收尾气 吸吸 收收 塔塔 混合气混合气 吸收液吸收液 逆流吸收操作示意图逆流吸收操作示意图 气体气体溶剂溶剂 1 n 被吸收气体被吸收气体 板式塔板式塔 气体气体溶剂溶剂 填料填料 被吸收气体被吸收气体 填料塔填料塔四、吸收设备和流程四、吸收设备和流程板式塔和填料塔板式塔和填料塔 (1) 单单一一吸吸收收塔塔流流程程 （a）气、液串联（逆流）（b）气体串联、液体并

7、联（逆流） 多塔吸收流程多塔吸收流程2吸收流程吸收流程(2) 多塔吸收流程多塔吸收流程 吸收剂再循环流程吸收剂再循环流程 吸吸 解解 收收 吸吸 塔塔 塔塔 吸收吸收-解吸流程解吸流程(3) 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(4) 吸收吸收-解吸流程解吸流程吸收塔与解吸塔哪个温度高？吸收塔与解吸塔哪个温度高？用洗油吸收苯系物质的吸收与解吸流程 煤气脱苯吸收操作流程 从合成氨原料气中回收CO2的流程 溶剂循环溶剂循环气相中不可避免有溶剂损失气相中不可避免有溶剂损失即使有吸收解吸平衡也要补充溶剂即使有吸收解吸平衡也要补充溶剂五吸收剂的选择五吸收剂的选择1溶解度溶解度对溶质组分有

8、较大的溶解度对溶质组分有较大的溶解度2选择性选择性对溶质组分有良好的选择性，对溶质组分有良好的选择性， 即对其它组分基本不吸收或吸收甚微，即对其它组分基本不吸收或吸收甚微，3挥发性挥发性 应不易挥发应不易挥发4粘性粘性 粘度要低粘度要低5.溶质在溶剂中的溶解度应对温度的变化比较敏感溶质在溶剂中的溶解度应对温度的变化比较敏感不仅在不仅在低温下溶解度要大，平衡分压要小，而且随着温度升高，溶解度应迅低温下溶解度要大，平衡分压要小，而且随着温度升高，溶解度应迅速下降，平衡分压应迅速上升。这样，被吸收的气体容易解吸，溶剂速下降，平衡分压应迅速上升。这样，被吸收的气体容易解吸，溶剂再生方便。再生方便。 6

9、其它其它 无毒、无腐蚀性、不易燃烧、不发泡、无毒、无腐蚀性、不易燃烧、不发泡、 价廉易得，并具有化学稳定性等要求。价廉易得，并具有化学稳定性等要求。第二节吸收过程的气第二节吸收过程的气液平衡液平衡一、气体的溶解度一、气体的溶解度二、吸收极限二、吸收极限相平衡相平衡三、亨利定律三、亨利定律四、气液两相传质的方向四、气液两相传质的方向 一溶解度一溶解度在在几几个个大大气气压压以以内内、温温度度一一定定条条件件下下， A A+B S （气体）（气体） （液体）（液体）AepfC 第二节吸收过程的气第二节吸收过程的气液相平衡液相平衡图图8-2 20下下SO2在水中的溶解度在水中的溶解度压力不太高时，压

10、力不太高时，P , E变化忽略不计变化忽略不计,m 使溶质在液相中的溶解度增加，有利于吸收使溶质在液相中的溶解度增加，有利于吸收y x 关系曲线关系曲线为何要指定总压？为何要指定总压？（ P 变，变，y= Pe/p 变，变，y x 溶解度曲线的位置不同）溶解度曲线的位置不同） Pe x 关系曲线为何不指定总压？关系曲线为何不指定总压？（ P ye 或 x pe 吸收）y xe 解吸 （ pe p解吸）传质推动力传质推动力 推动力推动力 y-ye 或或 xe-x 注意推动力不等于注意推动力不等于y-x！【例】【例】在总压在总压101.3kPa，温度，温度30的条件下的条件下, SO2摩尔摩尔分率

11、为分率为0.3的混合气体与的混合气体与SO2摩尔分率为摩尔分率为0.01的水溶液的水溶液相接触，试问相接触，试问: 1.从液相分析从液相分析SO2的传质方向；的传质方向； 2.从气相分析，其它条件不变，温度降到从气相分析，其它条件不变，温度降到0SO2的传的传质方向；质方向； 3.其它条件不变，从气相分析，总压提高到其它条件不变，从气相分析，总压提高到202.6kPa时时SO2的传质方向，并计算以液相摩尔分率的传质方向，并计算以液相摩尔分率差及气相摩尔分率差表示的传质推动力。差及气相摩尔分率差表示的传质推动力。pEm3 .101485000627. 088.473 . 0*myx解：解：(1)

12、查得在总压查得在总压101.3kPa，温度，温度30条件下条件下SO2在水中的亨利系数在水中的亨利系数E=4850kPa 所以所以 47.88 从液相分析从液相分析 x=0.01故故SO2必然从液相转移到气相，进行解吸过必然从液相转移到气相，进行解吸过程。程。（2）查得在总压查得在总压101.3kPa，温度，温度0的条件下，的条件下，SO2在水中的亨利系数在水中的亨利系数E=1670kPa 从气相分析从气相分析y*=mx=16.490.01=0.16y=0.3故故SO2必然从气相转移到液相，进行吸收过必然从气相转移到液相，进行吸收过程。程。pEm3 .1011670=16.49pEm6 .20

13、24850（3）在总压）在总压202.6kPa，温度，温度30条件下，条件下，SO2在在水中的亨利系数水中的亨利系数E=4850kPa 从气相分析从气相分析y*=mx=23.94 0.01=0.24y=0.3故故SO2必然从气相转移到液相，进行吸收过必然从气相转移到液相，进行吸收过程。程。 =23.940125. 094.233 . 0*myx 以液相摩尔分数表示的吸收推动力为以液相摩尔分数表示的吸收推动力为:x=x*x=0.01250.01=0.0025以气相摩尔分数表示的吸收推动力为以气相摩尔分数表示的吸收推动力为:y= y y*=0.30.24=0.06【例】【例】求下列五种情况下的传质

14、方向 在常压下及25下，气相co2的组成0.05（摩尔分率），现将此混合气体分别与以下几种溶液接触：浓度为10-3kmol/m3的co2水溶液；浓度为1.6710-3kmol/m3的co2水溶液； 浓度为310-3kmol/m3的co2水溶液；气相压力还保持常压，co2的组成仍为0.05，而温度降为0，将此种气体与浓度为310-3kmol/m3的co2水溶液相接触；气相压力为5105pa，温度为25，co2组成仍为0.05，将气相与浓度为310-3kmol/m3的co2水溶液相接触。 解：对于题中规定的气液两相条件，判别过程进行的方 向和极限。 首先计算与气相浓度呈平衡时的液相浓度。 查常压下25下，co2在水中的亨利系数 E=166MPa，平衡常数 m=E/P=1660，当气相浓度y=0.05时，与其平衡的液相浓度 x*=y/m=310-5而实际的液体浓度 c=10-3kmol/m3水密度为 =1000kg/m3则 x=c/(/m