化工原理課件吸收-1-2012

1、吸收過程概述與氣液平衡關(guān)系吸收過程概述與氣液平衡關(guān)系吸收過程的傳質(zhì)機(jī)理吸收過程的傳質(zhì)機(jī)理吸收過程中速率的確定吸收過程中速率的確定低濃度氣體吸收的計(jì)算低濃度氣體吸收的計(jì)算吸收系數(shù)吸收系數(shù)本章重點(diǎn)內(nèi)容本章重點(diǎn)內(nèi)容吸收過程概述一、氣體吸收的基本原理與流程一、氣體吸收的基本原理與流程吸收吸收 根據(jù)氣體中各組分在某液體溶劑中根據(jù)氣體中各組分在某液體溶劑中的的溶解度不同溶解度不同而將氣體混合物進(jìn)行分離的單元而將氣體混合物進(jìn)行分離的單元操作。操作。 分離物系：分離物系：氣體混合物氣體混合物形成兩相體系的方法：形成兩相體系的方法：引入一液相（吸收劑）引入一液相（吸收劑）原理：原理：混合氣中各組分在溶劑中的溶解

2、度的差異混合氣中各組分在溶劑中的溶解度的差異尾氣：尾氣：B(含微量含微量A)吸收劑：吸收劑：S原料氣：原料氣：A+B吸收液：吸收液：S+A吸吸收收塔塔吸收塔逆流操作示意圖吸收塔逆流操作示意圖S：吸收劑：吸收劑A：溶質(zhì)：溶質(zhì)B：惰性組分：惰性組分吸收過程：吸收過程：（1）溶質(zhì)從氣相主體傳遞到相界面；（2）在相界面上溶質(zhì)溶解到液相表面；（3）溶質(zhì)從相界面?zhèn)鬟f到液相主體。吸收過程吸收過程解吸過程解吸過程氣相主體液相主體 吸收及解析傳質(zhì)方向?qū)嵸|(zhì)：實(shí)質(zhì)： 吸收過程吸收過程 溶質(zhì)由氣相到液相的質(zhì)量傳遞過程； 解吸過程解吸過程 溶質(zhì)由液相到氣相的質(zhì)量傳遞過程。吸收過程的基本流程吸收過程的基本流程（1）一步吸

3、收流程和兩步吸收流程）一步吸收流程和兩步吸收流程 (選用吸收劑的數(shù)目) 一步吸收流程：僅用一種吸收劑 兩步吸收流程：使用兩種吸收劑貧液富液混合氣體凈化氣一步吸收流程兩步吸收流程吸收劑1吸收劑2混合氣去解吸塔去解吸塔凈化氣吸收塔1吸收塔2（2）單塔流程和多塔流程）單塔流程和多塔流程 (所用的塔設(shè)備數(shù))（3）逆流吸收流程和并流吸收流程）逆流吸收流程和并流吸收流程 (塔內(nèi)氣液流向)逆流和并流吸收過程逆流逆流貧液富液混合氣體凈化氣并流并流貧液富液混合氣體凈化氣（4）部分溶劑循環(huán)流程）部分溶劑循環(huán)流程貧液富液混合氣體凈化氣 部分溶劑循環(huán)流程去解吸兩段吸收兩段解吸流程:從合成氨原料氣中回收從合成氨原料氣中

4、回收CO2的流程的流程吸收工藝過程吸收過程 苯吸收塔解吸過程 苯解吸塔貧油吸收塔含苯煤氣解吸塔過熱蒸汽冷凝器粗苯水冷卻器換熱器補(bǔ)充新鮮洗油富油脫苯煤氣采用吸收劑再生的連續(xù)吸收流程吸收操作必須解決下列問題吸收操作必須解決下列問題:選擇選擇合適的溶劑合適的溶劑提供提供適當(dāng)?shù)膫髻|(zhì)設(shè)備適當(dāng)?shù)膫髻|(zhì)設(shè)備吸收吸收操作條件操作條件的確定的確定 吸收劑用量；吸收劑用量； 操作溫度；操作溫度； 操作壓力。操作壓力。二、吸收劑選擇原則二、吸收劑選擇原則. .對(duì)被吸收的組分要有較大的對(duì)被吸收的組分要有較大的溶解度溶解度，且有較好的，且有較好的選擇性選擇性。. .要有較低的要有較低的蒸氣壓蒸氣壓，以減少吸收過程中溶劑的

5、揮，以減少吸收過程中溶劑的揮發(fā)損失。發(fā)損失。 . .要有較好的要有較好的化學(xué)穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性，以免使用過程中變質(zhì)。，以免使用過程中變質(zhì)。 . .腐蝕性腐蝕性要小要小, ,以減小設(shè)備費(fèi)用和維修費(fèi)。以減小設(shè)備費(fèi)用和維修費(fèi)。 . .粘度粘度要低，以利于傳質(zhì)及輸送；要低，以利于傳質(zhì)及輸送；比熱比熱要小，使再要小，使再生時(shí)的耗熱量較小；生時(shí)的耗熱量較?。徊灰兹疾灰兹?，以利于安全生產(chǎn)。，以利于安全生產(chǎn)。 . .吸收后的溶劑應(yīng)易于吸收后的溶劑應(yīng)易于再生再生。三三. . 吸收過程的分類吸收過程的分類按被吸收組分?jǐn)?shù)目按被吸收組分?jǐn)?shù)目單組分吸收單組分吸收按吸收有無化學(xué)反應(yīng)按吸收有無化學(xué)反應(yīng)按溶質(zhì)濃度的高低按溶質(zhì)濃

6、度的高低按吸收的溫度變化按吸收的溫度變化多組分吸收多組分吸收 物理吸收物理吸收 化學(xué)吸收化學(xué)吸收低濃度吸收低濃度吸收高濃度吸收高濃度吸收 等溫吸收等溫吸收非等溫吸收非等溫吸收四四. . 吸收在生產(chǎn)中的應(yīng)用吸收在生產(chǎn)中的應(yīng)用分離和凈化原料氣。分離和凈化原料氣。原料氣在加工以前，其原料氣在加工以前，其中無用的或有害的成分都要預(yù)先除去。如合成中無用的或有害的成分都要預(yù)先除去。如合成氨所用的原料氣中分離出氨所用的原料氣中分離出CO2、CO等雜質(zhì)。等雜質(zhì)。 分離和回收氣體中的有用組分分離和回收氣體中的有用組分。從焦?fàn)t煤氣從焦?fàn)t煤氣中中以洗油回收粗苯（含甲苯、二甲苯等）蒸氣以洗油回收粗苯（含甲苯、二甲苯等

7、）蒸氣和從某些干燥廢氣中回收有機(jī)溶劑蒸氣等和從某些干燥廢氣中回收有機(jī)溶劑蒸氣等。 某些產(chǎn)品的制取。某些產(chǎn)品的制取。如制酸工業(yè)中用水分別如制酸工業(yè)中用水分別吸收混合氣體中的吸收混合氣體中的HCl、SO3和和NO2制取鹽酸、制取鹽酸、硫酸和硝酸。硫酸和硝酸。 廢氣的治理廢氣的治理。排放的廢氣含有對(duì)人體和環(huán)排放的廢氣含有對(duì)人體和環(huán)境有害的物質(zhì)，如境有害的物質(zhì)，如SO2、H2S等。選擇適當(dāng)?shù)牡?。選擇適當(dāng)?shù)墓に嚭腿軇┻M(jìn)行吸收是廢氣治理中應(yīng)用較廣工藝和溶劑進(jìn)行吸收是廢氣治理中應(yīng)用較廣的方法。的方法。Gas Liquid Equilibrium混合氣體和溶劑在一定溫度和壓力下，經(jīng)長(zhǎng)期充分接觸混合氣體和溶劑在

8、一定溫度和壓力下，經(jīng)長(zhǎng)期充分接觸后，后，進(jìn)入液相中的溶質(zhì)分子數(shù)與從液相逸出的溶質(zhì)分子進(jìn)入液相中的溶質(zhì)分子數(shù)與從液相逸出的溶質(zhì)分子數(shù)相等，數(shù)相等，達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡。達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡。第一節(jié)第一節(jié) Gas Liquid Equilibrium飽和濃度飽和濃度：平衡時(shí)溶平衡時(shí)溶質(zhì)在液相中的濃度。質(zhì)在液相中的濃度。平衡分壓：平衡分壓：平衡時(shí)平衡時(shí)氣相中溶質(zhì)的分壓氣相中溶質(zhì)的分壓。當(dāng)壓力不太高、溫度一定時(shí)當(dāng)壓力不太高、溫度一定時(shí) p*A =f1（ x ） y*=f2（x） p*A =f3（ cA ）氨在水中的溶解度氨在水中的溶解度液相中氨的摩爾數(shù)液相中氨的摩爾數(shù)氣相中氨的分壓氣相中氨的分壓6050403

9、0溶解度溶解度在一定溫度與壓力下，溶質(zhì)氣體最大限度在一定溫度與壓力下，溶質(zhì)氣體最大限度 溶解于溶劑中的量溶解于溶劑中的量2020下下SOSO2 2在水中的溶解度在水中的溶解度101.3kPa202.6kPaxyt=293KCO2NH310ncA, kmol/m3pA, kPa幾種氣體在水中的溶解度曲線幾種氣體在水中的溶解度曲線氣體在液體中的溶解度氣體在液體中的溶解度 吸收吸收解吸解吸減壓減壓 升溫升溫加壓加壓 降溫降溫氨氨（2）溫度和）溫度和y一一定，定，總壓增加總壓增加，在同一溶劑中，在同一溶劑中，溶質(zhì)的溶解度溶質(zhì)的溶解度x隨之增加，隨之增加，有利于吸收有利于吸收 。（1）p、y一一定，定，

10、溫度下降溫度下降，在同一溶劑中，溶，在同一溶劑中，溶質(zhì)的溶解度質(zhì)的溶解度x隨之增加，隨之增加，有利于吸收有利于吸收 。（3）相同的總壓及摩爾分?jǐn)?shù)，）相同的總壓及摩爾分?jǐn)?shù)， cO2 cCO2 cSO2 cNH3 氧氣為難溶氣體，氨氣為易溶氣體氧氣為難溶氣體，氨氣為易溶氣體氣液相平衡關(guān)系亨利定律氣液相平衡關(guān)系亨利定律（1）p x 關(guān)系關(guān)系易溶氣體易溶氣體E 難溶氣體難溶氣體H溶解度溶解度溫度溫度溶解度系數(shù)溶解度系數(shù)H（3）y x 關(guān)系關(guān)系y*= mxy* 平衡時(shí)氣相中溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)平衡時(shí)氣相中溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)m 相平衡常數(shù)或分配系數(shù)相平衡常數(shù)或分配系數(shù)x 溶質(zhì)在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)溶質(zhì)在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)

11、易溶氣體易溶氣體m x 或或 A*Acc *AApp A由氣相向液相傳質(zhì)，吸收過程由氣相向液相傳質(zhì)，吸收過程*AApp 平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)*AApp A由液相向氣相傳質(zhì)，解吸過程由液相向氣相傳質(zhì)，解吸過程吸收過程：吸收過程：yPyxABCxy*y*y2 2 確定傳質(zhì)過程的推動(dòng)力確定傳質(zhì)過程的推動(dòng)力 表示吸收推動(dòng)力表示吸收推動(dòng)力 表示解吸推動(dòng)力。表示解吸推動(dòng)力。 氣、液相組成分別以氣、液相組成分別以p，c 表示，表示，吸收推動(dòng)力為吸收推動(dòng)力為xxx*yyy*xxxyyy*pppccc*實(shí)際組成平衡組成推動(dòng)力APYY*XX*3、指明過程進(jìn)行的極限、指明過程進(jìn)行的極限過程極限：相平衡過程極限：相平衡1

12、. 逆流吸收，塔高無限逆流吸收，塔高無限2*2min2,mxyyL 2. 逆流吸收，塔高無限逆流吸收，塔高無限myxL1max, 1 V，y2V，y1L，x2L，x1【例例1】含有含有30（體積）（體積）CO2的某種混合氣與水接的某種混合氣與水接觸，系統(tǒng)溫度為觸，系統(tǒng)溫度為30，總壓為，總壓為101.33kPa。試求液相。試求液相中中CO2的平衡濃度的平衡濃度ce？已知：已知：P總總101.33kPa，y0.3，查表，查表2-1得得30時(shí)時(shí)CO2在水中的亨利系數(shù)在水中的亨利系數(shù)E1.88105kPa解題思路：解題思路：c*=H pp= P總總y（道爾頓分壓定律）道爾頓分壓定律）EMHs（HE關(guān)

13、系關(guān)系）解：解：由于總壓不高，適用于亨利定律由于總壓不高，適用于亨利定律c*=H p 由道爾頓分壓定律可知，由道爾頓分壓定律可知， CO2在氣相中的分壓為在氣相中的分壓為 p = P總總y =101.330.3=30.4kPa 由由HE關(guān)系關(guān)系 30時(shí)時(shí)CO2在水中的亨利系數(shù)在水中的亨利系數(shù) E =1.88105kPa 因因CO2是難溶于水的氣體，因而溶液的濃度很低，是難溶于水的氣體，因而溶液的濃度很低， 溶液密度和摩爾質(zhì)量可按純水計(jì)算，溶液密度和摩爾質(zhì)量可按純水計(jì)算， 即即=1000kg/m3, Ms=18 代入公式中可得代入公式中可得EMHs335/1098. 84 .301088. 1181000*mkmolpEMcs【例例2】 含溶質(zhì)含溶質(zhì)A且摩爾分率為且摩爾分率為x=0.2的溶液與壓力為的溶液與壓力為 2atm， y=0.15的氣體等溫接觸，平衡關(guān)系為：的氣體等溫接觸，平衡關(guān)系為：p*=1.2x， 則此時(shí)將發(fā)生則此時(shí)將發(fā)生 過程。過程。 用氣相組成和液相組成表示的總傳質(zhì)推動(dòng)力分別為用氣相組成和液相組成表示的總傳質(zhì)推動(dòng)力分別為 y= ，x= （摩爾分率）。（摩爾分率）。 如系統(tǒng)溫度略有增高，則如系統(tǒng)溫度略有增高，則y將將 。 如系統(tǒng)總壓略有增大，則如系統(tǒng)總壓略有增大，則x將將 。 解題思