化工原理第7章蒸發(fā) 氣體吸收

1、第第8 8章章 氣體吸收氣體吸收Gas Absorption第八章第八章 吸吸 收收 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第二節(jié)第二節(jié) 氣氣液平衡液平衡 第三節(jié)第三節(jié) 吸收機(jī)理與吸收速率吸收機(jī)理與吸收速率 第四節(jié)第四節(jié) 吸收塔的計(jì)算吸收塔的計(jì)算 1、掌握的內(nèi)容、掌握的內(nèi)容 相組成的表示法及換算；亨利定律各種表達(dá)式相組成的表示法及換算；亨利定律各種表達(dá)式及相互間的關(guān)系；分子擴(kuò)散、菲克定律及其在等及相互間的關(guān)系；分子擴(kuò)散、菲克定律及其在等分子反向擴(kuò)散和單向擴(kuò)散的應(yīng)用；對(duì)流傳質(zhì)概念；分子反向擴(kuò)散和單向擴(kuò)散的應(yīng)用；對(duì)流傳質(zhì)概念；雙膜理論要點(diǎn)；吸收的物料衡算、操作線方程及雙膜理論要點(diǎn)；吸收的物料衡算、操作線方程及圖示

2、方法；最小液氣比概念及吸收劑用量的確定；圖示方法；最小液氣比概念及吸收劑用量的確定；填料層高度的計(jì)算，傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)填料層高度的計(jì)算，傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)的定義、物理意義，傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算（平推動(dòng)的定義、物理意義，傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算（平推動(dòng)力法和吸收因數(shù)法）；吸收塔的設(shè)計(jì)計(jì)算力法和吸收因數(shù)法）；吸收塔的設(shè)計(jì)計(jì)算本章學(xué)習(xí)要求本章學(xué)習(xí)要求本章學(xué)習(xí)要求本章學(xué)習(xí)要求 2、熟悉的內(nèi)容、熟悉的內(nèi)容 各種形式的傳質(zhì)速率方程、傳質(zhì)系數(shù)和各種形式的傳質(zhì)速率方程、傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)推動(dòng)力的對(duì)應(yīng)關(guān)系；各種傳質(zhì)系數(shù)間傳質(zhì)推動(dòng)力的對(duì)應(yīng)關(guān)系；各種傳質(zhì)系數(shù)間的關(guān)系；氣膜控制與液膜控制；吸收劑的的關(guān)系；氣膜控制與液膜

3、控制；吸收劑的選擇；吸收塔的操作型分析；解吸的特點(diǎn)選擇；吸收塔的操作型分析；解吸的特點(diǎn)及計(jì)算。及計(jì)算。 3、了解的內(nèi)容、了解的內(nèi)容 分子擴(kuò)散系數(shù)及影響因素；塔高計(jì)算基分子擴(kuò)散系數(shù)及影響因素；塔高計(jì)算基本方程的推導(dǎo)。本方程的推導(dǎo)。本章重點(diǎn)本章重點(diǎn) 1、亨利定律及各種表達(dá)式和相互間的關(guān)系；、亨利定律及各種表達(dá)式和相互間的關(guān)系； 2、菲克定律及其應(yīng)用；、菲克定律及其應(yīng)用； 3、雙膜理論及總吸收速率方程；、雙膜理論及總吸收速率方程； 4、吸收過(guò)程的物料衡算及操作線方程；、吸收過(guò)程的物料衡算及操作線方程； 5、最小液氣比概念及吸收劑用量的計(jì)算；、最小液氣比概念及吸收劑用量的計(jì)算； 6、填料層高度及其傳質(zhì)

4、單元數(shù)的計(jì)算；、填料層高度及其傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算； 7、吸收塔的設(shè)計(jì)計(jì)算、吸收塔的設(shè)計(jì)計(jì)算。第一節(jié)第一節(jié) 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類三吸收分類四吸收設(shè)備、流程四吸收設(shè)備、流程五吸收劑的選擇五吸收劑的選擇利利用用氣氣體體混混合合物物中中各各組組分分在在液液體體溶溶劑劑中中溶溶解解度度的的差差異異來(lái)來(lái)分分離離氣氣體體混混合合物物的的操操作作稱稱為為吸吸收收。 一、什么是吸收？一、什么是吸收？溶溶質(zhì)質(zhì) A惰惰性性組組分分 B吸吸收收劑劑 S二、吸收的目的二、吸收的目的1制取產(chǎn)品制取產(chǎn)品 例如，用例如，用98.3%的硫酸吸收的硫酸吸收SO3氣體制取發(fā)煙硫酸，氣體制

5、取發(fā)煙硫酸， 用水吸收氯化氫制取用水吸收氯化氫制取37%的工業(yè)鹽酸，的工業(yè)鹽酸， 用氨水吸收用氨水吸收CO2生產(chǎn)碳酸氫銨等生產(chǎn)碳酸氫銨等。 2從氣體中回收有用的組分從氣體中回收有用的組分 例如，用硫酸從廢氣中回收氨生成硫酸銨；例如，用硫酸從廢氣中回收氨生成硫酸銨； 用洗油從煤氣中回收粗苯等。用洗油從煤氣中回收粗苯等。 3除去有害組分以凈化氣體除去有害組分以凈化氣體 主要包括原料氣凈化和尾氣、廢氣的凈化以保護(hù)環(huán)境。主要包括原料氣凈化和尾氣、廢氣的凈化以保護(hù)環(huán)境。 例如用水或堿液脫除合成氨原料氣中的二氧化碳，例如用水或堿液脫除合成氨原料氣中的二氧化碳， 燃煤鍋爐煙氣、冶煉廢氣脫燃煤鍋爐煙氣、冶煉廢

6、氣脫SO2等等。 多組分吸收多組分吸收單組分吸收單組分吸收非等溫吸收非等溫吸收等溫吸收等溫吸收化學(xué)吸收化學(xué)吸收物理吸收物理吸收三、吸收分類三、吸收分類1吸收設(shè)備吸收設(shè)備-塔設(shè)備塔設(shè)備 填料塔填料塔板式塔板式塔 吸收劑吸收劑 吸收尾氣吸收尾氣 吸吸 收收 塔塔 混合氣混合氣 吸收液吸收液 逆流吸收操作示意圖逆流吸收操作示意圖 氣體氣體溶劑溶劑 1 n 被吸收氣體被吸收氣體 板式塔板式塔 氣體氣體溶劑溶劑 填料填料 被吸收氣體被吸收氣體 填料塔填料塔四、吸收設(shè)備和流程四、吸收設(shè)備和流程板式塔和填料塔板式塔和填料塔 (1) 單單一一吸吸收收塔塔流流程程 （a）氣、液串聯(lián)（逆流）（b）氣體串聯(lián)、液體并

7、聯(lián)（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 吸收劑再循環(huán)流程吸收劑再循環(huán)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) 吸收劑在吸收塔內(nèi)再循環(huán)流程吸收劑在吸收塔內(nèi)再循環(huán)流程(4) 吸收吸收-解吸流程解吸流程吸收塔與解吸塔哪個(gè)溫度高？吸收塔與解吸塔哪個(gè)溫度高？用洗油吸收苯系物質(zhì)的吸收與解吸流程 煤氣脫苯吸收操作流程 從合成氨原料氣中回收CO2的流程 溶劑循環(huán)溶劑循環(huán)氣相中不可避免有溶劑損失氣相中不可避免有溶劑損失即使有吸收解吸平衡也要補(bǔ)充溶劑即使有吸收解吸平衡也要補(bǔ)充溶劑五吸收劑的選擇五吸收劑的選擇1溶解度溶解度對(duì)溶質(zhì)組分有

8、較大的溶解度對(duì)溶質(zhì)組分有較大的溶解度2選擇性選擇性對(duì)溶質(zhì)組分有良好的選擇性，對(duì)溶質(zhì)組分有良好的選擇性， 即對(duì)其它組分基本不吸收或吸收甚微，即對(duì)其它組分基本不吸收或吸收甚微，3揮發(fā)性揮發(fā)性 應(yīng)不易揮發(fā)應(yīng)不易揮發(fā)4粘性粘性 粘度要低粘度要低5.溶質(zhì)在溶劑中的溶解度應(yīng)對(duì)溫度的變化比較敏感溶質(zhì)在溶劑中的溶解度應(yīng)對(duì)溫度的變化比較敏感不僅在不僅在低溫下溶解度要大，平衡分壓要小，而且隨著溫度升高，溶解度應(yīng)迅低溫下溶解度要大，平衡分壓要小，而且隨著溫度升高，溶解度應(yīng)迅速下降，平衡分壓應(yīng)迅速上升。這樣，被吸收的氣體容易解吸，溶劑速下降，平衡分壓應(yīng)迅速上升。這樣，被吸收的氣體容易解吸，溶劑再生方便。再生方便。 6

9、其它其它 無(wú)毒、無(wú)腐蝕性、不易燃燒、不發(fā)泡、無(wú)毒、無(wú)腐蝕性、不易燃燒、不發(fā)泡、 價(jià)廉易得，并具有化學(xué)穩(wěn)定性等要求。價(jià)廉易得，并具有化學(xué)穩(wěn)定性等要求。第二節(jié)吸收過(guò)程的氣第二節(jié)吸收過(guò)程的氣液平衡液平衡一、氣體的溶解度一、氣體的溶解度二、吸收極限二、吸收極限相平衡相平衡三、亨利定律三、亨利定律四、氣液兩相傳質(zhì)的方向四、氣液兩相傳質(zhì)的方向 一溶解度一溶解度在在幾幾個(gè)個(gè)大大氣氣壓壓以以內(nèi)內(nèi)、溫溫度度一一定定條條件件下下， A A+B S （氣體）（氣體） （液體）（液體）AepfC 第二節(jié)吸收過(guò)程的氣第二節(jié)吸收過(guò)程的氣液相平衡液相平衡圖圖8-2 20下下SO2在水中的溶解度在水中的溶解度壓力不太高時(shí)，壓

10、力不太高時(shí)，P , E變化忽略不計(jì)變化忽略不計(jì),m 使溶質(zhì)在液相中的溶解度增加，有利于吸收使溶質(zhì)在液相中的溶解度增加，有利于吸收y x 關(guān)系曲線關(guān)系曲線為何要指定總壓？為何要指定總壓？（ P 變，變，y= Pe/p 變，變，y x 溶解度曲線的位置不同）溶解度曲線的位置不同） Pe x 關(guān)系曲線為何不指定總壓？關(guān)系曲線為何不指定總壓？（ P ye 或 x pe 吸收）y xe 解吸 （ pe p解吸）傳質(zhì)推動(dòng)力傳質(zhì)推動(dòng)力 推動(dòng)力推動(dòng)力 y-ye 或或 xe-x 注意推動(dòng)力不等于注意推動(dòng)力不等于y-x！【例】【例】在總壓在總壓101.3kPa，溫度，溫度30的條件下的條件下, SO2摩爾摩爾分率

11、為分率為0.3的混合氣體與的混合氣體與SO2摩爾分率為摩爾分率為0.01的水溶液的水溶液相接觸，試問(wèn)相接觸，試問(wèn): 1.從液相分析從液相分析SO2的傳質(zhì)方向；的傳質(zhì)方向； 2.從氣相分析，其它條件不變，溫度降到從氣相分析，其它條件不變，溫度降到0SO2的傳的傳質(zhì)方向；質(zhì)方向； 3.其它條件不變，從氣相分析，總壓提高到其它條件不變，從氣相分析，總壓提高到202.6kPa時(shí)時(shí)SO2的傳質(zhì)方向，并計(jì)算以液相摩爾分率的傳質(zhì)方向，并計(jì)算以液相摩爾分率差及氣相摩爾分率差表示的傳質(zhì)推動(dòng)力。差及氣相摩爾分率差表示的傳質(zhì)推動(dòng)力。pEm3 .101485000627. 088.473 . 0*myx解：解：(1)

12、查得在總壓查得在總壓101.3kPa，溫度，溫度30條件下條件下SO2在水中的亨利系數(shù)在水中的亨利系數(shù)E=4850kPa 所以所以 47.88 從液相分析從液相分析 x=0.01故故SO2必然從液相轉(zhuǎn)移到氣相，進(jìn)行解吸過(guò)必然從液相轉(zhuǎn)移到氣相，進(jìn)行解吸過(guò)程。程。（2）查得在總壓查得在總壓101.3kPa，溫度，溫度0的條件下，的條件下，SO2在水中的亨利系數(shù)在水中的亨利系數(shù)E=1670kPa 從氣相分析從氣相分析y*=mx=16.490.01=0.16y=0.3故故SO2必然從氣相轉(zhuǎn)移到液相，進(jìn)行吸收過(guò)必然從氣相轉(zhuǎn)移到液相，進(jìn)行吸收過(guò)程。程。pEm3 .1011670=16.49pEm6 .20

13、24850（3）在總壓）在總壓202.6kPa，溫度，溫度30條件下，條件下，SO2在在水中的亨利系數(shù)水中的亨利系數(shù)E=4850kPa 從氣相分析從氣相分析y*=mx=23.94 0.01=0.24y=0.3故故SO2必然從氣相轉(zhuǎn)移到液相，進(jìn)行吸收過(guò)必然從氣相轉(zhuǎn)移到液相，進(jìn)行吸收過(guò)程。程。 =23.940125. 094.233 . 0*myx 以液相摩爾分?jǐn)?shù)表示的吸收推動(dòng)力為以液相摩爾分?jǐn)?shù)表示的吸收推動(dòng)力為:x=x*x=0.01250.01=0.0025以氣相摩爾分?jǐn)?shù)表示的吸收推動(dòng)力為以氣相摩爾分?jǐn)?shù)表示的吸收推動(dòng)力為:y= y y*=0.30.24=0.06【例】【例】求下列五種情況下的傳質(zhì)

14、方向 在常壓下及25下，氣相co2的組成0.05（摩爾分率），現(xiàn)將此混合氣體分別與以下幾種溶液接觸：濃度為10-3kmol/m3的co2水溶液；濃度為1.6710-3kmol/m3的co2水溶液； 濃度為310-3kmol/m3的co2水溶液；氣相壓力還保持常壓，co2的組成仍為0.05，而溫度降為0，將此種氣體與濃度為310-3kmol/m3的co2水溶液相接觸；氣相壓力為5105pa，溫度為25，co2組成仍為0.05，將氣相與濃度為310-3kmol/m3的co2水溶液相接觸。 解：對(duì)于題中規(guī)定的氣液兩相條件，判別過(guò)程進(jìn)行的方 向和極限。 首先計(jì)算與氣相濃度呈平衡時(shí)的液相濃度。 查常壓下25下，co2在水中的亨利系數(shù) E=166MPa，平衡常數(shù) m=E/P=1660，當(dāng)氣相濃度y=0.05時(shí)，與其平衡的液相濃度 x*=y/m=310-5而實(shí)際的液體濃度 c=10-3kmol/m3水密度為 =1000kg/m3則 x=c/(/m