《化工傳質(zhì)與分離過(guò)程》第二章氣體吸收

1、第二章 氣體吸收 通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，應(yīng)掌握吸收的基本概念和吸收過(guò)程的平衡關(guān)系與速率關(guān)系；掌握低組成氣體吸收的計(jì)算方法；了解吸收系數(shù)的獲取途徑和解吸過(guò)程的概念與計(jì)算方法。學(xué)習(xí)目的與要求2.1 吸收過(guò)程概述 2.1.1 吸收的原理與流程第二章 氣體吸收原料氣AB吸收劑S尾氣B(含微量A)溶液S+A一、氣體吸收的原理吸收塔形成兩相體系的方法引入一液相（吸收劑） 各組分在吸收劑中溶解度不同。分離物系氣體混合物傳質(zhì)原理二、氣體吸收的流程吸收過(guò)程吸收過(guò)程：溶質(zhì)溶解于吸收劑中逆流操作解吸過(guò)程：溶質(zhì)從溶液中釋放出并流操作氣體吸收過(guò)程在吸收塔中進(jìn)行。吸收解吸具有吸收劑再生的連續(xù)吸收流程2.1 吸收過(guò)程概述 2.1

2、.1 吸收的原理與流程2.1.2 氣體吸收的分類(lèi)與應(yīng)用 第二章 氣體吸收一、氣體吸收的分類(lèi)氣體吸收按被吸收組分?jǐn)?shù)目單組分吸收按吸收有無(wú)化反按溶質(zhì)組成的高低 低組成吸收按吸收的溫度變化 多組分吸收物理吸收化學(xué)吸收高組成吸收等溫吸收非等溫吸收氣體吸收過(guò)程的分類(lèi)方法二、氣體吸收的工業(yè)應(yīng)用v凈化或精制氣體示例：合成氨工藝中合成氣中的凈化脫碳。示例：用水吸收氯化氫氣體制取鹽酸。 v回收混合氣體中所需的組分 示例：用洗油處理焦?fàn)t氣以回收芳烴。 v工業(yè)廢氣的治理 示例：廢氣中含有SO2、H2S等有害氣的脫除。 氣體吸收的應(yīng)用場(chǎng)合v制取某種氣體的液態(tài)產(chǎn)品2.1 吸收過(guò)程概述 2.1.1 吸收的原理與流程2.1

3、.2 氣體吸收的分類(lèi)與應(yīng)用 2.1.3 吸收劑的選擇第二章 氣體吸收吸收劑的選擇 吸收劑選擇的原則v溶解度v選擇性v揮發(fā)度v粘度v其它吸收劑對(duì)溶質(zhì)組分的溶解度要大。吸收劑應(yīng)對(duì)溶質(zhì)組分有較大溶解度，而對(duì)混合氣體中的其它組分溶解度甚微。吸收劑的蒸汽壓要低，即揮發(fā)度要小。吸收劑在操作溫度下的粘度要低。無(wú)毒、無(wú)腐蝕、不易燃易爆、不發(fā)泡、冰點(diǎn)低、價(jià)廉易得，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。 2.1 吸收過(guò)程概述 2.2 吸收過(guò)程的相平衡關(guān)系 2.2.1 氣體在液體中的溶解度第二章 氣體吸收一、溶解度曲線 液體 S氣體（AB）A 溶解 A 逸出)(AAxfpAx 平衡方程達(dá)平衡狀態(tài)時(shí)氣體在液體中的溶解度氣相分壓液相組成Ap

4、 在一定溫度和壓力下，令某氣體混合物（AB）與液體 S 接觸。Ap曲線Ax 溶解度曲線 氨在水中的溶解度40050易溶 二氧化硫在水中的溶解度5068中等溶解度 氧在水中的溶解度500.002難溶二、溫度、壓力對(duì)溶解度的影響溫度的影響 v 加壓和降溫 對(duì)同一溶質(zhì)，在相同的氣相分壓下，溶解度隨溫度的升高而減小。 對(duì)同一溶質(zhì)，在相同的溫度下，溶解度隨氣相分壓的升高而增大。壓力的影響 注意 v 減壓和升溫有利于吸收操作有利于解吸操作2.1 吸收過(guò)程概述 2.2 吸收過(guò)程的相平衡關(guān)系 2.2.1 氣體在液體中的溶解度2.2.2 亨利定律第二章 氣體吸收一、亨利定律的表達(dá)式 若溶質(zhì)在氣、液相中的組成分別

5、以分壓p、摩爾分?jǐn)?shù)x表示，亨利定律為E 亨利系數(shù)，kPa 溶解度亨利系數(shù)1. p x關(guān)系 Exp v 易溶氣體注意 v 難溶氣體E 小E 大 若溶質(zhì)在氣、液相中的組成分別以分壓p、摩爾濃度 c 表示，亨利定律為H 溶解度系數(shù)，kmol/(m3kPa)溶解度溶解度系數(shù)2. p c關(guān)系 Hcp *一、亨利定律的表達(dá)式 v 易溶氣體注意 v 難溶氣體H 大H 小 若溶質(zhì)在氣、液相中的組成分別以摩爾分?jǐn)?shù)y、x表示 ，亨利定律為m 相平衡常數(shù)溶解度相平衡常數(shù)3. y x關(guān)系 mxy *一、亨利定律的表達(dá)式 v 易溶氣體注意 v 難溶氣體m 小m 大xXX1yYY1XXmYY1*1*由得整理得對(duì)于低組成吸

6、收1 m X 1 簡(jiǎn)化得mXY *一、亨利定律的表達(dá)式 XmmXY11*4. Y X關(guān)系 亨利定律表達(dá)式可改寫(xiě)為以下形式：Epx *Hpc *myx *mYX*一、亨利定律的表達(dá)式 二、各系數(shù)間的關(guān)系 推導(dǎo)可得亨利定律表達(dá)式各系數(shù)間的關(guān)系如下： HEMSmEPHPMmS1EH 關(guān)系Em 關(guān)系Hm 關(guān)系溶液密度溶劑 S 的摩爾質(zhì)量2.1 吸收過(guò)程概述 2.2 吸收過(guò)程的相平衡關(guān)系 2.2.1 氣體在液體中的溶解度2.2.2 亨利定律2.2.3 相平衡關(guān)系在吸收中的應(yīng)用第二章 氣體吸收一、判斷傳質(zhì)進(jìn)行的方向 設(shè)某瞬時(shí)，氣相中溶質(zhì)的實(shí)際組成為y，溶液中溶質(zhì)的實(shí)際組成為x。若傳質(zhì)方向由氣相到液相進(jìn)行吸

7、收過(guò)程若傳質(zhì)方向由液相到氣相進(jìn)行解吸過(guò)程*yy *xx *yy *xx 二、確定傳質(zhì)的推動(dòng)力以氣相表示的傳質(zhì)推動(dòng)力以液相表示的傳質(zhì)推動(dòng)力*yyyxxx*吸收推動(dòng)力示意圖*x*y*yyyxxx*y*=mx三、指明傳質(zhì)進(jìn)行的極限對(duì)于逆流吸收塔液相出口最大組成氣相出口最低組成X2X1Y1Y2min2Ymax1X2*2mXYmYX1*12.1 吸收過(guò)程概述 2.2 吸收過(guò)程的相平衡關(guān)系 2.3.1 吸收過(guò)程的機(jī)理 2.3 吸收過(guò)程的速率關(guān)系第二章 氣體吸收一、吸收的相際傳質(zhì)過(guò)程吸收過(guò)程：溶質(zhì) A 從氣相傳遞到液相的過(guò)程 組分 A 從氣相主體擴(kuò) 散到相界面； 在相界面上組分 A 由 氣相轉(zhuǎn)入液相； 組分

8、 A 由相界面轉(zhuǎn)入 液相主體。 相際傳質(zhì)過(guò)程吸收通量二、吸收過(guò)程的傳質(zhì)機(jī)理模型 描述吸收過(guò)程的傳質(zhì)機(jī)理模型雙膜模型。雙膜模型示意圖2.1 吸收過(guò)程概述 2.2 吸收過(guò)程的相平衡關(guān)系 2.3.1 吸收過(guò)程的機(jī)理 2.3 吸收過(guò)程的速率關(guān)系第二章 氣體吸收2.3.2 吸收速率方程式 一、膜吸收速率方程式 1.氣膜吸收速率方程式)(iGAppkNNkyyAyiGiAkppN/1yiAkyyN/1Gk/1氣膜阻力yk/1比較得kPkyG由道爾頓分壓定律 pPypPyii)()()(iGiGiGAyyPkPyPykppkN一、膜吸收速率方程式 )(cckNiLAxxkNixALiAkccN/1xiAkxxN/1Lk/1xk/12.液膜吸收速率方程式一、膜吸收速率方程式 液膜阻力比較得LxCkk )()()(xxCkCx