化工原理課件吸收

化工原理課件吸收第一頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日吸收過(guò)程概述與氣液平衡關(guān)系吸收過(guò)程的傳質(zhì)機(jī)理吸收過(guò)程中速率的確定低濃度氣體吸收的計(jì)算吸收系數(shù)本章重點(diǎn)內(nèi)容第二頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日吸收過(guò)程概述第三頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日一、氣體吸收的基本原理與流程吸收

——根據(jù)氣體中各組分在某液體溶劑中的溶解度不同而將氣體混合物進(jìn)行分離的單元操作。

分離物系：氣體混合物形成兩相體系的方法：引入一液相（吸收劑）原理：混合氣中各組分在溶劑中的溶解度的差異第四頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日尾氣：B(含微量A)吸收劑：S原料氣：A+B吸收液：S+A吸收塔吸收塔逆流操作示意圖S：吸收劑A：溶質(zhì)B：惰性組分第五頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日吸收過(guò)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(guò)程解吸過(guò)程氣相主體液相主體吸收及解析傳質(zhì)方向?qū)嵸|(zhì)：

吸收過(guò)程—溶質(zhì)由氣相到液相的質(zhì)量傳遞過(guò)程；

解吸過(guò)程—溶質(zhì)由液相到氣相的質(zhì)量傳遞過(guò)程。第六頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日吸收過(guò)程的基本流程（1）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第七頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日（2）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(塔內(nèi)氣液流向)逆流和并流吸收過(guò)程逆流貧液富液混合氣體凈化氣并流貧液富液混合氣體凈化氣第八頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日（4）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)流程去解吸第九頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日兩段吸收兩段解吸流程:第十頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日從合成氨原料氣中回收CO2的流程第十一頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日吸收工藝過(guò)程吸收過(guò)程——苯吸收塔解吸過(guò)程——苯解吸塔貧油吸收塔含苯煤氣解吸塔過(guò)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)吸收流程第十二頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日吸收操作必須解決下列問(wèn)題:選擇合適的溶劑提供適當(dāng)?shù)膫髻|(zhì)設(shè)備吸收操作條件的確定

吸收劑用量；

操作溫度；

操作壓力。第十三頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日二、吸收劑選擇原則１.對(duì)被吸收的組分要有較大的溶解度，且有較好的選擇性。２.要有較低的蒸氣壓，以減少吸收過(guò)程中溶劑的揮發(fā)損失。３.要有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，以免使用過(guò)程中變質(zhì)。４.腐蝕性要小,以減小設(shè)備費(fèi)用和維修費(fèi)。５.粘度要低，以利于傳質(zhì)及輸送；比熱要小，使再生時(shí)的耗熱量較小；不易燃，以利于安全生產(chǎn)。６.吸收后的溶劑應(yīng)易于再生。第十四頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日三.吸收過(guò)程的分類按被吸收組分?jǐn)?shù)目單組分吸收按吸收有無(wú)化學(xué)反應(yīng)按溶質(zhì)濃度的高低按吸收的溫度變化多組分吸收

物理吸收

化學(xué)吸收低濃度吸收高濃度吸收

等溫吸收非等溫吸收第十五頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日四.吸收在生產(chǎn)中的應(yīng)用分離和凈化原料氣。原料氣在加工以前，其中無(wú)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CO2、CO等雜質(zhì)。

分離和回收氣體中的有用組分。從焦?fàn)t煤氣中以洗油回收粗苯（含甲苯、二甲苯等）蒸氣和從某些干燥廢氣中回收有機(jī)溶劑蒸氣等。第十六頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日

某些產(chǎn)品的制取。如制酸工業(yè)中用水分別吸收混合氣體中的HCl、SO3和NO2制取鹽酸、硫酸和硝酸。廢氣的治理。排放的廢氣含有對(duì)人體和環(huán)境有害的物質(zhì)，如SO2、H2S等。選擇適當(dāng)?shù)墓に嚭腿軇┻M(jìn)行吸收是廢氣治理中應(yīng)用較廣的方法。第十七頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日GasLiquidEquilibrium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)分子數(shù)相等，達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡。第一節(jié)GasLiquidEquilibriumP=pA+pByA+yB=1xA+xB=1飽和濃度：平衡時(shí)溶質(zhì)在液相中的濃度。平衡分壓：平衡時(shí)氣相中溶質(zhì)的分壓。第十八頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日當(dāng)壓力不太高、溫度一定時(shí)

p*A

=f1（x）y*=f2（x）

p*A

=f3（cA）氨在水中的溶解度液相中氨的摩爾數(shù)氣相中氨的分壓60℃50℃40℃30℃溶解度－－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第十九頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日20℃下SO2在水中的溶解度101.3kPa202.6kPaxy第二十頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日t=293KCO2NH310ncA,kmol/m3pA,kPa幾種氣體在水中的溶解度曲線第二十一頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日氣體在液體中的溶解度

Solubility吸收解吸減壓升溫加壓降溫氨第二十二頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日（2）溫度和y一定，總壓增加，在同一溶劑中，溶質(zhì)的溶解度x隨之增加，有利于吸收。（1）p、y一定，溫度下降，在同一溶劑中，溶質(zhì)的溶解度x隨之增加，有利于吸收。（3）相同的總壓及摩爾分?jǐn)?shù)，

cO2

<cCO2

<cSO2

<cNH3

氧氣為難溶氣體，氨氣為易溶氣體第二十三頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日氣液相平衡關(guān)系－－亨利定律（1）p~x關(guān)系易溶氣體E

<難溶氣體Ep*=E·xp*－混合氣體中溶質(zhì)的平衡分壓，kPax

－溶質(zhì)在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)E

－亨利系數(shù)，kPa溶解度亨利系數(shù)E溫度第二十四頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日（2）p~c關(guān)系p*=c/Hp*－混合氣體中溶質(zhì)的平衡分壓，kPac

－溶質(zhì)在液相中的摩爾濃度，kmol/m3H

－溶解度系數(shù)，kmol/(kN·m)易溶氣體H

>難溶氣體H溶解度溫度溶解度系數(shù)H第二十五頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日（3）y~x關(guān)系y*=m·xy*－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)x

－溶質(zhì)在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)易溶氣體m

<難溶氣體m溶解度溫度總壓相平衡常數(shù)m相平衡常數(shù)m溶解度第二十六頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日（4）Y~X關(guān)系

在吸收過(guò)程中，惰性氣體不溶于液相，溶劑也沒(méi)有顯著的氣化現(xiàn)象，故以惰性氣體和溶劑的量為基準(zhǔn)，分別表示溶質(zhì)在氣液兩相的濃度，常將組成以摩爾比X、Ｙ表示。第二十七頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日亨利定律表達(dá)式中各系數(shù)的關(guān)系ρ

－溶液的密度，kg/m3cm

－溶液的摩爾濃度，kmol/m3Mm－溶液的摩爾質(zhì)量Ms

－溶劑的摩爾質(zhì)量（1）H~E

關(guān)系p*=E·xp*=c/H∵∴稀溶液中，Mm＝Ms第二十八頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日H的討論：1）H大，溶解度大，易溶氣體2）p對(duì)H影響小，第二十九頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日（2）m~E

關(guān)系y*=m·xp*=E·x在低壓下，氣體服從道爾頓分壓定律∴∵m的討論：1）m大，溶解度小，難溶氣體2）第三十頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日（3）H~m關(guān)系第三十一頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日相平衡關(guān)系在吸收過(guò)程中的應(yīng)用1、判斷過(guò)程進(jìn)行的方向y

y*或x*

>x或

A由氣相向液相傳質(zhì)，吸收過(guò)程平衡狀態(tài)A由液相向氣相傳質(zhì)，解吸過(guò)程吸收過(guò)程：y·Pyx··ABCxy*y*y第三十二頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2確定傳質(zhì)過(guò)程的推動(dòng)力

表示吸收推動(dòng)力表示解吸推動(dòng)力。

氣、液相組成分別以p，c

表示，吸收推動(dòng)力為

·APYY*XX*第三十三頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日3、指明過(guò)程進(jìn)行的極限過(guò)程極限：相平衡1.逆流吸收，塔高無(wú)限2.逆流吸收，塔高無(wú)限V，y2V，y1L，x2L，x1第三十四頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日【例1】含有30％（體積）CO2的某種混合氣與水接觸，系統(tǒng)溫度為30℃，總壓為101.33kPa。試求液相中CO2的平衡濃度ce？已知：P總＝101.33kPa，y＝0.3，查表2-1得30℃時(shí)CO2在水中的亨利系數(shù)E＝1.88×105kPa解題思路：c*=H·pp=P總·y（道爾頓分壓定律）（H～E關(guān)系）第三十五頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日解：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，CO2在氣相中的分壓為

p=P總·y=101.33×0.3=30.4kPa

由H～E關(guān)系

30℃時(shí)CO2在水中的亨利系數(shù)E=1.88×105kPa

因CO2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，即ρ=1000kg/m3,Ms=18

代入公式中可得第三十六頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日【例2】

含溶質(zhì)A且摩爾分率為x=0.2的溶液與壓力為2atm，

y=0.15的氣體等溫接觸，平衡關(guān)系為：p*=1.2x，則此時(shí)將發(fā)生

過(guò)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

Δy=

，Δx=

（摩爾分率）。如系統(tǒng)溫度略有增高，則Δy將

。如系統(tǒng)總壓略有增大，則Δx將

。第三十七頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日

解題思路：（1）若y>y*

x<x*時(shí)為吸收過(guò)程，反之為解吸過(guò)程（2）

（