化工原理课件吸收-1-2012.

吸收吸收过程概述与气液平衡关系吸收过程的传质机理吸收过程中速率的确定低浓度气体吸收的计算吸收系数本章重点内容吸收过程概述一、气体吸收的基本原理与流程吸收——根据气体中各组分在某液体溶剂中的溶解度不同而将气体混合物进行分离的单元操作。分离物系：气体混合物形成两相体系的方法：引入一液相（吸收剂）原理：混合气中各组分在溶剂中的溶解度的差异尾气：B(含微量A)吸收剂：S原料气：A+B吸收液：S+A吸收塔吸收塔逆流操作示意图S：吸收剂A：溶质B：惰性组分吸收过程：（1）溶质从气相主体传递到相界面；（2）在相界面上溶质溶解到液相表面；（3）溶质从相界面传递到液相主体。吸收过程解吸过程气相主体液相主体吸收及解析传质方向实质：吸收过程—溶质由气相到液相的质量传递过程；解吸过程—溶质由液相到气相的质量传递过程。吸收过程的基本流程（1）一步吸收流程和两步吸收流程(选用吸收剂的数目)一步吸收流程：仅用一种吸收剂两步吸收流程：使用两种吸收剂贫液富液混合气体净化气一步吸收流程两步吸收流程吸收剂1吸收剂2混合气去解吸塔去解吸塔净化气吸收塔1吸收塔2（2）单塔流程和多塔流程(所用的塔设备数)（3）逆流吸收流程和并流吸收流程(塔内气液流向)逆流和并流吸收过程逆流贫液富液混合气体净化气并流贫液富液混合气体净化气（4）部分溶剂循环流程贫液富液混合气体净化气部分溶剂循环流程去解吸两段吸收两段解吸流程:从合成氨原料气中回收CO2的流程吸收工艺过程吸收过程——苯吸收塔解吸过程——苯解吸塔贫油吸收塔含苯煤气解吸塔过热蒸汽冷凝器粗苯水冷却器换热器补充新鲜洗油富油脱苯煤气采用吸收剂再生的连续吸收流程吸收操作必须解决下列问题:选择合适的溶剂提供适当的传质设备吸收操作条件的确定◇吸收剂用量；◇操作温度；◇操作压力。二、吸收剂选择原则１.对被吸收的组分要有较大的溶解度，且有较好的选择性。２.要有较低的蒸气压，以减少吸收过程中溶剂的挥发损失。３.要有较好的化学稳定性，以免使用过程中变质。４.腐蚀性要小,以减小设备费用和维修费。５.粘度要低，以利于传质及输送；比热要小，使再生时的耗热量较小；不易燃，以利于安全生产。６.吸收后的溶剂应易于再生。三.吸收过程的分类按被吸收组分数目单组分吸收按吸收有无化学反应按溶质浓度的高低按吸收的温度变化多组分吸收物理吸收化学吸收低浓度吸收高浓度吸收等温吸收非等温吸收四.吸收在生产中的应用分离和净化原料气。原料气在加工以前，其中无用的或有害的成分都要预先除去。如合成氨所用的原料气中分离出CO2、CO等杂质。分离和回收气体中的有用组分。从焦炉煤气中以洗油回收粗苯（含甲苯、二甲苯等）蒸气和从某些干燥废气中回收有机溶剂蒸气等。某些产品的制取。如制酸工业中用水分别吸收混合气体中的HCl、SO3和NO2制取盐酸、硫酸和硝酸。废气的治理。排放的废气含有对人体和环境有害的物质，如SO2、H2S等。选择适当的工艺和溶剂进行吸收是废气治理中应用较广的方法。GasLiquidEquilibrium混合气体和溶剂在一定温度和压力下，经长期充分接触后，进入液相中的溶质分子数与从液相逸出的溶质分子数相等，达到一种动态平衡。第一节GasLiquidEquilibriumP=pA+pByA+yB=1xA+xB=1饱和浓度：平衡时溶质在液相中的浓度。平衡分压：平衡时气相中溶质的分压。当压力不太高、温度一定时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尔数气相中氨的分压60℃50℃40℃30℃溶解度－－在一定温度与压力下，溶质气体最大限度溶解于溶剂中的量20℃下SO2在水中的溶解度101.3kPa202.6kPaxyt=293KCO2NH310ncA,kmol/m3pA,kPa几种气体在水中的溶解度曲线气体在液体中的溶解度Solubility吸收解吸减压升温加压降温氨（2）温度和y一定，总压增加，在同一溶剂中，溶质的溶解度x随之增加，有利于吸收。（1）p、y一定，温度下降，在同一溶剂中，溶质的溶解度x随之增加，有利于吸收。（3）相同的总压及摩尔分数，cO2cCO2cSO2cNH3氧气为难溶气体，氨气为易溶气体气液相平衡关系－－亨利定律（1）p~x关系易溶气体E难溶气体Ep*=E·xp*－混合气体中溶质的平衡分压，kPax－溶质在液相中的摩尔分数E－亨利系数，kPa溶解度亨利系数E温度（2）p~c关系p*=c/Hp*－混合气体中溶质的平衡分压，kPac－溶质在液相中的摩尔浓度，kmol/m3H－溶解度系数，kmol/(kN·m)易溶气体H难溶气体H溶解度温度溶解度系数H（3）y~x关系y*=m·xy*－平衡时气相中溶质的摩尔分数m－相平衡常数或分配系数x－溶质在液相中的摩尔分数易溶气体m难溶气体m溶解度温度总压相平衡常数m相平衡常数m溶解度（4）Y~X关系在吸收过程中，惰性气体不溶于液相，溶剂也没有显著的气化现象，故以惰性气体和溶剂的量为基准，分别表示溶质在气液两相的浓度，常将组成以摩尔比X、Ｙ表示。yyYxxX11数气相中惰性气体的摩尔气相中溶质的摩尔数液相中溶剂的摩尔数液相中溶质的摩尔数mXXmmXY)1(1*亨利定律表达式中各系数的关系ρ－溶液的密度，kg/m3cm－溶液的摩尔浓度，kmol/m3Mm－溶液的摩尔质量Ms－溶剂的摩尔质量（1）H~E关系p*=E·xp*=c/HExcHxccmmmMcEMHs∵∴稀溶液中，Mm＝MsH的讨论：1）H大，溶解度大，易溶气体2）p对H影响小，HT)3（2）m~E关系y*=m·xp*=E·xmEyp**在低压下，气体服从道尔顿分压定律**yPp∴∵PEmm的讨论：1）m大，溶解度小，难溶气体2）mTmp（3）H~m关系EMHsPEmmPMHs相平衡关系在吸收过程中的应用1、判断过程进行的方向yy*或x*x或A*Acc*AAppA由气相向液相传质，吸收过程*AApp平衡状态*AAppA由液相向气相传质，解吸过程吸收过程：y·Pyx··ABCxy*y*y2确定传质过程的推动力表示吸收推动力表示解吸推动力。气、液相组成分别以p，c表示，吸收推动力为xxx**yyy*xxxyyy**pppccc*实际组成－平衡组成推动力＝·APYY*XX*3、指明过程进行的极限过程极限：相平衡1.逆流吸收，塔高无限2*2min2,mxyyL2.逆流吸收，塔高无限myxL1max,1V，y2V，y1L，x2L，x1【例1】含有30％（体积）CO2的某种混合气与水接触，系统温度为30℃，总压为101.33kPa。试求液相中CO2的平衡浓度ce？已知：P总＝101.33kPa，y＝0.3，查表2-1得30℃时CO2在水中的亨利系数E＝1.88×105kPa解题思路：c*=H·pp=P总·y（道尔顿分压定律）EMHs（H～E关系）解：由于总压不高，适用于亨利定律c*=H·p由道尔顿分压定律可知，CO2在气相中的分压为p=P总·y=101.33×0.3=30.4kPa由H～E关系30℃时CO2在水中的亨利系数E=1.88×105kPa因CO2是难溶于水的气体，因而溶液的浓度很低，溶液密度和摩尔质量可按纯水计算，即ρ=1000kg/m3,Ms=18代入公式中可得EMHs335/1098.84.301088.1181000*mkmolpEMcs【例2】含溶质A且摩尔分率为x=0.2的溶液与压力为2atm，y=0.15的气体等温接触，平衡关系为：p*=1.2x，则此时将发生过程。用气相组成和液相组成表示的总传质推动力分别为Δy=，Δx=（摩尔分率）。如系统温度略有增高，则Δy将。如系统总压略有增大，则Δx将。解题思路：（1）若yy*xx*时为吸收过程，反之为解吸过程实际组成－平衡组成推动力＝（2）（3）若t↑，m↑，y*↑，Δy↓已知条件：x=0.2，p=2，y=0.15，E=1.2m=E/Py?y*x?x*y*=mxx*=y/mm=0.6y*=0.12x*=0.25（4）若P↑，m↓，x*↑，Δx↑Δy=y-y*=0.03Δx=x*-x=0.05