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1、第二章吸收,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,一. 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。,吸收过程概述,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
2、吸收是废气治理中应用较广的方法。,二、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,从合成氨原料气中回收CO2的流程,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,三、吸收剂选择原则,.对被吸收的组分要有较大的溶解度，且有较好的选择性。 .要有较低的蒸气压，以减少吸收过程中
3、溶剂的挥发损失。 .要有较好的化学稳定性，以免使用过程中变质。 .腐蚀性要小,以减小设备费用和维修费。 .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。 .吸收后的溶剂应易于再生。,四. 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,一、气液相平衡,气液相平衡：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 气液相平衡,溶解度在一定温度与压力
4、下，溶质气体最大限度 溶解于溶剂中的量,二、气体在液体中的溶解度,吸收,解吸,减压 升温,加压 降温,氨,三、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E,p* = Ex,p*混合气体中溶质的平衡分压，kPa x 溶质在液相中的摩尔分数 E 亨利系数，kPa,相平衡关系是与体系的温度、压力以及物性相关，对采用稀溶液吸收混合气中低浓度溶质组分时，其溶解度曲线通过原点，并为一直线。,溶解度,亨利系数E,温度,p* = Ex,p*混合气体中溶质的平衡分压，kPa x 溶质在液相中的摩尔分数 E 亨利系数，kPa,（2）p c 关系,p*= c/H,p*混合气体中溶质的平衡分压，
5、kPa c 溶质在液相中的摩尔浓度，kmol/m3 H 溶解度系数，kmol/(kNm),易溶气体H 难溶气体H,（3）y x 关系,y*= mx,y* 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，在任一截面上惰性气体和溶剂的摩尔流量均不发生变化，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、表示。,四、亨利定律表达式中各系数的关系, 溶液的密度，kg/m3 cm
6、溶液的摩尔浓度，kmol/m3 Mm溶液的摩尔质量 Ms 溶剂的摩尔质量,（1）H E 关系,p*= Ex,p*= c/H,稀溶液中，MmMs,（2）m E 关系,y*= mx,p*= Ex,在低压下，气体服从道尔顿分压定律,（3）H m 关系,五、相平衡在吸收过程中的应用,1 判断过程进行的方向 自发进行过程总是趋向体系的平衡方向,组成点在平衡线上方，为吸收过程；组成点在平衡线上，为平衡过程；组成点在平衡线下方，为解吸过程,此时气相比平衡的多，可以继续吸收,2 确定传质过程的推动力,A点： 表示吸收推动力。B点： 表示解吸推动力。 若气、液相组成分别以p，c 表示，则吸收推动力为,3 判断过
7、程进行的极限,过程进行的极限：达到平衡状态 吸收过程极限: 解吸过程极限：,4 相平衡限制了离开吸收塔时的 气相最低浓度Y2min和液相最高浓度X1max,ymin= y*,x min= x*,【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，y0.3，查表2-1得30时CO2在水中的亨利系数E1.88105kPa,解题思路：,c*=H p,p= P总y（道尔顿分压定律）,（HE关系）,溶解度系数可通过给定条件查询并计算得，只要得到分压即可求平衡浓度，平衡分压对应的浓度肯定是平衡浓度，但
8、题目条件内若未指明浓度所处状态，则用此公式时不应代入平衡分压,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 =101.330.3=30.4kPa 由HE关系 30时CO2在水中的亨利系数 E =1.88105kPa 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=1000kg/m3, Ms=18 代入公式中可得,【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
9、力分别为 y= ，x= （摩尔分率）。 如系统温度略有增高，则y将 。 如系统总压略有增大，则x将 。,代入x=0.2，得假如平衡，分压为p*=0.24，又实际压力p=P总y=0.300.24，所以吸收过程,解题思路：,（1）若 y y* x x*时为吸收过程 ，反之为解吸过程,（2）,（3）若 t ，m， y* ， y,已知条件：x=0.2，p=2，y=0.15，E=1.2,m=E/P,y ? y*,x ? x*,y* =mx,x* =y/m,m=0.6 y* =0.12 x* =0.25,（4）若 P，m， x* ，x,y =y- y* =0.03 x = x* -x=0.05,也可先求出m，再分别代入气、液数值，得到平衡时气体和液体的摩尔分数，再统一对比,
