气体吸收过程课件

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1、化 工 原 理第五章 气体吸收 主讲人：曹华 教学内容相际传质理论相际传质理论气液相平衡理论气液相平衡理论吸收过程概述吸收过程概述吸收过程计算吸收过程计算6/3/20222Process System Principle 吸收过程概述吸收的概念吸收的概念 传质过程：传质过程： 将将均均相相物物系系混混合合物物分分离离为为较较净净或或几几乎乎纯纯态态的的物物质质时时，利利用用原原物物系系中中各各组组分分间间某某种种物物性性的的差差异异，从从而而将将均均相相物物系系形形成成一一个个两两相相物物质质，达达到到分分离的目的。离的目的。 过过程程工工业业中中常常见见的的传传质质过过程程有有蒸蒸馏馏、吸吸

2、收收、干干燥燥、萃萃取取和和吸吸附附等等单单元操作。元操作。 物质在相间的转移过程称为物质传递过程（简称传质过程）。物质在相间的转移过程称为物质传递过程（简称传质过程）。 吸收：吸收： 利利用用混混合合气气体体中中各各组组分分在在液液相相吸吸收收剂剂中中溶溶解解度度的的差差异异而而实实现现气气体体混混合分离的操作称为吸收。合分离的操作称为吸收。6/3/20223Process System Principle 吸收过程概述吸收的概念吸收的概念 所用液体称为吸收剂（或溶剂）。所用液体称为吸收剂（或溶剂）。 气体中被溶解的组分称为吸收质或溶质。气体中被溶解的组分称为吸收质或溶质。 不被溶解的组分称

3、为惰性气体或载体。不被溶解的组分称为惰性气体或载体。 吸收操作的目的：吸收操作的目的： （1 1）分离和净化原料气分离和净化原料气： 原原料料气气在在加加工工以以前前，其其中中无无用用的的或或有有害害的的成成分分都都要要预预先先除除去去。如如从从合成氨所用的原料气中分离出合成氨所用的原料气中分离出COCO2 2、COCO、H H2 2S S等杂质。等杂质。 （2 2）分离和吸收气体中的有用组分：分离和吸收气体中的有用组分： 如如从从合合成成氨氨厂厂的的放放空空气气中中用用水水回回收收氨氨；从从焦焦炉炉煤煤气气中中以以洗洗油油回回收收粗粗苯（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

4、气等。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。 6/3/20224Process System Principle 吸收过程概述吸收的概念吸收的概念 （3 3）某些产品的制取：某些产品的制取： 选选择择适适当当的的工工艺艺和和溶溶剂剂进进行行SOSO2 2、H H2 2S S吸吸收收是是废废气气治治理理中中应应用用较较广广的的方法。方法。 如如制制酸酸工工业业中中用用水水分分别别吸吸收收混混合合气气体体中中的的HClHCl、SOSO3 3和和NONO2 2制制取取盐盐酸酸、硫酸和硝酸。硫酸和硝酸。 （4 4）废气的治理废气的治理：6/3/20225Process Sys

5、tem Principle 吸收过程概述工业吸收过程工业吸收过程图图5-1 5-1 吸收与解吸流程吸收与解吸流程 6/3/20226Process System Principle 吸收过程概述吸收操作需要解决的问题吸收操作需要解决的问题 选择合适的溶剂，选择性溶解被分离的组分：选择合适的溶剂，选择性溶解被分离的组分： 吸收剂的选择时要从以下几方面来考虑：吸收剂的选择时要从以下几方面来考虑： 对对被被吸吸收收的的组组分分要要有有较较大大的的溶溶解解度度，且且有有较较好好的的选选择择性性。即即对对溶质的溶解度要大，而对惰性气体几乎不溶解。溶质的溶解度要大，而对惰性气体几乎不溶解。 要有较低的蒸气

6、压，以减少吸收过程中溶剂的挥发损失。要有较低的蒸气压，以减少吸收过程中溶剂的挥发损失。 要有较好的化学稳定性，以免使用过程中变质。要有较好的化学稳定性，以免使用过程中变质。 腐蚀性要小腐蚀性要小, ,以减小设备费用和维修费。以减小设备费用和维修费。 粘粘度度要要低低，以以利利于于传传质质及及输输送送；比比热热要要小小，使使再再生生时时的的耗耗热热量量较小；不易燃烧，以利于安全生产。较小；不易燃烧，以利于安全生产。 吸收后的溶剂应易于再生。吸收后的溶剂应易于再生。 6/3/20227Process System Principle图图5-2 5-2 两类吸收设备两类吸收设备 吸收过程概述吸收操作

7、需要解决的问题吸收操作需要解决的问题 提供适当的传质设备，实现气液两相的接触：提供适当的传质设备，实现气液两相的接触：6/3/20228Process System Principle 吸收过程概述吸收类型吸收类型 （1 1）物物理理吸吸收收：气气体体各各组组分分因因在在溶溶剂剂中中溶溶解解度度的的不不同同而而被被分分离离的的吸收操作，称。吸收操作，称。 1 1、物理吸收和化学吸收：、物理吸收和化学吸收： 例：例： （2 2）化学吸收：利用化学反应进行的吸收操作，）化学吸收：利用化学反应进行的吸收操作，称称 。 2 2、单组分吸收与多组分吸收、单组分吸收与多组分吸收 （1 1）单组分吸收：在吸

8、收过程中，若混合气体中只有一个组分）单组分吸收：在吸收过程中，若混合气体中只有一个组分被吸收，其余组分可认为不溶于吸收剂，则称之为单组分吸收；被吸收，其余组分可认为不溶于吸收剂，则称之为单组分吸收； （2 2）多组分吸收：如果混合气体中有两个或多个组分进入液相，）多组分吸收：如果混合气体中有两个或多个组分进入液相，则称为多组分吸收。则称为多组分吸收。6/3/20229Process System Principle 吸收过程概述吸收类型吸收类型 （1 1）等温吸收：气体溶于液体中时常伴随热效应，若热效应很小，）等温吸收：气体溶于液体中时常伴随热效应，若热效应很小，或被吸收的组分在气相中的浓度很

9、低，而吸收剂用量很大，液相的温度或被吸收的组分在气相中的浓度很低，而吸收剂用量很大，液相的温度变化不显著，则可认为是等温吸收；变化不显著，则可认为是等温吸收； 3 3、等温吸收与非等温吸收、等温吸收与非等温吸收 （2 2）非非等等温温吸吸收收：若若吸吸收收过过程程中中发发生生化化学学反反应应，其其反反应应热热很很大大，液液相的温度明显变化，则该吸收过程为非等温吸收过程。相的温度明显变化，则该吸收过程为非等温吸收过程。 4 4、低浓度吸收与高浓度吸收、低浓度吸收与高浓度吸收 （1 1）高浓度吸收：通常根据生产经验，规定当混合气中溶质组分）高浓度吸收：通常根据生产经验，规定当混合气中溶质组分A A

10、的的摩尔分数大于摩尔分数大于0.10.1，且被吸收的数量多时，称为高浓度吸收；，且被吸收的数量多时，称为高浓度吸收； （2 2）低浓度吸收：如果溶质在气液两相中摩尔分数均小于）低浓度吸收：如果溶质在气液两相中摩尔分数均小于0.10.1时，吸时，吸收称为低浓度吸收。收称为低浓度吸收。低浓度吸收的特点：气液两相流经吸收塔的流率为常数；低浓度吸收的特点：气液两相流经吸收塔的流率为常数； 低浓度的吸收可视为等温吸收。低浓度的吸收可视为等温吸收。6/3/202210Process System Principle 吸收过程概述相组成的表示方法相组成的表示方法 对对于于均均相相混混合合物物，每每一一种种物

11、物质质称称为为该该混混合合物物的的一一个个组组分分，该该组组分分在在混合物中的相对数量关系称为该组分的组成。混合物中的相对数量关系称为该组分的组成。 在传质过程中，气液两相的组成是不断变化的。在传质过程中，气液两相的组成是不断变化的。 1 1、质量分数、质量分数 w wi i 混合物中某组分的质量与混合物的质量之比。混合物中某组分的质量与混合物的质量之比。 2 2、摩尔分数、摩尔分数 x xi i 混合物中某组分的物质的量与混合物的物质的量之比。混合物中某组分的物质的量与混合物的物质的量之比。 对于只有两组分的混合物：对于只有两组分的混合物：6/3/202211Process System P

12、rinciple 吸收过程概述相组成的表示方法相组成的表示方法 3 3、摩尔比、摩尔比 X XA A 对对于于由由组组分分A A和和组组分分B B组组成成的的双双组组分分物物系系，以以组组分分B B为为基基准准，两两组组分分的物质的量的比值称为摩尔比，用的物质的量的比值称为摩尔比，用X XA A表示。表示。 它与摩尔分数的关系为：它与摩尔分数的关系为：6/3/202212Process System Principle 吸收过程概述吸收操作假设吸收操作假设 吸收操作假设：吸收操作假设： （1 1）气气体体混混合合物物中中只只有有一一个个组组分分溶溶于于溶溶剂剂，其其余余组组分分在在溶溶剂剂中中

13、的的溶解度极低而可忽略不计，视为惰性气体。溶解度极低而可忽略不计，视为惰性气体。 （2 2）溶剂溶剂的蒸汽压很低，其挥发损失可以忽略的蒸汽压很低，其挥发损失可以忽略 。 即即：气气相相中中仅仅包包含含一一个个惰惰性性组组分分和和一一个个可可溶溶解解组组分分；液液相相中中则则包包含含着可溶解组分（溶质）和溶剂。着可溶解组分（溶质）和溶剂。6/3/202213Process System Principle 气液相平衡理论平衡溶解度平衡溶解度 平衡溶解度的概念：平衡溶解度的概念： 平衡分压平衡分压 ： 溶溶质质与与溶溶剂剂接接触触，在在进进行行溶溶解解的的过过程程中中，随随着着溶溶质质在在溶溶液液

14、中中浓浓度度C C1 1的的逐逐渐渐提提高高，传传质质速速率率将将逐逐渐渐减减慢慢，最最后后降降到到零零，C C1 1达达到到一一最最大大限限度度。这时称气液达到了平衡，称为平衡溶解度。简称为溶解度。这时称气液达到了平衡，称为平衡溶解度。简称为溶解度。 气液平衡时，气相中溶质的分压为平衡分压。气液平衡时，气相中溶质的分压为平衡分压。 相平衡关系：相平衡关系： 平衡时溶质组分在气液两相中的浓度关系为相平衡关系。平衡时溶质组分在气液两相中的浓度关系为相平衡关系。 6/3/202214Process System Principle 气液相平衡理论平衡溶解度平衡溶解度 平衡溶解度曲线：平衡溶解度曲线

15、： 气液相平衡关系用二维坐标绘成的关系曲线称为溶解度曲线。气液相平衡关系用二维坐标绘成的关系曲线称为溶解度曲线。 图5-2 氨在水中的溶解度图5-4 20下SO2在水中的溶解度6/3/202215Process System Principle 气液相平衡理论平衡溶解度平衡溶解度 从图中可以看到：从图中可以看到：u 在在相相同同的的温温度度和和分分压压条条件件下下，不不同同的的溶溶质质在在同同一一个个溶溶剂剂中中的的溶溶解解度度不同；不同；u 同一个物系，在相同温度下，分压越高，则溶解度越大；同一个物系，在相同温度下，分压越高，则溶解度越大；u 分压一定，温度越低，则溶解度越大。分压一定，温度

16、越低，则溶解度越大。 这这说说明明在在较较高高分分压压和和较较低低温温度度下下有有利利于于吸吸收收操操作作，而而减减压压和和升升温温则则有利于解吸操作过程。有利于解吸操作过程。 6/3/202216Process System Principle 气液相平衡理论平衡溶解度平衡溶解度 亨利定律：亨利定律： 当当总总压压不不高高（一一般般小小于于10105 5 NCmNCm-2-2) )时时，在在一一定定温温度度下下，稀稀溶溶液上方溶质的平衡分压与其在液相中的浓度之间存在着如下的关系：液上方溶质的平衡分压与其在液相中的浓度之间存在着如下的关系： P PA A* *= =ExExA A 式中：式中： P PA A* *- - 溶质在气相中的平衡分压溶质在气相中的平衡分压, KN/m, KN/m2 2 x xA A - - 溶质在液相中的摩尔分率溶质在液相中的摩尔分率 E - E - 享利系数，享利系数，kN/mkN/m2 2 亨利定律的其它表示方法：亨利定律的其它表示方法：6/3/202217Process System Principle 气液相平衡理论平衡溶解度平衡溶解度 y yA A*