《化工传质与分离过程》第二章气体吸收

1、第二章 气体吸收 通过本章的学习，应掌握吸收的基本概念和吸收过程的平衡关系与速率关系；掌握低组成气体吸收的计算方法；了解吸收系数的获取途径和解吸过程的概念与计算方法。学习目的与要求2.1 吸收过程概述 2.1.1 吸收的原理与流程第二章 气体吸收原料气AB吸收剂S尾气B(含微量A)溶液S+A一、气体吸收的原理吸收塔形成两相体系的方法引入一液相（吸收剂） 各组分在吸收剂中溶解度不同。分离物系气体混合物传质原理二、气体吸收的流程吸收过程吸收过程：溶质溶解于吸收剂中逆流操作解吸过程：溶质从溶液中释放出并流操作气体吸收过程在吸收塔中进行。吸收解吸具有吸收剂再生的连续吸收流程2.1 吸收过程概述 2.1

2、.1 吸收的原理与流程2.1.2 气体吸收的分类与应用 第二章 气体吸收一、气体吸收的分类气体吸收按被吸收组分数目单组分吸收按吸收有无化反按溶质组成的高低 低组成吸收按吸收的温度变化 多组分吸收物理吸收化学吸收高组成吸收等温吸收非等温吸收气体吸收过程的分类方法二、气体吸收的工业应用v净化或精制气体示例：合成氨工艺中合成气中的净化脱碳。示例：用水吸收氯化氢气体制取盐酸。 v回收混合气体中所需的组分 示例：用洗油处理焦炉气以回收芳烃。 v工业废气的治理 示例：废气中含有SO2、H2S等有害气的脱除。 气体吸收的应用场合v制取某种气体的液态产品2.1 吸收过程概述 2.1.1 吸收的原理与流程2.1

3、.2 气体吸收的分类与应用 2.1.3 吸收剂的选择第二章 气体吸收吸收剂的选择 吸收剂选择的原则v溶解度v选择性v挥发度v粘度v其它吸收剂对溶质组分的溶解度要大。吸收剂应对溶质组分有较大溶解度，而对混合气体中的其它组分溶解度甚微。吸收剂的蒸汽压要低，即挥发度要小。吸收剂在操作温度下的粘度要低。无毒、无腐蚀、不易燃易爆、不发泡、冰点低、价廉易得，且化学性质稳定。 2.1 吸收过程概述 2.2 吸收过程的相平衡关系 2.2.1 气体在液体中的溶解度第二章 气体吸收一、溶解度曲线 液体 S气体（AB）A 溶解 A 逸出)(AAxfpAx 平衡方程达平衡状态时气体在液体中的溶解度气相分压液相组成Ap

4、 在一定温度和压力下，令某气体混合物（AB）与液体 S 接触。Ap曲线Ax 溶解度曲线 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难溶二、温度、压力对溶解度的影响温度的影响 v 加压和降温 对同一溶质，在相同的气相分压下，溶解度随温度的升高而减小。 对同一溶质，在相同的温度下，溶解度随气相分压的升高而增大。压力的影响 注意 v 减压和升温有利于吸收操作有利于解吸操作2.1 吸收过程概述 2.2 吸收过程的相平衡关系 2.2.1 气体在液体中的溶解度2.2.2 亨利定律第二章 气体吸收一、亨利定律的表达式 若溶质在气、液相中的组成分别

5、以分压p、摩尔分数x表示，亨利定律为E 亨利系数，kPa 溶解度亨利系数1. p x关系 Exp v 易溶气体注意 v 难溶气体E 小E 大 若溶质在气、液相中的组成分别以分压p、摩尔浓度 c 表示，亨利定律为H 溶解度系数，kmol/(m3kPa)溶解度溶解度系数2. p c关系 Hcp *一、亨利定律的表达式 v 易溶气体注意 v 难溶气体H 大H 小 若溶质在气、液相中的组成分别以摩尔分数y、x表示 ，亨利定律为m 相平衡常数溶解度相平衡常数3. y x关系 mxy *一、亨利定律的表达式 v 易溶气体注意 v 难溶气体m 小m 大xXX1yYY1XXmYY1*1*由得整理得对于低组成吸

6、收1 m X 1 简化得mXY *一、亨利定律的表达式 XmmXY11*4. Y X关系 亨利定律表达式可改写为以下形式：Epx *Hpc *myx *mYX*一、亨利定律的表达式 二、各系数间的关系 推导可得亨利定律表达式各系数间的关系如下： HEMSmEPHPMmS1EH 关系Em 关系Hm 关系溶液密度溶剂 S 的摩尔质量2.1 吸收过程概述 2.2 吸收过程的相平衡关系 2.2.1 气体在液体中的溶解度2.2.2 亨利定律2.2.3 相平衡关系在吸收中的应用第二章 气体吸收一、判断传质进行的方向 设某瞬时，气相中溶质的实际组成为y，溶液中溶质的实际组成为x。若传质方向由气相到液相进行吸

7、收过程若传质方向由液相到气相进行解吸过程*yy *xx *yy *xx 二、确定传质的推动力以气相表示的传质推动力以液相表示的传质推动力*yyyxxx*吸收推动力示意图*x*y*yyyxxx*y*=mx三、指明传质进行的极限对于逆流吸收塔液相出口最大组成气相出口最低组成X2X1Y1Y2min2Ymax1X2*2mXYmYX1*12.1 吸收过程概述 2.2 吸收过程的相平衡关系 2.3.1 吸收过程的机理 2.3 吸收过程的速率关系第二章 气体吸收一、吸收的相际传质过程吸收过程：溶质 A 从气相传递到液相的过程 组分 A 从气相主体扩 散到相界面； 在相界面上组分 A 由 气相转入液相； 组分

8、 A 由相界面转入 液相主体。 相际传质过程吸收通量二、吸收过程的传质机理模型 描述吸收过程的传质机理模型双膜模型。双膜模型示意图2.1 吸收过程概述 2.2 吸收过程的相平衡关系 2.3.1 吸收过程的机理 2.3 吸收过程的速率关系第二章 气体吸收2.3.2 吸收速率方程式 一、膜吸收速率方程式 1.气膜吸收速率方程式)(iGAppkNNkyyAyiGiAkppN/1yiAkyyN/1Gk/1气膜阻力yk/1比较得kPkyG由道尔顿分压定律 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 液膜阻力比较得LxCkk )()()(xxCkCx