化工原理下2-1气体吸收的相平衡关系

1、吸收是用于分离吸收是用于分离气相混合物气相混合物的的典型单元操作过程。典型单元操作过程。原理：原理：混合气体中各组分在某混合气体中各组分在某液体溶剂中的液体溶剂中的溶解度不同溶解度不同。第第2章章 吸收吸收概述概述流程：流程： 吸收物质或溶质，吸收物质或溶质，A 惰性组分或载体，惰性组分或载体，B 溶剂或吸收剂，溶剂或吸收剂，S 吸收液，吸收液，(A+S) 吸收尾气，吸收尾气，(B+微量的微量的A)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吸收解吸吸收工艺过程吸收工艺过程吸收过程吸收过程 苯吸收塔苯吸收塔解吸过程解吸过程 苯解吸塔苯解吸塔贫油贫油吸收塔吸收

2、塔含苯煤气含苯煤气解吸塔解吸塔过热蒸汽过热蒸汽冷凝器冷凝器粗苯粗苯水水冷却器冷却器换热器换热器补充新补充新鲜洗油鲜洗油富油富油脱苯煤气脱苯煤气采用吸收剂再生的连续吸收流程采用吸收剂再生的连续吸收流程应用应用 分离混合气体以获得一定的组分分离混合气体以获得一定的组分 如：用洗油处理焦炉气以回收其中的芳烃。如：用洗油处理焦炉气以回收其中的芳烃。 除去有害的组分以净化气体除去有害的组分以净化气体 例如：用碱液脱除合成氨原料气中的二氧化碳；用例如：用碱液脱除合成氨原料气中的二氧化碳；用碱性吸收剂除去工业生产所排放的废气中含有少量碱性吸收剂除去工业生产所排放的废气中含有少量的的SO2、H2S、HF等有害

3、气体成分等有害气体成分 。 制备某种气体的溶液制备某种气体的溶液 例如：用水吸收二氧化氮制备硝酸。例如：用水吸收二氧化氮制备硝酸。 吸收的分类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吸收剂的选择吸收剂的选择(1) 溶解度溶解度 吸收剂对吸收剂对溶质溶质组分的组分的溶解度溶解度越大，则传质推动越大，则传质推动力越大，吸收速率越快，且吸收剂的耗用量越少。力越大，吸收速率越快，且吸收剂的耗用量越少。 (2) 选择性选择性 吸收剂应对溶质组分有较大的溶解度，而对吸收剂应对溶质组分有较大

4、的溶解度，而对混合气体中的其它组分溶解度甚微，否则不能实混合气体中的其它组分溶解度甚微，否则不能实现有效的分离。现有效的分离。 (4) 粘度粘度 吸收剂在操作温度下的粘度越低，其在塔内的吸收剂在操作温度下的粘度越低，其在塔内的流动阻力越小，扩散系数越大，这有助于传质速流动阻力越小，扩散系数越大，这有助于传质速率的提高。率的提高。 (5) 其它其它 所选用的吸收剂应尽可能无毒性、无腐蚀性、所选用的吸收剂应尽可能无毒性、无腐蚀性、不易燃易爆、不发泡、冰点低、价廉易得，且化不易燃易爆、不发泡、冰点低、价廉易得，且化学性质稳定。学性质稳定。(3) 挥发度挥发度 在吸收过程中，吸收尾气往往为吸收剂蒸气所

5、饱在吸收过程中，吸收尾气往往为吸收剂蒸气所饱和。故在操作温度下，吸收剂的蒸气压要低，即挥发和。故在操作温度下，吸收剂的蒸气压要低，即挥发度要小，以减少吸收剂的损失量。度要小，以减少吸收剂的损失量。 2.1 气液相平衡气液相平衡气相混合物气相混合物 吸收液吸收液溶质溶质气气化化溶质溶质液液化化2.1.1 气体的溶解度气体的溶解度气液相平衡气液相平衡动态平衡动态平衡（1）溶解度）溶解度: 气体在液相中的饱和浓度气体在液相中的饱和浓度氧在水中的溶解度曲线氧在水中的溶解度曲线例：例： 在在20oC，标准，标准大气压下，空气大气压下，空气中的氧在水中的中的氧在水中的饱和溶解度是多饱和溶解度是多少少 g(

6、O2)/kg(H2O)？10 氨在水中的溶解度易溶11二氧化硫在水中的溶解度中等溶解度12氧在水中的溶解度难溶13（2）温度、压力对溶解度的影响 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。 减压和升温。有利于吸收操作有利于解吸操作温度的影响压力的影响注意2.1.2 亨利定律亨利定律 在总压不高在总压不高(通常不超过通常不超过500kPa) ，一定的温度，一定的温度条件下，条件下，稀溶液稀溶液上方的气体上方的气体溶质溶质的的平衡分压平衡分压与该溶与该溶质在质在液相液相中的中的浓度成正比浓度成正比。这就是亨利

7、。这就是亨利(Henry)定定律。律。 因组成的表示方法不同，故亨利定律亦有不同因组成的表示方法不同，故亨利定律亦有不同的表达形式。的表达形式。 px 关系关系pc 关系关系yx 关系关系Y X关系关系1. px 关系关系若溶质在气、液相中的组成分别以若溶质在气、液相中的组成分别以分压分压p、摩尔分率摩尔分率x表示，则亨利定律可写成：表示，则亨利定律可写成： p*=Ex 式中：式中：p*溶质在气相中的平衡分压，溶质在气相中的平衡分压，kPa； x溶质在液相中的摩尔分率；溶质在液相中的摩尔分率； E亨利系数，亨利系数，kPa 溶解度亨利系数 易溶气体； 难溶气体。E 小E 大注意2. pc 关系

8、关系 若溶质在气、液相中的组成分别以分压若溶质在气、液相中的组成分别以分压 p、摩尔、摩尔浓度浓度c表示，则亨利定律可写成：表示，则亨利定律可写成： 式中式中 c：溶液中溶质的体积摩尔浓度，溶液中溶质的体积摩尔浓度，kmol/m3； p*：气相中溶质的平衡分压，：气相中溶质的平衡分压，kPa； H：溶解度系数，溶解度系数，kmol/(m3kPa)。 cpH溶解度溶解度系数 易溶气体； 难溶气体。H 大H 小注意3. yx 关系关系若溶质在气、液相中的组成分别以摩尔分率若溶质在气、液相中的组成分别以摩尔分率y、x表示，则亨利定律可写成表示，则亨利定律可写成: y*=mx x液相中溶质的摩尔分率；

9、液相中溶质的摩尔分率； y*与液相成平衡的气相中溶质的摩尔分率；与液相成平衡的气相中溶质的摩尔分率； m相平衡常数，或称为分配系数，无因次。相平衡常数，或称为分配系数，无因次。 溶解度相平衡常数 易溶气体； 难溶气体。m 小m 大注意4. YX 关系关系 引入以惰性组分或溶剂为基准的摩尔比来表引入以惰性组分或溶剂为基准的摩尔比来表示气、液相的组成，摩尔比的定义如下：示气、液相的组成，摩尔比的定义如下： X(液相中溶质的摩尔数液相中溶质的摩尔数)/(液相中溶剂的摩尔数液相中溶剂的摩尔数) Y(气相中溶质的摩尔数气相中溶质的摩尔数)/(气相中惰性组分的摩尔数气相中惰性组分的摩尔数) xxX1yyY11XxX1YyY代入代入y=mx, 得得当溶液组成很低时，（当溶液组成很低时，（1m)X 1，简化为：，简化为：整理得：整理得：11YXmYX1 (1)mXYm XYmX20EpxiiiiHpc myxiimYXii小结：亨利定律的表达式iiExp Hcpiiiimxy iimXY 溶解度系数溶解度系数H与亨利系数与亨利系数E的关系的关系设溶液的体积为设溶液的体积为V m3，浓度为，浓度为c kmol(A)/m3，密，密度为度为kg/m3， MA及及MS分别为溶质分别为溶质A和溶剂和溶剂S的摩尔的摩尔质量质量, 则溶质则溶质A的总量为的总量为c