化工原理吸收2014-mass transfer

1、生物工程单元操作原理（2）2014年9 月 2014年11月王威生物药学楼3-511(34207047)weiwa：化工原理（下册，第三版）恒编考核方式：平时成绩（30%） ：作业（抄题、画图、求解过程、结果、）课堂练习出勤情况（70%）：闭卷期末第八章吸收利用气体混合物的各组分在液体溶剂中的溶解度不同，用适当的液体溶剂吸收（溶解）气体混合物中的有关组分，使气体混合物得以分离的一种单元操作。吸收剂气相主体相界面液相主体xiyi气相扩散液相扩散气体y界面x气体吸收的工业应用产品用吸收剂吸收气体中某些组分而获得产品。如硫酸吸收SO3制浓硫酸，水吸收碳化氨水吸收CO2制碳酸氢氨等。制液，分离混合气体

2、吸收剂选择性地吸收气体中某些组分以达到分离目的。如从焦炉气或城市煤气中分离苯，从乙醇催化裂解气中分离等。气体净化杂质，如一类是原料气的净化，即除去混合气体中的氨原料气脱H2S、脱CO2等；另一类是尾气处理和废气净化以保护环境，如燃煤锅炉烟气，冶炼废气等脱除SO2，硝酸尾气脱除NO2等。吸收分离气体混合物的关键问题选择合适的溶剂；提供合适的传质设备以实现气液两相的接触；溶剂的再生；一个完整的吸收过程一般包括吸收和解吸两个组成部分。吸收过程的方式吸收过程通常在吸收塔中进行；根据气、液两相的方向，有逆流操作、并流操、错流操作等类型，工业生产中以逆流操作为主；根据气液两相接触方式的不同可分为级式接触和

3、微分接触两大类。煤气脱苯过程基本概念吸收质或溶质：混合气体中的溶解组分，以A表。惰性气体或载体：不溶或难溶组分，以B表示。吸收剂：吸收操作中所用的溶剂，以S表示。吸收液：吸收操作后得到的溶液，主要成分为溶剂S和溶质A。吸收尾气：吸收后排出的气体，主要成分为惰性气体B和少量的溶质A。解吸或脱吸：与吸收相反的过程，即溶质从液相中分离而转移到气相的过程。基本概念物理吸收：吸收过程溶质与溶剂不发生显著的化学反应，可视为单纯的气体溶解于液相的过程。化学吸收：溶质与溶剂有显著的化学反应发生。单组分吸收：混合气体中只有单一组分被液相吸收，其余组分因溶解度吸收量可忽略不计。多组分吸收：有两个或两个以上组分被吸

4、收。非等温吸收：体系温度发生明显变化的吸收过程。等温吸收：体系温度变化不显著的吸收过程。基本假定：单组分、等温、物理吸收气体混合物中只有一个组分溶于溶剂，其余组份可视为一个惰性组分；溶剂的蒸气压很低，即气体中不含溶剂蒸气；气相中：可溶组分惰性组分；液相中：可溶组分溶剂。本章重点掌握的内容气体吸收过程的平衡关系气体吸收过程的速率关系低浓度气体吸收过程的计算第一节气液相平衡在一定的温度和压力下，使一定量的吸收剂与混合气体接触，气相中的溶质便向液相溶剂中转移，直至液相中溶质组成达到饱和为止。此时并非没有溶质分子进入液相，只是在任何时刻进入液相中的溶质分子数与从液相逸出的溶质分子数恰好相等，这种状态称

5、为相际动平衡，简称相平衡或平衡。一、气体的溶解度1. 气体在液体中溶解度的概念对单组分物理吸收：相数 = 2，组分数 = 3相律 F=-N+2 度 = 3，即在温度、压力和气、液相组成四个变量中，有三个独立变量。在温度和压力一定的条件下，平衡时的气、液相组成具有一一对应关系。平衡状态下溶质在气相中的分压称为平衡分压或饱和分压，与之对应的液相浓度称为平衡浓度或气体在液体中的溶解度。2. 溶解度曲线：在一定温度、压力下，平衡时溶质在气相和液相中的浓度的关系曲线。0 oC10 oC20 oC30 oC40 oC50 oC在相同条件下，NH3 在水中的溶解度较 SO2 大得多。用水作吸收剂时，称 NH

6、3 为易溶气体，SO2为中等溶解气体，溶解度更小的气体则为难溶气体(如O2 在 30 和溶质的分压为 40kPa 的条件下，1kg 水中溶解的质量仅为 0.014g)。溶解度/g(NH3)/1000g(H2O)(H2O)2502000 oC溶解度/g(SO2)/1000gpSO2/kPa1000500020406080100120pNH3/kPa吸收剂、温度T、压力P一定时，不同物质的溶解度不同；温度、溶液的浓度一定时，溶液上方分压越大的物质越难溶；对于同一种气体，分压一定时，温度T越高，溶解度越小；对于同一种气体，温度T一定时，分压P越大，溶解度越大；加压和降温对吸收操作有利。在一定温度下，

7、对于难溶气体或大多数气体的稀溶液，在气体总压不高（低于0.5MPa)的情况下，溶质在液相中的浓度与其在气相中的平衡分压成正比：2.定律的其他表示形式（1）用溶质A在溶液中的摩尔浓度和气相中的分压表示3. 各种定律及若干关系例题8-1浓度为0.02（摩尔百分数）的稀氨水在20oC时氨的平衡分压为1.666kPa，氨水上方的总压为101.3kPa，在此浓度下相平衡关系服从1000kg/m3。试求：定律，氨水密度可取为1）系数E、H、m；2）若仅氨水上方的压强变为202.6kPa，则此时气相中系数E、H、m为多少氨的平衡分压、摩尔分数及3）若仅氨水温度升至50oC，此时氨的平衡分压为5.838kPa

8、，则系数E、H、m有何变化？例8-1解答：三、相平衡和吸收过程的关系1. 判断过程的方向例：在101.3kPa，20下,稀氨水的气液相平衡关系为 ：用气液相平衡曲线图也可判断两相接触时的传质方向气、液相浓度(y,x)在平衡线上方(P点)：相对于液相浓度 x而言，气 相 浓 度 为 过 饱 和(yy*)，溶质 A 由气相向液相转移。相对于气相浓度 y 而言，液相浓度欠饱和(xx*)，故液相有吸收溶质 A 的能力。结论：若系统气、液相浓度(y,x)在平衡线上方，则体系将发生从气相到液相的传质，即吸收过程。yy*=f(x)Pyy*oxx*x溶质吸收溶质气、液相浓度(y,x)在平衡线下方(Q点)：yy*=f(x)相对于液相浓度 x 而言气 相 浓 度 为 欠 饱 和y*(yx*)，故液相有溶质A 的能力。oxx*x结论：若系统气、液相浓度(y,x)在平衡线下方，则体系将发生从液相到气相的传质，即解吸过程。增加塔高组成为y1的混合气减少吸收剂用量 塔底 x1增加极限组成为：3. 计算过程的推动力未达平衡的两相接触会发生相际间传质(吸收或解吸)，离平衡浓度越远，过程传质推动力越大，传质过程进行越快。方法：用气相或液相浓度远离平衡的程度来表征气液相际传质过程的推动力。对吸收过程：(y-y*)：以气相摩尔分数差表示的传质推动力；(x*-x)： 以液相摩尔分数差表示的传质推动力。传质推动力的表