吸收(6)推选优秀ppt

第八章吸收(xīshōu)第一页，共30页。第二页，共30页。研究传质过程就是研究物质通过相界面的迁移过程的基本规律以及主要(zhǔyào)受这些基本规律支配的若干单元操作。混合物系的分离对我们(wǒmen)来说并不陌生，在上册中我们(wǒmen)已经学习掌握了非均相物系的分离方法，相应单元操作如沉降、过滤等。从这一章(yīzhānɡ)起讨论均相物系的分离。用下表来比较说明非均相、均相物系的分离情况：第三页，共30页。在本题的浓度范围内亨利定律适用。3．溶解度与温度的关系（敏感），温度低，溶解度要大，反之，要小；混合物系的分离对我们(wǒmen)来说并不陌生，在上册中我们(wǒmen)已经学习掌握了非均相物系的分离方法，相应单元操作如沉降、过滤等。一般地，混合气体中能溶解的组份称为(chēnɡwéi)溶质或吸收质，用A表示（NH3）；1．可逆性，如不可逆，不能再生和循环(xúnhuán)使用溶剂。y*——与液相组成xA相平衡的气相中溶质的摩尔分率(fēnlǜ)；第二十九页，共30页。②E=f(T，p)，T增大或p减小时，E亦增大。一般地，混合气体中能溶解的组份称为(chēnɡwéi)溶质或吸收质，用A表示（NH3）；2．除去有害组分以净化气体。为使洗油能够(nénggòu)再次使用并取出富油中的苯，故需将富油引入解吸塔中进行与吸收相反的操作——解吸，如图。吸收操作中排出的气体称为(chēnɡwéi)吸收尾气，用（A）+B表示;常用的解吸方法有升温、减压、吹气，其中升温与吸气特别是升温与吹气同时使用最为常见。y*——与液相组成xA相平衡的气相中溶质的摩尔分率(fēnlǜ)；2．除去有害组分以净化气体。P、T一定，使一定量的吸收剂与混合气体接触(jiēchù)，溶质便向液相转移，这个传质过程直至液相中溶质达到饱和，浓度不再增加为止，此时气液两相达到平衡，这个饱和浓度就叫做气体溶质在液体中的溶解度。第四页，共30页。气体吸收；液体蒸馏；液液萃取；固体干燥；新的分离方法(fāngfǎ)吸附和膜分离。本学期的任务(rènwu)第五页，共30页。二、气体(qìtǐ)吸收吸收操作的分离依据是混合物各组分在某种溶剂（吸收剂）中溶解度的差异，从而达到(dádào)分离的目的。例如：将含NH3的空气(kōngqì)通入水中，因NH3、空气(kōngqì)在水中溶解度差异很大，NH3很容易溶解于水中，形成氨水溶液，而空气(kōngqì)几乎不溶于水中。所以用水吸收混合气体中的NH3能使NH3、空气(kōngqì)得以分离，并回收NH3。

吸收：使气体混合物与适当液体接触，气体中的一个或几个组分溶解于液体中，不能溶解的组分则保留在气相中，于是混合气体得到了分离。这种利用组分在液体中溶解度的差异使气体中不同组分得以分离的操作称为吸收。第六页，共30页。一般地，混合气体中能溶解的组份称为(chēnɡwéi)溶质或吸收质，用A表示（NH3）；混合气体中不能溶解的组份称为(chēnɡwéi)惰性成分或载体，用B表示（空气）；吸收操作中所用的溶剂称为(chēnɡwéi)吸收剂或溶剂，用S表示（水）;吸收操作中所得的溶液称为(chēnɡwéi)吸收液，用S+A表示;吸收操作中排出的气体称为(chēnɡwéi)吸收尾气，用（A）+B表示;第七页，共30页。吸收(xīshōu)的目的有三个1．分离混合气体以获得一定的组分。（例子：硫酸吸收(xīshōu)焦炉气中的NH3，洗油吸收(xīshōu)焦炉气中的苯、甲苯蒸汽。）2．除去有害组分以净化气体。（例子：用水或钾碱液吸收(xīshōu)合成氨原料气中的二氧化碳。）3．制备某种气体的溶液。（例子：用水吸收(xīshōu)氯化氢、三氧化硫、二氧化氮制得酸。）实际过程往往同时兼有净化和回收双重目的。第八页，共30页。三、工业吸收(xīshōu)过程现以煤气(méiqì)脱苯为例，介绍吸收操作流程。第九页，共30页。在炼焦及制取城市煤气的生产过程中，煤气含有少量的苯、甲苯类低碳氢化合物的蒸汽(zhēnɡqì)，含量约为35g/m3(苯＋甲苯)，现采用上述流程即用该工艺流程的副产物，既煤焦油的精制品称为洗油，作为吸收溶剂来吸收苯系物质。为使洗油能够(nénggòu)再次使用并取出富油中的苯，故需将富油引入解吸塔中进行与吸收相反的操作——解吸，如图。第十页，共30页。这个例子告诉我们(wǒmen)采用吸收操作必须解决三个问题：1．选择合适的溶剂使其能选择性的溶解某个(mǒuɡè)（或某些）被分离组分；2．提供适当(shìdàng)的传质设备（吸收塔），以实现气液两相的接触，使被分离组分得以自气相转移至液相。3．溶剂的再生，既脱除溶解于其中的被分离组分以便循环使用。总之，一个完整的吸收分离过程包括吸收和解吸两个组成部分。第十一页，共30页。四、溶剂(róngjì)的选择

吸收操作(cāozuò)效果是否良好的关键往往由溶剂的性能来决定。选择溶剂应注意(zhùyì)以下七点：1．

溶解度（大），或在一定的温度和浓度下，溶质的平衡分压要低，这样可提高吸收速率并减小吸收剂的耗用量，气体中溶质的极限残余浓度亦可降低；2．

选择性（高）；3．

溶解度与温度的关系（敏感），温度低，溶解度要大，反之，要小；4．

挥发度（小），操作温度下吸收剂的蒸汽压要低，因为离开吸收设备的气体往往为吸收剂所饱和，吸收剂的挥发度愈大，则吸收和再生过程中吸收剂的挥发损失愈大。5．

粘性（小），粘度要低且在吸收过程中不易产生泡沫，塔内气液接触良好和塔顶气液分离易于实现，且输液功耗小；6．

化学稳定性（良好），以免发生变质；7．

其它，价廉、易得、无毒、无害、不易燃烧等。第十二页，共30页。实际应用(yìngyòng)时，亨利定律有多种形式：其中H为30℃时CO2在水中的溶解度系数。(3)

溶剂的再生费用，即解吸操作费，此项所占的比例最大。同样，若溶剂的溶解力对温度变化不敏感，所需的解吸温度较高，溶剂再生的能耗也将增大。研究传质过程就是研究物质通过相界面的迁移过程的基本规律以及主要(zhǔyào)受这些基本规律支配的若干单元操作。在这种设备中，气体(qìtǐ)中的可溶组分不断地被吸收，其浓度自下而上连续的降低，液体则相反，其中可溶组分的浓度则由上而下连续的增高，这种设备叫微分接触式的吸收设备。（3）两相组成均用摩尔(móěr)比表示：X—kmol吸收质/kmol吸收剂，kmolA/kmolS从而使K2CO3水溶剂具有较高的吸收CO2能力，同时化学反应本身(běnshēn)的高度选择性必赋予吸收操作具有高度选择性。这种利用组分在液体中溶解度的差异使气体中不同组分得以分离的操作称为吸收。级式与微分式接触两类设备可采用完全不同(bùtónɡ)的两种计算方法，本章将讨论微分式吸收过程的数学描述和计算方法，并且限于限定条件。五、物理吸收(xīshōu)和化学吸收(xīshōu)——溶质与溶剂不发生(fāshēng)化学反应的吸收操作，物理吸收是依据溶解度差异。例如用水吸收CO2，洗油吸收煤气中的苯等，物理吸收中溶质与溶剂的结合力较弱，解吸比较方便。——溶质与溶剂发生化学反应的吸收操作(cāozuò)。化学吸收可大幅度地提高溶剂对溶质组分的吸收能力。物理吸收化学吸收例如

CO2在水中的溶解度很低，但若以

K2CO3水溶液吸收CO2，则在液相中发生下列反应:第十三页，共30页。从而使K2CO3水溶剂具有较高的吸收CO2能力，同时化学反应本身(běnshēn)的高度选择性必赋予吸收操作具有高度选择性。作为化学(huàxué)吸收可被利用的化学(huàxué)反应一般满足二个条件：1．可逆性，如不可逆，不能再生和循环(xúnhuán)使用溶剂。2．

较高的反应速率，若反应速率很慢，整个吸收过程的速率将决定于反应速率。第十四页，共30页。六、吸收过程中气液两相的接触(jiēchù)方式吸收设备(shèbèi)有多种形式，但以塔式最为常用。按气液两相接触方式的不同(bùtónɡ)可将吸收设备分为级式接触和微分式接触两大类。第十五页，共30页。(a)

图所示的级式吸收塔中，气体与液体为逐级逆流接触。气体自下而上通过板上小孔逐板上升，在每一个板上与溶剂接触，其中可溶组分被部分地溶解。在此设备中，气体每上升一块塔板，其中可溶组分的浓度阶跃式的降低，溶剂逐板下降(xiàjiàng)，其中可溶组分的浓度则阶跃式升高。(b)

图所示设备中，一种叫湿壁塔，塔内液体呈膜状沿塔壁流下，另一种叫填料塔，塔内装有某种填料，液体自塔顶均匀淋下并沿填料表面(biǎomiàn)下流，气体通过填料间的空隙上升与液体作连续的逆流接触。第十六页，共30页。在这种设备中，气体(qìtǐ)中的可溶组分不断地被吸收，其浓度自下而上连续的降低，液体则相反，其中可溶组分的浓度则由上而下连续的增高，这种设备叫微分接触式的吸收设备。级式与微分式接触两类设备可采用完全不同(bùtónɡ)的两种计算方法，本章将讨论微分式吸收过程的数学描述和计算方法，并且限于限定条件。(1)

气体混合物中只有一个(yīɡè)组分溶于溶剂，其余组分在溶剂中的溶解度极低而可忽略不计，因而可视为一个(yīɡè)惰性组分。(2)

溶剂的蒸汽压很低，其挥发损失可以忽略，即气体中不含溶剂蒸气。这样，气相中仅包括一个惰性组分和一个可溶组分，液相中则包含溶质和溶剂。第十七页，共30页。七、吸收(xīshōu)操作的经济性吸收操作的费用主要包括：(1)

气液两相流经吸收设备的能量消耗，指泵送液体、风机送气(sòngqì)的能耗。(2)

溶剂的挥发损失和变质损失。(3)

溶剂的再生费用，即解吸操作费，此项所占的比例最大。常用的解吸方法有升温、减压、吹气，其中升温与吸气特别是升温与吹气同时使用最为常见。溶剂在吸收与解吸设备之间循环，其间的加热和冷却、泄压与加压必消耗较多的能量。如果溶剂的溶解能力差，离开吸收设备的溶剂中溶质浓度低，则所需的溶剂循环量必大，再生时的能量消耗也大。同样，若溶剂的溶解力对温度变化不敏感，所需的解吸温度较高，溶剂再生的能耗也将增大。吸收的设备费用指吸收塔及辅助设备（泵、风机、加热器、冷却器等）的费用。吸收操作的经济性是由总费用（即操作费用加设备费用）来衡量的。最经济的吸收操作应是操作费用与设备费用之和即总费用为最小。第十八页，共30页。第二节

气液相平衡(pínghéng)

GLE(GasLiquidEquilibrium)根据以上介绍的传质过程的概念，我们不难理解气体吸收过程实质上是溶质组分自气相通过相界面转移（迁移）到液相的过程。现在我们不妨将气体吸收中的传质过程与已学过的传热过程相对照来研究两个问题：(1)、气体吸收过程的推动力是什么？（传热过程的推动力：温差）(2)、若气液两相能充分完全(wánquán)的接触，则吸收过程的极限是什么？（传热过程的极限：T=t）要回答这两个问题，就必须介绍气液相平衡。第十九页，共30页。一、

溶解度P、T一定，使一定量的吸收剂与混合气体接触(jiēchù)，溶质便向液相转移，这个传质过程直至液相中溶质达到饱和，浓度不再增加为止，此时气液两相达到平衡，这个饱和浓度就叫做气体溶质在液体中的溶解度。

通常以kg(g)溶质/kg(g)溶剂

或kmol溶质/kmol溶剂

或用摩尔(móěr)分率xe

表示。下面讨论影响(yǐngxiǎng)平衡溶解度的因素。第二十页，共30页。气相：双组分混合气（A+B），以y表示(biǎoshì)A摩尔分率或表示(biǎoshì)A的平衡分压；讨论(tǎolùn)的气液两相体系为：液相：亦为双组分S+A，以x表示A在溶液(róngyè)中的平衡溶解度；体系温度T；体系压强P；该体系涉及的参数有：P、T、Pe(平衡分压)、x、y第二十一页，共30页。二、溶解度曲线(qūxiàn)

T一定，平衡时Pe（y）～x的关系曲线(qūxiàn)，叫做溶解度曲线(qūxiàn)。如图：第二十二页，共30页。第二十三页，共30页。三、亨利(hēnglì)定律1.亨利(hēnglì)定律总压不高（譬如不超过5×105Pa）时，在一定温度下，稀溶液上方气相中溶质的平衡(pínghéng)分压与溶质在液相中的摩尔分率成正比，其比例系数为亨利系数。说明：①E表示气体溶解能力的常数，E越大，E=p*A/xA，表示达平衡时，xA越小，也即是越难溶解。②E=f(T)，T增大时，E亦增大，同样低温对吸收有利。③E值由实验测定，由手册可查得。第二十四页，共30页。实际应用(yìngyòng)时，亨利定律有多种形式：说明：①E表示气体溶解能力的常数，E越大，E=p*A/xA，表示达平衡时，xA越小，也即是越难溶解。②E=f(T，p)，T增大或p减小时，E亦增大。③E值由实验测定，由手册可查得。④cA～xA关系(guānxì)：cA=xA.cc——总摩尔浓度（1）液相浓度用摩尔(móěr)分率x表示：式中：cA——溶质在液相中的摩尔浓度，kmol/m3；H——溶解度系数，kmol/（m3·kPa）；E=c/H——亨利系数，kPa或atm。第二十五页，共30页。（2）两相组成均用摩尔分率(fēnlǜ)表示：说明：①m值的大小，同样可以判断溶解度大小，m增大(zēnɡdà)，xA减小，溶解度小。②m=f(T，p)，T增大(zēnɡdà)，p减小，则m增大(zēnɡdà)，不利于吸收