化工原理下冊第二章吸收2

第二章吸收2.1.概述2.1.概述1、氣體吸收的原理分離物系：氣體混合物形成兩相體系的方法：引入液相(吸收劑)(液相+氣相)傳質(zhì)原理：各組分在溶劑中溶解度不同吸收操作中所用的溶劑稱為吸收劑（或溶劑），用S表示；能溶解的組分稱為溶質(zhì)氣體或吸收質(zhì)，以A表示，不被吸收的組分稱為惰性氣體，以B表示。利用氣體混合物中各組分在液體溶劑中溶解度的差異來分離氣體混合物的操作稱為吸收。吸收和解吸常是一對相伴的操作，吸收用以提取所需的物質(zhì)，而解吸用以分離所需的物質(zhì)與吸收劑，并使吸收劑再生而重復(fù)使用。吸收操作的逆過程（即含溶質(zhì)氣體的液體，受到另一汽（氣）相的作用使溶質(zhì)與溶劑分離的過程）稱為解吸。吸收操作所得到的溶液稱為吸收液（成分為S和溶質(zhì)A），排出的氣體稱為吸收尾氣(主要成分為惰性氣體B，還含有殘余的溶質(zhì)A)。吸收設(shè)備、流程吸收設(shè)備-----塔設(shè)備

吸收劑在吸收塔內(nèi)再循環(huán)流程吸收-解吸流程煤氣脫苯的吸收與解吸流程含苯煤氣脫苯煤氣洗油苯水過熱蒸汽加熱器冷卻器吸收與解吸流程2、氣體吸收的工業(yè)應(yīng)用凈化或精制氣體例：合成氨工藝中，合成氣中的凈化脫碳制取某種氣體產(chǎn)品的液態(tài)產(chǎn)品例：用水吸收氯化氫氣體制取鹽酸回收混合氣體中所需的組分例：用洗油處理焦?fàn)t氣以回收其中的芳烴，硫酸回收焦?fàn)t氣中的氨工業(yè)廢氣的制理廢氣中含有二氧化硫、硫化氫、CO2等有害氣體的脫除3、吸收過程的分類氣體吸收按被吸收組分?jǐn)?shù)目單組分吸收多組分吸收按吸收有無化學(xué)反應(yīng)物理吸收化學(xué)吸收按溶質(zhì)濃度高低低濃度吸收高濃度吸收按吸收的溫度變化等溫吸收非等溫吸收4.氣體的吸收與液體的蒸餾的區(qū)別第二相：蒸餾操作采用改變狀態(tài)參數(shù)的辦法，使混合物內(nèi)部出現(xiàn)第二個相

吸收操作采用從外界引入另一相物質(zhì)形成兩相系統(tǒng)。產(chǎn)品：蒸餾操作可以直接獲得較純凈的輕重組分；

吸收不能直接得到較純凈的溶質(zhì)組分，還需經(jīng)過再次的分離操作----解吸傳遞方式：精餾操作每層塔板上的液體和蒸汽都處于接近飽和的溫度下，在相界面兩側(cè)，輕重組分同時向彼此相反的方向傳遞；

吸收操作，液相溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于沸點，溶劑沒有汽化，溶質(zhì)分子由氣相進(jìn)入液相的單向傳遞，而氣相中的惰性組分及液相中的溶劑組分處于停滯狀態(tài)。1、氣體在液體中溶解度的概念表明一定條件下吸收過程可能達(dá)到的極限程度。

2、溶解度曲線

氣體在液體中的飽和濃度

對于單組分物理吸收，由相律知

2.1.1氣體的溶解度氣體在液相中的溶解度：

在一定溫度和壓力下，使一定量吸收劑與混合氣體接觸，氣相中的溶質(zhì)便向液相中轉(zhuǎn)移，直至液相中溶質(zhì)組成達(dá)到飽和為止。在總壓不高，P<5atm時

一定溫度下液相組成是氣相組成的單值函數(shù)

同理，

說明：在同一溶劑（水）中，相同的溫度和溶質(zhì)分壓下，不同氣體的溶解度差別很大，其中氨在水中的溶解度最大，氧在水中的溶解度最小。這表明氨溶于水，而氧難溶于水對同一溶質(zhì)，在相同的氣相分壓下，溶解度隨溫度的升高而減小。對同一溶質(zhì)，在相同的溫度下，溶解度隨氣相分壓的升高而增大。配制相同組成的溶液使易溶氣體所需的分壓較低，而難溶氣體所需的分壓較高討論：吸收劑、溫度T、P一定時，不同物質(zhì)的溶解度不同。

溫度、溶液的濃度一定時，溶液上方分壓越大的物質(zhì)越難溶。對于同一種氣體，分壓一定時，溫度T越高，溶解度越小。對于同一種氣體，溫度T一定時，分壓P越大，溶解度越大。結(jié)論加壓和降溫有利于吸收操作減壓和升溫有利于解吸操作吸收解吸減壓、升溫加壓、降溫2.1.2亨利定律

總壓不高時，在一定溫度下，稀溶液上方氣相中溶質(zhì)的平衡分壓與溶質(zhì)在液相中的摩爾分率成正比，其比例系數(shù)為亨利系數(shù)。

——溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓，kPa；xi——溶質(zhì)在液相中的摩爾分率；E——亨利系數(shù)，單位同壓強(qiáng)單位，隨物系的特性和溫度而異。一、pi－xi關(guān)系亨利定律討論：1）E的影響因素：溶質(zhì)、溶劑、T、p<105Pa2）E大的，溶解度小，難溶氣體

E小的，溶解度大，易溶氣體4）E的來源：實驗測得；查手冊3）理想溶液：拉烏爾定律和亨利定律一致

此時E為該溫度下純?nèi)苜|(zhì)飽和蒸汽壓物系一定，H——溶解度系數(shù)，kmol/（m3·kPa）ci——溶質(zhì)的摩爾濃度，kmol/m3；H與E的關(guān)系：二、pi－ci關(guān)系Pi*——氣相中溶質(zhì)的平衡分壓kPa亨利定律H的討論溶解度Hm與E的關(guān)系：

m——相平衡常數(shù)，無因次。三、xi-yi關(guān)系溶解度相平衡常數(shù)四、Xi－Yi關(guān)系在吸收過程中，隨著吸收過程的進(jìn)行，混合氣體及混合液體的摩爾數(shù)是變化的，而混合氣體及混合液體中惰性組分的摩爾數(shù)是不變的。此時若用摩爾分率表示氣流相組成，計算很不方便。為此引入以惰性組分為基準(zhǔn)的摩爾比來表示氣、液相的組成。摩爾比的定義：當(dāng)溶液濃度很低時：亨利定律表達(dá)式可改寫為以下表達(dá)式：亨利定律表達(dá)式中各系數(shù)之間的關(guān)系E~H關(guān)系E~m關(guān)系H~m關(guān)系例2－1：含有30％（體積比）CO2的某種混合氣體與水接觸，系統(tǒng)溫度為30℃，總壓為101.3kPa。試求液相CO2的平衡濃度c*為若干kmol/m3。解：令p代表CO2在氣相中的分壓，則由分壓定律可知：

p＝Py＝101.3×0.3＝30.4kPa故查表2-1可知30℃時CO2在水中的亨利系數(shù)E＝1.88×105kPa，又因CO2為難溶于水的氣體，故知溶液濃度甚低，所以溶液密度可以按純水計算。Ρ＝1000kg/m3，則在本題的濃度范圍內(nèi)亨利定律適用。根據(jù)式2-2可知：c*=Hp其中H為30℃時CO2在水中的溶解度系數(shù)。由式2-4可知：2.1.3、吸收劑的選擇原則及原因吸收劑的性能，特別是吸收劑與氣體混合物之間的相平衡關(guān)系直接決定著吸收操作的成功與否。根據(jù)物理化學(xué)中有關(guān)相平衡的知識，評價吸收劑優(yōu)劣的主要依據(jù)應(yīng)包括：（1）溶解度：應(yīng)對混合氣體中被分離組分具有較大的溶解度；（2）選擇性：對混合氣體中其它組分溶解度要小，具有較高選擇性；（3）溶質(zhì)在溶劑中的溶劑度對溫度變化比較敏感；（4）溶劑的蒸氣壓要底，以減少吸收和再生過程中溶劑的揮發(fā)損失；（5）溶劑應(yīng)具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性；（6）溶劑具有較低的粘度，不易產(chǎn)生泡沫。（7）價格低廉、易得、無毒、不易燃燒。三大對A和B的溶解度差異要大對A的溶解度要大對A的溶解度在條件改變時變化要大三小揮發(fā)性小粘度小腐蝕小技術(shù)經(jīng)濟(jì)性2.1.4相平衡在吸收過程的應(yīng)用：1、過程傳質(zhì)進(jìn)行的方向的判定：●當(dāng)p>p*=E·x(orx<x*)時，過程為吸收過程。●當(dāng)p<p*=E·x(orx>x*)時，過程為解吸過程。2、過程的推動力⊿p=p-p*⊿x=x*-x(⊿y=y–y*)(⊿c=c*–c)實質(zhì)上，吸收還是解吸主要取決于溶質(zhì)在氣相中的實際分壓與其液相的平衡分壓間的關(guān)系而定。

平衡是過程的極限，只有不平衡的兩相互相接觸才會發(fā)生傳質(zhì)，即氣體的吸收或解吸。因此，實際濃度偏離平衡濃度越遠(yuǎn)，過程推動力越大，過程的速率也越快。在吸收的過程中我們經(jīng)常：具體分析:方向推動力1、判斷過程的方向

例：在101.3kPa，20℃下,稀氨水的氣液相平衡關(guān)系為：，若含氨0.094摩爾分?jǐn)?shù)的混合氣和組成的氨水接觸,確定過程的方向。用相平衡關(guān)系確定與實際氣相組成成平衡的液相組成解:將其與實際組成比較：∴氣液相接觸時，氨將從氣相轉(zhuǎn)入液相，發(fā)生吸收過程?；蛘呃孟嗥胶怅P(guān)系確定與實際液相組成成平衡的氣相組成將其與實際組成比較：∴氨從氣相轉(zhuǎn)入液相，發(fā)生吸收過程。若含氨0.02摩爾分?jǐn)?shù)的混合氣和x=0.05的氨水接觸，則氣液相接觸時，氨由液相轉(zhuǎn)入氣相，發(fā)生解吸過程。此外，用氣液相平衡曲線圖也可判斷兩相接觸時的傳質(zhì)方向具體方法：已知相互接觸的氣液相的

實際組成y和x，在x-y坐標(biāo)

圖中確定狀態(tài)點，若點在

平衡曲線上方，則發(fā)生吸

收過程；若點在平衡曲線