氣體吸收講稿

氣體吸收講稿第一頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日第八章吸收ABSORPTION主要內(nèi)容氣液相平衡；吸收過(guò)程的傳質(zhì)機(jī)理吸收過(guò)程中速率的確定；運(yùn)用基礎(chǔ)理論，進(jìn)行吸收塔的設(shè)計(jì)計(jì)算與操作計(jì)算；常用吸收塔的結(jié)構(gòu)與選型設(shè)計(jì)計(jì)算。第二頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日

第一節(jié)概述一、什么是吸收？吸收是化工生產(chǎn)中用來(lái)分離混合氣體的一種重要單元操作?？煞譃槲锢砦蘸突瘜W(xué)吸收?！裨恚何锢砦帐抢没旌蠚庵懈鹘M分在溶劑中的溶解度的差異分離氣體混合物；化學(xué)吸收則是以氣體混合物各組分能否在溶劑中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來(lái)分離混合氣體。二、吸收的目的：1、回收或捕捉氣體混合物中的有用物質(zhì)制取產(chǎn)品第三頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日2、除害（環(huán)保角度）除去工藝氣體中的有害成分，凈化氣體,防止污染?！餁怏w混合物分離的依據(jù)混合物中各組份間某種物理和化學(xué)性質(zhì)的差異?；旌衔锏姆蛛x:混合物+分離劑=相1+相2

第四頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日吸收操作中所用的溶劑稱(chēng)為吸收劑（或溶劑），用S表示；能溶解的組分稱(chēng)為溶質(zhì)氣體或吸收質(zhì)，以A表示，不被吸收的組分稱(chēng)為惰性氣體，以B表示。吸收操作所得到的溶液稱(chēng)為吸收液（成分為S和溶質(zhì)A），排出的氣體稱(chēng)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)。

吸收操作的逆過(guò)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(guò)程）稱(chēng)為解吸。吸收和解吸常是一對(duì)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。第五頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日實(shí)例：煤氣生產(chǎn)中的苯回收流程在煉焦和制取城市煤氣生產(chǎn)中，焦?fàn)t煤氣內(nèi)含有少量的苯、甲苯類(lèi)低碳?xì)浠衔锏恼羝s35g/m3），應(yīng)予以分離。吸收解吸流程見(jiàn)例圖第六頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日※由上例可知：采用吸收操作實(shí)現(xiàn)氣體混合物的分離必須解決下列問(wèn)題（1）選擇合適的溶劑，使能選擇性地溶解某個(gè)（或某些）被分離組分；（2）提供適當(dāng)?shù)膫髻|(zhì)設(shè)備以實(shí)現(xiàn)氣液兩相的接觸，使被分離組分得以自氣相轉(zhuǎn)移至液相；（3）溶劑的再生，即脫除溶解于其中的被分離組分以循環(huán)使用。第七頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、溶劑選擇原則及原因溶劑的性能，特別是溶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(shí)，評(píng)價(jià)溶劑優(yōu)劣的主要依據(jù)應(yīng)包括：（1）溶劑應(yīng)對(duì)混合氣體中被分離組分具有較大的溶解度；（2）溶劑對(duì)混合氣體中其它組分溶解度要小，具有較高的選擇性；（3）溶質(zhì)在溶劑中的溶劑度對(duì)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(guò)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(jià)格低廉、易得、無(wú)毒、不易燃燒。第八頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日三大對(duì)A和B的溶解度差異要大對(duì)A的溶解度要大對(duì)A的溶解度在條件改變時(shí)變化要大三小揮發(fā)性小粘度小腐蝕小技術(shù)經(jīng)濟(jì)性第九頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日四、吸收設(shè)備：吸收塔填料塔板式塔級(jí)式接觸微分接觸第十頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日板式吸收塔：氣體與液體逐級(jí)逆流接觸填料吸收塔：濕壁塔、降膜塔，液體呈膜狀流下，通常在塔內(nèi)充填有瓷環(huán)之類(lèi)的填料。在此類(lèi)設(shè)備中，氣體或液體中可溶組分的濃度隨塔板高度的變化而呈階梯式的變化。在此類(lèi)設(shè)備中，氣體或液體中可溶組分的濃度隨設(shè)備高度的變化而呈連續(xù)式變化。★這兩種設(shè)備由于吸收過(guò)程濃度變化方式不同，采用的是完全不同的計(jì)算方法，需要注意加以區(qū)分。第十一頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日五、解吸：解吸是使溶質(zhì)從溶液中脫除的過(guò)程。是吸收的逆過(guò)程。其目的為：（1）溶劑再生；（2）得到溶質(zhì)。吸收和解吸構(gòu)成了一個(gè)完整的流程。常用的解吸方法：升溫減壓吹氣最為常見(jiàn)第十二頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日六、吸收的種類(lèi)：●物理吸收、化學(xué)吸收(可以強(qiáng)化傳熱過(guò)程?)●單組分吸收、多組分吸收●等溫吸收、非等溫吸收主要討論單組份、低濃度、等溫、連續(xù)的物理吸收過(guò)程。七、吸收操作的經(jīng)濟(jì)性（1）氣、液兩相流經(jīng)吸收設(shè)備的能量消耗；（2）溶劑的揮發(fā)損失和變質(zhì)損失（3）溶劑的再生費(fèi)用，即解吸費(fèi)用再生費(fèi)用所占比例最大。吸收溶質(zhì)之后的溶液恰好是工藝過(guò)程的產(chǎn)品，因?yàn)椴辉傩枰軇┑脑偕?，這種吸收過(guò)程最經(jīng)濟(jì)?！竦蜐舛任?、高濃度吸收第十三頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日第二節(jié)氣液相平衡這里所討論的吸收過(guò)程僅限于一些比較簡(jiǎn)單的情況：（1）氣體混合物中只有一個(gè)組分溶于溶劑，其余組分在溶劑中的溶劑度極低可以忽略不計(jì)，視為惰性組分；（2）溶劑的蒸氣壓很低，其揮發(fā)損失可以忽略，即氣體中不含溶劑蒸氣。

吸收過(guò)程與傳熱過(guò)程比較類(lèi)似但又有所區(qū)別，吸收過(guò)程是氣液相間的物質(zhì)傳遞，傳遞的推動(dòng)力來(lái)源于不是兩相的濃度差而是氣液相之間的相平衡關(guān)系差異。因此我們必須研究氣液兩相之間的相平衡。第十四頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日一、什么是氣液相平衡？

吸收過(guò)程進(jìn)行時(shí)，必定存在一定的推動(dòng)力，這一推動(dòng)力與體系的平衡關(guān)系有關(guān)?；旌蠚怏w和溶劑在一定溫度和壓力下，經(jīng)長(zhǎng)期充分接觸后，達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡，即：吸收速率=解吸速率。這種狀態(tài)被稱(chēng)為氣液相平衡。

當(dāng)吸收速率=解吸速率[mol/(m2·s)]，氣液兩相達(dá)到相平衡，此時(shí)，溶質(zhì)在溶液中的濃度用平衡濃度（xe、ce）來(lái)表示；溶質(zhì)在氣相中的濃度用平衡分壓（pe）來(lái)表示。T↗→溶解度↙P↗→溶解度↗∴低溫高壓有利于吸收，高溫低壓有利于解吸。第十五頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日第十六頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日二、氣液相平衡時(shí)氣液兩相濃度的關(guān)系—亨利定律：1、亨利定律：×—惰性氣體分子×××××××—溶質(zhì)分子體系：一定溫度；混合氣體總壓不高（P<5atm，氣相可視作理想氣體）；稀溶液（可視作理想溶液）。組成的表述有多種方法氣相中:分壓pA,摩爾分?jǐn)?shù)yA液相中:摩爾濃度cA(kmol/m3),摩爾分?jǐn)?shù)xA質(zhì)量分率a質(zhì)量比(例如100gNH3/100g水)第十七頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日★對(duì)于特定的物系，在特定的條件下，存在著確定的E、H、m，也就是說(shuō)，氣相濃度和液相濃度的比例是確定的。例如：10℃時(shí)氧在水中有如下關(guān)系：pe=3.27×104x(atm)。第十八頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日2、亨利定律各系數(shù)間的關(guān)系：第十九頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日第二十頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日亨利系數(shù)E=f(t,x)對(duì)稀溶液，E=f(t)t↑→E↑、H↑、m↑→溶解度↓m—相平衡常數(shù)，無(wú)因次，m↑→溶解度↓易溶氣體H小，難溶氣體H大。當(dāng)P<5atm時(shí),P↑→m↓→溶解度↑,H、E不變吸收宜采用溶解能力強(qiáng)、選擇性好的溶劑。提高操作壓力，降低操作溫度，對(duì)吸收有利；升溫和減壓則有利于解吸操作。例：查得總壓為1atm,20℃時(shí)，當(dāng)100g水中含二氧化硫0.5g,該溶液上方二氧化硫的平衡分壓為59mmHg，該溶液服從亨利定律，求此時(shí)的亨利系數(shù)E和相平衡常數(shù)m。

m=55.27E=55.27atm第二十一頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日1atm下，濃度為0.02（摩爾分?jǐn)?shù)）的稀氨水在20℃時(shí)氨的平衡分壓為1.666kPa，其相平衡關(guān)系服從亨利定律，氨水密度可近似取1000kg/m3。求：E、m、H。例：解：第二十二頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、相平衡與吸收過(guò)程的關(guān)系：1、過(guò)程方向的判定：●當(dāng)p>pe=E·x(orx<xe)時(shí)，過(guò)程為吸收過(guò)程?！癞?dāng)p<pe=E·x(orx>xe)時(shí)，過(guò)程為解吸過(guò)程。第二十三頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日2、過(guò)程的推動(dòng)力—濃度差的計(jì)算：●以氣相分壓差表示的吸收過(guò)程的推動(dòng)力：⊿p=p-pe●以液相濃度差表示的吸收過(guò)程的推動(dòng)力：⊿x=xe-x(⊿y=y–ye)(⊿c=ce–c)實(shí)質(zhì)上，吸收還是解吸主要取決于溶質(zhì)在氣相中的分壓與其液相的平衡分壓間的關(guān)系而定。平衡是過(guò)程的極限，只有不平衡的兩相互相接觸才會(huì)發(fā)生氣體的吸收或解吸。因此，實(shí)際濃度偏離平衡濃度越遠(yuǎn)，過(guò)程推動(dòng)力越大，過(guò)程的速率也越快。在吸收的過(guò)程中我們經(jīng)常：第二十四頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日具體分析方向、推動(dòng)力第二十五頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日3、確定過(guò)程的極限：吸收塔混合氣體,p1氣,p2,min液,x2出塔氣體濃度最低值：p2,min離塔液體濃度最高值：x2,maxP2,min=E·x2液,x1,max實(shí)際生產(chǎn)中：p2>p2,minx1<x2,max受相平衡關(guān)系的限制第二十六頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日用煤油從苯–空氣混合氣體中吸收苯，入塔氣體中含苯2%（體積），吸收后濃度降為0.01%（體積），入塔煤油中含苯0.02%（摩爾分?jǐn)?shù)）。操作溫度為50℃，壓力為200kN/m2，操作條件下相平衡關(guān)系為pe=80xkN/m2。求：（1）塔頂處氣相推動(dòng)力；（2）若改善操作條件，提高吸收率，則出口液體濃度極限是多少？例：吸收塔混合氣體,p1氣,p2液,x2液,x1第二十七頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日第二十八頁(yè)，共二十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日含溶質(zhì)A且摩爾分率為x=0.2的溶液與壓力為2atm,y=0.15的氣體等溫接觸,平衡關(guān)系為：pe=1.2x，則此時(shí)將發(fā)生

過(guò)程。用氣相組成和液相組成表示的總傳質(zhì)推動(dòng)力分別為Δy=

，Δx=

（摩爾分率）。如系統(tǒng)溫度略有增高，則Δy將

。如系統(tǒng)總壓略有增高，則Δx將

。解：m=E/P=1.2/2=0.6 ye=mx=0.6×0.2=0.12；y-