化工原理下册课件第二章 吸收第1课时吸收过程的气-液平衡

2、依据：依各组分在溶剂中的溶解度的差异实现 组分分离。
如：用水吸收空气中的氨气 吸收剂—液体-溶剂 solvent--- S 水 溶质---能溶于溶剂的组分 solute--- A 氨气 惰性气体—载体,不能溶于和微溶于溶剂的组分
B 空气
3、典型吸收解吸流程
原料气：含苯煤气；产品：脱苯煤气；吸收剂：洗油 解吸的目的：回收溶质、溶剂的再生―使之循环使用
3、单组分吸收: 混合气中只有单一组分进入液相，称 单组分吸收
4、多组分吸收: 有两个或多个组分进入进入液相，为 多组分吸收。
5、等温吸收：吸收过程没有溶解热或反应热的释放； 或对于有热效应但没有导致体系温度显著升高的过 程。
6、非等温吸收：吸收过程有溶解热或反应热的释放， 导致吸收液相温度升高的过程。
（吸收过程的操作性问题） 主要涉及溶质在气-液两相中的平衡关系、物料衡算、 吸收机理与吸收过程速率
2.1 气液相平衡
2.1.1 气体在溶剂中的溶解度
一、气液相平衡 气-液相长时间充分接触，达到平衡时，其气相浓 度与液相浓度之间的关系为相平衡关系。
平衡状态下，气相中溶质的分压称为平衡分压， 液相中溶质的浓度称为平衡浓度或饱和浓度，或 称溶解度。
X 液 液相 相中 中溶 溶剂 质 m m的 的 ooll1xx Y 气气 相相 中中 惰溶 性质 气 m的 om体 lo的 l1yy
2.1.2 相平衡关系
一、 亨利定律
相平衡关系与体系的温度、压力以及物性相关， 对采用稀溶液吸收混合气中低浓度溶质组分时， 其溶解度曲线通过原点，并为一直线。
用亨利定律描述。
四、吸收过程主要研究内容
主要介绍单组分低浓度等温物理吸收的原理与计算。 1、了解吸收过程的方向与极限；（平衡关系） 2、确定完成一定分离任务所需要的吸收剂用量；（操
作关系） 3、对于既定的分离物系和分离要求，确定吸收塔的相
关尺寸；（吸收塔的设计，传质速率方程） 4、分析吸收塔分离气体混合物所能达到的分离效率；
溶解度的影响因素？
A、B、S构成的单组分物理吸收气、液两相体系，
组分数C=3，相数f=2，自由度数F：
f F C 2 3 2 2 3
溶解度表明一定条件下溶质在液体中的溶解极限， 是吸收过程所能达到的极限。与物系温度、压力及 该溶质在气相中的浓度有关。x*-（T，P，y）
二、溶解度曲线 在一定温度和压力下，混合气体与其溶剂达到相 平衡时，溶质组分在两相中组成呈一定的对应关 系,常以溶解度表示。
m E P
➢ 式பைடு நூலகம்，P为总压。
四、各亨利系数的影响因素
➢ 亨利系数E=f(物系，T) 温度T ，E ; 总压P对E影响很小 理想溶液： E=p0(饱和蒸汽压） 易溶气体E<难溶气体E
➢ 溶解度系数H =f(物系，T) 总压P对H影响很小；温度T ，H 易溶气体H>难溶气体H
p*=Ex p*-溶质组分在气相的平衡分压，kPa; x-溶质组分在液相的组成，摩尔分数； E-亨利系数，kPa。
二、亨利定律的不同形式
浓度的表示方法不同，享利定律的形式不同。
1、p*~c关系
p* c H
H－溶解度系数，kmol/(kN·m)=f(T) ，c-溶质摩尔浓度
2、 y*～x关系 y* mx
m－相平衡常数，m值越大，表示溶解度越小。 y, x－气相、液相中溶质的摩尔分率
3、Y*～X关系 Y* mX mX 1(1m)X
Y，X－气相、液相中溶质的摩尔比
三、亨利系数E 、 H、m之间的关系 ➢ E，H 之间的关系：
对于稀溶液：则溶质浓度较低，溶液可近似视为 纯溶剂：故有
H
EM s
➢ E, m之间的关系:
b）提供适当的传质设备以实现汽液两相的传质 尽可能增大两相的接触面积与湍动程度。吸收设备
大致可分成两大类：即板式塔（逐级接触）和填料 塔（微分接触）
三、吸收过程分类
1、物理吸收: 利用混合气中各组分在溶剂中的溶解度 的差异分离气体混合物。
2、化学吸收: 以气体混合物各组分能否在溶剂中发生 化学反应来分离混合气体。 如碳酸钠溶液净化含CO2的气体 CO2+Na2CO3+H2O=2NaHCO3 化学吸收操作具有高选择性， 化学反应满足以下条件: 可逆性 这样使溶剂得以再生循环使用。 较高的反应速率
第2章 吸收
2.1 吸收过程的气-液平衡 2.2 吸收过程的传质动力学* 2.3 吸收过程的数学模型与速率方程* 2.4 吸收塔的计算
（重点：物料衡算及填料层高度计算）
2.5 吸收系数 2.6 解吸及其他条件下的吸收
二、 吸收基本原理
1、定义：吸收操作是将气体混合物的各个组分予以 分离的单元操作。
溶解度：气液平衡时，溶质在液相中的浓度。
x* f (p)
p* f (x)
平衡分压 p*：平衡时，混合气中溶质组分的分压， Pa; x-液相中溶质组分的摩尔分数。
三、溶解度的影响因素
❖ 溶质的性质：不同的气体在溶剂中的溶解度不同 易溶气体，难溶气体
❖ 分压p对溶解度的影响：当p增加，x* 增加。(T 一定) ❖ 总压P对溶解度的影响：
4、采用吸收操作实现气体混合物分离必须解决的问 题
a）选择合适的溶剂（吸收剂） 选择性地溶解某一组分（或某些组分）（一般原 则）
吸收剂的性能是吸收操作良好与否的关键，选择 时要从以下几方面来考虑：
①对被吸收的组分要有较大的溶解度，且有较好 的选择性（其它组分的溶解度很小可忽略）。
②要有较低的蒸气压，以减少吸收过程中溶剂的挥 发损失。 ③要有较好的化学稳定性，以免使用过程中变质。 ④腐蚀性要小,以减小设备费用和维修费。 ⑤粘度要低，以利于传质及输送；比热要小，使再 生时的耗热量较小；不易燃，以利于安全生产。 ⑥吸收后的溶剂应易于再生。
在溶质组分分压不变时，若P变化不大，不影响溶 解度。即总压不影响p、x*之间 的关系 ❖ 温度对溶解度的影响： T增加，x*下降，(p一定)
T增加，p*增加 （ x一定）
四、吸收过程浓度的表示法 在吸收过程中，惰性气体不溶于液相，溶剂也没有显 著的气化现象，在任一截面上惰性气体和溶剂的摩 尔流量均不发生变化。 以惰性气体和溶剂的量为基准，分别表示溶质在气液 两相的浓度, 常将组成以摩尔比X、Y表示。