化工基础第四章吸收的PPT

（2）吸收分类
1.2 吸收剂的选择：很大程度决定了吸收操作的成功与否
(1) 溶解度 对溶质组分有较大的溶解度 (2) 选择性 对溶质组分有良好的选择性，即对组分基本不吸收 或吸收甚微 (3) 挥发性 应不易挥发 (4) 粘性 (5) 其它 粘度要低，良好气液接触性及气液分离能力的吸收剂 无毒、无腐蚀性、不易燃烧、不发泡、价廉易得，并 具有化学稳定性等要求。
溶解经常伴有溶解热或反应热，若热效应小，吸收过程无明显温度变化
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1.3 吸收设备与流程
（1）吸收设备——塔设备 板式塔 填料塔
吸收尾气 溶剂
吸收质 惰性组分 吸收液
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Hale Waihona Puke 2014/11/14（2）吸收流程 （a）单一吸收塔流程 （b）多塔吸收流程
（c）吸收剂在吸收塔内再循环流程 （d）吸收-解吸流程
第二节 吸收过程的相平衡关系
2.1 气体在液体中的溶解度
（1）相平衡：在一定的温度和压强下，使混合气体与一定 量的吸收剂相接触，溶质便向液相转移，直至液相中溶质达 到饱和浓度为止，这种状态称为相际动平衡，简称相平衡或 平衡。 （2）饱和分压：平衡状态下气相中的溶质分压称为平衡分 压或饱和分压。 （3）饱和浓度（溶解度）：液相中的溶质浓度称为平衡浓 度或饱和浓度，也即气体在液体中的溶解度。溶解度表明一 定条件下吸收过程可能达到的极限程度，习惯上用单位质量 （或体积）的液体中所含溶质的质量来表示。
描述互成平衡的气、液两相间组成的关系。 当总压不高时，在恒定温度下，稀溶液上方的 气体溶质平衡分压与其在液相中摩尔分率成正比。 由于组成有多种表示方法，所以亨利定律有多 种表达式。
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(b) 以p及c表示的平衡关系 若用物质的量浓度c表示溶质在液相中的组成，则亨利定律 可写成如下形式，即：
通过填料塔，已知NH3在水中的平衡关系 ， E=2.67*105Pa。求所得氨水的最大浓度（分别以摩尔分数和物质 的量比表示）。 解：最大浓度（极限）就是相平衡时的浓度。 根据道尔顿分压定律
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1.013*105Pa和20℃时，NH3在水中平衡溶解度为，气相中：NH3 平衡分压2*103Pa，液相2.5kgNH3·100kg-1H2O. 试求此时相平衡系数 m，亨利系数E和溶解度系数H 解：先求 ， 根据道尔顿分压定律：
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相平衡关系在吸收操作中的 应用在Y－X坐标图上表达更 为清晰，如图2-5。 气相组成 在平衡线上方（点A1），进 行吸收过程；气相组成在平 衡线下方（点A2），则为脱 吸操作。吸收过程的推动力 为Y1－Y*或X1*－Xc，脱吸的 推动力为Y*－Y或Xc－Xc*。 * 吸收液的最高组成为 X1；尾 气的最低组成为 Y* 。
氨水浓度低，可近似认为其密度与水相同
2.3 相平衡关系在吸收操作中的应用
（1）选择吸收剂和确定适宜的操作条件 性能优良的吸收剂和适宜的操作条件综合体现在相平 衡常数m值上。溶剂对溶质的溶解度大，加压和降温均可 使m值降低，有利于吸收操作。 （2）判断过程进行方向 根据气、液两相的实际组成与相应条件下平衡组成的 比较，可判断过程进行的方向。 若气相的实际组成Y大于与液相呈平衡关系的组成Y* （＝mX），则为吸收过程；反之，若Y*>Y，则为脱吸过 程：Y=Y*，系统处于相际平衡状态。 （3）计算过程推动力 气相或液相的实际组成与相应条件下的平衡组成的 差值表示传质的推动力。对于吸收过程，传质的推动力 为Y-Y*或X*-X；脱吸过程的推动力则表示为Y*-Y或XX*。 （4）确定过程进行的极限 平衡状态即到过程进行的极限。对于逆流操作的吸 收塔，无论吸收塔有多高，吸收利用量有多大，吸收尾 气中溶质组成Y2的最低极限是与入塔吸收剂组成呈平 衡，即mX2；吸收液的最大组成X1不可能高于入塔气相 组成Y1呈平衡的液相组成，即不高于Y1/m（X*）。 总之，相平衡限定了被净化气体离开吸收塔的最低 组成和吸收液离开塔时的最高组成。
式中，ρ — 溶液的密度，kg／m3； Ms — 溶剂的摩尔质量
y*＝mx 式中，y—与液相成平衡的气相中溶质物质的量的分数； m—相平衡常数，又称为分配系数，无因次 上式可由（a）式中两边除以系统的总压P得到，即：
令
（d）以X及Y表示平衡关系 在吸收计算中，为方便起见，常采用物质的量之比Y与 X分别表示气、液两相的组成。 物质的量之比定义为： X = 液相中溶质的物质的量／液相中溶剂的物质的量＝ Y = 气相中溶质的物质的量／气相中惰性组分物质的量＝ 由上两式可得： 当溶液很稀时， （c）式又可近似表示为： Y*＝mX 上式表明，当液相中溶质含量足够低时，平衡关系在XY坐标图中也可近似的表示成一条通过原点的直线，其斜率 为 m。
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第四章 吸 收
武汉理工大学化学工程学院

化工过程60％属分离过程，其中主要有吸收，精馏， 萃取，干燥。 吸收指的是气相混合物的分离； 精馏和萃取用来分离均相液相混合物； 干燥针对非均相液固相的分离 按作用原理划分： 吸收、精馏属于气液传质 萃取属于液液传质。 干燥属热、质同时传递，但以传质为目的。
图 两种气体相互扩散
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式中负号表示扩散方向与浓度梯度方向相反，扩 散沿着浓度降低的方向进行。 扩散系数DAB是物质的物性常数之一，它表明物质 在均匀介质中的扩散能力，随介质的种类、温度、压 力和浓度的不同而异。
（2） 涡流扩散 流体作湍流运动时，由于质点的无规则运动，相 互碰撞和混合，若存在浓度梯度的情况下，组分会从 高浓度向低浓度方向传递，这种现象称为涡流扩散。 因质点运动无规则，所以涡流扩散速率很难从理 论上确定，通常采用描述分子扩散的菲克定律形式表 示，即：
2.2 亨利定律 (1) 亨利定律
(2) 亨利定律表达式
(a) 以p及x表示的平衡关系 当液相组成用物质的量的分数（摩尔分数）表示时， 则稀溶液上方气体中溶质的分压与其在液相中物质的量的 分数（摩尔分数）之间存在如下关系，即： p*＝Ex （a） 式中 p* — 溶质在气相中的平衡分压，kPa； x — 溶质在液相中物质的量分数； E — 亨利系数，单位与压强单位一致。其数值随 物系特性及温度而变。 E值随着温度升高而增大。
在工艺生产中，化工单元操作不下30、40种
第一节 概述
吸收：利用气体混合物中各组分在同一溶剂中溶解性的差异来分 离气体混合物的操作。 吸收体系：溶质A 吸收剂 S 本章以研究吸收过程的相平衡原理为基础，判断吸收过程进 行的方向，极限和推动力；对于低浓度气体的吸收，利用相平衡 原理、结合物料衡算和吸收速率方程等，建立关联吸收过程有关 参数的方程，分析解决吸收过程的有关实际问题。
(c) 以y与x表示平衡关系 若溶质在气相与液相中的组成分别用物质的量的分 数y与x表示，亨利定律又可写成如下形式：
式中 c — 单位体积溶液中溶质的物质的量 H — 溶解度系数 溶解度系数的数值随物系而变，同时也是温度的函数。 对一定的溶质和溶剂，H值随温度升高而减小。易溶气体有 很大的H值，难溶气体的H值很小。 对于稀溶液，H值可由下式近似估算，即：
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1.1 吸收过程在化工生产中的应用
（1）吸收的目的 （a）制取产品 例如，用98%的硫酸吸收SO3气体制取发烟硫酸， 用水吸收氯化氢制取31%的工业盐酸， 用氨水吸收CO2生产碳酸氢铵等。 （b）从气体中回收有用的组分 例如，用硫酸从煤气中回收氨生成硫胺；用洗油从煤气中回收 粗苯等。 （c）吸收气体混合物一个或几个组分，以分离气体混合物。 如合成橡胶工业中以酒精吸收反应气，分离丁二烯及烃类气体； 用液化氢吸收裂解气中的乙烯和丙烯等；用洗油吸收焦炉气中的芳 烃。 （d）除去有害组分以净化气体 主要包括原料气净化和尾气、废气的净化以保护环境。 例如：用水或碱液脱除合成氨原料气中的硫化氢及其他硫化物， 燃煤锅炉烟气、冶炼废气等脱SO2、水洗二氧化碳等。 在炼焦或制取城市煤气的生产中，煤 气中含有少量苯和甲苯等碳氢化合物，可 用洗油为吸收剂加以吸收。含有苯和甲苯 等碳氢化合物的煤气在常温下由吸收塔底 部送入，洗油从塔顶淋下，气液两相在塔 中呈现逆流接触，煤气中苯和甲苯等碳氢 化合物溶于洗油中，脱除苯和甲苯等碳氢 化合物的煤气从吸收塔的塔顶排出；吸收 了苯和甲苯等碳氢化合物的洗油（富油） 再生循环后使用并回收苯。将洗油用泵诵 经换热器加热到170℃后，自解析塔顶部 淋下，并与从塔底通入的过热水蒸气接触 ，苯从富油中脱除并被水蒸气带出塔，经 冷凝-冷却后，经油水分离器分层，除去 水得到液体粗苯，脱苯后的洗油经冷却与 富油换热，在送入冷却塔循环使用。
第三节 吸收过程机理
3.1 单相传质
当不平衡的气液两相接触时，若y>y*，则溶质从气相向液相传 递，为吸收过程，该过程包括以下三个步骤： （1）溶质（吸附质）由气相主体向相界面传递，即在单一相（气 相）内传递物质； （2）溶质在气液相界面上的溶解，由气相转入液相，即在相界面 上发生溶解过程； （3）溶质自气液相界面向液相主体传递，即在单一相（液相）内 传递物质。 从传质角度考虑，上述三个步骤可以概括为吸附质（溶质）在 单相中扩散和相际间扩散。 不论溶质在气相或液相，它在单一相里的传递有两种基本形式， 一是分子扩散，二是对流传质（涡流扩散）。
(3) 同一溶质在相同的气相分压下，溶解度随温度降 低而加大。例如，当氨的分压为60kPa时，温度从40℃降 至10℃，每1000kg水中溶解的氨从220kg增加至515kg。 由溶解度曲线所显示的共同规律可知： 加压和降温 可以提高气体的溶解度，对吸收操作有利； 反之，升温和减压 对脱吸操作有利。
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图中的关系线称为溶解度曲线。由图可看出： (1) 在同一溶剂（水）中，不同气体的溶解度有很大差异。例 如，当温度为20℃、气相中溶质分压为20kPa时，每1000kg水中所 能溶解的氨、二氧化硫和氧的质量分别为 170kg、22kg和0.009kg。 (4) 溶解度曲线： 这表明氨易溶于水，氧难溶于水，而二氧化硫居中。 气液相平衡关系用二维坐标绘成的关系曲线称为溶解 (2) 同一溶质在相同的温度下，随着气体分压的提高，在液相 度曲线。气体的溶解度通过实验测定。图 2-2图2-3及图2-4 中的溶解度加大。例如在10℃时，当氨在气相中的分压分别为 分别示出常压下氨、二氧化硫和氧在水中的溶解度与其在 40kPa和100kPa时，每1000kg水中溶解氧的质量分别为395kg和 气相的分压之间的关系（以温度为参数）。 680kg 。