第九章 气体吸收 Gas Absorption
第九章 气 体 吸 收 Gas Absorption
述( Introduction) 吸收分离操作:利用混合气体中各组分( component)在液体 中溶解度( solubility)差异,使某些易溶组分进入液相形成溶 液( solution),不溶或难溶组分仍留在气相( gas phase),从而 实现混合气体的分离。 气体吸收是混 吸收剂 气相主体相界面液相主体 间合气体中某些 囫组分在气液相 x 界面上溶解、 界面 在气相和液相 x 内由浓度差推 y 动的传质过程 气体 气相扩散液相扩散
概述（Introduction） 吸收分离操作：利用混合气体中各组分(component)在液体 中溶解度(solubility)差异，使某些易溶组分进入液相形成溶 液(solution)，不溶或难溶组分仍留在气相(gas phase)，从而 实现混合气体的分离。 吸收剂 气体 y x 界面 气相主体 液相主体 相界面 气相扩散 液相扩散 yi xi 气体吸收是混 合气体中某些 组分在气液相 界面上溶解、 在气相和液相 内由浓度差推 动的传质过程
概函( Initrocuctiori) 吸收分离操作实例:乙醇胺水溶液吸收二氧化碳气体 冷却 冷却 吸收塔 解吸塔 原料气 换热器 再沸器 图9-3乙醇胺水溶液吸收CO2流程
概述（Introduction） 吸收分离操作实例：乙醇胺水溶液吸收二氧化碳气体 图9-3 乙醇胺水溶液吸收CO2流程 原料气 (CO2 ) 吸 收 塔 解 吸 塔 换热器 冷却器 再沸器 CO2 冷却器
概函( Initrocuctiori) 吸收质或溶质( solute):混合气体中的溶解组分,以A表示。 惰性气体( Inert gas)或载体:不溶或难溶组分,以B表示。 吸收剂( absorbent):吸收操作中所用的溶剂,以S表示。 吸收液( strong liquor):吸收操作后得到的溶液,主要成分为 溶剂S和溶质A。 吸收尾气( dilute gas):吸收后排出的气体,主要成分为惰性 体B和少量的溶质A。 国解吸或脱吸( desorption):与吸收相反的过程,即溶质从液相 感中分离而转移到气相的过程。 物理吸收( physical absorption):吸收过程溶质与溶剂不发生 显著的化学反应,可视为单纯的气体溶解于液相的过程 如用水吸收二氧化碳、用水吸收乙醇或丙醇蒸汽、用洗 油吸收芳烃等
概述（Introduction） 吸收质或溶质(solute)：混合气体中的溶解组分，以A表示。 惰性气体(inert gas)或载体：不溶或难溶组分，以B表示。 吸收剂(absorbent)：吸收操作中所用的溶剂，以S表示。 吸收液(strong liquor)：吸收操作后得到的溶液，主要成分为 溶剂S和溶质A。 吸收尾气(dilute gas)：吸收后排出的气体，主要成分为惰性 气体B和少量的溶质A。 解吸或脱吸(desorption)：与吸收相反的过程，即溶质从液相 中分离而转移到气相的过程。 物理吸收(physical absorption)：吸收过程溶质与溶剂不发生 显著的化学反应，可视为单纯的气体溶解于液相的过程。 如用水吸收二氧化碳、用水吸收乙醇或丙醇蒸汽、用洗 油吸收芳烃等
概函( Initrocuctiori) 化学吸收( chemical absorption):溶质与溶剂有显著的化学反 应发生。如用氢氧化钠或碳酸钠溶液吸收二氧化碳、用 稀硫酸吸收氨等过程。化学反应能大大提高单位体积液 体所能吸收的气体量并加快吸收速率。但溶液解吸再生 较难。 单组分吸收:混合气体中只有单一组分被液相吸收,其余 组分因溶解度甚小其吸收量可忽略不计。 囫多组分吸收:有两个或两个以上组分被吸收。 容解热:气体溶解于液体时所释放的热量。化学吸收时, 还会有反应热。 非等温吸收:体系温度发生明显变化的吸收过程。 等温吸收:体系温度变化不显著的吸收过程
概述（Introduction） 化学吸收(chemical absorption)：溶质与溶剂有显著的化学反 应发生。如用氢氧化钠或碳酸钠溶液吸收二氧化碳、用 稀硫酸吸收氨等过程。化学反应能大大提高单位体积液 体所能吸收的气体量并加快吸收速率。但溶液解吸再生 较难。 单组分吸收：混合气体中只有单一组分被液相吸收，其余 组分因溶解度甚小其吸收量可忽略不计。 多组分吸收：有两个或两个以上组分被吸收。 溶解热：气体溶解于液体时所释放的热量。化学吸收时， 还会有反应热。 非等温吸收：体系温度发生明显变化的吸收过程。 等温吸收：体系温度变化不显著的吸收过程
概函( Initrocuctiori) 吸收操作的用途 1)制取产品用吸收剂吸收气体中某些组分而获得产品。 如硫酸吸收SO3制浓硫酸,水吸收甲醛制福尔马林液, 碳化氨水吸收CO2制碳酸氢氨等 (2)分离混合气体吸收剂选择性地吸收气体中某些组分以 达到分离目的。如从焦炉气或城市煤气中分离苯,从乙 醇催化裂解气中分离丁二烯等。 害(3)气体净化一类是原料气的净化,即除去混合气体中的 杂质,如合成氨原料气脱H2S、脱CO2等;另一类是尾 气处理和废气净化以保护环境,如燃煤锅炉烟气,冾炼 废气等脱除SO2,硝酸尾气脱除NO2等
概述（Introduction） 吸收操作的用途： (1) 制取产品 用吸收剂吸收气体中某些组分而获得产品。 如硫酸吸收SO3制浓硫酸，水吸收甲醛制福尔马林液， 碳化氨水吸收CO2制碳酸氢氨等。 (2) 分离混合气体 吸收剂选择性地吸收气体中某些组分以 达到分离目的。如从焦炉气或城市煤气中分离苯，从乙 醇催化裂解气中分离丁二烯等。 (3) 气体净化 一类是原料气的净化，即除去混合气体中的 杂质，如合成氨原料气脱H2 S、脱CO2等；另一类是尾 气处理和废气净化以保护环境，如燃煤锅炉烟气，冶炼 废气等脱除SO2，硝酸尾气脱除NO2等
气液两相的接触方式 连续接触(也称微分接触):气 液两相的浓度呈连续变化。如填 料塔。 溶剂 规整填料 散装填料 塑料丝网波纹填料塑料鲍尔环填料 a微分接触 b级式接触 图9-2填料塔和板式塔 绢级式接触:气、液两相逐级接 触传质,两相的组成呈阶跃变 化。如板式塔
气液两相的接触方式 连续接触(也称微分接触)：气、 液两相的浓度呈连续变化。如填 料塔。 溶剂 a 微分接触 b 级式接触 图9-2 填料塔和板式塔 气体 溶剂 气体 级式接触：气、液两相逐级接 触传质，两相的组成呈阶跃变 化。 如板式塔。 散装填料 塑料鲍尔环填料 规整填料 塑料丝网波纹填料
吸收过程的气液相平衡关条 气体在液体中的溶解度气体吸收涉及到相际传质过程。 平衡问题:物质传递的方向和限度; 传质速率问题:传质推动力和阻力。过程快慢的问题。 相平衡:相间传质已达到动态平衡,从宏观上观察传质已 不再进行 对单组分物理吸收:相数=2,组分数=3 相律FN2→自由度=3,即在温度、压力和气、液相 组成四个变量中,有三个独立变量 在温度和压力一定的条件下,平衡时的气、液相组成具有 对应关系。 平衡状态下溶质在气相中的分压称为平衡分压或饱和分压 与之对应的液相浓度称为平衡浓度或气体在液体中的溶解 度
吸收过程的气液相平衡关系 气体在液体中的溶解度 气体吸收涉及到相际传质过程。 对单组分物理吸收：相数 = 2，组分数 = 3 相律 F=-N+2 自由度 = 3，即在温度、压力和气、液相 组成四个变量中，有三个独立变量。 在温度和压力一定的条件下，平衡时的气、液相组成具有 一一对应关系。 平衡状态下溶质在气相中的分压称为平衡分压或饱和分压， 与之对应的液相浓度称为平衡浓度或气体在液体中的溶解 度。 平衡问题：物质传递的方向和限度； 传质速率问题：传质推动力和阻力。过程快慢的问题。 相平衡：相间传质已达到动态平衡，从宏观上观察传质已 不再进行
气体在液体中的溶解度 溶解度曲线:在一定温度、压力下,平衡时溶质在气相和液 相中的浓度的关系曲线。 250 0°C 0°C oo8z 10°C 500 20C 50°C O∽ 30°C 越50 40°C 50°C 20406080100120 020406080100120 ONH/kPa po /kPa 在相同条件下,NH3在水中的溶解度较SO2大得多。 用水作吸收剂时,称NH3为易溶气体,SO2为中等溶解气体 溶解度更小的气体则为难溶气体(如O2在30℃和溶质的分 压为40kPa的条件下,1kg水中溶解的质量仅为0.014g)
气体在液体中的溶解度 溶解度曲线：在一定温度、压力下，平衡时溶质在气相和液 相中的浓度的关系曲线。 溶解度/[g(NH3)/1000g(H O)] 2 1000 500 0 20 40 60 80 100 120 pNH3/kPa 50 oC 40 oC 30 oC 20 oC 10 oC 0 oC 120 溶解度/[g(SO2)/1000g(H O)] 2 250 200 0 20 40 60 80 100 pSO2/kPa 150 100 50 120 50 oC 40 oC 30 oC 20 oC 10 oC 0 oC 在相同条件下，NH3 在水中的溶解度较 SO2 大得多。 用水作吸收剂时，称 NH3 为易溶气体，SO2为中等溶解气体， 溶解度更小的气体则为难溶气体(如O2 在 30℃ 和溶质的分 压为 40kPa 的条件下，1kg 水中溶解的质量仅为 0.014g)
亨利定律( Henry's law) 当总压不太高时,一定温度下的稀溶液的溶解度曲线近似 为直线,即溶质在液相中的溶解度与其在气相中的分压成 正比。 p=Ex 亨利定律 式中 溶质在气相中的平衡分压,kPa; 溶质在液相中的摩尔分数; E 亨利系数,kPa 亨利系数的值随物系的特性及温度而异; 物系一定,E值一般随温度的上升而增大 E值的大小代表了气体在该溶剂中溶解的难易程度; 在同一溶剂中,难溶气体E值很大,易溶气体E值很小 E的单位与气相分压的压强单位一致
亨利定律（Henry’s law） 当总压不太高时，一定温度下的稀溶液的溶解度曲线近似 为直线，即溶质在液相中的溶解度与其在气相中的分压成 正比。 式中： p* —— 溶质在气相中的平衡分压，kPa； x —— 溶质在液相中的摩尔分数； E —— 亨利系数，kPa。 p = Ex * —— 亨利定律 ➢ 亨利系数的值随物系的特性及温度而异； ➢ 物系一定，E 值一般随温度的上升而增大； ➢ E 值的大小代表了气体在该溶剂中溶解的难易程度； ➢ 在同一溶剂中，难溶气体 E 值很大，易溶气体 E 值很小； ➢ E 的单位与气相分压的压强单位一致