POLYTECHNIC 第二章气体吸收 TECHN INER MONGO 21概述 2气体吸收的平衡关系 VIEi 24低组成气体吸收的计算 RSITY POLYTECHNIC UN 23气体吸收速率方程式 25吸收系数 26其它吸收与解吸 0本章总结一联系图 VI O LISCcAIN INNER MONGOL IA UNIVERSITY POLYTECHNIC ER MCNGOL IA 2021年2月21日 OLYTEO 第二章气体吸收 1/105
2021年2月21日 第二章 气体吸收 1/105 第二章 气体吸收 2.1 概述 2.2 气体吸收的平衡关系 2.3 气体吸收速率方程式 2.4 低组成气体吸收的计算 2.5 吸收系数 2.6 其它吸收与解吸 本章总结－联系图
eo2.1概述 OLYTECHN 2.1.1气体吸收过程 INNER MONGOL IA 吸收剂吸收尾气 SB+少量A 吸收:根据混和气体中各组分在某溶 液中的溶解度(或化学反应活性)不同 而将气体混合物分离的单元操作。 分离的依据:各组分溶解度的差异 在吸收操作中,通常将混合气体中能 吸收塔 表示,而不溶或微溶的组分称为载体或 惰性组分,以B表示;吸收所用的溶剂 1称为吸收剂,以S表示:经吸收后得到 的溶液称为吸收液;被吸收后排出吸收 R 塔的气体称为吸收尾气 NIVERSITY POLYT吸收液混和气体 A+少量SA+B 12021年2月21日 OLYTEO 第二章气体吸收 2/105
2021年2月21日 第二章 气体吸收 2/105 2.1 概述 2.1.1 气体吸收过程 吸收：根据混和气体中各组分在某溶 液中的溶解度（或化学反应活性）不同 而将气体混合物分离的单元操作。 分离的依据：各组分溶解度的差异。 在吸收操作中，通常将混合气体中能 够溶解于溶剂中的组分称为溶质，以A 表示，而不溶或微溶的组分称为载体或 惰性组分，以B表示；吸收所用的溶剂 称为吸收剂，以S表示；经吸收后得到 的溶液称为吸收液；被吸收后排出吸收 塔的气体称为吸收尾气。 吸 收 塔 吸收液 A+少量S 混和气体 A+B 吸收剂 S 吸收尾气 B+少量A
21.2气体吸收的分类守 TECHN √按溶质与溶剂间是否发生显著化学反应分: ☆物理吸收:如水吸收二氧化碳 令化学吸收:如硫酸吸收氨词 √按被吸收组分数目分 INNER MONGOL 令单组分吸收:如水吸收氯化氢气体 ◇多组分吸收:如洗油处理焦炉气,苯、甲苯、二甲苯 等组分均溶解 √按吸收前后温度是否发生变化分: 令等温吸收: 令非等温吸收 冷低组成吸收:摩尔分数>0.11NRMo1A Aˇ按溶质在气液两相中组成大小分: 冷高组成吸收:摩尔分数≤01 POLYTECHNIC 本章重点讨论单组分低组成的等温物理吸收 12021年2月21日 OLYTEO 第二章气体吸收 3/105
2021年2月21日 第二章 气体吸收 3/105 2.1.2 气体吸收的分类 ✓按溶质与溶剂间是否发生显著化学反应分： ❖物理吸收：如水吸收二氧化碳 ❖化学吸收：如硫酸吸收氨 ✓按被吸收组分数目分： ❖单组分吸收：如水吸收氯化氢气体 ❖多组分吸收：如洗油处理焦炉气，苯、甲苯、二甲苯 等组分均溶解 ✓按吸收前后温度是否发生变化分： ❖等温吸收： ❖非等温吸收 ✓按溶质在气液两相中组成大小分： ❖低组成吸收：摩尔分数>0.1 ❖高组成吸收：摩尔分数≤0.1 本章重点讨论单组分低组成的等温物理吸收
2.13气体吸收的工业应用 TECHN R MONGOLIA 用丙酮脱除石油裂解气中的乙炔等以除去气体中的有害然之 √净化气体或精制气体。如用水脱除合成氨原料气中的CO 分,便于下一步的反应顺利进行 √制备液体产品。如用水吸收HCl气体制备盐酸,用水吸收 NO2气体制硝酸,用水吸收NH气制氨水,用稀硫酸吸收 SO3制浓硫酸等均属于吸收操作。c √回收有用物质。如用洗油从焦炉气中回收粗苯(苯、甲苯、 二甲苯)等。 √环境保护的需要。如用碱液吸收工业过程排放的废气中INR 1含有的一些有害物质如SO2、HS、NO,H等1 R UNIVERSITY POL YTECHNIC 12021年2月21日 OLYTEO 第二章气体吸收 4/105
2021年2月21日 第二章 气体吸收 4/105 2.1.3 气体吸收的工业应用 ✓净化气体或精制气体。如用水脱除合成氨原料气中的CO2， 用丙酮脱除石油裂解气中的乙炔等以除去气体中的有害成 分，便于下一步的反应顺利进行。 ✓制备液体产品。如用水吸收HCl气体制备盐酸，用水吸收 NO2气体制硝酸，用水吸收NH3气制氨水，用稀硫酸吸收 SO3 ✓回收有用物质。如用洗油从焦炉气中回收粗苯(苯、甲苯、 二甲苯)等。 ✓环境保护的需要。如用碱液吸收工业过程排放的废气中 含有的一些有害物质如SO2、H2S、NO、HF等
02.4吸收剂的选择》大 TECHN MONGOLIA 完成一个吸收过程需选择合适的溶剂,对吸收剂的要求 ˇ溶解度大。可提高吸收速率并减少吸收剂的耗用量。c √选择性好。对溶质有良好的溶解能力,而对其它组分不 溶或微溶,且便于再生,否则不能实现分离的目的 √挥发度小,即在操作温度下蒸汽压小,基本不汽化。离 开吸收设备的气体被吸收剂所饱和,吸收剂挥发度愈大, 损失量便愈大。 粘度低。可改善吸收设备内的流动状况,从而提高传质 A速率和传热速率,有助于降低泵的效率,减小传质、传热 阻力。 R √其它。来源充分,价格低廉,无毒,无腐蚀性不易燃, 不发泡,化学性质稳定等。 UNIVERSIT 12021年2月21日 OLYTEO 第二章气体吸收 5/105
2021年2月21日 第二章 气体吸收 5/105 2.1.4 吸收剂的选择 完成一个吸收过程需选择合适的溶剂，对吸收剂的要求 ✓溶解度大。可提高吸收速率并减少吸收剂的耗用量。 ✓选择性好。对溶质有良好的溶解能力，而对其它组分不 ✓挥发度小，即在操作温度下蒸汽压小，基本不汽化。离 开吸收设备的气体被吸收剂所饱和，吸收剂挥发度愈大， ✓粘度低。可改善吸收设备内的流动状况，从而提高传质 速率和传热速率，有助于降低泵的效率，减小传质、传热 阻力。 ✓其它。来源充分，价格低廉，无毒，无腐蚀性不易燃， 不发泡，化学性质稳定等
POLYTECHNIC 22气体吸收的平衡关系 TECHN MONGO 22.1气体在液体中的溶解度1 在一定温度和压强下,当气体混合物与一定量的液体吸 收剂接触时,浴质组分便不断进入液相中,这一过程称为 溶解即吸收。而同时已被溶解的溶质也将不断摆脱液相的 束缚重新回到气相,该过程称为解吸。这两个过程互为逆 过程并具有各自的速率,当气液两相经过长时间的接触后, 溶质的溶解速率与解吸速率达到相等时,气液两相中溶质 的浓度就不再因两相间的接触而变化,这种状态称为相际 动平衡,简称相平衡或平衡。平衡状态下气相中的溶质分 压称为平衡分压或饱和分压,液相中的溶质组成称为平衡 组成或饱和组成 气体在液体中的溶解度,是指气体在液体中的饱和组成, 常以单位质量或体积的液体所含溶质的质量来表示。 气体的溶解度标明一定条件下吸收过程可能达到的极限 程度 UNIVERSITY 12021年2月21日 OLYTEO 第二章气体吸收 6/105
2021年2月21日 第二章 气体吸收 6/105 2.2 气体吸收的平衡关系 2.2.1 气体在液体中的溶解度 在一定温度和压强下，当气体混合物与一定量的液体吸 收剂接触时，溶质组分便不断进入液相中，这一过程称为 溶解即吸收。而同时已被溶解的溶质也将不断摆脱液相的 束缚重新回到气相，该过程称为解吸。这两个过程互为逆 过程并具有各自的速率，当气液两相经过长时间的接触后， 溶质的溶解速率与解吸速率达到相等时，气液两相中溶质 的浓度就不再因两相间的接触而变化，这种状态称为相际 动平衡，简称相平衡或平衡。平衡状态下气相中的溶质分 压称为平衡分压或饱和分压，液相中的溶质组成称为平衡 组成或饱和组成。 气体在液体中的溶解度，是指气体在液体中的饱和组成， 常以单位质量或体积的液体所含溶质的质量来表示。 气体的溶解度标明一定条件下吸收过程可能达到的极限 程度
TECHN 1相律 INNER MONGOL IA F=C-P+n S 影响因素:n=2(温度、压强) ITY POLYTECHNIC UN P=2(气、液相)大 独立组分数:C=3(A、B、S) 相数 故:自由度F=3-2+2=3,即气相组成、液相组成、温度 压力4个变量中,已知3个量,便可确定余下的1个量。 火温度、压力一定:溶解度(液相组成)三气相组成) 总压<5×105Pa时:溶解度=气相组成,温度) ALISOEAIN R UNIVERSITY POLYTECHNIC ER MCNGOL IA 2021年2月21日 OLYTEO 第二章气体吸收 7/105
2021年2月21日 第二章 气体吸收 7/105 1.相律 F=C-P+n 独立组分数：C=3 (A、B、S) 相数： P=2（气、液相） 影响因素： n=2（温度、压强） 故：自由度F=3-2+2=3，即气相组成、液相组成、温度、 压力4个变量中，已知3个量，便可确定余下的1个量。 ✓温度、压力一定：溶解度（液相组成）=f(气相组成) ✓总压<5×105Pa时：溶解度=f(气相组成，温度）
溶解度曲线 50 406080100120 PNH./kPa Pso/kPa kPa 图22氨在水中的溶解度 氧化硫在水中的溶解度 图2-4氧在水中的溶解度 横标:气相分压;纵标:溶解度;参数:温度(总压不太高时) 同种溶质: 00 ☆温度一定:气相分压愈大,溶解度愈大 冷气相分压一定:温度愈低,溶解度愈大 ˇ不同溶质:溶解度一定时,易溶气体溶液上方分压小, 难溶气体上方分压大 R 〖说明〗 加压、降温有利于吸收操作的进行 √易溶气体仅需较小的分压就能达到一定溶解度 12021年2月21日 第二章气体吸收 8/105
2021年2月21日 第二章 气体吸收 8/105 2.溶解度曲线 横标：气相分压；纵标：溶解度；参数：温度（总压不太高时）。 ✓同种溶质： ❖温度一定：气相分压愈大，溶解度愈大 ❖气相分压一定：温度愈低，溶解度愈大 ✓不同溶质：溶解度一定时，易溶气体溶液上方分压小， 难溶气体上方分压大 〖说明〗 ✓加压、降温有利于吸收操作的进行 ✓易溶气体仅需较小的分压就能达到一定溶解度
0222亨利定律 TECHN MONGOLIA 随着对相平衡关系的研究,发现很多气体在浓度较小时 其溶解度曲线为通过坐标原点的直线,这一规律用亨秋 (Heny)定律进行描述。 INER MONGOL 1.Pe=Ex 称为吸收过程的相平衡方程—亨利定律。 式中:p溶质A在气相中的平衡分压,kPa; 溶质A在液相中的摩尔分率 E享利系数,H 表明:当总压不高(<0.5MPa时,在一定温度下气液两相 达到平衡时,稀溶液上方气相中溶质的平衡分压与液相中 溶质的摩尔分率成正比。 UNIVERSITY POLYTECHNIC 2021年2月21日 第二章气体吸收 9/105
2021年2月21日 第二章 气体吸收 9/105 2.2.2 亨利定律 随着对相平衡关系的研究，发现很多气体在浓度较小时 其溶解度曲线为通过坐标原点的直线，这一规律用亨利 (Henry)定律进行描述。 1. pe=Ex 称为吸收过程的相平衡方程 —— 式中： pe— 溶质A在气相中的平衡分压，kPa x —— 溶质A E —— 亨利系数，kPa 表明：当总压不高(<0.5MPa)时，在一定温度下气液两相 达到平衡时，稀溶液上方气相中溶质的平衡分压与液相中 溶质的摩尔分率成正比
√理想溶液:拉乌尔定角,RM o区说明〗 TECHN 非理想溶液:、+`mm ∴E= 低浓度气体吸收:E=常量 LER MONGOL √难溶物系:E≠常量,但当P0.MPa时,E=f(Pt) E由实验测定确定:以?对x作图,当x→0,P的值即 为E。常见物系的E可查有关手册。 火对于一定的气体和一定的溶剂,E值随温度变化:,E下, 弌!,体现气体溶解度随温度升高而减小的变化趋势 ax同一溶剂中 INNER MONGOI 令难溶气体的E值相对较大。PYαNC ☆易溶气体的E值很小 12021年2月21日 OLYTEO 第二章气体吸收 10/105
2021年2月21日 第二章 气体吸收 10/105 〖说明〗 ✓理想溶液：拉乌尔定律： ✓非理想溶液： ✓低浓度气体吸收：E=常量 ✓难溶物系：E≠常量，但当P0.1MPa时，E=f(P,t) ✓E由实验测定确定：以pe /x对x作图，当x→0， pe /x的值即 为E。常见物系的E可查有关手册。 ✓对于一定的气体和一定的溶剂，E值随温度变化：t↑，E↑， x↓，体现气体溶解度随温度升高而减小的变化趋势。 ✓同一溶剂中： ❖易溶气体的E值很小 ❖难溶气体的E值相对较大。 e A A p = p x E = p A E p