第五章气体吸收 第一节概述 第二节气液相平衡 第三节分子扩散 第四节对流传质 第五节在填料塔低浓度气体吸收过程的计算 第六节气体解吸 第七节高浓度气体吸收
第五章 气体吸收 第一节 概述 第二节 气液相平衡 第三节 分子扩散 第四节 对流传质 第五节 在填料塔低浓度气体吸收过程的计算 第六节 气体解吸 第七节 高浓度气体吸收
§51概述 传质分离过程简介 )非均相混合物,其分离主要 二.吸收与传质 依靠力学的,即质点运动与 流体力学原理进行分离,已 物理吸收和化学吸收 在第三章中进行了讨论 四吸收与解吸 b)均相混合物,其分离特点主 五,溶剂的选择 要依靠物质的传递(分子传 递和涡流传递)特性来实现 混合物中各组分的分离 对b)均相混合物的分离称为 传质分离过程简介 传质分离过程 1、传质分离过程的研究对象 另外,对干燥和浸取等一类 混合物的分离是化工类生产 过程也列入传质分离过程 中的重要过程。 如:湿物料的干燥,也是依 混合物的分类 靠水分传递到气相来达到分 离目的
§5.1 概述 一. 传质分离过程简介 二. 吸收与传质 三. 物理吸收和化学吸收 四. 吸收与解吸 五. 溶剂的选择 一. 传质分离过程简介 1、传质分离过程的研究对象 • 混合物的分离是化工类生产 中的重要过程。 • 混合物的分类： a）非均相混合物，其分离主要 依靠力学的，即质点运动与 流体力学原理进行分离，已 在第三章中进行了讨论； b）均相混合物，其分离特点主 要依靠物质的传递（分子传 递和涡流传递）特性来实现 混合物中各组分的分离。 • 对b）均相混合物的分离称为 传质分离过程 • 另外，对干燥和浸取等一类 过程也列入传质分离过程。 如：湿物料的干燥，也是依 靠水分传递到气相来达到分 离目的
§51概述 传质分离过程的分 3、根据生产目的来分类 口平衡分离过程:根据混合物中0化工生产中遇到的混合物多 诸组分在两相间的平衡分配不种多样的,它们可以是g 同来实现混合物的分离,这类s,可以均相,可以非均相, 方法称为~。例如:蒸馏、吸其中各组分的性质可以相差 收、萃取、吸附、干燥etc 很大,也可以是十分相似, 口速率分离过程:根据混合物中 各组分的含量可以相差很大, 各组分在某种力场的作用下扩 也可以相差不大(处一个量 散速度不同的性质来实现混合 级)分离目的也不尽相同 物的分离,这类方法称为~。 般分为四类 例如:气体扩散、电泳、喷嘴 分离:将混合物中各组分完 扩散etc。 分开,得到各个纯组分或 在一般化工生产中主要应用平 若干种产品。eg:air 衡分离过程。 N2、O2、各种稀有气体; 原油-汽油、煤油、柴油etc
§5.1 概述 2、传质分离过程的分类 平衡分离过程：根据混合物中 诸组分在两相间的平衡分配不 同来实现混合物的分离，这类 方法称为～。例如：蒸馏、吸 收、萃取、吸附、干燥etc。 速率分离过程：根据混合物中 各组分在某种力场的作用下扩 散速度不同的性质来实现混合 物的分离，这类方法称为～。 例如：气体扩散、电泳、喷嘴 扩散 etc。 在一般化工生产中主要应用平 衡分离过程。 3、根据生产目的来分类 化工生产中遇到的混合物多 种多样的，它们可以是g、l、 s，可以均相，可以非均相， 其中各组分的性质可以相差 很大，也可以是十分相似， 各组分的含量可以相差很大， 也可以相差不大（处一个量 级）分离目的也不尽相同。 一般分为四类： • 分离：将混合物中各组分完 全分开，得到各个纯组分或 若干种产品。 eg：air----- N2 、 O2 、各种稀有气体； 原油----汽油、煤油、柴油etc
§51概述 提取和回收:从混合物中提 浓缩:将含有组分少的稀溶 取某种或某几种有用的组分 液增浓,称为~。:在医 eg:从矿石中提取有用金属 药上中成药的提取,可以通 从工厂排放的废料中,回收 过膜过程对此进行浓缩。 有价值的物质,除去污染环 境的物质;另外在医药上中 成药的提取etc 4、根据组分在两相间的分配差 纯化:除去混合物中少量杂 大小来分 质 成氨原料气中 相配很大:吸收、萃取、浸 有CO、CO2等有害气体,易 取、干燥蒸馏、吸附etc 使cat中毒,现一般采用铜氨 其特点为:只须引一股流, 液洗涤法、深冷分离法和甲 两相接触即可 烷化法,这些方法在经济性、 相配不大:精馏、回流萃取 选择性等方面都在不同程度 分馏吸附etc。 存在着缺点,吸附分离 其特点为:须引两股流,分 特别是PSA方法是新的发展 段形成两相接触
§5.1 概述 • 提取和回收：从混合物中提 取某种或某几种有用的组分。 eg：从矿石中提取有用金属； 从工厂排放的废料中，回收 有价值的物质，除去污染环 境的物质；另外在医药上中 成药的提取etc。 • 纯化：除去混合物中少量杂 质。eg：合成氨原料气中含 有CO、 CO2 等有害气体，易 使cat.中毒，现一般采用铜氨 液洗涤法、深冷分离法和甲 烷化法，这些方法在经济性、 选择性等方面都在不同程度 上存在着缺点，吸附分离， 特别是PSA方法是新的发展 方向。 • 浓缩：将含有组分少的稀溶 液增浓，称为～。eg：在医 药上中成药的提取，可以通 过膜过程对此进行浓缩。 4、根据组分在两相间的分配差 大小来分： • 相配很大：吸收、萃取、浸 取、干燥蒸馏、吸附etc。 其特点为：只须引一股流， 两相接触即可。 • 相配不大：精馏、回流萃取 分馏吸附etc。 其特点为：须引两股流，分 段形成两相接触
§51概述 二.吸收与传质 吸附分离--主要依靠筛分 引子 作用,尺寸差异;也有络合 作用,eg:Cu+-CO; 口均相混合物分离特点:主要 吸收--主要依靠混合物中 依靠物质的分子、涡流传递特 各组分在某种溶剂中的溶解 性来实现混合物中各组分的分 度的不同得到分离目的。 离 eg:用水吸收混合气体中的 气体混合物分离特点:总是根 NH3能使NH3、air加以分离, 据混合物中各组分间某种物理 并回收NH3,其原因为: 化学性质差异而进行的 们在水中的溶解度差异很大 将它们通入水中,NH很容 0气体混合物的分离方法: 易溶解于水中,形成氨水溶 膜分离--主要依靠筛分作 液,而air几乎不溶于水中。 用,尺寸差异 精馏-主要依据沸点差异,eg 空分得到N2和O2;
§5.1 概述 二. 吸收与传质 1、引子 均相混合物分离特点：主要 依靠物质的分子、涡流传递特 性来实现混合物中各组分的分 离。 气体混合物分离特点：总是根 据混合物中各组分间某种物理 化学性质差异而进行的。 气体混合物的分离方法： • 膜分离------主要依靠筛分作 用，尺寸差异 ； • 精馏---主要依据沸点差异，eg： 空分得到N2和 O2 ； • 吸附分离------主要依靠筛分 作用，尺寸差异 ；也有络合 作用，eg：Cu＋－CO； • 吸收------主要依靠混合物中 各组分在某种溶剂中的溶解 度的不同得到分离目的。 eg：用水吸收混合气体中的 NH3能使NH3、air加以分离， 并回收NH3 ，其原因为：它 们在水中的溶解度差异很大， 将它们通入水中， NH3很容 易溶解于水中，形成氨水溶 液，而air几乎不溶于水中
§51概述 2、吸收 对微量CO、CO2现一般采用铜 口定义:气体溶解于液体的过程, 氨液洗涤法、深冷分离法和 称之为~ 甲烷化法,但净化度和能耗 高,目前正开发络合变压吸 0气体吸收在工业及环保中的应 附(PSA)的技术是‘无热源 用 技术’,是非常节能的发展 回收产品:用洗油(焦化厂 方向 副产品,数十种C、H化合物 制备某种气体的溶液 的混合物)吸收焦炉煤气中 HCI(g)+ H, O----HCI(L) 的苯、甲苯、二甲苯。※有 3 NO2+ H2O=-2HNO3+ NO 机合成八大基础原料:三苯、 SO,- SO,+ HO---H SO 稀(1, 稀、乙稀 般采用925%H2SO4吸收成 丙稀) 为98%--105%H2SO4。 气体净化:合成氨原料气中 含有CO、CO2、CO2S、H2S 实际过程往往同时兼有净化 和回收双重目的。 等有害气体,易使cat中毒
§5.1 概述 2、吸收 定义：气体溶解于液体的过程， 称之为～。 气体吸收在工业及环保中的应 用 • 回收产品：用洗油（焦化厂 副产品，数十种C、H化合物 的混合物）吸收焦炉煤气中 的苯、甲苯、二甲苯。※有 机合成八大基础原料：三苯、 三稀（ 1,3-丁二稀、乙稀、 丙稀）、一萘一炔。 • 气体净化：合成氨原料气中 含有CO、CO2 、CO2 S、H2 S 等有害气体，易使cat.中毒。 对微量CO、CO2现一般采用铜 氨液洗涤法、深冷分离法和 甲烷化法，但净化度和能耗 高，目前正开发络合变压吸 附（PSA）的技术是‘无热源 技术’，是非常节能的发展 方向。 • 制备某种气体的溶液： HCl（g)＋ H2 O----HCl(L) 3 NO2＋ H2O==2HNO3＋ NO SO2 ----- SO3 ＋ H2O--- H2 SO4 一般采用92.5% H2 SO4吸收成 为98% -----105% H2 SO4 。 • 实际过程往往同时兼有净化 和回收双重目的
§51概述 3、传质 Co NHs air 气体吸收是传质分离过程。 前面提到的传质分离过程中, C 重点是要讲述平衡分离过程 是组分在两相间的分配不同 C三== (平衡)来实现分离。 工0 气体吸收过程包含有组分从 相到另一相的转移。 过程的推动力为:浓度差△C液面处浓度C液相主体浓度C1o 故在液相中从界面向深处移动;3) 示意图如右侧图一所示 随着吸收的进行,气相中NH3浓度减 过程1)NH3易溶解于水中,少,液相中NH浓度增加,推动力△C 其浓度为C,而air难溶于水,减少;4)当气液相达到平衡时,△C 液,而air几乎不溶于水中; 0,NH3的转移速率=0
§5.1 概述 3、传质 气体吸收是传质分离过程。 • 前面提到的传质分离过程中， 重点是要讲述平衡分离过程， 是组分在两相间的分配不同 （平衡）来实现分离。 • 气体吸收过程包含有组分从 一相到另一相的转移。 • 过程的推动力为：浓度差C 过程简介 以NH3和air用水吸收为例： • 示意图如右侧图一所示 • 过程 1) NH3易溶解于水中， 其浓度为C0，而air难溶于水， 液，而air几乎不溶于水中； 液面处浓度C液相主体浓度CL0 ， 故在液相中从界面向深处移动； 3) 随着吸收的进行，气相中NH3浓度减 少，液相中NH3浓度增加，推动力C 减少；4)当气液相达到平衡时， C ＝0， NH3的转移速率＝0
§51概述 口气体吸收过程的特点 惰性成分或载体:混合气体 需加入另一物质,使该物质与 中很难溶解的组份称为 原均相混合物接触构成并存的 用B表示,eg:空气(air) 两相 吸收剂或溶剂:吸收中所用 判断是否发生组分的相际转移? 的能够溶解某一组分的物质 可以假想:每一相中各组分的 称为~,用S表示,eg:水 浓度都均匀一致,若转移的组 吸收液:吸收操作中溶剂吸 分在两相中的浓度偏离平衡态 收了溶质气体后所得的溶液 越远, 分的转移速率越 称为~,用S+A表示; 吸收尾气:吸收操作中排除 当转移的组分在两相中呈平衡 的气体称为~,用(A)+B表 态,则该组分的转移速率为零 0相关术语介绍 单组分吸收:溶质气体为单 溶质气体或吸收质:混合气体 组分的吸收过程,称为 中容易溶解的组份称为~,用 单组分吸收:溶质气体为多 A表示,eg:NH3 分的吸收过程,称为~
§5.1 概述 气体吸收过程的特点 • 需加入另一物质，使该物质与 原均相混合物接触构成并存的 两相； • 判断是否发生组分的相际转移？ 可以假想：每一相中各组分的 浓度都均匀一致，若转移的组 分在两相中的浓度偏离平衡态 越远，则该组分的转移速率越 大； • 当转移的组分在两相中呈平衡 态，则该组分的转移速率为零。 相关术语介绍 • 溶质气体或吸收质：混合气体 中容易溶解的组份称为～，用 A表示，eg：NH3 ； • 惰性成分或载体：混合气体 中很难溶解的组份称为～， 用B表示， eg：空气（air); • 吸收剂或溶剂：吸收中所用 的能够溶解某一组分的物质 称为～，用S表示， eg：水； • 吸收液：吸收操作中溶剂吸 收了溶质气体后所得的溶液 称为～，用S+A表示; • 吸收尾气：吸收操作中排除 的气体称为～，用（A）+B表 示 • 单组分吸收：溶质气体为单 组分的吸收过程，称为～ • 单组分吸收：溶质气体为多 组分的吸收过程，称为～
§51概述 物理吸收和化学吸收 四吸收与解吸 口物理吸收 一个完整的吸收分离过程一般 定义:溶质气体溶于液相中包括吸收和解吸两部分。 不发生显著化学反应的吸收口解吸:从溶液中释放出溶解吸 过程,称之为 收的溶质气体的操作,称为 例如:CO2+H3O=H2CO3口解吸的方法 HCI(g) +HO= HCI (L) 丙酮(g)+H2O=丙酮(L 加热,因温度升高,溶解度降 0化学吸收 定义:液相中有某种组分 减压,因压力降低,溶解度降 能够与溶质气体(溶解于L) 进行化学反应的吸收过程, 惰性气体与溶液逆流接触, 促进了吸收过程的进行速率 般采用过热蒸汽,一方面由于 例如:Na2CO3(K2CO3)+CO2 较高温度,另一方面由于惰性 H,0=Na,HCO3( KHCO3) 体可以降低溶质气体的分压 从而带出溶质气体
§5.1 概述 三. 物理吸收和化学吸收 物理吸收 • 定义： 溶质气体溶于液相中 不发生显著化学反应的吸收 过程，称之为～ • 例如： CO2 ＋ H2O＝ H2 CO3 HCl（g）＋H2O＝ HCl（L） 丙酮（g）＋H2O＝丙酮（L） 化学吸收 • 定义： 液相中有某种组分， 能够与溶质气体（溶解于L） 进行化学反应的吸收过程， 促进了吸收过程的进行速率； • 例如：Na2 CO3 （K2CO3) ＋CO2 ＋ H2O = Na2HCO3 （ KHCO3 ) 四. 吸收与解吸 一个完整的吸收分离过程一般 包括吸收和解吸两部分。 解吸：从溶液中释放出溶解吸 收的溶质气体的操作，称为～ 解吸的方法： • 加热，因温度升高，溶解度降 低； • 减压，因压力降低，溶解度降 低； • 惰性气体与溶液逆流接触，一 般采用过热蒸汽，一方面由于 较高温度，另一方面由于惰性 气体可以降低溶质气体的分压， 从而带出溶质气体
§51概述 吸收与解吸联合操作 脱苯 冷凝器 煤气 粗苯 吸 加热器 收 解吸塔 水 焦炉塔 煤气 冷却器 开口过热蒸汽 富油 贫油 图5-1吸收与解吸联合操作
§5.1 概述 吸收与解吸联合操作 图5-1 吸收与解吸联合操作