代工原理》 Principles of Chemical Engineering 教师:郝晓喇 Prof Dr Hao xiaogang 太原理工大学太原(030024) Taiyuan University of Technology 2021/2/22 projects of Dr Hao
2021/2/22 projects of Dr.Hao 1 Taiyuan University of Technology 《化工原理》 Principles of Chemical Engineering 主讲教师：郝晓刚 Prof. Dr. Hao Xiaogang 太原理工大学 太原（030024）
第二章 乞体吸收 Gas absorption [是已是5 2021/2/22 projects of Dr Hao
2021/2/22 projects of Dr.Hao 2 第二章 气 体 吸 收 Gas Absorption
概述( Introduction) 利用混合气体中各组分 ( component)在液体中溶解度( solubility) 的差是而分离气体混合物的单元操作称为吸收。吸收操作时 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 气体吸收是混合气 1气相主体相界面 液相主体 体中某些组分在气液 相界面上溶解、在气 t界面 相和液相内由浓度差 x 推动的传质过程。 y 气被液散 气体 2021/2/22 projects of Dr Hao
2021/2/22 projects of Dr.Hao 3 概述（Introduction） • 利用混合气体中各组分(component)在液体中溶解度(solubility) 的差异而分离气体混合物的单元操作称为吸收。吸收操作时 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。 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
概迷( ntroduction) 吸收质或溶质( solute):混合气体中的溶 吸收剂(S) 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 吸收尾气 溶剂,以S表示 吸 (A+B) 吸收液( strong liquor):吸收操作后得到 收 的溶液,主要成分为溶剂S和溶质A 混合尾气塔 吸收尾气( dilute gas)):吸收后排出的气A+B) 体,主要成分为惰性气体B和少量的溶质 A 吸收过程在吸收褡中进行,逆流操作吸 吸收液(A+S) 收塔示意图如右所示。 2021/2/22 projects of Dr Hao
2021/2/22 projects of Dr.Hao 4 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。 • 吸收过程在吸收塔中进行，逆流操作吸 收塔示意图如右所示。 吸 收 混合尾气 塔 (A+B) 吸收液(A+S) 吸收剂(S) 吸收尾气 (A+B)
概迷( ntroduction) 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,用 水吸收氯化氢制盐酸等。 (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。例如石油馏分裂解生产岀来的乙烯、 丙烯,还与氢、甲烷等混在-起,可用分子量较大的液 态烃把乙烯、丙烯吸收,使与甲烷、氢分离开来 (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,冶炼 废气等脱除SO2,硝酸尾气脱除NO2等。 2021/2/22 projects of Dr Hao
2021/2/22 projects of Dr.Hao 5 概述（Introduction） 一、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，用 水吸收氯化氢制盐酸等 。 • (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。例如石油馏分裂解生产出来的乙烯、 丙烯，还与氢、甲烷等混在一起，可用分子量较大的液 态烃把乙烯、丙烯吸收，使与甲烷、氢分离开来 。 • (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，冶炼 废气等脱除SO2，硝酸尾气脱除NO2等
概迷( Introduction) 吸收操作的分类 理亟收 ical absorption 吸收过程溶质与溶剂不发 生显著的化学反应,可视为单纯的气体注 液相的过程。 如用水吸收二氧化碳、用水吸收之醇或丙醇蒸汽、用洗油 吸收芳烃等。 化学吸收( chemical absorption):溶质与溶剂有显著的化字 应发生。如用氢氧化钠或碳酸钠溶液 碳、用 稀硫酸吸收 大提高单位体积液体 所峧收的气体量并加快吸收涑翠。徂落液解吸苒生较难。 单组分吸收:混合气体中只有单一组分被液相吸收,其余 组分因溶解度葚小其唤收量可忽略不计。 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。 2021/2/22 projects of Dr Hao
2021/2/22 projects of Dr.Hao 6 概述（Introduction） 二、吸收操作的分类 • 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。 • 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
本章以分析单组分的等温物理吸收为重点,以便掌握最基本 的原理。 气体吸收是物质自气相到液相的转移,这是一种传质过程。 混合气体中某一组分能否进入溶液里,既取决于该组分的分压 液里语 平衡汽。如果涫合气体中该气体的 压大于溶液的 这个组分使奇相转核案液相 即被收由主转移的绩果溶液里运个组分的浓度便 的分压,传质过程于是停止,这时称为气液两相送到平魔。 的平衡蒸汽压也随 到最后,可以增高到等 反之,如果溶液中的某一组分的平衡蒸汽压大于混合气体中该组 分的分压,这个组分便要从溶液中释放出来,即从液相转移到气 相,这种情况称为解吸(或脱吸 所以根据两相的妥苯可以判断传质过程的方向与经喔,而县 两相的浓度距离平衡愈远,则传质的推动力意 传质详 率也愈 大 吸收操作的分析。应该气液两相的平衡关系与传质速率关系着 ,本章各书即如此展开讨 2021/2/22 projects of Dr Hao
2021/2/22 projects of Dr.Hao 7 本章以分析单组分的等温物理吸收为重点，以便掌握最基本 的原理。 • 气体吸收是物质自气相到液相的转移，这是一种传质过程。 • 混合气体中某一组分能否进入溶液里，既取决于该组分的分压， 也取决于溶液里该组分的平衡蒸汽压。如果混合气体中该气体的 分压大于溶液的平衡蒸汽压，这个组分便可自气相转移至液相， 即被吸收。由于转移的结果，溶液里这个组分的浓度便增高，它 的平衡蒸汽压也随着增高，到最后，可以增高到等于它在气相中 的分压，传质过程于是停止，这时称为气液两相达到平衡。 • 反之，如果溶液中的某一组分的平衡蒸汽压大于混合气体中该组 分的分压，这个组分便要从溶液中释放出来，即从液相转移到气 相，这种情况称为解吸（或脱吸）。 • 所以根据两相的平衡关系可以判断传质过程的方向与极限，而且， 两相的浓度距离平衡愈远，则传质的推动力愈大，传质速率也愈 大。 • 吸收操作的分析，应该从气液两相的平衡关系与传质速率关系着 手，本章各节即如此展开讨论
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 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。 2021/2/22 projects of Dr Hao
2021/2/22 projects of Dr.Hao 8 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
幕熘与吸收蓀作对比 蒸馏改变状态参数产生第二相,吸收从外界引入 另一相形成两相系统; 蒸馏直接获得轻、重组分,吸收混合液经脱吸才 能得到较纯组分 ·蒸馏中气相中重组分向液相传递,液相中轻组分 向气相传递,是双相传递;吸收中溶质分子由气 相向液相单相传递,惰性组分及溶剂组分处于 停滞”状态 2021/2/22 projects of Dr Hao
2021/2/22 projects of Dr.Hao 9 蒸馏与吸收操作对比 • 蒸馏改变状态参数产生第二相，吸收从外界引入 另一相形成两相系统； • 蒸馏直接获得轻、重组分，吸收混合液经脱吸才 能得到较纯组分； • 蒸馏中气相中重组分向液相传递，液相中轻组分 向气相传递，是双相传递；吸收中溶质分子由气 相向液相单相传递，惰性组分及溶剂组分处于 “停滞”状态
第一节乞一液相平衡 2—1—1气体的溶解度 ·气体吸收的平衡关系指气体在液体中的溶解度。 力和温维少定更干氨滑水氨的 性增分耍人相中进的径走 油建让出的装就龙大:笔钟后:务 相的速率,氨实际上便不再溶解进水里_溶液的 农度也就不再 这种状态称为相际动平衡 2021/2/22 projects of Dr Hao
2021/2/22 projects of Dr.Hao 10 第一节 气—液相平衡 2––1––1 气体的溶解度 • 气体吸收的平衡关系指气体在液体中的溶解度。 • 如果把氨气和水共同封存在容器中，令体系的压 力和温度维持一定，由于氨易溶于水，氨的分子 便穿越两相界面进入水中，但进到水中的氨分子 也会有一部分返回气相，只不过刚开始的时候进 多出少。水中溶解的氨量越多，浓度越大，氨分 子从溶液逸出的速率也就越大，直到最后，氨分 子从气相进入液相的速率便等于它从液相返回气 相的速率，氨实际上便不再溶解进水里，溶液的 浓度也就不再变化，这种状态称为相际动平衡， 简称相平衡或平衡