第八章 吸收PPT讲稿.ppt

《第八章 吸收PPT讲稿.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第八章 吸收PPT讲稿.ppt（31页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第八章第八章 吸收吸收第1页，共31页，编辑于2022年，星期三第2页，共31页，编辑于2022年，星期三研研究究传传质质过过程程就就是是研研究究物物质质通通过过相相界界面面的的迁迁移移过过程程的的基基本本规规律律以以及及主主要要受受这这些些基基本本规规律律支支配配的的若若干干单单元元操操作。作。混合物系的分离对我们来说并不陌生，在上册混合物系的分离对我们来说并不陌生，在上册中我们已经学习掌握了非均相物系的分离方法，相中我们已经学习掌握了非均相物系的分离方法，相应单元操作如沉降、过滤等。应单元操作如沉降、过滤等。从这一章起讨论均相物系的分离。用下表来比从这一章起讨论均相物系的分离。用下表来比较

2、说明非均相、均相物系的分离情况：较说明非均相、均相物系的分离情况：第3页，共31页，编辑于2022年，星期三第4页，共31页，编辑于2022年，星期三气体吸收；液体蒸馏；液液萃取；固体干燥；新的分离方法吸附和膜分离。本学期的任务第5页，共31页，编辑于2022年，星期三二、气体吸收二、气体吸收 吸收操作的分离依据是混合物各组分在某种溶剂（吸收剂）吸收操作的分离依据是混合物各组分在某种溶剂（吸收剂）中溶解度的差异，从而达到分离的目的。中溶解度的差异，从而达到分离的目的。例如：例如：将含将含 NHNH3 3的空气通入水中，因的空气通入水中，因 NHNH3 3、空气在水中溶解、空气在水中溶解度差异很

3、大，度差异很大，NHNH3 3很容易溶解于水中，形成氨水溶液，而空气很容易溶解于水中，形成氨水溶液，而空气几乎不溶于水中。所以用水吸收混合气体中的几乎不溶于水中。所以用水吸收混合气体中的NHNH3 3能使能使NHNH3 3、空气得以分离，并回收空气得以分离，并回收NHNH3 3。吸收：使气体混合物与适当液体接触，气体中的一个或吸收：使气体混合物与适当液体接触，气体中的一个或几个组分溶解于液体中，不能溶解的组分则保留在气相中，几个组分溶解于液体中，不能溶解的组分则保留在气相中，于是混合气体得到了分离。这种利用组分在液体中溶解度的于是混合气体得到了分离。这种利用组分在液体中溶解度的差异使气体中不同

4、组分得以分离的操作称为吸收。差异使气体中不同组分得以分离的操作称为吸收。第6页，共31页，编辑于2022年，星期三一一般般地地，混混合合气气体体中中能能溶溶解解的的组组份份称称为为溶溶质质或或吸吸收质，用收质，用A A表示（表示（NHNH3 3）；）；混混合合气气体体中中不不能能溶溶解解的的组组份份称称为为惰惰性性成成分分或或载载体体，用用B表示（空气）；表示（空气）；吸吸收收操操作作中中所所用用的的溶溶剂剂称称为为吸吸收收剂剂或或溶溶剂剂，用用S S表表示示（水）（水）;吸收操作中所得的溶液称为吸收液，用吸收操作中所得的溶液称为吸收液，用S+A表示表示;吸吸收收操操作作中中排排出出的的气气体

5、体称称为为吸吸收收尾尾气气，用用（A A）+B+B表表示示;第7页，共31页，编辑于2022年，星期三吸收的目的有三个吸收的目的有三个1分分离离混混合合气气体体以以获获得得一一定定的的组组分分。（例例子子：硫硫酸酸吸吸收收焦焦炉炉气气中中的的NH3，洗洗油油吸吸收收焦焦炉炉气气中中的的苯、甲苯蒸汽。）苯、甲苯蒸汽。）2除除去去有有害害组组分分以以净净化化气气体体。（例例子子：用用水水或或钾钾碱液吸收合成氨原料气中的二氧化碳。）碱液吸收合成氨原料气中的二氧化碳。）3制制备备某某种种气气体体的的溶溶液液。（例例子子：用用水水吸吸收收氯氯化化氢氢、三氧化硫、二氧化氮制得酸。）三氧化硫、二氧化氮制得酸

6、。）实际过程往往同时兼有净化和回收双重目的。实际过程往往同时兼有净化和回收双重目的。第8页，共31页，编辑于2022年，星期三三、工业吸收过程三、工业吸收过程现以煤气脱苯为例，介绍吸收操作流程。现以煤气脱苯为例，介绍吸收操作流程。第9页，共31页，编辑于2022年，星期三在在炼炼焦焦及及制制取取城城市市煤煤气气的的生生产产过过程程中中，煤煤气气含含有有少少量量的的苯苯、甲甲苯苯类类低低碳碳氢氢化化合合物物的的蒸蒸 汽汽，含含 量量 约约 为为35g/m35g/m3 3(苯苯甲甲苯苯)，现现采采用用上上述述流流程程即即用用该该工工艺艺流流程程的的副副产产物物，既既煤煤焦焦油油的的精精制制品品称称

7、为为洗洗油油，作作为为吸吸收收溶溶剂来吸收苯系物质。剂来吸收苯系物质。为使洗油能够再次使用并取出富油中的苯，故需将富油引入为使洗油能够再次使用并取出富油中的苯，故需将富油引入解吸塔中进行与吸收相反的操作解吸塔中进行与吸收相反的操作解吸，如图。解吸，如图。第10页，共31页，编辑于2022年，星期三这个例子告诉我们采用吸收操作必须解决三个问题：这个例子告诉我们采用吸收操作必须解决三个问题：1 1 选择合适的溶剂使其能选择性的溶解某个（或某些）选择合适的溶剂使其能选择性的溶解某个（或某些）被分离组分；被分离组分；2 2 提供适当的传质设备（吸收塔），以实现气液两相的接触，提供适当的传质设备（吸收塔

8、），以实现气液两相的接触，使被分离组分得以自气相转移至液相。使被分离组分得以自气相转移至液相。3 3 溶剂的再生，既脱除溶解于其中的被分离组分以便循环使溶剂的再生，既脱除溶解于其中的被分离组分以便循环使用。用。总之，一个完整的吸收分离过程包括吸收和解吸两个组成总之，一个完整的吸收分离过程包括吸收和解吸两个组成部分。部分。第11页，共31页，编辑于2022年，星期三四、溶剂的选择四、溶剂的选择吸收操作效果是否良好的关键往往由溶剂的性能来决定。吸收操作效果是否良好的关键往往由溶剂的性能来决定。选择溶剂应注意以下七点：选择溶剂应注意以下七点：1溶解度（大），或在一定的温度和浓度下，溶质的平衡分压要低

9、，溶解度（大），或在一定的温度和浓度下，溶质的平衡分压要低，这样可提高吸收速率并减小吸收剂的耗用量，气体中溶质的极限残余浓这样可提高吸收速率并减小吸收剂的耗用量，气体中溶质的极限残余浓度亦可降低；度亦可降低；2选择性（高）；选择性（高）；3溶解度与温度的关系（敏感），温度低，溶解度要大，反之，要小；溶解度与温度的关系（敏感），温度低，溶解度要大，反之，要小；4挥发度（小），操作温度下吸收剂的蒸汽压要低，因为离开吸收设备挥发度（小），操作温度下吸收剂的蒸汽压要低，因为离开吸收设备的气体往往为吸收剂所饱和，吸收剂的挥发度愈大，则吸收和再生过程的气体往往为吸收剂所饱和，吸收剂的挥发度愈大，则吸收和再

10、生过程中吸收剂的挥发损失愈大。中吸收剂的挥发损失愈大。5粘性（小），粘度要低且在吸收过程中不易产生泡沫，塔内气液接粘性（小），粘度要低且在吸收过程中不易产生泡沫，塔内气液接触良好和塔顶气液分离易于实现，且输液功耗小；触良好和塔顶气液分离易于实现，且输液功耗小；6化学稳定性（良好），以免发生变质；化学稳定性（良好），以免发生变质；7其它，价廉、易得、无毒、无害、不易燃烧等。其它，价廉、易得、无毒、无害、不易燃烧等。第12页，共31页，编辑于2022年，星期三五、物理吸收和化学吸收五、物理吸收和化学吸收 溶溶质质与与溶溶剂剂不不发发生生化化学学反反应应的的吸吸收收操操作作，物物理理吸吸收收是是依依

11、据据溶溶解解度度差差异异。例例如如用用水水吸吸收收CO2，洗洗油油吸吸收收煤煤气气中中的的苯苯等等，物物理理吸吸收收中中溶溶质质与与溶溶剂剂的的结结合合力力较较弱弱，解解吸吸比较方便。比较方便。溶质与溶剂发生化学反应的吸收操作。化学吸收可溶质与溶剂发生化学反应的吸收操作。化学吸收可大幅度地提高溶剂对溶质组分的吸收能力。大幅度地提高溶剂对溶质组分的吸收能力。物理吸收物理吸收化学吸收化学吸收例如例如CO2在水中的溶解度很低，但若以在水中的溶解度很低，但若以K2CO3水溶液水溶液吸收吸收CO2，则在液相中发生下列反应，则在液相中发生下列反应:第13页，共31页，编辑于2022年，星期三 从从而而使使

12、K K2 2COCO3 3水水溶溶剂剂具具有有较较高高的的吸吸收收CO2能能力力，同同时时化化学学反反应本身的高度选择性必赋予吸收操作具有高度选择性。应本身的高度选择性必赋予吸收操作具有高度选择性。作为化学吸收可被利用的化学反应一般满足二个条件：作为化学吸收可被利用的化学反应一般满足二个条件：1可逆性，如不可逆，不能再生和循环使用溶剂。可逆性，如不可逆，不能再生和循环使用溶剂。2较高的反应速率，若反应速率很慢，整个吸收过程的速率将较高的反应速率，若反应速率很慢，整个吸收过程的速率将决定于反应速率。决定于反应速率。第14页，共31页，编辑于2022年，星期三六、吸收过程中气液两相的接触方式六、吸

13、收过程中气液两相的接触方式 吸收设备有多种形式，但以塔式最为常用。吸收设备有多种形式，但以塔式最为常用。按气液两相接按气液两相接触方式的不同触方式的不同可将吸收设备可将吸收设备分为级式接触分为级式接触和微分式接触和微分式接触两大类。两大类。第15页，共31页，编辑于2022年，星期三 (a)(a)图所示的级式吸收塔中，气图所示的级式吸收塔中，气体与液体为逐级逆流接触。气体与液体为逐级逆流接触。气体自下而上通过板上小孔逐板体自下而上通过板上小孔逐板上升，在每一个板上与溶剂接上升，在每一个板上与溶剂接触，其中可溶组分被部分地溶触，其中可溶组分被部分地溶解。在此设备中，气体每上升解。在此设备中，气体

14、每上升一块塔板，其中可溶组分的浓一块塔板，其中可溶组分的浓度阶跃式的降低，溶剂逐板下度阶跃式的降低，溶剂逐板下降，其中可溶组分的浓度则阶降，其中可溶组分的浓度则阶跃式升高。跃式升高。(b)图图所示所示设备设备中，一种叫湿壁塔，塔内液体呈膜状沿塔壁流下，另一种叫中，一种叫湿壁塔，塔内液体呈膜状沿塔壁流下，另一种叫填料塔，塔内装有某种填料，液体自塔填料塔，塔内装有某种填料，液体自塔顶顶均匀淋下并沿填料表面下流，气体均匀淋下并沿填料表面下流，气体通通过过填料填料间间的空隙上升与液体作的空隙上升与液体作连续连续的逆流接触。的逆流接触。第16页，共31页，编辑于2022年，星期三 在在这这种种设设备备中

15、中，气气体体中中的的可可溶溶组组分分不不断断地地被被吸吸收收，其其浓浓度度自自下下而而上上连连续续的的降降低低，液液体体则则相相反反，其其中中可可溶溶组组分分的的浓浓度度则则由由上上而而下下连连续续的的增增高高，这这种种设设备备叫叫微分接触式的吸收微分接触式的吸收设备设备。级级式与微分式接触两式与微分式接触两类设备类设备可采用完全不可采用完全不同的两种同的两种计计算方法，本章将算方法，本章将讨论讨论微分式吸收微分式吸收过过程的数学描述和程的数学描述和计计算方法，并且限于限定算方法，并且限于限定条件。条件。(1)(1)气气体体混混合合物物中中只只有有一一个个组组分分溶溶于于溶溶剂剂，其其余余组组

16、分分在在溶溶剂剂中中的的溶溶解解度度极低而可忽略不计，因而可视为一个惰性组分。极低而可忽略不计，因而可视为一个惰性组分。(2)(2)溶剂的蒸汽压很低，其挥发损失可以忽略，即气体中不含溶剂蒸气。溶剂的蒸汽压很低，其挥发损失可以忽略，即气体中不含溶剂蒸气。这样，气相中仅包括一个惰性组分和一个可溶组分，液相中则包含这样，气相中仅包括一个惰性组分和一个可溶组分，液相中则包含溶质和溶剂。溶质和溶剂。第17页，共31页，编辑于2022年，星期三七、吸收操作的经济性七、吸收操作的经济性 吸收操作的费用主要包括：吸收操作的费用主要包括：(1)气液两相流经吸收设备的能量消耗，指泵送液体、风机送气的能耗。气液两相

17、流经吸收设备的能量消耗，指泵送液体、风机送气的能耗。(2)溶剂的挥发损失和变质损失。溶剂的挥发损失和变质损失。(3)溶剂的再生费用，即解吸操作费，此项所占的比例最大。溶剂的再生费用，即解吸操作费，此项所占的比例最大。常常用用的的解解吸吸方方法法有有升升温温、减减压压、吹吹气气，其其中中升升温温与与吸吸气气特特别别是是升升温温与与吹吹气气同同时时使使用用最最为为常常见见。溶溶剂剂在在吸吸收收与与解解吸吸设设备备之之间间循循环环，其其间间的的加加热热和和冷冷却却、泄泄压压与与加加压压必必消消耗耗较较多多的的能能量量。如如果果溶溶剂剂的的溶溶解解能能力力差差，离离开开吸吸收收设设备备的的溶溶剂剂中中

18、溶溶质质浓浓度度低低，则则所所需需的的溶溶剂剂循循环环量量必必大大，再再生生时时的的能能量量消消耗耗也也大大。同同样样，若若溶溶剂剂的的溶溶解解力力对对温温度度变变化化不不敏敏感感，所所需需的的解解吸吸温温度度较较高高，溶溶剂剂再再生的能耗也将增大。生的能耗也将增大。吸吸收收的的设设备备费费用用指指吸吸收收塔塔及及辅辅助助设设备备（泵泵、风风机机、加加热热器器、冷冷却却器器等等）的的费费用。用。吸吸收收操操作作的的经经济济性性是是由由总总费费用用（即即操操作作费费用用加加设设备备费费用用）来来衡衡量量的的。最最经经济的吸收操作应是操作费用与设备费用之和即总费用为最小。济的吸收操作应是操作费用与

19、设备费用之和即总费用为最小。第18页，共31页，编辑于2022年，星期三第二节第二节 气液相平衡气液相平衡GLE(Gas Liquid Equilibrium)根根据据以以上上介介绍绍的的传传质质过过程程的的概概念念，我我们们不不难难理理解解气气体体吸吸收收过过程程实实质质上上是是溶溶质质组组分分自自气气相相通通过过相相界界面面转转移移（迁迁移移）到到液液相相的的过过程。程。现现在在我我们们不不妨妨将将气气体体吸吸收收中中的的传传质质过过程程与与已已学学过过的的传传热热过过程程相相对对照来研究两个问题：照来研究两个问题：(1)、气气体体吸吸收收过过程程的的推推动动力力是是什什么么？（传传热热过

20、过程程的的推推动动力力：温差）温差）(2)、若若气气液液两两相相能能充充分分完完全全的的接接触触，则则吸吸收收过过程程的的极极限限是是什什么么？（传热过程的极限：（传热过程的极限：T=t）要回答这两个问题，就必须介绍气液相平衡。要回答这两个问题，就必须介绍气液相平衡。第19页，共31页，编辑于2022年，星期三一、一、溶解度溶解度P、T一定，使一定量的吸收剂与混合气体接触，溶质便向一定，使一定量的吸收剂与混合气体接触，溶质便向液相转移，这个传质过程直至液相中溶质达到饱和，浓度液相转移，这个传质过程直至液相中溶质达到饱和，浓度不再增加为止，此时气液两相达到平衡，这个饱和浓度就不再增加为止，此时气

21、液两相达到平衡，这个饱和浓度就叫做气体溶质在液体中的叫做气体溶质在液体中的溶解度溶解度。通通常常以以 kg(g)kg(g)溶溶质质/kg(g)kg(g)溶溶剂剂或或 kmolkmol溶溶质质/kmolkmol溶溶剂剂或或用摩尔分率用摩尔分率x xe e表示。表示。下面讨论影响平衡溶解度的因素。下面讨论影响平衡溶解度的因素。第20页，共31页，编辑于2022年，星期三气相：气相：双组分混合气双组分混合气（A+BA+B），以），以y y表示表示A A摩尔摩尔分率或分率或 表示表示A A的平衡分压；的平衡分压；讨论的气液两相体系为：讨论的气液两相体系为：液相液相：亦为双组分：亦为双组分S+AS+A，

22、以以x x表示表示A A在溶液中的平在溶液中的平衡溶解度；衡溶解度；体系温度体系温度T T；体系压强体系压强P P；该体系涉及的参数有：该体系涉及的参数有：P、T、Pe(平衡分压平衡分压)、x、y第21页，共31页，编辑于2022年，星期三二、二、溶解度曲线溶解度曲线T一定，平衡时一定，平衡时P Pe e（y）x的关系曲线，叫的关系曲线，叫做溶解度曲线。做溶解度曲线。如图：如图：第22页，共31页，编辑于2022年，星期三第23页，共31页，编辑于2022年，星期三三、亨利定律三、亨利定律1.亨利定律亨利定律总总压压不不高高（譬譬如如不不超超过过5105Pa）时时，在在一一定定温温度度下下，稀

23、稀溶溶液液上上方方气气相相中中溶溶质质的的平平衡衡分分压压与与溶溶质质在在液液相相中中的的摩摩尔尔分分率率成成正正比比，其其比比例系数为亨利系数。例系数为亨利系数。说明：说明：E表表示示气气体体溶溶解解能能力力的的常常数数，E越越大大，E=p*A/xA，表表示示达达平平衡时，衡时，xA越小，也即是越难溶解。越小，也即是越难溶解。E=f(T)，T增大时，增大时，E亦增大，同样低温对吸收有利。亦增大，同样低温对吸收有利。E值由实验测定，由手册可查得。值由实验测定，由手册可查得。第24页，共31页，编辑于2022年，星期三实际应用时，亨利定律有多种形式实际应用时，亨利定律有多种形式：说明：说明：E表

24、表示示气气体体溶溶解解能能力力的的常常数数，E越越大大，E=p*A/xA，表表示示达达平平衡衡时时，xA越小，也即是越难溶解。越小，也即是越难溶解。E=f(T，p)，T增大或增大或p减小时，减小时，E亦增大。亦增大。E值由实验测定，由手册可查得。值由实验测定，由手册可查得。cAxA关系：关系：cA=xA.cc总摩尔浓度总摩尔浓度（1 1）液相浓度用摩尔分率）液相浓度用摩尔分率x表示：表示：式中：式中：c cA A溶质在液相中的摩尔浓度，溶质在液相中的摩尔浓度，kmol/mkmol/m3 3；H溶解度系数，溶解度系数，kmol/kmol/（m m3 3kPakPa）；）；E=c/HE=c/H亨利

25、系数，亨利系数，k kPaPa或或atm atm。第25页，共31页，编辑于2022年，星期三（2 2）两相组成均用摩尔分率表示：）两相组成均用摩尔分率表示：说明：说明：m值值的的大大小小，同同样样可可以以判判断断溶溶解解度度大大小小，m增增大大，xA减减小小，溶溶解解度小。度小。m=f(T，p)，T增大，增大，p减小，则减小，则m增大，不利于吸收。增大，不利于吸收。m值可由实验测定，也可由值可由实验测定，也可由E计算得到。计算得到。式中：式中：xA液相中溶质的摩尔分率；液相中溶质的摩尔分率；y*与液相组成与液相组成xA相平衡的气相中溶质的摩尔分率；相平衡的气相中溶质的摩尔分率；m相平衡常数，

26、无因次。相平衡常数，无因次。第26页，共31页，编辑于2022年，星期三（3）两相组成均用摩尔比表示：）两相组成均用摩尔比表示：稀溶液：稀溶液：x很小，分母趋于很小，分母趋于1，故可简化为：，故可简化为：Y*=mX吸收过程中，溶质从气相到液相，故溶液及气体总量都在不吸收过程中，溶质从气相到液相，故溶液及气体总量都在不断变化，选不变组分为基准：断变化，选不变组分为基准：Xkmol吸收质吸收质/kmol吸收剂，吸收剂，kmolA/kmolSYkmol吸收质吸收质/kmol惰性气体，惰性气体，kmolA/kmolB第27页，共31页，编辑于2022年，星期三2.亨利定律各系数间的关系亨利定律各系数间

27、的关系第28页，共31页，编辑于2022年，星期三例例81：含含有有30%（体体积积）COCO2 2的的某某种种混混合合气气体体与与水水接接触触，系系统统温温度度为为30，总总压压为为101.3kPa。试试求求液液相相中中COCO2 2的的平平衡衡浓浓度度c c*为若干为若干kmol/mkmol/m3 3。解：令解：令P P1 1代表代表COCO2 2在气相中的分压，则由分压定律可知：在气相中的分压，则由分压定律可知：P1=Py=101.30.3=30.4kPa在本题的浓度范围内亨利定律适用。在本题的浓度范围内亨利定律适用。依式依式c*=HP可知：可知：其中其中H为为30时时CO2在水中的溶解度系数。在水中的溶解度系数。由由H=P/EMs得：得：c c*=P/EM=P/EMs s30时时CO2在在水水中中的的亨亨利利系系数数E=1.8810E=1.88105 5kPakPa。又又因因为为CO2为为难难溶溶于于水水的的气气体体，故故知知溶溶液液浓浓度度甚甚低低，所所以以溶溶液液密密度度可可按按纯水计算，即取纯水计算，即取=1000kg/m3，则：，则：第29页，共31页，编辑于2022年，星期三作业：1,3第30页，共31页，编辑于2022年，星期三第31页，共31页，编辑于2022年，星期三