化工原理课件吸收精.ppt

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1、化工原理课件吸收第1页，本讲稿共38页吸收过程概述与气液平衡关系吸收过程概述与气液平衡关系吸收过程的传质机理吸收过程的传质机理吸收过程中速率的确定吸收过程中速率的确定低浓度气体吸收的计算低浓度气体吸收的计算吸收系数吸收系数本章重点内容本章重点内容第2页，本讲稿共38页吸收过程概述第3页，本讲稿共38页一、气体吸收的基本原理与流程一、气体吸收的基本原理与流程吸收吸收 根据气体中各组分在某液体溶剂中根据气体中各组分在某液体溶剂中的的溶解度不同溶解度不同而将气体混合物进行分离的单元而将气体混合物进行分离的单元操作。操作。分离物系：分离物系：气体混合物气体混合物形成两相体系的方法：形成两相体系的方法：

2、引入一液相（吸收剂）引入一液相（吸收剂）原理：原理：混合气中各组分在溶剂中的溶解度的差异混合气中各组分在溶剂中的溶解度的差异第4页，本讲稿共38页尾气：尾气：B(含微量含微量A)吸收剂：吸收剂：S原料气：原料气：A+B吸收液：吸收液：S+A吸吸收收塔塔吸收塔逆流操作示意图吸收塔逆流操作示意图S：吸收剂：吸收剂A：溶质：溶质B：惰性组分：惰性组分第5页，本讲稿共38页吸收过程：吸收过程：（1）溶质从气相主体传递到相界面；（2）在相界面上溶质溶解到液相表面；（3）溶质从相界面传递到液相主体。吸收过程吸收过程解吸过程解吸过程气相主体液相主体 吸收及解析传质方向实质：实质：吸收过程吸收过程 溶质由气相

3、到液相的质量传递过程；解吸过程解吸过程 溶质由液相到气相的质量传递过程。第6页，本讲稿共38页吸收过程的基本流程吸收过程的基本流程（1）一步吸收流程和两步吸收流程）一步吸收流程和两步吸收流程(选用吸收剂的数目)一步吸收流程：仅用一种吸收剂 两步吸收流程：使用两种吸收剂贫液富液混合气体净化气一步吸收流程两步吸收流程吸收剂1吸收剂2混合气去解吸塔去解吸塔净化气吸收塔1吸收塔2第7页，本讲稿共38页（2）单塔流程和多塔流程）单塔流程和多塔流程(所用的塔设备数)（3）逆流吸收流程和并流吸收流程）逆流吸收流程和并流吸收流程(塔内气液流向)逆流和并流吸收过程逆流逆流贫液富液混合气体净化气并流并流贫液富液混

4、合气体净化气第8页，本讲稿共38页（4）部分溶剂循环流程）部分溶剂循环流程贫液富液混合气体净化气 部分溶剂循环流程去解吸第9页，本讲稿共38页两段吸收两段解吸流程:第10页，本讲稿共38页从合成氨原料气中回收从合成氨原料气中回收CO2的流程的流程第11页，本讲稿共38页吸收工艺过程吸收过程 苯吸收塔解吸过程 苯解吸塔贫油吸收塔含苯煤气解吸塔过热蒸汽冷凝器粗苯水冷却器换热器补充新鲜洗油富油脱苯煤气采用吸收剂再生的连续吸收流程第12页，本讲稿共38页吸收操作必须解决下列问题吸收操作必须解决下列问题:选择选择合适的溶剂合适的溶剂提供提供适当的传质设备适当的传质设备吸收吸收操作条件操作条件的确定的确定

5、 吸收剂用量；吸收剂用量；操作温度；操作温度；操作压力。操作压力。第13页，本讲稿共38页二、吸收剂选择原则二、吸收剂选择原则.对被吸收的组分要有较大的对被吸收的组分要有较大的溶解度溶解度，且有较好的，且有较好的选择性选择性。.要有较低的要有较低的蒸气压蒸气压，以减少吸收过程中溶剂的挥发损，以减少吸收过程中溶剂的挥发损失。失。.要有较好的要有较好的化学稳定性化学稳定性，以免使用过程中变质。，以免使用过程中变质。.腐蚀性腐蚀性要小要小,以减小设备费用和维修费。以减小设备费用和维修费。.粘度粘度要低，以利于传质及输送；要低，以利于传质及输送；比热比热要小，使再生时的要小，使再生时的耗热量较小；耗热

6、量较小；不易燃不易燃，以利于安全生产。，以利于安全生产。.吸收后的溶剂应易于吸收后的溶剂应易于再生再生。第14页，本讲稿共38页三三.吸收过程的分类吸收过程的分类按被吸收组分数目按被吸收组分数目单组分吸收单组分吸收按吸收有无化学反应按吸收有无化学反应按溶质浓度的高低按溶质浓度的高低按吸收的温度变化按吸收的温度变化多组分吸收多组分吸收 物理吸收物理吸收 化学吸收化学吸收低浓度吸收低浓度吸收高浓度吸收高浓度吸收 等温吸收等温吸收非等温吸收非等温吸收第15页，本讲稿共38页四四.吸收在生产中的应用吸收在生产中的应用分离和净化原料气。分离和净化原料气。原料气在加工以前，其原料气在加工以前，其中无用的或

7、有害的成分都要预先除去。如合成中无用的或有害的成分都要预先除去。如合成氨所用的原料气中分离出氨所用的原料气中分离出CO2、CO等杂质。等杂质。分离和回收气体中的有用组分分离和回收气体中的有用组分。从焦炉煤气从焦炉煤气中中以洗油回收粗苯（含甲苯、二甲苯等）蒸气以洗油回收粗苯（含甲苯、二甲苯等）蒸气和从某些干燥废气中回收有机溶剂蒸气等和从某些干燥废气中回收有机溶剂蒸气等。第16页，本讲稿共38页 某些产品的制取。某些产品的制取。如制酸工业中用水分别如制酸工业中用水分别吸收混合气体中的吸收混合气体中的HCl、SO3和和NO2制取盐酸、制取盐酸、硫酸和硝酸。硫酸和硝酸。废气的治理废气的治理。排放的废气

8、含有对人体和环排放的废气含有对人体和环境有害的物质，如境有害的物质，如SO2、H2S等。选择适当的等。选择适当的工艺和溶剂进行吸收是废气治理中应用较广工艺和溶剂进行吸收是废气治理中应用较广的方法。的方法。第17页，本讲稿共38页Gas Liquid Equilibrium混合气体和溶剂在一定温度和压力下，经长期充分接触后，混合气体和溶剂在一定温度和压力下，经长期充分接触后，进进入液相中的溶质分子数与从液相逸出的溶质分子数相等，入液相中的溶质分子数与从液相逸出的溶质分子数相等，达到一种动态平衡。达到一种动态平衡。第一节第一节 Gas Liquid EquilibriumP=pP=pA A+p+p

9、B By yA A+y+yB B=1=1x xA A+x+xB B=1=1饱和浓度饱和浓度：平衡时溶质平衡时溶质在液相中的浓度。在液相中的浓度。平衡分压：平衡分压：平衡时气平衡时气相中溶质的分压。相中溶质的分压。第18页，本讲稿共38页当压力不太高、温度一定时当压力不太高、温度一定时 p*A=f1（x）y*=f2（x）p*A=f3（cA）氨在水中的溶解度氨在水中的溶解度液相中氨的摩尔数液相中氨的摩尔数气气相相中中氨氨的的分分压压60504030溶解度溶解度在一定温度与压力下，溶质气体最大限度在一定温度与压力下，溶质气体最大限度 溶解于溶剂中的量溶解于溶剂中的量第19页，本讲稿共38页2020下

10、下SOSO2 2在水中的溶解度在水中的溶解度101.3kPa202.6kPaxy第20页，本讲稿共38页t=293KCO2NH310ncA,kmol/m3pA,kPa几种气体在水中的溶解度曲线几种气体在水中的溶解度曲线第21页，本讲稿共38页气体在液体中的溶解度气体在液体中的溶解度 SolubilitySolubility吸收吸收解吸解吸减压减压 升温升温加压加压 降温降温氨氨第22页，本讲稿共38页（2）温度和）温度和y一一定，定，总压总压增加增加，在同一溶，在同一溶剂剂中，溶中，溶质质的的溶解度溶解度x随之增加，随之增加，有利于吸收有利于吸收。（1）p、y一一定，定，温度下降温度下降，在同

11、一溶，在同一溶剂剂中，溶中，溶质质的溶解度的溶解度x随之增加，随之增加，有利于吸收有利于吸收。（3）相同的）相同的总压总压及摩及摩尔尔分数，分数，cO2 cCO2 cSO2 cNH3 氧气氧气为难为难溶气体，氨气溶气体，氨气为为易溶气体易溶气体第23页，本讲稿共38页气液相平衡关系亨利定律气液相平衡关系亨利定律（1）p x 关系关系易溶气体易溶气体E 难溶气体难溶气体H溶解度溶解度温度温度溶解度系数溶解度系数H第25页，本讲稿共38页（3）y x 关系关系y*=mxy*平衡时气相中溶质的摩尔分数平衡时气相中溶质的摩尔分数m 相平衡常数或分配系数相平衡常数或分配系数x 溶质在液相中的摩尔分数溶质

12、在液相中的摩尔分数易溶气体易溶气体m x 或或 A由气相向液相传质，吸收过程由气相向液相传质，吸收过程平衡状态平衡状态A由液相向气相传质，解吸过程由液相向气相传质，解吸过程吸收过程：吸收过程：yPyxABCxy*y*y第32页，本讲稿共38页2 2 确定传质过程的推动力确定传质过程的推动力 表示吸收推动力表示吸收推动力 表示解吸推动力。表示解吸推动力。气、液相组成分别以气、液相组成分别以p，c 表示，表示，吸收推动力为吸收推动力为APYY*XX*第33页，本讲稿共38页3、指明、指明过过程程进进行的极限行的极限过程极限：相平衡过程极限：相平衡1.逆流吸收，塔高无限逆流吸收，塔高无限2.逆流吸收

13、，塔高无限逆流吸收，塔高无限V，y2V，y1L，x2L，x1第34页，本讲稿共38页【例例1】含有含有30（体积）（体积）CO2的某种混合气与水接触，的某种混合气与水接触，系统温度为系统温度为30，总压为，总压为101.33kPa。试求液相中。试求液相中CO2的的平衡浓度平衡浓度ce？已知：已知：P总总101.33kPa，y0.3，查表，查表2-1得得30时时CO2在在水中的亨利系数水中的亨利系数E1.88105kPa解题思路：解题思路：c*=H pp=P总总y（道尔顿分压定律）道尔顿分压定律）（HE关系关系）第35页，本讲稿共38页解：解：由于总压不高，适用于亨利定律由于总压不高，适用于亨利

14、定律c*=H p 由道由道尔尔顿顿分分压压定律可知，定律可知，CO2在气相中的分压为在气相中的分压为 p=P总总y=101.330.3=30.4kPa 由由HE关系关系 30时时CO2在水中的亨利系数在水中的亨利系数 E=1.88105kPa 因因CO2是难溶于水的气体，因而溶液的浓度很低，是难溶于水的气体，因而溶液的浓度很低，溶液密度和摩尔质量可按纯水计算，溶液密度和摩尔质量可按纯水计算，即即=1000kg/m3,Ms=18 代入公式中可得代入公式中可得第36页，本讲稿共38页【例例2】含溶质含溶质A且摩尔分率为且摩尔分率为x=0.2的溶液与压力为的溶液与压力为 2atm，y=0.15的气体

15、等温接触，平衡关系为：的气体等温接触，平衡关系为：p*=1.2x，则此时将发生则此时将发生 过程。过程。用气相组成和液相组成表示的总传质推动力分别为用气相组成和液相组成表示的总传质推动力分别为 y=，x=（摩尔分率）。（摩尔分率）。如系统温度略有增高，则如系统温度略有增高，则y将将 。如系统总压略有增大，则如系统总压略有增大，则x将将 。第37页，本讲稿共38页 解题思路：解题思路：（1）若）若 y y*x x*时为吸收过程时为吸收过程，反之为解吸过程，反之为解吸过程（2）（3）若）若 t，m，y*，y已知条件：已知条件：x=0.2，p=2，y=0.15，E=1.2m=E/Py?y*x?x*y*=mxx*=y/mm=0.6 y*=0.12 x*=0.25（4）若）若 P，m，x*，xy=y-y*=0.03 x=x*-x=0.05第38页，本讲稿共38页