《化工原理吸收》PPT课件.ppt

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1、5.1.5.1.概述概述5.15.1.1.1.化工生产中的传质过程化工生产中的传质过程 5.1.2.5.1.2.气体吸收气体吸收5.1.35.1.3工业吸收过程工业吸收过程返回第五章 吸收第5章质量传递 是指物质在浓度差、温度差、压力差等推动力作是指物质在浓度差、温度差、压力差等推动力作用下，从一处向另一处的转移，包括相内传质和相用下，从一处向另一处的转移，包括相内传质和相际传质两类。际传质两类。5.1.1.5.1.1.化工生产中的传质过程化工生产中的传质过程 1.传质分离过程：依靠物质从一相到另一 相传递过程，叫传质分离过程。2.传质分离过程的依据：依据混合物中各 组分在两相间平衡分配不同。

2、5.1 概述概述 一、化工生产中的传质过程一、化工生产中的传质过程5.1 概述概述二、相平衡二、相平衡5.1 概述概述与热平衡不同之处：与热平衡不同之处：达达到到相相平平衡衡时时，一一般般两两相相浓浓度度不相等。不相等。达达到到相相平平衡衡时时，传传质质过过程程仍仍在在进进行行，只只不不过过通通过过相相界界面面的的某某一一组组分分的的净净传传质质量量为为零零，因因此此属属动动态平衡。态平衡。5.1 概述概述三、相组成的表示方法三、相组成的表示方法5.1 概述概述5.1 概述概述5.1.2气体吸收定义定义吸吸收收操操作作的的分分离离依依据据是是混混合合物物各各组组分分在在某某种种溶溶剂剂（吸吸收

3、收剂剂）中中溶溶解解度度的的差差异异，从从而而达达到到的的目目的的。例如：将含NH3的空气通入水中，因NH3、空气在水中溶解度差异很大，NH3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NH3能使NH3、空气加以分离，并回收。一般地，混合气体中能溶解的组份称为溶质或吸收质，用A表示（NH3）；混合气体中不能溶解的组份称为惰性成分或载体，用B表示（空气）；吸收操作中所用的溶剂称为吸收剂或溶剂，用S表示（水）;吸收操作中所得的溶液称为吸收液，用S+A表示;吸收操作中排除的气体称为吸收尾气，用（A）+B表示;现以煤气脱苯为例思考问题：1、吸收剂是什么？2.何种设备来

4、完成？3.经济性如何？5.1.3吸收的工业过程3吸收过程及设备 吸收质惰性组分溶剂吸收液吸收尾气4吸收流程 吸收与解吸流程吸收与解吸流程含苯煤气含苯煤气脱苯煤气脱苯煤气洗油洗油苯苯水水过热蒸汽过热蒸汽加加热热器器冷冷却却器器由上例可知：采用吸收操作实现气体混合由上例可知：采用吸收操作实现气体混合物的分离必须解决下列问题物的分离必须解决下列问题（1）选择）选择合适的溶剂合适的溶剂，使能选择性地溶解某个（或，使能选择性地溶解某个（或某些）被分离组分；某些）被分离组分；（2）提供）提供适当的传质设备适当的传质设备以实现气液两相的接触，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

5、分得以自气相转移至液相；（3）溶剂的再生溶剂的再生，即脱除溶解于其中的被分离组分，即脱除溶解于其中的被分离组分以循环使用。以循环使用。5.吸收分类（1）物理吸收和化学吸收（2）单组分吸收和多组分吸收（3）等温吸收和非等温吸收（4）高浓度吸收和低浓度吸收三大三大对对A和和B的溶解度差异要大的溶解度差异要大对对A的溶解度要大的溶解度要大对对A的溶解度在条件改变时变化要大的溶解度在条件改变时变化要大三小三小挥发性小挥发性小粘度小粘度小腐蚀小腐蚀小技术经济性技术经济性（1）气、液两相流经吸收设备的能量消耗；）气、液两相流经吸收设备的能量消耗；（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

6、）溶剂的再生费用，即解吸费用）溶剂的再生费用，即解吸费用6.吸收剂的选择要求第二节第二节 气液相平衡气液相平衡GLEGLE(GasLiquidEquilibrium)5.2.1气液平衡关系气液平衡关系5.2.2享利定律享利定律相平衡与吸收过程的关系相平衡与吸收过程的关系引子现在我们不妨将气体吸收中的传质过程与已学过的传热过程相对照来研究两个问题：(1)、气体吸收过程的推动力是什么？（传热过程的推动力：温差）(2)、若气液两相能充分完全的接触，则吸收过程的极限是什么？（传热过程的极限：T=t）要回答这两个问题，就必须了解气液相平衡。5.2.1气液平衡关系气液平衡关系（平衡）溶解度相律溶解度曲线（

7、平衡）溶解度溶解度的定义：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，即溶解度。表示方式：通常以kg溶质/kg溶剂或kg溶质/m3溶液或摩尔分率xe表示。现在讨论影响平衡溶解度的因素。相律（1）气液两相体系关系图见52气相气相：双组分混合气（A+B），以y表示A摩尔分率或 Pe 表示A的平衡分压；液相液相：亦为双组分S+A，以x表示A在溶液中的平衡溶解度；体系涉及的参数有体系涉及的参数有：P、T、PePe、x（2）相律）相律：自由度FC2=32+2=3由由F3知知：即溶质A在吸收剂中的溶解度Xe。即溶解 度=f（P、T、y(Pe)）；T一定，F=2 溶解度=f（P、y(Pe)）P、T

8、一定，F=1 溶解度=f（y(Pe)）；（3）小结）小结：若固定温度、压力不变，测得某动平衡下，溶液上方氨的分压为p，此时溶于水的氨的浓度为x；根据作图得到的曲线，称为溶解度曲线溶解度曲线同P下，T溶解度。同T下，p溶解度。低低T、高、高p有利于吸收。有利于吸收。同T、Pe下，同溶剂，不同溶质的Xe差异很大。在低浓度时，溶解度曲线呈直线图5-2NH3在水中的溶解度 图图5-35-3SO2SO2在水中的溶解度在水中的溶解度.享利定律享利定律1定义对于稀溶液或难溶气体，在一定温度t和总压不大的情况下，溶质在液相中的溶解度与它在气相中的分压呈正比，这一关系称为亨利定律（Hery）。注意：（1）适用范

9、围：稀溶液或难溶气体（2）条件：总压不高的条件（3）关系：液相（溶解度）与气相（分压）2享利定律数学表达式1)、表达式：、表达式：P*A=ExA式中p*A-溶质A在气相中的平衡分压，单位：mmHg，atm，Paetc；E-Hery系数,与P*A单位一致;xA-溶质A在液相中的摩尔分数。.亨利定律的不同表示方法1)原因：由于气液相中溶质A的组成有各种不同的表示方表示方法法，因此：Hery定律有不同的表示方法。不同溶质浓度间的关系1）对气相(GasPhase)采用两种:分压Pe 摩尔分率y2）对液相(LiquidPhase)主要采用二种:体积摩尔浓度Ckmol/m3摩尔分率xmol/mol不同表示

10、方法2)采用摩尔浓度时的Hery形式P*A=CA/HCA溶质A在溶液中的摩尔浓度单位：kmol/m3H溶解度系数单位为：(kmol/m3)/(kPa）3)浓度采用摩尔分数时Hery形式y*A=mxAy*与组成为XA的溶解呈平衡的气相中溶质A的摩尔分数m相平衡常数无因次4）采用摩尔比表示的Hery形式.Hery定律中E、H、m间关系E与m的关系P*A=ExAy*A=P*A/Py*A=(E/P)XAy*A=mxAm=E/PE与H的关系XA=CA/CP*A=CA/HP*A=CXA/HP*A=ExAE=C/Hm与H的关系m=E/PE=C/Hm=C/H P对于稀溶液，CA很小，C=/MS注意事项对于稀溶

11、液，CA很小，C=/MSm=E/P与E=C/H式中：C溶液的总摩尔浓度P系统的总压例题已知在101.3 kpa及20测得氨在水中的平衡数据，浓度为0.5gNH3/100gH2O的稀氨水上方的平衡分压为400pa。在该浓度范围下相平衡关系可有享利定律表示。试求（1）享利系数E，溶解度系数H，相平衡常数m（氨水的密度取1000kg/m3)（2）氨水的浓度与温度同前，而氨水上方总压强变为200Kpa，试求E，H，m?(3）不改变浓度和总压，而氨水温度升高至50，已知此时氨水上方的平衡分压为500pa，试求E，H，m?解(1)首先将液相组成换成摩尔分数x：(2)总压为200kpa，其它不变，则E，H不

12、变，而m变化为(3)温度升高至50，则由本题得出结论E,H=f(系统温度,浓度)，M=f(系统温度,浓度,总压)。E，m越小，H越大，说明该体系溶解度越大。随温度变化趋势：温度T升高，E，m增加，H降低，溶解度变小。加压，降温，对吸收有利，反之则对解吸有利。相平衡与吸收过程的关系相平衡与吸收过程的关系5.2.3.1过程方向的判断5.2.3.2计算过程的推动力5.2.3.3确定过程的极限5.2.3.1过程方向的判断吸收过程：当气液两相接触时，要使溶质自气相转移至液相，即发生吸收过程：当气液两相接触时，要使溶质自气相转移至液相，即发生的充要条件是的充要条件是yyy y(x)(x)或或x xx x(

13、y)(y)解解吸吸过过程程：当当气气液液两两相相接接触触时时，溶溶质质自自液液相相转转移移至至气气相相，即即发发生生的的充充要条件是要条件是yyy y(x)(x)或或x xx x(y)(y)动动态态平平衡衡：过过程程达达到到极极限限，即即发发生生气气液液两两相相达达到到平平衡衡，若若y yy y(x)(x)或或x xx x(y(y），），净物质传递量净物质传递量=0=0，。举例设在1atm，20下稀氨水的相平衡方程为y=0.94x，今使含氨y=10的混合气和x=0.05的氨水接触。试判断过程方向？y=0.94x=0.94*0.05=0.047y=100.1yy发生吸收过程或x=y/0.94=0

14、.1/0.94=0.106x=0.05x5.2.3.2计算过程推动力在吸收过程中，通常以实际浓度与平衡浓度的偏离程度来表示吸收的推动力。如（yA-yA*）气相组成浓度差表示的吸收推动力(xA*-xA)液相组成浓度差表示的吸收推动力两者越大，推动力过程速率也就越快yxxA*yA*AAyxGLy=mx5.2.3.3确定过程的极限今将溶质浓度为y1的混合气送入某吸收塔的底部，溶剂自塔顶淋入作逆流吸收（见(a)图）若减小淋下的溶剂量，则溶剂在塔底出口的浓度x1 必将增大。其极限浓度是气相浓度y1 的平衡浓度x1e，即 x1max=x1e=y1/m反之，当吸收剂用量很大而气体流量较小时，即使在无限高的塔

15、内进行逆流吸收，见(b)图，出口气体的溶质浓度也不会低于吸收剂入口浓度x2平衡浓度y2e，即 y2min=y2e=mx2，仅当x2=0，则y2min=0。全部吸收。由此可见，相平衡关系限制了吸收剂离塔时的最高浓度和气体混合物离塔时的最低浓度。y1x1y2e小结：吸收与传热的比较过程传递对象推动力极限吸收物质yyexxey=yex=xe传热热量温差温度相等用煤油从苯用煤油从苯空气混合气体中吸收苯，入塔气体中空气混合气体中吸收苯，入塔气体中含苯含苯2%（体积），吸收后浓度降为（体积），吸收后浓度降为0.01%（体积），（体积），入塔煤油中含苯入塔煤油中含苯0.02%（摩尔分数）。操作温度为（摩尔分

16、数）。操作温度为50，压力为，压力为200 kpa，操作条件下相平衡关系为，操作条件下相平衡关系为 p*=50 x kpa。求求：（：（1）塔顶处气相推动力；（）塔顶处气相推动力；（2）若改善操作条）若改善操作条件，提高吸收率，则出口液体浓度极限是多少？件，提高吸收率，则出口液体浓度极限是多少？例例2：吸吸收收塔塔混合气体混合气体,p1气气,p2液液,x2液液,x11.含溶质A且摩尔分率为x=0.2的溶液与压力为2atm,y=0.15的气体等温接触,平衡关系为：pe=1.2x(atm)，则此时将发生过程。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）。如系统温度略有增高，则y将。如系统总压略有增高，则x将。2.解：m=E/P=1.2/2=0.63.ye=mx=0.60.2=0.12；y-ye=0.15-0.12=0.034.xe=p/E=0.15/0.6=0.25；xe-x=0.25-0.2=0.055.若t，m，ye ，y;若P，m，xe，x故：吸收；0.03，0.05，减少,增加