化工原理下册第二章-吸收第1课时吸收过程的气-液平衡课件.ppt

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1、第第2章章吸收吸收2.1吸收过程的气吸收过程的气-液平衡液平衡2.2吸收过程的传质动力学吸收过程的传质动力学*2.3吸收过程的数学模型与速率方程吸收过程的数学模型与速率方程*2.4吸收塔的计算吸收塔的计算（重点：物料衡算及填料层高度计算）（重点：物料衡算及填料层高度计算）2.5吸收系数吸收系数2.6解吸及其他条件下的吸收解吸及其他条件下的吸收概概述述分离和净化原料气分离和净化原料气 原料气在加工以前，其中原料气在加工以前，其中无用的或有害的成分都要预先除去。如合成氨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所用的原料气中分离出CO2、CO等杂质。等杂质。分离和吸收气体中的有用

2、组分分离和吸收气体中的有用组分从焦炉煤气中以从焦炉煤气中以洗油回收粗苯（含甲苯、二甲苯等）蒸气和从洗油回收粗苯（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。某些干燥废气中回收有机溶剂蒸气等。一、一、吸收生产中的应用吸收生产中的应用n某些产品的制取某些产品的制取如制酸工业中用水分别吸收混如制酸工业中用水分别吸收混合气体中的合气体中的HCl、SO3和和NO2制取盐酸、硫酸和硝制取盐酸、硫酸和硝酸。酸。n废气的治理废气的治理排放的废气含有对人体和环境有害排放的废气含有对人体和环境有害的物质，如的物质，如SO2、H2S等选择适当的工艺和溶剂进等选择适当的工艺和溶剂进行吸收是废气治理中应

3、用较广的方法。行吸收是废气治理中应用较广的方法。二、二、吸收基本原理吸收基本原理1、定义：、定义：吸收操作是将吸收操作是将气体混合物气体混合物的各个组分予以的各个组分予以分离的单元操作。分离的单元操作。2、依据：、依据：依各组分在溶剂中的溶解度的差异实现依各组分在溶剂中的溶解度的差异实现组分分离。组分分离。如：用水吸收空气中的氨气如：用水吸收空气中的氨气吸收剂吸收剂液体液体-溶剂溶剂solvent-S水水溶质溶质-能溶于溶剂的组分能溶于溶剂的组分solute-A氨气氨气惰性气体惰性气体载体载体,不能溶于和微溶于溶剂的组分不能溶于和微溶于溶剂的组分B空气空气a）选择合适的溶剂（吸收剂）选择合适的

4、溶剂（吸收剂）选择性地溶解某一组分（或某些组分）选择性地溶解某一组分（或某些组分）（一般原一般原则则）吸收剂的性能是吸收操作良好与否的关键吸收剂的性能是吸收操作良好与否的关键，选择，选择时要从以下几方面来考虑：时要从以下几方面来考虑：对被吸收的组分要有较大的溶解度，且有较好对被吸收的组分要有较大的溶解度，且有较好的选择性（其它组分的溶解度很小可忽略）。的选择性（其它组分的溶解度很小可忽略）。4、采用吸收操作实现气体混合物分离必须解决的问、采用吸收操作实现气体混合物分离必须解决的问题题 要有较低的蒸气压，以减少吸收过程中溶剂的挥要有较低的蒸气压，以减少吸收过程中溶剂的挥发损失。发损失。要有较好的

5、化学稳定性，以免使用过程中变质。要有较好的化学稳定性，以免使用过程中变质。腐蚀性要小腐蚀性要小,以减小设备费用和维修费。以减小设备费用和维修费。粘度要低，以利于传质及输送；比热要小，使再粘度要低，以利于传质及输送；比热要小，使再生时的耗热量较小；不易燃，以利于安全生产。生时的耗热量较小；不易燃，以利于安全生产。吸收后的溶剂应易于再生。吸收后的溶剂应易于再生。b）提供适当的传质设备以实现汽液两相的传质）提供适当的传质设备以实现汽液两相的传质尽可能增大两相的接触面积与湍动程度。吸收设备尽可能增大两相的接触面积与湍动程度。吸收设备大致可分成两大类：即板式塔（逐级接触）和填料大致可分成两大类：即板式塔

6、（逐级接触）和填料塔（微分接触）塔（微分接触）三、吸收过程分类三、吸收过程分类1、物理吸收、物理吸收:利用混合气中各组分在溶剂中的利用混合气中各组分在溶剂中的溶解度溶解度的差异的差异分离气体混合物。分离气体混合物。2、化学吸收、化学吸收:以气体混合物各组分能否在溶剂中以气体混合物各组分能否在溶剂中发生发生化学反应化学反应来分离混合气体。来分离混合气体。如如碳酸钠溶液净化含碳酸钠溶液净化含CO2的气体的气体CO2+Na2CO3+H2O=2NaHCO3化学吸收操作具有高选择性，化学吸收操作具有高选择性，化学反应满足以下条件化学反应满足以下条件:可逆性可逆性这样使溶剂得以再生循环使用。这样使溶剂得以

7、再生循环使用。较高的反应速率较高的反应速率四、吸收过程主要研究内容四、吸收过程主要研究内容主要介绍主要介绍单组分低浓度等温物理吸收单组分低浓度等温物理吸收的原理与计算。的原理与计算。1、了解吸收过程的方向与极限；（平衡关系）、了解吸收过程的方向与极限；（平衡关系）2、确定完成一定分离任务所需要的吸收剂用量；（操作、确定完成一定分离任务所需要的吸收剂用量；（操作关系）关系）3、对于既定的分离物系和分离要求，确定吸收塔的相关、对于既定的分离物系和分离要求，确定吸收塔的相关尺寸；（吸收塔的设计，传质速率方程）尺寸；（吸收塔的设计，传质速率方程）4、分析吸收塔分离气体混合物所能达到的分离效率；、分析吸

8、收塔分离气体混合物所能达到的分离效率；（吸收过程的操作性问题）（吸收过程的操作性问题）主要涉及溶质在气主要涉及溶质在气-液两相中的平衡关系、物料衡算、液两相中的平衡关系、物料衡算、吸收机理与吸收过程速率吸收机理与吸收过程速率2.1气液相平衡气液相平衡2.1.1气体在溶剂中的溶解度气体在溶剂中的溶解度 一、气液相平衡一、气液相平衡气气-液相长时间充分接触，达到平衡时，其气相浓液相长时间充分接触，达到平衡时，其气相浓度与液相浓度之间的关系为相平衡关系。度与液相浓度之间的关系为相平衡关系。平衡状态下，气相中溶质的分压称为平衡分压，平衡状态下，气相中溶质的分压称为平衡分压，液相中溶质的浓度称为平衡浓度

9、或饱和浓度，或液相中溶质的浓度称为平衡浓度或饱和浓度，或称溶解度。称溶解度。溶解度的影响因素？溶解度的影响因素？平衡分压平衡分压p*：平衡时，混合气中溶质组分的分压，平衡时，混合气中溶质组分的分压，Pa;x-液相中溶质组分的摩尔分数。液相中溶质组分的摩尔分数。溶解度：溶解度：气液平衡时，溶质在液相中的浓度。气液平衡时，溶质在液相中的浓度。二、溶解度曲线二、溶解度曲线 在一定温度和压力下，混合气体与其溶剂达到在一定温度和压力下，混合气体与其溶剂达到相平衡时，溶质组分在两相中组成呈一定的对应相平衡时，溶质组分在两相中组成呈一定的对应关系关系,常以常以溶解度溶解度表示。表示。三、溶解度的影响因素三、

10、溶解度的影响因素v溶质的性质：溶质的性质：不同的气体在溶剂中的溶解度不同不同的气体在溶剂中的溶解度不同易溶气体，难溶气体易溶气体，难溶气体v分压分压p对溶解度的影响：对溶解度的影响：当当p增加，增加，x*增加。增加。(T一定一定)v总压总压P对溶解度的影响：对溶解度的影响：在溶质组分分压不变时，若在溶质组分分压不变时，若P变化不大，不影响溶解变化不大，不影响溶解度。即度。即总压不影响总压不影响p、x*之间之间的关系的关系v温度对溶解度的影响：温度对溶解度的影响：T增加，增加，x*下降，下降，(p一定一定)T增加，增加，p*增加增加（x一定）一定）四、吸收过程浓度的表示法四、吸收过程浓度的表示法

11、在吸收过程中，惰性气体不溶于液相，溶剂也没有显在吸收过程中，惰性气体不溶于液相，溶剂也没有显著的气化现象，在任一截面上惰性气体和溶剂的摩著的气化现象，在任一截面上惰性气体和溶剂的摩尔流量均不发生变化。尔流量均不发生变化。以惰性气体和溶剂的量为基准，分别表示溶质在气液以惰性气体和溶剂的量为基准，分别表示溶质在气液两相的浓度两相的浓度,常将组成以摩尔比常将组成以摩尔比X、Y表示。表示。浓度的表示方法不同，享利定律的形式不同。浓度的表示方法不同，享利定律的形式不同。1、p*c关系关系二、亨利定律的不同形式二、亨利定律的不同形式H溶解度系数，溶解度系数，kmol/(kNm)=f(T)，c-溶质摩尔浓度

12、溶质摩尔浓度2 2、y*y*x x关系关系关系关系mm相平衡常数，相平衡常数，相平衡常数，相平衡常数，mm值越大，表示溶解度越小。值越大，表示溶解度越小。值越大，表示溶解度越小。值越大，表示溶解度越小。y y,x x气相、液相中溶质的摩尔分率气相、液相中溶质的摩尔分率气相、液相中溶质的摩尔分率气相、液相中溶质的摩尔分率 Y Y，X X气相、液相中溶质的摩尔比气相、液相中溶质的摩尔比气相、液相中溶质的摩尔比气相、液相中溶质的摩尔比3 3、Y Y*X X关系关系关系关系三、亨利系数三、亨利系数E、H、m之间的关系之间的关系 E，H之间的关系：之间的关系：对于稀溶液：则溶质浓度较低，溶液可近似视为对

13、于稀溶液：则溶质浓度较低，溶液可近似视为纯溶剂：故有纯溶剂：故有E,m之间的关系之间的关系:式中，式中，P为总压。为总压。四、各亨利系数的影响因素四、各亨利系数的影响因素亨利系数亨利系数E=f(物系，物系，T)温度温度T，E ;总压总压P对对E影响很小影响很小理想溶液：理想溶液：E=p0(饱和蒸汽压）饱和蒸汽压）易溶气体易溶气体E难溶气体难溶气体H相平衡常数相平衡常数mf（物系，物系，T，P）m=E/P,P,m;T，m易溶气体易溶气体my*;xx*溶质从气相向液体转移溶质从气相向液体转移:吸收过程吸收过程B点点:yx*溶质从液相向气相转移溶质从液相向气相转移解吸过程解吸过程三、判断过程进行的极

14、限三、判断过程进行的极限过程进行的极限：过程进行的极限：最终达平衡，最终达平衡，平衡浓度为极限状态平衡浓度为极限状态吸收过程极限吸收过程极限y降至最小为降至最小为y*,解吸过程解吸过程x降至最小为降至最小为x*。Y1 X1Y2 X2四、相平衡限制了离开吸收塔时的浓度四、相平衡限制了离开吸收塔时的浓度四、相平衡限制了离开吸收塔时的浓度四、相平衡限制了离开吸收塔时的浓度气相最低浓度气相最低浓度Y Y2min2min和液相最高浓度和液相最高浓度X X1max1max含含SO2为为10（体积）的气体混合物与浓度（体积）的气体混合物与浓度c为为0.020kmol.m-3的的SO2水溶液在一个大气压下相接

15、触。水溶液在一个大气压下相接触。操作条件下两相的平衡关系为操作条件下两相的平衡关系为p*1.62c（大气压）（大气压），则，则SO2将从将从相向相向相转移，相转移，以气相组成表以气相组成表示的传质总推动力为示的传质总推动力为（大气压）。（大气压）。在总压在总压P=500kPa，温度，温度t=27下使含下使含CO23.0（体积）的气体与含（体积）的气体与含CO2370g/m的水相接触，的水相接触，试判断是发生吸收还是解吸？并计算以试判断是发生吸收还是解吸？并计算以CO2的分压的分压差表示传质总推动力。差表示传质总推动力。已知：在操作条件下，亨利系数已知：在操作条件下，亨利系数E=1.73105kN/m。水溶液。水溶液的密度取的密度取1000kg/m，CO2的分子量的分子量44。思考题思考题