化工传质与分离-第二章(01)气体吸收

第二章气体吸收通过本章的学习，应掌握吸收的基本概念和吸收过程的平衡关系与速率关系；掌握低组成气体吸收的计算方法；了解吸收系数的获取途径和解吸过程的概念与计算方法。学习目的与要求原料气A＋B吸收剂S尾气B(含微量A)溶液S+A一、气体吸收的原理吸收塔形成两相体系的方法引入一液相（吸收剂）各组分在吸收剂中溶解度不同。分离物系气体混合物传质原理二、气体吸收的流程吸收过程吸收过程：溶质溶解于吸收剂中逆流操作解吸过程：溶质从溶液中释放出并流操作气体吸收过程在吸收塔中进行。吸收解吸具有吸收剂再生的连续吸收流程一、气体吸收的分类气体吸收按被吸收组分数目单组分吸收按吸收有无化反按溶质组成的高低低组成吸收按吸收的温度变化√√多组分吸收物理吸收化学吸收√高组成吸收等温吸收非等温吸收√气体吸收过程的分类方法二、气体吸收的工业应用净化或精制气体示例：合成氨工艺中合成气中的净化脱碳。示例：用水吸收氯化氢气体制取盐酸。回收混合气体中所需的组分示例：用洗油处理焦炉气以回收芳烃。工业废气的治理示例：废气中含有SO2、H2S等有害气的脱除。气体吸收的应用场合制取某种气体的液态产品吸收剂的选择吸收剂选择的原则溶解度选择性挥发度黏度其他吸收剂对溶质组分的溶解度要大。吸收剂应对溶质组分有较大溶解度，而对混合气体中的其它组分溶解度甚微。吸收剂的蒸汽压要低，即挥发度要小。吸收剂在操作温度下的黏度要低。无毒、无腐蚀、不易燃易爆、不发泡、冰点低、价廉易得，且化学性质稳定。一、溶解度曲线液体S气体（A＋B）A溶解A逸出)(AAxfpAx平衡方程达平衡状态时气体在液体中的溶解度～气相分压液相组成Ap在一定温度和压力下，令某气体混合物（A＋B）与液体S接触。Ap曲线Ax溶解度曲线氨在水中的溶解度40050易溶二氧化硫在水中的溶解度5068中等溶解度氧在水中的溶解度500.002难溶二、温度、压力对溶解度的影响温度的影响加压和降温对同一溶质，在相同的气相分压下，溶解度随温度的升高而减小。对同一溶质，在相同的温度下，溶解度随气相分压的升高而增大。压力的影响注意减压和升温有利于吸收操作有利于解吸操作一、亨利定律的表达式若溶质在气、液相中的组成分别以分压p、摩尔分数x表示，亨利定律为E—亨利系数，kPa溶解度亨利系数～1.p～x关系Exp易溶气体注意难溶气体E小E大若溶质在气、液相中的组成分别以分压p、摩尔浓度c表示，亨利定律为H—溶解度系数，kmol/(m3·kPa)溶解度溶解度系数～2.p～c关系Hcp*一、亨利定律的表达式易溶气体注意难溶气体H大H小若溶质在气、液相中的组成分别以摩尔分数y、x表示，亨利定律为m—相平衡常数溶解度相平衡常数～3.y～x关系mxy*一、亨利定律的表达式易溶气体注意难溶气体m小m大xXX1yYY1XXmYY1*1*由得整理得对于低组成吸收1mX1简化得mXY*一、亨利定律的表达式XmmXY11*4.Y～X关系亨利定律表达式可改写为以下形式：Epx*Hpc*myx*mYX*一、亨利定律的表达式二、各系数间的关系推导可得亨利定律表达式各系数间的关系如下：HEMSmEPHPMmS1E～H关系E～m关系H～m关系溶液密度溶剂S的摩尔质量一、判断传质进行的方向设某瞬时，气相中溶质的实际组成为y，溶液中溶质的实际组成为x。若传质方向由气相到液相进行吸收过程若传质方向由液相到气相进行解吸过程*yy*xx*yy*xx二、确定传质的推动力以气相表示的传质推动力以液相表示的传质推动力*yyyxxx*吸收推动力示意图*x*y*yyyxxx*y*=mx三、指明传质进行的极限对于逆流吸收塔液相出口最大组成气相出口最低组成X2X1Y1Y2min2Ymax1X2*2mXYmYX1*1一、吸收的相际传质过程吸收过程：溶质A从气相传递到液相的过程①组分A从气相主体扩散到相界面；②在相界面上组分A由气相转入液相；③组分A由相界面转入液相主体。相际传质过程吸收通量二、吸收过程的传质机理模型描述吸收过程的传质机理模型—双膜模型。双膜模型示意图一、膜吸收速率方程式1.气膜吸收速率方程式)(iGAppkNNkyyAyiGiAkppN/1yiAkyyN/1Gk/1气膜阻力yk/1比较得kPkyG由道尔顿分压定律pPypPyii)()()(iGiGiGAyyPkPyPykppkN一、膜吸收速率方程式)(cckNiLAxxkNixALiAkccN/1xiAkxxN/1Lk/1xk/12.液膜吸收速率方程式一、膜吸收速率方程式液膜阻力比较得LxCkk)()()(xxCkCxCxkcckNiLiLiLA由cCxiicCx一、膜吸收速率方程式练习题目思考题作业题:1、2、31.温度和压力对吸收过程的平衡关系有何影响？2.亨利定律为何具有不同的表达形式？3.亨利定律的适用条件是什么？4.相平衡关系在吸收过程中有何作用？