化工原理基础知识讲解

吸
水
器塔
过热蒸汽
2019/12/26
一个完整的吸收分离过程包括：吸收与解吸
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吸收操作的用途：
(1) 制取液体产品 用吸收剂吸收气体中某些组分而获 得产品。如硫酸吸收SO3制浓硫酸，用水吸收氯化氢制盐 酸等 。
(2) 分离混合气体 用水吸收含氨气的混合气体。
(3) 气体净化 一类是原料气的净化，即除去混合气体中的 杂质，如合成氨原料气脱H2S、脱CO2等。
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第二章 蒸馏
第一节 概述 一、蒸馏在工业上的应用
（1）石油炼制工业（原油－汽油、煤油、柴油）
（2）石油化工行业（基本有机原料） （3）空气分离（氧气、氮气制备） （4）食品加工及医药生产（酿酒行业）
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二、蒸馏的概念
• 概念：液体都具有挥发成气体的能力，但挥发性 不同，利用混合液体中各组分挥发度的差异而分 离液体混合物的操作。
混合气体 (A+B)
吸收尾气
吸
(A+B)
收
塔
• 吸收尾气——吸收后排出的气体， 主要成分为惰性气体B和少量的溶 质A。
吸收液(A+S)
吸收过程在吸收塔中进行， 逆流操作吸收塔示意图
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典型工业吸收操作流程（低温甲醇洗工艺）
甲醇
净化气
H2S/CO2
吸
收加
热
变换气 塔
器
解
冷 却
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溶解度的表达方式：一般以1000g溶剂中溶解溶 质的克数表示，单位：g/1000g溶剂
平衡状态下气相中溶质的分压称为平衡分压或 饱和分压。
影响溶解度的因素：气、液体种类、温度、压力
温度 溶解度
压力
溶解度
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溶解度曲线
溶解度曲线：在一定温度、压力下，平衡时溶质在气相和液 相中的浓度的关系曲线。
50 oC
0
20 40 60 80 100 120
pSO2/kPa
吸收：高压、低温利于吸收；解析：低压、高温利于解析
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吸收剂的选择
• 吸收剂性能的优劣，是决定吸收操作效果是否良好的关键。如果吸收 的目的是制取某种溶液作成品，例如用HCl气生产盐酸，吸收剂只能 用水，自然没有选择的余地，但如果目的在于把一部分气体从混合物 中分离出来，便应考虑选择合用的吸收剂问题。
• 此外所选用的吸收剂尽可能满足无腐蚀性，粘度小，无毒，不燃，价 廉易得等条件。
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吸收过程气液两相的接触方式
连续接触(也称微分接触)：气、液两相的浓度呈连续变化。 如填料塔。
溶剂
溶剂
规整填料
散装填料
塑料丝网波纹填料 塑料鲍尔环填料
气体
气体
a 微分接触
b 级式接触
图9-2 填料塔和板式塔
两相平衡：在一定温度和压力下，气体 和液体接触，气体中的溶质组分便开始 在液体中溶解，当吸收进行到一定程度 时，溶解和解吸（溶解的气体又返回到 气相）的速度相当等，气液相组成不再 变化，此时气液两相达到动态平衡。
溶解度：平衡时，溶质气体在液相中的 浓度称为平衡浓度或溶解度
表明一定条件下吸收过程可能达到的极限程度。 吸收过程并不是无止境的
• 溶解度大 吸收剂的选择主要考虑的是溶解度，溶解度大则吸收剂用 量少，吸收速率也大，设备的尺寸便小；
• 选择性好 很显然，吸收剂对溶质气体的溶解度既要大，对混合气体 中其他组分的溶解度却要小或基本上不溶，这样才能进行有效的分离， 满足这一要求称为选择性好；
• 挥发度要小 吸收剂的挥发度要小，即在操作温度下它的蒸汽压要低， 经过吸收后的气体在排出时，往往为吸收剂蒸汽所饱和，吸收剂的挥 发度高，其损失量便大。
溶解度/[g(NH3)/1000g(H2O)] 溶解度/[g(SO2)/1000g(H2O)]
1000 500
0 oC
10 oC 20 oC 30 oC 40 oC 50 oC
0
20 40 60 80 100 120
pNH3/kPa
250
200
0 oC
150
10 oC
100 50
20 oC 30 oC 40 oC
• 目的：均相液体混合物的分离。 • 依据：利用液体混合物中各组分在一定温度下挥
化工过程常用的 单Hale Waihona Puke Baidu操作
贺辉 2015.8.7
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目录
一、吸收和解析
二、精馏
三、萃取
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第一章 吸收
吸收的概念：利用混合气体中各组分在同一种溶剂中溶解度
的不同，用液体吸收剂分离气体混合物的单元操作称为吸收。
•分离的物系：气体混合物
•形成两相体系的方法：引入液相（吸收剂）
单组分吸收：混合气体中只有单一组分被液相吸收，其余组分因溶解 度甚小其吸收量可忽略不计。
多组分吸收：有两个或两个以上组分被吸收。
非等温吸收：体系温度发生明显变化的吸收过程。(吸收放热）
等温吸收：体系温度变化不显著的吸收过程（绝热吸收）
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吸收的基本原理
一、气-液相平衡关系
•传质原理：根据各组分在溶剂中的溶解度不同
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概念
• 吸收质或溶质——混合气体中的 溶解组分，以A表示。
吸收剂(S)
• 惰性气体或载体 ——不溶或难溶 组分，以B表示。
• 吸收剂——吸收操作中所用的溶 剂，以S表示。
• 吸收液 ——吸收操作后得到的溶 液，主要成分为溶剂S和溶质A。
级式接触：气、液两相逐级接触传质，两相的组成呈阶跃 变化。 如板式塔。
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吸收塔的操作调节手段
•
吸收塔的气体入口条件是由前一工序决定的，不能随
意改变。因此，吸收塔在操作时的调节手段只能是改变吸
收剂的入口条件。
• （1）增大吸收剂的用量；
• （2）降低吸收剂的温度；
• （3）降低吸收剂中溶解物质的含量。
(4) 保护环境 尾气处理和废气净化以保护环境，如用碱液
吸收废气中的SO2、H2S、NO、HF等
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吸收操作的分类
物理吸收：吸收过程溶质与溶剂不发生显著的化学反应，可视为单纯的气 体溶解于液相的过程。如用水吸收二氧化碳、用水吸收乙醇或丙醇蒸汽、 用洗油吸收芳烃等。溶液解吸再生容易。 化学吸收：溶质与溶剂有显著的化学反应发生。如用氢氧化钠或碳酸钠 溶液吸收二氧化碳、用稀硫酸吸收氨等过程。化学反应能大大提高单位 体积液体所能吸收的气体量并加快吸收速率,但溶液解吸再生较难。