1 5第五章有毒有害气体吸收净化法

C为被吸收溶质的物质的量浓度（ Kmol/m3 ） H为溶解度系数，（kmol/(m3Pa)）,实验测定。 H为温度的函数，随温度升高减小，其数值等于 平衡分压1大气压时的溶解度 同一溶剂中难溶气体H值小 E＝(1/H)*(ρ/M) ρ为溶液的密度，M是溶剂A的相对分子质量
y*=mx
m＝E/P,P为气相的总压
0.014g)。
25
1.0
O2
CO2
0.9
pA=723cA pA=25.5cA
0.8
（1）不同气体的 溶解度差异很大
pA，atm
0.7
SO2
（2）对于稀溶液或
0.6 难溶体系 溶解度适中体系 极稀溶液，溶解度
0.5
曲线近似为直线,
即
0.4
0.3
c
A

H
pA
0.2
pA=0.36cA
易溶N体H3 系
对两组分（A和B）的混合液，则有：
aA

mA m
aB

mB m
aA aB 1
式中：mA、mB、m分别表示组分A、组分B和混合 物的质量kg
18
3.质量分数和摩尔分数的换算关系：（以A组分为 例）
aA

xAM A xAM A xBM B
xA aA
aA M A M A aB
MB
30
（3）物质浓度变化式(Y*-X)
在低浓度气体吸收计算中，通常采用基准不变的摩尔比 Y （ 或 X ）表示组成。
Y

气相中溶质 A的摩尔数 气相中惰 性组分B的摩尔数

y 1 y
X 液相中溶质 A的摩尔数 x 液相中溶剂 S的摩尔数 1 x
由 y*=mx可得以摩尔比表示 Y *
mX
汽），可通过冷凝使
其从废气中分离。 特点：效率低、仅适
用于高浓度、冷凝温 度高的有害气体。
W
冷凝过程示意图
5
5.1.3 吸收法和吸附法
用适当的液体与有害气体接触，利用气体在液体中不同 的溶解能力除去其中一种或几种组分的有害气体。
特别对无机气体。如：硫氧化物、硫化氢等。
通风排气与固体接触时，利用固体物质对气体的吸附能 力除去某些有害气体。
的相平衡关系
1 (1 m) X
当 m 趋近 1 或当 X 很小时
Y * mX 31
定律形式 P*=Ex
P*=C/H
常数含义 E,亨利系数
H,溶解度系数
备注
P*,稀溶液中溶质（被吸收组分）平衡分压，x为 被吸收组分在液相中的摩尔分数 对于一定体系，E是温度的函数，一般，温度上 升，E增大，不利于气体吸收。 同一溶剂中难溶气体E值大
K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3
化学反应使K2CO3水溶液具有较高的吸收CO2的能力。
作为可被化学吸收利用的化学反应一般都满足以下条件：
可逆性。若该反应不可逆，溶剂将难以再生和循环使用；
较高的反应数率。若反应速率较慢，应研究加入适当的催 化剂以加快反应速率。
14
5.2.2 浓度的表示方法
16
气液相组成表示方法
1.摩尔分数：混合物中组分A的物质的量占混合物总 物质的量的分数。 对两组分(A和B)的混合液，则有：
xA

nA n
xB

nB n
xA xB 1
式中：nA、nB、n=nA+nB分别表示组分A、组分B 和混合物的物质的量kmol
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2.质量分数：混合物中组分A的质量占混合物总质 量的分数。
吸收。
9
开碳酸饮料
当我们打开碳酸饮料瓶口时，就有气体冲出。这是气 体的反溶解，这就是碳酸气的解吸。
10
气体吸收的工业应用
•净化或精制气体
例：合成氨工艺中，合成气中的净化脱碳
•制取某种气体产品的液态产品
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
例：用洗油处理焦炉气以回收其中的芳烃，硫酸 回收焦炉气中的氨
•工业废气的制理
废气中含有二氧化硫、硫化氢、CO2等有害气体的
脱除
11
吸收的目的和依据
目的： ① 回收或捕获气体混合物中有用物质，制取产品； ② 除去工艺气体中的有害成分，使气体净化，以便进一步 加工处理。
依据：气体混合物中各组分在溶剂中溶解度不同 例如：分离氨气＋空气的混合物，可选择水做溶剂，因为 氨水在水中的溶解度最大，而空气几乎不溶于水。
Yi* = mXi
由气相组成求液相组成：
x
* i
=
pi E
ci* = Hpi
x
* i
=
yi m
X
* i
=
Yi m
33
例题1： 1atm下，浓度为0.02（摩尔分数）的稀氨水在 20℃时氨的平衡分压为1.666kPa，其相平衡关 系服从亨利定律，氨水密度可近似1000kg/m3。 求：E、 m 、 H 。
为易溶气体； 不易溶解的称为难溶气体。 易溶和难溶是相对同一种吸收剂而言。
24
气体在液体中的溶解度
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。
1000
250
溶解度/[g(NH3)/1000g(H2O)] 溶解度/[g(SO2)/1000g(H2O)]
500
0 oC
Yi

ni n ni
Yi

Gi G Gi
应用：例题5-1，P121
21
5.2.3 吸收过程中的气液平衡
22
1 平衡分压：在一定条件下，任何气体在某种溶剂中溶解达 到平衡时，其在气相中的分压是一定的。
2 吸收过程：
吸收过程进行的方向与极限取决于溶质(气体)在气液两相 中的平衡关系。
P表示在吸收过程中，气相中溶质的实际分压； p*表示平 衡分压；
x：液相中溶质的摩尔分数；
m：相平衡系数，无因次，对于稀溶液近似为常数。
P* E x Pz Pz y* P*
Pz
y* P* E x Pz Pz
m E Pz
y* mx
注意：对于一定的物质，相平衡常数m是温度及总压 的函数。m值愈小表明该气体的溶解度愈大。温度降 低、总压升高则m值变小，有利于吸收操作。
混合气体和溶液的组成： 吸收质或溶质(solute)：混合气体中的溶解组分 惰性气体(inert gas)或载体：不溶或难溶组分 吸收剂(absorbent)：吸收操作中所用的溶剂 吸收液(strong liquor)：吸收操作后得到的溶液
，主要成分为溶质和溶剂。 吸收尾气(dilute gas)：吸收后排出的气体，主要
亨利常数的值随物系的特性及温度而异；
E 值的大小代表了气体在该溶剂中溶解的难易程度；在
同一溶剂中，难溶气体 E 值很大，易溶气体 E 值很小；
物系一定，E 值一般随温度的上升而增大；
E 的单位与气相分压的压强单位一致。
28
29
（2）摩尔分数变化式(y*-x)
y*：与该液相成平衡的气相中溶质的摩尔分数；
成分为惰性气体和少量的溶质。
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溶剂（吸收剂）的选择原则：
① 对被分离组分（溶质）有较大的溶解度 ② 对混合气体中其他组分的溶解度要小—较高的选择性 ③ 溶质在溶剂中的溶解度应对温度的变化比较敏感，即低
温下溶解度大，随着温度升高，溶解度应迅速下降—被吸收 的气体容易解吸，溶剂再生方便。 ④ 蒸汽压要低，不易挥发—减少溶剂在吸收和再生过程的 损失；避免在气体中引入新的杂质。 ⑤ 应有较好的化学稳定性—以免使用过程中发生变质； ⑥ 应有较低的粘度，不易产生泡沫—实现吸收塔内良好的 气液接触和塔顶的气液分离。 ⑦ 应尽可能满足价廉、易得、无毒、不易燃烧等经济和安 全条件。
6
切洋葱
什么是吸收呢？家庭主妇切洋葱时，常拌有刺眼气体
产生。为了减轻刺眼伤害，常在旁边放一盆水，可以减轻
眼伤害。这是由于刺眼气体溶解于水，这就是吸收。
7
什么叫吸收操作呢？做有机、无机实验时，我们常用洗气瓶，
洗去气体中的某个成份。例如：要除去含酸的气体，我们在洗气
瓶中装上碱液。
8
焦化厂洗氨塔
在焦化厂，焦炉气中含有多种气体，如CO、CO2、H2、NH3、 苯等气体。工厂用清水喷淋溶解氨气，将氨气回收为氨水。这就是
-----亨利定律
0.1
pA=0.0136cA
(3)加压、降温有
利于吸收操作
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
10n cA，k mol/m 3
O2n= 3，CO 2 n=2 ，SO2n= 1，NH3n= 0 几种气体在 20℃水中的溶解度曲线
26 26
亨利定律（Henry’s law）
p＞p*时，溶质便由气相向液相转移，吸收 p＜p*时，溶质便由液相向气相转移，即吸收的逆过程，

称为解吸(或脱吸)。
p＝p*时，处于气液平衡状态
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3 溶解度
气液达到平衡时，吸收剂吸收的气体量已达到最大限度时， 每立方米吸收剂能吸收的极限气体量(即平衡状态下液相中 吸收质浓度)。
气体吸收的平衡关系指气体在液体中的溶解度。 任何气体与液体接触后，都会产生溶解。容易溶解的称
第五章 通风排气中有害气体的净化
1
5.1概述
有害气体净化方法主要有燃烧法、冷凝法、 吸收法和吸附法。
室内空气污染物的净化方法主要有吸附法、 光催化法等。
本章学习重点及难点吸收和吸附的机理以及 有关的设备。
2
5.1.1 燃烧法
热力燃烧、催化燃烧
热力燃烧和催化燃烧