化工原理第六章吸收

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EM S
2)x~y(溶质在气液两相中的组成)：
y* —与组成为x 的液相呈平衡的气相中溶 质的摩尔分数； m —相平衡常数（或分配系数），无因次
总压P，pA*=PyA*=ExA
3)X~Y（摩尔比）
吸收过程中，B、S不参与传质，摩尔流量 不变，可分别作为基准来表示A的浓度。
液相中溶质的摩尔数 x X 液相中溶剂的摩尔数 1 x
2.影响因素： 温度、压力、溶质在气相中的浓度。 对于单组分物理吸收：自由度=3-2+2=3
C A f (T , P, PA ) x A f (T , P, y A )
总压不高（<5atm）→理想气体→ 溶解度∝气相分压，可以认为与总压无关。
C A f (T , PA ) x A f (T , y A )
恒温： C A f ( PA ), x A f ( y A )
3、溶解度曲线与溶解性：
•吸收剂、温度T、P 一定时，不同物质的溶解度不同。 •温度、溶液的浓度一定时，溶液上方分压越大的物质越 难溶。易溶（NH3）；中等（SO2）；难溶（O2） •对于同一种气体，分压一定，温度T越高，溶解度越小 •对于同一种气体，温度T一定，分压P越大，溶解度越大
混合气中某些组分在气液相界面溶解、在气相和液
相内由浓度差推动的传质过程。
分离
气相 1.定义：
液相
气相 NH3 + 空气 水 NH3
2.依据：溶解度不同
吸 收
NH3: 气相
液相
‫٭‬吸收质(溶质)：A ‫٭‬惰性组分(载体)：B
‫٭‬吸收剂：S ‫٭‬吸收液：S+A
‫٭‬尾气：B+(A)
2、吸收分离操作的目的与任务 制取液体产品：如盐酸、硝酸，碳化氨水吸收CO2 制碳酸氢氨等。 分离混合气体吸收获得某些组分：如用液态烃吸收 裂解气中的乙烯、丙烯等。 气体净化除去混合气体中杂质：如合成氨原料气脱 CO2等； 尾气处理和废气净化：脱SO2、NOx等 分离基础：各组分溶解度的差异
第二章
吸收
§1 §2 §3 §4 §5
气体吸收的相平衡关系 传质机理与吸收速率 吸收塔的计算 吸收系数 脱吸及其他条件下的吸收
概述
1、定义 吸收：利用混合气体各组分在液体中溶解度 差异，使某些易溶组分进入液相形成 溶液，不溶或难溶组分仍留在气相， 实现混合气体分离。 解吸：也称为脱吸，与吸收相反的过程，即 溶质从液相中分离而转移到气相的过程。
加压和降温Βιβλιοθήκη Baidu吸收操作有利。
2.1.2 亨利定律
体系：单组分、低浓、恒温、物理吸收。 总压P<5×105Pa，一定温度下溶质在液相中 的溶解度（平衡）与其在气相中的分压成正比。
亨利系数（E）： （单位与分压单位一致） ① 理想溶液：P不高，T恒定，亨利定律 与拉乌尔定律一致，即：E=p0
② 非理想溶液： E≠p0，但在一定浓度范 围内（低浓），E=const. E=f(T)。
3、吸收分离操作的分类 物理吸收与化学吸收： • H2O吸收CO2 • NaOH溶液吸收CO2 单组分吸收与多组分吸收： • H2O吸收乙醇 • 液态烃吸收气态烃 等温吸收与非等温吸收： • H2O吸收丙酮 • H2O吸收SO3 低浓度吸收与高浓度吸收：溶质在气液两相摩尔分 数均<10%
4、 吸收与蒸馏的差别 分离基础不同：挥发度与溶解度； 引入新相的方式不同：改变状态参数（加热、 冷却）与外界引入； 产品获得的直接程度不同：精馏可直接获得较 纯的组分，而吸收不能直接获得较纯的组分。 传质不同：精馏中进行双向传质，而吸收 中进行单向传质
例2: 已知20℃时，1atm下氨在水中的溶 解度数据（p85）。绘制p*～x及Y*～X曲 线，计算E、m，并指出服从亨利定律的范围。
2.1.3 吸收剂的选择
选择的原则： ①溶解度大：溶解度↑，溶剂用量↓，传质速率 ↑；随工艺条件变化大；若有反应应可逆。 ②选择性好：对溶质的溶解度大； ③不易挥发，以减少溶剂损失； ④粘度低，改善流动状态，阻力小，降低能耗。 ⑤无毒、腐蚀性小、不易燃、价廉、不发泡、冰点 低、化学稳定等。
§2 气体吸收的相平衡关系
吸收过程与蒸馏一样，涉及相际传质过程。 平衡问题：物质传递的方向和限度； 传质速率问题：传质推动力和阻力。 相平衡：相间传质已达到动态平衡，从宏观 上观察传质已不再进行。 吸收中的相平衡关系描述的是溶解度的影响 因素，是处理吸收问题的关键。
2.1.1 气体的溶解度
一定操作温度和压力下，平衡状态下溶质在 气相中的分压称为平衡分压或饱和分压，相 应的液相浓度称为平衡浓度或气体在液体中 的溶解度。 定义：气体在指定液体（溶剂）中的饱和浓度C A* 常用单位：kg(A)/kg(S)或kg(A)/m3(S)。 它决定了吸收的极限（终点）； 推动力：偏离平衡状态的程度→过程速率。
气相中溶质的摩尔数 y Y 气相中惰性组分的摩尔数 1 y
X Y x ,y 1 X 1 Y
y mx得,
*
Y mX * 1 Y 1 X
*
mX Y 1 (1 m) X
*
当溶液浓度很低时，X≈0， 上式简化为：
Y mX
*
【例1】已知10℃时，1atm下氨水的浓度为 10gNH3/100gH2O, 其平衡气相分压,pNH3=5.57kPa 氨水密度：ρ≈1000 kg/m3 求：E、H、m。
2.1.4相平衡关系在吸收过程中的应用
（1）判断传质进行的方向
例：在101.3kPa，20℃下,稀氨水的气液相平衡关系为 ：
y 0.94 x ，若含氨0.094摩尔分数的混合气和组成
x A 0.05
的氨水接触,确定过程的方向。
*
此外，用气液相平衡曲线图也可判断两相接触时的传质方向
具体方法：
③ 一定体系，E=f(T），T↑，E↑； 易溶体系E小，难溶体系E大。 ④ 数值取得：实验测定，外推x→0 （ 低浓）；查有关手册。
亨利定律的其他形式
1）p*~C：
H——溶解度系数 ，单位：kmol/m3· Pa或kmol/m3· atm。
H是温度的函数，H值随温度升高而减小。
易溶气体H值大，难溶气体H值小。