化学分离工程第三章 吸收 ppt课件
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主要是吸收剂再生的能耗，应充分回收利用。
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3.3 气液相平衡
❖气液相平衡的概念
气液相平衡主要是指气相组分溶解于液相，使气相组
分与液相中的相同组分达到平衡的状态。
而汽液相平衡则主要是指液相组分挥发到汽相形成的
平衡。
两种平衡尽管过程方向不同，但相平衡原理却是相同
的：
fˆiG fˆiL
16
3.3.1 物理溶解时的相平衡
分的平衡分压，加速解吸速率； ❖ 适用：化学吸收。
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3.1.1 吸收装置的工业流程
(1)吸收剂不重复利用的装置 典型实百度文库： 氯气吸收
9
3.1.1 吸收装置的工业流程
(2)减压冷再生流程 典型实例：CO2吸收-再生
(3)气提冷再生流程 典型实例：脱除H2S吸收-再生
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3.1.1 吸收装置的工业流程
3 吸收
3.1 吸收过程在化学工业中的应用 √ 3.2 吸收过程的设计变量和对工艺生产的适应性√ 3.3 气液相平衡 √ 3.4 传质理论 3.5 传质速率和传质系数 3.10 塔高 √
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3 吸收
1、吸收的基本原理 ❖ 吸收是利用液体处理气体混合物，根据气体混合物中各组分在液体中
溶解度的不同，而达到分离目的传质过程。 ❖ 吸收是一个分离过程，且分离的是气体混合物，分离的介质是某一种 液体溶剂称之为吸收剂，被吸收的气体混合物称为溶质。 ❖ 吸收是一个从气相往液相的传质过程。 ❖ 被吸收的气体通过适当的方法与吸收液分离的过程称为解吸过程，对 吸收液而言，则成为再生。 ❖应用：常用于获得产品、分离气体混合物、净化原料气以及脱除尾气 中的有毒有害物质。
pei Hi
ci cM
Hici
cM为溶液的总摩尔浓度，H只和温度有关，随温度升高而增大(见表
3-2)，与溶液的总压和组成无关。与温度的关系为：
lnHi RiTCi
式中的Ci、φi是常数，与物系有关。
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3.3.1 物理溶解时的相平衡
当系统压力较大时，体系偏离理想状态较远，按上述方法计算的偏 差较大。考虑到液体体积通常随压力变化不大，此时，可用以下式子
用吸收剂将气体中的有害组分吸收以达到气体净化目的。如天然气 的脱硫，生产尾气的SO2脱除。 4. 回收有价值组分
为防止有价值组分从气相流失，用吸收剂将其吸收下来达到回收的 目的。如一些易挥发溶剂的回收。
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3.2 吸收过程的设计变量 和对生产工艺的适应性
❖吸收过程的重要因素
(1) 设备条件 设备形式、尺寸、内部构件等，都与传质效率有关。
同等处理规模下，效率越高，设备投资越少。 (2) 吸收剂
选择性是关键，解吸条件也非常重要。 (3) 操作条件
温度：温度越高，越不利于吸收； 压力：压力越高，越有利于吸收。
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3.2.1 设计关键参数分析
(1) 吸收塔的直径 (2) 再生塔的直径 (3) 再生塔的压强 (4) 贫液和回流液的温度 (5) 各种换热器的热负荷 (6) 吸收塔和再生塔的高 度
(4)间接蒸汽热再生流程 典型实例：热钾碱法脱碳流程
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3.1.2 吸收过程的应用
1. 获得产品 将气体中的有效成分用吸收剂吸收下来得到产品。如硫酸吸收SO3
制浓硫酸，水吸收HCl制盐酸。 2. 气体混合物的分离
吸收剂选择性吸收气体中的某一组分达到分离目的。如用有机溶剂 吸收煤气中的苯，用丙酮吸收天然气裂解气中的乙炔。 3. 气体净化
2
2、流程图
3 吸收
3
3 吸收
3、吸收操作的分类
依据吸收的机理可分成 物理吸收（甲醇-CO2） 化学吸收（K2CO3- CO2）
★ 物理吸收的特点： 所溶组分与吸收剂不起化学反应 极限：溶解平衡= f (T,P)
★ 化学吸收的特点： 所溶组分与吸收剂起化学反应
极限：相平衡= f (T,P,反应组分B)
❖ 精馏过程：双向传质，液相传质到汽相，汽相传质到液相，不需加 质量分离剂。
5
3.1.1 吸收装置的工业流程
1. 吸收剂不需要再生的吸收装置
❖ 使用对象： ❖ 主要用于制备液相产品，如硫酸吸收SO3吸收制硫酸、
水吸收HCl制盐酸、吸收甲醛制福尔马林液、碱液吸收 CO2或SO2制碳酸氢盐或亚硫酸盐等 。 ❖ 流程特点： ❖ 吸收剂不再生，且循环操作。
6
3.1.1 吸收装置的工业流程
典型实例：硫酸吸收SO3吸收制硫酸
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3.1.1 吸收装置的工业流程
2. 吸收剂需要解吸的吸收装置
使用对象：气体的净化或回收； 流程特点：至少有两个塔（多了一个再生过程）。 ❖ 减压冷再生：通过改变P，改变相平衡，使溶质解吸。 ❖ 适用：高压下化学吸收液的初脱。 ❖ 气提冷再生：用惰性气体降低溶质在气相的分压促使解吸； ❖ 适用：溶质不必回收的场合或稀释溶质在气相的含量。 ❖ 间接蒸汽热再生：利用间接蒸汽，升高温度，改变液面上活性组
4
3 吸收
4、吸收过程的特点
❖ 吸收与精馏操作的相同点：
☆ 平衡分离过程
☆ 热、质同传过程，由MESH方程求解
❖ 吸收与精馏的不同点：
❖ ①原理不同： 吸收是根据各组分溶解度不同进行分离的。
❖
精馏利用组分间相对挥发度不同使组分分离。
❖ ②塔式不同
❖ ③传质形式不同
❖ 吸收过程：单向传质，气相传质到液相，需外加吸收剂；
(1) 气液平衡常数mi
mi
yi xi
fiL i pˆi
式中， ˆi 、 i分别为i组分在气相的逸度系数和在液相的活度系数；p
为气相总压，f i L 为纯i组分液相在体系温度和压力下的逸度。
(2) 二元组分溶解的气液平衡关系
lnfˆi xi
lnHi RAT(1x02)
(3-11)
式中，x0是在溶液中吸收剂的摩尔分率，x0=1-xi；Hi为亨利系数，
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3.2.2 吸收过程对生产工艺的适应性
(1) 操作压强 压力高利于吸收，但操作费用将增加，通常选择气体来时的
压力。特殊情况可考虑增压操作。 (2) 溶质的气相浓度
关键是控制吸收塔出口气中的溶质指标。 (3) 毒性
这里指的是对吸收剂的毒性，即产生沉淀、使吸收剂分解、 或生成不可还原的产物等。 (4) 能耗
kPa；A是与温度和压力有关的一个常数。
此式适合于任何浓度的电解质溶液和很低浓度的非电解质溶液。
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3.3.1 物理溶解时的相平衡
对式(3-11)，在理想溶液时，A=0，于是：
fˆiG Hixi
在低压下，可用平衡分压 pei取代 f i ，得到亨利定律的表达形式：
peiHixi
再以浓度取代摩尔分率：
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3.3 气液相平衡
❖气液相平衡的概念
气液相平衡主要是指气相组分溶解于液相，使气相组
分与液相中的相同组分达到平衡的状态。
而汽液相平衡则主要是指液相组分挥发到汽相形成的
平衡。
两种平衡尽管过程方向不同，但相平衡原理却是相同
的：
fˆiG fˆiL
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3.3.1 物理溶解时的相平衡
分的平衡分压，加速解吸速率； ❖ 适用：化学吸收。
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3.1.1 吸收装置的工业流程
(1)吸收剂不重复利用的装置 典型实百度文库： 氯气吸收
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3.1.1 吸收装置的工业流程
(2)减压冷再生流程 典型实例：CO2吸收-再生
(3)气提冷再生流程 典型实例：脱除H2S吸收-再生
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3.1.1 吸收装置的工业流程
3 吸收
3.1 吸收过程在化学工业中的应用 √ 3.2 吸收过程的设计变量和对工艺生产的适应性√ 3.3 气液相平衡 √ 3.4 传质理论 3.5 传质速率和传质系数 3.10 塔高 √
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3 吸收
1、吸收的基本原理 ❖ 吸收是利用液体处理气体混合物，根据气体混合物中各组分在液体中
溶解度的不同，而达到分离目的传质过程。 ❖ 吸收是一个分离过程，且分离的是气体混合物，分离的介质是某一种 液体溶剂称之为吸收剂，被吸收的气体混合物称为溶质。 ❖ 吸收是一个从气相往液相的传质过程。 ❖ 被吸收的气体通过适当的方法与吸收液分离的过程称为解吸过程，对 吸收液而言，则成为再生。 ❖应用：常用于获得产品、分离气体混合物、净化原料气以及脱除尾气 中的有毒有害物质。
pei Hi
ci cM
Hici
cM为溶液的总摩尔浓度，H只和温度有关，随温度升高而增大(见表
3-2)，与溶液的总压和组成无关。与温度的关系为：
lnHi RiTCi
式中的Ci、φi是常数，与物系有关。
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3.3.1 物理溶解时的相平衡
当系统压力较大时，体系偏离理想状态较远，按上述方法计算的偏 差较大。考虑到液体体积通常随压力变化不大，此时，可用以下式子
用吸收剂将气体中的有害组分吸收以达到气体净化目的。如天然气 的脱硫，生产尾气的SO2脱除。 4. 回收有价值组分
为防止有价值组分从气相流失，用吸收剂将其吸收下来达到回收的 目的。如一些易挥发溶剂的回收。
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3.2 吸收过程的设计变量 和对生产工艺的适应性
❖吸收过程的重要因素
(1) 设备条件 设备形式、尺寸、内部构件等，都与传质效率有关。
同等处理规模下，效率越高，设备投资越少。 (2) 吸收剂
选择性是关键，解吸条件也非常重要。 (3) 操作条件
温度：温度越高，越不利于吸收； 压力：压力越高，越有利于吸收。
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3.2.1 设计关键参数分析
(1) 吸收塔的直径 (2) 再生塔的直径 (3) 再生塔的压强 (4) 贫液和回流液的温度 (5) 各种换热器的热负荷 (6) 吸收塔和再生塔的高 度
(4)间接蒸汽热再生流程 典型实例：热钾碱法脱碳流程
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3.1.2 吸收过程的应用
1. 获得产品 将气体中的有效成分用吸收剂吸收下来得到产品。如硫酸吸收SO3
制浓硫酸，水吸收HCl制盐酸。 2. 气体混合物的分离
吸收剂选择性吸收气体中的某一组分达到分离目的。如用有机溶剂 吸收煤气中的苯，用丙酮吸收天然气裂解气中的乙炔。 3. 气体净化
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2、流程图
3 吸收
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3 吸收
3、吸收操作的分类
依据吸收的机理可分成 物理吸收（甲醇-CO2） 化学吸收（K2CO3- CO2）
★ 物理吸收的特点： 所溶组分与吸收剂不起化学反应 极限：溶解平衡= f (T,P)
★ 化学吸收的特点： 所溶组分与吸收剂起化学反应
极限：相平衡= f (T,P,反应组分B)
❖ 精馏过程：双向传质，液相传质到汽相，汽相传质到液相，不需加 质量分离剂。
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3.1.1 吸收装置的工业流程
1. 吸收剂不需要再生的吸收装置
❖ 使用对象： ❖ 主要用于制备液相产品，如硫酸吸收SO3吸收制硫酸、
水吸收HCl制盐酸、吸收甲醛制福尔马林液、碱液吸收 CO2或SO2制碳酸氢盐或亚硫酸盐等 。 ❖ 流程特点： ❖ 吸收剂不再生，且循环操作。
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3.1.1 吸收装置的工业流程
典型实例：硫酸吸收SO3吸收制硫酸
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3.1.1 吸收装置的工业流程
2. 吸收剂需要解吸的吸收装置
使用对象：气体的净化或回收； 流程特点：至少有两个塔（多了一个再生过程）。 ❖ 减压冷再生：通过改变P，改变相平衡，使溶质解吸。 ❖ 适用：高压下化学吸收液的初脱。 ❖ 气提冷再生：用惰性气体降低溶质在气相的分压促使解吸； ❖ 适用：溶质不必回收的场合或稀释溶质在气相的含量。 ❖ 间接蒸汽热再生：利用间接蒸汽，升高温度，改变液面上活性组
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3 吸收
4、吸收过程的特点
❖ 吸收与精馏操作的相同点：
☆ 平衡分离过程
☆ 热、质同传过程，由MESH方程求解
❖ 吸收与精馏的不同点：
❖ ①原理不同： 吸收是根据各组分溶解度不同进行分离的。
❖
精馏利用组分间相对挥发度不同使组分分离。
❖ ②塔式不同
❖ ③传质形式不同
❖ 吸收过程：单向传质，气相传质到液相，需外加吸收剂；
(1) 气液平衡常数mi
mi
yi xi
fiL i pˆi
式中， ˆi 、 i分别为i组分在气相的逸度系数和在液相的活度系数；p
为气相总压，f i L 为纯i组分液相在体系温度和压力下的逸度。
(2) 二元组分溶解的气液平衡关系
lnfˆi xi
lnHi RAT(1x02)
(3-11)
式中，x0是在溶液中吸收剂的摩尔分率，x0=1-xi；Hi为亨利系数，
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3.2.2 吸收过程对生产工艺的适应性
(1) 操作压强 压力高利于吸收，但操作费用将增加，通常选择气体来时的
压力。特殊情况可考虑增压操作。 (2) 溶质的气相浓度
关键是控制吸收塔出口气中的溶质指标。 (3) 毒性
这里指的是对吸收剂的毒性，即产生沉淀、使吸收剂分解、 或生成不可还原的产物等。 (4) 能耗
kPa；A是与温度和压力有关的一个常数。
此式适合于任何浓度的电解质溶液和很低浓度的非电解质溶液。
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3.3.1 物理溶解时的相平衡
对式(3-11)，在理想溶液时，A=0，于是：
fˆiG Hixi
在低压下，可用平衡分压 pei取代 f i ，得到亨利定律的表达形式：
peiHixi
再以浓度取代摩尔分率：