分离工程(黄国文)第四章 吸收与解吸6108页PPT
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Na2CO3(K2CO3)＋CO2 ＋H2O = Na2HCO3
• 溶质 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。 • 吸收温度 非等温吸收 ：体系温度发生明显变化的吸收过程。 等温吸收：体系温度变化不显著的吸收过程。 ➢ 溶解热：
H：溶质在溶液中的亨利系数；
P、Pa：系统总压和纯溶剂的饱和蒸汽压。
4.2.2 有化学反应的气体溶解 亨利定律不适用化学吸收的相平衡，化学吸收的气液平衡，
既要服从溶解时的相平衡又要服从化学反应时的相平衡关系.
则反应平衡常数为：
对理想溶液，γ i = 1，其相平衡常数为： (wenku.baidu.com-9)
(4-8)
因为溶解平衡关系服从亨利定律： (4-10)
吸收液(absorption liquor)：吸收操作后得到的溶
液，主要成分为溶剂S和溶质A。
吸收尾气
吸收尾气(dilute gas)：吸收后排出的气体，主要成 (A+B)
分为惰性气体B和少量的溶质A。
解吸或脱吸(desorption)：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。
待吸收气 (A+B)
剂则再送回吸收塔内循环使用。
➢ 吸收剂的选择
良好的吸收剂对吸收过程至关重要。但受多种因素制约，工业 吸收过程吸收剂的选择范围也是很有限的，一般视具体情况按 下列原则选择： (1) 对溶质有较大的溶解度：溶解度↑，溶剂用量↓，溶剂再生 费用↓；溶解度↑，对一定的液气比，吸收推动力↑，吸收传质 速率↑，完成一定的传质任务所需设备尺寸↓； (2) 良好的选择性：即对待吸收组分的溶解度大，其余组分溶 解度度小； (3) 稳定不易挥发，以减少溶剂损失； (4) 粘度低，有利于气液接触与分散，提高吸收速率； (5) 无毒、腐蚀性小、不易燃、价廉等。
➢ 吸收操作的用途： (1) 制取产品：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；水吸收甲醛制福尔马林液；氨水 吸收CO2制碳酸氢氨等。 (2) 分离混合气体：吸收剂选择性地吸收气体中某些组分以 达到分离目的。如从焦炉气或城市煤气中分离苯，从乙醇催 化裂解气中分离丁二烯等。 (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；另一类是尾气处 理和废气净化以保护环境，如燃煤锅炉烟气，冶炼废气等脱 除SO2，硝酸尾气脱除NO2等。
吸收剂(S)
吸 收 塔
吸收液 (A+S)
吸收分离操作：利用混合气体中各组分(component) 在液体中溶解度(solubility)差异或化学反应，使某些 易溶组分进入液相形成溶液(solution)，不溶或难溶 组分留在气相(gas phase)，实现混合气体的分离。
气体吸收是混合气体 中某些组分在气液相 界面上溶解、以气相 和液相内平衡蒸汽压 差为推动力的传质过 程。
3. 稀溶液。
普遍化的亨利定律: 基准态：
代入：
(4-2)
或 (4-5)
(4-5)
亨利常数H不仅与溶剂、溶质的性质和系统T有关，而且还 与系统p有关。在低压下，溶质组分的逸度近似等于它在气 相中的分压，亨利常数不随压力而改变。
高压下气体的溶解度
(4-4)
VL m ,2
：溶质2在溶液中的偏摩尔体积；
低压下（<5×105 Pa）气体在液体中的溶解度可以用亨利定律
表示：
式中:
p2=H·x2 (4-6) p2---溶质在气相中的平衡分压, Pa； x2---溶质在液相中的摩尔分率（溶解度）； H---享利系数，Pa
公式的适用条件：
1. 溶质气体的分压为常压；
2. 溶质溶解于溶剂时不发生解离、缔合或化学反应；
（1）吸收和解吸流程
➢ 吸收的分类： • 溶质与溶剂的相互作用 物理吸收(physical absorption)：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。
CO2 ＋ H2O ＝H2CO3 HCl(g)＋ H2O＝ HCl (L) 化学吸收(chemical absorption)：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。
用(4-9)解出CA ，带入上式得： (4-11)
⇨ 化学吸收时的平衡分压低于物理吸收的平衡分压,即 化学吸收的溶解度大。
4.3 吸收和解吸过程
吸收和解吸过程流程 吸收剂与被吸收的易溶组分一起从吸收塔底排出后，
一般要把吸收剂与易溶组分分离开，即解吸过程。 解吸过程可采用的一般方法： 加热升温；减压闪蒸；精馏解吸。 分离后易溶组分单独作为一种气体产品送出，而吸收
4.2 气（汽）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。 汽液相平衡：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，但相平衡原理是相同的：
(4-1)
4.2.1 物理吸收的相平衡
➢ 亨利定律 (Henry Henry’ s law)
4.1 概述 4.2 气液相平衡 4.3 吸收和解吸过程 4.4 多组分吸收和解吸的简捷计算法 4.5 化学吸收
4.1 概述
➢ 基本概念
吸收质或溶质(solute)：混合气体中的溶解组分，以A表示。
惰性气体(inert gas)或载体：不溶或难溶组分，以B表示。
吸收剂( absorbent)：吸收操作中所用的溶剂，以S表示。
气体溶解于液体时所释放的热量。化学吸收时，还会有反应热.
➢ 传质理论
吸收过程，溶质A由气相传到液相。
分子扩散—分子热运动引起的相互碰撞；
对流—外力下发生的主体流动，如： Δp、 Δ等；
湍流混合—宏观流体微团或旋涡在惯性力作用下的位移。
➢ 传质速率
以双膜论为例:
双膜理论认为在气液界面两侧分 别存在气膜和液膜，传质阻力集 中在气膜和液膜，界面无阻力。 而气液主体的浓度均匀。气膜和 液膜的厚度与流体湍动有关。
• 溶质 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。 • 吸收温度 非等温吸收 ：体系温度发生明显变化的吸收过程。 等温吸收：体系温度变化不显著的吸收过程。 ➢ 溶解热：
H：溶质在溶液中的亨利系数；
P、Pa：系统总压和纯溶剂的饱和蒸汽压。
4.2.2 有化学反应的气体溶解 亨利定律不适用化学吸收的相平衡，化学吸收的气液平衡，
既要服从溶解时的相平衡又要服从化学反应时的相平衡关系.
则反应平衡常数为：
对理想溶液，γ i = 1，其相平衡常数为： (wenku.baidu.com-9)
(4-8)
因为溶解平衡关系服从亨利定律： (4-10)
吸收液(absorption liquor)：吸收操作后得到的溶
液，主要成分为溶剂S和溶质A。
吸收尾气
吸收尾气(dilute gas)：吸收后排出的气体，主要成 (A+B)
分为惰性气体B和少量的溶质A。
解吸或脱吸(desorption)：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。
待吸收气 (A+B)
剂则再送回吸收塔内循环使用。
➢ 吸收剂的选择
良好的吸收剂对吸收过程至关重要。但受多种因素制约，工业 吸收过程吸收剂的选择范围也是很有限的，一般视具体情况按 下列原则选择： (1) 对溶质有较大的溶解度：溶解度↑，溶剂用量↓，溶剂再生 费用↓；溶解度↑，对一定的液气比，吸收推动力↑，吸收传质 速率↑，完成一定的传质任务所需设备尺寸↓； (2) 良好的选择性：即对待吸收组分的溶解度大，其余组分溶 解度度小； (3) 稳定不易挥发，以减少溶剂损失； (4) 粘度低，有利于气液接触与分散，提高吸收速率； (5) 无毒、腐蚀性小、不易燃、价廉等。
➢ 吸收操作的用途： (1) 制取产品：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；水吸收甲醛制福尔马林液；氨水 吸收CO2制碳酸氢氨等。 (2) 分离混合气体：吸收剂选择性地吸收气体中某些组分以 达到分离目的。如从焦炉气或城市煤气中分离苯，从乙醇催 化裂解气中分离丁二烯等。 (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；另一类是尾气处 理和废气净化以保护环境，如燃煤锅炉烟气，冶炼废气等脱 除SO2，硝酸尾气脱除NO2等。
吸收剂(S)
吸 收 塔
吸收液 (A+S)
吸收分离操作：利用混合气体中各组分(component) 在液体中溶解度(solubility)差异或化学反应，使某些 易溶组分进入液相形成溶液(solution)，不溶或难溶 组分留在气相(gas phase)，实现混合气体的分离。
气体吸收是混合气体 中某些组分在气液相 界面上溶解、以气相 和液相内平衡蒸汽压 差为推动力的传质过 程。
3. 稀溶液。
普遍化的亨利定律: 基准态：
代入：
(4-2)
或 (4-5)
(4-5)
亨利常数H不仅与溶剂、溶质的性质和系统T有关，而且还 与系统p有关。在低压下，溶质组分的逸度近似等于它在气 相中的分压，亨利常数不随压力而改变。
高压下气体的溶解度
(4-4)
VL m ,2
：溶质2在溶液中的偏摩尔体积；
低压下（<5×105 Pa）气体在液体中的溶解度可以用亨利定律
表示：
式中:
p2=H·x2 (4-6) p2---溶质在气相中的平衡分压, Pa； x2---溶质在液相中的摩尔分率（溶解度）； H---享利系数，Pa
公式的适用条件：
1. 溶质气体的分压为常压；
2. 溶质溶解于溶剂时不发生解离、缔合或化学反应；
（1）吸收和解吸流程
➢ 吸收的分类： • 溶质与溶剂的相互作用 物理吸收(physical absorption)：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。
CO2 ＋ H2O ＝H2CO3 HCl(g)＋ H2O＝ HCl (L) 化学吸收(chemical absorption)：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。
用(4-9)解出CA ，带入上式得： (4-11)
⇨ 化学吸收时的平衡分压低于物理吸收的平衡分压,即 化学吸收的溶解度大。
4.3 吸收和解吸过程
吸收和解吸过程流程 吸收剂与被吸收的易溶组分一起从吸收塔底排出后，
一般要把吸收剂与易溶组分分离开，即解吸过程。 解吸过程可采用的一般方法： 加热升温；减压闪蒸；精馏解吸。 分离后易溶组分单独作为一种气体产品送出，而吸收
4.2 气（汽）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。 汽液相平衡：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，但相平衡原理是相同的：
(4-1)
4.2.1 物理吸收的相平衡
➢ 亨利定律 (Henry Henry’ s law)
4.1 概述 4.2 气液相平衡 4.3 吸收和解吸过程 4.4 多组分吸收和解吸的简捷计算法 4.5 化学吸收
4.1 概述
➢ 基本概念
吸收质或溶质(solute)：混合气体中的溶解组分，以A表示。
惰性气体(inert gas)或载体：不溶或难溶组分，以B表示。
吸收剂( absorbent)：吸收操作中所用的溶剂，以S表示。
气体溶解于液体时所释放的热量。化学吸收时，还会有反应热.
➢ 传质理论
吸收过程，溶质A由气相传到液相。
分子扩散—分子热运动引起的相互碰撞；
对流—外力下发生的主体流动，如： Δp、 Δ等；
湍流混合—宏观流体微团或旋涡在惯性力作用下的位移。
➢ 传质速率
以双膜论为例:
双膜理论认为在气液界面两侧分 别存在气膜和液膜，传质阻力集 中在气膜和液膜，界面无阻力。 而气液主体的浓度均匀。气膜和 液膜的厚度与流体湍动有关。