化工原理-PPT-气体吸收.ppt

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化工与材料工程学院-DepartmentofChemicalandMaterialsEngineering第五章气体吸收第五章气体吸收GasAbsorption化工与材料工程学院-DepartmentofChemicalandMaterialsEngineering化工生产中所处理的原料、中间产品、粗产品等几乎化工生产中所处理的原料、中间产品、粗产品等几乎都是混合物，而大部分是都是混合物，而大部分是均匀物系均匀物系。

为进一步加工和使用，常需要将这些混合物分离为纯为进一步加工和使用，常需要将这些混合物分离为纯净或几乎净或几乎纯态纯态的物质。

的物质。

对于均相物系必须要造成一个两相物系，利用原物系对于均相物系必须要造成一个两相物系，利用原物系中各组分间某种中各组分间某种物性的差异物性的差异，而使其中某个组分（或某些组，而使其中某个组分（或某些组分）从一相转移到另一相，以达到分离的目的。

分）从一相转移到另一相，以达到分离的目的。

物质在相间转移的过程称为物质在相间转移的过程称为物质传递过程物质传递过程（简称简称为为传传质过程质过程）。

）。

化学工业中常见的传质过程有化学工业中常见的传质过程有蒸馏蒸馏、吸收吸收、干燥干燥、萃萃取取和和吸附吸附等单元操作。

等单元操作。

化工与材料工程学院-DepartmentofChemicalandMaterialsEngineering5.1概述（Introduction）利用混合气体中各组分（component）在某液体溶剂中的溶解度（solubility）的差异而分离气体混合物的单元操作称为吸收。

吸收操作时某些易溶组分进入液相形成溶液（solution），不溶或难溶组分仍留在气相（gasphase），从而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、在气相和液相内由浓度差推动的传质过程。

吸收剂体气yx界面相主体气液相主体相界面相散气扩液相散扩yixi化工与材料工程学院-DepartmentofChemicalandMaterialsEngineering概述概述（Introduction）吸收质或溶质（solute）：

混合体气中的溶解分，以组A表示。

惰性气体（inertgas）或载体：

不溶或溶分，以难组B表示。

吸收剂（absorbent）：

吸收操作中所用的溶，以剂S表示。

吸收液（strongliquor）：

吸收操作后得到的溶液，主要成分溶为剂S和溶质A。

吸收尾气（dilutegas）：

吸收后排出的体，主要成分惰性体气为气B和少量的溶质A。

吸收程在过吸收塔中行，进逆流操作吸收塔示意如右所示。

图吸收塔混合尾气混合尾气（A+B）吸收液吸收液（A+S）吸收剂吸收剂（S）吸收尾气吸收尾气（A+B）化工与材料工程学院-DepartmentofChemicalandMaterialsEngineering一、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溶液，用水吸收氯化氢制盐酸等。

（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。

例如石油馏分裂解生产出来的乙烯、丙烯还与氢、甲烷等混在一起，可用分子量较大的液态烃把乙烯、丙烯吸收，使与甲烷、氢分离开来。

（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。

化工与材料工程学院-DepartmentofChemicalandMaterialsEngineering1.根据溶质与溶剂是否反应：

物理吸收和化学吸收2.根据热效应：

非等温吸收和等温吸收3.根据被吸收溶质的数目：

单组分吸收和多组分吸收4.根据操作压力：

常压吸收和加压吸收5.根据溶质的浓度不同：

低浓度吸收和高浓度吸收BA惰性气体溶质气相SA吸收剂溶质液相二、吸收操作分类化工与材料工程学院-DepartmentofChemicalandMaterialsEngineering物理吸收（physicalabsorption）：

吸收程溶溶不生著的过质与剂发显化反，可的体溶解于液相的程。

如用水吸收二化学应视为单纯气过氧、用水吸收乙醇或丙醇蒸汽、用洗油吸收芳等。

碳烃化学吸收（chemicalabsorption）：

溶溶有著的化反生。

质与剂显学应发如用化或酸溶液吸收二化、用稀硫酸吸收等程。

氢氧钠碳钠氧碳氨过化反能大大提高位体液体所能吸收的体量加快吸收速率。

学应单积气并但溶液解吸再生。

较难单组分吸收：

混合体中只有一分被液相吸收，其余分因溶解气单组组度甚小其吸收量可忽略不。

计多组分吸收：

有或以上分被吸收。

两个两个组非等温吸收：

体系度生明化的吸收程。

温发显变过等温吸收：

体系度化不著的吸收程。

温变显过低浓度吸收：

溶在液相中的摩尔分不超质气两数过0.1。

本章主要研究：

常压、等温、单组分、低浓度物理吸收化工与材料工程学院-DepartmentofChemicalandMaterialsEngineering水水粗苯粗苯水水直接蒸汽直接蒸汽焦炉煤气焦炉煤气脱苯煤气脱苯煤气贫油贫油富油富油吸吸收收塔塔解解吸吸塔塔换换热热器器冷冷却却器器冷却冷却-冷凝冷凝器器吸收液贮槽吸收液贮槽脱吸液贮槽脱吸液贮槽从焦炉煤气中回收粗苯的流程示意图从焦炉煤气中回收粗苯的流程示意图三、吸收的流程化工与材料工程学院-DepartmentofChemicalandMaterialsEngineering从合成氨原料气中回收从合成氨原料气中回收CO2的流程的流程化工与材料工程学院-DepartmentofChemicalandMaterialsEngineering必须解决问题：

必须解决问题：

1、选择合适的吸、选择合适的吸收剂（收剂（溶剂溶剂）；）；2、提供合适的气、提供合适的气液传质液传质设备设备；3、吸收剂的、吸收剂的再生再生循环使用。

循环使用。

吸收塔解吸塔工业吸收过程工业吸收过程吸收剂应具有的特点：

溶解度：

大敏感性：

好选择性：

高蒸汽压：

低（不易挥发，减少溶剂损失，避免在气体中引入新的杂质）粘度：

低（利于传质及输送）比热：

小（再生时耗热量小）发泡性：

低（以免过分限制气速而增大塔的体积）腐蚀性：

低（减少设备费和维修费）安全性：

好（避免易燃易爆）经济性：

易得到、易再生T、p，有利于吸收；T、p，有利于解吸四、溶剂选择化工与材料工程学院-DepartmentofChemicalandMaterialsEngineering5.2吸收过程的相平衡关系吸收过程的相平衡关系气体吸收是一种典型的气体吸收是一种典型的相际间的传相际间的传质质过程，气液相平衡关系是研究气体吸收过过程，气液相平衡关系是研究气体吸收过程的基础，该关系通常用气体在液体中的程的基础，该关系通常用气体在液体中的溶溶解度解度及及亨利定律亨利定律表示。

表示。

化工与材料工程学院-DepartmentofChemicalandMaterialsEngineering5.2.1气体在液体中的溶解度气体在液体中的溶解度气体溶解示意图气体溶解示意图如果把氨气和水共同封存在容器中，令体系的压力和温度维持一定，由于氨易溶于水，氨的分子便穿越两相界面进入水中，但进到水中的氨分子也会有一部分返回气相，只不过刚开始的时候进多出少。

水中溶解的氨量越多，浓度越大，氨分子从溶液逸出的速率也就越大，直到最后，氨分子从气相进入液相的速率便等于它从液相返回气相的速率，氨实际上便不再溶解进水里，溶液的浓度也就不再变化，这种状态称为相际动平衡，简称相平衡或平衡。

化工与材料工程学院-DepartmentofChemicalandMaterialsEngineering气体的溶解度气体的溶解度在温度和压力一定的条件下，平衡时的气、液相组成具有一一对应关系。

平衡状态下气相中溶质的分压称为平衡分压或饱和分压，与之对应的液相浓度称为平衡浓度或气体在液体中的溶解度。

这时溶液已经饱和，即达到了它在一定条件下的溶解度，也就是指气体在液相中的饱和浓度，习惯上以单位质量（或体积）的液体中所含溶质的质量来表示，也表明一定条件下吸收过程可能达到的极限程度。

在一定温度下达到平衡时，溶液的浓度随气体压力的增加而增加。

如果要使一种气体在溶液中里达到某一特定的浓度，必须在溶液上方维持较高的平衡压力。

气体的溶解度与温度有关，一般来说，温度下降则气体的溶解度增高。

气体的溶解度气体的溶解度1.对同一溶质，在相同的气相分压下，溶解度随温度升高而减小；对同一溶质，在相同的气相分压下，溶解度随温度升高而减小；2.对同一溶质，在相同的温度下，溶解度随气相分压的升高而增大。

对同一溶质，在相同的温度下，溶解度随气相分压的升高而增大。

加压加压和和降温降温有利于吸收操作，反之，有利于吸收操作，反之，减压减压和和升温升温有利于解吸操作有利于解吸操作。

化工与材料工程学院-DepartmentofChemicalandMaterialsEngineering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。

溶解度/g（NH3）/1000g（H2O）1000500020406080100120pNH3/kPa50oC40oC30oC20oC10oC0oC120溶解度/g（SO2）/1000g（H2O）250200020406080100pSO2/kPa1501005012050oC40oC30oC20oC10oC0oC在相同条件下，NH3在水中的溶解度较SO2大得多。

用水作吸收剂时，称NH3为易溶气体，SO2为中等溶解气体，溶解度更小的气体则为难溶气体（如O2在30和溶质的分压为40kPa的条件下，1kg水中溶解的质量仅为0.014g）。

5.2.2亨利定律（Henryslaw）当总压不太高时，一定温度下的稀溶液的溶解度曲线近似为直线，即溶质在液相中的溶解度与其在气相中的分压成正比。

式中：

p*溶质在气相中的平衡分压，kPa；x溶质在液相中的摩尔分数；E亨利系数，kPa。

ExpA*亨利定律亨利系数的值随物系的特性及温度而异；物系一定，E值一般随温度的上升而增大；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；E的单位与气相分压的压强单位一致。

化工与材料工程学院-DepartmentofChemicalandMaterialsEngineering亨利定律其它表示方法当气、液相溶质浓度用其它组成表示法表示时，通过浓度换算可得其它形式的亨利定律。

常用的形式有：

cA溶质在液相中的摩尔浓度，kmol/m3；H溶解度系数；kmol/（m3kPa），随温度升高而减小，易溶气体的H值很大，而难溶气体的H值很小。

AAcHp1*

（1）气相组成用溶质）气相组成用溶质A的分压的分压PA*,液相组成用物质的浓度液相组成用物质的浓度cA表示：

表示：

溶解度系数可视为在一定温度下溶质气体分压为溶解度系数可视为在一定温度下溶质气体分压为1kPa的平衡浓度。

的平衡浓度。

化工与材料工程学院-DepartmentofChemicalandMaterialsEngineeringy*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，m值越大，表明该气体的溶解度越小；mxy*

（2）气、液相组成分别用溶质）气、液相组成分别用溶质A的摩尔分数的摩尔分数y、x表示：

表示：

化工与材料工程学院-DepartmentofChemicalandMaterialsEngineering三个比例系数之间的关系：

（1）H