2吸收基本理论文档.ppt

吸收基本理论 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，是与吸收相反的过程， 即溶质从液相中分离而转移到气相的过程。 吸收质或溶质：易溶解 组分（A）。 惰性气体或载体：不溶 或难溶组分(B)。 吸收剂：所用的溶剂 （S）。 吸收液：得到的溶液， 主要为A+S。 吸收尾气：吸收后排出 的气体，主要为B和 少量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 3、吸收分离操作的分类 物理吸收与化学吸收： H2O吸收CO2 （单纯溶解） NaOH溶液吸收CO2 单组分吸收与多组分吸收： H2O吸收乙醇（单一组分） 液态烃吸收气态烃 等温吸收与非等温吸收： H2O吸收丙酮（温度不变） 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、 吸收的特征 分离基础：溶解度差异 引入新相的方式：从外界引入 产品纯度：吸收不能直接获得较纯的组分。 传质方向：吸收只进行单向传质 §1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。 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 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。 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 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。 3、溶解度曲线与溶解性： （1）对于同一种气体，分压一定时，温度T越高，溶解度越小。 （2）对于同一种气体，温度T一定时，分压P越大，溶解度越大。。 （3）吸收剂、温度T、P一定时，不同物质的溶解度不同。 易溶（NH3）；中等（SO2）；难溶（O2）。 （4）温度、溶液的浓度一定时，难溶物质溶液上方分压大。 亨利定律 体系：单组分、低浓、恒温、物理吸收。 总压P5×105Pa，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=f(T)。 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： 2)x~y(溶质在气液两相中的组成)： 总压P，pA*=PyA*=ExA 3)X~Y（摩尔比） 【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。 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。 相平衡关系在吸收过程中的应用 （1）判断传质进行的方向 （2）确定传质的推动力 （3）指明传质过程进行的极限 §3 吸收塔计算——填料塔 板式塔：逐级接触； 填料塔：连续(微分)接触 填料中很大的空隙，提供曲径→湍动↑，表面形成液膜→表面积↑；可逆流或并流操作，但一般采用逆流：提高出塔吸收液浓度和降低尾气浓度。 计算内容：吸收剂用量、塔的工艺尺寸等。 吸收塔的物料衡算及操作线方程 1.物料衡算 稳定、逆流 下标“1”—— 塔底（浓端）； 下标“2”—— 塔顶（稀端）； V —— B的摩尔流率，kmol/s； L —— S的摩尔流率，kmol/s； Y —— 气相中A的摩尔比； X —— 液相中A的摩尔比。 V 和Y1 由吸收任务规定， 吸收剂流量L和组成X2 由工艺条