化工单元操作-气体吸收.ppt

?项目一 概述 一. 吸收的基本定义 二. 吸收操作的用途 三. 吸收操作的分类 四. 气液两相的接触方式 五. 吸收剂的选择 吸收：利用混合气体中各组分在液体中溶解度的差异而分离气体混合物的单元操作。 吸收质或溶质：混合气体中的溶解组分（A） 惰性气体或载体：不溶或难溶组分（B) 吸收剂：吸收操作中所用的溶剂(S) 吸收液：吸收操作后得到的溶液(A+S) 吸收尾气：吸收操作中所排出的气体（B+S） 二、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，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。 三、吸收操作的分类 物理吸收：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。如油吸收苯，水吸收CO2、SO2等。 化学吸收：溶质与溶剂有显著的化学反应发生。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。 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收。 溶解热：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。 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。 五、溶剂的选择 吸收操作的成功与否在很大程度上决定于溶剂的性质，选择吸收剂时一般应考虑以下几点： ①溶剂应对被分离组分（溶质）有较大的溶解度。处理一定量混合气体所需溶剂量减少，气体中溶质的极限残余浓度亦可降低。 ②溶剂对混合气体中其他组分的溶解度要小，即应具备较高的选择性。若溶剂的选择性不高，将同时吸收混合物中的其他组分，只能实现组分间某种程度的增浓而不能实现较为完全的分离。 ③溶质在溶剂中的溶解度应对温度的变化比较敏感，即不仅在低温下溶解度要大，平衡分压要小，而且随着温度升高，溶解度应迅速下降，平衡分压应迅速上升。这样，被吸收的气体容易解吸，溶剂再生方便。 项目二 气液相平衡 例：某吸收塔处理焦炉气量为1200 m3/h，焦炉气中含苯117 kg，塔内操作压力为108 kPa，操作温度为25 ℃。试求焦炉气中苯的摩尔分数和摩尔比。 二. 气体在液体中的溶解度 1. 气-液相平衡关系 吸收的相平衡关系：气液两相达到平衡后，被吸收组分（吸收质）在两相中的组成关系。 平衡状态：一定压力和温度，一定量的吸收剂与混合气体充分接触，气相中的溶质向溶剂中转移，长期充分接触后，液相中溶质组分的浓度不再增加，此时气液两相达到平衡。 内涵：此时并非没有溶质分子继续进入液相，只是任何瞬间进入液相的溶质分子数与从液相逸出的溶质分子数恰好相等，在宏观上过程就象是停止了。 平衡状态下，溶液上方气相中溶质的分压称为当时条件下的平衡分压；而液相中所含溶质的组成，称为当时条件下气体在液体中的平衡溶解度(溶解度)。 三、气液相平衡关系—亨利定律 (3)当溶质在两相中的组成分别用比摩尔分数表示（Y-X） 吸收是溶质从气相向液相转移的传质过程，通过扩散实现，因此 传质过程又称扩散过程。 c.对流扩散 与传热中的对流传热类似，对流扩散就是湍流主体与相界面之间的涡流扩散和分子扩散两种传质作用过程。对流扩散速率比分子扩散速率大得多，对流扩散主要取决于流体的湍流程度。 将一勺砂糖投于杯水中，片刻后整杯的水都会变甜，这就是分子扩散的结果。若用勺搅动杯中水，则将甜得更快更均匀，那便是对流传质的结果。 2. 吸收机理—双膜理论 3. 吸收速率方程式 吸收设备中进行的传质过程为吸收过程，其传质速率即为吸收速率，所对应的传质速率方程即为吸收速率方程。 a. 气膜吸收速率方程式 b. 液膜吸收速率方程式 c. 相界面的浓度 ?项目三 吸收过程的计算 全塔物料衡算——操作线方程 吸收剂用量的决定 例：在一填料塔内，用洗油来吸收焦炉气中的苯。已知混合气体处理量为1500 m3/h，进塔气体中苯的体积分率为5%，吸收率为80%。洗油用量为120 kmol/h。塔的操作压力为101.33 kPa，操作温度为25 ℃，气液两相逆流流动，试求塔底洗油出口组成（进塔洗油中不含苯） 。 气体进塔组成 y1 = 0.