化工原理-5章气体吸收

液两相的浓度呈连续变化。如填
溶剂
料塔。
溶剂
规整填料
散装填料
塑料丝网波纹填料 塑料鲍尔环填料
级式接触：气、液两相逐级接 触传质，两相的组成呈阶跃变 化。 如板式塔。
气体
气体
a 微分接触
b 级式接触
图9-2 填料塔和板式塔
5.1.3 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。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。
硫回收
低温 甲 醇洗
甲醇 醋酸
CO分离
醋酐
低温甲醇洗装置
原气料体器气热I/交合换成 新醇鲜储甲槽 锅冷炉却给器水
原料气 冷却器
补充泵
洗氨器 原料气 体/热合交成换气器
原料气 /交废换气器热
地下 废液罐
地下 吸收器 废液泵
II
C02 甲 醇 级 间冷却器
H进2料S-冷吸却收器器
合成气 原料气
原 凝物料 气 冷
yA 1 yA
KmolA/ KmolB
在计算比质量分数或比摩尔分数的数值时， 通常以在操作中不转移到另一相的组分作为 B组分。在吸收中，B组分是指吸收剂或惰 性气，A组分是指吸收质.
2．质量浓度与物质的量浓度
质量浓度是指单位体积混合物内所含物质的质量。对于A组分,有
A
mA V
kg / m3
对于气体混合物，在压强不太高、温度不太低的情况下，可视为理
EM s 83.318
第八章 吸收
三、吸收平衡线
表明吸收过程中气、液相平衡关系的图线称吸收平衡线。在吸收操作 中，通常用图来表示。
吸收平衡线
YA
1
mX A (1 m) X
A
YA mX A
5.2.3 相平衡关系在吸收过程中的应用
①判断吸收能否进行。由于溶解平衡是吸收进行的极限，所以，在一定 温度下，吸收若能进行，则气相中溶质的实际组成YA必须大于与液相中 溶质含量成平衡时的组成YA* ，即 YA>YA*， 。若出现YA<YA* 时，则过 程反向进行，为解吸操作。图中的A点，为操作（实际状态）点，若A点 位于平衡线的上方， YA>YA*，为吸收过程；A点在平衡线上， YA=YA*， 体系达平衡，吸收过程停止；当 A点位于平衡线的下方时，则YA<YA* ， 为解吸过程。
1．比质量分数与比摩尔分数 如果混合物是双组分气体混合物时
WA
mA mB
wA wB
wA 1 wA
KgA/ KgB
比质量分数与比摩尔分数的换算关系
WA
mA mB
nAM A nBM B
XA
MA MB
M组分的千摩尔质量，kg/kmol
XA
nA nB
xA xB
xA 1 xA
KmolA/ KmolB
YA
yA yB
② 确定吸收推动力。 显然， YA>YA*，是吸收进行的必要条件，而差值 △YA= YA-YA*， 则是吸收 过程的推动力，差值越大，吸收速率越大。
例：在常压及20℃下，测得氨在水中的平衡数据为：0.5gNH3/100gH2O 浓度为的稀氨水上方的平衡分压为400Pa，在该浓度范围下相平衡关系 可用亨利定律表示，试求亨利系数E，溶解度系数H，及相平衡常数m。 （氨水密度可取为1000kg/m3）
气体
气相扩散 液相扩散
5.1.1 吸收操作在化工生产中的应用
吸收操作是分离气体混合物的一种重要方法，是传 质过程中的一种形式，在化工生产中有广泛的应用。
吸收的应用包括： 1.原料气净化; 2.回收混合气体中的有用组分。 3.制备气体的溶液作为产品; 4.环境保护，综合利用;
1.原料气净化 氨合成原料气中的CO2用乙醇胺水溶液吸收，以防止氨合 成催化剂中毒.
某些气体水溶液的亨利系数值（E×10-6/kPa）
讨论：
1）E 的影响因素：溶质、溶剂、T。
物系一定， T E 2）E 大，溶解度小，难溶气体
E 小，溶解度大，易溶气体 3）对于理想溶液，E即为该温度下的饱和蒸汽压 4）E 的来源：实验测得；查手册
二、亨利定律的其他表达形式 由于互成平衡的气、液两相组成各可采用不同的表示法，
废甲醇 补充甲醇
图例 备注
气体 水/蒸汽 液体 热功率 流号
来自煤项目的甲醇洗 装 工置 艺情 流况 程： 图基本情况
2.回收混合气体中的有用组分
洗油处理焦炉气以回收煤气中的苯。
洗油 脱苯煤气
加
热
含苯煤气
器
冷 却 器
苯 水 过热蒸汽
吸收与解吸流程
3.制备气体的溶液作为产品
将气体中需要的成份以指定的溶剂吸收出来，成为液态的产品或 半成品，如：从含HCl气体中盐酸 ，硫酸吸收SO3制浓硫酸，水 吸收甲醛制福尔马林液。
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。
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。
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。
气液两相的接触方式
连续接触(也称微分接触)：气、
H2(CO2)
低温甲醇洗工艺是德国Linde公司和Lurgi公司共同开发的一种酸性气体 净化工艺。该工艺采用物理吸收法，以甲醇作为酸性气体吸收液，利用 其在-60℃左右的低温下对酸性气体溶解度极大的物理特性，选择性地 吸收原料气中的H2S,CO2及各种有机硫等杂质。
煤制甲醇的生产工艺
空分 气化
水煤浆
pA pyA
cA
nA V
pA RT
课本例题
5.2.1 气体在液体中的溶解度
吸收的相平衡关系，是指气液两相达到平衡时，被吸收的组分（吸收 质）在两相中的浓度关系，即吸收质在吸收剂中的平衡溶解度。
气体溶解度曲线
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。
例： 1atm下，浓度为0.02（摩尔分数）的稀氨水在20℃时 氨的平衡分压为1.666kPa，其相平衡关系服从亨利定律， 氨水密度可近似取1000kg/m3。 求：E、 m 、 H 。
解： 已知：P 1atm 101.3kPa, x 0.02
pe 1.666kPa, ρS 1000kg/m3
WA
mA mB
wA wB
wA 1 wA
XA
nA nB
xA xB
xA 1 xA
xA
XA 1 X
A
WA
mA mB
nAM A nBM B
XA
MA MB
质量浓度与物质的量浓度
气液相平衡关系
YA
yA yB
yA 1 yA
yA
YA 1 YA
A
mA V
cA
nA V
PA RT
平衡状态 饱和浓度 平衡分压
工业操作原则：
氧气等为难溶气体，氨气等为易溶气体
工业操作： 加压和降温对吸收操作有利； 升温和减压则有利于解吸。
工业吸收过程
吸收和解吸
脱苯煤气 (<2g /m3)
洗油（常温） （170℃）
冷凝器
苯
吸
加
冷解
收 塔
热 器
却吸 器塔
水
含苯煤气 (~35g /m3)
富油
贮液槽
过热蒸汽
贮液槽
5.2.2 亨利定律
一、亨利定律
吸收速率=解吸速率
饱和浓度：平衡时溶质在液相中的浓度。
平衡分压：平衡时气相中溶质的分压，用 p A表 示
讨论：
（1）分压一定，温度下降，在同一溶剂中，溶质的溶解度x
随之增加，有利于吸收 。
（2）温度一定，分压增加，在同一溶剂中，溶质的溶解度x随
之增加，有利于吸收 。
（3）相同的总压及摩尔分率， cO2 < cCO2 < cSO2 < cNH3
M 剂 ——溶剂的千摩尔质量，kg/kmol。
②用摩尔分数表示
yA
E p
xA
mx A
m-相平衡常数
m E p m值越大，表明该气体的溶解度越小。
③用比摩尔分数表示
YA m X A
1 YA
1 XA
YA
1
mX A (1 m) X
A
当溶液很稀时，XA很小，则 YA mX A
比质量分数与比摩尔分数
吸收分离操作：利用混合气体中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，从而实现混合气体的分离。
吸收实质：
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
气相主体 相界面 液相主体
y 界面
x
xi yi
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。
本章主要讨论单组分、等温的物理吸收过程。
第二节 气液相平衡xA来自XA 1 XA
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