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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