浙大化工原理第九章-气体吸收-第一次课.ppt

《化工原理》 任课教师：周勇 Dr. Zhou Yong Principles of Chemical Engineering 第九章 气 体 吸 收Gas Absorption 概述（Introduction） 吸收的目的 1.回收有用物质； 用98%的硫酸吸收SO3气体制取98%硫酸。 用洗油从煤气中回收粗苯等。 2.除去有害成分。 包括原料气净化，尾气、废气的净化。 用水或碱液脱除合成氨原料气中的二氧化碳。 燃煤锅炉烟气、冶炼废气等脱SO2等。 实际过程往往同时兼有净化与回收双重目的。 什么是吸收？ 利用气体混合物中各组分在液体溶剂中溶解度的差异来分离气体混合物的操作称为吸收。 SO3 + N2,O2 N2,H2 + CO2,SO2 概述（Introduction） 吸收操作的分类 物理吸收：气体各组分因在溶剂中溶解度的不同而被分离的吸收操作。 化学吸收：利用化学反应而实现的吸收操作。 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。 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。 概述（Introduction） 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。 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。 概述（Introduction） 吸收操作实例 乙醇胺水溶液吸收二氧化碳气体 吸收操作须解决的问题 （1）选择合适的溶剂 （2）提供适当的传质设备 （3）溶剂的再生 （1）溶解度大　溶剂用量少，设备尺寸较小。 （2）选择性高　对待吸收组分的溶解度大，其余组分的溶解度小。 （3）对温度的变化比较敏感，便于溶剂的再生。 （4）蒸汽压低 以减少吸收和再生过程的溶剂挥发损失。 （5）较好的化学稳定性 以免使用过程中发生变质。 （6）粘度小 有利于气液接触与分散，提高吸收速率； （7）廉价、易得、无毒、不易燃易爆等。 吸收剂的选择 概述（Introduction） 概述（Introduction） 吸收操作的经济性 吸收的操作费用： （1）流动能耗； （2）溶剂损耗； （3）溶剂的再生费用，即解吸操作费。 三者中尤以再生费用所占比例最大。 常用解析方法： 升温、减压、吹气，升温和吹气常同时进行。 概述（Introduction） 气液两相的接触方式 连续接触（微分接触）： 气、液两相的浓度呈连续变化。如填料塔。 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。 溶剂 a 微分接触 气体 b 级式接触 溶剂 气体 吸收过程的气液相平衡关系 吸收剂 气体 y x 界面 气相主体 液相主体 相 界 面 气相扩散 液相扩散 yi xi 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。 吸收过程涉及的主要问题有：物质传递的方向和限度；传质的推动力；传质速率。 吸收过程的气液相平衡关系 气液相平衡关系 相律 F=C-?+2 自由度 = 3 即在温度、压力和气、液相组成四个变量中，有三个独立变量。 气液两相达平衡时，溶质组分在两相中的浓度服从某种确定的关系，即相平衡关系。 对单组分吸收，相数 = 2，组分数 = 3（溶质A、惰性组分B、溶剂S） 在温度和压力一定条件下，只有一个独立变量，即平衡时气、液相组成具有一一对应关系——相平衡。 溶解度/[g(NH3)/1000g(H2O)] 1000 500 0 20 40 60 80 100 120 pNH3/kPa 50 oC 40 oC 30 oC 20 oC 10 oC 0 oC 120 溶解度/[g(SO2)/1000g(H2O)] 250 200 0 20 40 60 80 100 pSO2/kPa 150 100 50 120 50 oC 40 oC 30 oC 20 oC 10 oC 0 oC 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）。 吸收过程的气液相平衡关系 溶解度曲线：在一定温度、压力下，平衡时溶质在气相中的分压 p*与液相中浓度的关系曲线。 稀溶液的溶解度曲线通常近似地为一直线，此时溶质组分在气相中的分压与其在溶液中的