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1、第五章第五章有毒有害气体吸收净化法有毒有害气体吸收净化法 这一讲我们讨论吸收，什么叫吸收操作呢？做有机、无机这一讲我们讨论吸收，什么叫吸收操作呢？做有机、无机实验时，我们常用实验时，我们常用洗气瓶洗气瓶，洗去气体中的某个成份。如果要除去，洗去气体中的某个成份。如果要除去含酸的气体，我们在洗气瓶中装上碱液。这就是吸收的例子。含酸的气体，我们在洗气瓶中装上碱液。这就是吸收的例子。家庭主妇切洋葱时，常拌有刺眼气体产生。为了减轻家庭主妇切洋葱时，常拌有刺眼气体产生。为了减轻刺眼伤害，常在旁边放一盆水，可以减轻眼伤害。这就是刺眼伤害，常在旁边放一盆水，可以减轻眼伤害。这就是刺眼气体溶解于水，这就是吸收。
2、刺眼气体溶解于水，这就是吸收。切洋葱切洋葱 开碳酸饮料开碳酸饮料 当我们打开碳酸饮料瓶口时，就有气体冲出。这是气体当我们打开碳酸饮料瓶口时，就有气体冲出。这是气体的反溶解，这就是碳酸气的解吸。的反溶解，这就是碳酸气的解吸。焦化厂洗氨塔焦化厂洗氨塔 在焦化厂，焦炉气中含有多种气体，如在焦化厂，焦炉气中含有多种气体，如CO,CO2,H2,NH3，苯，苯等气体。工厂用清水喷淋溶解氨气，将氨气回收为氨水。这就等气体。工厂用清水喷淋溶解氨气，将氨气回收为氨水。这就是吸收。这是工厂的氨洗塔。是吸收。这是工厂的氨洗塔。吸收剂气体yx界面气相主体 液相主体 相界面气相扩散 液相扩散 yi xi 气气体体吸吸收
3、收是是混混合合气气体体中中某某些些组组分分在在气气液液相相界界面面上上溶溶解解、在在气气相相和和液液相相内内由由浓浓度度差差推推动的传质过程。动的传质过程。第一节第一节吸收法概述吸收法概述一、吸收概念一、吸收概念利用利用适当液体适当液体吸收（溶解）气体混合物中的吸收（溶解）气体混合物中的有关有关组分组分（有的还发生化学反应），以分离气体混合（有的还发生化学反应），以分离气体混合物的一种操作。物的一种操作。吸吸收收质质或或溶溶质质(solute)solute)：混混合合气气体体中中的的溶溶解解组分组分惰惰性性气气体体(inert inert gas)gas)或或载载体体：不不溶溶或或难难溶溶组组
4、分分吸收剂吸收剂(absorbent)absorbent)：吸收操作中所用的溶剂吸收操作中所用的溶剂吸吸收收液液(strong strong liquor)liquor)：吸吸收收操操作作后后得得到到的的溶液，主要成分为溶质和溶剂溶液，主要成分为溶质和溶剂。吸吸收收尾尾气气(dilute dilute gas)gas)：吸吸收收后后排排出出的的气气体体，主要成分为惰性气体和少量的溶质主要成分为惰性气体和少量的溶质。二、吸收的目的和依据：二、吸收的目的和依据：目的：目的：回收或捕获气体混合物中有用物质，制取回收或捕获气体混合物中有用物质，制取产品；产品；除去工艺气体中的有害成分，使气体净化，除去
5、工艺气体中的有害成分，使气体净化，以便进一步加工处理。以便进一步加工处理。依据：气体混合物中各组分在溶剂中溶解度依据：气体混合物中各组分在溶剂中溶解度不同不同例如分离氨气空气的混合物，可选例如分离氨气空气的混合物，可选择水做溶剂，因为氨水在水中的溶解度最大，择水做溶剂，因为氨水在水中的溶解度最大，而空气几乎不溶于水。而空气几乎不溶于水。气体吸收的工业应用气体吸收的工业应用净化或精制气体净化或精制气体 例：合成氨工艺中，合成气中的净化脱碳例：合成氨工艺中，合成气中的净化脱碳制取某种气体产品的液态产品制取某种气体产品的液态产品 例：用水吸收氯化氢气体制取盐酸例：用水吸收氯化氢气体制取盐酸回收混合气
6、体中所需的组分回收混合气体中所需的组分 例：用洗油处理焦炉气以回收其中的芳烃，硫酸例：用洗油处理焦炉气以回收其中的芳烃，硫酸回收焦炉气中的氨回收焦炉气中的氨工业废气的制理工业废气的制理 废气中含有二氧化硫、硫化氢、废气中含有二氧化硫、硫化氢、CO2等有害气体的等有害气体的脱除脱除三、溶剂（吸收剂）的选择三、溶剂（吸收剂）的选择对被分离组分（溶质）有对被分离组分（溶质）有较大的溶解度较大的溶解度对混合气体中其他组分的溶解度要小对混合气体中其他组分的溶解度要小较较高的选择性高的选择性溶质在溶剂中的溶解度应对溶质在溶剂中的溶解度应对温度的变化温度的变化比比较较敏感敏感，即低温下溶解度大，随着温度升高
7、，即低温下溶解度大，随着温度升高，溶解度应迅速下降溶解度应迅速下降被吸收的气体容易解吸，被吸收的气体容易解吸，溶剂再生方便。溶剂再生方便。蒸汽压要低，蒸汽压要低，不易挥发不易挥发减少溶剂在吸收减少溶剂在吸收和再生过程的损失；避免在气体中引入新的和再生过程的损失；避免在气体中引入新的杂质。杂质。应有应有较好的化学稳定性较好的化学稳定性以免使用过以免使用过程中发生变质；程中发生变质；应有应有较低的粘度较低的粘度，不易产生泡沫，不易产生泡沫实实现吸收塔内良好的气液接触和塔顶的气现吸收塔内良好的气液接触和塔顶的气液分离。液分离。应尽可能满足应尽可能满足价廉、易得、无毒、不价廉、易得、无毒、不易燃烧等易
8、燃烧等经济和安全条件。经济和安全条件。设设设设吸收剂吸收剂吸收剂吸收剂（或溶剂或溶剂或溶剂或溶剂），用），用），用），用S S S S表示；表示；表示；表示；溶质或吸收质溶质或吸收质溶质或吸收质溶质或吸收质，以以以以A A A A表示；表示；表示；表示；惰性气惰性气惰性气惰性气（不被吸收的组分）（不被吸收的组分）（不被吸收的组分）（不被吸收的组分），以，以，以，以B B B B表示。表示。表示。表示。三大三大l对对A和和B的溶解度差异要大的溶解度差异要大l对对A的溶解度要大的溶解度要大l对对A的溶解度在条件改变时变化要大的溶解度在条件改变时变化要大三小三小l挥发性小挥发性小l粘度小粘度小l腐蚀
9、小腐蚀小技术经济性技术经济性四四四四 物理吸收和化学吸收物理吸收和化学吸收物理吸收和化学吸收物理吸收和化学吸收 物理吸收物理吸收物理吸收物理吸收：吸收时溶质与溶剂不发生明显的化：吸收时溶质与溶剂不发生明显的化：吸收时溶质与溶剂不发生明显的化：吸收时溶质与溶剂不发生明显的化学反应，如洗油吸收苯，水吸收学反应，如洗油吸收苯，水吸收学反应，如洗油吸收苯，水吸收学反应，如洗油吸收苯，水吸收COCO2 2、SOSO2 2等。等。等。等。化学吸收化学吸收化学吸收化学吸收：吸收时溶质与溶剂或溶液中的其它：吸收时溶质与溶剂或溶液中的其它：吸收时溶质与溶剂或溶液中的其它：吸收时溶质与溶剂或溶液中的其它物质发生化
10、学反应。如物质发生化学反应。如物质发生化学反应。如物质发生化学反应。如COCO2 2在水中的溶解度甚低，在水中的溶解度甚低，在水中的溶解度甚低，在水中的溶解度甚低，但若用但若用但若用但若用K K2 2COCO3 3水溶液吸收水溶液吸收水溶液吸收水溶液吸收COCO2 2，则在液相中发生，则在液相中发生，则在液相中发生，则在液相中发生下列反应：下列反应：下列反应：下列反应：K K2 2COCO3 3+CO+CO2 2+H+H2 2O=2KHCOO=2KHCO3 3从而使从而使从而使从而使K K2 2CO3CO3水溶液具有较高的吸收水溶液具有较高的吸收水溶液具有较高的吸收水溶液具有较高的吸收COCO
11、2 2的能力。的能力。的能力。的能力。*作为化学吸收可被利用的化学反应一般都满足作为化学吸收可被利用的化学反应一般都满足作为化学吸收可被利用的化学反应一般都满足作为化学吸收可被利用的化学反应一般都满足以下条件：以下条件：以下条件：以下条件：可逆性。若该反应不可逆，溶剂将难以再生和循可逆性。若该反应不可逆，溶剂将难以再生和循可逆性。若该反应不可逆，溶剂将难以再生和循可逆性。若该反应不可逆，溶剂将难以再生和循环使用环使用环使用环使用较高的反应数率。若反应速率较慢，应研究加入较高的反应数率。若反应速率较慢，应研究加入较高的反应数率。若反应速率较慢，应研究加入较高的反应数率。若反应速率较慢，应研究加入
12、适当的催化剂以加快反应速率。适当的催化剂以加快反应速率。适当的催化剂以加快反应速率。适当的催化剂以加快反应速率。原料气AB吸收剂S尾气B(含微量A)溶液S+A气体吸收的原理吸吸收收塔塔形成两相体系的方法引入一液相（吸收剂）各组分在吸收剂中溶解度不同。分离物系气体混合物传质原理五五气体吸收的原理和流程气体吸收的原理和流程气体吸收的流程吸收过程吸收过程吸收过程：溶质溶解于吸收剂中逆流操作解吸过程：溶质从溶液中释放出并流操作气体吸收过程在吸收塔中进行。吸收吸收解吸解吸吸收操作流程：吸收操作流程：由流程图可见，采用吸收操作实现气体混合物的分由流程图可见，采用吸收操作实现气体混合物的分由流程图可见，采用
13、吸收操作实现气体混合物的分由流程图可见，采用吸收操作实现气体混合物的分离必须解决下列问题：离必须解决下列问题：离必须解决下列问题：离必须解决下列问题：选择选择选择选择合适的溶剂合适的溶剂合适的溶剂合适的溶剂，使能选择性比溶解某个（或某，使能选择性比溶解某个（或某，使能选择性比溶解某个（或某，使能选择性比溶解某个（或某些）被分离组份；些）被分离组份；些）被分离组份；些）被分离组份；提供提供提供提供适当的传质设备适当的传质设备适当的传质设备适当的传质设备（多位填料塔，也有板式塔）（多位填料塔，也有板式塔）（多位填料塔，也有板式塔）（多位填料塔，也有板式塔）以实现气液两相的接触，使被分离组分得以从气
14、相以实现气液两相的接触，使被分离组分得以从气相以实现气液两相的接触，使被分离组分得以从气相以实现气液两相的接触，使被分离组分得以从气相转移到液相（吸收）或相反（解吸）；转移到液相（吸收）或相反（解吸）；转移到液相（吸收）或相反（解吸）；转移到液相（吸收）或相反（解吸）；溶剂的再生溶剂的再生溶剂的再生溶剂的再生，即脱除溶解于其中的被分离组分以，即脱除溶解于其中的被分离组分以，即脱除溶解于其中的被分离组分以，即脱除溶解于其中的被分离组分以便循环使用。除了制取溶液产品只需单独吸收外，便循环使用。除了制取溶液产品只需单独吸收外，便循环使用。除了制取溶液产品只需单独吸收外，便循环使用。除了制取溶液产品只
15、需单独吸收外，一般都要进行解吸操作，使溶剂再生循环使用。一般都要进行解吸操作，使溶剂再生循环使用。一般都要进行解吸操作，使溶剂再生循环使用。一般都要进行解吸操作，使溶剂再生循环使用。总之，一个完整的吸收分离过程一般包括吸收和解总之，一个完整的吸收分离过程一般包括吸收和解总之，一个完整的吸收分离过程一般包括吸收和解总之，一个完整的吸收分离过程一般包括吸收和解吸两个组成部分。吸两个组成部分。吸两个组成部分。吸两个组成部分。气体吸收的实例气体吸收的实例具有吸收剂再生功能的连续吸收流程具有吸收剂再生功能的连续吸收流程气液两相的接触方式气液两相的接触方式*级级式式接接触触：气气、液液两两相相逐逐级级逆逆
16、流流接接触触传传质质，两两相相的的组组成成呈呈阶阶跃跃变变化，如化，如板式塔板式塔。板式塔板式塔填料塔填料塔湿壁塔湿壁塔、降膜塔降膜塔微分接触微分接触：气、液两相的浓度呈连续变化。气、液两相的浓度呈连续变化。规整填料规整填料 塑料丝网波纹填料塑料丝网波纹填料 散装填料散装填料塑料鲍尔环填料塑料鲍尔环填料第二节第二节吸收过程基础理论吸收过程基础理论气体气体吸收过程实质吸收过程实质上是上是溶质组分溶质组分自自气相气相通过相界面通过相界面转移转移（迁移）到（迁移）到液相液相的过程。现将气体吸收中的传的过程。现将气体吸收中的传质过程与传热过程相对照来研究两个问题：质过程与传热过程相对照来研究两个问题：
17、(1)、气体吸收过程的推动力气体吸收过程的推动力是什么？（传热过程是什么？（传热过程的推动力：温差）的推动力：温差）(2)、若气液两相能充分完全的接触，则、若气液两相能充分完全的接触，则吸收过程吸收过程的极限的极限是什么？（传热过程的极限：是什么？（传热过程的极限：T=t）预备知识补充：气液相组成表示方法预备知识补充：气液相组成表示方法1.摩尔分数：混合物中组分摩尔分数：混合物中组分A A的物质的量占混合的物质的量占混合物总物质的量的分数。物总物质的量的分数。对两组分对两组分(A和和B)的混合液，则有：的混合液，则有：式中：式中：nA、nB、n分别表示组分分别表示组分A、组分、组分B和混和混合
18、物的合物的物质的量物质的量kmol2.质量分数：混合物中组分质量分数：混合物中组分A的质量占混合物的质量占混合物总质量的分数。总质量的分数。对两组分（对两组分（A和和B）的混合液，则有：）的混合液，则有：式中：式中：mA、mB、m分别表示组分分别表示组分A、组分、组分B和混合物的质量和混合物的质量kg3.质量分数和摩尔分数的换算关系：（以质量分数和摩尔分数的换算关系：（以A组组分为例）分为例）习惯上液相摩尔分数用习惯上液相摩尔分数用x表示，气相摩尔分数表示，气相摩尔分数用用y表示。表示。理想气体，气相中组分的摩尔分数的数值等理想气体，气相中组分的摩尔分数的数值等于其体积分数值。于其体积分数值。
19、由道尔顿分压定律：由道尔顿分压定律：pi=pt*yi其中：其中：pt-总压；总压；pi-i组分分压；组分分压；yi-i组分摩尔组分摩尔浓度浓度！总压一定时，分压分数与摩尔分数数值相！总压一定时，分压分数与摩尔分数数值相当。（当。（P113释惑）释惑）（二）质量浓度和摩尔浓度（二）质量浓度和摩尔浓度（二）质量浓度和摩尔浓度（二）质量浓度和摩尔浓度某单位体积所含组分的质量或者摩尔数。某单位体积所含组分的质量或者摩尔数。某单位体积所含组分的质量或者摩尔数。某单位体积所含组分的质量或者摩尔数。令：令：令：令：C CA A、C CB B、C CC C表示表示表示表示A A、B B、C C的质量浓度；的质
20、量浓度；的质量浓度；的质量浓度；c cA A、c cB B、c cC C表示表示表示表示A A、B B、C C的摩尔浓度：的摩尔浓度：的摩尔浓度：的摩尔浓度：（三）比摩尔分数和比质量分数（三）比摩尔分数和比质量分数某组分的质量或者摩尔数与此项中除此组某组分的质量或者摩尔数与此项中除此组分外的质量或摩尔数之比。分外的质量或摩尔数之比。令某相总质量令某相总质量G，总摩尔数为，总摩尔数为n，i组分的质组分的质量为量为Gi，摩尔数为，摩尔数为ni，则比摩尔分数和比质，则比摩尔分数和比质量分数为量分数为(、):？利用摩尔分数、摩尔浓度表示理想气体气体状态？利用摩尔分数、摩尔浓度表示理想气体气体状态？利用
21、摩尔分数、摩尔浓度表示理想气体气体状态？利用摩尔分数、摩尔浓度表示理想气体气体状态方程方程方程方程若吸收操作为单组份吸收，质量分数和比质若吸收操作为单组份吸收，质量分数和比质量分数、摩尔分数和比摩尔分数的关系：量分数、摩尔分数和比摩尔分数的关系：一一 吸收过程中的气液平衡吸收过程中的气液平衡1平衡分压：在一定条件下，任何气体在某种平衡分压：在一定条件下，任何气体在某种溶剂中溶解达到平衡时，其在气相中的分压溶剂中溶解达到平衡时，其在气相中的分压是一定的。是一定的。2吸收过程：吸收过程：吸收过程进行的方向与极限取决于溶质吸收过程进行的方向与极限取决于溶质(气气体体)在气液两相中的平衡关系。在气液两
22、相中的平衡关系。P表示在吸收过程中，气相中溶质的实际分表示在吸收过程中，气相中溶质的实际分压；压；p*表示平衡分压；表示平衡分压；pp*时，溶质便由气相向液相转移，吸收时，溶质便由气相向液相转移，吸收pp*时，溶质便由液相向气相转移，即吸时，溶质便由液相向气相转移，即吸收的逆过程，称为解吸收的逆过程，称为解吸(或脱吸或脱吸)。Pp*时，处于气液平衡状态时，处于气液平衡状态3 溶解度溶解度气液达到平衡时，吸收剂吸收的气体量已达气液达到平衡时，吸收剂吸收的气体量已达到最大限度时，每立方米吸收剂能吸收的极到最大限度时，每立方米吸收剂能吸收的极限气体量限气体量(即平衡状态下液相中吸收质浓度即平衡状态下
23、液相中吸收质浓度)。气体吸收的平衡关系指气体在液体中的溶解气体吸收的平衡关系指气体在液体中的溶解度。度。任何气体与液体接触后，都会产生溶解。容任何气体与液体接触后，都会产生溶解。容易溶解的称为易溶解的称为易溶气体易溶气体；不易溶解的称不易溶解的称为难溶气体为难溶气体。易溶和难溶是相对同一种吸收剂而言。易溶和难溶是相对同一种吸收剂而言。气体在液体中的溶解度溶溶解解度度曲曲线线：在在一一定定温温度度、压压力力下下，平平衡衡时时溶溶质质在在气气相相和和液液相中的浓度的关系曲线。相中的浓度的关系曲线。溶解度/g(NH3)/1000g(H2O)1000500020406080100120pNH3/kPa
24、50 oC40 oC30 oC20 oC10 oC0 oC120溶解度/g(SO2)/1000g(H2O)250200020406080100pSO2/kPa1501005012050 oC40 oC30 oC20 oC10 oC0 oC在相同条件下，在相同条件下，NH3在水中的溶解度较在水中的溶解度较SO2大得多。大得多。用用水水作作吸吸收收剂剂时时，称称NH3为为易易溶溶气气体体，SO2为为中中等等溶溶解解气气体体，溶溶解解度度更更小小的的气气体体则则为为难难溶溶气气体体(如如O2在在30和和溶溶质质的的分分压压为为40kPa的的条条件件下下，1kg水水中中溶溶解解的的质质量量仅仅为为0.
25、014g)。难溶体系难溶体系溶解度适中体系溶解度适中体系 易溶体系易溶体系（1 1）不同气体的）不同气体的溶解度差异很大溶解度差异很大 （2 2）对于稀溶液）对于稀溶液或极稀溶液，溶解或极稀溶液，溶解度曲线近似为直线，度曲线近似为直线，即即-亨利定亨利定律律pA=723cApA=25.5cApA=0.36cApA=0.0136cA(3)加压、降温加压、降温有利于吸收操作有利于吸收操作定义：用来描述定义：用来描述稀溶液稀溶液或（难容气体）在一定温度下，或（难容气体）在一定温度下，当总压不高时，互成平衡的气液两相组成之间的关当总压不高时，互成平衡的气液两相组成之间的关系。系。混合气体总压不高（混合
26、气体总压不高（P5atmP5atm，气相可视作理想气体），气相可视作理想气体）稀溶液（可视作理想溶液稀溶液（可视作理想溶液,x0.05,x0.05）由于气液相组成可以采用不同的表示方法，故亨利定律由于气液相组成可以采用不同的表示方法，故亨利定律 有不同的表示形式有不同的表示形式 。气相：气相：p pii，y yii，Y Yii液相：液相：x xii，c cii，X Xii34二二 亨利定律（亨利定律（Henrys law）pi-xi关系关系pi-ci关系关系xi-yi关系关系Xi-Yi关系关系（1）基本式）基本式(pe-x)若若溶溶质质在在气气相相中中的的组组成成以以分分压压p表表示示，在在液
27、液相相中中的的组组成成以以x表表示示，pe-x溶溶解解度度曲曲线线近近似似可可用用通通过过原原点点的的直直线表示，则亨利定律写成如下形式：线表示，则亨利定律写成如下形式：式中：式中：pe溶质在气相中的平衡分压，溶质在气相中的平衡分压，kPa；x 溶质在液相中的摩尔分数；溶质在液相中的摩尔分数；E 亨利系数，亨利系数，kPa。亨利系数的值随物系的特性及温度而异；亨利系数的值随物系的特性及温度而异；E 值值的的大大小小代代表表了了气气体体在在该该溶溶剂剂中中溶溶解解的的难难易易程程度度；在在同一溶剂中，难溶气体同一溶剂中，难溶气体E 值很大，易溶气体值很大，易溶气体E 值很小；值很小；物系一定，物
28、系一定，E 值一般随温度的上升而增大；值一般随温度的上升而增大；E 的单位与气相分压的压强单位一致。的单位与气相分压的压强单位一致。ye：与该液相成平衡的气相中溶质的摩尔分：与该液相成平衡的气相中溶质的摩尔分率；率；x：液相中溶质的摩尔分率；：液相中溶质的摩尔分率；m：相平衡常数，无因次。：相平衡常数，无因次。（2）yex关系关系注意：注意：对于一定的物系，相平衡常数对于一定的物系，相平衡常数m是温度是温度及总压的函数。及总压的函数。m值愈小表明该气体的溶解度值愈小表明该气体的溶解度愈大。温度降低、总压升高则愈大。温度降低、总压升高则m值变小，有利值变小，有利于吸收操作。于吸收操作。在在低低浓
29、浓度度气气体体吸吸收收计计算算中中，通通常常采采用用基基准准不不变变的的摩尔比摩尔比Y（或或X）表示组成。表示组成。由由ye=mx可可得得以以摩摩尔尔比比表表示的相平衡关系示的相平衡关系当当m 趋近趋近1或当或当X 很小时很小时（3）YeX关系关系当当气气、液液相相溶溶质质浓浓度度用用其其它它组组成成表表示示法法表表示示时时，通过浓度换算可得其它形式的亨利定律。通过浓度换算可得其它形式的亨利定律。CA 溶质在液相中的摩尔浓度，溶质在液相中的摩尔浓度，kmol/m3；H 溶解度系数；溶解度系数；kmol/(m3 kPa)；（4 4）p pe e-C-C关系关系注意：注意：H是温度的函数，是温度的
30、函数，TH溶解度溶解度不同溶质不同溶质H不同，易溶气体不同，易溶气体H大，难溶气大，难溶气体体H小小定律形式定律形式常数含义常数含义备注备注P*=ExE,亨利系数亨利系数P*,稀稀溶溶液液中中溶溶质质（被被吸吸收收组组分分）平平衡衡分分压压，x为为被吸收组分在液相中的摩尔分数被吸收组分在液相中的摩尔分数对对于于一一定定体体系系，E是是温温度度的的函函数数，一一般般，温温度度上上升，升，E增大，不利于气体吸收。增大，不利于气体吸收。同一溶剂中难溶气体同一溶剂中难溶气体E值大值大P*=C/HH,溶解度系数溶解度系数C为被吸收溶质的物质的量浓度（为被吸收溶质的物质的量浓度（Kmol/m3）H为溶解度
31、系数，（为溶解度系数，（kmol/(m3Pa)）,实验测定。实验测定。H为为温温度度的的函函数数，随随温温度度升升高高减减小小，其其数数值值等等于于平衡分压平衡分压1大气压时的溶解度大气压时的溶解度同一溶剂中难溶气体同一溶剂中难溶气体H值小值小E(1/H)*(den/M)den为为溶溶液液的的密密度度，M是是溶溶剂剂A的相对分子质量的相对分子质量y*=mxm,相平衡常数，无量纲相平衡常数，无量纲mE/P,P为气相的总压为气相的总压m为为由由试试验验结结果果算算出出来来的的数数值值。一一定定物物系系，它它是是温度和压强的函数。温度和压强的函数。同一溶剂中难溶气体同一溶剂中难溶气体m值大值大Y*=
32、mXm同上同上亨利定律既可由液相组成计算气相组成，也可由气相组亨利定律既可由液相组成计算气相组成，也可由气相组成计算液相组成。成计算液相组成。亨利定律（亨利定律（Henrys law）由液相组成求气相组成：由液相组成求气相组成：由气相组成求液相组成：由气相组成求液相组成：亨利定律适用条件：理想溶液或稀溶液（一般亨利定律适用条件：理想溶液或稀溶液（一般5%）,总压总压101.33KPa。亨利定律表达式中各系数之间的关系亨利定律表达式中各系数之间的关系EH关系Em关系Hm关系1atm下，浓度为下，浓度为0.02（摩尔分数）的稀氨水在（摩尔分数）的稀氨水在20时氨的平衡分压为时氨的平衡分压为1.66
33、6kPa，其相平衡关，其相平衡关系服从亨利定律，氨水密度可近似取系服从亨利定律，氨水密度可近似取1000kg/m3。求：求：E、m、H。例：例：解：解：举例：举例：u例例2-1：含有含有30%（体积）（体积）CO2的某种混合气与水接触，系的某种混合气与水接触，系统温度为统温度为30，总压为，总压为101.33kPa，试求液相中，试求液相中CO2的平衡的平衡浓度浓度为若干为若干kmol/m3.解：解：pi=pyi=101.330.3=30.4kPaye,xxe；吸收吸收 yxe；解吸；解吸过程极限：过程极限：x1max=x1e=y1/m；y2min=y2e=mx2。塔高无限塔高无限过程推动力：过
34、程推动力：y=y-ye；p=p-pe；x=xe-x；c=ce-c。小小结结四四吸收过程的机理吸收过程的机理双膜理论双膜理论1传质过程概念传质过程概念 在含有两个或两个以上组分的混合体系中，在含有两个或两个以上组分的混合体系中，如果存在浓度梯度，某一组分（或某些组如果存在浓度梯度，某一组分（或某些组分）将有高浓度区向地浓度区移动的趋势，分）将有高浓度区向地浓度区移动的趋势，该移动过程称为传质过程。该移动过程称为传质过程。界面界面气相气相主体主体组分组分组分组分液相液相主体主体（1）扩散物质从一相的主体扩散到两相界面（单相扩散物质从一相的主体扩散到两相界面（单相中的扩散）；中的扩散）；（2）在界面
35、上的扩散物质从一相进入另一在界面上的扩散物质从一相进入另一相（相际间传质）；相（相际间传质）；（3）进入另一相的扩散物质从界面向该相的主体扩散）进入另一相的扩散物质从界面向该相的主体扩散（单相中的扩散）；（单相中的扩散）；2物质传递的三个步骤：物质传递的三个步骤：3双膜理论双膜理论双膜理论的基本论点（假设）双膜理论的基本论点（假设）（1）气液两相存在一个稳定的相界面，）气液两相存在一个稳定的相界面，界面两侧存在稳定的气膜和液膜。膜内界面两侧存在稳定的气膜和液膜。膜内为层流，为层流，A以分子扩散方式通过气膜和液以分子扩散方式通过气膜和液膜。膜。（2）相界面处两相达平衡，无扩散阻）相界面处两相达平
36、衡，无扩散阻力。力。（3）有效膜以外主体中，充分湍动，）有效膜以外主体中，充分湍动，溶质主要以涡流扩散的形式传质。溶质主要以涡流扩散的形式传质。pAcA pA,i cA,i气气膜膜液液膜膜相界面相界面气相主体气相主体液相主体液相主体传质方向传质方向图图 双膜理论示意图双膜理论示意图溶溶质质A在在气气相相中中的的分分压压溶溶质质A在在液液相相中中的的摩摩尔尔浓浓度度第四节第四节吸收装置吸收装置*吸收装置的作用：吸收装置的作用：建立和不断更新两相接触表面，使之具有尽可建立和不断更新两相接触表面，使之具有尽可能能大的接触面积大的接触面积和尽可能和尽可能好的流体力学条件好的流体力学条件，以利于提高吸收
37、速率，减少设备的尺寸，同时，以利于提高吸收速率，减少设备的尺寸，同时，气体通过设备的气体通过设备的阻力要小，以节省动力消耗阻力要小，以节省动力消耗。1吸收设备基本要求：吸收设备基本要求：气体吸收设备大致可分为塔器和其他设备。气体吸收设备大致可分为塔器和其他设备。塔器类主要包括喷淋塔塔器类主要包括喷淋塔(俗称空塔俗称空塔)、填料塔、填料塔、板式塔、湍球塔、鼓泡塔等；板式塔、湍球塔、鼓泡塔等；其他设备也很多，如列管式湿壁吸收器、其他设备也很多，如列管式湿壁吸收器、文丘里喷射吸收器、喷洒式吸收器等。文丘里喷射吸收器、喷洒式吸收器等。2填料塔填料塔1 1）结构）结构）结构）结构填料塔是气液互填料塔是气
38、液互填料塔是气液互填料塔是气液互成逆流的连续微成逆流的连续微成逆流的连续微成逆流的连续微分接触式塔型。分接触式塔型。分接触式塔型。分接触式塔型。其结构如图其结构如图其结构如图其结构如图.在塔体内充填一在塔体内充填一在塔体内充填一在塔体内充填一定高度的填料，定高度的填料，定高度的填料，定高度的填料，其下方有支承板，其下方有支承板，其下方有支承板，其下方有支承板，上方为填料压板上方为填料压板上方为填料压板上方为填料压板及液体分布装置。及液体分布装置。及液体分布装置。及液体分布装置。气液两相间的传气液两相间的传气液两相间的传气液两相间的传质通常是在填料质通常是在填料质通常是在填料质通常是在填料表面的
39、液体与气表面的液体与气表面的液体与气表面的液体与气体间的相界面上体间的相界面上体间的相界面上体间的相界面上进行的。进行的。进行的。进行的。液体分布器液体分布器气体出口气体出口液体入口液体入口塔壳塔壳填料填料液体再分布器液体再分布器支承栅板支承栅板气体入口气体入口液体出口液体出口2 2）填料）填料）填料）填料（1 1）对填料的基本要求）对填料的基本要求）对填料的基本要求）对填料的基本要求为使填料塔发挥良好的性能，填料应符合以下几项主要为使填料塔发挥良好的性能，填料应符合以下几项主要为使填料塔发挥良好的性能，填料应符合以下几项主要为使填料塔发挥良好的性能，填料应符合以下几项主要要求。要求。要求。要
40、求。(1)(1)要有较大的比表面积要有较大的比表面积要有较大的比表面积要有较大的比表面积 单位体积填料层所具有的表面单位体积填料层所具有的表面单位体积填料层所具有的表面单位体积填料层所具有的表面积称为填料的比表面积，用积称为填料的比表面积，用积称为填料的比表面积，用积称为填料的比表面积，用 表示，单位为表示，单位为表示，单位为表示，单位为mm2 2mm3 3。填料的。填料的。填料的。填料的表面只有被流体的液相所润湿，才能构成有效的传质面积。表面只有被流体的液相所润湿，才能构成有效的传质面积。表面只有被流体的液相所润湿，才能构成有效的传质面积。表面只有被流体的液相所润湿，才能构成有效的传质面积。
41、因此，还要求填料有良好的润湿性及有利于液体均匀分布的因此，还要求填料有良好的润湿性及有利于液体均匀分布的因此，还要求填料有良好的润湿性及有利于液体均匀分布的因此，还要求填料有良好的润湿性及有利于液体均匀分布的形状。形状。形状。形状。(2)(2)要求有较高的空隙率要求有较高的空隙率要求有较高的空隙率要求有较高的空隙率 单位体积填料所具有的空隙体单位体积填料所具有的空隙体单位体积填料所具有的空隙体单位体积填料所具有的空隙体积称为填料的空隙率积称为填料的空隙率积称为填料的空隙率积称为填料的空隙率，用，用，用，用 表示，单位为表示，单位为表示，单位为表示，单位为mm3 3mm3 3。一般说填。一般说填
42、。一般说填。一般说填料的空隙率多在料的空隙率多在料的空隙率多在料的空隙率多在0.450.450.950.95范围内，当范围内，当范围内，当范围内，当 较高时，气、液通过较高时，气、液通过较高时，气、液通过较高时，气、液通过能力大且气流阻力小，操作弹性范围较宽。能力大且气流阻力小，操作弹性范围较宽。能力大且气流阻力小，操作弹性范围较宽。能力大且气流阻力小，操作弹性范围较宽。(3)(3)经济、实用及可靠经济、实用及可靠经济、实用及可靠经济、实用及可靠 要求填料单位体积的质量轻、造要求填料单位体积的质量轻、造要求填料单位体积的质量轻、造要求填料单位体积的质量轻、造价低、坚固耐用、不易堵塞、有足够的机
43、构强度、对于气液价低、坚固耐用、不易堵塞、有足够的机构强度、对于气液价低、坚固耐用、不易堵塞、有足够的机构强度、对于气液价低、坚固耐用、不易堵塞、有足够的机构强度、对于气液两相介质都具有良好的化学稳定性。两相介质都具有良好的化学稳定性。两相介质都具有良好的化学稳定性。两相介质都具有良好的化学稳定性。上述各项条件，未必为各种填料所兼备，在实际应用时，上述各项条件，未必为各种填料所兼备，在实际应用时，上述各项条件，未必为各种填料所兼备，在实际应用时，上述各项条件，未必为各种填料所兼备，在实际应用时，可以依照具体情况选定。可以依照具体情况选定。可以依照具体情况选定。可以依照具体情况选定。(2)填料类
44、型填料类型填料的种类很多，大致可分为填料的种类很多，大致可分为实体填料实体填料与与网体网体填料填料两大类。两大类。实体填料包括环形填料实体填料包括环形填料(如拉西环、鲍尔环和如拉西环、鲍尔环和阶梯环阶梯环)，鞍型填料，鞍型填料(如弧鞍、矩鞍如弧鞍、矩鞍)，栅板填，栅板填料以及波纹填料等以及由陶瓷、金属、塑料料以及波纹填料等以及由陶瓷、金属、塑料等材质制成的填料。等材质制成的填料。网体填料主要是由金属丝网制成的填料，如鞍网体填料主要是由金属丝网制成的填料，如鞍形网、形网、网、波纹网等。网、波纹网等。3湍球塔湍球塔湍湍湍湍 球球球球 塔塔塔塔 首首首首 先先先先 出出出出 现现现现 于于于于195
45、91959年年年年的的的的美美美美国国国国专专专专利利利利报报报报道道道道，逐逐逐逐步步步步得得得得到到到到发发发发展展展展。目目目目前前前前它它它它广广广广泛泛泛泛应应应应用用用用于于于于气气气气体及气液分离工程。体及气液分离工程。体及气液分离工程。体及气液分离工程。湍湍湍湍球球球球塔塔塔塔又又又又称称称称流流流流化化化化填填填填料料料料塔塔塔塔，实实实实际际际际上上上上是是是是填填填填料料料料塔塔塔塔的的的的一一一一种种种种特特特特殊殊殊殊结结结结构构构构形形形形式式式式。在在在在设设设设计计计计上上上上与与与与普普普普通通通通填填填填料料料料塔塔塔塔没没没没有有有有根根根根本本本本的的的
46、的区区区区别别别别结结结结构。构。构。构。1）结构）结构湍球塔是湍球塔是一种特殊一种特殊的气的气-液液-固固三相流化三相流化床床。主要。主要结构包括结构包括以下六个以下六个部分：部分：动画演示动画演示2）工作原理与流程）工作原理与流程湍球塔是一种高效的传质、吸收设备。湍球塔是一种高效的传质、吸收设备。工工作作原原理理：当当气气流流通通过过筛筛板板时时，小小球球在在塔塔内内湍湍动动旋旋转转，相相互互碰碰撞撞，吸吸收收剂剂自自上上向向下下喷喷淋淋，润湿小球表面，进行吸收。润湿小球表面，进行吸收。工工作作流流程程：脱脱硫硫吸吸收收液液从从塔塔顶顶均均匀匀流流下下，润润湿湿湍湍球球表表面面，二二氧氧化
47、化硫硫和和空空气气按按一一定定比比例例在在缓缓冲冲瓶瓶中中充充分分混混合合由由塔塔的的下下部部进进入入湍湍球球塔塔，在在一一定定气气流流速速度度下下，使使湍湍球球处处于于均均匀匀流流态态化化状状态态，模模拟拟烟烟气气和和吸吸收收液液在在湍湍球球表表面面逆逆向向接接触触，发发生生化化学学反反应应，完完成成传传质质和和吸吸收收过过程程。净化后的烟气经除雾后排出湍球塔。净化后的烟气经除雾后排出湍球塔。3 3）优点、缺点）优点、缺点）优点、缺点）优点、缺点优点：是气流速度高、处理能力大、设备体积小、优点：是气流速度高、处理能力大、设备体积小、优点：是气流速度高、处理能力大、设备体积小、优点：是气流速度
48、高、处理能力大、设备体积小、吸收效率高。同样气速下，其压降比填料塔小。吸收效率高。同样气速下，其压降比填料塔小。吸收效率高。同样气速下，其压降比填料塔小。吸收效率高。同样气速下，其压降比填料塔小。缺点：缺点：缺点：缺点：（1 1）是随小球的运动，有一定程度的是随小球的运动，有一定程度的是随小球的运动，有一定程度的是随小球的运动，有一定程度的返混返混返混返混，塑料小，塑料小，塑料小，塑料小球不能承受高温，易磨损，需经常更换。球不能承受高温，易磨损，需经常更换。球不能承受高温，易磨损，需经常更换。球不能承受高温，易磨损，需经常更换。（2 2）当塔径较大或静止床层较高时，会出现填料球）当塔径较大或静
49、止床层较高时，会出现填料球）当塔径较大或静止床层较高时，会出现填料球）当塔径较大或静止床层较高时，会出现填料球的的的的流态化不均匀流态化不均匀流态化不均匀流态化不均匀现象，有时甚至把球吹到栅板的一现象，有时甚至把球吹到栅板的一现象，有时甚至把球吹到栅板的一现象，有时甚至把球吹到栅板的一隅造成气流短路，从而恶化了传质。此时可将上下隅造成气流短路，从而恶化了传质。此时可将上下隅造成气流短路，从而恶化了传质。此时可将上下隅造成气流短路，从而恶化了传质。此时可将上下栅板之间的空间用纵向隔板分隔成方形、矩形或扇栅板之间的空间用纵向隔板分隔成方形、矩形或扇栅板之间的空间用纵向隔板分隔成方形、矩形或扇栅板之
50、间的空间用纵向隔板分隔成方形、矩形或扇形的小空间。形的小空间。形的小空间。形的小空间。（3 3）湍球塔的另一个缺点是）湍球塔的另一个缺点是）湍球塔的另一个缺点是）湍球塔的另一个缺点是雾沫夹带严重雾沫夹带严重雾沫夹带严重雾沫夹带严重，主要原，主要原，主要原，主要原因是它所使用的气速大因是它所使用的气速大因是它所使用的气速大因是它所使用的气速大(有时高达有时高达有时高达有时高达10m10ms)s)。这种情。这种情。这种情。这种情况下可把塔体做成上大下小的锥形，使塔内气体流况下可把塔体做成上大下小的锥形，使塔内气体流况下可把塔体做成上大下小的锥形，使塔内气体流况下可把塔体做成上大下小的锥形，使塔内气