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1、气体吸收概述本讲稿第一页，共二十一页主主 要要 内内 容容一一.气体吸收概述气体吸收概述1.一般介绍一般介绍2.吸收过程吸收过程二二.气液相平衡原理气液相平衡原理1.相律相律2.气液相平衡关系气液相平衡关系3.吸收剂的选择吸收剂的选择作业：习题34-1；34-5三三.例题例题本讲稿第二页，共二十一页一一.气体吸收概述气体吸收概述1.一般介绍一般介绍吸收过程在化工生产、环境保护中的应用。吸收过程在化工生产、环境保护中的应用。2.吸收过程吸收过程a.气液接触方式：逐级接触、连续微分接触气液接触方式：逐级接触、连续微分接触b.吸收操作流程：并流、逆流吸收操作流程：并流、逆流c.吸收过程示例吸收过程示
2、例本讲稿第三页，共二十一页本讲稿第四页，共二十一页3.吸收剂的选择吸收剂的选择1）溶解度大）溶解度大2）选择性好）选择性好3）操作温度下的蒸汽压低，不易挥发）操作温度下的蒸汽压低，不易挥发4）粘度低）粘度低5）再生容易）再生容易6）尽可能无毒、不易燃、腐蚀性小、价格低廉）尽可能无毒、不易燃、腐蚀性小、价格低廉本讲稿第五页，共二十一页二二.气液相平衡原理气液相平衡原理1.相律相律对于气体吸收来说：对于气体吸收来说：C3：气体溶质、气体惰性组分、吸收剂：气体溶质、气体惰性组分、吸收剂2：气相、液相：气相、液相 F3温度、压力、气相组成温度、压力、气相组成PA、液相组成、液相组成cA*本讲稿第六页，
3、共二十一页2）一定温度下，气体溶解）一定温度下，气体溶解度随气相分压增加而增大；度随气相分压增加而增大；3）稀溶液的溶解度曲线为直线。）稀溶液的溶解度曲线为直线。2.气液相平衡关系气液相平衡关系a.溶解度曲线溶解度曲线1）同样温度、压力下，不同）同样温度、压力下，不同物质的溶解度不同；物质的溶解度不同；加压对吸收过程有利。加压对吸收过程有利。本讲稿第七页，共二十一页随温度的升高，气相浓度增加，液相浓度降低。本讲稿第八页，共二十一页b.亨利定律亨利定律稀溶液的溶解度关系可以用稀溶液的溶解度关系可以用Henry定律表示：定律表示：式中，式中，实验证明实验证明:a）对稀溶液而言，）对稀溶液而言，E只
4、是温度的函数，温度上升，只是温度的函数，温度上升，E增加，增加，溶解度下降；溶解度下降；b）难溶气体的）难溶气体的E大，易溶气体的大，易溶气体的E小。小。本讲稿第九页，共二十一页c.Henry 定律的其他形式定律的其他形式a)p-c关系关系b)y-x关系关系H称为溶解度系数，称为溶解度系数，kmol/(m3Pa)m为相平衡常数，无量纲为相平衡常数，无量纲c)Y-X关系关系随着吸收过程的进行，气相的总摩尔量下降，液相总摩尔随着吸收过程的进行，气相的总摩尔量下降，液相总摩尔量增加；气相惰性组分和吸收剂的量可以认为不变，因此量增加；气相惰性组分和吸收剂的量可以认为不变，因此在吸收计算中一般采用摩尔比
5、。在吸收计算中一般采用摩尔比。本讲稿第十页，共二十一页当溶液浓度很稀时，分母中的（当溶液浓度很稀时，分母中的（1-m）XA项可以忽略，有：项可以忽略，有：d.平衡关系式的转换平衡关系式的转换利用利用15min自行推导：自行推导：EH,Em,。本讲稿第十一页，共二十一页e.吸收过程的方向、极限吸收过程的方向、极限气液相平衡时，相间净传质为零，据此可以确定吸收过气液相平衡时，相间净传质为零，据此可以确定吸收过程的方向、极限。程的方向、极限。a）吸收过程的方向：趋向气液平衡）吸收过程的方向：趋向气液平衡当当yAyA*（或（或 xA*xA）时，即气相溶质浓度大于与）时，即气相溶质浓度大于与液相溶质浓度
6、相平衡的气相溶质浓度时，溶质从气液相溶质浓度相平衡的气相溶质浓度时，溶质从气相被液相吸收相被液相吸收,为吸收过程。为吸收过程。相反为解吸过程。相反为解吸过程。b）吸收过程的极限：达到气液相平衡，即吸收过程的极限：达到气液相平衡，即yAyA*（或或 xA*xA）本讲稿第十二页，共二十一页1.1.温度和压力对温度和压力对温度和压力对温度和压力对HenryHenry系数的影响系数的影响系数的影响系数的影响20浓度为浓度为0.02(摩尔分率摩尔分率)的稀氨水平衡分压为的稀氨水平衡分压为1.666kPa，氨水上方的总压强为，氨水上方的总压强为2.026105Pa(绝对绝对)。试求：。试求：氨的氨的Hen
7、ry系数系数E、H和和m各为多少？各为多少？若氨水浓度、上方总压与上例相同，而氨水温度升至若氨水浓度、上方总压与上例相同，而氨水温度升至50，已知此时氨水上方氨平衡分压为，已知此时氨水上方氨平衡分压为5.838kPa，各，各Henry系数有何变化？系数有何变化？例题：例题：本讲稿第十三页，共二十一页解：解：由由pe=Ex可得：可得：E=pe/x=1.666/0.02=83.3kPa 取取1kmol氨水为基准，其中含氨水为基准，其中含0.98kmol水和水和0.02kmol氨，氨，总摩尔体积为：总摩尔体积为：本讲稿第十四页，共二十一页氨水的总摩尔浓度为氨水的总摩尔浓度为:氨的摩尔浓度氨的摩尔浓度
8、 c=cMx由由pe=c/H可得：可得：H=0.667 kmol/kN.m本讲稿第十五页，共二十一页气相中氨的摩尔分率为：气相中氨的摩尔分率为：或或本讲稿第十六页，共二十一页 若氨水浓度、上方总压与上例相同，而氨水温度升至若氨水浓度、上方总压与上例相同，而氨水温度升至50，已知此时氨水上方氨平衡分压为，已知此时氨水上方氨平衡分压为5.838kPa，各，各Henry系数有何变化？系数有何变化？根据定义可得：根据定义可得：Henry系数系数E、H只取决于温度，而相平衡常数只取决于温度，而相平衡常数m还与总还与总压强有关。因此，当提到压强有关。因此，当提到m时，必须指明系统的总压强时，必须指明系统的
9、总压强本讲稿第十七页，共二十一页 由气液相平衡关系和物料衡算关系联立求解，可求出由气液相平衡关系和物料衡算关系联立求解，可求出CO2在水中的极限浓度和剩余气体总压。在水中的极限浓度和剩余气体总压。2.CO2.CO2 2在水中极限浓度及剩余气体压强在水中极限浓度及剩余气体压强在水中极限浓度及剩余气体压强在水中极限浓度及剩余气体压强在常压在常压(101.3kPa)和和25下，下，1m3CO2-空气混合气体空气混合气体(CO2体体积分率为积分率为20%)与与1m3清水在清水在2m3的密闭容器中接触传质。的密闭容器中接触传质。假设空气不溶于水中，试求假设空气不溶于水中，试求CO2在水中的极限浓度在水中
10、的极限浓度(摩尔分摩尔分率率)及剩余气体的总压及剩余气体的总压。已知操作条件下气液平衡关系服从已知操作条件下气液平衡关系服从Henry定律，定律，Henry系数系数E=1.662105kPa。解：解：气液平衡方程：气液平衡方程：p*=1.662105x 物料衡算：物料衡算：本讲稿第十八页，共二十一页气相中失去的气相中失去的CO2为：为：液相中获得液相中获得CO2为：为：则则 0.00818-0.0000404p*=55.56x 联立联立、，可得：，可得：x=6.6710-5(即为即为CO2在水中极限浓度在水中极限浓度)p*=11.1kPa剩余气体总压为：剩余气体总压为：p余=0.8P+p*=0
11、.8101.33+11.1=92.16kPa本讲稿第十九页，共二十一页讨论：讨论：p=p-p*=0.2101.33-0=20.3kPa随吸收过程进行，推动力减小，直至平衡时，液相达到最随吸收过程进行，推动力减小，直至平衡时，液相达到最大浓度，此时推动力为零。大浓度，此时推动力为零。气液开始接触时，吸收推动力最大，为：气液开始接触时，吸收推动力最大，为：本讲稿第二十页，共二十一页本本 节节 小小 结结1.1.了解吸收过程的一般流程。了解吸收过程的一般流程。2.2.掌握相平衡的几种不同表达式及其相互转化。掌握相平衡的几种不同表达式及其相互转化。3.3.掌握吸收过程的方向和极限。掌握吸收过程的方向和极限。本讲稿第二十一页，共二十一页