化工原理下2-1氣體吸收相平衡關(guān)系

1、吸收是用于分離吸收是用于分離氣相混合物氣相混合物的的典型單元操作過程。典型單元操作過程。原理：原理：混合氣體中各組分在某混合氣體中各組分在某液體溶劑中的液體溶劑中的溶解度不同溶解度不同。第第2章章 吸收吸收概述概述流程：流程： 吸收物質(zhì)或溶質(zhì)，吸收物質(zhì)或溶質(zhì)，A 惰性組分或載體，惰性組分或載體，B 溶劑或吸收劑，溶劑或吸收劑，S 吸收液，吸收液，(A+S) 吸收尾氣，吸收尾氣，(B+微量的微量的A)吸收過程吸收過程：溶質(zhì)溶解于吸收劑中逆流操作解吸過程：溶質(zhì)從溶液中釋放出并流操作吸收解吸吸收工藝過程吸收工藝過程吸收過程吸收過程 苯吸收塔苯吸收塔解吸過程解吸過程 苯解吸塔苯解吸塔貧油貧油吸收塔吸收

2、塔含苯煤氣含苯煤氣解吸塔解吸塔過熱蒸汽過熱蒸汽冷凝器冷凝器粗苯粗苯水水冷卻器冷卻器換熱器換熱器補充新補充新鮮洗油鮮洗油富油富油脫苯煤氣脫苯煤氣采用吸收劑再生的連續(xù)吸收流程采用吸收劑再生的連續(xù)吸收流程應用應用 分離混合氣體以獲得一定的組分分離混合氣體以獲得一定的組分 如：用洗油處理焦爐氣以回收其中的芳烴。如：用洗油處理焦爐氣以回收其中的芳烴。 除去有害的組分以凈化氣體除去有害的組分以凈化氣體 例如：用堿液脫除合成氨原料氣中的二氧化碳；用例如：用堿液脫除合成氨原料氣中的二氧化碳；用堿性吸收劑除去工業(yè)生產(chǎn)所排放的廢氣中含有少量堿性吸收劑除去工業(yè)生產(chǎn)所排放的廢氣中含有少量的的SO2、H2S、HF等有害

3、氣體成分等有害氣體成分 。 制備某種氣體的溶液制備某種氣體的溶液 例如：用水吸收二氧化氮制備硝酸。例如：用水吸收二氧化氮制備硝酸。 吸收的分類吸收的分類氣體吸收按被吸收組分數(shù)目單組分吸收按吸收有無化反按溶質(zhì)組成的高低 低組成吸收按吸收的溫度變化 多組分吸收物理吸收化學吸收高組成吸收等溫吸收非等溫吸收吸收劑的選擇吸收劑的選擇(1) 溶解度溶解度 吸收劑對吸收劑對溶質(zhì)溶質(zhì)組分的組分的溶解度溶解度越大，則傳質(zhì)推動越大，則傳質(zhì)推動力越大，吸收速率越快，且吸收劑的耗用量越少。力越大，吸收速率越快，且吸收劑的耗用量越少。 (2) 選擇性選擇性 吸收劑應對溶質(zhì)組分有較大的溶解度，而對吸收劑應對溶質(zhì)組分有較大

4、的溶解度，而對混合氣體中的其它組分溶解度甚微，否則不能實混合氣體中的其它組分溶解度甚微，否則不能實現(xiàn)有效的分離。現(xiàn)有效的分離。 (4) 粘度粘度 吸收劑在操作溫度下的粘度越低，其在塔內(nèi)的吸收劑在操作溫度下的粘度越低，其在塔內(nèi)的流動阻力越小，擴散系數(shù)越大，這有助于傳質(zhì)速流動阻力越小，擴散系數(shù)越大，這有助于傳質(zhì)速率的提高。率的提高。 (5) 其它其它 所選用的吸收劑應盡可能無毒性、無腐蝕性、所選用的吸收劑應盡可能無毒性、無腐蝕性、不易燃易爆、不發(fā)泡、冰點低、價廉易得，且化不易燃易爆、不發(fā)泡、冰點低、價廉易得，且化學性質(zhì)穩(wěn)定。學性質(zhì)穩(wěn)定。(3) 揮發(fā)度揮發(fā)度 在吸收過程中，吸收尾氣往往為吸收劑蒸氣所

5、飽在吸收過程中，吸收尾氣往往為吸收劑蒸氣所飽和。故在操作溫度下，吸收劑的蒸氣壓要低，即揮發(fā)和。故在操作溫度下，吸收劑的蒸氣壓要低，即揮發(fā)度要小，以減少吸收劑的損失量。度要小，以減少吸收劑的損失量。 2.1 氣液相平衡氣液相平衡氣相混合物氣相混合物 吸收液吸收液溶質(zhì)溶質(zhì)氣氣化化溶質(zhì)溶質(zhì)液液化化2.1.1 氣體的溶解度氣體的溶解度氣液相平衡氣液相平衡動態(tài)平衡動態(tài)平衡（1）溶解度）溶解度: 氣體在液相中的飽和濃度氣體在液相中的飽和濃度氧在水中的溶解度曲線氧在水中的溶解度曲線例：例： 在在20oC，標準，標準大氣壓下，空氣大氣壓下，空氣中的氧在水中的中的氧在水中的飽和溶解度是多飽和溶解度是多少少 g(

6、O2)/kg(H2O)？10 氨在水中的溶解度易溶11二氧化硫在水中的溶解度中等溶解度12氧在水中的溶解度難溶13（2）溫度、壓力對溶解度的影響 加壓和降溫； 對同一溶質(zhì)，在相同的氣相分壓下，溶解度隨溫度的升高而減小。 對同一溶質(zhì)，在相同的溫度下，溶解度隨氣相分壓的升高而增大。 減壓和升溫。有利于吸收操作有利于解吸操作溫度的影響壓力的影響注意2.1.2 亨利定律亨利定律 在總壓不高在總壓不高(通常不超過通常不超過500kPa) ，一定的溫度，一定的溫度條件下，條件下，稀溶液稀溶液上方的氣體上方的氣體溶質(zhì)溶質(zhì)的的平衡分壓平衡分壓與該溶與該溶質(zhì)在質(zhì)在液相液相中的中的濃度成正比濃度成正比。這就是亨利

7、。這就是亨利(Henry)定定律。律。 因組成的表示方法不同，故亨利定律亦有不同因組成的表示方法不同，故亨利定律亦有不同的表達形式。的表達形式。 px 關(guān)系關(guān)系pc 關(guān)系關(guān)系yx 關(guān)系關(guān)系Y X關(guān)系關(guān)系1. px 關(guān)系關(guān)系若溶質(zhì)在氣、液相中的組成分別以若溶質(zhì)在氣、液相中的組成分別以分壓分壓p、摩爾分率摩爾分率x表示，則亨利定律可寫成：表示，則亨利定律可寫成： p*=Ex 式中：式中：p*溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓，溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓，kPa； x溶質(zhì)在液相中的摩爾分率；溶質(zhì)在液相中的摩爾分率； E亨利系數(shù)，亨利系數(shù)，kPa 溶解度亨利系數(shù) 易溶氣體； 難溶氣體。E 小E 大注意2. pc 關(guān)系

8、關(guān)系 若溶質(zhì)在氣、液相中的組成分別以分壓若溶質(zhì)在氣、液相中的組成分別以分壓 p、摩爾、摩爾濃度濃度c表示，則亨利定律可寫成：表示，則亨利定律可寫成： 式中式中 c：溶液中溶質(zhì)的體積摩爾濃度，溶液中溶質(zhì)的體積摩爾濃度，kmol/m3； p*：氣相中溶質(zhì)的平衡分壓，：氣相中溶質(zhì)的平衡分壓，kPa； H：溶解度系數(shù)，溶解度系數(shù)，kmol/(m3kPa)。 cpH溶解度溶解度系數(shù) 易溶氣體； 難溶氣體。H 大H 小注意3. yx 關(guān)系關(guān)系若溶質(zhì)在氣、液相中的組成分別以摩爾分率若溶質(zhì)在氣、液相中的組成分別以摩爾分率y、x表示，則亨利定律可寫成表示，則亨利定律可寫成: y*=mx x液相中溶質(zhì)的摩爾分率；

9、液相中溶質(zhì)的摩爾分率； y*與液相成平衡的氣相中溶質(zhì)的摩爾分率；與液相成平衡的氣相中溶質(zhì)的摩爾分率； m相平衡常數(shù)，或稱為分配系數(shù)，無因次。相平衡常數(shù)，或稱為分配系數(shù)，無因次。 溶解度相平衡常數(shù) 易溶氣體； 難溶氣體。m 小m 大注意4. YX 關(guān)系關(guān)系 引入以惰性組分或溶劑為基準的摩爾比來表引入以惰性組分或溶劑為基準的摩爾比來表示氣、液相的組成，摩爾比的定義如下：示氣、液相的組成，摩爾比的定義如下： X(液相中溶質(zhì)的摩爾數(shù)液相中溶質(zhì)的摩爾數(shù))/(液相中溶劑的摩爾數(shù)液相中溶劑的摩爾數(shù)) Y(氣相中溶質(zhì)的摩爾數(shù)氣相中溶質(zhì)的摩爾數(shù))/(氣相中惰性組分的摩爾數(shù)氣相中惰性組分的摩爾數(shù)) xxX1yyY11XxX1YyY代入代入y=mx, 得得當溶液組成很低時，（當溶液組成很低時，（1m)X 1，簡化為：，簡化為：整理得：整理得：11YXmYX1 (1)mXYm XYmX20EpxiiiiHpc myxiimYXii小結(jié)：亨利定律的表達式iiExp Hcpiiiimxy iimXY 溶解度系數(shù)溶解度系數(shù)H與亨利系數(shù)與亨利系數(shù)E的關(guān)系的關(guān)系設溶液的體積為設溶液的體積為V m3，濃度為，濃度為c kmol(A)/m3，密，密度為度為kg/m3， MA及及MS分別為溶質(zhì)分別為溶質(zhì)A和溶劑和溶劑S的摩爾的摩爾質(zhì)量質(zhì)量, 則溶質(zhì)則溶質(zhì)A的總量為的總量為c