【正文】 TSHY 3 吸 收 吸收過程在化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用 √ 吸收過程的設(shè)計(jì)變量和對工藝生產(chǎn)的適應(yīng)性 √ 氣液相平衡 √ 傳質(zhì)理論 傳質(zhì)速率和傳質(zhì)系數(shù) 塔高 √ TSHY 3 吸 收 吸收的基本原理 ? 吸收是利用液體處理氣體混合物 ， 根據(jù)氣體混合物中各組分在液體中溶解度的不同 ， 而達(dá)到分離目的傳質(zhì)過程 。 ? 吸收是一個(gè)分離過程 ， 且分離的是氣體混合物 ， 分離的介質(zhì)是某一種液體溶劑稱之為吸收劑 ， 被吸收的氣體混合物稱為溶質(zhì) 。 ? 吸收是一個(gè)從氣相往液相的傳質(zhì)過程 。 ? 被吸收的氣體通過適當(dāng)?shù)姆椒ㄅc吸收液分離的過程稱為解吸過程 ，對吸收液而言 ， 則成為再生 。 ?應(yīng)用：常用于獲得產(chǎn)品 、 分離氣體混合物 、 凈化原料氣以及脫除尾氣中的有毒有害物質(zhì) 。 TSHY 3 吸 收 流程圖 TSHY 3 吸 收 吸收操作的分類 依據(jù)吸收的機(jī)理可分成 物理吸收 （ 甲醇 CO2） 化學(xué)吸收 （ K2CO3 CO2） ★ 物理吸收的特點(diǎn)： 所溶組分與吸收劑不起化學(xué)反應(yīng) 極限：溶解平衡 = f (T,P) ★ 化學(xué)吸收的特點(diǎn)： 所溶組分與吸收劑起化學(xué)反應(yīng) 極限：相平衡 = f (T,P,反應(yīng)組分 B) TSHY 3 吸 收 吸收過程的特點(diǎn) ?吸收與精餾操作的 相同點(diǎn) ： ☆ 平衡分離過程 ☆ 熱 、 質(zhì)同傳過程 ， 由 MESH方程求解 ?吸收與精餾的 不同點(diǎn) ： ?① 原理不同： 吸收是根據(jù)各組分溶解度不同進(jìn)行分離的 。 ? 精餾利用組分間相對揮發(fā)度不同使組分分離 。 ?② 塔式不同 ?③ 傳質(zhì)形式不同 ?吸收過程：單向傳質(zhì) ， 氣相傳質(zhì)到液相 ， 需外加吸收劑； ?精餾過程：雙向傳質(zhì) ， 液相傳質(zhì)到汽相 ， 汽相傳質(zhì)到液相 ， 不需加 質(zhì)量分離劑 。 TSHY 1. 吸收劑不需要再生的吸收裝置 ?使用對象： ? 主要用于制備液相產(chǎn)品 ， 如硫酸吸收 SO3吸收制硫酸 、 水吸收 HCl制鹽酸 、 吸收甲醛制福爾馬林液 、 堿液吸收 CO2或 SO2制碳酸氫鹽或亞硫酸鹽等 。 ?流程特點(diǎn)： ?吸收劑不再生 ， 且循環(huán)操作 。 吸收裝置的工業(yè)流程 TSHY 吸收裝置的工業(yè)流程 典型實(shí)例：硫酸吸收 SO3吸收制硫酸 TSHY 2. 吸收劑需要解吸的吸收裝置 使用對象： 氣體的凈化或回收； 流程特點(diǎn)： 至少有兩個(gè)塔 （ 多了一個(gè)再生過程 ） 。 ? 減壓冷再生 ： 通過改變 P， 改變相平衡 ， 使溶質(zhì)解吸 。 ? 適用： 高壓下化學(xué)吸收液的初脫 。 ? 氣提冷再生：用惰性氣體降低溶質(zhì)在氣相的分壓促使解吸； ? 適用 ： 溶質(zhì)不必回收的場合或稀釋溶質(zhì)在氣相的含量 。 ? 間接蒸汽熱再生：利用間接蒸汽 ， 升高溫度 ， 改變液面上活性組分的平衡分壓 ， 加速解吸速率； ? 適用 ： 化學(xué)吸收 。 吸收裝置的工業(yè)流程 TSHY 吸收裝置的工業(yè)流程 (1)吸收劑不重復(fù)利用的裝置 典型實(shí)例： 氯氣吸收 TSHY 吸收裝置的工業(yè)流程 (2)減壓冷再生流程 典型實(shí)例： CO2吸收 再生 (3)氣提冷再生流程 典型實(shí)例：脫除 H2S吸收 再生 TSHY 吸收裝置的工業(yè)流程 (4)間接蒸汽熱再生流程 典型實(shí)例：熱鉀堿法脫碳流程 TSHY 吸收過程的應(yīng)用 1. 獲得產(chǎn)品 將氣體中的有效成分用吸收劑吸收下來得到產(chǎn)品 。 如硫酸吸收 SO3制濃硫酸 ， 水吸收 HCl制鹽酸 。 2. 氣體混合物的分離 吸收劑選擇性吸收氣體中的某一組分達(dá)到分離目的 。 如用有機(jī)溶劑吸收煤氣中的苯 ， 用丙酮吸收天然氣裂解氣中的乙炔 。 3. 氣體凈化 用吸收劑將氣體中的有害組分吸收以達(dá)到氣體凈化目的 。 如天然氣的脫硫 ， 生產(chǎn)尾氣的 SO2脫除 。 4. 回收有價(jià)值組分 為防止有價(jià)值組分從氣相流失 ， 用吸收劑將其吸收下來達(dá)到回收的目的 。 如一些易揮發(fā)溶劑的回收 。 TSHY 吸收過程的設(shè)計(jì)變量 和對生產(chǎn)工藝的適應(yīng)性 ?吸收過程的重要因素 (1) 設(shè)備條件 設(shè)備形式 、 尺寸 、 內(nèi)部構(gòu)件等 ， 都與傳質(zhì)效率有關(guān) 。同等處理規(guī)模下 ， 效率越高 ， 設(shè)備投資越少 。 (2) 吸收劑 選擇性是關(guān)鍵 ， 解吸條件也非常重要 。 (3) 操作條件 溫度：溫度越高 ， 越不利于吸收； 壓力：壓力越高 ， 越有利于吸收 。 TSHY 設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)分析 (1) 吸收塔的直徑 (2) 再生塔的直徑 (3) 再生塔的壓強(qiáng) (4) 貧液和回流液的溫度 (5) 各種換熱器的熱負(fù)荷 (6) 吸收塔和再生塔的高度 TSHY 吸收過程對生產(chǎn)工藝的適應(yīng)性 (1) 操作壓強(qiáng) 壓力高利于吸收 ， 但操作費(fèi)用將增加 ， 通常選擇氣體來時(shí)的壓力 。 特殊情況可考慮增壓操作 。 (2) 溶質(zhì)的氣相濃度 關(guān)鍵是控制吸收塔出口氣中的溶質(zhì)指標(biāo) 。 (3) 毒性 這里指的是對吸收劑的毒性 ， 即產(chǎn)生沉淀 、 使吸收劑分解 、或生成不可還原的產(chǎn)物等 。 (4) 能耗 主要是吸收劑再生的能耗 ， 應(yīng)充分回收利用 。 TSHY 氣液相平衡 ?氣液相平衡的概念 氣液相平衡主要是指氣相組分溶解于液相 ， 使氣相組分與液相中的相同組分達(dá)到平衡的狀態(tài) 。 而汽液相平衡則主要是指液相組分揮發(fā)到汽相形成的平衡 。 兩種平衡盡管過程方向不同 ， 但相平衡原理卻是相同的： LiGi ff ?? ?TSHY 物理溶解時(shí)的相平衡 (1) 氣液平衡常數(shù) mi 式中 ， 、 分別為 i組分在氣相的逸度系數(shù)和在液相的活度系數(shù)； p為氣相總壓 ， 為純 i組分液相在體系溫度和壓力下的逸度 。 (2) 二元組分溶解的氣液平衡關(guān)系 式中 ， x0是在溶液中吸收劑的摩爾分率 ， x0=1xi； Hi為亨利系數(shù) ，kPa； A是與溫度和壓力有關(guān)的一個(gè)常數(shù) 。 此式適合于任何濃度的電解質(zhì)溶液和很低濃度的非電解質(zhì)溶液 。 iiLiiii pfxym?????)1(ln?ln 20xRTAHxf iii ???(311) i?? i?LifTSHY 物理溶解時(shí)的相平衡 對式 (311)， 在理想溶液時(shí) ， A=0， 于是： 在低壓下 ， 可用平衡分壓 取代 ， 得到亨利定律的表達(dá)形式： 再以濃度取代摩爾分率： cM為溶液的總摩爾濃度 ， H只和溫度有關(guān) ， 隨溫度升高而增大 (見表32)， 與溶液的總壓和組成無關(guān) 。 與溫度的關(guān)系為： 式中的 Ci、 φi是常數(shù) ， 與物系有關(guān) 。 iiGi xHf ??iii CRTH ????lniiei xHp ?eip ifiiMiiei cHccHp ???TSHY 當(dāng)系統(tǒng)壓力較大時(shí) ， 體系偏離理想狀態(tài)較遠(yuǎn) ， 按上述方法計(jì)算的偏差較大 。 考慮到液體體積通常隨壓力變化不大 ， 此時(shí) ， 可用以下式子來計(jì)算氣相逸度 。 式中 ， pi為純組分的蒸汽壓； Hi為亨利常數(shù)； 為組分的偏摩爾體積 ，即無限大混合物體積中加入 1mol組分時(shí)所引起的體積變化 ， 當(dāng)混合氣體服從道爾頓分壓定律時(shí) ， 保持體積的加和性 ， 即 就是 1mol氣體在溫度 T和壓強(qiáng) p時(shí)所占有的體積 。 )(ln?ln iiiiGi ppRTVHxf ???ii VV ?Gif?iV 物理溶解時(shí)的相平衡 TSHY 例 31 計(jì)算乙烷在溫度為 293K， 壓強(qiáng)為 2022kPa下與同系物組成理想溶液時(shí)的相平衡常數(shù) mi值 。 已知乙烷的臨界溫度 tc= ， 臨 界 壓 力pc=4900kPa， 飽和蒸汽壓 pis=3900kPa(在293K 時(shí) ) ， 以及在 3900kPa 下的密度ρ=350kg/m3。 TSHY 解例 31 ① 計(jì)算系統(tǒng)壓強(qiáng)下氣態(tài)乙烷的逸度 先計(jì)算 293K， 2022kPa下的對比溫度和壓強(qiáng) 。 對比溫度： 對比壓強(qiáng)： 查圖 38得： 逸度計(jì)算： ② 計(jì)算 293K下乙烷飽和蒸汽壓的逸度 對比溫度： 對比壓強(qiáng)： 查圖 38得： 逸度計(jì)算： 5 02 9 3 ??? 0020 00 ??? ?i?)k Pa(1 6 4 0 0 0?? ????? iGi pf ? 0039 00 ??? ?i? 5 02 9 3 ???)k Pa(2 6 1 9 0 0?? ????? isiGis pf ?TSHY 解例 31 ③ 計(jì)算液相乙烷的逸度 對于溫度為 T， 飽和蒸汽壓為 的純液體組分的逸度 應(yīng)等于飽和蒸汽的逸度 。 而當(dāng)壓強(qiáng)為 p時(shí) ， 液相逸度可近似用下式計(jì)算： 式中 ， Vi為在一定 p和 T時(shí) ， 組分 i的摩爾體積： 計(jì)算： 所以： )(??ln siiGisLi ppRTVff ??)m o l/m(08 030 3??? ?MV i)39002022( ?ln ?????Lif)k P a(2440? ?Lifsip Lisf?Gisf?TSHY 解例 31 ④ 計(jì)算相平衡常數(shù) 對于理想溶液 ， ， 則相平衡常數(shù)為： ???? GiiLiiii ffxym ?1?i?TSHY ?亨利定律不適用化學(xué)吸收的相平衡 ， 化學(xué)吸收的氣液平衡 ， 既要服從溶解時(shí)的相平衡又要服從化學(xué)反應(yīng)時(shí)的相平衡關(guān)系 . 伴有化學(xué)反應(yīng)的吸收相平衡 a A + b B m M + n NaAK aH ATSHY 伴有化學(xué)反應(yīng)的吸收相平衡 ?則反應(yīng)平衡常數(shù)為： 理想溶液時(shí) ， Kγ=1， 則： 因?yàn)槿芙馄胶怅P(guān)系服從亨利定律： 用 (321)解出 CA， 帶入上式得： ∵ (CA) 物 ＞ (CA)化 ， ∴ (PA)物 ＞ (PA)化 ?????????