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环工原理. Principles of Environmental Engineering. 任课教师 : 杨春平. Yang Chunping, Ph.D., P.E., Professor. 第二章 吸 收 Absorption. 第二章 吸 收 Absorption. 2.0 概述 (Introduction). 2.0.1 问题的提出. : 废气净化 , 化工分离. 2.0.2 问题的分析. 分离问题的本质分析. 加入 吸收液. 溶解度 差异. 气体分离. 气 – 液. 吸收. 第二章 吸 收.
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环工原理 Principles of Environmental Engineering 任课教师: 杨春平 Yang Chunping, Ph.D., P.E., Professor Yang Chunping, Ph.D., P.E., Professor
第二章 吸 收Absorption Yang Chunping, Ph.D., P.E., Professor
第二章 吸 收Absorption 2.0概述 (Introduction) 2.0.1 问题的提出 : 废气净化, 化工分离 2.0.2 问题的分析 Yang Chunping, Ph.D., P.E., Professor
分离问题的本质分析 加入 吸收液 溶解度 差异 气体分离 气–液 吸收 Yang Chunping, Ph.D., P.E., Professor
第二章 吸 收 2.0.1 问题的提出: 废气净化, 化工分离 2.0 概述 2.0.2 问题的分析: 气态均相物系的分离 2.0.3 问题的解决: 加入吸收液, 形成两相物系, 利用待分离物质溶解度的不同而加以分离 2.0.4 吸收的几个基本概念 吸收质或溶质(solute)： A SO2 惰性气体(inert gas) ： B 空气 吸收剂(absorbent)： S H2O 吸收液(strong liquor)： S+A H2O+SO2 吸收尾气(dilute gas)： B+(A) 空气+(SO2 ) 解吸或脱吸(desorption)：与吸收相反的过程 Yang Chunping, Ph.D., P.E., Professor
物理吸收 等温吸收 单组分吸收 化学吸收 非等温吸收 多组分吸收 第二章 吸 收 2.0.1 问题的提出: 废气净化, 化工分离 2.0 概述 2.0.2 问题的分析: 气态均相物系的分离 2.0.3 问题的解决: 加入吸收液, 形成两相物系 2.0.4 吸收的几个基本概念: 吸收质，吸收剂… 2.0.5 吸收的分类 Yang Chunping, Ph.D., P.E., Professor
吸收分离操作实例：乙醇胺水溶液吸收二氧化碳气体吸收分离操作实例：乙醇胺水溶液吸收二氧化碳气体 2.0 概述 2.0.6 吸收流程与设备 Yang Chunping, Ph.D., P.E., Professor
散装填料 塑料鲍尔环填料 规整填料 塑料丝网波纹填料 吸收设备 Yang Chunping, Ph.D., P.E., Professor
2.0.1 问题的提出: 废气净化, 化工分离 2.0.2 问题的分析: 气态均相物系的分离 2.0.3 问题的解决: 加入吸收液, 形成两相物系 2.0.4 吸收的几个基本概念: 吸收质，吸收剂… 2.0.5 吸收的分类: 物理、等温、单组分吸收 2.0 概述 2.0.6 吸收流程与设备: 填料塔, 板式塔 2.0.7 解决问题所需要的知识: 气液平衡, 吸收速率, 塔的设计, 脱吸等 Yang Chunping, Ph.D., P.E., Professor
问 题 • 吸收和蒸馏过程中的气液平衡有什么不同之处? • 吸收和蒸馏过程中的传质机理有什么不同之处? Yang Chunping, Ph.D., P.E., Professor
2.1 气液相平衡(溶解平衡)(Gas Liquid Equilibrium, GLE) 气体吸收过程实质上是溶质组分自气相通过相界面转移（迁移）到液相的过程。 气体吸收中的传质过程与传热过程的对照： (1)、气体吸收过程的推动力是什么？ （传热过程的推动力：温差） (2)、吸收过程的极限是什么？ （传热过程的极限：T=t） Yang Chunping, Ph.D., P.E., Professor
2.1 气液相平衡 在一定的T、P下，将一定量的S与混合气A+B充分接触。 气-液相达到平衡。 2.1.1气体的溶解度 (Solubility) 平衡（饱和）分压：相平衡时对应液相中A的浓度x 的气相中A的分压， p* = f(x) 平衡（饱和）浓度：在一定的T、P下，与气相分压 p 平衡的液相浓度， x* = f(p) 气体的溶解度:对应于气相分压ｐ的液相饱和浓度ｘ* . Yang Chunping, Ph.D., P.E., Professor
2.1.1气体的溶解度(Solubility) 根据相律可知, 相平衡时 自由度数 F = C - + 2 = 3 – 2 + 2 = 3 (对双组分气体) 所有独立变量：温度、总压、气相组成、溶解度等, x* = f(T, P, p) 在几个大气压以内、温度一定条件下, x* = f(p) p* = g(x) Yang Chunping, Ph.D., P.E., Professor
溶解度曲线:以T作为参数，平衡时p～x的关系曲线。溶解度曲线:以T作为参数，平衡时p～x的关系曲线。 Yang Chunping, Ph.D., P.E., Professor
溶解度曲线的特点： (1) 同T，P↑，则x↑； (2) T↑，同P，则x↓； (3) 同T和P，同溶剂，不同溶质的x差异可以很大. 20℃，60 kPa 时: 390 g NH3/1000 g H2O 68 g SO2/1000 g H2O 0.0255 g O2/1000 g H2O 易溶气体：溶解度↑，所需饱和分压↓ 同一系统加压、减压费用太高，一般不采用。 Yang Chunping, Ph.D., P.E., Professor
2.1.2亨利定律 (Henry’s law) 当总压不太高时，一定温度下的稀溶液的溶解度曲线近似为直线，即溶质在液相中的溶解度与其在气相中的分压成正比: P* = Ex 式中： p* —— 溶质在气相中的平衡分压，kPa； x —— 溶质在液相中的摩尔分数； E—— 亨利系数，kPa。 E是物性，通常可从有关手册中查得, 或由实验测定; E 越大，表明溶解度越小； E 随温度变化而变化， T，E. Yang Chunping, Ph.D., P.E., Professor
当气、液相溶质浓度用其它组成表示法表示时，通过浓度换算可得其它形式的亨利定律。常用的形式有 y* —— 与组成为 x 的液相呈平衡的气相中溶质的摩尔分数； c —— 溶质在液相中的摩尔浓度，kmol/m3； m —— 相平衡常数, 无因次； H—— 溶解度系数, kmol/(m3kPa)或kmol/(atmL). 式中: cm 为溶液的总浓度（kmol/m3）; 为溶液的密度; Ms 为溶剂的摩尔质量。 Yang Chunping, Ph.D., P.E., Professor
在低浓度气体吸收计算中，通常采用基准不变的摩尔比 Y（ 或 X ）表示组成。 摩尔比表示相组成的平衡关系 X —— 溶质在液相中的摩尔比； Y* —— 与X 呈平衡的气相中溶质的摩尔比。 当 m 趋近 1 或当 X 很小时: Yang Chunping, Ph.D., P.E., Professor
2.1.3 吸收剂的选择 • 溶解度 • 选择性 • 挥发度 • 粘性 • 其它 Yang Chunping, Ph.D., P.E., Professor
作业题 P142: 1, 2, 3. Yang Chunping, Ph.D., P.E., Professor
