1、有毒有害气体(qt)吸收净化技术（第五讲）,主讲教师：纪 晓 峰高级培训师、学科带头人、国家级优秀教师中国煤炭工业协会培训中心特聘教授中国石油大学远程教育学院(xuyun)客座教授国家安全生产监督管理总局培训中心特聘专家人事部、国家安全生产监督管理总局“653”工程讲师团成员国家注册高级采矿工程师、国家注册高级安全工程师Tel：13153878942 E-mail:,第一页，共一百一十八页。,这一讲我们讨论吸收，什么叫吸收操作呢？做有机、无机(wj)实验时，我们常用洗气瓶，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。,第二页，共一百一十八页。,家庭主妇
2、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。这就是刺眼气体溶解(rngji)于水，这就是吸收。,切洋葱(yngcng),第三页，共一百一十八页。,开碳酸(tn sun)饮料,当我们打开碳酸(tn sun)饮料瓶口时，就有气体冲出。这是气体的反溶解，这就是碳酸(tn sun)气的解吸。,第四页，共一百一十八页。,焦化厂洗氨塔,在焦化厂，焦炉气中含有多种气体，如CO,CO2,H2,NH3，苯等气体。工厂(gngchng)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(gngchng)的氨洗塔。,第五页，共一百一十八页。,主要(zhyo)内容,第一节
3、 吸收法概述第二节 吸收过程(guchng)基础理论第三节 吸收装置,第六页，共一百一十八页。,吸收剂,气体(qt),y,x,界面(jimin),气相主体(zht),液相主体,相界面,气相扩散,液相扩散,yi,xi,气体吸收是混合气体中某些组分在气液相界面上溶解、在气相和液相内由浓度差推动的传质过程。,第一节 吸收法概述,一、吸收概念利用适当液体吸收（溶解）气体混合物中的有关组分（有的还发生化学反应），以分离气体混合物的一种操作。,第七页，共一百一十八页。,吸收质或溶质(solute)：混合气体中的溶解组分惰性气体(inert gas)或载体：不溶或难溶组分吸收剂(absorbent)：吸收操
4、作中所用的溶剂吸收液(strong liquor)：吸收操作后得到的溶液(rngy)，主要成分为溶质和溶剂。吸收尾气(dilute gas)：吸收后排出的气体，主要成分为惰性气体和少量的溶质。,第八页，共一百一十八页。,二、吸收的目的和依据：目的：回收或捕获气体混合物中有用物质，制取产品；除去工艺气体中的有害成分，使气体净化，以便进一步加工处理。依据：气体混合物中各组分(zfn)在溶剂中溶解度不同 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，而空气几乎不溶于水。,第九页，共一百一十八页。,气体吸收(xshu)的工业应用,净化或精制气体 例：合成氨工艺中，合成气中的净化
5、脱碳制取某种气体产品(chnpn)的液态产品(chnpn)例：用水吸收氯化氢气体制取盐酸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，硫酸回收焦炉气中的氨工业废气的制理 废气中含有二氧化硫、硫化氢、CO2等有害气体的脱除,第十页，共一百一十八页。,三、溶剂（吸收剂）的选择 对被分离组分(zfn)（溶质）有较大的溶解度 对混合气体中其他组分的溶解度要小较高的选择性 溶质在溶剂中的溶解度应对温度的变化比较敏感，即低温下溶解度大，随着温度升高，溶解度应迅速下降被吸收的气体容易解吸，溶剂再生方便。蒸汽压要低，不易挥发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杂质。,第十一页
6、，共一百一十八页。,应有较好的化学稳定性以免使用过程中发生变质；应有较低的粘度，不易产生泡沫实现吸收塔内良好的气液接触和塔顶的气液分离。应尽可能满足价廉、易得、无毒、不易燃烧(rnsho)等经济和安全条件。,第十二页，共一百一十八页。,设吸收剂（或溶剂），用S表示；溶质或吸收质，以A表示；惰性气（不被吸收的组分），以B表示。三大对A和B的溶解度差异要大对A的溶解度要大对A的溶解度在条件改变时变化要大三小挥发性小粘度小腐蚀(fsh)小技术经济性,第十三页，共一百一十八页。,四 物理吸收和化学吸收 物理吸收：吸收时溶质与溶剂不发生明显(mngxin)的化学反应，如洗油吸收苯，水吸收CO2、SO2等
7、。化学吸收：吸收时溶质与溶剂或溶液中的其它物质发生化学反应。如CO2在水中的溶解度甚低，但若用K2CO3水溶液吸收CO2，则在液相中发生下列反应：K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3 从而使K2CO3水溶液具有较高的吸收CO2的能力。*作为化学吸收可被利用的化学反应一般都满足以下条件：可逆性。若该反应不可逆，溶剂将难以再生和循环使用较高的反应数率。若反应速率较慢，应研究加入适当的催化剂以加快反应速率。,第十四页，共一百一十八页。,原料(yunlio)气AB,吸收剂S,尾气(wi q)B(含微量A),溶液(rngy)S+A,气体吸收的原理,吸收塔,形成两相体系的方法,引入一液相（吸收剂）,各
8、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、气体吸收的原理和流程,第十五页，共一百一十八页。,气体(qt)吸收的流程,吸收(xshu)过程,吸收过程：溶质(rngzh)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,解吸,第十六页，共一百一十八页。,吸收操作(cozu)流程：,第十七页，共一百一十八页。,由流程图可见，采用吸收操作实现(shxin)气体混合物的分离必须解决下列问题：选择合适的溶剂，使能选择性比溶解某个（或某些）被分离组份；提供适当的传质设备（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
9、气相转移到液相（吸收）或相反（解吸）；溶剂的再生，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，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吸两个组成部分。,第十八页，共一百一十八页。,气体(qt)吸收的实例,具有吸收剂再生功能的连续(linx)吸收流程,第十九页，共一百一十八页。,气液两相的接触(jich)方式*,级式接触：气、液两相逐级逆流接触传质，两相的组成(z chn)呈阶跃变化，如板式塔。,板式(bnsh)塔,第二十页，共一百一十八页。,填料(tinlio)塔,湿壁塔、降膜塔,微分接触：气、液两相的浓度呈连续(li
10、nx)变化。,规整填料 塑料丝网波纹填料,散装填料塑料鲍尔环填料,第二十一页，共一百一十八页。,第二节 吸收(xshu)过程基础理论,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。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：(1)、气体吸收过程的推动力是什么(shn me)？（传热过程的推动力：温差）(2)、若气液两相能充分完全的接触，则吸收过程的极限是什么？（传热过程的极限：T=t）,第二十二页，共一百一十八页。,预备知识补充：气液相组成表示方法1.摩尔(m r)分数：混合物中组分A的物质的量占混合物总物质的量的分数。对两组分(A和B)的混合液，则有：式中
11、：nA、nB、n分别表示组分A、组分B和混合物的物质的量kmol,第二十三页，共一百一十八页。,2.质量分数：混合物中组分(zfn)A的质量占混合物总质量的分数。对两组分（A和B）的混合液，则有：式中：mA、mB、m分别表示组分A、组分B和混合物的质量kg,第二十四页，共一百一十八页。,3.质量分数和摩尔分数的换算(hun sun)关系：（以A组分为例）,第二十五页，共一百一十八页。,习惯(xgun)上液相摩尔分数用x表示，气相摩尔分数用y表示。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。由道尔顿分压定律：pi=pt*yi 其中：pt-总压；pi-i组分分压；yi-i组分摩尔浓度！总
12、压一定时，分压分数与摩尔分数数值相当。（P113释惑）,第二十六页，共一百一十八页。,（二）质量浓度和摩尔浓度某单位体积所含组分(zfn)的质量或者摩尔数。令：CA、CB、CC表示A、B、C的质量浓度；cA、cB、cC表示A、B、C的摩尔浓度：,第二十七页，共一百一十八页。,（三）比摩尔(m r)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分外的质量或摩尔数之比。令某相总质量G，总摩尔数为n，i组分的质量为Gi，摩尔数为ni，则比摩尔分数和比质量分数为(、):,第二十八页，共一百一十八页。,利用摩尔分数、摩尔浓度(nngd)表示理想气体气体状态方程,若吸收(xshu)操作为单组份吸收(
13、xshu)，质量分数和比质量分数、摩尔分数和比摩尔分数的关系：,第二十九页，共一百一十八页。,一、吸收(xshu)过程中的气液平衡,1 平衡分压：在一定条件下，任何气体在某种溶剂中溶解达到平衡时，其在气相中的分压是一定的。2 吸收过程：吸收过程进行的方向与极限取决于溶质(rngzh)(气体)在气液两相中的平衡关系。P表示在吸收过程中，气相中溶质的实际分压；p*表示平衡分压；pp*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 收的逆过程，称为解吸(或脱吸)。Pp*时，处于气液平衡状态,第三十页，共一百一十八页。,第三十一页，共一百一十八页。,3 溶解度气液达到平衡时，吸
14、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限气体量(即平衡状态下液相中吸收质浓度)。气体吸收的平衡关系指气体在液体中的溶解度。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气体；不易溶解的称为难溶气体。易溶和难溶是相对(xingdu)同一种吸收剂而言。,第三十二页，共一百一十八页。,气体(qt)在液体中的溶解度,溶解度曲线：在一定(ydng)温度、压力下，平衡时溶质在气相和液相中的浓度的关系曲线。,溶解度/g(NH3)/1000g(H2O),1000,500,0,20,40,60,80,100,120,pNH3/kPa,50 oC,40 oC,30 oC,20 oC,1
15、0 oC,0 oC,50 oC,40 oC,30 oC,20 oC,10 oC,0 oC,在相同条件下，NH3 在水中的溶解度较 SO2 大得多。用水作吸收剂时，称 NH3 为易溶气体，SO2为中等溶解气体，溶解度更小的气体则为难(winn)溶气体(如O2 在 30 和溶质的分压为 40kPa 的条件下，1kg 水中溶解的质量仅为 0.014g)。,第三十三页，共一百一十八页。,难溶体系(tx),溶解度适中(shzhng)体系,易溶体系(tx),（1）不同气体的溶解度差异很大,（2）对于稀溶液或极稀溶液，溶解度曲线近似为直线，即,-亨利定律,pA=723cA,pA=25.5cA,pA=0.36
16、cA,pA=0.0136cA,(3)加压、降温有利于吸收操作,第三十四页，共一百一十八页。,定义：用来描述稀溶液或（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系。混合气体总压不高（P5atm，气相可视作理想气体）稀溶液（可视作理想(lxing)溶液,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 有不同的表示形式。气相：pi，yi，Yi液相：xi，ci，Xi,35,二 亨利(hngl)定律（Henrys law）,pi-xi关系(gun x)pi-ci关系xi-yi关系 Xi-Yi关系,第三十五页，共一百一十八页。,（1）基本式(pe-x)若溶质在气相中的组成以分压p表示，在液相中的组成以x表示，pe-x溶解度曲线近似可用通过原点的直线(zhxin)表示，则亨利定律写成如下形式：,式中：pe 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(hngl)系数，kPa。,亨利系数的值随物系的特性及温度而异；E 值的大小代表了气体在该溶剂中溶解的难易程度；在同一溶剂中，难溶气体 E 值很大，易溶气体 E 值很小；物系一定，E 值一般