[學(xué)習(xí)]分離工程黃國(guó)文第四章吸收與解吸

1、第四章 氣體吸收與解吸,教師：黃國(guó)文Tel ：13647633015 Emil：hgw1978@cqut.edu.cn,4.1 概述4.2 氣液相平衡4.3 吸收和解吸過(guò)程4.4 多組分吸收和解吸的簡(jiǎn)捷計(jì)算法4.5 化學(xué)吸收,吸收質(zhì)或溶質(zhì)(solute)：混合氣體中的溶解組分，以A表示。惰性氣體(inert gas)或載體：不溶或難溶組分，以B表示。吸收劑( absorbent)：吸收操作中所用的溶劑，以S表示

2、。,基本概念,4.1 概述,吸收液(absorption liquor)：吸收操作后得到的溶液，主要成分為溶劑S和溶質(zhì)A。吸收尾氣(dilute gas)：吸收后排出的氣體，主要成分為惰性氣體B和少量的溶質(zhì)A。解吸或脫吸(desorption)：與吸收相反的過(guò)程，即溶質(zhì)從液相中分離而轉(zhuǎn)移到氣相的過(guò)程。,吸收分離操作：利用混合氣體中各組分(component)在液體中溶解度(solubility)差異或化學(xué)反應(yīng)，使某些易溶組分進(jìn)入

3、液相形成溶液(solution)，不溶或難溶組分留在氣相(gas phase)，實(shí)現(xiàn)混合氣體的分離。,氣體吸收是混合氣體中某些組分在氣液相界面上溶解、以氣相和液相內(nèi)平衡蒸汽壓差為推動(dòng)力的傳質(zhì)過(guò)程。,吸收操作的用途：(1) 制取產(chǎn)品：用吸收劑吸收氣體中某些組分而獲得產(chǎn)品。如硫酸吸收SO3制濃硫酸；水吸收甲醛制福爾馬林液；氨水吸收CO2制碳酸氫氨等。(2) 分離混合氣體：吸收劑選擇性地吸收氣體中某些組分以達(dá)到分離目的。如從焦?fàn)t氣或城市煤

4、氣中分離苯，從乙醇催化裂解氣中分離丁二烯等。(3) 氣體凈化：一類(lèi)是原料氣的凈化，即除去混合氣體中的雜質(zhì)，如合成氨原料氣脫H2S、脫CO2等；另一類(lèi)是尾氣處理和廢氣凈化以保護(hù)環(huán)境，如燃煤鍋爐煙氣，冶煉廢氣等脫除SO2，硝酸尾氣脫除NO2等。,吸收的分類(lèi)： 溶質(zhì)與溶劑的相互作用物理吸收(physical absorption)：吸收過(guò)程溶質(zhì)與溶劑不發(fā)生顯著的化學(xué)反應(yīng)，可視為單純的氣體溶解于液相的過(guò)程。如用水吸收二氧化碳、用水吸收乙

5、醇或丙醇蒸汽、用洗油吸收芳烴等。 CO2 ＋ H2O ＝H2CO3 HCl(g)＋ H2O＝ HCl (L)化學(xué)吸收(chemical absorption)：溶質(zhì)與溶劑有顯著的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。如用氫氧化鈉或碳酸鈉溶液吸收二氧化碳、用稀硫酸吸收氨等過(guò)程?；瘜W(xué)反應(yīng)能大大提高單位體積液體所能吸收的氣體量并加快吸收速率。但溶液解吸再生較難。 Na2CO3(K2CO3)＋CO2 ＋H2O = Na2

6、HCO3,溶質(zhì)單組分吸收 ：混合氣體中只有單一組分被液相吸收，其余組分因溶解度甚小，其吸收量可忽略不計(jì)。多組分吸收： 有兩個(gè)或兩個(gè)以上組分被吸。 吸收溫度非等溫吸收 ：體系溫度發(fā)生明顯變化的吸收過(guò)程。等溫吸收：體系溫度變化不顯著的吸收過(guò)程。 溶解熱： 氣體溶解于液體時(shí)所釋放的熱量?；瘜W(xué)吸收時(shí)，還會(huì)有反應(yīng)熱.,傳質(zhì)理論,吸收過(guò)程，溶質(zhì)A由氣相傳到液相。,分子擴(kuò)散—分子熱運(yùn)動(dòng)引起的相互碰撞；對(duì)流—外力下發(fā)生的主體流動(dòng)

7、，如： Δp、 Δ?等；湍流混合—宏觀流體微團(tuán)或旋渦在慣性力作用下的位移。,雙膜理論認(rèn)為在氣液界面兩側(cè)分別存在氣膜和液膜，傳質(zhì)阻力集中在氣膜和液膜，界面無(wú)阻力。而氣液主體的濃度均勻。氣膜和液膜的厚度與流體湍動(dòng)有關(guān)。,傳質(zhì)速率,以雙膜論為例:,4.2 氣（汽）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)。汽液相平衡：主要是指液相組分揮發(fā)到汽相形成的平衡。 兩種

8、平衡盡管過(guò)程方向不同，但相平衡原理是相同的：,(4-1),4.2.1 物理吸收的相平衡 亨利定律 (Henry Henry’ s law) 低壓下（<5×105 Pa）氣體在液體中的溶解度可以用亨利定律表示： p2=H·x2 式中: p2---溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓, Pa； x2---溶質(zhì)在液相

9、中的摩爾分率（溶解度）； H---享利系數(shù)，Pa 公式的適用條件： 1. 溶質(zhì)氣體的分壓為常壓； 2. 溶質(zhì)溶解于溶劑時(shí)不發(fā)生解離、締合或化學(xué)反應(yīng)； 3. 稀溶液。,(4-6),普遍化的亨利定律:基準(zhǔn)態(tài)：,代入：,或,亨利常數(shù)H不僅與溶劑、溶質(zhì)的性質(zhì)和系統(tǒng)T有關(guān)，而且還與系統(tǒng)p有關(guān)。在低壓下，溶質(zhì)組分的逸度近似等于它在氣相中的分壓，亨利常數(shù)不隨壓力而改變。,(4-2),(4-

10、5),(4-5),高壓下氣體的溶解度,(4-4),：溶質(zhì)2在溶液中的偏摩爾體積；H：溶質(zhì)在溶液中的亨利系數(shù)；P、Pa：系統(tǒng)總壓和純?nèi)軇┑娘柡驼羝麎骸?4.2.2 有化學(xué)反應(yīng)的氣體溶解 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.,則反應(yīng)平衡常數(shù)為：,對(duì)理想溶液，γ i = 1，其相平衡常數(shù)為：,(4-8),(4-9),因?yàn)槿芙馄胶怅P(guān)系服從亨利定律：,(4-11),

11、用(4-9)解出CA ，帶入上式得：,? 化學(xué)吸收時(shí)的平衡分壓低于物理吸收的平衡分壓,即化學(xué)吸收的溶解度大。,(4-10),吸收和解吸過(guò)程流程 吸收劑與被吸收的易溶組分一起從吸收塔底排出后，一般要把吸收劑與易溶組分分離開(kāi)，即解吸過(guò)程。 解吸過(guò)程可采用的一般方法： 加熱升溫；減壓閃蒸；精餾解吸。 分離后易溶組分單獨(dú)作為一種氣體產(chǎn)品送出，而吸收劑則再送回吸收塔內(nèi)循環(huán)使用。,4.3 吸收和解吸過(guò)程,吸收劑的選擇

12、,良好的吸收劑對(duì)吸收過(guò)程至關(guān)重要。但受多種因素制約，工業(yè)吸收過(guò)程吸收劑的選擇范圍也是很有限的，一般視具體情況按下列原則選擇：(1) 對(duì)溶質(zhì)有較大的溶解度：溶解度↑，溶劑用量↓，溶劑再生費(fèi)用↓；溶解度↑，對(duì)一定的液氣比，吸收推動(dòng)力↑，吸收傳質(zhì)速率↑，完成一定的傳質(zhì)任務(wù)所需設(shè)備尺寸↓；(2) 良好的選擇性：即對(duì)待吸收組分的溶解度大，其余組分溶解度度??；(3) 穩(wěn)定不易揮發(fā)，以減少溶劑損失；(4) 粘度低，有利于氣液接觸與分散，提

13、高吸收速率；(5) 無(wú)毒、腐蝕性小、不易燃、價(jià)廉等。,吸收流程可分為兩類(lèi)：（I）吸收質(zhì)不需解吸，吸收劑不需再生和循環(huán)；（II）吸收質(zhì)需要解吸，吸收劑需要再生和循環(huán)。,（1）吸收和解吸流程,單純吸收工藝流程,一、單純吸收工藝流程（無(wú)解吸）,帶吸收劑再循環(huán)的吸收流程,適用于：（1）熱效應(yīng)顯著的吸收過(guò)程，部分吸收液再循環(huán)可降低吸收塔內(nèi)溫度，當(dāng)平衡關(guān)系變化的幅度比操作關(guān)系變化幅度大時(shí)，吸收液的循環(huán)不但不減少反而可能提高傳質(zhì)平均推動(dòng)力，有

14、利于吸收操作。（2）對(duì)于按物料衡算估算所需吸收劑用量過(guò)少，不能滿足最小液體噴淋密度要求的情況，部分吸收液再循環(huán)盡管會(huì)使傳質(zhì)推動(dòng)力有所降低，但可由傳質(zhì)系數(shù)的顯著增大而得以補(bǔ)償。（3）對(duì)于制取液態(tài)產(chǎn)品的吸收操作，為獲得較高含量的液態(tài)產(chǎn)品，采用吸收液部分再循環(huán)操作。,當(dāng)原料氣處理量較大，溶質(zhì)組分含量較低或溶解度較低或要求完全吸收時(shí)，常采用多塔吸收流程。,二、吸收-解吸工藝流程,吸收-解吸工藝流程,解吸器可以采用水蒸氣或惰性氣體、再沸器、精

15、餾塔。,二、吸收-解吸工藝流程,伴有吸收劑回收的吸收-解吸工藝流程,用再沸器的吸收-解吸塔,用一般精餾塔的吸收-解吸流程,吸收劑無(wú)需再生的流程 使用對(duì)象：主要用于制備液相產(chǎn)品。 流程特點(diǎn)：吸收劑不再生，循環(huán)操作。 應(yīng)用實(shí)例： SO3+H2O（H2SO4） H2SO4（濃硫酸） HCHO+H2O 福爾馬林 (NH4)2CO3+CO2+H2O 2 NH4HCO3,,

16、,,吸收劑再生流程 使用對(duì)象：氣體的凈化或回收； 流程特點(diǎn)：至少有兩個(gè)塔（吸收塔和再生塔）。 ⅰ. 減壓冷再生 ⅱ. 氣提冷再生 ⅲ. 間接蒸汽熱再生,采用吸收劑再生的連續(xù)吸收流程,4.3.2 多組分吸收和解吸過(guò)程分析一、設(shè)計(jì)變量數(shù)和關(guān)鍵組分,吸收塔Nx：吸收劑 C‵+ 2原料氣 C+2壓力等級(jí)數(shù) N 和 C+C‵+4+N

17、Na：串級(jí)單元數(shù) 1,解吸塔Nx：解吸劑 C‵+ 2吸收液 C+2壓力等級(jí)數(shù) N 和 C+C‵+4+NNa：串級(jí)單元數(shù) 1,,,Na的指定： 操作型計(jì)算：指定 N（理論板數(shù)） 設(shè)計(jì)型計(jì)算：指定 一個(gè)關(guān)鍵組分分離要求,流量 L從上向下↑；V從下向上↓

18、 ——流量不恒定每板溫度Tn 由于溶解熱大，Tn與溶解吸收量有關(guān)，難預(yù)測(cè)，不能用泡、露點(diǎn)方法計(jì)算Tn，要用熱量衡算求Tn。平衡數(shù)據(jù)、溶解熱數(shù)據(jù)、動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)等研究的不充分。逆過(guò)程為蒸出。,二、吸收過(guò)程特點(diǎn),操作壓力Operating Pressure操作溫度Operating Temperature液氣比（吸收劑用量）Absorbent Flow Rate塔板數(shù)Number of St

19、ages,吸收過(guò)程操作參數(shù)分析：,1）操作壓力 Operating Pressure,操作壓力提高，氣相溶質(zhì)分壓增大，傳質(zhì)推動(dòng)力提高，吸收速率和吸收率增大。,壓力提高，各組分的K值減小。當(dāng)L/V一定時(shí)，吸收因子A增大。當(dāng)NT一定時(shí)，A增大，各組分的吸收率增大；當(dāng)關(guān)鍵組分的吸收率已被規(guī)定時(shí)，A增大，所需NT減少。提高操作壓力還可以減小塔徑及相關(guān)設(shè)備、配管的尺寸等。,但壓力過(guò)高會(huì)使塔設(shè)備的投資及壓縮氣體的操作費(fèi)用增加；同時(shí)提高操作壓力使惰氣

20、組分或不希望回收的組分吸收量也增加，后續(xù)分離變得復(fù)雜。,應(yīng)考慮吸收塔前后工藝的操作壓力恰當(dāng)選擇，一般不宜采用過(guò)高的操作壓力。,,2）操作溫度 Operating Temperature,操作溫度降低，各組分的H或K減小，吸收的傳質(zhì)推動(dòng)力增大，吸收速率增大。,降低溫度和提高壓力具有相同的影響。,雖然吸收適于在低溫下操作，但應(yīng)避免采用冷凍操作以減少動(dòng)力消耗。,,3）液氣比 Absorbent Flow Rate,液氣比（L/V）與吸收劑用量

21、直接相關(guān)，表示處理單位原料氣所需要的吸收劑量。 液氣比大則吸收劑用量多。,液氣比對(duì)吸收操作的影響與回流比對(duì)精餾操作的影響相似。增大液氣比將使各組分吸收因子增加，因此增大液氣比和增加操作壓力或降低操作溫度有相同的效果。但隨著液氣比的增大，相應(yīng)要增大吸收劑的循環(huán)量和回收吸收劑的費(fèi)用。,一般取液氣比為最小液氣比的1.2~2.0倍。,,4）塔板數(shù) Number of Stages,理論板數(shù)增加，各組分吸收率增加。但在不同板數(shù)范圍，吸收率增

22、加的幅度不同。當(dāng)板數(shù)較少時(shí)，增加一塊板對(duì)提高吸收率的影響比較明顯，而當(dāng)理論板為十多塊時(shí)，再增加板數(shù)，吸收率的增加幅度很小。,,吸收與精餾的不同,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(duì)揮發(fā)度不同使組分分離。② 塔式不同 精餾有簡(jiǎn)單塔和復(fù)雜塔。 最簡(jiǎn)單的吸收為精餾中的復(fù)雜精餾，即兩股進(jìn)料，兩股出料。,③ 傳質(zhì)形式不同 吸收是單向傳質(zhì)，精餾是雙向傳質(zhì)。④ 溫度范圍、變化不同 在精

23、餾過(guò)程中沸點(diǎn)范圍相對(duì)窄，整個(gè)塔內(nèi)的溫度變化范圍不是很大，從塔頂向下，溫度逐漸升高。在每塊板上的溫度變化，可用泡露點(diǎn)方程定出。 多組分吸收中，各溶質(zhì)組分的沸點(diǎn)范圍很寬，所以多組分吸收不能視為理想系統(tǒng)來(lái)處理。而且由于在吸收過(guò)程，氣相中易溶組分溶解到溶劑中，會(huì)放出溶解熱，使液相和氣相的溫度都升高，通常要采用熱量衡算來(lái)確定溫度的分布。,溶解熱 取決于 與 的相對(duì)大小1.

24、 如果在塔頂 明顯大于 上升氣體熱量傳給吸收劑，吸收放出熱量全部由 帶走，尾氣出口溫度與進(jìn)塔吸收劑溫度相近，在塔釜溫度分布出現(xiàn)極大值。2. 明顯大于 下降液體熱量傳給上升氣體，吸收放出熱量大部分由 帶走，吸收液在下降中被氣體冷卻，接近

25、于原料氣入口溫度條件下出塔。 與 相近，熱效應(yīng)明顯 出塔氣體與吸收液溫度超過(guò)入口，熱量分配取決于不同位置因吸收而放熱情況。,M,L,⑤ 物料的預(yù)分布不同 精餾可按清晰分割和不清晰分割進(jìn)行物料的預(yù)分布。 由于吸收每端既有進(jìn)料，又有出料，比常規(guī)的多組分精餾更難分配。⑥ 精餾有兩個(gè)關(guān)鍵組分，吸收只有一個(gè)關(guān)鍵組分精餾中 有輕重兩個(gè)關(guān)鍵組

26、分，由分離要求來(lái)確定。吸收只有一個(gè)關(guān)鍵組分，是因?yàn)槲帐菃蜗騻髻|(zhì)的緣故。⑦ 組分分布不同 精餾過(guò)程，關(guān)鍵組分的濃度分布有極大值，非關(guān)鍵組分在進(jìn)料板上下形成幾乎恒濃的區(qū)域。 吸收過(guò)程，難溶組分一般只在靠近塔頂?shù)膸准?jí)被吸收；易溶組分主要在塔底附近的若干級(jí)上被吸收，而關(guān)鍵組分才在全塔范圍內(nèi)被吸收。,熱效應(yīng)的處理方式：,（1）熱效應(yīng)忽略不計(jì) 當(dāng)溶質(zhì)濃度低、液氣比大、溶解量小時(shí)，可視為等溫吸收，以吸收劑進(jìn)塔溫度作為全塔溫度。,

27、（2）僅考慮吸收熱 當(dāng)液氣比較大時(shí)，可視為簡(jiǎn)單絕熱吸收，全部吸收熱用于增加提高溶液的顯熱，提高溶液的溫度。,（3）熱效應(yīng)不可忽略 吸收量大、液氣比不是很大時(shí)，四項(xiàng)熱效應(yīng)均應(yīng)考慮。特別注意塔內(nèi)出現(xiàn)的熱點(diǎn)。,熱效應(yīng)較大時(shí)可采取的措施：,（1）冷卻 設(shè)置冷卻器，降低操作溫度，改善吸收平衡關(guān)系。,（2）提高液氣比 提高液氣比，改善操作關(guān)系，彌補(bǔ)由于溫升而對(duì)吸收平衡造成的不利影響。,（3）降低原料氣進(jìn)塔溫度 減緩塔底部溫度的升高

28、。,只能規(guī)定一個(gè)組分的吸收率不能按恒摩爾流處理溫度分布復(fù)雜至少有兩股進(jìn)料,多組分吸收的特點(diǎn)：,1、吸收過(guò)程工藝計(jì)算的基本概念 吸收、解吸作用發(fā)生的條件根據(jù)相平衡的概念，可判斷氣液接觸時(shí)吸收和解吸的條件。吸收：溶質(zhì)由氣相溶于液相 ，解吸：溶質(zhì)由液相轉(zhuǎn)入氣相 ，,4.4 多組分吸收和解吸的簡(jiǎn)捷計(jì)算,吸收過(guò)程的理論板 吸收過(guò)程吸收液沿塔逐板下流時(shí)，易溶組分的含量不斷升高，氣體混合物在沿塔高上升過(guò)程中易溶組分的含量不斷降低。

29、在吸收過(guò)程中為了計(jì)算方便起見(jiàn)，像精餾過(guò)程一樣引入了理論板的概念。 在每一塊理論板上，氣液兩相充分接觸，離開(kāi)n板的氣體混合物與離開(kāi)n板的吸收液達(dá)到相平衡，即yi=kixi。溶解量的多少由每個(gè)組分的平衡常數(shù)來(lái)決定，未被吸收的氣體（干氣或惰性氣體）由塔頂排出，摩爾流率為V，而吸收了溶質(zhì)的吸收劑即吸收液以LN的流率從塔釜排出，每板上的氣相流率，液相流率都在變化。,吸收過(guò)程的限度,進(jìn)料氣體混合物中易溶組分i的組成為yF,i，出塔吸收液中組分i含

30、量為xN,i，顯然：yN+1,i≥kixN,i。 從塔頂加入的吸收劑中組分i含量為x0,i，離開(kāi)塔頂氣相中組分i的含量為y1,i，顯然：y1,i≥kix0,i。 由此規(guī)定了設(shè)計(jì)吸收塔的限度，x0,i是解吸過(guò)程分離后吸收劑中組分i的含量，它與y1,i有密切的關(guān)系，在設(shè)計(jì)時(shí)要將吸收和解吸一起考慮。一般按照規(guī)定的分離要求先確定吸收塔的氣體組成，根據(jù)已知選定的出塔氣體組成再考慮氣液相平衡數(shù)據(jù)來(lái)確定吸收劑在解吸后易溶組分的含量。,多組分吸收計(jì)

31、算類(lèi)型設(shè)計(jì)型：已知入塔原料氣的組成、溫度、壓力、流率；吸收劑的組成、溫度、壓力、流率；吸收塔的操作壓力和關(guān)鍵組分的分離要求。計(jì)算理論板數(shù)N、塔頂尾氣量和組成、塔底吸收液量和組成。操作型：已知入塔氣的組成、溫度、壓力、流率；吸收劑的組成、溫度、壓力；吸收塔的操作壓力、關(guān)鍵組分的分離要求和理論板數(shù)N。計(jì)算塔頂應(yīng)加入吸收劑的量、塔頂尾氣的量和組成、塔底吸收液的量和組成。,計(jì)算內(nèi)容,和關(guān)鍵組分的分離要求。,詳細(xì)計(jì)算為,吸收塔板數(shù)的計(jì)算也是先

32、求出完成預(yù)定分離要求所需的理論板數(shù)，然后再由板效率確定實(shí)際的吸收塔板數(shù)。,已知：,求：,對(duì)于單組分吸收且吸收量不大的情況，可假定吸收是等溫過(guò)程，氣相和液相流率恒定，計(jì)算大為簡(jiǎn)化。 但對(duì)多組分吸收且吸收量較大的情況，熱效應(yīng)引起的溫度變化不能忽略，氣液相流率也不能看作恒定。要得到精確解，必須用嚴(yán)格計(jì)算。,簡(jiǎn)捷計(jì)算主要應(yīng)用場(chǎng)合：（1）設(shè)計(jì)的初始階段，為嚴(yán)格計(jì)算提供初值；（2）對(duì)操作進(jìn)行粗略分析。,簡(jiǎn)捷計(jì)算法的常見(jiàn)類(lèi)型：

33、 （1）   平均吸收因子法（掌握） （2）   平均有效吸收因子法（不要求） （3）   蒸出（解吸）因子法（不要求）,重點(diǎn)介紹并掌握吸收因子法,2、吸收因子法,吸收因子是綜合考慮了塔內(nèi)氣液兩相流率和平衡關(guān)系的一個(gè)無(wú)因次數(shù)群，表明吸收的難易。,組分i的吸收因子,解吸過(guò)程定義： S=KV/L=1/A — i組分的解吸因子或因

34、素.,幾點(diǎn)說(shuō)明：,對(duì)第n板組分作物料衡算：,普遍吸收因子法,（4-14）,（4-16）,（4-17）,（4-17）,N=1,逐級(jí)向下推導(dǎo)，可得到vN,對(duì)全塔作物料衡算：,（4-20）,（4-22）,（4-23）,（4-24）,,,吸收因子法的基本方程 --Horton-Franklin 方程,關(guān)聯(lián)了吸收率、吸收因子和理論板數(shù),Horton-Franklin 方程討論,4、采用簡(jiǎn)化形式作簡(jiǎn)捷計(jì)算,Horton-Franklin 方程討論,

35、有效因子的簡(jiǎn)化處理方法 1）平均吸收因子法 2）平均有效吸收因子法,1）平均因子法 假設(shè)各板上的A相同：全塔平均的A值代替各板吸收因子； 適用于塔內(nèi)L/V不大的情況,,（4-25）,被吸收量：,最大吸收量：,相對(duì)吸收率：,討論(4-26)：,表達(dá)了相對(duì)吸收率、平均吸收因子和理論板數(shù)之間的關(guān)系。,圖4-12 吸收因子圖,求解（4-26）：,求解N,若吸收劑中不含進(jìn)料組分:,吸收率,克雷姆塞爾圖,已知組分吸收率、吸收溫度、液

36、氣比，查圖求解N。,,K: 關(guān)鍵組分；i: 非關(guān)鍵組分,已知組分吸收率、理論板數(shù)，查圖得吸收因子，求液氣比。,K關(guān)一般取全塔平均溫度和壓力下的數(shù)值。,例：某吸收塔在1.06MPa下操作，原料氣組成為甲烷70.0%、乙烷12.0%、丙烷8.0%、正丁烷6.0%、正戊烷4.0%（均為摩爾分?jǐn)?shù)）。進(jìn)料溫度32℃，進(jìn)料流率100kmol/h，吸收劑為不揮發(fā)油，其中含有在循環(huán)中未脫出完全的正丁烷和正戊烷，組成分別為2.0%、1.0%，吸收劑進(jìn)料溫

37、度也為32℃。若平均吸收溫度為37℃，要求正丁烷回收率為99.5%。計(jì)算(1)最小液氣比.(2)操作液氣比為最小液氣比的2倍時(shí)，所需的理論板數(shù)；(3)各組分吸收率和塔頂尾氣的數(shù)量和組成；(4)塔頂應(yīng)加入的吸收劑。,解：查得1.06Mpa，37℃時(shí)各組分相平衡常數(shù)：,【例】已知原料氣組成：,用不揮發(fā)的烴類(lèi)液體為吸收劑在板式塔中進(jìn)行吸收，平均 吸收溫度38℃，操作壓力為1.013MPa，要求i-C4H10的回收率達(dá)到90％。求：（1）（L

38、/V）min （2）L/V=1.1（L/V）min時(shí)的平衡級(jí)數(shù)N （3）各組分的?，尾氣量及組成 （4）吸收劑用量L,解：（1） （L/V）min,（2）N,,由P-T-K圖查的38℃，1.013MPa平衡常數(shù),（3）各組分吸收率、尾氣量及組成,尾氣的量和尾氣組成,（4）吸收劑用量,可求各組分的A,小結(jié)：,簡(jiǎn)捷計(jì)算的關(guān)鍵,2）平均有效吸收因子法假設(shè)： 當(dāng)吸收塔具有N塊理論板時(shí)，吸

39、收主要由塔頂和塔底兩板來(lái)完成。Edmister指出：吸收主要發(fā)生在1、N二塊板上，可將N板吸收作為2板吸收計(jì)算。Owens和Maddox分析了大量用計(jì)算機(jī)進(jìn)行多組分吸收逐板計(jì)算的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，大約80％的吸收量發(fā)生在塔頂塔釜兩板。吸收塔的理論板數(shù)不多，增加塔板數(shù)不能顯著改善吸收效果，反而會(huì)增加操作費(fèi)用。,Horton-Franklin 方程,Edmister提出： 利用Ae與Ae’代替每板吸收因子，且保持

40、 不變，取得滿意結(jié)果。,Ae與Ae’分別定義：,變換為：,把兩塊板的吸收塔推導(dǎo)結(jié)果引申到N塊理論板的吸收塔，得到：,若吸收劑中不含有被吸收組分：,,,,,二、解吸因子法,特點(diǎn)； 與吸收相反,模型塔： 圖 (3-64),計(jì)算同于吸收,分布曲線： 從物系揮發(fā)度看 C1、C2（輕組分）最大，進(jìn)塔幾乎不被吸收，塔頂稍有變化。 C5、C4 （重組分）最小，進(jìn)塔立即吸收，上部幾乎不變。

41、 C3 （關(guān)鍵組分）適中 ，上段吸收快，在塔某板出現(xiàn)最大值。,,（a）總流率,（c）氣相各組分流率,（f）液相各組分流率,塔釜,塔頂,（b）液體溫度,（d）液相各組分摩爾分?jǐn)?shù),（e）氣相各組分摩爾分?jǐn)?shù),化學(xué)吸收的速率是由氣膜擴(kuò)散，液膜擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)共同決定。一般好的化學(xué)吸收劑可以使吸收過(guò)程變?yōu)闅饽た刂啤１竟?jié)主要討論不同化學(xué)反應(yīng)對(duì)吸收速率的影響。4.5.1 化學(xué)吸收的分類(lèi) 按反應(yīng)快慢分類(lèi)并導(dǎo)出判別式,1）慢反應(yīng)由于液膜厚度比液相

42、主體薄得多，故用液膜中的反應(yīng)量與擴(kuò)散量進(jìn)行比較判別化學(xué)反應(yīng)的快慢。,4.5 化學(xué)吸收,注： 稱為八田數(shù)(Hatta 數(shù)),2）快反應(yīng)M>>1 (取M>10) 表示反應(yīng)在液膜內(nèi)進(jìn)行完畢,快反應(yīng)濃度分布曲線,3）中速反應(yīng)M 取 0.1- 10表示液膜中的反應(yīng)與 擴(kuò)散量相當(dāng),反應(yīng)既在液膜中進(jìn)行又?jǐn)U散到 液相主體中進(jìn)行.,中速反應(yīng)濃度分布曲線,瞬間反應(yīng)濃度分布曲線,表 4-1 化學(xué)吸收的分類(lèi),4.5.2 一

43、級(jí)不可逆反應(yīng) 化學(xué)吸收中，一般吸收劑是不揮發(fā)的，所以氣相中的擴(kuò)散情況與物理吸收相同，只是推動(dòng)力增大。 在液相中既存在溶質(zhì)在液膜和液相主體中的擴(kuò)散，又存在化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)還有吸收劑和反應(yīng)生成物的擴(kuò)散。 從液相入手解決不同反應(yīng)類(lèi)型的增強(qiáng)因子的求取。,處理方法：,建立液相擴(kuò)散-反應(yīng)方程 求傳質(zhì)速率式求增強(qiáng)因子E,通過(guò)液膜微元中的物料恒算建立擴(kuò)散-反應(yīng)方程。 結(jié)合反應(yīng)速率式（反應(yīng)級(jí)數(shù)，可逆，不可逆）求得液相傳質(zhì)速率式。 根據(jù)

44、邊界條件解微分方程（液相傳質(zhì)速率式），并與物理吸收速率式相比較求得增強(qiáng)因子（系數(shù)比較法）。,1）擴(kuò)散 - 反應(yīng)方程 取液膜中微元作物料衡算: 擴(kuò)散進(jìn)入量 - 擴(kuò)散流出量 - 反應(yīng)量= 積累量,化學(xué)吸收液膜內(nèi)微元的物料平衡,2）一級(jí)不可逆反應(yīng),代入擴(kuò)散-反應(yīng)方程:,邊界條件：,(1) 一級(jí)不可逆快反應(yīng)M>10,(2) 一級(jí)不可逆中速反應(yīng)(0.1<M<10),(3) 一級(jí)不可逆慢反應(yīng) M&l