化学工程基础第5章吸收

1、1主主 要要 内内 容容吸收操作的概述；吸收操作的概述；气液相平衡及吸收推动力；气液相平衡及吸收推动力；吸收速率方程；吸收速率方程；低浓度气体吸收过程的计算；低浓度气体吸收过程的计算；其他类型吸收过程简介。其他类型吸收过程简介。2 吸收是工业生产中用来吸收是工业生产中用来分离混合气体的一种重要分离混合气体的一种重要单元操作。单元操作。原理：原理：吸收是利用混合吸收是利用混合气中各组分在溶剂中的溶气中各组分在溶剂中的溶解度的差异分离气体混合物。解度的差异分离气体混合物。3工业吸收主要用来达列下述几种目的： 1、制取液体产品（制备某种气体的溶液）。 例如用水吸收二氧化氮以制取硝酸等。 2、除去有害

2、成分以净化气体。 例如用水或碱液脱除合成氨原料气中的二氧化碳；除去尾气中的H2S、SO2等。 3、吸收气体混合物一个或几个组分，以分离气体混合物。 例如合成橡胶工业以酒精吸收反应气，分离丁二烯及烃类气体。 4、回收混合气体中的有用物质。 例如用液态烃吸收石油裂解气中的乙烯和丙烯等。4实例：实例：煤气生产中的苯回收流程煤气生产中的苯回收流程 在炼焦和制取城在炼焦和制取城市煤气生产中，焦炉市煤气生产中，焦炉煤气内含有少量的苯煤气内含有少量的苯 、甲苯类低碳氢化合物甲苯类低碳氢化合物的蒸汽（约的蒸汽（约35g/m3），），应予以分离。应予以分离。吸收吸收解吸解吸流程见例图流程见例图1-1 吸收操作流

3、程吸收操作流程由流程可知三点由流程可知三点5 吸收操作的逆过程（即含溶质气体的液体，吸收操作的逆过程（即含溶质气体的液体，受到另一气相的作用使溶质与溶剂分离的过程）受到另一气相的作用使溶质与溶剂分离的过程）称为称为解吸解吸。吸收和解吸常是一对相伴的操作，吸。吸收和解吸常是一对相伴的操作，吸收用以提取所需的物质，而解吸用以分离所需的收用以提取所需的物质，而解吸用以分离所需的物质与吸收剂，并使吸收剂再生而循环使用。物质与吸收剂，并使吸收剂再生而循环使用。6解吸：解吸： 解吸是使溶质从溶液中脱除的过程。是吸收的解吸是使溶质从溶液中脱除的过程。是吸收的逆过程。其目的为：逆过程。其目的为： （1）溶剂再

4、生；）溶剂再生；（2）得到溶质。）得到溶质。吸收和解吸构成了一个完整的流程。吸收和解吸构成了一个完整的流程。常用的解吸方法：常用的解吸方法：升温升温减压减压吹气吹气最为常见最为常见71-2 吸收设备 吸收设备有多种形式，以塔式设备最为常用。 吸收塔设备可分为板式塔与填料塔两大类。8一、一、 填料塔的结构及填料特性填料塔的结构及填料特性（一）、填料塔结构及作用（一）、填料塔结构及作用1、填料层 提供气液接触的场所。2、液体分布器 均匀分布液体，避免发生沟流现象。3、液体再分布器 避免壁流现象发生。4、支撑板 支撑填料层，使气体均匀分布。5、除沫器 防止塔顶气体出口处夹带液体。9（二）常用填料（二

5、）常用填料材料：陶瓷、金属、塑料堆放：整砌、乱堆环形 （拉西环、鲍尔环、阶梯环）鞍形 （矩鞍形、弧鞍形）波纹形（板波纹、网状波纹）形状10拉西环拉西环鲍尔环鲍尔环阶梯环阶梯环 环环11板波纹板波纹丝网波纹丝网波纹鞍形环鞍形环槽式液体分布器槽式液体分布器12三、三、 板式塔与填料塔比较板式塔与填料塔比较吸收塔吸收塔填料塔填料塔板式塔板式塔级式接触级式接触微分接触微分接触13（一）板式塔（一）板式塔1、适用于塔径较大；2、所需传质单元数或理论板数较多；3、热量需从塔内移除；4、适于较小液量；5、适于处理有悬浮物的液体；6、板式塔便于侧线采出。（二）填料塔（二）填料塔1、适用于处理有腐蚀性的物料；2

6、、填料塔压力降较小，适用于真空蒸馏；3、适用于间歇蒸馏或热敏性物料的蒸馏；4、适用于处理易发泡的液体。14板式吸收塔：气体与液体逐级逆流接触板式吸收塔：气体与液体逐级逆流接触填料吸收塔：湿壁塔、降膜塔，液体呈膜状流下，填料吸收塔：湿壁塔、降膜塔，液体呈膜状流下，通常在塔内充填有瓷环之类的填料。通常在塔内充填有瓷环之类的填料。 在此类设备中，气体或液体中可溶组分的在此类设备中，气体或液体中可溶组分的浓度随塔板高度的变化而呈阶梯式的变化。浓度随塔板高度的变化而呈阶梯式的变化。 在此类设备中，气体或液体中可溶组分在此类设备中，气体或液体中可溶组分的浓度随设备高度的变化而呈连续式变化。的浓度随设备高度

7、的变化而呈连续式变化。这两种设备由于吸收过程浓度变化方式不同，采用的是这两种设备由于吸收过程浓度变化方式不同，采用的是完全不同的计算方法，需要注意加以区分。完全不同的计算方法，需要注意加以区分。151-3、其他吸收流程、其他吸收流程 多塔串联操作，适用于满足吸收要求需要多塔串联操作，适用于满足吸收要求需要的吸收塔太高时。的吸收塔太高时。1-4、吸收过程的分类、吸收过程的分类1、物理吸收物理吸收、化学吸收、化学吸收 在吸收过程中，如果溶质与溶剂之间不发生显在吸收过程中，如果溶质与溶剂之间不发生显著的化学反应，则称为物理吸收。如用水吸收著的化学反应，则称为物理吸收。如用水吸收CO2、用洗油吸收芳烃

8、等都属于物理吸收。用洗油吸收芳烃等都属于物理吸收。 如果溶质与溶剂发生显著的化学反应，则称为如果溶质与溶剂发生显著的化学反应，则称为化学吸收。如用硫酸吸收氨；用碱液吸收化学吸收。如用硫酸吸收氨；用碱液吸收CO2等都等都属化学吸收。属化学吸收。162、单组分吸收单组分吸收、多组分吸收、多组分吸收 若混合气体中只有一个组分进入液相，则称为若混合气体中只有一个组分进入液相，则称为单组分吸收。单组分吸收。 如果混合气体中有两个或更多组分进入液相，如果混合气体中有两个或更多组分进入液相，则称为多组分吸收。则称为多组分吸收。主要讨论单组份、低浓度、等温、连续的物理吸收过程。主要讨论单组份、低浓度、等温、连

9、续的物理吸收过程。 3、等温吸收等温吸收、非等温吸收、非等温吸收 气体溶解于液体中，在有些情况下会放出相当气体溶解于液体中，在有些情况下会放出相当大的溶解热和反应热，吸收过程进行中温度会升高，大的溶解热和反应热，吸收过程进行中温度会升高，这样的吸收过程称为非等温吸收。这样的吸收过程称为非等温吸收。 若溶质在混合气中的浓度相当低，溶剂的用量若溶质在混合气中的浓度相当低，溶剂的用量较大时，吸收过程进行中温度变化不大，这样的吸较大时，吸收过程进行中温度变化不大，这样的吸收过程称为等温吸收。收过程称为等温吸收。17 在恒定温度和压力下，气液两相接触时将发生气体在恒定温度和压力下，气液两相接触时将发生气

10、体溶质向液相转移，使其在液相中的浓度增加，当长期充溶质向液相转移，使其在液相中的浓度增加，当长期充分接触之后，液相中溶质浓度不再增加达到饱和，这种分接触之后，液相中溶质浓度不再增加达到饱和，这种状态称为相际动态平衡，简称相平衡或平衡。状态称为相际动态平衡，简称相平衡或平衡。 吸收过程与传热过程比较类似但又有所区别，吸吸收过程与传热过程比较类似但又有所区别，吸收过程是气液相间的物质传递，传递的推动力来源于收过程是气液相间的物质传递，传递的推动力来源于不是两相的浓度差而是气液相之间的相平衡关系差异。不是两相的浓度差而是气液相之间的相平衡关系差异。因此我们必须研究气液两相之间的相平衡。因此我们必须研

11、究气液两相之间的相平衡。182、摩尔分数、摩尔分数xA=nA/nxB=nB/nxA+ xB=1BBAAAABBAAAABAAAMwMwMwMmMmMmnnnxBBAAAABBAAAABAAAMwMwMwMmMmMmnnnxBBAAAABBAAAABAAAMwMwMwMmMmMmnnnxBBAAAABBAAAABAAAMwMwMwMmMmMmnnnxBBAAAABBAAAABAAAMwMwMwMmMmMmnnnx由质量分数求摩尔分数由质量分数求摩尔分数一、相组成表示法（一、相组成表示法（A+B混合物）混合物）两者的关系两者的关系由摩尔分数求质量分数由摩尔分数求质量分数AmABBAAAABAAAx

12、MMMnMnMnmmmwBBAAAABBAAAABAAAMwMwMwMmMmMmnnnx1、质量分数、质量分数wA=mA/mwB=mB/mwA+wB=119气体混合物的相组成气体混合物的相组成nnVVPPyAAAAAABAAABAAPPPPPyyyyY1（2）气相：气相：3、摩尔比、摩尔比: 用用X或或Y表示表示（1）液相：液相：将将x改为改为ysABAAnnnnXAABAAxxxxX120二、什么是气液相平衡？二、什么是气液相平衡？ 吸收过程进行时，必定存在一定的推动力，这一推动吸收过程进行时，必定存在一定的推动力，这一推动力与体系的平衡关系有关。混合气体和溶剂在一定温度和力与体系的平衡关系

13、有关。混合气体和溶剂在一定温度和压力下，经长期充分接触后，达到一种动态平衡，即：吸压力下，经长期充分接触后，达到一种动态平衡，即：吸收速率收速率= =解吸速率。这种状态被称为气液相平衡。解吸速率。这种状态被称为气液相平衡。 当吸收速率当吸收速率= =解吸速率解吸速率mol / ( mmol / ( m2 2 s ) s )，气液两，气液两相达到相平衡，此时，溶质在溶液中的浓度用相达到相平衡，此时，溶质在溶液中的浓度用溶解度溶解度或或平平衡浓度衡浓度x x* *、c c* *来表示；溶质在气相中的浓度用来表示；溶质在气相中的浓度用平衡分压平衡分压P P* *来表示。来表示。T 溶解度溶解度 P

14、溶解度溶解度 低温高压有利于吸收，高温低压有利于解吸。低温高压有利于吸收，高温低压有利于解吸。21图图53 氨气在水中的平衡溶解度氨气在水中的平衡溶解度2-1 溶解度曲线溶解度曲线从图中可看出，从图中可看出，一般情况下气体的一般情况下气体的溶解度随温度升高溶解度随温度升高，气体的溶解度降，气体的溶解度降低。低。例如，气相中氨例如，气相中氨的分压为的分压为60kPa，在在100C时，溶解度时，溶解度约为约为510g / 1000g H2O，在，在400C时，时，溶解度约为溶解度约为220 g / 1000g H2O。22图图54 101.3kPa下下SO2在水中的溶解度在水中的溶解度23 由上两

15、图可知，同一种物质，在相同的温度由上两图可知，同一种物质，在相同的温度下，气体的溶解度随着该组分在气相中的分压增下，气体的溶解度随着该组分在气相中的分压增大而增大；在相同的平衡分压下，气体的溶解度大而增大；在相同的平衡分压下，气体的溶解度随着温度的升高而减小。随着温度的升高而减小。 加压和降温可以提高气体的溶解度，故加加压和降温可以提高气体的溶解度，故加压和降温有利于吸收操作。反之，升温和减压则压和降温有利于吸收操作。反之，升温和减压则有利于解吸过程有利于解吸过程 不同气体在同一溶剂中的溶解度有很大差异。不同气体在同一溶剂中的溶解度有很大差异。 欲得到一定浓度的溶液，易溶气体所需的欲得到一定浓

16、度的溶液，易溶气体所需的分压较低，而难溶气体所需的分压则很高。分压较低，而难溶气体所需的分压则很高。242-2 亨利定律：亨利定律：1、亨利定律：、亨利定律：溶质分子溶质分子体系：一定温度；混合气体系：一定温度；混合气体总压不高（体总压不高（PP* = E x ( or x xe )时，过程为吸收过程。时，过程为吸收过程。当当p xe )时，过程为解吸过程。时，过程为解吸过程。342、过程的推动力、过程的推动力浓度差的计算：浓度差的计算：以气相分压差表示的吸收过程的推动力：以气相分压差表示的吸收过程的推动力：p = p - P*以液相浓度差表示的吸收过程的推动力：以液相浓度差表示的吸收过程的推

17、动力：x = x* - x( y = y y* )( c = c* c ) 实质上，吸收还是解吸主要取决于溶质在气相实质上，吸收还是解吸主要取决于溶质在气相中的分压与其液相的平衡分压间的关系而定。中的分压与其液相的平衡分压间的关系而定。 平衡是过程的极限，只有不平衡的两相互相接平衡是过程的极限，只有不平衡的两相互相接触才会发生气体的吸收或解吸。因此，实际浓度偏触才会发生气体的吸收或解吸。因此，实际浓度偏离平衡浓度越远，过程推动力越大，过程的速率也离平衡浓度越远，过程推动力越大，过程的速率也越快。在吸收的过程中我们经常：越快。在吸收的过程中我们经常：353、确定过程的极限：、确定过程的极限：吸收

18、塔吸收塔混合气体混合气体, p1气气, p2,min液液, x2出塔气体浓度最低值：出塔气体浓度最低值：p2,min离塔液体浓度最高值：离塔液体浓度最高值：x1,maxP2,min =E x2液液, x1,maxEpx1max1, 实际生产中：实际生产中：p2 p2,min x1 分子扩散的速率分子扩散的速率 流体内部存在某一组分的浓度差，分子的微流体内部存在某一组分的浓度差，分子的微观运动使组分由浓度高处传递至浓度较低处。观运动使组分由浓度高处传递至浓度较低处。 物质通过湍流流体的转移，扩散物质不仅靠物质通过湍流流体的转移，扩散物质不仅靠分子本身的扩散作用，并且借助于湍流流体的携分子本身的扩

19、散作用，并且借助于湍流流体的携带作用而转移，而且后一种作用是主要的。带作用而转移，而且后一种作用是主要的。41二、对流传质理论二、对流传质理论流动流体与相界面之间的物质传递称为对流传质。流动流体与相界面之间的物质传递称为对流传质。气气液液界面界面层流膜层流膜zpA1pAi有效膜理论：有效膜理论：zc42双膜理论论点：双膜理论论点： 气液两相接触时，两相间有一稳定相界面，两侧气液两相接触时，两相间有一稳定相界面，两侧分别存在着呈层流的稳定膜层分别存在着呈层流的稳定膜层气膜和液膜，溶气膜和液膜，溶质必须以分子扩散的方式连续通过这两个膜层。质必须以分子扩散的方式连续通过这两个膜层。（膜层厚度随流速而

20、定）（膜层厚度随流速而定）相界面上气液两相互为平衡。相界面上气液两相互为平衡。膜层以外的主体内，由于湍流而使溶质浓度均匀，膜层以外的主体内，由于湍流而使溶质浓度均匀，浓度梯度全部集中在两个膜层内。浓度梯度全部集中在两个膜层内。4344 通过上述三个假定，吸收过程简化成为经通过上述三个假定，吸收过程简化成为经过气液两膜的分子扩散过程，吸收过程的主要过气液两膜的分子扩散过程，吸收过程的主要阻力集中于这两层膜中，膜层之外的阻力忽略阻力集中于这两层膜中，膜层之外的阻力忽略不计，吸收过程的推动力主要来源于气相的分不计，吸收过程的推动力主要来源于气相的分压差和液相的浓度差。压差和液相的浓度差。 双膜理论对

21、于那些具有固定传质界面的吸双膜理论对于那些具有固定传质界面的吸收设备而言，具有重要的指导意义，为我们的收设备而言，具有重要的指导意义，为我们的设计计算提供了重要的依据。设计计算提供了重要的依据。453 3 吸收速率方程吸收速率方程一、对流传质速率方程：一、对流传质速率方程：1、气相与界面的、气相与界面的传质速率传质速率)(iGAppkN)(iyAyykNkG以气相分压差为传质推动力的气膜传质以气相分压差为传质推动力的气膜传质分系数，分系数，mol / ( m2sPa) 上式即为以上式即为以 ( pp*) 为推动力的吸收速率方为推动力的吸收速率方程式。程式。ky以摩尔分数差为传质推动力的气膜传质

22、以摩尔分数差为传质推动力的气膜传质分系数，分系数，mol / ( m2s) 上式即为以上式即为以 ( yyi) 为总推动力的吸收速率为总推动力的吸收速率方程式。方程式。46)(cckNiLA)(xxkNixA2、液相与界面的、液相与界面的传质速率传质速率kL以液相物质的量浓度差为传质推动力的以液相物质的量浓度差为传质推动力的液膜传质系数，液膜传质系数，ms-1kx以摩尔分数差为传质推动力的液膜传质以摩尔分数差为传质推动力的液膜传质系数，系数，ms-1 47二、吸收总传质速率方程：二、吸收总传质速率方程：xyexixiyiAkmk1yykmx)m(xk1xxk1yyN气气相相传传质质总总系系数数

23、。 , , 令令xyykmk1K1 )y(yKN eyA进一步推导可知：进一步推导可知：)(eYAYYKN总总吸吸收收速速率率方方程程式式气气相相- 48xyxixiyiAk1mk1xxkmx)m(xk1xxk1yyNe相传质总系数。相传质总系数。 , , 令令液yxxmk1k1K1总总吸吸收收速速率率方方程程式式液液相相- 进一步推导可知：进一步推导可知：)(eXAXXKN x)(xKN exA49传质速率方程的各种表达方式传质速率方程的各种表达方式5051对对易溶气体易溶气体, m很小，则很小，则1/kym/kx，Kyky，气膜阻，气膜阻力远大于液膜阻力力远大于液膜阻力,称为气膜控制过程。

24、增加气相流率称为气膜控制过程。增加气相流率 Ky增大增大. （如水吸收（如水吸收NH3或或HCl）对难对难溶气体溶气体, m很大，则很大，则1/kx1/ (m ky)，KLkL，液，液相阻力远大于气膜阻力，称为液膜控制过程。相阻力远大于气膜阻力，称为液膜控制过程。 （如水吸收（如水吸收O2或或CO2）对对中等溶解度的气体吸收，当汽、液两相的传质阻力中等溶解度的气体吸收，当汽、液两相的传质阻力具有相近的数量级，两者都不能忽略，总传质速率由具有相近的数量级，两者都不能忽略，总传质速率由双膜控制。双膜控制。 （如水吸收（如水吸收SO2）液膜控制和气膜控制液膜控制和气膜控制52传质速率及界面浓度的求取

25、传质速率及界面浓度的求取 在总压为在总压为101.3kPa、温度为、温度为303K用水吸收混合用水吸收混合气中的氨，操作条件下的气液平衡关系为气中的氨，操作条件下的气液平衡关系为y=1.20 x。已知气相传质系数已知气相传质系数ky=5.3110-4kmol/s m2，液相传，液相传质系数质系数kx=5.3310-3kmol/s m2，并在塔的某一截面，并在塔的某一截面上测得氨的气相浓度上测得氨的气相浓度y=0.05，液相浓度，液相浓度x=0.012（均（均为摩尔分数）。试求该截面上的传质速率及气液界为摩尔分数）。试求该截面上的传质速率及气液界面上的两相的浓度。面上的两相的浓度。532434/

26、1074.4 1033.520.11031.511 11mSkmolkmkKyxy总传质系数解：解：0144. 0012. 020. 1mxye 关关系系的的气气相相浓浓度度为为与与实实际际液液相相浓浓度度成成平平衡衡254eYAms/kmol1069. 10144. 005. 01074. 4yyKN ）（）（传传质质速速率率54iiixiymxyxxkyyk)()(求解截面上两相的浓度，必须联立求解以下两式求解截面上两相的浓度，必须联立求解以下两式可得：可得：0152. 020. 1/0182. 0myx0182. 020. 11031. 51033. 51012. 01031. 5103

27、3. 505. 0mkk1xkkyyii4343yxyxi 55 从计算结果可以看出，界面气相浓度与气相主从计算结果可以看出，界面气相浓度与气相主体浓度相差较大，界面液相浓度与液相主体浓度比体浓度相差较大，界面液相浓度与液相主体浓度比较接近。较接近。%3 .891047. 411031. 511144Kyky的比例为：气相传质阻力占总阻力56讨论对象讨论对象板式塔板式塔填料塔填料塔精馏章节讨论精馏章节讨论研究对象研究对象流向选择：流向选择：在两相进、出口浓度相同的情况下，逆流时的对在两相进、出口浓度相同的情况下，逆流时的对数平均推动力大于并流；数平均推动力大于并流； 逆流操作液体下流时会受到上

28、升气体的曳力，这逆流操作液体下流时会受到上升气体的曳力，这种曳力过大会影响液体的流速和气体的流速。种曳力过大会影响液体的流速和气体的流速。为使过程具有最大的推动力，一般吸收过程都采用逆为使过程具有最大的推动力，一般吸收过程都采用逆流操作。流操作。57一、物料衡算与操作线方程：一、物料衡算与操作线方程：V惰性气体的摩尔流率，惰性气体的摩尔流率，kmol/h；Y1 气体入口浓度（摩尔比）；气体入口浓度（摩尔比）； Y2 气体出口浓度（摩尔比）；气体出口浓度（摩尔比）； L 液体的摩尔流率，液体的摩尔流率，kmol/h； X1 液体入口浓度（摩尔比）；液体入口浓度（摩尔比）； X2 液体出口浓度（摩

29、尔比）。液体出口浓度（摩尔比）。1、物料衡算：、物料衡算：单位时间气体释放的溶质的量：单位时间气体释放的溶质的量： V ( Y1 Y2 )单位时间液体吸收的溶质的量：单位时间液体吸收的溶质的量： L ( X1 X2 ) V( Y1 Y2 ) = L ( X1 X2 )前提条件：气体和液体的量不变化前提条件：气体和液体的量不变化吸收塔吸收塔V, Y1V, Y2L, X2L, X158V,1L, 1m nV,L, 2、操作线方程：、操作线方程：在任一截面在任一截面 m-n 与塔底间作物料衡算：与塔底间作物料衡算：V( 1 ) = L ( X1 X )XVL(YXVLY 11表明：稳定操作时，任意截

30、面上的表明：稳定操作时，任意截面上的 YX 线线性方程。性方程。YY1Y20XABX1X2相平衡线相平衡线Ye = f (X )操作线操作线 LX -VY = LX1 + VY159吸收操作线描述了塔的任意截面上气液两相浓度吸收操作线描述了塔的任意截面上气液两相浓度之间的的关系。之间的的关系。操作线上任意一点代表的是塔内某一截面上气、操作线上任意一点代表的是塔内某一截面上气、液组成的大小。液组成的大小。吸收过程气相中的溶质的分压总是大于液相中溶吸收过程气相中的溶质的分压总是大于液相中溶质的平衡分压，所以在图中操作线总是在平衡线的上方。质的平衡分压，所以在图中操作线总是在平衡线的上方。60分离要

31、求的表达方法分离要求的表达方法吸收目的为除去气体中的有害物：直接规定吸收后吸收目的为除去气体中的有害物：直接规定吸收后气体中的有害溶质的残余浓度气体中的有害溶质的残余浓度Y2。吸收目的为回收有用物质：规定了溶质的回收率。吸收目的为回收有用物质：规定了溶质的回收率。121121YYYVYVYVY气体进塔的溶质量气体进塔的溶质量被吸收的溶质量被吸收的溶质量Y)1 (12YY61 吸收剂性能是吸收操作良好与否的关键，评价吸吸收剂性能是吸收操作良好与否的关键，评价吸收剂性能优劣的依据是：收剂性能优劣的依据是： (1)对需要吸收的组分要有较大的溶解度。对需要吸收的组分要有较大的溶解度。 (2)对所处理的

32、气体要有较好的选择性。即对溶对所处理的气体要有较好的选择性。即对溶质的溶解度要大，而对惰性气体几乎不溶解。质的溶解度要大，而对惰性气体几乎不溶解。 (3)要有较低的蒸汽压，以减少吸收过程中溶剂要有较低的蒸汽压，以减少吸收过程中溶剂的挥发损失。要有较好的化学稳定性，以免使用过的挥发损失。要有较好的化学稳定性，以免使用过程中变质。程中变质。 (4)吸收后的溶剂应易于再生。操作温度下的粘吸收后的溶剂应易于再生。操作温度下的粘度要低。度要低。此外，溶剂应有较低的粘度，不易起泡，还应尽此外，溶剂应有较低的粘度，不易起泡，还应尽可能满足来源丰富、价格低廉、无毒、不易燃烧等可能满足来源丰富、价格低廉、无毒、

33、不易燃烧等经济和安全条件。经济和安全条件。吸收剂的选择：吸收剂的选择：62 吸收剂用量的确定：吸收剂用量的确定：,Y1,Y2X2 , L=?X1=?吸收塔吸收塔1、为何要确定、为何要确定L？吸收剂流率与设备费及操作费的吸收剂流率与设备费及操作费的关系：关系：)XVL(YxVLY )XVL(YXVLY 2211 吸收剂流率吸收剂流率L是影响吸收操作的重要因素之一，是影响吸收操作的重要因素之一，它将直接影响设备尺寸（、它将直接影响设备尺寸（、D）以及操作费用。）以及操作费用。63YY1Y20XABX1X2相平衡线相平衡线Ye = f ( X )操作线操作线DC 设计时，设计时，qV一定（生产任一定

34、（生产任务一定）：务一定）： 操作线的斜率（操作线的斜率（L/V）取决）取决于吸收剂用量于吸收剂用量L的多少。的多少。VL吸收剂的单位耗用量吸收剂的单位耗用量 or 液气比。液气比。AC线：线： L (L/V) (Xe-X) 吸收推动力吸收推动力 NA 设备尺寸设备尺寸 设备费用设备费用 ；但溶剂再生费用但溶剂再生费用 ，动力消耗，动力消耗 操作费用操作费用 。AD线：线： L (L/V) (Xe-X) 吸收推动力吸收推动力 NA 设备尺寸设备尺寸 设备费用设备费用 ；但溶剂再生费用但溶剂再生费用 ，动力消耗，动力消耗 操作费用操作费用 。64吸收剂进口浓度的选择及其最高允许浓度吸收剂进口浓度

35、的选择及其最高允许浓度 设计时所选择的吸收剂进口浓设计时所选择的吸收剂进口浓度过高，吸收过程推动力减小，所度过高，吸收过程推动力减小，所需吸收塔高度增加。若选择的进口需吸收塔高度增加。若选择的进口浓度过低，使则对吸收剂的再生提浓度过低，使则对吸收剂的再生提出了过高的要求，再生设备和再生出了过高的要求，再生设备和再生费用增大，因此吸收剂的进口溶质费用增大，因此吸收剂的进口溶质浓度（浓度（X2）的选择存在一个最优化）的选择存在一个最优化的问题，需要通过多方案的计算和的问题，需要通过多方案的计算和比较来确定。比较来确定。 在塔顶部位，与气相浓度在塔顶部位，与气相浓度Y2成平衡的液相浓度成平衡的液相浓

36、度X2e。显然所。显然所选择的吸收剂进口溶质浓度（选择的吸收剂进口溶质浓度（X2）必须低于）必须低于X2e才能达到规定的才能达到规定的分离要求。所以，分离要求。所以，X2e是最高允许浓度。是最高允许浓度。YY20AX2eYe = mX操作线操作线X*2=Y2/mX65最小液气比最小液气比(L/V)min：AD线：线：L (L/V) D点上，点上，L=Lmin，X = Xe，X= 0，吸收推动力，吸收推动力 = 0，吸收所需接触面，吸收所需接触面积为无穷大，此时所需的积为无穷大，此时所需的 L最小，其液气比最小，其液气比称为最小液气比称为最小液气比(L/V)min 。（4）怎样确定）怎样确定Lm

37、in ？当当e = m（体系服从亨利定律）：（体系服从亨利定律）：?LXmYYYXXYY)VL(min21212e,121min YY1Y20ABX1X2Y*= mX操作线操作线DX*1=Y1/mX66当当e mX（体系不服从亨利定律）：（体系不服从亨利定律）：?LXXYY)VL(min2e,121min 读取读取D 点坐标（点坐标（X1 ，Y1 ）?XXYY)VL(min2121minL YY1Y20AX2操作线操作线DX1 Y* = f(X)Y1D XYY1Y20ABX1X2Y* = f(X)操作线操作线DX*1X672、如何确定、如何确定L？求出求出 (L/V)min; 再取再取 (L/

38、V) = (1.12.0) (L/V)min。在在 20，1atm下，用清水分离氨下，用清水分离氨-空气的混合气体，空气的混合气体，混合气体中氨的分压为混合气体中氨的分压为 1330Pa，经吸收后氨的分压，经吸收后氨的分压降为降为 7 Pa，混合气体的处理量为，混合气体的处理量为 1020 kg/h，操作条，操作条件下平衡关系为件下平衡关系为 * = 0.755。若适宜的吸收剂用量。若适宜的吸收剂用量为最小用量的为最小用量的2倍，求所需吸收剂用量及离塔氨水的倍，求所需吸收剂用量及离塔氨水的浓度。浓度。例：例：V, Y1V, Y2X2 , L=?X1=?吸收塔吸收塔68解：解：min2152)V

39、L2(VL 0.755X,Y* 1020kg/h,q7Pa,p 1330Pa,p Pa,101.013P 0,Xm552225111106.9107101.0137P-PpY 0.013131330101.0131330P-PpY69kg/h 943.4kmol/h 52411.502VL 1.50200.7550.1330106.9100.13302 XmYYY2XYY2)VL2(VLkmol/h 34.900.01313)(1290.01313171020)y1MyMqMqV 52121221min11vm,vm,2*X ( (空空气气氨氨70331ss113522112121kmol/m

40、 0.4885108.80918998.2XMXc 108.80901.502106.9100.1330X)Y(YLVX)XL(X)YV(Y Mc , , , , x很小。x很小。0.05时）0.05时）对于稀溶液（对于稀溶液（s sssLssMMx)(1MxMxMc71三、解吸三、解吸1、解吸方法、解吸方法汽提解吸法汽提解吸法减压解吸减压解吸加热解吸加热解吸加热加热-减压解吸减压解吸2、汽提解吸法的计算、汽提解吸法的计算72例：含苯例：含苯2mol%的煤气用平均分子量为的煤气用平均分子量为260的洗油在的洗油在一填料塔中做逆流吸收以回收其中的苯，煤气的一填料塔中做逆流吸收以回收其中的苯，煤气

41、的流率为流率为1200kmol/h。塔顶进入的洗油中含苯。塔顶进入的洗油中含苯0.5mol%，洗油的流率为最少用量的，洗油的流率为最少用量的1.3倍。吸收倍。吸收塔在塔在1atm、27下操作，此时的气液平衡关系为下操作，此时的气液平衡关系为Y=0.125X。富油由吸收塔底出口经加热后送入解。富油由吸收塔底出口经加热后送入解吸塔塔顶，在解吸塔中送入过热水蒸气使富油脱吸塔塔顶，在解吸塔中送入过热水蒸气使富油脱苯，脱苯后的贫油由解吸塔塔底排出冷却后再进苯，脱苯后的贫油由解吸塔塔底排出冷却后再进入吸收塔使用，水蒸气的用量为最少用量的入吸收塔使用，水蒸气的用量为最少用量的1.2倍。倍。解吸塔在解吸塔在1

42、atm、120下操作，此时的气液平衡下操作，此时的气液平衡关系为关系为Y*=3.16X。 求：洗油的循环流率和过热蒸汽耗量求：洗油的循环流率和过热蒸汽耗量73解（解（1）123. 0005. 016. 0001. 002. 0*)16. 0125. 002. 0*001. 002. 0)95. 01 ()95. 01 (2121min1112XXYYVLmYXYY（吸收塔最小液气比浓度为：洗油在吸收塔底的最大为：吸收塔出口煤气中含苯吸收塔74124010325333016033301200 1601230313121212.)(/././.).minYYLVXXskmolLskmolhkmol

43、VVLVL洗洗油油出出塔塔浓浓度度为为：洗洗油油循循环环量量煤煤气气量量（实实际际气气液液比比为为75hkmolskmolLVLVLVYYXXLVmXYee/1260/1094. 1365. 0365. 02 . 1304. 0391. 0124. 016. 30Y)2(2min2121min112过过热热蒸蒸汽汽用用量量）（操操作作气气液液比比）（解解吸吸塔塔的的最最小小气气液液比比为为最最大大浓浓度度为为解解吸吸塔塔顶顶气气相相中中含含苯苯的的过过热热水水蒸蒸汽汽中中不不含含苯苯，76四、塔径的计算四、塔径的计算uVDs4五、吸收塔高的计算五、吸收塔高的计算77（一）填料层高度的计算：（一

44、）填料层高度的计算： （低浓度气体）（低浓度气体）1、基本计算式：、基本计算式：计算目的：传质面积计算目的：传质面积=？生产任务：生产任务：X2，V，Y1Y2，NAV, Y1V, Y2X2 , LX1m nY XY+dY X+dXdZ 对通过虚线范围高度的溶质进对通过虚线范围高度的溶质进行物料衡算：行物料衡算：单位时间内：单位时间内：气体释放溶质的量气体释放溶质的量=VdY；液体吸收溶质的量液体吸收溶质的量=LdX。VdY = LdX = NAdA=dGA78对于对于dZ内：内： VdY=NA a dZ=KY(Y Y*) dZ dA dZ层内所具有的气液接触面积，层内所具有的气液接触面积，m2

45、。 塔的截面积，塔的截面积，m2。a 每每m3填料的有效传质面积，填料的有效传质面积，m2/ m3 。LdX=NA a dZ=Kx(X* -X) dZ X*XdXKL*YYdYKVdZxY 791212XXXZ0YYYZ0X*XdXKL dZZ *YYdYKVdZZ 对于稳定的吸收操作，对于稳定的吸收操作，V, L, , KY, KX一定：一定：1212XXXYYYX*XdXKLZ *YYdYKVZ 与比表面积与比表面积 t不同，受填料的特性、设备及流动状况不同，受填料的特性、设备及流动状况影响，实验难测，一般影响，实验难测，一般KY 与与 或或KX 与与一起给出。一起给出。KY ，KX 气（

46、液）相体积传质系数，气（液）相体积传质系数，kmol/m3s802、传质单元高度、传质单元高度H与传质单元数与传质单元数N：（1）定义：）定义： KLHKVHX*XdXN*YYdYNXOLYOGXXOLYYOG1212 液相总传质单元高度：液相总传质单元高度： 气相总传质单元高度：气相总传质单元高度： 液相总传质单元数：液相总传质单元数： 气相总传质单元数：气相总传质单元数：81 填料层高度为：传质单元高度填料层高度为：传质单元高度传质单元数传质单元数Z= HOGNOG Z= HOLNOL（2）H、N的意义：的意义： N：所含变量只与物质的相平衡以及进出口的浓度条件有关，所含变量只与物质的相平

47、衡以及进出口的浓度条件有关，与设备的形式和设备中的操作条件（如流速）无关。与设备的形式和设备中的操作条件（如流速）无关。(Y1 Y2) (分离要求不高，易分离）分离要求不高，易分离）积分值积分值 ，N (Y1 Y2) (分离要求高，难分离）分离要求高，难分离）积分值积分值 ，N N 反映了分离的难易程度。反映了分离的难易程度。82 H：与设备的型式、设备中的操作条件有关与设备的型式、设备中的操作条件有关在在L、V一定时，一定时，Z与与Ky 或或Kx 成反比。成反比。 KY 或或KX ，即设备效能，即设备效能 ，则，则Z 。具体。具体数值需要通过实验确定。数值需要通过实验确定。H 反映了设备的效

48、能，表示完成一个传质单元所需的塔高。反映了设备的效能，表示完成一个传质单元所需的塔高。3、NOG、NOL的计算：的计算：数值积分法数值积分法对数平均推动力法；对数平均推动力法；脱吸因数法；脱吸因数法；这里只介绍对数平均推动力法；这里只介绍对数平均推动力法；83对数平均推动力法（服从亨利定律对数平均推动力法（服从亨利定律Ye = mX）：）：Y =Y Y* = AX + B - mX= (A-m)(Y-B)/A +BYY是直线关系。是直线关系。V,Y1V,Y2L, X2L, X1吸收塔吸收塔YY1Y20ABX1X2Ye = mX操作线操作线Ye,1Ye,2Y1Y2Y = AX + BX84221

49、12211221122112121mmm21YYOGmXYmXYln)mX(Y)mX(Y*YY*YYln)*Y(Y)*Y(YYYlnYYYYYYYN12 为为对对数数平平均均推推动动力力 YYdY*85同理：同理：22112211221122112121mmm21OLXmYXmYln)Xm(Y)Xm(YX*XX*Xln)X*(X)X*(XXXlnXXXXXXXN/ 为对数平均推动力为对数平均推动力 86在填料吸收塔中，用清水吸收甲醇在填料吸收塔中，用清水吸收甲醇 - 空气混合气体中空气混合气体中的甲醇蒸汽，在的甲醇蒸汽，在 1 atm，27下进行操作，混合气体下进行操作，混合气体流量为流量为1

50、200m3/h，塔底处空塔气速为，塔底处空塔气速为0.4m/s，混合气，混合气体中甲醇的浓度为体中甲醇的浓度为 100g甲醇甲醇/m3空气，甲醇回收率为空气，甲醇回收率为95%，水的用量为，水的用量为1215kg/h，体积吸收总系数，体积吸收总系数KG = 0.987 kmol /(m3hkPa)，操作条件下气液平衡关系为，操作条件下气液平衡关系为Y = 1.1X。试计算所需的填料层高度。试计算所需的填料层高度。例：例：V,Y1V, Y2X2 , LX1吸收塔吸收塔可用算术平均值代替。可用算术平均值代替。或或时，时，或或当当mm2121XY2XX2YY87解：解：kmol/h 67.51812

51、15Lkmol/h 46.373002731122.41200TTPP22.4V102.5650.05130.95)(1)Y(1Y0.0513300)314101325/(8.100/48PV/RTG/MY0X00s31212 V880.5565m0.41200/36000.987101.346.37KPVKVH0.033480)102.565(0.051367.546.37X)Y(YLVX)XL(X)YV(YGYOG322112121 897.0850.00688102.5650.0513N 0.00688102.5650.033481.10.0513ln102.5650.03348)1.1

52、(0.0513mXYmXYln)mX(Y)mX(YYYlnYYyYYYN (1)3OG33221122112121mm21OG m3.947.0850.5565NOGH OGZ90其他吸收其他吸收 一、化学吸收一、化学吸收1、化学吸收的特点、化学吸收的特点 溶质的组成沿扩散途径的变化情况不仅与其自身的扩溶质的组成沿扩散途径的变化情况不仅与其自身的扩散速率有关，而且与液相中活泼组分的反相扩散速率、散速率有关，而且与液相中活泼组分的反相扩散速率、化学反应速率以及反应物的扩散速率有关。化学反应速率以及反应物的扩散速率有关。2、化学吸收速率加快的原因、化学吸收速率加快的原因反应消耗了进入液相中的吸收质

53、，使吸收质的有效反应消耗了进入液相中的吸收质，使吸收质的有效溶解度显著增加而平衡分压降低，从而增大了吸溶解度显著增加而平衡分压降低，从而增大了吸收过程的推动力。收过程的推动力。由于部分溶质在液膜内扩散途中就因化学反应而消由于部分溶质在液膜内扩散途中就因化学反应而消耗，使过程阻力减少，吸收系数增大。耗，使过程阻力减少，吸收系数增大。91二、高组成气体吸收二、高组成气体吸收1、气液两相的摩尔流量沿塔高有较大的变化。、气液两相的摩尔流量沿塔高有较大的变化。2、吸收过程有显著的热效应。、吸收过程有显著的热效应。3、吸收系数不是常数。、吸收系数不是常数。三、多组分吸收三、多组分吸收1、定义：气体混合物中

54、、定义：气体混合物中,若有两个以上的组份被吸收剂若有两个以上的组份被吸收剂吸收吸收,称为多组份吸收。称为多组份吸收。2、多组份吸收的特点：、多组份吸收的特点： 组份间相互影响组份间相互影响,相平衡关系较为复杂，传递性质复杂；相平衡关系较为复杂，传递性质复杂；各组份在液相的溶解度关系均符合亨利定律，则各组份在液相的溶解度关系均符合亨利定律，则 操作线操作线方程数目与气体中的组份数相同，方程数目与气体中的组份数相同， 各组份的操作线方程各组份的操作线方程具有相同的斜率；具有相同的斜率；92吸收操作实例分析吸收操作实例分析一、逆流与并流操作比较一、逆流与并流操作比较例：逆流与并流操作的液气比计算例：

55、逆流与并流操作的液气比计算解解: 由平衡关系得相平衡常数为由平衡关系得相平衡常数为 逆流操作时逆流操作时, ,气体出口与吸收剂入口皆位于塔顶气体出口与吸收剂入口皆位于塔顶, ,故操作线故操作线的一端的一端(Y(Y2,2,，X X2 2）的位置已经确定，当吸收剂的用量为最小时，）的位置已经确定，当吸收剂的用量为最小时，操作线将在塔底与平衡线相交，即操作线将在塔底与平衡线相交，即x xe1e1=y=y1 1/m/m。 在总压为在总压为3.039105(绝压），温度为绝压），温度为20下用纯水吸收混合下用纯水吸收混合气中的气中的SO2， SO2的初始含量为的初始含量为0.05(摩尔分数摩尔分数),要

56、求在处理后的要求在处理后的气体中气体中SO2的含量不超过的含量不超过1%(体积分数体积分数).已知在常压下已知在常压下20时的时的平衡关系为平衡关系为y=13.9x,试求逆流与并流时的最小液气比各为多少试求逆流与并流时的最小液气比各为多少?6341003931091355.m93823634050163405099001095005001111122112121.)(mineeexxyyyyXXYYVL 并流操作时并流操作时, ,气体与液体入口皆位于塔顶气体与液体入口皆位于塔顶, ,故操作线的一端故操作线的一端(Y(Y1,1,，X X2 2）的位置已经确定，当吸收剂的用量为最小时，）的位置已经

57、确定，当吸收剂的用量为最小时，myxe21L/Vminmin=17.5794二、吸收剂用量对吸收过程的影响二、吸收剂用量对吸收过程的影响吸收剂用量对气体极限残余浓度的影响吸收剂用量对气体极限残余浓度的影响例：用纯水逆流吸收混合物中的例：用纯水逆流吸收混合物中的SO2气体（其余组分可气体（其余组分可视为惰性成分），混合物中的视为惰性成分），混合物中的SO2 的初始含量为的初始含量为5%（体积分数），在操作条件下相平衡关系是（体积分数），在操作条件下相平衡关系是y=5.0 x，试分别计算试分别计算4和和6时气体的极限出口含量。时气体的极限出口含量。解：当吸收塔为无限高，气体出口含量达到极限值，解：

58、当吸收塔为无限高，气体出口含量达到极限值，此时操作线与平衡线相交。对于逆流操作，操作线与此时操作线与平衡线相交。对于逆流操作，操作线与平衡线相交的位置取决于平衡线相交的位置取决于L/V与与m的相对大小。当的相对大小。当L/V m时，操作线与平衡线相交于塔底，当时，操作线与平衡线相交于塔底，当L/V m时，时，操作线与平衡线相交于塔顶。操作线与平衡线相交于塔顶。1）当）当L/V=4时，操作线与平衡线相交于塔底。时，操作线与平衡线相交于塔底。液体出口最大含量为：液体出口最大含量为：95010505011.myxe01001010101.eX气体的极限出口含量为：气体的极限出口含量为：0126001049500502112.)(minXXVLYYe2）当）当L/V=6时，操作线与平衡线相交于塔顶。时，操作线与平衡线相交于塔顶。气体出口含量为：气体出口含量为：96ye2=