第4章氣體吸收4.1吸收過程特點(diǎn)與流程4.2多組分吸收和解吸過程分析4.3多組分吸收和解吸的簡捷計(jì)算法4.4化學(xué)吸收主要內(nèi)容主要內(nèi)容待吸收氣體吸收液未吸收氣體吸收劑復(fù)雜塔T、X頂、釜預(yù)分配難吸收劑組成與解吸有關(guān)一、操作目的凈化和精制氣體分離氣體混合物制備溶液或中間產(chǎn)品二、吸收過程吸收目的產(chǎn)物的同時(shí)也吸收了其他組分

——多組分吸收端點(diǎn)條件：吸收過程概述物系

平衡態(tài)：汽相:組分沸點(diǎn)差大，有些組分接近于臨界點(diǎn)

——非理想氣體液相:吸收劑量大

——稀溶液

平衡關(guān)系表達(dá)式：流量

L從上向下↑；V從下向上↓

——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，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。逆過程為解吸。三、分類物理吸收無化學(xué)反應(yīng)?！M(jìn)行了大量研究化學(xué)吸收

1.可逆反應(yīng)的化學(xué)吸收過程難點(diǎn)：汽液平衡，化學(xué)反應(yīng)速率

2.不可逆反應(yīng)的化學(xué)吸收過程難點(diǎn)：連串反應(yīng)、不是瞬時(shí)完成的反應(yīng)?；瘜W(xué)反應(yīng)吸收溫度單組分吸收多組分吸收相對溶解度吸收量汽液接觸方式吸收過程分類物理吸收化學(xué)吸收噴淋吸收鼓泡吸收降膜吸收等溫吸收非等溫吸收貧氣吸收富氣吸收恒摩爾流恒溫操作相平衡時(shí)4.1.吸收汽液相平衡4.1.1.物理溶解時(shí)相平衡1）低濃度理想溶液（Hi為亨利系數(shù)）亨利定理變形：或者關(guān)于H系數(shù)的幾點(diǎn)說明：2）高濃度非理想溶液當(dāng)氣液平衡時(shí)，兩元組分溶解的氣液平衡關(guān)系可由下方程表示：4.1.2.伴有化學(xué)反應(yīng)時(shí)的相平衡化學(xué)平衡：（1）（2）溶解平衡：物料衡算式：（3）平衡組成由化學(xué)平衡和溶解平衡共同確定（即Ci同時(shí)滿足化學(xué)平衡和溶解平衡）由化學(xué)平衡式（1、2、3式）求得Ci，帶入Pi=H’Ci求得相平衡時(shí)PA=f(ci)的關(guān)系式：分幾種情況討論：①產(chǎn)物不離解（NH3—H2O系統(tǒng)）溶液中A的初始濃度CA0：化學(xué)平衡：溶解平衡：當(dāng)CB>>CA時(shí),CB*≈CB0由此可見：物理吸收：化學(xué)吸收：②產(chǎn)物離解（Cl2-H2O，CO2-H2O，SO2-H2O系統(tǒng)）離解平衡常數(shù)：忽略溶液中水的離解:化學(xué)平衡常數(shù):物料衡算:溶液中A的起始濃度上式整理成CA的一元二次方程，并求解可得：式中溶解平衡：被吸收組分與溶劑中的活性組分的作用化學(xué)平衡：相平衡：(1)(2)設(shè)B組分的平衡轉(zhuǎn)化率為R，有：由（1）式得CA*，代入（2）得：令根據(jù)吸收組分在相平衡時(shí)的溶解能力為：當(dāng)物理溶解量可以忽略不計(jì)時(shí)，物理吸收化學(xué)吸收4.1.3.相平衡曲線及其比較相平衡曲線物理吸收：化學(xué)吸收：說明：pA*→∞，CA0→CB0，而不能超過CB0。

CB0—代表溶劑B對溶質(zhì)A的最大吸收能力；

pA*—代表吸收時(shí)氣體所能達(dá)到的極限凈化度。

物理吸收與化學(xué)吸收的比較①物理吸收，pA*~CA0呈線形關(guān)系，不存在濃度界限；（適宜高壓或高濃度氣體的脫除）②化學(xué)吸收，pA*↑有極限，CA0

→CB0；適用于低壓、低濃度下高凈化度的吸收過程；③當(dāng)pA*<pAC，化學(xué)吸收優(yōu)于物理吸收；④當(dāng)pA*>pAC，化學(xué)吸收優(yōu)于物理吸收；⑤溶質(zhì)濃度過高會(huì)降低氣體在溶液中的溶解度常數(shù)(H’↑），降低凈化度4.2多組分吸收和解吸過程4.2.1吸收和解吸過程流程用蒸汽或惰性氣體的解吸塔用再沸器的解吸塔用一般精餾的解吸塔流程形式一二三吸收塔解吸塔進(jìn)口氣體解吸用的氣體（水蒸汽或其他惰性氣體）循環(huán)吸收劑補(bǔ)加吸收劑用蒸汽或惰性氣體的解吸塔流程(一)吸收塔再沸解吸塔進(jìn)口氣體循環(huán)吸收劑補(bǔ)加吸收劑用再沸器的解吸塔流程(二)吸收塔再沸解吸塔進(jìn)口氣體循環(huán)吸收劑補(bǔ)加吸收劑用一般精餾的解吸塔流程(三)Na的指定：

操作型計(jì)算：指定N

設(shè)計(jì)型計(jì)算：指定一個(gè)關(guān)鍵組分分離要求吸收塔Nx：吸收劑C’+2原料氣C+2壓力等級(jí)數(shù)N

總和C+C’+4+NNa：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

總和C+C’+4+NNa：串級(jí)單元數(shù)14.2.2多組分吸收和解吸過程分析

一、設(shè)計(jì)變量數(shù)和關(guān)鍵組分二、單相傳質(zhì)過程

精餾過程：雙相傳質(zhì)過程

吸收過程：單相傳質(zhì)過程

——不能視為恒摩爾流（圖4-4a）三、吸收塔內(nèi)組分分布圖4-4c、d分布曲線：

從物系揮發(fā)度看

C1、C2最大，進(jìn)塔幾乎不被吸收，塔頂稍有變化。

C5、C4最小，進(jìn)塔立即吸收，上部幾乎不變。

C3適中，上段吸收快，在塔某板出現(xiàn)最大值。一般情況：

1.不同組分在不同段吸收程度不同2.難溶組分（LNK），一般只在靠近塔頂幾級(jí)被吸收，其他級(jí)吸收較??；易溶組分（HNK），一般只在靠近塔釜幾級(jí)被吸收。

3.關(guān)鍵組分在全塔范圍內(nèi)被吸收。四、溶解熱

取決于LMCp,L與GMCp,V的相對大小1.如果在塔頂LMCp,L明顯大于GMCp,V

上升氣體熱量傳給吸收劑，吸收放出熱量全部由LM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.GMCp,V明顯大于LMCp,L

下降液體熱量傳給上升氣體，吸收放出熱量大部分由GM帶走，吸收液在下降中被氣體冷卻，接近于原料氣入口溫度條件下出塔。3.LMCp,L與GMCp,V相近，熱效應(yīng)明顯

出塔氣體與吸收液溫度超過入口，熱量分配取決于不同位置因吸收而放熱情況。另：1.若吸收劑揮發(fā)性明顯，在塔釜幾塊板上部分汽化，使該汽化的吸收劑與進(jìn)料氣中吸收劑的含量趨于平衡。

于是有一個(gè)相反作用：

吸收放出熱量→加熱液體→吸收劑汽化→冷卻液體

——塔中部出現(xiàn)溫度極大值2.溶解熱的影響

溶解熱大，溫度變化大，對吸收率影響大

a、溫度升高，相平衡常數(shù)大，吸收推動(dòng)力小。b、由于吸收過程要放熱，使汽液溫差大，除發(fā)生傳熱過程外，還有傳質(zhì)過程發(fā)生。

——復(fù)雜性大

4.3多組分吸收和蒸出的簡捷計(jì)算法初始階段設(shè)計(jì)分析操作情況提供電算初值應(yīng)用1.吸收因子和解吸因子吸收過程定義：

A=L/KV——i組分的吸收因子或因數(shù)（省i）a、無因次數(shù)群；b、L/V↑，K↓——A↑，有利于吸收；c、分離要求一定：A↑，N↓N一定：A↑，吸收程度↑——A的大小說明吸收難易。4.3.1吸收因子法一、概述用A、S表示平衡關(guān)系：解吸過程定義：

S=KV/L=1/A——i組分的解吸因子或因數(shù)2.Horton—Frankli方程（哈頓—富蘭克林）12n—1nn+1N-1N尾氣V1吸收劑L0原料氣VN+1吸收液LNn板物料衡算：用（4-17）表示各組分在各板汽相量；依次類推；n=N時(shí)i在全塔物料衡算（消去vN）：——Horton-Franklin方程（4-23）討論4-23：計(jì)算吸收率的普遍式；式中K=f（T、P、組成），而組成不知。

——計(jì)算難采用如下簡化形式作簡捷計(jì)算。12平均吸收因子法平均有效吸收因子法二、平均吸收因子法代入式(4-23)(4-24)——被吸收量——最大吸收量——相對吸收率關(guān)于（4-24）的四點(diǎn)說明：AAA=<=>jj111有：(4-24)（1）以（4-24）作圖：j-A-N關(guān)系（圖4-8）(2)解（4-24）式(4-25)——用來求N(4)A的計(jì)算K——關(guān)鍵組分i——非關(guān)鍵組分(3)(L/V)min的計(jì)算例4-4計(jì)算：進(jìn)料：C1C2C3i-C4n-C4i-C5n-C5n-C6已知：

yN+1不揮發(fā)的烴類38℃1.013MPa解：查P=1.013MPa，t=38℃時(shí)Ki線上交點(diǎn)位于查表48.99.099.0.===NAbKj48.91lg1lg.=---=AANajj計(jì)算法：頁表）（線，查出交185,1,148.9.(3)iiiiiNAyvjj=05.400=L解得0.(4)L求185頁表中被吸收量三、平均有效因子法Edmister提出：利用Ae與Ae′代替每板吸收因子，且保持不變，結(jié)果頗滿意。1132214332++++++++NNNNNNAAAAAAAAAAAAAALLLLLL132213221+++++++NNNNNNAAAAAAAAAAAAAALLLLLLAe′定義Ae定義對于（4-23）：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。由此，對式4-26，N=2——Ae的計(jì)算式同理，對式4-27，N=2——Ae′的計(jì)算式上式若不含被吸收組分：l0=0以上兩式中A1，AN的求?。浩骄行б蜃臃ㄓ?jì)算步驟：A、用平均吸收因子法估計(jì)vi,1，li,NB、假設(shè)尾氣溫度(T1)全塔熱量衡算確定吸收液溫度(TN)D、計(jì)算A1，ANE、用(4-29),(4-30)計(jì)算有效吸收因子Ae，Ae′F、確定吸收率G、作組分物料衡算，計(jì)算尾氣和出口吸收液組成(y1，xN)H、校核全部假設(shè)C、估計(jì)L1，VN，Edmister建議用下式預(yù)測4.3.2解吸因子法——計(jì)算同于吸收NN-1n+1nn-121蒸出氣VN吸收液LN+1蒸出劑V1吸收劑L1特點(diǎn)；與吸收相反NN-1n+1nn-121蒸出氣VN吸收液LN+1蒸出劑V1吸收劑L1特點(diǎn)；與吸收相反汽相主體液相主體傳質(zhì)方向氣體界面液體4.4化學(xué)吸收雙膜理論：yAi或PAixAi或CAi

被溶解組分與吸收劑中活性組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，溶質(zhì)A在液膜中為反應(yīng)所消耗，傳質(zhì)推動(dòng)力：[CAi-CAL]特點(diǎn)：吸收容量大吸收率高；設(shè)備投資少解吸不完全（可逆反應(yīng)）4.4.1化學(xué)吸收類型和增強(qiáng)因子類型瞬時(shí)反應(yīng)快速反應(yīng)中速反應(yīng)慢速反應(yīng)一、化學(xué)吸收類型AANr>>a.瞬時(shí)反應(yīng)AiC反應(yīng)面AiP界面氣膜液膜反應(yīng)在反應(yīng)面上完成。b.快速反應(yīng)AiCAiP界面氣膜液膜反應(yīng)區(qū)邊擴(kuò)散、邊反應(yīng)，反應(yīng)在反應(yīng)區(qū)上完成。rA>NAc.中速反應(yīng)AiCAiP界面氣膜液膜反應(yīng)區(qū)ALC邊擴(kuò)散、邊反應(yīng)，反應(yīng)在反應(yīng)區(qū)上完成。d.慢速反應(yīng)AiCAiP界面氣膜液膜ALC通過液膜擴(kuò)散時(shí)來不及反應(yīng)便進(jìn)入液相主體，反應(yīng)主要在液相主體中進(jìn)行。rA<NA二、化學(xué)吸收中的增強(qiáng)因子0LLkkE=增強(qiáng)因子:2.傳質(zhì)速率方程二個(gè)極端情況：a.慢速反應(yīng)b.瞬時(shí)可逆反應(yīng)c.對于快速和中速反應(yīng)ZCA液膜CALd一、反應(yīng)-擴(kuò)散方程4.4.2化學(xué)吸收速率ZCA液膜CALd

注意：

目前只有對一級(jí)反應(yīng)，及r為線性函數(shù)時(shí)，才能求解析解，其它場合下只能求近似解或數(shù)值解。二、一級(jí)不可逆反應(yīng)代入反應(yīng)-擴(kuò)散方程M：無因次，表明在液膜中化學(xué)反應(yīng)速率與傳質(zhì)速率的