1、吸收基本理論,1、定義 吸收：利用混合氣體各組分在液體中溶解度 差異，使某些易溶組分進(jìn)入液相形成溶液， 不溶或難溶組分仍留在氣相，實(shí)現(xiàn)混合氣體 分離。 解吸：也稱為脫吸，是與吸收相反的過程， 即溶質(zhì)從液相中分離而轉(zhuǎn)移到氣相的過程。,吸收質(zhì)或溶質(zhì)：易溶解 組分（A）。 惰性氣體或載體：不溶 或難溶組分(B)。 吸收劑：所用的溶劑 （S）。 吸收液：得到的溶液， 主要為A+S。 吸收尾氣：吸收后排出 的氣體，主要為B和 少量A。,2、吸收分離操作的目的與任務(wù) 制取液體產(chǎn)品：如鹽酸、硝酸，碳化氨水吸收CO2 制碳酸氫氨等。 分離混合氣體吸收獲得某些組分：如用液態(tài)烴吸收 裂解氣中的乙烯、丙烯等。 氣體

2、凈化除去混合氣體中雜質(zhì)：如合成氨原料氣脫 CO2等； 尾氣處理和廢氣凈化：脫SO2、NOx等 分離基礎(chǔ)：各組分溶解度的差異,3、吸收分離操作的分類 物理吸收與化學(xué)吸收： H2O吸收CO2 （單純?nèi)芙猓?NaOH溶液吸收CO2 單組分吸收與多組分吸收： H2O吸收乙醇（單一組分） 液態(tài)烴吸收氣態(tài)烴 等溫吸收與非等溫吸收： H2O吸收丙酮（溫度不變） H2O吸收SO3 低濃度吸收與高濃度吸收：溶質(zhì)在氣液兩相摩爾分?jǐn)?shù)均10%,4、 吸收的特征 分離基礎(chǔ)：溶解度差異 引入新相的方式：從外界引入 產(chǎn)品純度：吸收不能直接獲得較純的組分。 傳質(zhì)方向：吸收只進(jìn)行單向傳質(zhì),1氣體吸收的相平衡關(guān)系,吸收過程與蒸餾

3、一樣，涉及相際傳質(zhì)過程。 平衡問題：物質(zhì)傳遞的方向和限度； 傳質(zhì)速率問題：傳質(zhì)推動力和阻力。 相平衡：相間傳質(zhì)已達(dá)到動態(tài)平衡，從宏觀 上觀察傳質(zhì)已不再進(jìn)行。 吸收中的相平衡關(guān)系描述的是溶解度的影響 因素，是處理吸收問題的關(guān)鍵。,氣體的溶解度,一定操作溫度和壓力下，平衡狀態(tài)下溶質(zhì)在 氣相中的分壓稱為平衡分壓或飽和分壓，相 應(yīng)的液相濃度稱為平衡濃度或氣體在液體中 的溶解度。 定義：氣體在指定液體（溶劑）中的飽和濃度 常用單位：kg(A)/kg(S)或kg(A)/m3(S)。 它決定了吸收的極限（終點(diǎn)）； 推動力：偏離平衡狀態(tài)的程度過程速率。,2.影響因素： 溫度、壓力、溶質(zhì)在氣相中的濃度。 對于單

4、組分物理吸收：自由度=3-2+2=3 總壓不高（5atm）理想氣體 溶解度氣相分壓，可以認(rèn)為與總壓無關(guān)。,恒溫：,3、溶解度曲線與溶解性： （1）對于同一種氣體，分壓一定時，溫度T越高，溶解度越小。 （2）對于同一種氣體，溫度T一定時，分壓P越大，溶解度越大。 （3）吸收劑、溫度T、P一定時，不同物質(zhì)的溶解度不同。 易溶（NH3）；中等（SO2）；難溶（O2）。 （4）溫度、溶液的濃度一定時，難溶物質(zhì)溶液上方分壓大。,加壓和降溫對吸收操作有利。,亨利定律,體系：單組分、低濃、恒溫、物理吸收。 總壓P5105Pa，一定溫度下溶質(zhì)在液相中 的溶解度（平衡）與其在氣相中的分壓成正 比。,亨利系數(shù)（E

5、）： （單位與分壓單位一致） 理想溶液：P不高，T恒定，亨利定律與拉烏爾定律一致，即：E=p0 非理想溶液： Ep0，但在一定濃度范圍內(nèi)（低濃），E=f(T)。, 一定體系，E=f(T），T，E； 易溶體系E小，難溶體系E大。 數(shù)值取得：實(shí)驗(yàn)測定，外推x0 （ 低濃）；查有關(guān)手冊。,亨利定律的其他形式,1）p*C：,2)xy(溶質(zhì)在氣液兩相中的組成)：,y* 與組成為x 的液相呈平衡的氣相中溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)； m 相平衡常數(shù)（或分配系數(shù)），無因次,總壓P，pA*=PyA*=ExA,3)XY（摩爾比）,吸收過程中，B、S不參與傳質(zhì)，摩爾流量不變，可分別作為基準(zhǔn)來表示A的濃度。,【例1】已知10時，

6、1atm下氨水的濃度為 10gNH3/100gH2O, 其平衡氣相分壓 pNH3=5.57kPa ，氨水密度：1000 kg/m3 求：E、H、m。,吸收劑的選擇,選擇的原則： 溶解度大：溶解度，溶劑用量，傳質(zhì)速率 ；隨工藝條件變化大；若有反應(yīng)應(yīng)可逆。 選擇性好：對溶質(zhì)的溶解度大； 不易揮發(fā)，以減少溶劑損失； 粘度低，改善流動狀態(tài)，阻力小，降低能耗。 無毒、腐蝕性小、不易燃、價廉、不發(fā)泡、冰點(diǎn) 低、化學(xué)穩(wěn)定等。,相平衡關(guān)系在吸收過程中的應(yīng)用,（1）判斷傳質(zhì)進(jìn)行的方向,（2）確定傳質(zhì)的推動力,（3）指明傳質(zhì)過程進(jìn)行的極限,3 吸收塔計算填料塔,板式塔：逐級接觸； 填料塔：連續(xù)(微分)接觸 填料中

7、很大的空隙，提供曲徑湍動，表面形成液膜表面積；可逆流或并流操作，但一般采用逆流：提高出塔吸收液濃度和降低尾氣濃度。 計算內(nèi)容：吸收劑用量、塔的工藝尺寸等。,吸收塔的物料衡算及操作線方程,1.物料衡算 穩(wěn)定、逆流 下標(biāo)“1” 塔底（濃端）； 下標(biāo)“2” 塔頂（稀端）； V B的摩爾流率，kmol/s； L S的摩爾流率，kmol/s； Y 氣相中A的摩爾比； X 液相中A的摩爾比。,V 和Y1 由吸收任務(wù)規(guī)定， 吸收劑流量L和組成X2 由工藝條件確定， 出塔氣體組成Y2 由任務(wù)規(guī)定的吸收率A 求出：,可算出吸收液的濃度X1,2.操作線方程：塔內(nèi)任意截面上的物料衡算關(guān)系,L/V：塔操作的液氣比,操

8、作線：在Y-X圖上為以L/V為斜率，過塔進(jìn)、出口氣、液兩相組成點(diǎn)B(X1，Y1)和T(X2，Y2)的直線,逆流：濃、稀端； 操作線與平衡關(guān)系、 操作條件及設(shè)備結(jié)構(gòu) 無關(guān)； 吸收：Y Y *，操作 線在平衡線上方。,并流操作線方程：,吸收塔內(nèi)流向的選擇,1、逆流沿塔高能保持較大推動力；并流從頂?shù)降籽?塔高推動力漸小，塔頂、底推動力相差大。 2、若兩相進(jìn)、出塔濃度相同，逆流平均推動力大于 并流，對傳質(zhì)速率有利。與傳熱時一樣。 3、工業(yè)吸收一般多用逆流，后面討論中若無說明， 均為逆流吸收。 4、逆流時上升的氣體將阻礙借重力往下流動的液 體，限制了吸收塔所允許的液體流率和氣體流率， 這是逆流操作不利的

9、一面。,2.3.2吸收劑用量的決定,吸收劑用量L 或液氣比L/V 在吸收塔的設(shè)計計算和塔的操作調(diào)節(jié)中是一個很重要的參數(shù)。 吸收塔的設(shè)計計算中，V、Y1、Y2 由設(shè)計任務(wù)給定，X2 則是由工藝條件決定或設(shè)計人員選定。,可見，X1 與吸收劑用量L 相互制約！ 操作線的一個端點(diǎn)(X2,Y2)已定，另一端點(diǎn)隨L不同液氣比L/V不同，而在Y=Y1水平線上移動。,LL/V推動力X1；設(shè)備費(fèi) ，操作費(fèi)用 ； LL/VX1推動力設(shè)備費(fèi)用，操作費(fèi)用。 到C點(diǎn)X1=X*，X1與Y1平衡，推動力=0，X1=X1,max，傳質(zhì)面積無限大， 設(shè)備費(fèi)用無窮Lmin, (L/V)min。 一般：L=(1.12.0)Lmin

10、,(L/V)min的確定：確定操作線與平衡線的交點(diǎn)或切點(diǎn)。,例：空氣與氨的混合氣體，總壓為101.33kPa，其中氨的分壓為1333Pa，用20的水吸收混合氣中的氨，要求氨的回收率為99%，每小時的處理量為1000kg空氣。物系的平衡關(guān)系列于本例附表中，若吸收劑用量取最小用量的2倍，試求每小時送入塔內(nèi)的水量。,2.3.3塔徑的計算,Vs混合氣體積流量，m3/s；按塔底為準(zhǔn)； u 混合氣空塔氣速，m/s；流體力學(xué)問題。,2.3.4填料層高度的計算,1.基本方法與計算式,計算式各截面濃度變傳質(zhì)速率變 對組分A作物料衡算 單位時間內(nèi)由氣相轉(zhuǎn)入液相的A的物質(zhì)量為：,a:有效比表面，受填料形狀、尺寸、裝

11、填方式、流體物性及流動狀態(tài)影響，難以確定，將之與傳質(zhì)系數(shù)合二為一：,KYa、KXa 總體積吸收系數(shù)或總體積傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(s.m3) 。,2、傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù),HOG的物理意義：,雖然(Y-Y*)為一變量，但積分值一定，總可找 到一個(Y-Y*)m （常量）使積分值不變。,此時填料層高度就是一個總傳質(zhì)單元高度。,HOG 或HOL 表示完成一個傳質(zhì)單元分離任務(wù)所需的填料層高度，代表了吸收塔傳質(zhì)性能的高低，是由過程條件決定的：吸收過程的傳質(zhì)阻力越大，填料層的有效比面積越小，每個傳質(zhì)單元所相當(dāng)?shù)奶盍蠈痈叨仍酱蟆?傳質(zhì)單元數(shù)反映吸收過程的難度，任務(wù)所要求的氣體濃度變化越大，過程的平均推動力越小，則意味著過程難度越大，此時所需的傳質(zhì)單元數(shù)越大。,3、傳質(zhì)單元數(shù)的求法,解析法：平衡關(guān)系為直線,i) 脫吸因數(shù)法：平衡關(guān)系：Y*=mX+b,ii) 對數(shù)平均推動力法：平衡關(guān)系：Y*=mX+b,數(shù)值積分法,梯級圖解(Baker)法：平衡關(guān)系為或接近于直線,2.5脫吸及其他條件下的吸收,2.5.1脫吸（desorption)：又稱解吸 使溶解于吸收劑中的氣體釋放出來： 吸收液從脫吸塔的塔頂噴淋而下； 載氣從脫吸塔底通入。 塔頂端：濃端 塔底端：稀端,1. 方法： 1）氣提脫吸 通入惰性氣體（無法得到純?nèi)苜|(zhì)）； 適