2吸收基本理论

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1、1、定义吸收：利用混合气体各组分在液体中溶解度 差异，使某些易溶组分进入液相形成溶液，不溶或难溶组分仍留在气相，实现混合气体分离。解吸：也称为脱吸，是与吸收相反的过程，即溶质从液相中分离而转移到气相的过程。吸收质或溶质：易溶解组分（A）。惰性气体或载体：不溶或难溶组分(B)。吸收剂：所用的溶剂（S）。吸收液：得到的溶液，主要为A+S。吸收尾气：吸收后排出的气体，主要为B和少量A。2、吸收分离操作的目的与任务制取液体产品：如盐酸、硝酸，碳化氨水吸收CO2制碳酸氢氨等。分离混合气体吸收获得某些组分：如用液态烃吸收裂解气中的乙烯、丙烯等。气体净化除去混合气体中杂质：如合成氨原料气脱CO2等；尾气处理

2、和废气净化：脱SO2、NOx等分离基础：各组分溶解度的差异3、吸收分离操作的分类物理吸收与化学吸收：H2O吸收CO2（单纯溶解）NaOH溶液吸收CO2单组分吸收与多组分吸收：H2O吸收乙醇（单一组分）液态烃吸收气态烃等温吸收与非等温吸收：H2O吸收丙酮（温度不变）H2O吸收SO3低浓度吸收与高浓度吸收：溶质在气液两相摩尔分数均10%4、吸收的特征分离基础：溶解度差异引入新相的方式：从外界引入产品纯度：吸收不能直接获得较纯的组分。传质方向：吸收只进行单向传质1气体吸收的相平衡关系吸收过程与蒸馏一样，涉及相际传质过程。平衡问题：物质传递的方向和限度；传质速率问题：传质推动力和阻力。相平衡：相间传质

3、已达到动态平衡，从宏观上观察传质已不再进行。吸收中的相平衡关系描述的是溶解度的影响因素，是处理吸收问题的关键。气体的溶解度一定操作温度和压力下，平衡状态下溶质在气相中的分压称为平衡分压或饱和分压，相应的液相浓度称为平衡浓度或气体在液体中的溶解度。定义：气体在指定液体（溶剂）中的饱和浓度常用单位：kg(A)/kg(S)或kg(A)/m3(S)。它决定了吸收的极限（终点）；推动力：偏离平衡状态的程度过程速率。2.影响因素：温度、压力、溶质在气相中的浓度。对于单组分物理吸收：自由度=3-2+2=3总压不高（5atm）理想气体溶解度气相分压，可以认为与总压无关。恒温：3、溶解度曲线与溶解性：（1）对于

4、同一种气体，分压一定时，温度T越高，溶解度越小。（2）对于同一种气体，温度T一定时，分压P越大，溶解度越大。（3）吸收剂、温度T、P一定时，不同物质的溶解度不同。易溶（NH3）；中等（SO2）；）；难溶（O2）。（4）温度、溶液的浓度一定时，难溶物质溶液上方分压大。加压和降温对吸收操作有利。亨利定律体系：单组分、低浓、恒温、物理吸收。总压总压P Y*，操作线在平衡线上方。并流操作线方程：吸收塔内流向的选择1、逆流沿塔高能保持较大推动力；并流从顶到底沿塔高推动力渐小，塔顶、底推动力相差大。2、若两相进、出塔浓度相同，逆流平均推动力大于并流，对传质速率有利。与传热时一样。3、工业吸收一般多用逆流，

5、后面讨论中若无说明，均为逆流吸收。4、逆流时上升的气体将阻碍借重力往下流动的液体，限制了吸收塔所允许的液体流率和气体流率，这是逆流操作不利的一面。2.3.2吸收剂用量的决定 吸收剂用量L 或液气比L/V 在吸收塔的设计计算和塔的操作调节中是一个很重要的参数。吸收塔的设计计算中，V、Y1、Y2 由设计任务给定，X2 则是由工艺条件决定或设计人员选定。可见，X1 与吸收剂用量L 相互制约！操作线的一个端点(X2,Y2)已定，另一端点随L不同液气比L/V不同，而在Y=Y1水平线上移动。LL/V推动力X1；设备费，操作费用；LL/VX1推动力设备费用，操作费用。到C点X1=X*，X1与Y1平衡，推动力

6、=0，X1=X1,max，传质面积无限大，设备费用无穷Lmin,(L/V)min。一般：L=(1.12.0)Lmin(L/V)min的确定：确定操作线与平衡线的交点或切点。例：空气与氨的混合气体，总压为101.33kPa，其中氨的分压为1333Pa，用20的水吸收混合气中的氨，要求氨的回收率为99%，每小时的处理量为1000kg空气。物系的平衡关系列于本例附表中，若吸收剂用量取最小用量的2倍，试求每小时送入塔内的水量。2.3.3塔径的计算 Vs混合气体积流量，m3/s；按塔底为准；u 混合气空塔气速，m/s；流体力学问题。2.3.4填料层高度的计算 1.基本方法与计算式(1)Z 所需填料体积基

7、本方法：塔截面积所需传质面积所需填料体积单位体积填料提供的有效面积2塔负荷（传质量km ol/s）所需传质面积传质速率(km ol/ms)计算式各截面浓度变传质速率变 对组分A作物料衡算 单位时间内由气相转入液相的A的物质量为：a:有效比表面，受填料形状、尺寸、装填方式、流体物性及流动状态影响，难以确定，将之与传质系数合二为一：KYa、KXa 总体积吸收系数或总体积传质系数，kmol/(s.m3)。2、传质单元高度与传质单元数HOG的物理意义：虽然(Y-Y*)为一变量，但积分值一定，总可找到一个(Y-Y*)m（常量）使积分值不变。此时填料层高度就是一个总传质单元高度。HOG 或HOL 表示完成

8、一个传质单元分离任务所需的填料层高度，代表了吸收塔传质性能的高低，是由过程条件决定的：吸收过程的传质阻力越大，填料层的有效比面积越小，每个传质单元所相当的填料层高度越大。传质单元数反映吸收过程的难度，任务所要求的气体浓度变化越大，过程的平均推动力越小，则意味着过程难度越大，此时所需的传质单元数越大。3、传质单元数的求法解析法：平衡关系为直线i)脱吸因数法：平衡关系：Y*=mX+bii)对数平均推动力法：平衡关系：Y*=mX+b数值积分法梯级图解(Baker)法：平衡关系为或接近于直线2.5脱吸及其他条件下的吸收2.5.1脱吸（desorption)：又称解吸使溶解于吸收剂中的气体释放出来：吸收液从脱吸塔的塔顶喷淋而下；载气从脱吸塔底通入。塔顶端：浓端塔底端：稀端1.方法：1）气提脱吸通入惰性气体（无法得到纯溶质）；适用范围：除掉溶质，使吸收剂再生。通入水蒸汽适用条件：溶质不溶于水通入吸收剂蒸汽 常用于水为溶剂的吸收2）减压脱吸:降低气相主体的溶质分压3）加热脱吸例如：热力脱氧法处理锅炉用水4）加热-减压脱吸2.设计及计算方法：与吸收过程相同 区别：液相浓度气相平衡浓度。推动力：(y-y*)(y*-y)(x*-x)(x-x*)，操作线由平衡线上方移到下方。