1、14.1多组分吸收多组分吸收和解吸过程分析和解吸过程分析 4.2 吸收吸收和解吸过程流程和解吸过程流程 4.3多组分吸收和解吸过程简捷计算多组分吸收和解吸过程简捷计算 4.4 化学吸收化学吸收第第4章章 气体吸收和解吸气体吸收和解吸24.1多组分吸收和解吸过程分析多组分吸收和解吸过程分析 一、吸收和解吸一、吸收和解吸 二、工业生产中的吸收过程二、工业生产中的吸收过程三、吸收过程的分类三、吸收过程的分类四、吸收过程的特点四、吸收过程的特点3一、吸收和解吸一、吸收和解吸 吸收吸收是利用液体处理气体混合物，根据气体混合是利用液体处理气体混合物，根据气体混合物中各组分在液体中物中各组分在液体中溶解度的
2、不同溶解度的不同，而达到分离，而达到分离目的传质过程目的传质过程 吸收是一个分离过程，且分离的是气体混合物，吸收是一个分离过程，且分离的是气体混合物，分离分离的介质是某一种液体溶剂称为的介质是某一种液体溶剂称为吸收剂吸收剂 被被吸收的气体混合物称为吸收的气体混合物称为溶质溶质 当吸收过程用于中间产物分离时，离开吸收塔的当吸收过程用于中间产物分离时，离开吸收塔的吸收液需进行吸收液需进行解吸解吸操作，其作用是操作，其作用是将溶质从吸收将溶质从吸收液中驱赶出来，并使吸收剂获得再生液中驱赶出来，并使吸收剂获得再生，所以解吸，所以解吸是吸收的逆过程。是吸收的逆过程。4二、工业生产中的吸收过程二、工业生产
3、中的吸收过程1234净化或净化或精制气精制气体体分离分离气体气体混合物混合物将最终气将最终气态产品制态产品制成溶液或成溶液或中间产品中间产品废气废气治理治理5 净化或精制气体净化或精制气体 为除去原料气中所含的杂质，吸收是最常用的为除去原料气中所含的杂质，吸收是最常用的方法。方法。如用乙醇胺液脱出石油裂解气或天然气中的硫如用乙醇胺液脱出石油裂解气或天然气中的硫化氢化氢;乙烯直接氧化制环氧乙烷生产中原料气的乙烯直接氧化制环氧乙烷生产中原料气的脱硫、脱卤化物脱硫、脱卤化物;合成甲烷工业中的脱硫、脱合成甲烷工业中的脱硫、脱CO2;二氯乙烷生产过程中用水去除氯化氢等。二氯乙烷生产过程中用水去除氯化氢等
4、。6 分离气体混合物分离气体混合物 用以得到目的产物或回收其中一些组分用以得到目的产物或回收其中一些组分 如石油裂解气的油吸收，将如石油裂解气的油吸收，将C2以上的组分与甲烷、以上的组分与甲烷、氢分开；用氢分开；用N-甲基吡咯烷酮作溶剂，将天然气部甲基吡咯烷酮作溶剂，将天然气部分氧化所得裂解气中的乙炔分离出来；焦炉气的分氧化所得裂解气中的乙炔分离出来；焦炉气的油吸收以回收苯；乙烯直接氧化制环氧乙烷生产油吸收以回收苯；乙烯直接氧化制环氧乙烷生产中中,用吸收法分离反应气体中的环氧乙烷等。用吸收法分离反应气体中的环氧乙烷等。7 将最终气态产品制成溶液或中间产品将最终气态产品制成溶液或中间产品 将气体
5、中需用的组分以指定的溶剂吸收出来，成将气体中需用的组分以指定的溶剂吸收出来，成为液态的产品或半成品。为液态的产品或半成品。如用水吸收氯化氢气体制成盐酸；如用水吸收氯化氢气体制成盐酸；在甲醇蒸汽氧化后用水吸收甲醛蒸汽制甲醛溶液；在甲醇蒸汽氧化后用水吸收甲醛蒸汽制甲醛溶液；用水吸收丙烯腈作为中间产物等。用水吸收丙烯腈作为中间产物等。8 废气治理废气治理 很多工业废气中含很多工业废气中含SO2、NOx（主要是（主要是NO及及NO2），汞蒸汽等有害成分，虽然浓度一般很低，），汞蒸汽等有害成分，虽然浓度一般很低，但对人体和环境的危害甚大，而必须进行治理，但对人体和环境的危害甚大，而必须进行治理，这类环境
6、保护问题在我国已愈来愈受重视。这类环境保护问题在我国已愈来愈受重视。选择适当的工艺和溶剂进行吸收，是废气处理中选择适当的工艺和溶剂进行吸收，是废气处理中应用较广的方法。应用较广的方法。9二氧化碳的吸收过程二氧化碳的吸收过程10三、吸收过程的分类三、吸收过程的分类按组分的相对溶解度的大小按组分的相对溶解度的大小单组分吸收单组分吸收 只有只有一个组分一个组分在吸收剂中具有在吸收剂中具有显著显著的溶的溶解度，其它组分的溶解度均小到可以忽解度，其它组分的溶解度均小到可以忽略不计。略不计。如制氢工业中，将空气进行深冷分离前，如制氢工业中，将空气进行深冷分离前，用碱液脱出其中的二氧化碳以净化空气，用碱液脱
7、出其中的二氧化碳以净化空气，这时这时CO2仅在碱液中具有显著的溶解度，仅在碱液中具有显著的溶解度，而空气中的氮、氧、氩等气体的溶解度而空气中的氮、氧、氩等气体的溶解度均可忽略。均可忽略。11按组分的相对溶解度的大小按组分的相对溶解度的大小多组分吸收多组分吸收 气体混合物中具有显著溶解度的组分气体混合物中具有显著溶解度的组分不止一个不止一个,吸收目的产物的同时也吸收了吸收目的产物的同时也吸收了其他组分。其他组分。如用油吸收法分离石油裂解气，除氩以如用油吸收法分离石油裂解气，除氩以外，其它组分都程度不同的从气相溶到外，其它组分都程度不同的从气相溶到吸收剂中。吸收剂中。12 吸收吸收过程有无化学反应
8、过程有无化学反应 物理吸收物理吸收 所溶组分与吸收剂不起化学反应所溶组分与吸收剂不起化学反应 化学吸收化学吸收 溶质与溶剂有显著的化学反应发生。溶质与溶剂有显著的化学反应发生。如用氢氧化钠或碳酸钠溶液吸收二氧化如用氢氧化钠或碳酸钠溶液吸收二氧化碳、用稀硫酸吸收氨等过程。碳、用稀硫酸吸收氨等过程。化学反应能大大提高单位体积液体所能化学反应能大大提高单位体积液体所能吸收的气体量并加快吸收速率。但溶液解吸收的气体量并加快吸收速率。但溶液解吸再生较难。吸再生较难。13化学吸收化学吸收 溶质与溶剂有显著的化学反应发生。溶质与溶剂有显著的化学反应发生。1)可逆反应的化学吸收过程可逆反应的化学吸收过程 难点
9、：汽液平衡，化学反应速率难点：汽液平衡，化学反应速率 2）不可逆反应的化学吸收过程）不可逆反应的化学吸收过程 难点：连串反应、不是瞬时完成的反应难点：连串反应、不是瞬时完成的反应14吸收过程温度变化是否显著吸收过程温度变化是否显著 等温吸收等温吸收 气体吸收相当于由气态变液态，所以气体吸收相当于由气态变液态，所以会产生近于冷凝热的溶解热会产生近于冷凝热的溶解热 化学吸收过程中，有溶解热化学吸收过程中，有溶解热+反应热反应热 吸收过程温度变化不明显吸收过程温度变化不明显 非等温吸收非等温吸收 吸收过程温度变化明显吸收过程温度变化明显 15按吸收量的多少按吸收量的多少 贫气吸收贫气吸收 吸收量不大
10、，吸收量不大，对吸收塔内的吸收剂对吸收塔内的吸收剂和气体量影响不大和气体量影响不大 恒恒摩尔流摩尔流 恒温恒温操作操作 富气吸收富气吸收 吸收吸收量大的情况量大的情况 16按汽液两相接触方式和采用的设备形式按汽液两相接触方式和采用的设备形式喷淋吸收喷淋吸收 填料塔或空塔：气、液两相都连续填料塔或空塔：气、液两相都连续 淋降板塔：气相连续，液相分散淋降板塔：气相连续，液相分散鼓泡吸收鼓泡吸收 鼓泡塔或泡罩塔：液相保持为连续相，鼓泡塔或泡罩塔：液相保持为连续相，气相分离为小气泡通过液层气相分离为小气泡通过液层17按汽液两相接触方式和采用的设备形式按汽液两相接触方式和采用的设备形式降膜吸收降膜吸收
11、降膜式吸收器，使气、液两相均连续，降膜式吸收器，使气、液两相均连续，用于吸收热效应大的情况。用于吸收热效应大的情况。吸收剂顺着管壁形成一层液膜，由于重吸收剂顺着管壁形成一层液膜，由于重力作用而往下流动，原料气以一定的流力作用而往下流动，原料气以一定的流率逆流向上，两相在管壁中进行传质过率逆流向上，两相在管壁中进行传质过程，产生的吸收热通过管壁传给冷凝剂，程，产生的吸收热通过管壁传给冷凝剂，不断被冷凝剂带走。不断被冷凝剂带走。18 每一具体的吸收过程以采用哪一种分类方每一具体的吸收过程以采用哪一种分类方法为宜，完全视何种分类方法能较准确的法为宜，完全视何种分类方法能较准确的反映出该具体过程的特点
12、来衡量反映出该具体过程的特点来衡量 如采用油吸收法分离石油气，在进行吸收如采用油吸收法分离石油气，在进行吸收计算时，应突出说明它是多组分吸收，在计算时，应突出说明它是多组分吸收，在计算进行过程中，应考虑到它是一个非等计算进行过程中，应考虑到它是一个非等温吸收，在比较采用何种设备时，应考虑温吸收，在比较采用何种设备时，应考虑到使用鼓泡吸收还是喷淋吸收或其它等。到使用鼓泡吸收还是喷淋吸收或其它等。19化学反应化学反应吸收温度吸收温度单组分吸收单组分吸收多组分吸收多组分吸收相对溶解度相对溶解度吸收量吸收量汽液接触方式汽液接触方式吸收过吸收过程分类程分类物理吸收物理吸收化学吸收化学吸收喷淋吸收喷淋吸收
13、鼓泡吸收鼓泡吸收降膜吸收降膜吸收等温吸收等温吸收非等温吸收非等温吸收贫气吸收贫气吸收富气吸收富气吸收恒摩尔流恒摩尔流恒温操作恒温操作20四、吸收过程的特点四、吸收过程的特点原理不同原理不同 吸收吸收是根据各组分是根据各组分溶解度不同溶解度不同进行分进行分离的离的 精馏精馏利用组分间利用组分间相对挥发度不同相对挥发度不同使组使组分分离分分离塔式不同塔式不同 精馏有简单塔和复杂塔精馏有简单塔和复杂塔 最简单的吸收为复杂塔最简单的吸收为复杂塔21 最简单的吸收为精馏中的复杂最简单的吸收为精馏中的复杂精馏，即两股进料，两股出料。精馏，即两股进料，两股出料。被分离的气体混合物均是从吸被分离的气体混合物均
14、是从吸收塔的下部进入，在塔内自下收塔的下部进入，在塔内自下而上的运动过程中与从塔顶喷而上的运动过程中与从塔顶喷淋下来的液体吸收剂作用，溶淋下来的液体吸收剂作用，溶解度较低的气体（亦称为惰性解度较低的气体（亦称为惰性气体）不被吸收而从吸收塔顶气体）不被吸收而从吸收塔顶部排出，吸收剂从塔顶喷入后，部排出，吸收剂从塔顶喷入后，在与气体混合物的接触过程中在与气体混合物的接触过程中不断吸收易溶解的组分，最后不断吸收易溶解的组分，最后吸收剂与被吸收的易溶组分一吸收剂与被吸收的易溶组分一起从吸收塔底排出。起从吸收塔底排出。22 传质形式不同传质形式不同 吸收是吸收是单向单向传质，精馏是传质，精馏是双向双向传
15、质传质 在精馏操作中，汽液两相接触，汽相中的在精馏操作中，汽液两相接触，汽相中的较重组分向液相中传质（冷凝）较重组分向液相中传质（冷凝）,液相中液相中的较轻组分向汽相中传质（汽化）的较轻组分向汽相中传质（汽化）,所以所以传质过程是在两相中交替进行传质过程是在两相中交替进行 当轻、重组分的摩尔汽化潜热相近时，塔当轻、重组分的摩尔汽化潜热相近时，塔内可以近似看作内可以近似看作恒摩尔流恒摩尔流 23 温度范围、变化不同温度范围、变化不同 汽相：组分沸点差大，有些组分接近于临界汽相：组分沸点差大，有些组分接近于临界点点非理想气体非理想气体 液相：吸收剂量大液相：吸收剂量大稀溶液稀溶液 在在精馏过程中，
16、由于汽化潜热与冷凝潜热相精馏过程中，由于汽化潜热与冷凝潜热相互利用，在整个塔内的温度变化范围不是很互利用，在整个塔内的温度变化范围不是很大，而且从塔顶向下，温度逐渐升高。大，而且从塔顶向下，温度逐渐升高。每个级上由于每个级上由于组成改变组成改变而引起的温度变化，而引起的温度变化，可用可用泡露点方程泡露点方程定出定出 吸收要采用吸收要采用热量衡算热量衡算来确定温度的分布来确定温度的分布 24物料的预分布不同物料的预分布不同 精馏精馏可按清晰分割和非清晰可按清晰分割和非清晰分割进行分割进行物料的预分布物料的预分布 吸收吸收每端既有进料，又有出料每端既有进料，又有出料 需在确定满足关键组分分离要求所
17、需需在确定满足关键组分分离要求所需的理论板数的同时，做出物料预分布的理论板数的同时，做出物料预分布 25精馏有精馏有两个两个关键组分，吸收有关键组分，吸收有一个一个关键关键组分组分 组分分布不同组分分布不同 精馏精馏过程过程，关键组分的浓度分布有极大值，非，关键组分的浓度分布有极大值，非关键组分在进料级上下形成几乎恒浓的区域关键组分在进料级上下形成几乎恒浓的区域 吸收吸收过程过程，轻组分（即难溶组分）一般只在靠，轻组分（即难溶组分）一般只在靠近塔顶的几级被吸收，而在其余级上变化很小近塔顶的几级被吸收，而在其余级上变化很小 重组重组分（易溶组分）主要在塔底附近的若干级分（易溶组分）主要在塔底附近
18、的若干级上被吸收上被吸收 关键组分在全塔范围内被吸收关键组分在全塔范围内被吸收 264-2 吸收和解吸过程流程吸收和解吸过程流程一、单纯吸收工艺流程一、单纯吸收工艺流程 二、吸收二、吸收-解吸法解吸法三、吸收蒸出塔三、吸收蒸出塔27 吸收剂与被吸收的易溶组分一起从吸收吸收剂与被吸收的易溶组分一起从吸收塔底排出后，一般要把吸收剂与易溶组塔底排出后，一般要把吸收剂与易溶组分分离开，即分分离开，即解吸过程解吸过程，解吸过程一般，解吸过程一般可采用的方法有：加热升温；减压闪蒸；可采用的方法有：加热升温；减压闪蒸；精馏解吸。精馏解吸。分离后易溶组分单独作为一种气体产品分离后易溶组分单独作为一种气体产品送
19、出，而吸收剂则再送回吸收塔内循环送出，而吸收剂则再送回吸收塔内循环使用。使用。4-2 吸收和解吸过程流程吸收和解吸过程流程28欲分离氨气空气的混欲分离氨气空气的混合物，可选择水做溶剂，合物，可选择水做溶剂，因为氨水在水中的溶解度因为氨水在水中的溶解度最大，而空气几乎不溶于最大，而空气几乎不溶于水。流程如图所示水。流程如图所示上述密闭容器能否用作上述密闭容器能否用作工业吸收设备？工业吸收设备？密闭容器密闭容器水水（溶剂）（溶剂）氨气（浓度低）空气氨气（浓度低）空气 氨气氨气(浓度高浓度高)空气空气(惰性气体惰性气体)(溶质，被吸收组分溶质，被吸收组分)可以可以,但吸收效果不好但吸收效果不好,原因
20、在于气、液两相原因在于气、液两相接触情况不好接触情况不好29一、单纯吸收工艺流程一、单纯吸收工艺流程单塔单纯吸收流程图单塔单纯吸收流程图多塔串联单纯吸收流程图多塔串联单纯吸收流程图30单纯吸收工艺流程单纯吸收工艺流程 31单纯吸收工艺流程单纯吸收工艺流程 32单纯吸收工艺流程单纯吸收工艺流程33 该法用于气体混合物通过吸收方法将其分离该法用于气体混合物通过吸收方法将其分离为惰性气体和易溶气体两部分的情况。为惰性气体和易溶气体两部分的情况。解吸的常用方法是使溶液升温，以减小气体解吸的常用方法是使溶液升温，以减小气体溶质的溶解度，所以在解吸塔底部没有加热溶质的溶解度，所以在解吸塔底部没有加热器，可
21、用直接蒸汽和再沸器的形式，通过加器，可用直接蒸汽和再沸器的形式，通过加热器提供热量使易溶组分蒸出并从解吸塔顶热器提供热量使易溶组分蒸出并从解吸塔顶排出，解吸塔底的吸收剂经冷却再送往吸收排出，解吸塔底的吸收剂经冷却再送往吸收塔循环使用。塔循环使用。解吸塔也可采用精馏塔，可起到提高蒸出溶解吸塔也可采用精馏塔，可起到提高蒸出溶质的纯度和回收吸收剂的作用。质的纯度和回收吸收剂的作用。二、吸收二、吸收-解吸法解吸法34吸收吸收-解吸法解吸法35吸收吸收-解吸法解吸法36 当吸收尾气中某些组分在吸收剂中有一定的溶解当吸收尾气中某些组分在吸收剂中有一定的溶解度，为保证关键组分的纯度采用吸收蒸出塔，即度，为保
22、证关键组分的纯度采用吸收蒸出塔，即将吸收塔与精馏塔的提馏段组合在一起，原料气将吸收塔与精馏塔的提馏段组合在一起，原料气从塔中部进入，进料口上面为吸收段，下部为蒸从塔中部进入，进料口上面为吸收段，下部为蒸出段，当吸收液（含有关键组分和其它组分的溶出段，当吸收液（含有关键组分和其它组分的溶质）与塔釜再沸器蒸发上来的温度较高的蒸汽相质）与塔釜再沸器蒸发上来的温度较高的蒸汽相接触，使其它组分从吸收液中蒸出，塔釜的吸收接触，使其它组分从吸收液中蒸出，塔釜的吸收液部分从再沸器中加热蒸发以提供蒸出段必须的液部分从再沸器中加热蒸发以提供蒸出段必须的热量，大部分则进入蒸出塔内部使易溶组分与吸热量，大部分则进入蒸
23、出塔内部使易溶组分与吸收剂分离开，吸收剂经冷却后再送入吸收塔循环收剂分离开，吸收剂经冷却后再送入吸收塔循环使用。使用。一般只适用关键组分为重组分的场合。一般只适用关键组分为重组分的场合。三、吸收蒸出塔三、吸收蒸出塔37只适用只适用关键组分为重组分关键组分为重组分的场合的场合 吸收蒸出塔吸收蒸出塔38吸收蒸出塔吸收蒸出塔394-3 多组分吸收和解吸过程简捷计算多组分吸收和解吸过程简捷计算一、吸收过程工艺计算的基本概念一、吸收过程工艺计算的基本概念 二、吸收因子（吸收因素）二、吸收因子（吸收因素）三、吸收因子法的基本方程三、吸收因子法的基本方程四、平均吸收因子法四、平均吸收因子法五、平均有效吸收因
24、子法五、平均有效吸收因子法404-3 多组分吸收和解吸过程简捷计算多组分吸收和解吸过程简捷计算 一、吸收过程工艺计算的基本概念一、吸收过程工艺计算的基本概念 1、吸收、解吸作用发生的条件、吸收、解吸作用发生的条件*iipp*iiyy*iipp*iiyy 吸收：溶质由气相溶于液相吸收：溶质由气相溶于液相解吸：溶质由液相转入气相解吸：溶质由液相转入气相与液相组成与液相组成xi成平衡的气相成平衡的气相中中i的分压和的分压和摩尔分数摩尔分数412、吸收过程的限度、吸收过程的限度 塔釜：塔釜：确定了吸收液中组分的最大浓度确定了吸收液中组分的最大浓度 塔顶塔顶：规定了设计回收塔的分离要求规定了设计回收塔的
25、分离要求或尾气中或尾气中i i组分的最小浓度组分的最小浓度423、吸收过程的平衡级、吸收过程的平衡级 离开离开n板的气体混合物与离开板的气体混合物与离开n板的吸收板的吸收 液液达到相平衡，即达到相平衡，即 iiixKy pTxTyVNNN,00111和和关键组分的分离要求关键组分的分离要求 求：求：NLxLyVNN,011详细计算还应包括详细计算还应包括 nnnVLT,4、计算内容、计算内容 可调设计变量为可调设计变量为1操作型计算操作型计算：指定为理论级数指定为理论级数设计型计算：设计型计算：指定为关键组分的吸收率指定为关键组分的吸收率 已知：已知：43二、吸收因子（吸收因素）二、吸收因子（
26、吸收因素）i组分的吸收因子组分的吸收因子 iiVKLA 吸收因子因吸收因子因组分而异组分而异 A值的大小可以说明在某一具体的吸收值的大小可以说明在某一具体的吸收塔中过程进行的塔中过程进行的难易难易程度程度 吸收因子与吸收因子与操作条件操作条件有关有关 iiAKTiiAKp解吸过程解吸过程 LKVAS1分离要求一定：分离要求一定：AN；N一定：一定：A吸收程度吸收程度44三、吸收因子法的基本方程三、吸收因子法的基本方程1 1、相平衡关系方程、相平衡关系方程 nininixKy,或或 nnnxKynnnnnLlKVvnnnnnnnvAvKVLl同理，解吸过程：同理，解吸过程：452 2、物料平衡方
27、程、物料平衡方程 对对i组分作全塔物料平衡：组分作全塔物料平衡：NNNNxLyVxLyV110011NNlvlv101NNNAvvlv101NNNAvlvv10146对对n级级i组分作物料衡算：组分作物料衡算：11nnnnlvlv111nnnnnnvAvvAv1111nnnnnAvAvv11110210021AlvAvAvvn47111221021321132AAlvAvAvAvvn1)1(22101312AAAlAvAv11)1(13322101312432243AAAAlAvAAvAvAvvn1)1(33232102142213AAAAAAlAAvAAAv48Nn 1)1(21012111
28、12121NNNNNNNNNAAAAAlAAAvAAAAAAvNNNAvlvv1011112132102121111NNNNNNNNNNNNNNNAAAAAAAAAAvlAAAAAAAAAAvvv吸收因子法的基本方程，称为吸收因子法的基本方程，称为哈顿哈顿-富兰格林富兰格林（Horton Franklin）方程方程 49物料平衡物料平衡方程方程讨论：讨论：HortonFranklin式式的左端的左端 iNNiivvv 吸吸收收率率组组分分加加入入量量组组分分被被吸吸收收掉掉的的量量111 式的右端，包括了各塔板数的相平衡常数，液式的右端，包括了各塔板数的相平衡常数，液气比和塔板数，即气比和塔板
29、数，即HortonFranklin方程关联了方程关联了吸收率、吸收因子和理论板数吸收率、吸收因子和理论板数 NAfnii,试试差法求解步骤差法求解步骤 1）设：各级的温度）设：各级的温度 相平衡),(21NTTT各级上各组分各级上各组分 iK50各级上的气相流率各级上的气相流率 物料衡算NVVV,21各级上的液相流率各级上的液相流率 nL由由 nniLVK,得得 niA,2）由）由 niA,求求 niv,3）校核：）校核：nniVv,热量衡算热量衡算各级温度各级温度 nnnTTT如果不符，则要重新设值再进行计算如果不符，则要重新设值再进行计算 51四、平均吸收因子法四、平均吸收因子法（Krem
30、ser-Brown 克雷姆塞尔克雷姆塞尔-布朗布朗）1、基本思想、基本思想 假设各级的吸收因子相同假设各级的吸收因子相同，即采用全塔平均的吸收因，即采用全塔平均的吸收因子来代替各板的吸收因子，有的采用塔顶和塔底条件子来代替各板的吸收因子，有的采用塔顶和塔底条件下液气比的平均值，也有的采用塔顶吸收剂流率和进下液气比的平均值，也有的采用塔顶吸收剂流率和进料气流率来求液气比，并根据塔的平均温度作为计算料气流率来求液气比，并根据塔的平均温度作为计算相平衡常数的温度来计算吸收因子。因为该法只有在相平衡常数的温度来计算吸收因子。因为该法只有在塔内液气比变化不大，也就是溶解量甚小，而气液相塔内液气比变化不大
31、，也就是溶解量甚小，而气液相流率可以视为定值的情况下才不至于带来大的误差，流率可以视为定值的情况下才不至于带来大的误差，所以所以该法用于贫气吸收（恒摩尔流，该法用于贫气吸收（恒摩尔流，恒温操作）计恒温操作）计算有相当的准确性算有相当的准确性。522、吸收因子方程、吸收因子方程假设全塔各段的值均相等的前提下，假设全塔各段的值均相等的前提下，Horton-Franklin方程变为：方程变为：11111011111AAAAAAAvlAAAAAAvvvNNNNNNNNNNN 1112132102121111NNNNNNNNNNNNNNNAAAAAAAAAAvlAAAAAAAAAAvvv532、吸收因子
32、方程、吸收因子方程由等比数列前由等比数列前n项和的公式项和的公式 10102000nnnqaaqaqaqaa。通项：，qqaSnn110AAAAAvlAAAAvvvNNNNNNN11111111111110111115411111011NNNNNAAAAvlAAA111110NNNAAAAvl111NNvvv克雷姆塞尔方程克雷姆塞尔方程 组分组分i相对相对吸收率吸收率552、吸收因子方程、吸收因子方程讨论：讨论：iii 相相对对吸吸收收量量的的量量组组分分最最大大可可能能被被吸吸收收掉掉组组分分被被吸吸收收掉掉的的量量方方程程的的左左端端当吸收剂本身不挥发，且不含溶质时，则当吸收剂本身不挥发，
33、且不含溶质时，则 00l000 Alv即即 iNNivvv111溶剂为新鲜吸收液时溶剂为新鲜吸收液时ii 且且0i1 56根据克雷姆塞尔方程，可知根据克雷姆塞尔方程，可知 NAfi,对解吸塔对解吸塔 01101111CSSSllllNNNN57（5）吸收因子图）吸收因子图图图4-12 吸收因子（蒸发因子）图吸收因子（蒸发因子）图581）当）当 VLAAAAANNNiN11limlim1110 A1A当当 NKVLA1)(minmin2）当当N一定时，则一定时，则 AVLmin)21.1(VLVL3）当）当A一定时，即一定时，即但增加的越来越慢，特别是但增加的越来越慢，特别是N超过超过10级以后
34、级以后 一定时，则一定时，则N11limlim11罗必塔法则NNNiNAAA593、计算步骤、计算步骤 已知：已知：求：求：NiNixLLyVN,01,1,确定关键组分的吸收率确定关键组分的吸收率 由由 关关求求 N1）由）由 关确定确定 minVLN关关关KVLA1minmin关关KVLmin关,011xTpyVNN60 2）min)22.1(VLVL关关VKLA3）由）由 关关，A查图或用公式计算查图或用公式计算N 1lg1lgAAN其它组分吸收率的确定其它组分吸收率的确定iiiVKLKKAA关关111NiiNiiAAA61 求尾气的组成及量求尾气的组成及量 当当 0,0il时，时，1,1
35、,1,NiiNiiivvv1,1,1,1,1NiiNiiNiivvvv1,1ivV11,1,Vvyii62吸收液的量及组成以及应加入的吸收剂量吸收液的量及组成以及应加入的吸收剂量)(110VVLLNN1121VVVN均均均均VVLLLLN02111)()(ln)()()(VLVLVLVLVLNN均NNAAxLLLV0B联立代均均求解思路：求解思路：ABNNNLlvvx01163五、平均有效吸收因子法五、平均有效吸收因子法1、平均有效吸收因子、平均有效吸收因子埃迪密斯特提出，以某一不变的埃迪密斯特提出，以某一不变的A值代替哈顿值代替哈顿-富兰富兰格林方程中所有格林方程中所有A1,A2,AN，使，
36、使最终计算出来最终计算出来的吸收率保持相同的吸收率保持相同 5.025.011AAANe对解吸对解吸 5.025.011SSSNeEdmister的假设，是考虑在一吸收的假设，是考虑在一吸收塔中，吸收过程主要是由塔中，吸收过程主要是由塔顶一塔顶一级和塔釜一个理论级级和塔釜一个理论级完成完成641、平均有效吸收因子、平均有效吸收因子 马多克斯（马多克斯（MaddoxMaddox）通过一些多组分轻烃吸）通过一些多组分轻烃吸收过程逐级计算收过程逐级计算 级数级数 塔顶釜吸收量塔顶釜吸收量 2 100%2 100%3 88%3 88%4 80%4 80%吸收塔的理论级数不需要很多，因为增加塔吸收塔的理
37、论级数不需要很多，因为增加塔级并不能显著改善吸收效果，级并不能显著改善吸收效果，相反却使设备费相反却使设备费用和操作费用大幅度上升，要提高吸收率，比用和操作费用大幅度上升，要提高吸收率，比较有效的方法时增加压力和降低吸收温度。较有效的方法时增加压力和降低吸收温度。652、计算步骤、计算步骤 用平均吸收因子法计算用平均吸收因子法计算 NLV,1假设假设 1T，由热量衡算确定，由热量衡算确定 NTQHVhLHVhLNNNN111100由经验式估算由经验式估算 NVL,1NNnnvvvv1111NnNNNnVVVV1111NnNNNnVVVV1111)(101VLVLnn66 对解吸塔对解吸塔 nn
38、NNllll110 计算每一组分的计算每一组分的 NAA,1eA 由图由图4-12确定确定各组分的吸收率各组分的吸收率 作物料衡算，再计算作物料衡算，再计算 NLV,1并用热量衡算核算并用热量衡算核算 NT若结果相差较大，需重新设若结果相差较大，需重新设 1T直到相符为止直到相符为止 674.4 化学吸收化学吸收 4.4.1 化学吸收的类型和增强因子化学吸收的类型和增强因子 4.4.2 化学吸收速率化学吸收速率 4.4.3 化学吸收的计算化学吸收的计算68 化学吸收通常指溶质气体化学吸收通常指溶质气体A溶于溶液后，即与溶液溶于溶液后，即与溶液中不挥发的反应剂中不挥发的反应剂B组分进行化学反应的
39、过程；组分进行化学反应的过程；是一种传质与反应同时进行的过程。由于在吸收是一种传质与反应同时进行的过程。由于在吸收的同时液相伴有化学变化，使其中的溶质转化为的同时液相伴有化学变化，使其中的溶质转化为反应产物。反应产物。优点优点：化学反应提高了吸收的选择性；化学反应提高了吸收的选择性；吸收速率快，设备投资费和能耗低；吸收速率快，设备投资费和能耗低；反应增加了溶质在液相中的溶解度，吸收剂用量少；反应增加了溶质在液相中的溶解度，吸收剂用量少；反应降低了溶质在气相中的平衡分压，可较彻底地除去反应降低了溶质在气相中的平衡分压，可较彻底地除去气相中很少量的有害气体。气相中很少量的有害气体。缺点缺点：解吸困
40、难，解吸能耗。若反应为不可逆，反应剂不解吸困难，解吸能耗。若反应为不可逆，反应剂不能循环使用，用途大受限制。能循环使用，用途大受限制。69溶质与吸收剂之间的化学反应对吸收过程具有显著影响。溶质与吸收剂之间的化学反应对吸收过程具有显著影响。主要特点：吸收过程中溶质进入液相后在扩散路径上不断主要特点：吸收过程中溶质进入液相后在扩散路径上不断被化学反应所消耗。被化学反应所消耗。例如溶质例如溶质 A 与吸收剂中的化学组分与吸收剂中的化学组分 B 发生如下反应发生如下反应 化学反应的结果降低了液相中溶质的浓度，从相平衡的角度加大了相际传质推动力，同时还改变了溶质在等效膜中的浓度分布使之更加有利于液相传质
41、。ABBAALAckR*k*L 反应速率常数，s-1。如果反应速率主要由溶质 A 的浓度 cA 所控制，即可视为拟一 级 反 应，则 液 相 任 意 部 位 处，化 学 反 应 速 率 RA(kmol/m3s)与溶质浓度的关系为70吸收传质理论吸收传质理论 吸收过程是溶质由气相向液相转移的相际吸收过程是溶质由气相向液相转移的相际传质过程，可分为三个步骤：传质过程，可分为三个步骤：气相主体 液相主体 相界面溶解气相扩散 液相扩散(1)气相内传质气相内传质-溶质由气相主体扩散至两相界面气相侧；溶质由气相主体扩散至两相界面气相侧；(2)通过界面的传质通过界面的传质-溶质在界面上溶解；溶质在界面上溶解
42、；(3)液相内传质液相内传质-溶质由相界面液相侧扩散至液相主体。溶质由相界面液相侧扩散至液相主体。71 由由W.K.Lewis 和和 W.G.Whitman 在上世纪二十在上世纪二十年代提出，是最早出现的传质理论。双膜理论基本论点年代提出，是最早出现的传质理论。双膜理论基本论点(1)相互接触的两流体间存在着稳定的相界面，界面两侧各相互接触的两流体间存在着稳定的相界面，界面两侧各存在着一个很薄（等效厚度分别为存在着一个很薄（等效厚度分别为 1 和和 2）的流体膜）的流体膜层。溶质以分子扩散方式通过此两膜层。层。溶质以分子扩散方式通过此两膜层。(2)相界面没有传质阻力，相界面没有传质阻力，即溶质在
43、相界面处的即溶质在相界面处的浓度处于相平衡状态。浓度处于相平衡状态。(3)在膜层以外的两相主在膜层以外的两相主流区由于流体湍动剧流区由于流体湍动剧烈，传质速率高，传烈，传质速率高，传质阻力可以忽略不计，质阻力可以忽略不计，相际的传质阻力集中相际的传质阻力集中在两个膜层内。在两个膜层内。气相主体气相主体 液相主体液相主体 相界面相界面pi=ci/Hp 12pi ci c 气气膜膜液液膜膜72根据双膜理论，以液相为基准的吸收速率与溶质在等效膜根据双膜理论，以液相为基准的吸收速率与溶质在等效膜中的浓度差成正比。化学反应速率和吸收速率都可以通过中的浓度差成正比。化学反应速率和吸收速率都可以通过对溶质在
44、液相中的浓度分布曲线进行定量分析。对溶质在液相中的浓度分布曲线进行定量分析。吸收剂吸收剂气体气体pAcA界界面面液相主体液相主体 相界面相界面气相扩散气相扩散 液相扩散液相扩散 pA cAi cA pAi 气相主体气相主体 物理吸收物理吸收 化学吸收化学吸收 73液膜中的浓度分布液膜中的浓度分布 对稳定物理吸收对稳定物理吸收(RA=0)过程，传质微分方程为齐次。过程，传质微分方程为齐次。在液相漂流因子影响忽略不计（等价于扩散方向上无总体在液相漂流因子影响忽略不计（等价于扩散方向上无总体流动）的情况下求解上式，得到膜内浓度分布为直线方程流动）的情况下求解上式，得到膜内浓度分布为直线方程 吸收过程
45、液相中溶质的浓度吸收过程液相中溶质的浓度分布服从传质微分方程分布服从传质微分方程以上式在气液界面上的导数值表示的吸收速率与双膜理论以上式在气液界面上的导数值表示的吸收速率与双膜理论中的溶质通量扩散表达式是一致的（以界面上传质通量表中的溶质通量扩散表达式是一致的（以界面上传质通量表示）示）AAABARcDDtDc2zccccAAiAiAAAicAAiABzAABAcckccDzcDN0dd74边界条件为边界条件为 对稳定的化学吸收过程对稳定的化学吸收过程(RA0)，传质微分方程为非齐次。，传质微分方程为非齐次。以拟一级反应为例：以拟一级反应为例：z=处的边界条件表示由该处扩散进入液相主体的溶质全
46、处的边界条件表示由该处扩散进入液相主体的溶质全部被主体内的化学反应所消耗，部被主体内的化学反应所消耗，V 代表与扩散传质面积相代表与扩散传质面积相对应的吸收液体积（对应的吸收液体积（m3/m2）。）。解微分方程得到等效膜内的浓度分布双曲函数解微分方程得到等效膜内的浓度分布双曲函数0dd*22ALAABckzcDVckzcDzcczALzAABAiAdd,0HaVHaHazHaVHazHaccAiASh1ch1Sh11ch75同样以其在气液界面处的导数值表示传质通量，则拟一级同样以其在气液界面处的导数值表示传质通量，则拟一级反应的化学吸收速率为反应的化学吸收速率为 八田数（八田数（Hatta N
47、umber）1th1th1dd0HaHaVHaVHaHacDzcDNAiABzAABARcLABLkkDkHa*/八田数代表溶质在等效膜中的反应速率与扩散传质速率的八田数代表溶质在等效膜中的反应速率与扩散传质速率的特征比，反应速率愈快其值愈大，在膜中消耗的溶质越多；特征比，反应速率愈快其值愈大，在膜中消耗的溶质越多；Ha=0则为物理吸收。则为物理吸收。764.4.1 化学吸收的类型和增强因子化学吸收的类型和增强因子双膜理论双膜理论77一、化学吸收类型一、化学吸收类型 A+bB=cP 反应在反应在反应面上完成反应面上完成rANA78边扩散边反边扩散边反应，反应在应，反应在反应区完成反应区完成rA
48、NA79边扩散边反边扩散边反应，反应在应，反应在反应区完成反应区完成rANA80通过液膜扩散时通过液膜扩散时来不及反应便进来不及反应便进入液相主体，反入液相主体，反应主要在液相主应主要在液相主体中完成体中完成rANA81二、化学吸收增强因子二、化学吸收增强因子传质速率方程传质速率方程NA组分组分A的吸收速率的吸收速率 kmol/(m2.s)()(ALAioLALAiLAccEkcckN 增强因子增强因子(E):与相同条件下的物理吸收比较与相同条件下的物理吸收比较,由由于化学吸收而使传质系数增加的倍数于化学吸收而使传质系数增加的倍数oLLkkE 82834.4.2 化学吸收速率化学吸收速率一、膜
49、模型的反应一、膜模型的反应-扩散方程扩散方程dZdZdccAA 图图4-18 化学吸收微元液膜化学吸收微元液膜 P136 对于被吸收气体对于被吸收气体A与溶液中活性组分与溶液中活性组分B的不可逆反应，应用的不可逆反应，应用膜模型，作厚度为膜模型，作厚度为dZ的微元液膜体积的物的微元液膜体积的物料平衡料平衡-反应扩散反应扩散方程。方程。84物料平衡：物料平衡：扩散进入扩散进入dZ的速率的速率-扩散离开扩散离开dZ的速率的速率 =累积速率累积速率+反应速率反应速率)584()(2222 AAAAAAAAAAAcZcDdZdZcZcZcDZcD -扩散扩散-反应微分方程反应微分方程描述：吸收组分浓度
50、随体系的空间描述：吸收组分浓度随体系的空间(Z)、时、时间间()和化学反应速率和化学反应速率()的变化规律。的变化规律。854-614-5886xxxxxxxxeeeeeeee tanh2cosh2sinh)sinh(sinhsinh161411AoLAAiAALADkZkDcDkZcMc ）解式（解式（MMMcckNZcDNALAioLAZAAAtanh)cosh()(0 根据费克定律根据费克定律87慢速反应慢速反应快速反应快速反应Ha:无因次，表明在液膜中化学反应速率与传无因次，表明在液膜中化学反应速率与传质速率的相对大小，对一级不可逆反应质速率的相对大小，对一级不可逆反应MkkDHaLA
