吸收操作的特殊问题

1、2021-12-13吸收操作的特殊问题吸收操作的特殊问题1四、吸收剂蒸汽压的影响四、吸收剂蒸汽压的影响（一）过程特点（二）化学吸收机理与增强因子三、化学吸收三、化学吸收（一）平衡线位置和形状发生变化（二）吸收速率发生变化二、非等温吸收二、非等温吸收一、多组分吸收简介一、多组分吸收简介第三十二讲第三十二讲吸收操作的特殊问题吸收操作的特殊问题2021-12-13吸收操作的特殊问题吸收操作的特殊问题2一、多组分吸收一、多组分吸收设混合物中有三个溶质组分B、C、D，其在溶剂中的溶解符合Henry定律，且 ，表明B最难溶（轻组分），而D最易溶（重组分）。DCBmmm 对低浓度气体，液气比 沿塔的变化可忽

2、略，故这些组分的操作线为相互平行的直线。GL/2j2jjj)(yxxGLy 多组分吸收的计算原则是：多组分吸收的计算原则是：使其中一个组分(称为关键组分，如C)达到指定的分离要求，再计算其他组分被吸收的程度，由此可得知出塔气体和液体的组成。为使关键组分达到分离要求，可将其作为单组分吸收计算出液气比和理论板数。多组分吸收是指气体混合物中有几个组分同时被吸收的过程。如前所述的用洗油吸收粗笨，实际上同时伴随着苯、甲苯、二甲苯等多组分的吸收。工业中常见的多组分吸收系用液态烃吸收气态烃混合物的情况。关键组分可选为操作线与平衡线斜率最接近的一个组分，即 的组分。1 AFEOIGHJyx3T NBCD202

3、1-12-13吸收操作的特殊问题吸收操作的特殊问题3关键组分关键组分C： ，全塔多有一定的吸收效果； 1/CC GmLA难溶组分难溶组分B： ，EF线与OB线在塔底逼近，此处梯级跨度最短，即经过一块理论板的组成变化最小，说明吸收主要在塔的顶部进行，而且同样经过三层理论板之后的吸收率并不大；1/BB GmLABCDJIJDHGHCFEFB yyyyyyyyy易溶组分易溶组分D： ， IJ 线与OD线在塔顶逼近，吸收主要在塔底部进行，而且同样经过三层理论板之后的吸收率较组分C大。1/BD GmLAFEOIGHJyx3T NBCD关于多组分吸收的计算方法本处不予讲述。2021-12-13吸收操作的特

4、殊问题吸收操作的特殊问题4 反应热溶解热 度显著变化吸收过程温 吸收速率变化化平衡曲线形状和位置变 AGNkYT 下进行）（气膜控制时应在低温 ALLLNkDYT， ）综合考虑）度但要与（高温（液膜控制时可适当提1随吸收过程温度的升高，过程推动力将减小。温度对气膜传质系数与液膜传质系数的影响却各不相同，但 对 的影响比 要大得多。TLkGkOC)(20B )C30(B 1Y2YX2X1X图32-1 水吸收氨的相平衡曲线（2 2）吸收速率发生变化）吸收速率发生变化由气、液相平衡原理知，相平衡关系是温度的函数，温度升高时，平衡线向上翘起，对吸收过程不利。如图所示为水吸收空气中NH3的非等温情况。（

5、1 1）平衡线位置和形状发生变化）平衡线位置和形状发生变化二、非等温吸收二、非等温吸收2021-12-13吸收操作的特殊问题吸收操作的特殊问题5将吸收剂浓度分区，在吸收塔入口（此处温度已知） 至出口 之间划分成若干分点；2X1X将各分点处的 数据标绘在图 上，便得到了实际的相平衡曲线，如右图。iiYXYX 从相平衡手册中查出各分点处温度与液相组成 呈平衡的气相浓度 。iXiY1t3t2t4t1X2X3X4X1Y2Y图32-2 非等温相平衡曲线的绘制根据液体的比热容（一般取吸收剂的比热容，并作为定值），通过塔顶至各分点处的热量衡算，可以算出塔顶至各分点处的温升，从而确定各分点处的温度(塔顶入塔吸

6、收剂温度已知)；根据以知积分溶解热数据，计算出每kg液体（吸收剂+溶质）由塔顶至各分点处的溶解热；解决非等温吸收过程计算的关键在于确定实际的相平衡关系。这可利用积分溶解热数据按下面的步骤确定平衡线：（3 3）实际相平衡关系的确定）实际相平衡关系的确定2021-12-13吸收操作的特殊问题吸收操作的特殊问题6微分溶解热微分溶解热 i i：指1mol溶质A溶于大量溶液(A+S)中，溶液溶度可认为不变时的热效应，单位为kJ/kmol(A)，即热量的计算以溶质为基准。也称定浓溶解热。积分溶解热积分溶解热 I I : 指1mol溶质A溶于某定量（n mol）的溶剂S中，形成具有摩尔分率为 x =1/(1

7、+n)的溶液时所产生的热效应，单位为kJ/kmol(A+S)，即热量的计算以溶液为基准。（4 4）吸收塔内的温度分布）吸收塔内的温度分布体内冷却：即在吸收塔内装设冷却装置；体外冷却：即将吸收剂引出吸收塔至外部冷却器冷却后再返回吸收塔；选用大的喷淋密度，使吸收过程产生的热量以显热方式被大量溶剂带走；采用吸收剂再循环的方法。对于放热较剧烈的吸收过程，应设法排出部分热量，以控制塔内适宜的操作温度，通常可采用如下方法：在进行过程估算时，也可采用简化方法，如上图中，根据塔顶、底温度下的平衡曲线，省略中间的计算，直接画出实际平衡线。2021-12-13吸收操作的特殊问题吸收操作的特殊问题7在塔内某一较小的

8、区间 内作热量衡算时，当溶液浓度变化较大时宜采用积分溶解热计算。当溶液浓度变化较小时宜采用此区间的平均微分溶解热计算，此时溶液浓度由 xn-1变为 xn，因浓度变化较小，可将 L 视为常数。)(/ii )()(1nnpLm1nnm1nn1nnpL xxcttxxLttLc)1(nn 由于化学反应的存在，使吸收过程具有以下特点：通过选择吸收剂中的活性组分，使吸收操作具有很高的选择性；由于液相中的化学反应消耗了部分或大部分被吸收组分，这降低了相界面处的（一）过程特点（一）过程特点工业生产中的吸收过程大多数为化学吸收。在化学吸收中，吸收剂中含有某种活泼组分，能与气相中被吸收组分发生化学反应，这使吸收

9、过程比物理吸收复杂得多。下面简要介绍化学吸收过程的特点及其处理方法。三、化学吸收三、化学吸收在热量衡算时：常假定热量全部用于升高溶液的温度，这是由于：液体的热容流量（LcpL）通常比气体的大得多，后者可忽略不计。穿过塔壁散失掉的和溶剂汽化所消耗的热量在温度不高时亦可忽略。故有：tcxtLcxLLtctLcLxxLddiddidddidipLmpLmpLpLmm 2021-12-13吸收操作的特殊问题吸收操作的特殊问题8气相平衡分压，或者说，对一定的气相分压 来说，增大了被吸收组分在液相中的溶解度；Ap情况(a)、(b)为瞬间不可逆反应。化学反应发生在液膜中的某个平面上，溶质A的浓度在反应面处为

10、零，此时，该平面两侧A和B的扩散速率对整个过程速率起控制作用，而且气、液相主体浓度 的变化改变反应平面的位置。当 较高，且传递速率又较快时，则反应平面可移到相界面处，如图(b)所示。BAxy 或Bx情况(c)、(d)为快速不可逆反应。这时，上面液膜中的反应平面扩展为A、B组分同时存在的一个反应区，但由于反应较快，该反应区仍在液膜内，没有目前，化学吸收机理仍以双膜模型理论作为基础进行处理。化学吸收的过程可叙述为：气相中可溶组分由气相主体向气相界面传递；溶质由界面气膜侧溶解于液膜侧，溶质A在液相中的传递并与液相中活泼组分B发生化学反应。如图示。1. 1. 化学吸收机理化学吸收机理（二）化学吸收机理

11、与增强因子（二）化学吸收机理与增强因子由于的原因，同时也增加了气相传质推动力，另一方面，由于液相中的化学反应，使其中溶质的浓度分布发生变化，使液相传质速率加快，即增大了吸收过程的传质速率。2021-12-13吸收操作的特殊问题吸收操作的特殊问题9溶质A进入液相主体。同样，当液相主体B组分浓度 较高时，反应区可能移动至相界面处，如图（ d）。Bx液膜气膜反应面)(a液膜气膜液膜气膜反应区液膜气膜)(b)(d)(cAyBx（高）BxAy反应面AyBx反应区（高）BxAy图32-3 化学吸收的双膜模型当化学反应非常慢时，A、B共存的反应区可以扩大到液相主体。2021-12-13吸收操作的特殊问题吸收

12、操作的特殊问题10由此可见，解决化学吸收的关键在于寻求 的关联式以确定值 。这可从以下几种情况加以考虑： 对瞬间反应对瞬间反应，如用NaOH吸收CO2，往往液相内吸收速率很大，可以忽略液膜阻力，气膜阻力是整个过程的控制因素，可按气膜控制情况处理，即yykKOGOG12NHyydyaKGHyyy （32-3）这样，吸收塔填料层高度仍可用以前的方法计算，即：)/()/1(1xyykmkK （32-2）其中 称为化学吸收的增强因子，其意义是由于化学反应存在，使液膜传质系数增加了 倍，一般 。 1 气相总传质系数可写作：)()(iixxkyykNxyA （32-1）由上述可知，由于化学反应的作用，使整

13、个吸收过程速率增大，如仍采用物理吸收速率的表达形式，则可写为：2. 2. 增强因子增强因子2021-12-13吸收操作的特殊问题吸收操作的特殊问题11对中等速度的化学反应对中等速度的化学反应，气相溶质溶解进入液相后，随反应进行，其浓度逐渐降低，最后在液膜内某处或液相主体反应完毕。这时 取决于组分扩散系数、化学反应速度常数、界面浓度及物理吸收传质系数 等多个变量。其详细处理方法可参阅化学反应工程等有关专著。xk 对非常慢的化学反应对非常慢的化学反应，反应在整个液相主体进行，这时的 接近于1，即非常慢的化学反应对 的影响很小，可认为总吸收速率不因化学反应存在而明显增加，这就可以采用与物理吸收同样的

14、计算方法。 xk溶剂ppppYt当 时，可忽略蒸汽压的影响，而当 较大时，则要对平衡线加以校正。pppt溶剂溶剂p（32-4）在一定温度下，任一吸收剂都具有一定的蒸气压。这样，在吸收过程中，由于吸收剂汽化进入气相，而使气相中溶质浓度下降，这对吸收过程不利。在低浓度气体吸收中，常采用摩尔比表示气、液相浓度，因此，吸收操作线并不受吸收剂蒸汽压的影响。这时应将其影响归于平衡线，采用下式加以校正：四、吸收剂蒸汽压的影响四、吸收剂蒸汽压的影响2021-12-13吸收操作的特殊问题吸收操作的特殊问题12本讲要点本讲要点1在溶解热效应或化学反应热效应较显著的吸收操作中，要考虑非等温对吸收过程的影响。系统温度升高，从气、液相平衡角度来看，由于平衡线向上翘起，降低了过程推动力，而对吸收过程不利；但温度升高可能显著提高液膜传质系数，使前一不利影响得以补偿。如果过程热效应太大，则应采取适当的冷却措施。2计算塔内各截面分点处的温度分布时，应视具体情况选用合理的溶解热数据。为简化计算，通常忽略气体因温升引起的焓变、塔的热损失以及溶剂因汽化而带走的热量。