化工原理 第六章 吸收

1、第六章吸收第一节吸收概述，首先，什么是吸收？二。吸收用途、三。吸收分类，1。吸收设备-塔设备，4。吸收设备和工艺，(3)吸收塔中吸收剂的回收工艺，(4)吸收-解吸工艺，5。吸收剂的选择，1。溶解度高于溶质成分，2。选择性优于溶质组分在第二段，气液平衡，1。溶解度，(对于双组分气体)，当吸收剂、温度t和p不变时，不同物质的溶解度不同。当溶液的温度和浓度不变时，溶液上方的分压越高，溶解越困难。对于同一种气体，当分压不变时，温度t越高，溶解度越小。对于相同的气体，当温度t不变时，分压p越大，溶解度越大。加压和冷却有利于吸收操作。不同气体的溶解度差别很大。对于稀溶液，有，或kmol/m3大气压，狄亨利

2、定律。1)用溶液中溶质A的摩尔浓度和气相分压表示的亨利定律。E越大，溶解度越小。e随温度变化，t，e，2)亨利定律用亨利系数表示，3)亨利定律用气液相中溶质的摩尔分数表示，m越大，溶解度越小。m随温度和总压力而变化。T、M、P、M、M和E之间的关系是：P:系统的总压kpa或pa，这是由分压定律：亨利定律：H和E之间的关系，H，4)气液两相组成的亨利定律分别用摩尔比Y和X表示。因此，当溶液浓度很低时，亨利定律的表达式也可以改写为：例如，在常压和20下，测得的水中氨的平衡数据为：浓度为0.5gNH3/100gH2O的稀氨水上的平衡分压为400帕。在此浓度范围内，相平衡关系可用亨利定律表示，并尝试了

3、亨利系数e、溶解度系数h和相平衡常数m。(氨水密度可取1000kg/m3)溶液：根据亨利定律表达式，亨利系数为，相平衡常数、溶解度系数为，或从系数之间的关系可得到其它系数。第三，利用气液平衡关系分析吸收过程。1.例如，判断过程的方向。解决方案：将其与实际成分进行比较：当气体和液体接触时，氨会从气相转移到液相并被吸收。或者使用相平衡关系来确定与实际液相组成平衡的气相组成，并将其与实际组成进行比较：氨从气相转移到液相，并且发生吸收过程。实践：如果含有0.02摩尔%氨的混合气体与x=0.05的氨水接触，氨将在气液接触过程中从液相转移到气相，导致解吸过程。此外，气液平衡曲线也可用于判断两相接触时的传质

4、方向。具体方法如下：已知相互接触的气液相的实际组成Y和X，在x-y坐标图中确定状态点。如果该点高于平衡曲线，则发生吸收过程；如果该点低于平衡曲线，则发生解吸过程。2.计算过程的驱动力。当气相和液相的组成用摩尔分数表示时，吸收驱动力可表示如下：(1)吸收驱动力用气相组成的差异表示；吸收驱动力用液相组成差表示。3.确定流程的限制。所谓的过程极限是指在两相完全接触后，每一相的组成发生变化的最大可能性。由y1组成的混合气体在塔底的x1中增加，但在塔顶的y2中减少。组成为：第三段吸收塔的计算，总吸收速率方程，1)总驱动力由气相组成表示的吸收速率方程，a)驱动力为p的吸收速率方程，气相分压与液相平衡吸收速

5、率单位：kmol/(m2.s .单位驱动力)，b)以y为驱动力的吸收速率方程，2)以液相组成为总驱动力的吸收速率方程，以y为驱动力的气相总吸收系数，kmol/(m2.s)。a)由c驱动的吸收速率方程，由c驱动的液相总吸收系数，m/s，b)由x驱动的吸收速率方程，由x驱动的液相总吸收系数，kmol/(m2.s)，3)由摩尔比浓度驱动的吸收速率方程。适用条件：当溶质浓度很低时，2 3)需要计算出塔外的气体组成：1)吸收剂kmol/s的量；2)塔的工艺尺寸、塔径、填料层高度、吸收速率、混合气体中溶质A的吸收百分比，2)吸收塔的操作线方程和操作线，平衡M-N段和底部段之间的组分A，平衡M-N段和逆流吸

6、收塔顶部段之间的组分A，平衡M-N段和顶部段之间的组分A，以及逆流吸收塔操作线方程，其表明： 吸收操作线总是在平衡线的上方，操作线在平衡线的下方，因此应该进行解吸过程。 并流吸收塔操作线：2。吸收剂消耗和最小液气比、液气比、最小液气比和最小液气比。当平衡线为凸形时，计算方法的适用条件为：例：空气和氨的混合气体，总压力为101.33千帕，其中氨分压为1333千帕，混合气体在20时被水吸收。系统的平衡关系见本例附表。如果吸收剂的量是最小量的两倍，试着找出每小时送入塔中的水量。溶液浓度(gNH3/100gH2O) 2 2.5 3分压Pa 1600 2000 2427，分析：水量，Lmin，平衡常数，

7、1)平衡关系，2)最小吸收剂消耗量，其中：3)每小时的水消耗量，3)填料层高度的计算，1)填料层高度的基本计算公式，单位时间内从气相转移到液相的质量为：微量元素填料层的吸收率方程为： 吸收低浓度气体时填料层的基本关系式为：气相总体积吸收系数和液相总体积吸收系数，物理意义为：当驱动力为一个单位时，单位时间内单个体积填料层吸收的溶解质量。2。传质单元高度和传质单元号1)传质单元高度和传质单元号的概念，单位，气相总传质单元号，液相总传质单元高度，m；-液相传质单元总数，无量纲；通过类比，我们可以写出一般公式：填料层高度=传质单元高度*传质单元数；2)传质单元高度的物理意义。当气体流经一段填料层前后的

8、浓度变化刚好等于该段填料层中气相浓度差所表示的总驱动力的平均值时，则该段填料层的高度即为总气相传质单元高度。思考：HTU越大越好，还是越小越好？吸收过程中的传质阻力越大，每个传质单元对应的填料层高度越大。传质单元的数量反映了吸收过程的难度。任务所需的气体浓度变化越大或过程的平均驱动力越小，过程的难度越大，此时所需的传质单元数量越多。传质单元数的物理意义？3，当平衡线为直线时传质单元数的解，对数平均驱动力法，解吸因子法，当平衡线为曲线时，图解积分法，近似级联法，1)当平衡线为直线时，a)解吸因子法，顺序，解吸因子。平衡线斜率与操作线斜率之比是无量纲的。S越大，解吸越容易。吸收系数，分析：在气液入

9、口和出口浓度不变的情况下，吸收率越高，Y2越小，横坐标值越大，相应的NOG越大反映吸收驱动力的大小。当气液进出口浓度和溶质吸收速率已知时，如果S值增大，即液气比L/V减小，溶液出口浓度增大，塔内吸收驱动力减小，NOG值增大。减少s，增加液气比，增加吸收剂消耗，增加吸收液浓度，合适的s值是：b)对数平均驱动力法，吸收的操作线是一条直线，当平衡线也是一条直线时，是一个直线函数，其中：是顶部和底部吸收驱动力的对数平均值，称为对数平均驱动力。对数平均驱动力法与吸收系数法的比较：相似性：均适用于低浓度和直线平衡的情况。区别：前者涉及四个浓度，而后者涉及三个浓度，因此后者特别适合解决操作问题。例如，一个生

10、产车间使用一个填料塔与清水逆流吸收混合气体中的有害成分A。在已知的操作条件下，气相传质单元的总高度为1.5m，进料混合气体的组成为0.04(组分的Amol分数，下同)，来自塔的尾气的组成为0.0053，来自塔的水溶液的浓度为0.0128。操作条件下的平衡关系为Y=2.5X(X和Y均为2)填料层所需高度。3)如果气液流速和初始成分不变，要求最终废气排放浓度降至0.0033，此时要求的填料层高度为几米？解决方案：1)L/V是(L/V)min的倍数，2)所需填料层高度解吸因子法，对数平均驱动力法，3)尾气浓度降低后所需填料层高度和尾气浓度，2)平衡线不是直线A)图形积分法，y例焦炉气中的芳烃被洗油吸收，已知洗油流速为7kmol/h，解吸塔中的组成为0.12kmol /kmol，解吸后的组成不高于0.0000解吸塔操作压力为101.325千帕，温度为120。过热蒸汽引入解吸塔底部进行解吸，蒸汽消耗量为1.5(V/L)分钟。平衡关系为Y*=3.16X，液相体积传质系数kxa为30kmol/(m3h)。吸收塔每小时需要多少水蒸气？如