第4章气体吸收.ppt

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1、吸收与解吸吸收与解吸了解了解掌握掌握自学自学掌握掌握 吸收剂吸收剂:吸收操作中加入的液体溶剂吸收操作中加入的液体溶剂;吸收质吸收质:能被吸收剂吸收的组分能被吸收剂吸收的组分 吸收液吸收液:吸收了吸收质的液体溶剂吸收了吸收质的液体溶剂;尾气尾气:被吸收剂处理后的气体被吸收剂处理后的气体.单组分吸收单组分吸收多组分吸收多组分吸收等温吸收等温吸收非等温吸收非等温吸收物理吸收物理吸收化学吸收化学吸收可逆化学吸收可逆化学吸收不可逆化学吸收不可逆化学吸收e.g.乙醇胺溶液吸收乙醇胺溶液吸收CO2e.g.NaOH溶液吸收溶液吸收CO2；硫酸吸收氨气生成硫酸氨硫酸吸收氨气生成硫酸氨吸收应用吸收应用盐盐酸酸 O

2、HHCl2浓硫酸浓硫酸稀硫酸稀硫酸3SO福福尔尔马马林林甲甲醛醛 OH2 物理吸收的热力学基础是气体混合物中的物理吸收的热力学基础是气体混合物中的各个组分在某液体吸收剂中的溶解度不同，各个组分在某液体吸收剂中的溶解度不同，根据根据溶解度差异溶解度差异实现分离。实现分离。吸收吸收推动力推动力是气相中溶质的是气相中溶质的实际分压实际分压与溶与溶液中溶质的液中溶质的平衡蒸汽压力之差平衡蒸汽压力之差。吸收原理吸收原理 吸收过程气液平衡关系：吸收过程气液平衡关系：物理吸收：相平衡物理吸收：相平衡亨利定律亨利定律 化学吸收：相平衡化学吸收：相平衡亨利定律；亨利定律；化学平衡化学平衡化学平衡关系式化学平衡关

3、系式（1 1）物理吸收的气液相平衡关系）物理吸收的气液相平衡关系（1 1）物理吸收的气液相平衡关系）物理吸收的气液相平衡关系1)低压下（低压下（low pressure）气体在液体中的溶解度用气体在液体中的溶解度用Henry定律表示：定律表示：或或 溶质在液相中的溶解度（摩尔分数）溶质在液相中的溶解度（摩尔分数）溶质在气相中的分压溶质在气相中的分压 Henry系数，由系数，由溶质和溶剂的性质及温度决定。溶质和溶剂的性质及温度决定。Hpx/22 22Hxp 2x2pHPHm mxy 亨利定律的其它形式亨利定律的其它形式 （2 2）、）、T T、p p对对 H H、m m 的影响。的影响。TH m

4、 TH m 溶解度溶解度PH m PH m 溶解度溶解度 在吸收过程中，在吸收过程中，低温、高压有利于气体的吸收低温、高压有利于气体的吸收 高温、低压有利于气体的解吸高温、低压有利于气体的解吸溶质气体的分压为常压溶质气体的分压为常压 难溶气体或低浓度的易溶气体难溶气体或低浓度的易溶气体 化学平衡时，未反应的溶质化学平衡时，未反应的溶质（稀溶液）（稀溶液）(3)Henry定律适用范围：定律适用范围：2)高压下（高压下（high pressure）：克利切夫斯基公式）：克利切夫斯基公式 达平衡时：达平衡时：是温度、压力和组成的函数，是温度、压力和组成的函数，在在T T一定的条件下，对一定的条件下，

5、对 进行全微分进行全微分：（1）第一项变形，再由热力学定律可得：第一项变形，再由热力学定律可得：溶质在溶液中的偏摩尔体积，假定是常数溶质在溶液中的偏摩尔体积，假定是常数。22xHfp GLff22 Lf2Lf2222222dxxfdppffdPTLxTLL,RTVfpffpfLLxTLLxTL2222222ln,LV2HpHp不但与溶剂和溶质的性质、系统温度不但与溶剂和溶质的性质、系统温度有关，而且与有关，而且与系统的总压系统的总压有关。有关。第二项：第二项：将上两式代入（将上两式代入（1 1）得）得：整理可得：整理可得：（T一定）一定）从纯溶剂蒸汽压从纯溶剂蒸汽压 （即（即 ）到总压到总压

6、积分上式：积分上式：溶质溶质在在 条件下的条件下的HenryHenry系数系数。2222xfHxfLpPTL,222222dxxfdpRTVffdLLLL dpRTVxfdLL222 lnsp102xp)(lnlnsLGppRTVHxf1222 spTGxfH122,H222222dxxfdppffdPTLxTLL,spT1,RTVpHxfLG222lnln令：令：RTVpHHLs21lnln（T一定）一定）H p=0，即低压下的即低压下的HenryHenry系数。系数。整理可得：整理可得：)(lnlnsLGppRTVHxf1222 Henry系数随温度的变化可通过半经验关系式求：系数随温度的

7、变化可通过半经验关系式求：手册中大部分给出的是手册中大部分给出的是298.15K，101.3kPa下测定下测定的的Henry系数，其他温度下的系数，其他温度下的Henry系数可通过系数可通过下式求：下式求：H0 298.15K下的下的Henry系数。系数。TcTbaH/lglg )/()/ln()/()/ln(110000 TTCTTBTTAHHTcTbaH/lglg )/()/ln()/()/ln(110000 TTCTTBTTAHH（2 2）有化学效应的气体溶解度）有化学效应的气体溶解度假定有这样一个化学吸收过程：假定有这样一个化学吸收过程：假定是理想溶液：假定是理想溶液：当相平衡关系服从

8、当相平衡关系服从Henry定律时，定律时，aAmM +nNHAaA +bB KabBaAnNmMaccccK AAAcHp abBanNmMAAcKccHp/1 由于产物的生成消耗了一定量的溶质由于产物的生成消耗了一定量的溶质A A，所以相同压力下，所以相同压力下，有化学反应的溶质溶解度必定大于物理溶解时的溶解度。有化学反应的溶质溶解度必定大于物理溶解时的溶解度。吸收流程可分为两类：吸收流程可分为两类：（I）吸收质不需解吸，）吸收质不需解吸，吸收剂不需吸收剂不需再生和循环；再生和循环；（II）吸收质需要解吸，）吸收质需要解吸，吸收剂需要吸收剂需要再生和循环。再生和循环。（1 1）吸收和解吸流程

9、）吸收和解吸流程4.24.2吸收与解吸过程吸收与解吸过程（I I）无解吸的吸收塔）无解吸的吸收塔12.N尾气尾气V1吸收剂吸收剂L0原料气原料气VN+1吸收液吸收液LN（I I）无解吸的吸收塔）无解吸的吸收塔带吸收剂再循环的带吸收剂再循环的吸收流程吸收流程适用于：适用于：（1 1）对于制取）对于制取液态产品液态产品的吸收的吸收操作，为获得较高含量的液态产操作，为获得较高含量的液态产品，采用吸收液部分再循环操作。品，采用吸收液部分再循环操作。（I I）无解吸的吸收塔）无解吸的吸收塔适用于：适用于：（2 2）热效应显著的吸收过程，）热效应显著的吸收过程，部分吸收液再循环可降低吸收塔部分吸收液再循环

10、可降低吸收塔内温度，当内温度，当平衡关系变化的幅度平衡关系变化的幅度比操作关系变化幅度大时比操作关系变化幅度大时，吸收，吸收液的循环不但不减少反而可能提液的循环不但不减少反而可能提高传质平均推动力，有利于吸收高传质平均推动力，有利于吸收操作。操作。（I I）无解吸的吸收塔）无解吸的吸收塔适用于：适用于：（3 3）对于按物料衡算估算所需）对于按物料衡算估算所需吸收剂用量过少，不能满足最小吸收剂用量过少，不能满足最小液体喷淋密度要求的情况，部分液体喷淋密度要求的情况，部分吸收液再循环尽管会使吸收液再循环尽管会使传质推动传质推动力有所降低力有所降低，但可由传质系数的，但可由传质系数的显著增大而得以补

11、偿。显著增大而得以补偿。（I I）无解吸的吸收塔）无解吸的吸收塔 当原料气处理量当原料气处理量较大较大，溶质组分含量较低或溶解溶质组分含量较低或溶解度较低或要求完全吸收时度较低或要求完全吸收时，常采用多塔吸收流程。，常采用多塔吸收流程。吹扫气吹扫气（水蒸汽或惰性气体）（水蒸汽或惰性气体）吸吸收收塔塔解解吸吸塔塔原料气原料气补充吸收剂补充吸收剂（II）吸收）吸收解吸的双塔流程解吸的双塔流程 An absorber is frequently coupled with strippers to permit regeneration(or recovery)and recycling of the

12、 absorbent.NaNa的指定：的指定：操作型计算：操作型计算：指定指定 N，要求计算要求计算吸收剂量吸收剂量、塔顶尾、塔顶尾气量和组成、塔底吸收液量和组成。气量和组成、塔底吸收液量和组成。据设计变量的原则可知据设计变量的原则可知:吸收塔和解吸塔中可吸收塔和解吸塔中可调调设计变量设计变量Na=1,因此，只能规定一个关键组分。因此，只能规定一个关键组分。与与多组分精馏塔不同多组分精馏塔不同设计型计算：设计型计算：指定指定 一个关键组分分离要求一个关键组分分离要求，要求，要求计算计算所需的理论板数所需的理论板数、塔顶尾气量和组成、塔底吸塔顶尾气量和组成、塔底吸收液量和组成收液量和组成。二、传

13、质过程二、传质过程 精馏过程：精馏过程：吸收过程：吸收过程：顶顶釜釜不能视为恒摩尔流不能视为恒摩尔流（图（图4 44 a 4 a）双双相传质过程相传质过程单单相传质过程相传质过程三、吸收塔内组分分布三、吸收塔内组分分布分布曲线分布曲线(图图4 44c4c、d)d)：从物系从物系挥发度看：挥发度看：顶顶底底 C C1 1、C C2 2最大，进塔几乎不被吸收，塔顶稍有变化。最大，进塔几乎不被吸收，塔顶稍有变化。C C5 5、C C4 4最小，进塔立即吸收，上部几乎不变。最小，进塔立即吸收，上部几乎不变。C C3 3适中适中 ，上段吸收快，在塔某板出现，上段吸收快，在塔某板出现最大值最大值。4 4）

14、热效应（吸收塔内温度分布）热效应（吸收塔内温度分布）吸收吸收放热放热使液体温度升高，相平衡使液体温度升高，相平衡常数（常数（K=f（T，P，x）增大，过程）增大，过程的的推动力减小推动力减小；吸收放热使气体和液体产生温差，吸收放热使气体和液体产生温差，在相间传质的同时发生相间传热。在相间传质的同时发生相间传热。p由于吸收过程热效应的影响，吸收塔内温度分由于吸收过程热效应的影响，吸收塔内温度分布变得复杂。布变得复杂。吸收过程中的热效应包括：吸收过程中的热效应包括：a)溶质的吸收热：冷凝潜热、混合热、化学溶质的吸收热：冷凝潜热、混合热、化学吸收中的反应热吸收中的反应热-放热过程放热过程c)气液两相

15、互相接触而直接传热气液两相互相接触而直接传热b)溶剂部分气化的汽化潜热溶剂部分气化的汽化潜热d)流体体系与环境之间传热流体体系与环境之间传热使液相温度提高。使液相温度提高。气、液两相温差减小。气、液两相温差减小。使液相温度降低。使液相温度降低。一般情况，由于吸收是放热过程，溶质从一般情况，由于吸收是放热过程，溶质从气相传入液相的相变释放吸收热，该热量气相传入液相的相变释放吸收热，该热量用于增加液体的显热，因而导致用于增加液体的显热，因而导致温度由塔温度由塔顶到塔底是增高的顶到塔底是增高的。但也有例外。但也有例外。LpMcL,-液相物流的热容量液相物流的热容量VpMcG,-气相物流的热容量气相物

16、流的热容量 吸收放热在液体和气体中的最终分配很大吸收放热在液体和气体中的最终分配很大程度上取决于两股物流程度上取决于两股物流热容量热容量。1.1.如果在塔顶如果在塔顶明显明显大于大于 上升气体热量传上升气体热量传给吸收剂，吸收放出给吸收剂，吸收放出热量全部由热量全部由L LM M带走，带走，尾气出口温度与进塔尾气出口温度与进塔吸收剂温度相近，在吸收剂温度相近，在塔釜温度分布出现塔釜温度分布出现极极大值大值。5.2/,VpMLpMcGcL 2.G2.GM MC Cp,Vp,V明显大于明显大于L LM MC Cp,Lp,L 吸收剂沿塔下流时，吸收剂沿塔下流时，被气体冷却，塔釜处被气体冷却，塔釜处吸收吸收液在接近于原料气温度的液在接近于原料气温度的条件下出塔。条件下出塔。吸收所释放的吸收所释放的全部热量全部热量以尾气显热的形式带出。以尾气显热的形式带出。2.0/,VpMLpMcGcL 尾气和吸收液温度超过其尾气和吸收液温度超过其进口进口温度温度。热量在液体和气体间的分配取热量在液体和气体间的分配取决于塔内不同位置因吸收而放决于塔内不同位置因吸收而放热的情况。热的情况。Case 3.气相热容量