吸收操作的特殊问题.ppt

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2023/5/25,吸收操作的特殊问题,1/12,四、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,

（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,一、多组分吸收简介,第三十二讲吸收操作的特殊问题,2023/5/25,吸收操作的特殊问题,2/12,一、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）。

对低浓度气体，液气比沿塔的变化可忽略，故这些组分的操作线为相互平行的直线。

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。

2023/5/25,吸收操作的特殊问题,3/12,关键组分C：

，全塔多有一定的吸收效果；,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；,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。

关于多组分吸收的计算方法本处不予讲述。

2023/5/25,吸收操作的特殊问题,4/12,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。

图32-1水吸收氨的相平衡曲线,

（2）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。

（1）平衡线位置和形状发生变化,二、非等温吸收,2023/5/25,吸收操作的特殊问题,5/12,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；,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。

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。

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）实际相平衡关系的确定,2023/5/25,吸收操作的特殊问题,6/12,微分溶解热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I:

指1mol溶质A溶于某定量（nmol）的溶剂S中，形成具有摩尔分率为x=1/（1+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）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。

2023/5/25,吸收操作的特殊问题,7/12,在塔内某一较小的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。

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,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,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：

2023/5/25,吸收操作的特殊问题,8/12,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；,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。

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.化学吸收机理,

（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。

2023/5/25,吸收操作的特殊问题,9/12,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）。

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。

2023/5/25,吸收操作的特殊问题,10/12,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，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,（32-3）,这样，吸收塔填料层高度仍可用以前的方法计算，即：

（32-2）,（32-1）,由上述可知，由于化学反应的作用，使整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.增强因子,2023/5/25,吸收操作的特殊问题,11/12,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。

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计算方法。

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。

（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,2023/5/25,吸收操作的特殊问题,12/12,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。

3工业生产中常采用化学吸收，由于化学反应的存在，增加了吸收过程的选择性。

液相溶解态溶质的减小，降低了溶质的界面平衡分压，从而增加了溶解度，在一定气相浓度下，增大了传质推动力，即加快了吸收过程的传质速率。

化学反应对吸收速率的促进作用通常用增强因子表征，它与过程传质动力学、反应动力学及界面平衡关系有关。

4吸收剂汽化进入气相会降低气相溶质浓度，对吸收过程不利，如在操作条件下，吸收剂蒸汽压较大，则应对相平衡关系加以校正。

当然，这个问题在选择吸收剂时就应加以考虑。