《分离工程》4.气体吸收-04

第四章气体吸收吸收的定义气体吸收:气体混合物一种或多种组分从气相转移到液相的过程.解吸:溶质从液相中分离出来转移到气相的过程,即吸收的逆过程.吸收的分类及目的(1)按溶质数等温吸收非等温吸收(2)按溶质与溶剂间相互作用物理吸收化学吸收(3)按吸收温度单组分吸收多组分吸收目的：用于气体的精制和产品的分离第四章气体吸收4.1汽液相平衡4.2多组分吸收和解吸过程分析4.3多组分吸收和解吸的简捷计算法4.4化学吸收4.1汽液相平衡4.1.1物理吸收的相平衡4.1.2有化学效应的气体溶解度4.1.1物理吸收的相平衡低压下气体在液体中溶解度的计算亨利定律：x2=P2/H（4-1）p2—溶质在气相中的分压，Pax2—溶质在液相中的溶解度（摩尔分数）H—亨利常数，Pa亨利定律的适用范围：溶质的分压为常压：溶质溶于溶剂时不发生解离、缔合或化学反应；稀溶液由（2-22）-（2-24）导出普遍化亨利定律高压下气体在液体中溶解度的计算体积溶质在溶液中的偏摩尔由热力学定律算高压下气体的溶解度用克利切夫斯基公式计:)64()/(ln)54()44()34()24(222,22,22,2,,22222222222222LLLxTLLxTpfpLPTxfPTxfxTpfLLGpVRTVfpff；HxfdxdpfdffxHfLLLL)94(lnln)84(lnln)lnln)84(,0)84()(lnln)(lnlnln)74(lnlnln)74(22212'1,2'12'22,22,22'1,2,22,222222222222222211111RTpVHxfRTpVHHRTpVHHpRTppVHxfxfxf：HRTppVxfxfdpRTVxfdbdpRTVxfddpRTVxdfdadpRTVxdxffdLGSLSLmSLGPTGPTLSLmPTLPTLPpLPPLLLLLLLLSSSSS代入代入令令亨利常数的计算：（1）半经验式表示温度对溶解度的影响lgH=a+blgT+c/T(4-10)（2）查出H0（T=298.15,P=101.3KPaln(H/Ho)=A(1-To/T)+Bln(T/To)+C(T/T0-1)(4-11)例4-1：已知：T=40oC,P=60MPa,lgH=105.8565-32.9747×lgT-5300.902/T解（1）计算T=40oC时C2H6在水中的亨利系数：lgH=105.8565-32.9747×lg（313.15）-5300.902/(313.15)H=4290935.4kPa(2)将H代入克利切夫斯基公式：molcmVL/0.5332)/(10453314.2315.313314.8105360)4.4290935ln(ln1022622摩尔分数得出Pa。xf：xfGG1062662622104533.1/109.15109.151060265.0265.0/319.12;0256.15.487038.305)3(xfP：fPPPTT：TkPaPK：THCfGcrcrccG则查普遍化逸度系数图得对比温度及压力临界常数查得求4.1.2有化学效应的气体溶解度特点：（1）当溶质在溶剂中发生离解、缔合或化学反应时，溶质在液相中的总含量（各种形式含量的总和），与平衡分压的关系不再符合亨利定律。（2）溶质的溶解度：即服从汽液平衡关系，又服从化学反应平衡关系。（3）亨利定律只反应气相溶质分压与液相中未反应的溶质浓度有化学反应时溶解度计算式：)144()134()124(/1abBnNmMAAAAAbBaAnNmMrabBaAnNmMrbBaAnNmMbBaAnNmMbBaAnNmMaKKcccHpcHP，ccccKKK：KccccKnNmMbBaAHaaA：BAa则定律如相平衡关系服从亨利令化学反应平衡常数发生反应与溶质假如溶质例4-2：3643223224364'3/00333.0)100.3/(100.1/2)()(100.1;/100.3;101;/5.12222mkmolHPc：HCOOHCOlCOgCO：PaPkmolPam：HKc：Kmkmol：cCOCOCOOHNa汽液平衡服从亨利定律解假设液相为理想溶液亨利系数平衡常数已知3210332'/69583.06925.000333.0)(/385.1)2()1()2(21/75.021)1(322332323232323mkmolclccmkmolc：：ccc：mkmolcNaccccKHCOCOCOHCOHCOoCOCOoCOCOCOHCO及联立求解平衡时物料衡算设碳酸根的起如浓度为化学平衡常数结论：由于CO2与NaCO3的反应，使溶解度相对物理过程增大200倍，溶液中CO2的浓度可忽略。Fe反映了碳酸钠的利用率23332121COHCOHCOecccf碳酸钠溶液的起始浓度盐浓度转化为碳酸氢钠的碳酸923.075.02/385.123332121COHCOHCOecccf溶液的转化度fe定义：用蒸汽或惰性气体的解吸塔用再沸器的解吸塔4.2吸收与解吸过程流程:吸收剂从塔顶进塔,与塔中上升气流逆流接触,在塔板或填料上混合,气相中溶质被吸收剂吸收.流量L从上向下↑；V从下向上↓——不恒定每板温度Tn由于溶解热大，Tn与溶解吸收量有关，难预测，不能用泡、露点方法计算Tn，要用热量衡算求Tn。平衡数据、溶解热数据、动力学数据等研究的不充分。逆过程为解吸。吸收过程特点:4.2.2多组分吸收和解吸过程分析一、设计变量数和关键组分Na的指定：操作型计算：指定N，要求计算吸收剂量、塔段尾气量和组成、塔底吸收液量和组成。设计型计算：指定一个关键组分分离要求，要求计算所需的理论板数。据设计变量的原则可知:吸收塔和解吸塔中可调设计变量Na=1,因此，只能规定一个关键组分。与多组分精馏塔不同二、单相传质过程精馏过程：双相传质过程吸收过程：单相传质过程——不能视为恒摩尔流（图4—4a）三、吸收塔内组分分布图4—4c、d分布曲线：从物系挥发度看C1、C2最大，进塔几乎不被吸收，塔顶稍有变化。C5、C4最小，进塔立即吸收，上部几乎不变。C3适中，上段吸收快，在塔某板出现最大值。一般情况：1.不同组分在不同段吸收程度不同2.难溶组分（LNK），一般只在靠近塔顶几级被吸收，其他级吸收较小；易溶组分（HNK），一般只在靠近塔釜几级被吸收。3.关键组分在全塔范围内被吸收。四、吸收和解析过程的热效应取决于与的相对大小1.如果在塔顶明显大于上升气体热量传给吸收剂，吸收放出热量全部由带走，尾气出口温度与进塔吸收剂温度相近，在塔釜温度分布出现极大值。2.明显大于下降液体热量传给上升气体，吸收放出热量大部分由GM带走，吸收液在下降中被气体冷却，接近于原料气入口温度条件下出塔。3.与相近，热效应明显出塔气体与吸收液温度超过入口，热量分配取决于不同位置因吸收而放热情况。MLVpMCG,LpMCL,VpMCG,LpMCL,VpMCG,LpMCL,VpMCG,LpMCL,另：1.若吸收剂挥发性明显，在塔釜几块板上部分汽化，使该汽化的吸收剂与进料气中吸收剂的含量趋于平衡。于是有一个相反作用：吸收放出热量→加热液体→吸收剂汽化→冷却液体——塔中部出现温度极大值2.溶解热的影响溶解热大，温度变化大，对吸收率影响大a、温度升高，相平衡常数大，吸收推动力小。b、由于吸收过程要放热，使汽液温差大，除发生传热过程外，还有传质过程发生。——复杂性大4.3多组分吸收和解吸的简捷计算法应用：初始阶段设计分析操作情况提供电算初值一、吸收因子法1.吸收因子吸收过程定义：A=L/KV——i组分的吸收因子或因素（省i）a、无因次数群；b、L/V↑，K↓——A↑，有利于吸收；c、分离要求一定：A↑，N↓N一定：A↑，吸收程度↑——A的大小说明吸收难易。用A、S表示平衡关系：SlvAvlLlKVvxKyiii平衡时：2.Horton—Frankli方程（哈顿—富兰克林）12n—1nn+1N-1N尾气V1吸收剂L0原料气VN+1吸收液LNn板物料衡算：)154(11nnnnvvll)174(1111nnnnnAvAvvAvl用（4—17）表示各组分在各板汽相量；11110210021AlvAvAvvn时：当1122101312AAAlAvAv）（整理得：11111212101213121021321132AAAAlAvAvAAAlvAvAvAvv）（时：当2n）（）（214132210121111132121NANAAANAAAlNAAANNANAAANAAANvv依次类推；n=N时）（）（）：去在全塔物料衡算（为消224011110NNNNNNNNNAlvvvvAlvvllvi）（）后整理：（）（111224214322143321032213221111NNNNNNNNNNNNNNNAAAAAAAAAAAAAAvlAAAAAAAAAAAAAAvvv方程——FranklinHorton）（234讨论（4—23）：1.计算吸收率的普遍式；2.式中K=f（T、P、组成），而组成不知。——计算难3.采用如下简化形式作简捷计算。1.平均吸收因子法）代入（假设：，均234321iiiiAAAA)1)(1(1110NNNAAAAvl）（1112110121111AAAAAAAAvlAAAAAAAvvvNNNNNNNNNNN）（即：2441110111NNNNAAAvvvv相对吸收率最大吸收量—被吸收量—01110111vvvvvvvvNNNN（4—24）说明：）（图关系——）作图；以（84244.1NAAAA111有：111111111AAAAAAAANNN时：当2.解（4—24）式NAAN—用来求—)254(1lg1lg—吸收率—有11101110000NNNNiivvvvvvvvl3.若吸收剂中不含进料组分非关键组分—关键组分的计算iKKAKAVLVKLAAiiKKKK.5minminminmin)(22.1)()()(.4VLVLKAVLVLVL∞N→VLKmK）（的计算例4—4计算：0,1,1minmin.4,,.3)(1.1.2)(.1LyvNVLVLVLiii时解：查P=1.013MPa，t=38℃时Ki504.09.056.0)(9.01,.1minKKKKKAKVLAN进料：C1C2C3i-C4n-C4i-C5n-C5n-C6已知：yN+1不挥发的烃类38℃1.013MPa9.0K99.056.05544.05544.0)(1.1.2minKKVKLAVLVL线上交点位于查表48.99.099.0.NAbK48.91lg1lg.AANa计算法：线，查出交,1,148.9.3iiiiiNAyv05.40