化工分离过程-吸收

1/ a
∵(CA) 物＞ (CA)化，∴ (PA)物 ＞ (PA)化
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3.3.2 伴有化学反应的吸收相平衡
1. 被吸收组分与溶剂相互作用
（1）溶质A与溶剂B反应生成M
若其反应关系为：
A(g) HA A(L)+ B(L) Ka M(L)
溶液中A组分的初始浓度 c 0 可写成： c 0 c A cM A A
ˆ f i L 2440 kP a) (
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解例 3-1
④计算相平衡常数
对于理想溶液， i 1
，则相平衡常数为：
Hale Waihona Puke ˆ yi f i L i 2440 mi G 1.49 ˆ xi 1640 fi
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3.3.2 伴有化学反应的吸收相平衡
亨利定律不适用化学吸收的相平衡，化 学吸收的气液平衡，既要服从溶解时的 相平衡又要服从化学反应时的相平衡关 系.

吸收是一个分离过程，且分离的是气体混合物，分离的介质是某一 吸收是一个从气相往液相的传质过程。 被吸收的气体通过适当的方法与吸收液分离的过程称为解吸过程， 应用：常用于获得产品、分离气体混合物、净化原料气以及脱除尾气
种液体溶剂称之为吸收剂，被吸收的气体混合物称为溶质。

对吸收液而言，则成为再生。
式中，x0 是在溶液中吸收剂的摩尔分率，x0=1-xi ；Hi 为亨利系数， kPa；A是与温度和压力有关的一个常数。
ˆ fi A 2 ln ln H i (1 x0 ) xi RT
(3-11)
此式适合于任何浓度的电解质溶液和很低浓度的非电解质溶液。
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3.3.1 物理溶解时的相平衡
对比温度： 293 对比压强： 2000 查图3-8得： ˆ 0.41 0.96 i 0.82
350.1
4900
逸度计算：
ˆ ˆ f iG p i 2000 0.82 1640 kPa) (
②计算293K下乙烷饱和蒸汽压的逸度
对比温度： 293 0.96 对比压强： 3900 0.79 查图3-8得：ˆ 0.67 i
(4) 贫液和回流液的温度
(5) 各种换热器的热负荷 (6) 吸收塔和再生塔的高 度
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3.2.2 吸收过程对生产工艺的适应性
(1) 操作压强 压力高利于吸收，但操作费用将增加，通常选择气体来时的 压力。特殊情况可考虑增压操作。
(2) 溶质的气相浓度
关键是控制吸收塔出口气中的溶质指标。 (3) 毒性
3. 气体净化
用吸收剂将气体中的有害组分吸收以达到气体净化目的。如天然气 的脱硫，生产尾气的SO2脱除。 4. 回收有价值组分 为防止有价值组分从气相流失，用吸收剂将其吸收下来达到回收的 目的。如一些易挥发溶剂的回收。
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3.2 吸收过程的设计变量 和对生产工艺的适应性

吸收过程的重要因素
(1) 设备条件
而反应平衡常数为：
cM c0 cA K A c Ac B c Ac B
则：
cA c0 A 1 K c B
(3-26)
总平衡又服从物理溶解时的亨利定律，因此：
pA
H c0 A A 1 K c B
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3.3.2 伴有化学反应的吸收相平衡
H 0 A pA cA 1 k c B
ˆ ˆ f iG f i L
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3.3.1 物理溶解时的相平衡
(1) 气液平衡常数mi
ˆ 式中， i 、 i 分别为i组分在气相的逸度系数和在液相的活度系数；p 为气相总压，f i L 为纯i组分液相在体系温度和压力下的逸度。
(2) 二元组分溶解的气液平衡关系
yi f iL i mi ˆ xi pi

aA
HA aA+bB
Ka
mM+nN
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3.3.2 伴有化学反应的吸收相平衡

则反应平衡常数为：
m n m n m n m n M N cM c N M N cM c N K a a b a b a b a b K A B c Ac B A B c Ac B
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3 吸 收
4、吸收过程的特点

吸收与精馏操作的相同点： ☆ 平衡分离过程
☆ 热、质同传过程，由MESH方程求解

吸收与精馏的不同点： ①原理不同： 吸收是根据各组分溶解度不同进行分离的。
精馏利用组分间相对挥发度不同使组分分离。
②塔式不同 ③传质形式不同 吸收过程：单向传质，气相传质到液相，需外加吸收剂； 精馏过程：双向传质，液相传质到汽相，汽相传质到液相，不需加 质量分离剂。
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3 吸 收
3.1 吸收过程在化学工业中的应用 3.3 气液相平衡 √ √
3.2 吸收过程的设计变量和对工艺生产的适应性√ 3.4 传质理论
3.5 传质速率和传质系数 3.10 塔高 √
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3 吸 收
1、吸收的基本原理

吸收是利用液体处理气体混合物，根据气体混合物中各组分在液体
中溶解度的不同，而达到分离目的传质过程。
pA
K1cM
(3-29) (3-30)
K1 K c B 1 K c B
(2c 0 K a ) K a (4c 0 K a ) A A cA 2(1 K c B )
K a ( 4c 0 K a ) A
H cA A
H A [(2c 0 K a ) A 2(1 K c B )
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3.3.2 伴有化学反应的吸收相平衡
（2）生成物M发生离解 若反应生成物发生离解：
M K1 K + + A-
此时，气液平衡不按反应平衡计算而按离解平衡计算。 cK cA 离解平衡常数为： K1 cM 若忽略水的离解，则有：cK cA- ，因此： cK 而溶液中A的初始浓度可表示为： c 0 c A cM c A A 联立求解以上方程，得： 其中， K a 所以：
典型实例：硫酸吸收SO3吸收制硫酸
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3.1.1 吸收装置的工业流程
2. 吸收剂需要解吸的吸收装置
使用对象：气体的净化或回收； 流程特点：至少有两个塔（多了一个再生过程）。

减压冷再生：通过改变P，改变相平衡，使溶质解吸。
适用：高压下化学吸收液的初脱。 气提冷再生：用惰性气体降低溶质在气相的分压促使解吸；
350.1
4900
ˆG ˆ 逸度计算： f is pis i 3900 0.67 2610 kPa) (
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解例 3-1
③计算液相乙烷的逸度
ˆL 对于温度为T，饱和蒸汽压为 p s 的纯液体组分的逸度 f is 应等于饱和 i ˆ G 。而当压强为p时，液相逸度可近似用下式计算： 蒸汽的逸度 f
ln H i
i
RT
Ci
式中的Ci、φi是常数，与物系有关。
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3.3.1 物理溶解时的相平衡
当系统压力较大时，体系偏离理想状态较远，按上述方法计算的偏
差较大。考虑到液体体积通常随压力变化不大，此时，可用以下式子
ˆ 来计算气相逸度 f iG 。
ˆ f iG V ln ln H i i ( p pi ) xi RT

中的有毒有害物质。
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3 吸 收
2、流程图
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3 吸 收
3、吸收操作的分类
依据吸收的机理可分成 物理吸收（甲醇-CO2） 化学吸收（K2CO3- CO2） ★ 物理吸收的特点： 所溶组分与吸收剂不起化学反应 极限：溶解平衡= f (T,P) ★ 化学吸收的特点： 所溶组分与吸收剂起化学反应 极限：相平衡= f (T,P,反应组分B)
is
ˆ f i L Vi ln G ( p pis ) ˆ RT f is
M
式中，Vi为在一定p和T时，组分i的摩尔体积：
计算： 所以：
Vi
30 0.0857 m3 / mol) ( 350
ˆ fiL 0.0857 ln (2000 3900) 0.067 2610 8.314 293
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3.1.1 吸收装置的工业流程
(4)间接蒸汽热再生流程 典型实例：热钾碱法脱碳流程
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3.1.2 吸收过程的应用
1. 获得产品 将气体中的有效成分用吸收剂吸收下来得到产品。如硫酸吸收SO3 制浓硫酸，水吸收HCl制盐酸。
2. 气体混合物的分离
吸收剂选择性吸收气体中的某一组分达到分离目的。如用有机溶剂 吸收煤气中的苯，用丙酮吸收天然气裂解气中的乙炔。
设备形式、尺寸、内部构件等，都与传质效率有关。 同等处理规模下，效率越高，设备投资越少。
(2) 吸收剂 选择性是关键，解吸条件也非常重要。 (3) 操作条件 温度：温度越高，越不利于吸收； 压力：压力越高，越有利于吸收。
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3.2.1 设计关键参数分析
(1) 吸收塔的直径
(2) 再生塔的直径
(3) 再生塔的压强
aA HA aA+bB Ka mM+nN
理想溶液时，Kγ=1，则：
m n Ka cM c N K a b K c AcB
(3-21)
因为溶解平衡关系服从亨利定律：
pA H cA A
用(3-21)解出CA，带入上式得：
pA
H A
m cM
n cN b K c B
知 乙 烷 的 临 界 温 度 tc=305.1K ， 临 界 压 力
pc=4900kPa ， 饱 和 蒸 汽 压 pis=3900kPa( 在 293K 时 ) ， 以 及 在 3900kPa 下 的 密 度 ρ=350kg/m3。