化工原理第八章 吸收

化工原理第八章吸收

8.1 概述

一、吸收的目的和依据

目的：

（1）回收有用物质；

（2）脱除有害物质组分；

（3）制备溶液。

依据：混合气体中各组分在溶剂中溶解度的差异。

二、吸收的流程

溶质——A；惰性组分——B；溶剂——S。

吸收过程的主要能耗在解吸上。

三、溶剂的选择：

技术方面：溶解度要高，选择性要强，对温度要敏感，容易解吸。

经济及安全方面：不易挥发，较好的化学稳定性；价廉、易得；无毒、不易爆易燃。

四、吸收的分类：

物理吸收与化学吸收

等温吸收与非等温吸收

单组份吸收与多组分吸收

低浓度吸收（直线）与高浓度吸收（曲线）

8.2 相际传质过程

8.2.1 单相传质速率方程

()()A G A Ai G i K P P K P y y →=-=-气相主体界面：

N

()A y i K P y y =-N

y G K PK =，G K ——气相传质分系数，P ——总压。 ()()A L Ai A L i k C C k C x x →=-=-总界面液相主体：

N

()A x i k x x =-N

x L k C k =总，L k ——液相传质分系数，C 总——总浓度。

8.2.2 界面浓度

亨利定律适用时，有解析法：

()();A y i x i i i i i k y y k x x y x y mx =-=-⎫

⎬=⎭

N 联立求解得、

图解法：

画图

8.2.3 相际传质速率方程

假设亨利定律适用，

1、以气相分压(*)A A P P -表示总推动力

()()A G A Ai L Ai A K P P k C C =-=-N

111=+G G L

K k Hk 2(*)/()A G A A G K P P K kmol m s Pa =-⋅⋅N ，——气相总传质系数

2、以液相浓度(*)A A C C -表示总推动力

(*)A G A A K C C =-N

11=+L L G

H K k k /L K m s ——液相总传质系数

比较之，有=G L K HK

3、以气相摩尔分率(*)y y -表示总推动力

2(*)

/(A y y K y y K kmol m s =-⋅N ——气相总传质系数，）

11=+y y x m K k k =P y G K K

4、以液相摩尔分率(*)x x -表示总推动力

2

(*)

/(A x x K x x K kmol m s =-⋅N ——液相总传质系数，）

111=+x x y

K k mk =m ,=C x y x M L K K K K

8.2.4 传质阻力分析

1、传质阻力

111=+G G L K k Hk ，11=+L L G

H K k k ，11=+y y x m K k k ，111

=+x x y K k mk 相际传质总阻力=气相（膜）阻力+液相（膜）阻力

（界面处无阻力）

2、气相阻力控制（气膜控制：总阻力=气相阻力）

条件：

111or G L y x

m K Hk k k ??， （易溶气体的H 很大、m 很小） 结论：

y y G G i Ai A

K k K k x x

C C ≈≈≈≈

强化方法：增加气相的湍动程度

3、液相阻力控制（液膜控制：总阻力=液相阻力）

条件：

111or L G x y

H K k k mk ??， （溶气体的H 很小、m 很大） 结论：

x x L L i

Ai A

K k K k y y P P ≈≈≈≈

强化方法：增加液相的湍动程度

8.3 低浓度气体吸收的计算

8.3.1 特点

低浓度：110%y 不大于

1、(/)G L kmol s 、为常量（传递忽略不计）

2、等温吸收

3、x y k k 、为常数，

11=+y x y y x

m

k k K k k ，和均是物性和流量的函数 8.3.2 物料衡算

1221Gy Lx Gy Lx +=+ 1212()()G y y L x x -=-

121211

()=

100%100%G y y y y

Gy y η--⨯=⨯吸收率：

21=-y y η出口组成：（1）

8.3.3 操作线和推动力

1、逆流操作：

22Gy Lx Gy Lx +=+

操作线方程：22)L L y x y x G G =

+-（或11)L L y x y x G G =+-（。其中，L

G

为液气比。 操作线上任一点描述了吸收塔内对应截面的组成

操作线在平衡线之上——吸收操作 操作线在平衡线之下——解吸操作

操作线与平衡线之间的距离反应了推动力的大小： 垂直距离——气相推动力*y y y =-V 水平距离——液相推动力*x x x =-V

改变操作线与平衡线的办法： ① 增大

L

G

，使操作线上移； ② 增大体系的P 和降低体系的T ，使m ↓，平衡线下移。

2、并流操作

22Gy Lx Gy Lx +=+

操作线方程：22)L L y x y x G G =-

++（或11)L L y x y x G G

=-++（

逆流时：推动力沿塔分布均匀；在两相进出口组成相同的情况下，逆流时的平均推动力大于并流。

故，传质中：逆流优于并流。

8.3.4 吸收剂用量的确定

1212()()=G y y L x x -=-，气相所失液相所得

在吸收条件中：

12G y y 、、——由生产任务确定；2x ——由工艺条件决定；1L x 、——经选择决定

最小液气比：min L

G

（）。定义：针对一定的分离任务，塔内某截面处吸收推动为0，达到分离程度所需塔高无穷大时的液气比。

最小液气比：12min

12

*L y y G x x -=-（） 亨利定律适用时，1*y x m =

，即有：12

min 12

L y y y G x m

-=-（） 当12

2min

10=L y y x m y G m

η-==时，（） 对于平衡曲线为特殊形状时，如图所示，以切点计算最小液气比。