化工分离第三章-7
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2016/7/1
2016/7/1
另： 1. 若吸收剂挥发性明显，在塔釜几块板上部分汽 化，使该汽化的吸收剂在进料气中的含量趋于平 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 生传质过程外，还有传热过程发生。 ——复杂性大
4) 吸收因子图（克雷姆塞尔图） P99 图3－9 对应最小液气比 A N 时，
L ＝K K Amin V min
＝KKK
＝KKK
（吸收剂中不含被吸收组分）
2016/7/1
2016/7/1
or
YN 1 Y1 YN 1 Y1 L * V min X N X 0 YN 1 X 0 K YN 1 Y1 YN 1 Y1 vN 1 v1 K K K YN 1 KX 0 YN 1 Y0 vN 1 v0 K
汉顿－富兰克林方程 左端＝
C i 组分被吸收掉的量 i 组分的加入量 平均吸收因子法（克雷姆塞尔方程）
＝吸收率 i f ( Ai , N )
（1） 基本思想
又
2016/7/1
L Ai KiV
假定各个组分在每块板上的吸收因子相同
若溶质在气液两相中的浓度不高
（贫气吸收）
L const V
（ 2） 由（1）、（2）得：
2016/7/1
vN 1 v1 A1 A2 AN AN 1 AN AN vN 1 A1 A2 AN AN 1 AN AN 1
l0 A2 A3 AN AN 1 AN AN 1 vN 1 A1 A2 AN AN 1 AN AN 1
2016/7/1
5、多组分吸收的计算 吸收因子法 A 相平衡
任一组分的相平衡关系可表示为：
yi Ki xi
又 ∴
vi yi V
li xi L
vi li Ki V L
2016/7/1
令
L Ai KiV
组分 i 的吸收因子
则相平衡关系为 Note：
li Av i i
（1） Ai 是 综合考虑了 物料平衡 与相平衡的 无因次数群 （2） Ai 是对某个组分而言的 （3） Ai 值越大，表示该组分越易吸收 （4） Ai 值还与操作条件有关， T↓， P↑，Ki↓， ∴ Ai↑
用途 （1）制取产品 溶质为产品成分，如硫酸吸收SO3制浓硫 酸，水吸收甲醛制福尔马林液。 （2）分离混合气体 溶质和惰性组分均为产品成分，如从 焦炉气或城市煤气中分离苯。 （3）气体净化 溶质为有害成分，除去混合气体中的杂质， 如合成氨原料气脱H2S、脱CO2等；另一类是尾气处理和废 气净化以保护环境，如燃煤锅炉烟气脱除SO2 。
4、溶解热
取决于 LM C p , L与 G M C p ,V 的相对大小 1. 如果在塔顶 LM C p , L明显大于 G C M p ,V 上升气体热量传给吸收剂，吸收放出热量全部由L M 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. G M C p ,V 明显大于 LM C p , L G分 下降液体热量传给上升气体，吸收放出热量大部 M由 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. LM C p , L与G M C p ,V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。
2016/7/1
1、吸收和蒸出过程流程 P93 图3－34 a、b、c
用再沸器的蒸出塔 用蒸汽或惰性气体的蒸出塔
用一般精馏塔
2016/7/1
2、吸收过程的特点 （1）原理不同
（与精馏比较）
（2）塔式不同
精馏：简单塔、 复杂塔
吸收：复杂塔
（3）传质形式不同 精馏为双向传质 吸收为单向传质 恒摩尔流假设 一般不能视为恒摩尔流
2016/7/1
令
AeN 1 Ae A1 A2 AN AN 1 AN AN N 1 Ae 1 A1 A2 AN AN 1 AN AN 1
1 AeN 1 Ae ' Ae AeN 1 1 A2 A3 AN AN 1 AN AN 1 A1 A2 AN AN 1 AN AN 1 AeN 1 Ae N 1 Ae 1
vN 1 v1 A1 A2 AN AN 1 AN AN vN 1 A1 A2 AN AN 1 AN AN 1
l0 A2 A3 AN AN 1 AN AN 1 vN 1 A1 A2 AN AN 1 AN AN 1
恒温操作
Ki f (T , P) const
∴ 平均吸收因子法只适合贫气吸收 （2） 基本方程
vN 1 v1 l0 A N 1 A N 2 A 1 A N A N 1 A N N 1 vN 1 A A A 1 vN 1 A N A N 1 A 1
L L (1.2 ~ 2) b. V V min
L V min
KKK
L AK K KV
c. 由AK、φK 查吸收因子图或计算得N
AK K lg 1 K N 1 lg AK
2016/7/1
2) 其它组分相对吸收率的确定 L Ai KiV 由Ai 、N 查吸收因子图或计算得φi
§3.4
多组分吸收
原理:利用气体中各组分溶于某溶剂的溶解度的不同来分离 气体混合物的操作称吸收。
吸收剂
相界面
y
气相，A+B
x
液相，S
A
A
尾气，A少量+B
气体
溶液，A+S
2016/7/1
解吸:使吸收的气体从溶液中逃逸出来的操作称为解吸或 脱吸。解吸为吸收的反过程。
吸收剂
相界面
y x
液体，A+S
气相，B
n＝2 时
2016/7/1
( A1 1)v3 A1l0 v2 A1 A2 A2 1
同理 n＝3 时 n＝N 时
( A1 A2 A2 1)v4 A1 A2l0 v3 A1 A2 A3 A2 A3 A3 1
vN ( A1 A2 AN 1 A2 A3 AN 1 AN 1 1)vN 1 A1 A2 AN 1l0 A1 A2 A3 AN A2 A3 AN AN 1
L L ＝(1.2-2.0) V V min
Ai↑ B N 一定时，
φi↑， 有利于吸收 φi↑， 但随 N 的增加，速度越来越慢
C A 一定时， N↑
∴ 不能单纯靠增加理论板数来增加吸收程度
2016/7/1
（3）计算步骤 yN＋1,i ， x0,i ， 已知： VN＋1 ， K T ，P ， xN,i V1 ，y1,i ， L0 ， LN ， 求解： N ， 1) 根据关键组分的吸收率（由工艺要求给定） 求理论板数N a. 由φK 确定最小液气比
l0 AN 1 A N 1 vN 1 A 1
2016/7/1
Av0 A 1 vN 1 v0 A A A N 1 N 1 vN 1 A 1 vN 1 A 1
N
N 1
∴
vN 1 v1 AN 1 A N 1 vN 1 v0 A 1
l0 0
（1）、（2）两式联立，可求出 LN ，L0 ∴
xN
l0 vN 1 v1 lN LN LN
（3）计算原理（多组分吸收的计算原则） 并把它视为单组分吸收， 根据工艺要求，选定关键组分，
2016/7/1
求出其液气比 和使关键组分达到吸收要求的理论板数，
再计算其它组分在此理论板数条件下达到的吸收程度， 从而求出出塔气体和液体的组成。 D 平均有效吸收因子法 （1） 定义 由汉顿—富兰克林方程：
KiV （5） 对脱吸过程，有脱吸因子 Si L
2016/7/1
B 物料衡算 全塔物料衡算：
vN 1 l0 v1 lN
又
lN AN vN
lN vN 1 l0 v1 vN AN AN
（1）
∴
对第 n 板上 i 组分作物料衡算：
vn1 ln1 vn ln
l0,i 0
∴
∴
v0,i 0 v1,i (1 i )vN 1,i
V1 v1,i
y1,i v1,i V1
4) 吸收液的量和组成及加入吸收剂的量 由全塔物料衡算得：
LN L0 (VN 1 V1 )
2016/7/1
（1）
1 又 气相平均摩尔流量： V均＝ VN 1＋V1 2 1 液相平均摩尔流量： L均＝ LN＋L0 2 L L均 LN L0 ∴ ＝ （2） V V均 VN 1＋V1
（ 3）
∴
vN 1 v1 AeN 1 Ae l0 1 N 1 ' vN 1 Ae 1 vN 1 Ae
l0 AeN 1 Ae 1 ' N 1 Ae vN 1 Ae 1
若吸收剂中不含有被吸收组分，即
2016/7/1
C3适中 ，上段吸收快，在塔某板出现最大值。
2016/7/1
2016/7/1
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。
2016/7/1
2016/7/1
∴
vn1 An1vn1 vn Anvn
vn1 An1vn1 vn An 1
n＝1 时
v2 A0v0 v2 l0 v1 A1 1 A1 1 v3 A1v1 v2 A2 1
v2 l0 v3 A1 A1 1 A2 1
A
A
贫液，A少量+S
气体
气体，A+B
2016/7/1
吸收操作三大问题：
1.选择合适的溶剂； 2.实现气液传质、吸收气体； 3.溶剂的再生。
吸收操作中，吸收剂的性能是关键。 对吸收剂的要求是：溶解度大、对要吸收的气体选择性 好、溶剂的蒸汽压较低、易于再生等。 吸收设备主要有板式塔和填料塔。
2016/7/1
若溶质在气液两相中的浓度不高 (摩尔分数不超过0.1)， 可近似为恒摩尔流。
2016/7/1
（4）关键组分数目不同
精馏有两个关键组分， 吸收只有一个关键组分 这是由传质形式决定的，因为精馏为双向传质，
而吸收为单向传质。 3、吸收塔内组分分布 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。 图3—35 c、 d
i 组分被吸收掉的量 i 组分最大可能被吸收掉的量
来自百度文库
克雷姆塞尔方程 ＝相对吸收率 i
1) 左端＝
i i 2) 吸收剂中不含被吸收组分时，v0＝0 ，
3) 由克雷姆塞尔方程得到
A
N 1
A i 1 i
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两边取对数：
A i lg 1 i N 1 lg A
Ai N 1 Ai i N 1 Ai 1
3) 求尾气的组成和量
∵
i
vN 1,i v1,i vN 1,i v0,i
∴
v1,i (1 i )vN 1,i i v0,i
2016/7/1
且
v0,i
l0,i Ai
若吸收剂中不含有被吸收的 i 组分，即 则
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另： 1. 若吸收剂挥发性明显，在塔釜几块板上部分汽 化，使该汽化的吸收剂在进料气中的含量趋于平 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 生传质过程外，还有传热过程发生。 ——复杂性大
4) 吸收因子图（克雷姆塞尔图） P99 图3－9 对应最小液气比 A N 时，
L ＝K K Amin V min
＝KKK
＝KKK
（吸收剂中不含被吸收组分）
2016/7/1
2016/7/1
or
YN 1 Y1 YN 1 Y1 L * V min X N X 0 YN 1 X 0 K YN 1 Y1 YN 1 Y1 vN 1 v1 K K K YN 1 KX 0 YN 1 Y0 vN 1 v0 K
汉顿－富兰克林方程 左端＝
C i 组分被吸收掉的量 i 组分的加入量 平均吸收因子法（克雷姆塞尔方程）
＝吸收率 i f ( Ai , N )
（1） 基本思想
又
2016/7/1
L Ai KiV
假定各个组分在每块板上的吸收因子相同
若溶质在气液两相中的浓度不高
（贫气吸收）
L const V
（ 2） 由（1）、（2）得：
2016/7/1
vN 1 v1 A1 A2 AN AN 1 AN AN vN 1 A1 A2 AN AN 1 AN AN 1
l0 A2 A3 AN AN 1 AN AN 1 vN 1 A1 A2 AN AN 1 AN AN 1
2016/7/1
5、多组分吸收的计算 吸收因子法 A 相平衡
任一组分的相平衡关系可表示为：
yi Ki xi
又 ∴
vi yi V
li xi L
vi li Ki V L
2016/7/1
令
L Ai KiV
组分 i 的吸收因子
则相平衡关系为 Note：
li Av i i
（1） Ai 是 综合考虑了 物料平衡 与相平衡的 无因次数群 （2） Ai 是对某个组分而言的 （3） Ai 值越大，表示该组分越易吸收 （4） Ai 值还与操作条件有关， T↓， P↑，Ki↓， ∴ Ai↑
用途 （1）制取产品 溶质为产品成分，如硫酸吸收SO3制浓硫 酸，水吸收甲醛制福尔马林液。 （2）分离混合气体 溶质和惰性组分均为产品成分，如从 焦炉气或城市煤气中分离苯。 （3）气体净化 溶质为有害成分，除去混合气体中的杂质， 如合成氨原料气脱H2S、脱CO2等；另一类是尾气处理和废 气净化以保护环境，如燃煤锅炉烟气脱除SO2 。
4、溶解热
取决于 LM C p , L与 G M C p ,V 的相对大小 1. 如果在塔顶 LM C p , L明显大于 G C M p ,V 上升气体热量传给吸收剂，吸收放出热量全部由L M 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. G M C p ,V 明显大于 LM C p , L G分 下降液体热量传给上升气体，吸收放出热量大部 M由 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. LM C p , L与G M C p ,V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。
2016/7/1
1、吸收和蒸出过程流程 P93 图3－34 a、b、c
用再沸器的蒸出塔 用蒸汽或惰性气体的蒸出塔
用一般精馏塔
2016/7/1
2、吸收过程的特点 （1）原理不同
（与精馏比较）
（2）塔式不同
精馏：简单塔、 复杂塔
吸收：复杂塔
（3）传质形式不同 精馏为双向传质 吸收为单向传质 恒摩尔流假设 一般不能视为恒摩尔流
2016/7/1
令
AeN 1 Ae A1 A2 AN AN 1 AN AN N 1 Ae 1 A1 A2 AN AN 1 AN AN 1
1 AeN 1 Ae ' Ae AeN 1 1 A2 A3 AN AN 1 AN AN 1 A1 A2 AN AN 1 AN AN 1 AeN 1 Ae N 1 Ae 1
vN 1 v1 A1 A2 AN AN 1 AN AN vN 1 A1 A2 AN AN 1 AN AN 1
l0 A2 A3 AN AN 1 AN AN 1 vN 1 A1 A2 AN AN 1 AN AN 1
恒温操作
Ki f (T , P) const
∴ 平均吸收因子法只适合贫气吸收 （2） 基本方程
vN 1 v1 l0 A N 1 A N 2 A 1 A N A N 1 A N N 1 vN 1 A A A 1 vN 1 A N A N 1 A 1
L L (1.2 ~ 2) b. V V min
L V min
KKK
L AK K KV
c. 由AK、φK 查吸收因子图或计算得N
AK K lg 1 K N 1 lg AK
2016/7/1
2) 其它组分相对吸收率的确定 L Ai KiV 由Ai 、N 查吸收因子图或计算得φi
§3.4
多组分吸收
原理:利用气体中各组分溶于某溶剂的溶解度的不同来分离 气体混合物的操作称吸收。
吸收剂
相界面
y
气相，A+B
x
液相，S
A
A
尾气，A少量+B
气体
溶液，A+S
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解吸:使吸收的气体从溶液中逃逸出来的操作称为解吸或 脱吸。解吸为吸收的反过程。
吸收剂
相界面
y x
液体，A+S
气相，B
n＝2 时
2016/7/1
( A1 1)v3 A1l0 v2 A1 A2 A2 1
同理 n＝3 时 n＝N 时
( A1 A2 A2 1)v4 A1 A2l0 v3 A1 A2 A3 A2 A3 A3 1
vN ( A1 A2 AN 1 A2 A3 AN 1 AN 1 1)vN 1 A1 A2 AN 1l0 A1 A2 A3 AN A2 A3 AN AN 1
L L ＝(1.2-2.0) V V min
Ai↑ B N 一定时，
φi↑， 有利于吸收 φi↑， 但随 N 的增加，速度越来越慢
C A 一定时， N↑
∴ 不能单纯靠增加理论板数来增加吸收程度
2016/7/1
（3）计算步骤 yN＋1,i ， x0,i ， 已知： VN＋1 ， K T ，P ， xN,i V1 ，y1,i ， L0 ， LN ， 求解： N ， 1) 根据关键组分的吸收率（由工艺要求给定） 求理论板数N a. 由φK 确定最小液气比
l0 AN 1 A N 1 vN 1 A 1
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Av0 A 1 vN 1 v0 A A A N 1 N 1 vN 1 A 1 vN 1 A 1
N
N 1
∴
vN 1 v1 AN 1 A N 1 vN 1 v0 A 1
l0 0
（1）、（2）两式联立，可求出 LN ，L0 ∴
xN
l0 vN 1 v1 lN LN LN
（3）计算原理（多组分吸收的计算原则） 并把它视为单组分吸收， 根据工艺要求，选定关键组分，
2016/7/1
求出其液气比 和使关键组分达到吸收要求的理论板数，
再计算其它组分在此理论板数条件下达到的吸收程度， 从而求出出塔气体和液体的组成。 D 平均有效吸收因子法 （1） 定义 由汉顿—富兰克林方程：
KiV （5） 对脱吸过程，有脱吸因子 Si L
2016/7/1
B 物料衡算 全塔物料衡算：
vN 1 l0 v1 lN
又
lN AN vN
lN vN 1 l0 v1 vN AN AN
（1）
∴
对第 n 板上 i 组分作物料衡算：
vn1 ln1 vn ln
l0,i 0
∴
∴
v0,i 0 v1,i (1 i )vN 1,i
V1 v1,i
y1,i v1,i V1
4) 吸收液的量和组成及加入吸收剂的量 由全塔物料衡算得：
LN L0 (VN 1 V1 )
2016/7/1
（1）
1 又 气相平均摩尔流量： V均＝ VN 1＋V1 2 1 液相平均摩尔流量： L均＝ LN＋L0 2 L L均 LN L0 ∴ ＝ （2） V V均 VN 1＋V1
（ 3）
∴
vN 1 v1 AeN 1 Ae l0 1 N 1 ' vN 1 Ae 1 vN 1 Ae
l0 AeN 1 Ae 1 ' N 1 Ae vN 1 Ae 1
若吸收剂中不含有被吸收组分，即
2016/7/1
C3适中 ，上段吸收快，在塔某板出现最大值。
2016/7/1
2016/7/1
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。
2016/7/1
2016/7/1
∴
vn1 An1vn1 vn Anvn
vn1 An1vn1 vn An 1
n＝1 时
v2 A0v0 v2 l0 v1 A1 1 A1 1 v3 A1v1 v2 A2 1
v2 l0 v3 A1 A1 1 A2 1
A
A
贫液，A少量+S
气体
气体，A+B
2016/7/1
吸收操作三大问题：
1.选择合适的溶剂； 2.实现气液传质、吸收气体； 3.溶剂的再生。
吸收操作中，吸收剂的性能是关键。 对吸收剂的要求是：溶解度大、对要吸收的气体选择性 好、溶剂的蒸汽压较低、易于再生等。 吸收设备主要有板式塔和填料塔。
2016/7/1
若溶质在气液两相中的浓度不高 (摩尔分数不超过0.1)， 可近似为恒摩尔流。
2016/7/1
（4）关键组分数目不同
精馏有两个关键组分， 吸收只有一个关键组分 这是由传质形式决定的，因为精馏为双向传质，
而吸收为单向传质。 3、吸收塔内组分分布 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。 图3—35 c、 d
i 组分被吸收掉的量 i 组分最大可能被吸收掉的量
来自百度文库
克雷姆塞尔方程 ＝相对吸收率 i
1) 左端＝
i i 2) 吸收剂中不含被吸收组分时，v0＝0 ，
3) 由克雷姆塞尔方程得到
A
N 1
A i 1 i
2016/7/1
两边取对数：
A i lg 1 i N 1 lg A
Ai N 1 Ai i N 1 Ai 1
3) 求尾气的组成和量
∵
i
vN 1,i v1,i vN 1,i v0,i
∴
v1,i (1 i )vN 1,i i v0,i
2016/7/1
且
v0,i
l0,i Ai
若吸收剂中不含有被吸收的 i 组分，即 则