化工分离过程第三章第一讲吸收

SO3+H2O（H2SO4）
H2SO4（浓硫酸）
原料
HCHO+H2O
福尔马林
(NH4)2CO3+CO2+H2O
2 NH4HCO3
CA
典型工艺流程
吸收剂需要再生的流程
使用对象：气体的净化或回收。 流程特点：至少有两个塔（吸收塔和再生塔）。
①减压冷再生 应用实例： ②气提冷再生
③间接蒸汽热再生
吸收剂需要再生流程应用实例
净化气
废气 泡沫
蒸汽
气体
惰性气体
吸收剂需要再生流程应用实例
减压冷再生流程
原理：利用间接蒸汽升高温度，改 变液面上活性组分的平衡分压，加 速解吸速率。
实例：化学吸收（可逆反应） 热钾碱法吸收CO2； 柠檬酸钠法吸收SO2。
过程能耗是考核的关键指标 。 采用化学再生，转化为其他产品，
或与其他工业过程有机结合是降低 能耗的有效方法之一。
G,y
L,x2
2
y
Sபைடு நூலகம்
dh
y+dy
G,y1
L,x1
气液相平衡
相平衡时: T G T L , PG PL
fˆiG fˆiL (i 1, c)
物理溶解时相平衡
低浓度理想溶液
Pi H i xi
Pi Py（i Hi为亨利系数）
亨利定理变形：
yi
Hi P
xi
yi
mi xi
mi
Hi P
或者
Pi
Hi CM
Ci
Pi
H iCi
H i
Hi CM
关于H系数的几点说明
1、Hi f(T、溶剂性质、溶质性质) 2、pi一定，Hi越大，CAi越小； 3、T ，H ，但CAi ； 4、Hi与溶液的组成、总压无关； 5、Hi的适用范围：
1) 难溶气体； 2） 低浓度的易溶气体； 3） 化学平衡时，未反的溶质 稀溶液。 一般情况 P 0.1MPa。
0 A
C
* A
C
* M
化学平衡：
K
C
* M
C
* A
C
* B
C
0 A
C
* A
C
A* C
* B
溶解平衡：
PA
H
AC
* A
H
A
( 1
C
0 A
K C
* B
)
C
* A
C
0 A
1
K
C
* B
当CB C A
时，
C
* B
C
0 B
由此可见：
物理吸收：
PA
H
AC
* A
化学吸收：PA
H
AC
0 A
1 K CB0
产物离解系统
(Cl2-H2O，CO2-H2O，SO2-H2O)
A( g )
H A A(l) B(l) K M (l) K1 K A
离解平衡常数：K1
C C K A CM
忽略溶液中水的离解: CK C A CA K1CM
化学平衡常数:
K CM CBCA
CM K CACB
物料衡算:
溶液中A的起始浓度:
化学平衡：
Ka
aMm aNn
a
aa b
AB
CMm
C
n N
C
Ca b
AB
m M
Aa
n N b B
K
Ka Kr
CMm
C
n N
C
Ca b
AB
（1）
溶解平衡： PA H AC A
（2）
X1
物料衡算式：
C
0 A
CA
CM
C
0 A
CA CM a
m
(a m) （3） (a m)
平衡组成由化学平衡和溶解平衡共同确定 （即Ci同时满足化学平衡和溶解平衡）
传质过程同时受到平衡和扩散的控制， 化学吸收过程反应与分离耦合；
气体热容小，液体热容大，溶质浓度较 低，且存在溶剂汽化冷凝，过程的温度 变化较小；
吸收操作多采用连续逆流接触式设备 （如填料塔）；
研究的理论和方法--微分理论。
微分理论
d (Gy) d (Lx) NASdh
(K xa)(xe x)Sdh
减压冷再生流程
原理：通过改变P，改变相平衡， 使溶质解吸。
实例：以碳酸丙烯酯为溶剂，脱除 合成氨原料气中CO2的过程。
工艺对气体净化度要求是过程经济 性的关键
进气
净化气 再生气Ⅰ 再生气Ⅱ 再生气Ⅲ
吸收剂需要再生流程应用实例
气提冷再生流程
原理：用惰性气体降低溶质在气相的分压促使解吸。 适用：溶质不必回收的场合或稀释溶质在气相的含量。 问题：二次污染，资源的再利用。
分离工程
第三章 吸 收
目录
吸收过程概述 气液相平衡 传质理论 传质速率与传质系数 化学吸收与增强因子
吸收过程的设计
吸收过程的应用
1 获得液相产品 2 气体混合物的分离 3 气体的净化
a 原料气的净化 b 尾气的净化 4 回收有价值的组分
典型工艺流程
吸收剂无需再生的流程 溶剂 使用对象：主要用于制备液相产品。 流程特点：吸收剂不再生，循环操作。 应用实例：
吸收操作的分类
依据吸收的机理可分成
物理吸收（水、甲醇-CO2）
极限：溶解平衡=f(T, P) 达到平衡的速率： N A f (C, KG ) 过程是可逆的，且热效应较小。
化学吸收（K2CO3-CO2）
极限：相平衡= f (T,P,反应组分B) 达到平衡的速率：N A f (C, KG , Kr) 由于有化学反应，过程热效应较大，必须热再
高浓度非理想溶液
当气液平衡时，
fˆiG
Pyiˆ
G i
fˆi L
fi0L xi i
H
i
xi
* i
mi
yi xi
H
i
* i
Pˆ
G i
两组分溶解的气液平衡关系可用下列方程：
ln
fiL xi
ln Hi
A RT
(1
x02 )
伴有化学反应时的相平衡
A( g )
H A
P
aA(l) bB(l) K mM nN
生。
物理化学吸收（甲醇-有机胺）
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：
气吸相收(g过) 程溶解进入液相(l)
T (G) TC
汽精相馏(V过) 程冷凝进入
汽化进入
液相（L） T (V ) TC
吸收操作的特点
溶解平衡过程，相际传质速率和传质面 积等成为重要的影响因素；
由化学平衡式（1、2、3式）求得Ci，带入Pi=H’Ci， 求得相平衡时 PA f (ci ) 的关系式：
PA
H ACA
H
A
(
CMm CNn K CBb
)1 a
分几种情况讨论
产物不离解系统(NH3-H2O)
A( g )
H A A(l) B(l) K M (l)
溶液中A的初始浓度
C
0 A
：C
(K ya)( y ye )dh
H
h
dh
y1
d (Gy)
0
y2 K y aS ( y ye )
H
h
dh
x2
d (Lx)
0
x1 K x aS ( xe x)
L
x2 dx
H H OL NOL K x aS x1 xe x
L
y1 dy
HOGNOG
K y aS y2 y ye
C
0 A
CA
CM
CA
C0A CA K CACB K1KCACB