化工原理 第9章 气体吸收

这是一个关于第9章 气体吸收的思维导图，吸收的定义，利用气体混合物中各组分在液体溶剂中的溶解度的差异来分离气体混合物的操作。

第9章 气体吸收

• 概述
  • 吸收的定义
    • 利用气体混合物中各组分在液体溶剂中的溶解度的差异来分离气体混合物的操作
  • 吸收的目的
    • 制取产品
    • 从气体中回收有用的组分
    • 除去有害组分以净化气体
  • 吸收分类
    • 物理吸收，化学吸收
    • 等温吸收，非等温吸收
    • 单组分吸收，多组分吸收
  • 吸收设备、流程
    • 吸收设备—塔设备
      • 板式塔
      • 填料塔
    • 吸收流程
      • 单一吸收塔流程
      • 多塔吸收流程
      • 吸收剂在吸收塔内再循环流程
      • 吸收-解吸流程
  • 吸收剂的选择
    • 溶解度
      • 对溶质组分有较大的溶解度
    • 选择性
      • 对溶剂组分有良好的选择性，即对其他组分基本不吸收或吸收甚微
    • 挥发性
      • 应不易挥发
    • 粘性
      • 粘度要低
    • 其他
      • 无毒、无腐蚀性、不易燃烧、不发泡、价廉易得，并具有化学稳定性等要求
• 气液相平衡（溶解平衡）
  • 溶解度
    • 气液达到相平衡时，液相中的溶质浓度
    • 独立变量：温度、总压、气相组成、溶解度等
    • 说明
      • ①不同气体的溶解度差异很大
      • ②对于稀溶液，有亨利定律
  • 亨利定律
    • • 溶解度系数是物性，通常由实验测定。可从有关手册中查得。 H越大，表明溶解度越大，越易溶； H随温度变化而变化，一般地，T越大，H越小。
    • • E越大，表明溶解度越小； E随温度变化而变化，T越大，E越大。
    • • m越大，表明溶解度越小； m随温度、总压变化而变化，T越大，m越大，P越大，m越小。
• 吸收过程模型及吸收速率方程
  • 吸收速率方程
    • 分吸收速率方程
    • 总吸收速率方程
  • 吸收速率方程的分析
    • 关于传质推动力
      • 操作点P离平衡线越近，总推动力越小
    • 关于传质阻力
      • 气膜控制（易溶体系）
      • 液膜控制（难溶体系）
      • 双模控制
        • 气膜阻力和液膜阻力均不可忽略
      • 影响传质阻力的因素
        • 气液流动状况
        • 操作条件（温度、压力）
        • 物性（扩散系数、粘度等）
• 二元低浓气体吸收（或脱吸）的计算
  • 计算项目主要有： ①吸收剂用量 ②塔的主要工艺尺寸 （包括塔径D、填料层高度H或塔板数N）
  • 物料衡算和操作线方程
    • 全塔物料衡算
      • 对溶质A，有气相的减少速率=液相的增加速率
      • 回收率
    • 操作线方程
      • 对塔上部任一段的A组分作质量衡算
    • 对于低浓气体（通常yb＜10%）
  • 吸收剂用量的确定
    • 吸收塔设计中，吸收剂用量改变对吸收过程的影响：
    • 思考
      • 若实际操作时，液气比小于或等于最小液气比，吸收塔是否能操作？将会发生什么现象？
      • 能操作，但达不到指定的吸收要求；最小液气比只对设计型问题有意义。
    • 最小液气比的计算
  • 塔径的计算
  • 低浓度气体吸收时填料层高度
    • 填料层高度的一般计算式
    • 低浓气体吸收时
      • 特征条件
      • 计算公式
        • • 气相总传质单元高度HTU ， （Height of Transfer Unit）
            • 气相传质系数ky 气相总传质系数Ky 气相总体积传质系数Kya
          • 气相总传质单元数，无因次
      • 传质单元
        • 概念
          • 每一段气相（或液相）组成的变化量=该段气相（或液相）总平均传质推动力
        • 传质单元高度HTU
          • 每个传质单元对应的填料层高度， 常用吸收设备的HTU约为0.15～1.5m。
          • 影响传质单元高度HTU的因素： 流动状况、物系、填料特性和操作条件
        • 传质单元数
          • 若吸收过程的传质推动力（y-y*）越小或分离要求（yb-ya）越高，则Nog越大。
          • 计算
            • （1）平衡线为直线时
              • 对数平均推动力法
              • 吸收因数法
                • 当S=1时，Nog=？
              • 对比
                • 相同点
                  • 都适用于低浓、平衡线为直线的情况
                • 不同点
                  • 前者涉及四个浓度，后者涉及三个浓度， 故后者特别适用于操作型问题的求解
            • （2）平衡线不为直线时
              • 图解（或数值）积分法
              • 近似梯级法（贝克Baker法）
                • 作图步骤
                • 思考
                  • 为什么梯级数就是气相总传质单元数？
                  • 操作线距平衡线越近，则Nog如何变化？
      • 回收率
  • 高浓气体吸收时填料层高度计算
    • 特点
      • 气相流率G沿塔高有明显变化，至于液相流率L，则仍可作为常数。操作线不为直线。
      • 气相传质系数ky在全塔范围内不再为一常数， 液相传质系数kx由于液相流率变化不显著，则仍可作为常数。
      • 热效应对相平衡关系的影响不可忽略。平衡线可能不为直线。 溶解热导致液相温度升高，相平衡常数m增大，不利于吸收。
    • 全塔物料衡算
    • 填料层高度的一般计算式
  • 解吸（脱吸）
    • 解吸方法
      • 减压解吸（闪蒸）
      • 应用解吸剂进行解吸—吸收的逆操作 常用解吸剂：惰性气体、水蒸气或贫气等
        • 气提：解吸剂用惰性气体或贫气
        • 汽提或提馏：解吸剂用水蒸汽
    • 低浓气体解吸时
      • 特点
        • 全塔物料衡算、操作线方程、填料层高度计算式与吸收时的完全相同
        • 最小气液比
• 其他类型吸收
  • 多组分吸收
    • 复杂之处：各组分的溶解平衡关系相互影响，而且塔内气液两相流率不能 看作一成不变，气体溶解热所引起的温度变化不能忽略。
  • 化学吸收
    • 化学吸收有很高的选择性及较高的吸收速率
  • 非等温吸收
    • 热效应产生的原因：溶解热、发应热、冷凝热等
    • 热效应对吸收过程的影响
      • ①改变平衡线的位置
      • ②改变吸收速率 温度升高，使kG下降，kL增大
• 吸收过程的传质系数
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