第八单元气体吸收

化工原理气体吸收天大，吸收操作所用的液体溶剂称为吸收剂,以S表示;混合气体中,能够显著溶解于吸收剂的组分称为溶质,以A表示;而几乎不被溶解的组分统称为惰性组分或载体,以B表示;所得到的溶液称为吸收液(或溶液),

气体吸收

• 概述
  • 吸收过程的原理和流程
    • 吸收操作所用的液体溶剂称为吸收剂,以S表示;混合气体中,能够显著溶解于吸收剂的组分称为溶质,以A表示;而几乎不被溶解的组分统称为惰性组分或载体,以B表示;所得到的溶液称为吸收液(或溶液),它是溶质A在溶剂S中的溶液;被吸收后排出的气体称为吸收尾气,其主要成分为惰性气体B,但仍含有微量未被吸收的溶质A。
    • 吸收操作示意图
  • 气体吸收的分类
    • (1)吸收过程按溶质与吸收剂之间是否存在化学反应可分为物理吸收和化学吸收。
    • (2）吸收过程按被吸收组分数目的不同,可分为单组分吸收和多组分吸收。
    • (3）吸收过程按溶质组成的不同,可分为低组成吸收和高组成吸收。
    • (4)吸收过程按温度的变化情况,可分为等温吸收和非等温吸收。
  • 吸收剂的选择
    • 溶解度
    • 选择性
    • 挥发度
    • 黏度
    • 其他
• 吸收过程相平衡关系
  • 气体在液体中的溶解度
    • 溶解度与溶解曲线
      • 气体在液体中的溶解度是指气体在液体中的饱和组成。气体在液体中的溶解度可通过实验测定,由实验结果绘成的曲线称为溶解度曲线。
    • 温度和压力对溶解度的影响
      • 同一溶质
        • (1）对同一溶质,在相同的气相分压下,溶解度随温度的升高而减小。
        • (2)对同一溶质,在相同的温度下,溶解度随气相分压的升高而增大
        • 由上述规律可看出,加压和降温有利于吸收操作,因为加压和降温可提高气体溶质的溶解度。反之,减压和升温则有利于解吸操作。
      • 不同溶质
        • （1）吸收剂，t、p一定时，不同物质溶解度不同
        • （2）同t下达到相同溶解度时，不同溶质所需饱和分压不同，易溶气体所需的分压低，溶液上方平衡分压越大的物质越难容
  • 亨利定律
    • 亨利定律表达式
      • • 溶解度↑，E↓
        • 根据E、H和m值可以比较不同气体溶解度的大小。E值越大、H值越小,m值越大,则表明该气体的溶解度越小。
    • 各系数的换算关系
  • 相平衡关系的应用
    • 判断传质过程的方向：
      • 当气,液两相接触时,可利用气液平衡关系确定一相与另一相呈平衡的组成,将其与该相的实际组成比较,即可判断传质过程的方向
        • 若Y>Y*或X<X*,则为吸收过程;
        • 若Y=Y*或X=X*,则两相呈平衡状态;
        • 若Y<Y*或X>X*,则为解吸过程。
    • 确定传质过程的推动力
      • 吸收过程的推动力通常以某一相的实际组成与平衡组成的偏离程度表示。
        • 设在吸收塔某截面处溶质在气、液两相的组成分别为Y和X,则Y一Y*称为以气相组成差表示的吸收推动力;X*一X称为以液相组成差表示的吸收推动力。
    • 确定传质过程的极限
      • • 若增加塔高或减小吸收剂用量(即减小液气比),则吸收液的组成X1，会增加,但X1的极限组成为
        • 同理,若增加塔高或增加吸收剂用量(即增加液气比),则尾气的组成Y。会减小,但Y的极限组成为
• 吸收过程速率关系
  • 膜吸收速率方程式
    • 气膜吸收速率方程式
      • 气膜阻力
    • 液膜吸收速率方程式
      • 液膜阻力
      • 概要
  • 总吸收速率方程式
    • 气相总吸收速率方程式
      • 气相总阻力
    • 液相总吸收速率方程式
      • 液相总阻力
  • 各种吸收系数之间的关系
    • 总吸收系数与膜吸收系数之间的关系
      • • 对于易溶气体,H值很大(或m 值很小),故KG≈kG(或Ky≈ky),这种情况称为“气膜控制”。
        • 对于难溶气体,H值很小(或m值很大),故KL≈kL(或Kx≈kx),这种情况称为“液膜控制”
    • 各膜吸收系数之间的关系
      • 当系统总压不高
    • 各总吸收系数之间的关系
      • 系统总压不高，稀溶液
• 低组成气体吸收的计算
  • 物料衡算与操作线方程·
    • 全塔物料衡算
      • 溶质回收率φA
    • 操作线方程与操作线
      • 操作线方程
      • 液气比L/V
  • 吸收剂用量的确定
    • 最小液气比
      • 这是理论上吸收液所能达到的最高组成,但此时吸收过程的推动力已变为零,因而需要无限大的相际接触面积,即吸收塔需要无限高的填料层。这在工程上是不能实现的,只能用来表示一种极限的情况。
        • Y1、Y2、X2已知
        • 最小液气比
          • 纯溶剂吸收，X2=0
    • 适宜的液气比
  • 塔径的计算
  • 吸收塔有效高度的计算
    • 传质单元数法
      • 基本计算公式
      • 传质单元高度与传质单元数
        • 填料层高度Z
          • HOG气相总传质单元高度
          • NOG气相总传质单元数
          • HOL液相总传质单元高度
          • NOL气相总传质单元数
        • 传质单元高度H
          • 传质单元高度反映了传质阻力的大小、填料性能的优劣及润湿情况的好坏。吸收过程的传质阻力越大,填料层有效比表面越小,则每个传质单元所相当的填料层高度就越大。
        • 传质单元数G
          • 传质单元数代表所需填料层总高度Z相当于气相总传质单元高度HOG的倍数,它反映吸收过程进行的难易程度。生产任务所要求的气体组成变化越大,吸收过程的平均推动力越小,则意味着过程的难度越大,此时所需的传质单元数也就越大。
      • 传质单元数的确定
        • 解析法
          • 脱吸因数法
            • • 脱吸因数S=mV/L为平衡线斜率与操作线斜率比值
              • 吸收因数A=L/mV
          • 对数平均推动力法
            • 其中
        • 数值积分法(辛普森)
    • 等板高度法
      • 基本计算公式
      • 理论级数的确定
        • 梯级图解法
          • ①在直角坐标系中分别标绘出操作线及平衡线
          • ②在操作线与平衡线之间,从塔顶开始逐次画由水平线和铅垂线构成的阶梯,直至与塔底的组成相等或超过此组成为止。
          • ③由图得出所绘的阶梯数,即为吸收塔所需的理论级数。
        • 解析法
• 化工201 26 杨烨铭