分离工程 第4章 气体吸收和解吸
合集下载
分离工程 第4章 气体吸收和解吸
可以 , 但吸收效果不好 , 原因在于气、液两相 接触情况不好
(溶质，被吸收组分)
28
一、单纯吸收工艺流程
单塔单纯吸收流程图
多塔串联单纯吸收流程图
29
单纯吸收工艺流程
30单纯吸收工艺流程 Nhomakorabea31单纯吸收工艺流程
32
二、吸收-解吸法
• 该法用于气体混合物通过吸收方法将其分离 为惰性气体和易溶气体两部分的情况。 • 解吸的常用方法是使溶液升温，以减小气体 溶质的溶解度，所以在解吸塔底部没有加热 器，可用直接蒸汽和再沸器的形式，通过加 热器提供热量使易溶组分蒸出并从解吸塔顶 排出，解吸塔底的吸收剂经冷却再送往吸收 塔循环使用。 • 解吸塔也可采用精馏塔，可起到提高蒸出溶 质的纯度和回收吸收剂的作用。
规定了设计回收塔的分离要求 或尾气中i组分的最小浓度
41
3、吸收过程的平衡级 • 离开n板的气体混合物与离开n板的吸收 液达到相平衡，即 y i K i xi 4、计算内容 可调设计变量为1 操作型计算：指定为理论级数 设计型计算：指定为关键组分的吸收率 已知： V N 1 , y N 1 , TN 1 , x0 , T0 , p 和关键组分的分离要求 求：V1 , y1 , LN , x N , L0 , N 详细计算还应包括 Tn , Ln ,Vn
v N 1 l0 v1 l N v N 1 l0 v1 v N AN
v N 1 l0 v1 vN AN
45
对n级i组分作物料衡算：
vn ln vn1 ln1
vn An vn vn1 An1vn1
vn1 An1vn1 vn An 1
第4章 气体吸收和解吸
4.1多组分吸收和解吸过程分析
分离工程 第四章 气体吸收
ln
V
f2 x2
ln
H2
V
V m,2 ( p RT
p10 )
对于理想溶液，V
V m,2
0
V
则 f 2 H2 x2
V
在低压下，用平衡分压p2代替 f 2 ，变成亨
利定律的表达形式
p2
H
' 2
x2
若以浓度c2代替x2，则有 p2 H 2c2
• 亨利定律仅适用于理想溶液；
• 对于难溶气体，亨利定律有足够的正确性；
吸 收
• 1、吸收、解吸作用发生的条件
和
解 吸
吸收：溶质由气相溶于液相
过
程 简 捷
pi pi*
yi
y
* i
计 算
解吸：溶质由液相转入气相
pi
p
* i
yi
y
* i
2、吸收过程的限度
(Limitation of Absorption process)
4.3 多 组 分
• 塔釜： yi,N 1 Ki xi,N
分 • 每个级上由于组成改变而引起的温度变化，
析
可用泡露点方程定出
• 吸收要采用热量衡算来确定温度的分布
吸收和精馏的比较
4.1 多 组
• 吸收是根据各组分溶解度不同进行分 离的
分
吸 • 精馏利用组分间相对挥发度不同使组
收 和
分分离
解
吸
过 程
• 精馏有简单塔和复杂塔
分 析
• 最简单的吸收为复杂塔
4.1 多
⑷按吸收量的多少
组 分
①贫气吸收
吸 收
• 吸收量不大
和 解
• 恒摩尔流
第四章吸收解吸
SO 2
废气治理
很多工业废气中含SOX、NOX（主要是 SO2及NO），汞蒸汽等有害成分，虽然浓 度一般很低，但对人体和环境的危害甚大 ，而必须进行治理，这类环境保护问题在 我国已愈来愈受重视。选择适当的工艺和 溶剂进行吸收，是废气处理中应用较广的 方法。
二、吸收过程特点
吸收目的产物的同时也吸收了其他组分
逆过程为解吸。
三、分类
物理吸收 无化学反应。——进行了大量研究
化学吸收 1.可逆反应的化学吸收过程 难点；汽液平衡，化学反应速率 2.不可逆反应的化学吸收过程 难点：连串反应、不是瞬时完成的 反应。
多组分吸收不同塔段的吸收情况： （1） 难溶组分（即轻组分）通常只在靠近塔
顶的几级被吸收而在其余级上变化很小； （2）易溶组分（即重组分）主要在塔底附近
一、吸收因子法
1.吸收因子和解吸因子
吸收过程定义：
A=L/KV —— i组分的吸收因子或因素（省i）
a、无因次数群； b、L/V ↑，K↓ —— A ↑，有利于吸收； c、分离要求一定：A ↑，N ↓
N一定： A ↑，吸收程度 ↑ —— A的大小说明 吸收难易。
解吸过程定义：
S=KV/L=1/A —— i组分的解吸因子或因素
已知VL： 0.5544 解得L0 40.05
3、计算步骤总结
已知：
V N 1,yN 1,P ,T,x0, 关
求： N,V1,y1,i,L0,LN,xN,i
⑴确定关键组分的吸收率 关
⑵由 关 求 N
1）由 关 确定
L V min
N A关minVLminK1关关
L Vmi n关 K 关
用上式表示各组分在各板汽相量；
当 n1时：
吸收与解吸.ppt
来自吸收 塔的富液
被吸收气体 C4出装置
14
系统压力平衡
1.2
吸 收 塔 吸收塔
自压
解吸塔
自压
储罐
0.5
解 吸 塔
常压(0)
储罐
15
主要控制参数
控制器位号 描述 正常值 单位
PIC1003
PIC1004 PIC1005
D102压力控制
T102塔顶压力控制 T102塔顶压力控制
1.2
0.55 0.50
3
马林液 吸收H2S
应用
气中的醋酸
3
4
小组讨论
4
启 示
精馏与吸收的区别 分离混合物
精馏 液体 混合物 气体 混合物
依据原理
不同组分沸点 或挥发度差异 不同组分在同 一吸收剂溶解 度不同
5
吸收
基本概念
富气：要进行分离的混合气体富含溶质
称为富气。 贫气：被吸收后剩余的混合气体称为贫
气，又称为惰性气体或载体。
手动打开 PV1005 至70％ 启用再沸 器 E105
塔顶温度 高于50℃
保持热循 环十分钟
FIC1008与 TIC1007投串级
TIC1007稳定 到102℃时
启动泵P102A 建立回流
20
进富气 打开V1E101 阀，启用冷 凝器E101 逐渐打开富 气进料阀 V1T101， 开始进富气 手动控制调 节阀PV1003 使压力恒定 在1.2Mpa
21
保持冷 循环五 分钟
T102液位 LIC1004≥50
为吸收塔 T101进C6
T101液位 LIC1001≥50
LIC1004设 定在50％， 投自动
手动打开 LV1004，向 D-101倒油
化工分离工程：第4章 气体吸收
V2L RT
dp
整理得
d ln fˆ2L VmL,2 dp （T一定） x2 RT
V2L 为溶质在溶液中的偏摩尔体积，假定它与p和组成无关，取为常数 从温度T的纯溶剂蒸汽压 p1s（即 x2 0 ）到总压p对上式积分，并
以式（4-3）代入得
FLGC
ln fˆ2L ln fˆ2G ln H ' VmL,2 ( p p1s ) （T一定）
（4-3） （4-4）
由式（4-2）和（4-3）得到
(
fˆ2L x2
)T
,
p
Hp
fˆ2L x2
（4-5）
FLGC
依据热力学定律
(
fˆ2L p
)T
, x2
fˆ2L
(
ln fˆ2L p
)T
,
x2
fˆ2L (V2L
/ RT)
（4-6）
将式（4-5）和式（4-6）代入式（4-4）得
dfˆ2L fˆ2L
dx2 x2
• P175
FLGC
4.2 吸收和解吸过程
• 4.2.1 吸收和解吸过程流程
新鲜的或再生的吸收剂从塔顶进，
与塔中上升气流逆流接触，气相中
的溶质被吸收剂吸收。吸收剂与被
吸收的易溶组分一起从吸收塔底排
出后一般要把吸收剂与易溶组分分 离开，即解吸过程，分离后易溶组 分单独作为一种气体产品送出，而
氨气
NH3(吸收质、溶质) 空气(惰性气体，载体)
FLGC
吸收过程释放的热量在液体和气体中的最终分配很大程度 上取决于气液两股物流热容量的相对大小：
1) 如果在塔顶液相物流热容量明显大于气相物流热容量， 则上升气体的热量传给吸收剂，使离开塔的尾气温度与 进塔吸收剂的温度相近，此时，吸收所释放的全部热量 提高了吸收液的温度，从塔底移出。在接近塔底的塔段， 高温吸收液加热进塔气体，使部分热量返回塔中，引起 温度分布上出现极大值。
化工分离过程-吸收及解吸
—吸收率；Aj—第j板上的吸收因子；N
—理论板数
v N +1 - v1 = A1 A2 A3 AN + A2 A3 AN + + AN
v N +1
A1 A2 A3 AN + A2 A3 AN + + AN + 1
- l0 ( A2 A3 AN + A3 A4 AN + + AN + 1) v N +1 A1 A2 AN + A2 A3 AN + + AN + 1
简捷计算主要应用场合： （1）设计的初始阶段，为严格计算提供初值； （2）对操作进行粗略分析。
简捷计算法的常见类型： （1）平均吸收因子法（掌握） （2）平均有效吸收因子法（不要求） （3）蒸出（解吸）因子法（不要求）
重点介绍并掌握吸收因子法
复习： 吸收过程计算的图解梯级法
Y
YN+1 (gas in)
Horton-Franklin方程
关联了吸收率、吸收因子和理论板数
平均吸收因子法
各板吸收因子相同，并采用全塔平均吸收因 子代替各板上的吸收因子，以A表示。
Horton-Franklin方程可简化为： 相对吸收率
v N +1 - v1 = AN +1 - A =
v N +1 - v0 AN +1 - 1
l N + v1 = l0 + v N +1 l N = AN v N
vN
=
v N +1 - v1 + l0 AN
（3-71）
1 . .
n-1
vn
l n-1 n
第四章-气体吸收-分离工程-叶庆国主编PPT课件
m M
n N
a A
b B
，其值在理想溶液时为1，
则有
K
Ka K
cMm cNn cAa cBb
同时服从相平衡关系 pA HAcA
1
联立上述两式有
pA
H
.
A
cMm cNn KcBb
a
11
因为液相中单纯溶解的A的浓度必然高于 有化学反应后溶液中A的浓度，所以伴有 化学反应的平衡分压必定低于物理溶解 时的平衡分压，即溶解度变大。
对于易溶气体，亨利定律仅适用于 较低浓度范围；
在较高浓度时，其溶解度的值将比 亨利定律计算值低些。
.
8
4.1.2 伴有化学反应的吸收相平衡
当溶质在溶剂中发生解离、缔合或化 学反应时，亨利定律不再适用。
气体溶解于液相时，若与溶液中某些 组分发生化学反应，则该气体溶质的 气液平衡关系既服从相平衡关系，又 服从化学平衡关系。
VVm,2(pp10) RT
.
6
4.1.1 物理吸收的相平衡
对于理想溶液，V
V m ,2
0
V
f 2 H 2 x2
在低压下，用平衡分压p2代替，变成亨
利定律的表达形式 p2 H2'x2
若以浓度c2代替x2，则有 p2 H2c2
.
7
亨利定律仅适用于理想溶液；
对于难溶气体，亨利定律有足够的 正确性；
.
12
.
9
4.1.2 伴有化学反应的吸收相平衡
假设溶质A与溶剂中的B发生反应，其平
衡表示为 aA
HA aAbB Ka mM nN
则其化学反应的平衡常数为
KaaaM m A aaaB bN n ccM m A accB bN n
4.2 化工分离工程
操作型计算：已知入塔原料气的组成、温ห้องสมุดไป่ตู้、压力、流
量，吸收剂的组成、压力和温度，吸收塔操作压力，对关 键组分的分离要求和理论板数，计算塔顶加入的吸收剂量， 塔顶尾气量和组成，塔底吸收液量和组成。
2.吸收过程的特点
①原理不同 吸收是根据各组分溶解度不同进行分离的 精馏利用组分间相对挥发度不同使组分分离 ②塔式不同 精馏有简单塔和复杂塔 最简单的吸收为精馏中的复杂精馏
2.吸收过程的特点
③传质形式不同 吸收是单向传质，精馏是双向传质 在精馏操作中，汽液两相接触，汽相中的 较重组分向液相中传质（冷凝），液相中的 较轻组分向汽相中传质（汽化），所以传质 过程是在两相中交替进行 当轻、重组分的分子汽化潜热相近时，塔 内可以近似看作恒摩尔流
2.吸收过程的特点
④温度范围、变化不同 在精馏过程中，由于气化潜热与冷凝潜热 相互利用，在整个塔内的温度变化范围不是 很大，而且从塔顶向下，温度逐渐升高。 每块板上由于组成改变而引起的温度变化， 可用泡露点方程定出。 吸收要采用热量衡算来确定温度的分布。
可调设计变量数＝ 1 一旦规定了关键组分的分离要求，由于各组分在同一塔 内操作，塔板数相同，液气比一样，非关键组分的吸收率 和解吸率由它们各自的内在关系决定。
设计型计算：已知入塔原料气的组成、温度、
压力、流率，吸收剂的组成、温度、压力、 流率，吸收塔操作压力以及对关键组分的分 离要求，计算完成该吸收操作所需的理论板 数，塔顶尾气量和组成，塔底吸收液的量和 组成；
4.2 吸收和解吸过程
Multicomponent imbibition and distilation
4.2.1 吸收和解吸过程流程
1、单纯吸收工艺流程
2、吸收—解吸流程
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
10
⑴按组分的相对溶解度的大小 ②多组分吸收
气体混合物中具有显著溶解度的组分 不止一个, 吸收目的产物的同时也吸收了 其他组分。 如用油吸收法分离石油裂解气，除氩以 外，其它组分都程度不同的从气相溶到 吸收剂中。
11
⑵吸收过程有无化学反应
①物理吸收
所溶组分与吸收剂不起化学反应
②化学吸收
溶质与溶剂有显著的化学反应发生。
• 分离后易溶组分单独作为一种气体产品 送出，而吸收剂则再送回吸收塔内循环 使用。
27
欲分离氨气＋空气的混 合物，可选择水做溶剂， 因为氨水在水中的溶解度 最大，而空气几乎不溶于 水。流程如图所示
上述密闭容器能否用作 工业吸收设备？
氨气（浓度低）＋空气
密闭容器
水（溶剂）
氨气(浓度高)＋空气(惰性气体)
• 重组分（易溶组分）主要在塔底附近的若干级 上被吸收 • 关键组分在全塔范围内被吸收
25
§4-2 吸收和解吸过程流程
一、单纯吸收工艺流程 二、吸收-解吸法 三、吸收蒸出塔
26
§4-2 吸收和解吸过程流程
• 吸收剂与被吸收的易溶组分一起从吸收 塔底排出后，一般要把吸收剂与易溶组 分分离开，即解吸过程，解吸过程一般 可采用的方法有：加热升温；减压闪蒸； 精馏解吸。
3
二、工业生产中的吸收过程
1
2
3
4
净化或 精制气 体
分离 气体 混合物
将最终气
态产品制
成溶液或 中间产品
废气 治理
4
• ①净化或精制气体
• 为除去原料气中所含的杂质，吸收是最常用的 方法。 • 如用乙醇胺液脱出石油裂解气或天然气中的硫 化氢;乙烯直接氧化制环氧乙烷生产中原料气的 脱硫、脱卤化物;合成甲烷工业中的脱硫、脱
33
吸收-解吸法
34
吸收-解吸法
35
三、吸收蒸出塔
• 当吸收尾气中某些组分在吸收剂中有一定的溶解 度，为保证关键组分的纯度采用吸收蒸出塔，即 将吸收塔与精馏塔的提馏段组合在一起，原料气 从塔中部进入，进料口上面为吸收段，下部为蒸 出段，当吸收液（含有关键组分和其它组分的溶 质）与塔釜再沸器蒸发上来的温度较高的蒸汽相 接触，使其它组分从吸收液中蒸出，塔釜的吸收 液部分从再沸器中加热蒸发以提供蒸出段必须的 热量，大部分则进入蒸出塔内部使易溶组分与吸 收剂分离开，吸收剂经冷却后再送入吸收塔循环 使用。 • 一般只适用关键组分为重组分的场合。
v N 1 l0 v1 l N v N 1 l0 v1 v N AN
v N 1 l0 v1 vN AN
45
对n级i组分作物料衡算：
vn ln vn1 ln1
vn An vn vn1 An1vn1
vn1 An1vn1 vn An 1
可以 , 但吸收效果不好 , 原因在于气、液两相 接触情况不好
(溶质，被吸收组分)
28
一、单纯吸收工艺流程
单塔单纯吸收流程图
多塔串联单纯吸收流程图
29
单纯吸收工艺流程
30
单纯吸收工艺流程
31
单纯吸收工艺流程
32
二、吸收-解吸法
• 该法用于气体混合物通过吸收方法将其分离 为惰性气体和易溶气体两部分的情况。 • 解吸的常用方法是使溶液升温，以减小气体 溶质的溶解度，所以在解吸塔底部没有加热 器，可用直接蒸汽和再沸器的形式，通过加 热器提供热量使易溶组分蒸出并从解吸塔顶 排出，解吸塔底的吸收剂经冷却再送往吸收 塔循环使用。 • 解吸塔也可采用精馏塔，可起到提高蒸出溶 质的纯度和回收吸收剂的作用。
21
⑶传质形式不同 • 吸收是单向传质，精馏是双向传质 • 在精馏操作中，汽液两相接触，汽相中的 较重组分向液相中传质（冷凝）,液相中 的较轻组分向汽相中传质（汽化）,所以 传质过程是在两相中交替进行 • 当轻、重组分的摩尔汽化潜热相近时，塔 内可以近似看作恒摩尔流
22
⑷温度范围、变化不同
• 汽相：组分沸点差大，有些组分接近于临界 点——非理想气体 • 液相：吸收剂量大——稀溶液 • 在精馏过程中，由于汽化潜热与冷凝潜热相 互利用，在整个塔内的温度变化范围不是很 大，而且从塔顶向下，温度逐渐升高。 • 每个级上由于组成改变而引起的温度变化， 可用泡露点方程定出 • 吸收要采用热量衡算来确定温度的分布
15
⑸按汽液两相接触方式和采用的设备形式 ①喷淋吸收 • 填料塔或空塔：气、液两相都连续 • 淋降板塔：气相连续，液相分散 ②鼓泡吸收 • 鼓泡塔或泡罩塔：液相保持为连续相， 气相分离为小气泡通过液层
16
⑸按汽液两相接触方式和采用的设备形式 ③降膜吸收 • 降膜式吸收器，使气、液两相均连续， 用于吸收热效应大的情况。 吸收剂顺着管壁形成一层液膜，由于重 力作用而往下流动，原料气以一定的流 率逆流向上，两相在管壁中进行传质过 程，产生的吸收热通过管壁传给冷凝剂， 不断被冷凝剂带走。
17
• 每一具体的吸收过程以采用哪一种分类方 法为宜，完全视何种分类方法能较准确的 反映出该具体过程的特点来衡量
• 如采用油吸收法分离石油气，在进行吸收 计算时，应突出说明它是多组分吸收，在 计算进行过程中，应考虑到它是一个非等 温吸收，在比较采用何种设备时，应考虑 到使用鼓泡吸收还是喷淋吸收或其它等。
如用氢氧化钠或碳酸钠溶液吸收二氧化 碳、用稀硫酸吸收氨等过程。 化学反应能大大提高单位体积液体所能 吸收的气体量并加快吸收速率。但溶液解 吸再生较难。 12
②化学吸收
溶质与溶剂有显著的化学反应发生。
1)可逆反应的化学吸收过程 难点：汽液平衡，化学反应速率 2）不可逆反应的化学吸收过程 难点：连串反应、不是瞬时完成的反应
v2 A0 v0 v2 l0 n 1 v1 A1 1 A1 1
46
v2 l0 v3 A1 v3 A1v1 A1 1 n 2 v2 A2 1 A2 1
( A1 1)v3 A1l 0 v4 A2 v4 A2 v2 A1 A2 A2 1 n 3 v3 A3 1 A3 1
吸收：溶质由气相溶于液相
与液相组成xi 成平衡的气相 中i的分压和 摩尔分数
pi
* pi
yi y
* i
解吸：溶质由液相转入气相
pi
* pi
yi y
* i
40
2、吸收过程的限度
• 塔釜： yi , N 1
Ki
xi , N
确定了吸收液中组分的最大浓度 塔顶：
yi,1 Ki xi,0
规定了设计回收塔的分离要求 或尾气中i组分的最小浓度
41
3、吸收过程的平衡级 • 离开n板的气体混合物与离开n板的吸收 液达到相平衡，即 y i K i xi 4、计算内容 可调设计变量为1 操作型计算：指定为理论级数 设计型计算：指定为关键组分的吸收率 已知： V N 1 , y N 1 , TN 1 , x0 , T0 , p 和关键组分的分离要求 求：V1 , y1 , LN , x N , L0 , N 详细计算还应包括 Tn , Ln ,Vn
6
• ③将最终气态产品制成溶液或中间产品
• 将气体中需用的组分以指定的溶剂吸收出来，成
为液态的产品或半成品。 • 如用水吸收氯化氢气体制成盐酸； • 在甲醇蒸汽氧化后用水吸收甲醛蒸汽制甲醛溶液； • 用水吸收丙烯腈作为中间产物等。
7
• ④废气治理
• 很多工业废气中含SO2、NOx（主要是NO及
NO2），汞蒸汽等有害成分，虽然浓度一般很低，
36
吸收蒸出塔
只适用关键组分为重组分的场合
37
吸收蒸出塔
38
§4-3 多组分吸收和解吸过程简捷计算 一、吸收过程工艺计算的基本概念 二、吸收因子（吸收因素） 三、吸收因子法的基本方程 四、平均吸收因子法 五、平均有效吸收因子法
39
§4-3 多组分吸收和解吸过程简捷计算
• 一、吸收过程工艺计算的基本概念 • 1、吸收、解吸作用发生的条件
但对人体和环境的危害甚大，而必须进行治理， 这类环境保护问题在我国已愈来愈受重视。 • 选择适当的工艺和溶剂进行吸收，是废气处理中 应用较广的方法。
8
二氧化碳的吸收过程
9
三、吸收过程的分类
⑴按组分的相对溶解度的大小 ①单组分吸收 只有一个组分在吸收剂中具有显著的溶 解度，其它组分的溶解度均小到可以忽 略不计。 如制氢工业中，将空气进行深冷分离前， 用碱液脱出其中的二氧化碳以净化空气， 这时CO2仅在碱液中具有显著的溶解度， 而空气中的氮、氧、氩等气体的溶解度 均可忽略。
CO2;二氯乙烷生产过程中用水去除氯化氢等。
5
• ②分离气体混合物
• 用以得到目的产物或回收其中一些组分
• 如石油裂解气的油吸收，将C2以上的组分与甲烷、
氢分开；用N-甲基吡咯烷酮作溶剂，将天然气部
分氧化所得裂解气中的乙炔分离出来；焦炉气的
油吸收以回收苯；乙烯直接氧化制环氧乙烷生产 中,用吸收法分离反应气体中的环氧乙烷等。
23
⑸物料的预分布不同
• 精馏可按清晰分割和非清晰分割进行 物料的预分布 • 吸收每端既有进料，又有出料
• 需在确定满足关键组分分离要求所需 的理论板数的同时，做出物料预分布
24
⑹精馏有两个关键组分，吸收有一个关键 组分 ⑺组分分布不同
• 精馏过程，关键组分的浓度分布有极大值，非 关键组分在进料级上下形成几乎恒浓的区域 • 吸收过程，轻组分（即难溶组分）一般只在靠 近塔顶的几级被吸收，而在其余级上变化很小
第4章 气体吸收和解吸
4.1多组分吸收和解吸过程分析
4.2 吸收和解吸过程流程 4.3多组分吸收和解吸过程简捷计算 4.4 化学吸收
1
§4.1多组分吸收和解吸过程分析
⑴按组分的相对溶解度的大小 ②多组分吸收
气体混合物中具有显著溶解度的组分 不止一个, 吸收目的产物的同时也吸收了 其他组分。 如用油吸收法分离石油裂解气，除氩以 外，其它组分都程度不同的从气相溶到 吸收剂中。
11
⑵吸收过程有无化学反应
①物理吸收
所溶组分与吸收剂不起化学反应
②化学吸收
溶质与溶剂有显著的化学反应发生。
• 分离后易溶组分单独作为一种气体产品 送出，而吸收剂则再送回吸收塔内循环 使用。
27
欲分离氨气＋空气的混 合物，可选择水做溶剂， 因为氨水在水中的溶解度 最大，而空气几乎不溶于 水。流程如图所示
上述密闭容器能否用作 工业吸收设备？
氨气（浓度低）＋空气
密闭容器
水（溶剂）
氨气(浓度高)＋空气(惰性气体)
• 重组分（易溶组分）主要在塔底附近的若干级 上被吸收 • 关键组分在全塔范围内被吸收
25
§4-2 吸收和解吸过程流程
一、单纯吸收工艺流程 二、吸收-解吸法 三、吸收蒸出塔
26
§4-2 吸收和解吸过程流程
• 吸收剂与被吸收的易溶组分一起从吸收 塔底排出后，一般要把吸收剂与易溶组 分分离开，即解吸过程，解吸过程一般 可采用的方法有：加热升温；减压闪蒸； 精馏解吸。
3
二、工业生产中的吸收过程
1
2
3
4
净化或 精制气 体
分离 气体 混合物
将最终气
态产品制
成溶液或 中间产品
废气 治理
4
• ①净化或精制气体
• 为除去原料气中所含的杂质，吸收是最常用的 方法。 • 如用乙醇胺液脱出石油裂解气或天然气中的硫 化氢;乙烯直接氧化制环氧乙烷生产中原料气的 脱硫、脱卤化物;合成甲烷工业中的脱硫、脱
33
吸收-解吸法
34
吸收-解吸法
35
三、吸收蒸出塔
• 当吸收尾气中某些组分在吸收剂中有一定的溶解 度，为保证关键组分的纯度采用吸收蒸出塔，即 将吸收塔与精馏塔的提馏段组合在一起，原料气 从塔中部进入，进料口上面为吸收段，下部为蒸 出段，当吸收液（含有关键组分和其它组分的溶 质）与塔釜再沸器蒸发上来的温度较高的蒸汽相 接触，使其它组分从吸收液中蒸出，塔釜的吸收 液部分从再沸器中加热蒸发以提供蒸出段必须的 热量，大部分则进入蒸出塔内部使易溶组分与吸 收剂分离开，吸收剂经冷却后再送入吸收塔循环 使用。 • 一般只适用关键组分为重组分的场合。
v N 1 l0 v1 l N v N 1 l0 v1 v N AN
v N 1 l0 v1 vN AN
45
对n级i组分作物料衡算：
vn ln vn1 ln1
vn An vn vn1 An1vn1
vn1 An1vn1 vn An 1
可以 , 但吸收效果不好 , 原因在于气、液两相 接触情况不好
(溶质，被吸收组分)
28
一、单纯吸收工艺流程
单塔单纯吸收流程图
多塔串联单纯吸收流程图
29
单纯吸收工艺流程
30
单纯吸收工艺流程
31
单纯吸收工艺流程
32
二、吸收-解吸法
• 该法用于气体混合物通过吸收方法将其分离 为惰性气体和易溶气体两部分的情况。 • 解吸的常用方法是使溶液升温，以减小气体 溶质的溶解度，所以在解吸塔底部没有加热 器，可用直接蒸汽和再沸器的形式，通过加 热器提供热量使易溶组分蒸出并从解吸塔顶 排出，解吸塔底的吸收剂经冷却再送往吸收 塔循环使用。 • 解吸塔也可采用精馏塔，可起到提高蒸出溶 质的纯度和回收吸收剂的作用。
21
⑶传质形式不同 • 吸收是单向传质，精馏是双向传质 • 在精馏操作中，汽液两相接触，汽相中的 较重组分向液相中传质（冷凝）,液相中 的较轻组分向汽相中传质（汽化）,所以 传质过程是在两相中交替进行 • 当轻、重组分的摩尔汽化潜热相近时，塔 内可以近似看作恒摩尔流
22
⑷温度范围、变化不同
• 汽相：组分沸点差大，有些组分接近于临界 点——非理想气体 • 液相：吸收剂量大——稀溶液 • 在精馏过程中，由于汽化潜热与冷凝潜热相 互利用，在整个塔内的温度变化范围不是很 大，而且从塔顶向下，温度逐渐升高。 • 每个级上由于组成改变而引起的温度变化， 可用泡露点方程定出 • 吸收要采用热量衡算来确定温度的分布
15
⑸按汽液两相接触方式和采用的设备形式 ①喷淋吸收 • 填料塔或空塔：气、液两相都连续 • 淋降板塔：气相连续，液相分散 ②鼓泡吸收 • 鼓泡塔或泡罩塔：液相保持为连续相， 气相分离为小气泡通过液层
16
⑸按汽液两相接触方式和采用的设备形式 ③降膜吸收 • 降膜式吸收器，使气、液两相均连续， 用于吸收热效应大的情况。 吸收剂顺着管壁形成一层液膜，由于重 力作用而往下流动，原料气以一定的流 率逆流向上，两相在管壁中进行传质过 程，产生的吸收热通过管壁传给冷凝剂， 不断被冷凝剂带走。
17
• 每一具体的吸收过程以采用哪一种分类方 法为宜，完全视何种分类方法能较准确的 反映出该具体过程的特点来衡量
• 如采用油吸收法分离石油气，在进行吸收 计算时，应突出说明它是多组分吸收，在 计算进行过程中，应考虑到它是一个非等 温吸收，在比较采用何种设备时，应考虑 到使用鼓泡吸收还是喷淋吸收或其它等。
如用氢氧化钠或碳酸钠溶液吸收二氧化 碳、用稀硫酸吸收氨等过程。 化学反应能大大提高单位体积液体所能 吸收的气体量并加快吸收速率。但溶液解 吸再生较难。 12
②化学吸收
溶质与溶剂有显著的化学反应发生。
1)可逆反应的化学吸收过程 难点：汽液平衡，化学反应速率 2）不可逆反应的化学吸收过程 难点：连串反应、不是瞬时完成的反应
v2 A0 v0 v2 l0 n 1 v1 A1 1 A1 1
46
v2 l0 v3 A1 v3 A1v1 A1 1 n 2 v2 A2 1 A2 1
( A1 1)v3 A1l 0 v4 A2 v4 A2 v2 A1 A2 A2 1 n 3 v3 A3 1 A3 1
吸收：溶质由气相溶于液相
与液相组成xi 成平衡的气相 中i的分压和 摩尔分数
pi
* pi
yi y
* i
解吸：溶质由液相转入气相
pi
* pi
yi y
* i
40
2、吸收过程的限度
• 塔釜： yi , N 1
Ki
xi , N
确定了吸收液中组分的最大浓度 塔顶：
yi,1 Ki xi,0
规定了设计回收塔的分离要求 或尾气中i组分的最小浓度
41
3、吸收过程的平衡级 • 离开n板的气体混合物与离开n板的吸收 液达到相平衡，即 y i K i xi 4、计算内容 可调设计变量为1 操作型计算：指定为理论级数 设计型计算：指定为关键组分的吸收率 已知： V N 1 , y N 1 , TN 1 , x0 , T0 , p 和关键组分的分离要求 求：V1 , y1 , LN , x N , L0 , N 详细计算还应包括 Tn , Ln ,Vn
6
• ③将最终气态产品制成溶液或中间产品
• 将气体中需用的组分以指定的溶剂吸收出来，成
为液态的产品或半成品。 • 如用水吸收氯化氢气体制成盐酸； • 在甲醇蒸汽氧化后用水吸收甲醛蒸汽制甲醛溶液； • 用水吸收丙烯腈作为中间产物等。
7
• ④废气治理
• 很多工业废气中含SO2、NOx（主要是NO及
NO2），汞蒸汽等有害成分，虽然浓度一般很低，
36
吸收蒸出塔
只适用关键组分为重组分的场合
37
吸收蒸出塔
38
§4-3 多组分吸收和解吸过程简捷计算 一、吸收过程工艺计算的基本概念 二、吸收因子（吸收因素） 三、吸收因子法的基本方程 四、平均吸收因子法 五、平均有效吸收因子法
39
§4-3 多组分吸收和解吸过程简捷计算
• 一、吸收过程工艺计算的基本概念 • 1、吸收、解吸作用发生的条件
但对人体和环境的危害甚大，而必须进行治理， 这类环境保护问题在我国已愈来愈受重视。 • 选择适当的工艺和溶剂进行吸收，是废气处理中 应用较广的方法。
8
二氧化碳的吸收过程
9
三、吸收过程的分类
⑴按组分的相对溶解度的大小 ①单组分吸收 只有一个组分在吸收剂中具有显著的溶 解度，其它组分的溶解度均小到可以忽 略不计。 如制氢工业中，将空气进行深冷分离前， 用碱液脱出其中的二氧化碳以净化空气， 这时CO2仅在碱液中具有显著的溶解度， 而空气中的氮、氧、氩等气体的溶解度 均可忽略。
CO2;二氯乙烷生产过程中用水去除氯化氢等。
5
• ②分离气体混合物
• 用以得到目的产物或回收其中一些组分
• 如石油裂解气的油吸收，将C2以上的组分与甲烷、
氢分开；用N-甲基吡咯烷酮作溶剂，将天然气部
分氧化所得裂解气中的乙炔分离出来；焦炉气的
油吸收以回收苯；乙烯直接氧化制环氧乙烷生产 中,用吸收法分离反应气体中的环氧乙烷等。
23
⑸物料的预分布不同
• 精馏可按清晰分割和非清晰分割进行 物料的预分布 • 吸收每端既有进料，又有出料
• 需在确定满足关键组分分离要求所需 的理论板数的同时，做出物料预分布
24
⑹精馏有两个关键组分，吸收有一个关键 组分 ⑺组分分布不同
• 精馏过程，关键组分的浓度分布有极大值，非 关键组分在进料级上下形成几乎恒浓的区域 • 吸收过程，轻组分（即难溶组分）一般只在靠 近塔顶的几级被吸收，而在其余级上变化很小
第4章 气体吸收和解吸
4.1多组分吸收和解吸过程分析
4.2 吸收和解吸过程流程 4.3多组分吸收和解吸过程简捷计算 4.4 化学吸收
1
§4.1多组分吸收和解吸过程分析