第四章气体 吸收

哈顿-富兰克林方程
讨论：
⑴式的左端
v N 1 v1 i组分被吸收掉的量 吸收率 i v N 1 i组分加入量
⑵Horton-Franklin方程关联了吸收率、吸收因子(液 气比，K)和N
⑶该式适用于所有组分和所有平衡级，但因K=f（T、P、 x,y）、A、液气比和组成几个因素相互联系，又相互牵 制，须用试差法求解 。
1a
4.2吸收和解吸过程
4.2.1吸收和解吸过程流程 4.2.1.1单纯吸收工艺流程
4.2.1.2伴有吸收剂再生循环的吸收—解吸流程
用蒸汽或惰气的蒸出塔的吸收流程
尾气
吸收剂 吸 收 塔 蒸出气
原料 气体
蒸 出 塔
蒸出用 气体
吸收液
用再沸器的蒸出塔的吸收流程
尾气 补加吸 收剂 吸 收 塔 再 沸 蒸 出 塔
将之代入哈顿-富兰克林方程式并整理得：
vN 1 v1 A A N 1 vN 1 v0 A 1
vN 1 v1 — 实际被吸收量 vN 1 v0
N 1
A lg 1 N 1 lg A
— 最大吸收量(塔顶气液相达到平衡时 )
vN 1 v1 相对吸收率 vN 1 v0 vN 1 v1 当L0不含溶质时吸收率 vN 1
1） V , A 性，一般
L
i
i ，前提是吸收剂的价格，经济
L
虑设备问题和操作费用；
L 2） V 一定, T一定, P K i A i i ，但应考
V
(1.2 ~ 2) L
V ；
min
L 一定, P一定, T K i A i i V
yi , N 1 Ki
原料 VN+1 yN+1 N 吸收液LN xN
塔底 xi , N
4.3.1.3吸收过程的平衡级
若离开某级的气体混合物和吸收液达到平 衡，则此吸收塔级称为一个平衡级。 4.3.1.4吸收过程的计算内容 已知： N 1 , V 求：
y N 1 , TN 1 , x0 , T0 , p
li ,0 0
有vi ,0 0
vN 1 v1 vN 1 v1 i i vN 1 v0 vN 1
新鲜吸收液，
i i
③求解思路
关、A关 N i
(式428)或图412 （ 式426）或 图4-12
A关 L VK 关
Tn
判断 Tn Tn'
若不符，重新设值再行计算
4.3.2.2 平均吸收因子法 ⑴克雷姆塞尔方程的导出 假设： ①全塔温度变化不大（T取平均值），Ki 可视 为常数； ②V、L沿塔变化不大，取全塔平均值；
③溶液是理想溶液或接近理想溶液（稀溶液）
则有Ai,1 Ai,2 Ai,n Ai, N Ai，均
试差步骤：
①设：
T1 , T2 ,TN

相平衡
Ki ,n
V1,V2 ,VN 物料衡算
Ai L KiV
L1 , L2 , LN
Ki ,n ,Vn , Ln Ai ,n
②由
Ai ,n
vi , n
③校核：
vi,n Vn ? 由热量衡算计算各级
Vn yi,n Ln-1 xi,n-1
vn1 ln1 ln vn
②相平衡
yi ,n K i ,n xi ,n vi ,n Vn K i ,n li ,n Ln 整理得：
Vn+1 yi,n+1 Ln xi,n
n
Ln vi ,n Ai ,n vi ,n li ,n K V i ,n n
亨利定律只反映气相中P2与液相中未反应的溶 质浓度的关系。
化学反应的溶解度大于物理过程的溶解度
a a c c Ka HA K a a cc a aA bB m M nN
aA
m n M N a b A B m M a A n N b B
设溶质A与溶剂中的B发生反应
1个 1个
2个 5个
4.3. 多组分吸收和蒸出的简捷计算法
4.3.1吸收过程工艺计算的基本概念 4.3.1.1 吸收、解吸作用发生的条件
pi p
i
i
Hale Waihona Puke yi yi yi吸收 解吸
尾气 V1 y1
pi p
塔顶
yi
吸收剂 L0 x0 1
4.3.1.2 吸收过程的限度
yi ,1 Ki xi,0
蒸出气
原料 气体
吸收液
用蒸馏塔的吸收流程
尾气
补加吸 收剂
吸 收 塔 再 沸 蒸 出 塔 吸收质
原料 气体
吸收液
4.2.2 多组分吸收和蒸出过程分析
4.2.2.1吸收和蒸出过程的设计变量数和关键组分
吸收塔
蒸出塔
Nx：
吸收剂 C‵+ 2 原料气 C+2 压力等级数 N 和 C+C‵+4+N
Nx：
蒸出剂 C‵+ 2 吸收液 C+2 压力等级数 N 和 C+C‵+4+N
0 A 1
A1
A N 1 A A lim i lim N 1 A N N A 1 1
关 1
A N 1 A lim i lim N 1 1 N N A 1 lim 关 A关
N
④N一定，Ai↑ i 。
（3）吸收因子法在计算中的应用
①已知条件
VN 1、yi , N 1 VF、yi , F P、T，吸收剂的种类， 分离要求 y关，或关 。 1
②计算任务
求取：N、L0、V1、yi ,1、LN、xi , N 和i。
③ 步骤及概念 1）关键组分的吸收率 关 、K关的确定 可由分离要求直接得到或经简单计算求得 关 ；K关由给定操作温度压力通过查图或计算得到
此外：
1.若吸收剂挥发性明显，在塔底几块板上部分汽化，使
该汽化的吸收剂与进料气中吸收剂的含量趋于平衡。
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 热过程外，还有传质过程发生。——复杂性大
关键组分的分离要求
V1 , y1 , LN , x N , L0 , N
Tn , Ln ,Vn
详细计算还求
吸收因子和蒸发因子
L 吸收因子定义式 A KV KV 1 蒸出因子定义式 ＝ S ＝ L A
4.3.2 吸收因子法 4.3.2.1哈顿-富兰格林方程的推导
（1）基本方程 ①物料平衡 Vn1 yi ,n1 Ln1 xi ,n1 Vn yi ,n Ln xi ,n
m n M N a b A B
理想溶液Kγ=1 相平衡关系
m n cM cN cA Kc b B
Ka c c K K c c
m n M N a b A B
p A H Ac A

1a
pA
m n cM cN H A Kc b B

吸收和精馏的对比 ：
操作类型
任务 分离依据
吸收
分离气体混合物 溶解度不同
精馏
分离液体混合物 相对挥发度不同 双向g↔l 气、液相为饱和状态 原料液塔中部加入
可在塔顶塔底分别得到产 品
传质过程 单向g→l 板上汽液状态 气相过热，液相过冷 气相自塔底入，液自 进料位置
塔顶入
产品
关键组分 Na
塔顶得产品，吸收液 需进一步分离
4.2.2.3 吸收塔内组分分布
分布曲线（图4-7 c、d）： 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。 C3适中 ，上段吸收快，在塔某板出现最大值。
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。
4.2.2.4 吸收和解吸过程的热效应
吸收 g 放热 l 液体温度沿塔向下↑； 蒸出 l 吸热 g 使液体温度沿塔向下↓。 每板温度Tn 由于溶解热大，Tn与溶解吸收量有 关，难预测，不能用泡、露点方法计算Tn，要用 热量衡算求Tn。
吸收释放Q在液体和气体的分配与LMCP，L和 GMCP,V有很大关系。 （1）若LMCP，L>>GMCP,V，Q传给L，塔顶尾 气温度与进塔吸收剂温度相近，Q用于提高L 的温度；在塔底，高温吸收液加热进塔气体， 使部分Q返回塔内，气体T分布出现极大值。 （2）若LMCP，L≈GMCP,V，且有明显的热效应， 则出塔尾气和吸收液的温度分别大于其进口温 度。 （3）若LMCP，L<<GMCP,V，则Q大部分被气体 带走，吸收液出口温度接近于原料气进料温度。
二元系统，溶解平衡关系服从下方程
xi
pi
L 理想溶液 Vm, 2 0
L 0 ˆV Vm, 2 P P1 f2 ln ln H 2 x2 RT


ˆV H x f2 2 2
低压下
p2 H 2 x2 p 2 H 2 c 2
4.1.2伴有化学反应的吸收相平衡
溶质的溶解度既服从汽液平衡关系，又服从化 学平衡关系。
L 吸收因子 A KV
(2)推导过程（略）
v N 1 v1 A1 A2 AN A2 A3 AN AN v N 1 A1 A2 AN A2 A3 AN AN 1 l0 （ v N 1 A2 A3 AN A3 A4 AN AN 1 ） A1 A2 AN A2 A3 AN AN 1