化工原理下册气体吸收.docx
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化工原理下册气体吸收
第8章气体吸收
吸收操作原理
一、气液相平衡
1、相平衡关系
在总压P、温度T一定时，达到气液相平衡，溶质A在气相及在液相中的浓度关系由实验测定。
在低浓度气液相平衡体系中，这种相平衡关系即为亨利定律。
亨利定律有三种表达形式：
Pa—ExA；pA-HCA；yA,e=mXA
在吸收操作计算中，yA,e=mxA的形式应用方便，相平衡常数m与亨利系数E之间的转换计算为
E
m-
P
2、相平衡关系的应用
（1）判断传质的方向：
若组成为yA的气相与组成为xa的液相相接触，
如果yAAyAe=mXA或XAe=^y，AXA，传质的方向为吸收；
m
如果yAfyAe=mXA或XaeXa，传质的方向为解吸。
m
（2）表示传质过程的推动力
吸收：
yA-yA,e或XA,e~XA
解吸：
yA,e一yA或Xa-XA,e
（3）表示传质过程的极限
达到相平衡状态是传质过程的极限。
二、吸收传质速率
传质的机理分为三种：
（1）膜理论；
（2）溶质渗透理论；（3）表面更新理论。
理解起来最为直观的是膜理论。
1、等分子反向扩散速率
dCA
dz
DCAl—CA2
DAB7
O
2、单向扩散和主体流动（分子扩散+同方向上缓慢的总体流动）速率
引起缓慢的总体流动的原因：
溶质A不断在气液相界面上发生溶解，自气相中消失，使得气液相
界面附近的气相中产生空穴位，因此，引起缓慢的总体流动来补充所产生的空穴位。
如果是在气相中的传质，组分的浓度可以用分压表示，则
RTPBm
3、对流传质集总参数法表示传质速率
气膜中的传质速率Na二ky（yA-yA,i）或Na二kG（PA-PA,i）
式中，ky=PkG，kx=Pkl
包括气膜和液膜的总传质速率
NA=Ky（yA-yA,e）或NA=Kx（XA,e-Xa）
解吸操作，包括气膜和液膜的总传质速率
NA二Ky（yA,e一Ya）或NA二Kx（Xa-XA,e）
4、传质控制
如果
m1
————，则Kyky，传质过程为气膜阻力控制，
kxky
如果
11
-，则Kxkx，传质过程为液膜阻力控制。
mkykx
三、物料衡算
1、全塔物料衡算（低含量吸收）
G（yi~'y2）=L（Xj—X2）
全塔物料衡算式反映气液流率、气相进出口浓度、液相进出口浓度等之间的确定关系。
2、塔顶至塔内任一横截面范围内的物料衡算
G（y-y2）=L（x-X2）
操作线方程式的应用：
（1）反映y与x的关系；
（2）反映传质推动力的大小；
（3）在气体流量一定时，反映液体流量的大小对于传质推动力、出口浓度的影响;
（4）反映极限出口浓度、最大吸收率。
3、填料塔单位横截面积微元填料高度dh范围内的物料衡算
Gdy=NAadh二Kya（y-ye）dh
Ldx=Naadh=KXa（xe-x）dh
吸收问题计算
、吸收塔设计型计算
L和填料层高度H。
已知：
G,y「y2（或吸收率）,X2，相平衡关系，求解：
吸收剂用量
1、的计算
最小液气比:
yi-y2
Xi,eX
x1ie是与％呈平衡的浓度,
此时填料层咼度为无限咼。
2、填料层高度的计算
根据填料塔单位横截面积微元填料高度dh范围内的物料衡算
Gdy=NAadh=Kya（y-ye）dh
Ldx二NAadh二KXa（xe「x）dh
自塔顶端到塔底端积分，得到填料层高度H的表达式为
*y2
L
Kxa
Xi
dx
X2Xe_X
kmol
—。
s
单位为彎01,Kya和Kxa的单位为3
msm
H=HOGNOG=HOLNOL
传质单元数的主要求解方法:
（1）对数平均推动力法
气相传质单元数：
lnje
丫2一y2,e
该方法适用于在所涉及到的浓度范围内，相平衡关系为线性关系。
若相平衡关系可以用亨利定律
ye=mx表示出来，对数平均推动力法的另一表达形式为
Hog与Hol的关系:
X2,e一X2
（2）吸收因数法气相传质单元数:
（3）
液相传质单元数:
可以看出，Nog=ANol
（3）数值积分法（略）利用板式塔进行吸收操作，所需理论板数的计算式：
InA[IA丿y2—mx2A
等板高度HETP的定义：
分离作用等同于一块理论板的实际填料层的高度。
所以，根据理论板数和等板高度计算实际填料层高度的计算式为
H=NHETP
当吸收因数A=1时，N=Nog,Hog=HETP。
二、解吸塔设计型计算
已知：
L,X1,X2,y2，相平衡关系，求解：
解吸气用量G,解吸塔填料层高度H。
（1）解吸气用量的计算
最小气液比
G=%-X2
丄miny1,e一丫2
式中y1,e是与X1相平衡的气相浓度。
若相平衡关系可以用亨利定律来表示ye=mx，则
y1,e=mx1。
实际气液比G=n」G1，n=1.2~2倍。
L和G的单位同时为km01或甥01
LLminsms
yi
传质强化
吸收塔操作型问题
一、操作型计算命题方式：
1、第一类操作型问题
已知：
填料层高度H及相关尺寸，流动方式，相平衡关系，G,y1,L,x2，Kya或Kxa，计
算目的：
y2,X1
2、第二类操作型问题
已知：
填料层高度H及相关尺寸，流动方式，相平衡关系，Kya或Kxa，G,y1,y2，x2，
计算目的：
L,x1
第一类操作型问题采用吸收因数法计算最为方便。
第二类操作型问题的计算需要试差求解。
二、吸收塔的调节
为了满足吸收率或吸收量提高的要求，在填料层高度一定的情况下，可以考虑改变吸收剂的流量
1、适当增加吸收剂的流量L,根据N°G「ln1
―丄A
L、入塔浓度X2、温度t0
-1旳一叫1分析,y^.0Ay2-mx2A
A
G（y—y2）一
2、减小入塔浓度x2，塔内任意截面上液相的浓度X=X2+L——减小，传质推动力增加，
从而y2.。
3、适当降低吸收剂的温度t,使得溶质在溶剂中的平衡溶解度增加，传质推动力增加，从而y2“。
三、吸收塔最大吸收率分析
假如填料层高度无限高，塔内传质可以达到平衡，即操作线与平衡线可以出现交点，分析可以达
到的最大吸收率，即为分析可以达到的气相出口最小浓度，因为max12,min。
分如下两种
yi
情况来分析：
—Ym，塔内传质在塔底达到平衡，操作线与平G
L（Xi,max—x2）
，y2,min=丫1一
G
丄Am，塔内传质在塔顶达到平衡，操作线与平
G
1、如果吸收操作的液气比小于平衡线的斜率，
衡线在塔底出现交点，此时Xj’max=Xj,e
m
2、如果吸收操作的液气比大于平衡线的斜率，
衡线在塔顶出现交点，此时y2,min=mx2。
四、吸收剂再循环问题的分析
有吸收剂再循环与无吸收剂循环时比较，有以下两点不同：
（1）吸收剂入塔时的实际浓度增加
了；
（2）因为实际入塔吸收剂量的增加，塔内操作线的斜率稍有增加。
因此，如果平衡关系不变，即平衡线不变，则吸收传质推动力一般要减小。
遇到如下两种情况应采用溶剂再循环：
（1）吸收过程有显著的热效应，大量吸收剂再循环可降低吸收剂出塔温度，平衡线发生明显的向下移动，尽管操作线向下移动，但是，塔内传质的推动力增大。
（2）吸收的目的在于获得较浓的液相产物，按物料衡算所需的新鲜吸收剂量过少，以至于不能保持塔内填料良好的润湿，吸收剂再循环，传质表面积增加，传质系数增大。
吸收设备
一、填料塔流体力学特性1
l^Pln——
L
丿
泛点
载点
lnu
确定了塔内的液泛速度
u
Uf后再确定操作气速，或者根据所允许的压降确定操作气速，从而可以
计算所需要的塔径。
在一定操作条件下的Kya或Kxa数值的大小，反映了填料的传质性能，可以通过吸收传质实验进行测定。
在吸收实验中，已知填料层高度，操作条件下的相平衡关系，流动方式，测定：
G,yi,y2,L,X2,Xi，首先计算出传质单元数，再计算出传质单元高度，从而可求得K『a或Kxa
扩展延伸
1、高浓度体系吸收。
2、多组分吸收。
3、化学吸收。
4、非等温吸收。
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