1、1主主 要要 內內 容容吸收操作的概述；吸收操作的概述；氣液相平衡及吸收推動力；氣液相平衡及吸收推動力；吸收速率方程；吸收速率方程；低濃度氣體吸收過程的計算；低濃度氣體吸收過程的計算；其他類型吸收過程簡介。其他類型吸收過程簡介。2 吸收是工業生產中用來吸收是工業生產中用來分離混合氣體的一種重要分離混合氣體的一種重要單元操作。單元操作。原理：原理：吸收是利用混合吸收是利用混合氣中各組分在溶劑中的溶氣中各組分在溶劑中的溶解度的差異分離氣體混合物。解度的差異分離氣體混合物。3工業吸收主要用來達列下述幾種目的： 1、制取液體產品（制備某種氣體的溶液）。 例如用水吸收二氧化氮以制取硝酸等。 2、除去有害

2、成分以凈化氣體。 例如用水或堿液脫除合成氨原料氣中的二氧化碳；除去尾氣中的H2S、SO2等。 3、吸收氣體混合物一個或幾個組分，以分離氣體混合物。 例如合成橡膠工業以酒精吸收反應氣，分離丁二烯及烴類氣體。 4、回收混合氣體中的有用物質。 例如用液態烴吸收石油裂解氣中的乙烯和丙烯等。4實例：實例：煤氣生產中的苯回收流程煤氣生產中的苯回收流程 在煉焦和制取城在煉焦和制取城市煤氣生產中，焦爐市煤氣生產中，焦爐煤氣內含有少量的苯煤氣內含有少量的苯 、甲苯類低碳氫化合物甲苯類低碳氫化合物的蒸汽（約的蒸汽（約35g/m3），），應予以分離。應予以分離。吸收吸收解吸解吸流程見例圖流程見例圖1-1 吸收操作流

3、程吸收操作流程由流程可知三點由流程可知三點5 吸收操作的逆過程（即含溶質氣體的液體，吸收操作的逆過程（即含溶質氣體的液體，受到另一氣相的作用使溶質與溶劑分離的過程）受到另一氣相的作用使溶質與溶劑分離的過程）稱為稱為解吸解吸。吸收和解吸常是一對相伴的操作，吸。吸收和解吸常是一對相伴的操作，吸收用以提取所需的物質，而解吸用以分離所需的收用以提取所需的物質，而解吸用以分離所需的物質與吸收劑，并使吸收劑再生而循環使用。物質與吸收劑，并使吸收劑再生而循環使用。6解吸：解吸： 解吸是使溶質從溶液中脫除的過程。是吸收的解吸是使溶質從溶液中脫除的過程。是吸收的逆過程。其目的為：逆過程。其目的為： （1）溶劑再

4、生；）溶劑再生；（2）得到溶質。）得到溶質。吸收和解吸構成了一個完整的流程。吸收和解吸構成了一個完整的流程。常用的解吸方法：常用的解吸方法：升溫升溫減壓減壓吹氣吹氣最為常見最為常見71-2 吸收設備 吸收設備有多種形式，以塔式設備最為常用。 吸收塔設備可分為板式塔與填料塔兩大類。8一、一、 填料塔的結構及填料特性填料塔的結構及填料特性（一）、填料塔結構及作用（一）、填料塔結構及作用1、填料層 提供氣液接觸的場所。2、液體分布器 均勻分布液體，避免發生溝流現象。3、液體再分布器 避免壁流現象發生。4、支撐板 支撐填料層，使氣體均勻分布。5、除沫器 防止塔頂氣體出口處夾帶液體。9（二）常用填料（二

5、）常用填料材料：陶瓷、金屬、塑料堆放：整砌、亂堆環形 （拉西環、鮑爾環、階梯環）鞍形 （矩鞍形、弧鞍形）波紋形（板波紋、網狀波紋）形狀10拉西環拉西環鮑爾環鮑爾環階梯環階梯環 環環11板波紋板波紋絲網波紋絲網波紋鞍形環鞍形環槽式液體分布器槽式液體分布器12三、三、 板式塔與填料塔比較板式塔與填料塔比較吸收塔吸收塔填料塔填料塔板式塔板式塔級式接觸級式接觸微分接觸微分接觸13（一）板式塔（一）板式塔1、適用于塔徑較大；2、所需傳質單元數或理論板數較多；3、熱量需從塔內移除；4、適于較小液量；5、適于處理有懸浮物的液體；6、板式塔便于側線采出。（二）填料塔（二）填料塔1、適用于處理有腐蝕性的物料；2

6、、填料塔壓力降較小，適用于真空蒸餾；3、適用于間歇蒸餾或熱敏性物料的蒸餾；4、適用于處理易發泡的液體。14板式吸收塔：氣體與液體逐級逆流接觸板式吸收塔：氣體與液體逐級逆流接觸填料吸收塔：濕壁塔、降膜塔，液體呈膜狀流下，填料吸收塔：濕壁塔、降膜塔，液體呈膜狀流下，通常在塔內充填有瓷環之類的填料。通常在塔內充填有瓷環之類的填料。 在此類設備中，氣體或液體中可溶組分的在此類設備中，氣體或液體中可溶組分的濃度隨塔板高度的變化而呈階梯式的變化。濃度隨塔板高度的變化而呈階梯式的變化。 在此類設備中，氣體或液體中可溶組分在此類設備中，氣體或液體中可溶組分的濃度隨設備高度的變化而呈連續式變化。的濃度隨設備高度

7、的變化而呈連續式變化。這兩種設備由于吸收過程濃度變化方式不同，采用的是這兩種設備由于吸收過程濃度變化方式不同，采用的是完全不同的計算方法，需要注意加以區分。完全不同的計算方法，需要注意加以區分。151-3、其他吸收流程、其他吸收流程 多塔串聯操作，適用于滿足吸收要求需要多塔串聯操作，適用于滿足吸收要求需要的吸收塔太高時。的吸收塔太高時。1-4、吸收過程的分類、吸收過程的分類1、物理吸收物理吸收、化學吸收、化學吸收 在吸收過程中，如果溶質與溶劑之間不發生顯在吸收過程中，如果溶質與溶劑之間不發生顯著的化學反應，則稱為物理吸收。如用水吸收著的化學反應，則稱為物理吸收。如用水吸收CO2、用洗油吸收芳烴

8、等都屬于物理吸收。用洗油吸收芳烴等都屬于物理吸收。 如果溶質與溶劑發生顯著的化學反應，則稱為如果溶質與溶劑發生顯著的化學反應，則稱為化學吸收。如用硫酸吸收氨；用堿液吸收化學吸收。如用硫酸吸收氨；用堿液吸收CO2等都等都屬化學吸收。屬化學吸收。162、單組分吸收單組分吸收、多組分吸收、多組分吸收 若混合氣體中只有一個組分進入液相，則稱為若混合氣體中只有一個組分進入液相，則稱為單組分吸收。單組分吸收。 如果混合氣體中有兩個或更多組分進入液相，如果混合氣體中有兩個或更多組分進入液相，則稱為多組分吸收。則稱為多組分吸收。主要討論單組份、低濃度、等溫、連續的物理吸收過程。主要討論單組份、低濃度、等溫、連

9、續的物理吸收過程。 3、等溫吸收等溫吸收、非等溫吸收、非等溫吸收 氣體溶解于液體中，在有些情況下會放出相當氣體溶解于液體中，在有些情況下會放出相當大的溶解熱和反應熱，吸收過程進行中溫度會升高，大的溶解熱和反應熱，吸收過程進行中溫度會升高，這樣的吸收過程稱為非等溫吸收。這樣的吸收過程稱為非等溫吸收。 若溶質在混合氣中的濃度相當低，溶劑的用量若溶質在混合氣中的濃度相當低，溶劑的用量較大時，吸收過程進行中溫度變化不大，這樣的吸較大時，吸收過程進行中溫度變化不大，這樣的吸收過程稱為等溫吸收。收過程稱為等溫吸收。17 在恒定溫度和壓力下，氣液兩相接觸時將發生氣體在恒定溫度和壓力下，氣液兩相接觸時將發生氣

10、體溶質向液相轉移，使其在液相中的濃度增加，當長期充溶質向液相轉移，使其在液相中的濃度增加，當長期充分接觸之后，液相中溶質濃度不再增加達到飽和，這種分接觸之后，液相中溶質濃度不再增加達到飽和，這種狀態稱為相際動態平衡，簡稱相平衡或平衡。狀態稱為相際動態平衡，簡稱相平衡或平衡。 吸收過程與傳熱過程比較類似但又有所區別，吸吸收過程與傳熱過程比較類似但又有所區別，吸收過程是氣液相間的物質傳遞，傳遞的推動力來源于收過程是氣液相間的物質傳遞，傳遞的推動力來源于不是兩相的濃度差而是氣液相之間的相平衡關系差異。不是兩相的濃度差而是氣液相之間的相平衡關系差異。因此我們必須研究氣液兩相之間的相平衡。因此我們必須研

11、究氣液兩相之間的相平衡。182、摩爾分數、摩爾分數xA=nA/nxB=nB/nxA+ xB=1BBAAAABBAAAABAAAMwMwMwMmMmMmnnnxBBAAAABBAAAABAAAMwMwMwMmMmMmnnnxBBAAAABBAAAABAAAMwMwMwMmMmMmnnnxBBAAAABBAAAABAAAMwMwMwMmMmMmnnnxBBAAAABBAAAABAAAMwMwMwMmMmMmnnnx由質量分數求摩爾分數由質量分數求摩爾分數一、相組成表示法（一、相組成表示法（A+B混合物）混合物）兩者的關系兩者的關系由摩爾分數求質量分數由摩爾分數求質量分數AmABBAAAABAAAx

12、MMMnMnMnmmmwBBAAAABBAAAABAAAMwMwMwMmMmMmnnnx1、質量分數、質量分數wA=mA/mwB=mB/mwA+wB=119氣體混合物的相組成氣體混合物的相組成nnVVPPyAAAAAABAAABAAPPPPPyyyyY1（2）氣相：氣相：3、摩爾比、摩爾比: 用用X或或Y表示表示（1）液相：液相：將將x改為改為ysABAAnnnnXAABAAxxxxX120二、什么是氣液相平衡？二、什么是氣液相平衡？ 吸收過程進行時，必定存在一定的推動力，這一推動吸收過程進行時，必定存在一定的推動力，這一推動力與體系的平衡關系有關。混合氣體和溶劑在一定溫度和力與體系的平衡關系

13、有關。混合氣體和溶劑在一定溫度和壓力下，經長期充分接觸后，達到一種動態平衡，即：吸壓力下，經長期充分接觸后，達到一種動態平衡，即：吸收速率收速率= =解吸速率。這種狀態被稱為氣液相平衡。解吸速率。這種狀態被稱為氣液相平衡。 當吸收速率當吸收速率= =解吸速率解吸速率mol / ( mmol / ( m2 2 s ) s )，氣液兩，氣液兩相達到相平衡，此時，溶質在溶液中的濃度用相達到相平衡，此時，溶質在溶液中的濃度用溶解度溶解度或或平平衡濃度衡濃度x x* *、c c* *來表示；溶質在氣相中的濃度用來表示；溶質在氣相中的濃度用平衡分壓平衡分壓P P* *來表示。來表示。T 溶解度溶解度 P

14、溶解度溶解度 低溫高壓有利于吸收，高溫低壓有利于解吸。低溫高壓有利于吸收，高溫低壓有利于解吸。21圖圖53 氨氣在水中的平衡溶解度氨氣在水中的平衡溶解度2-1 溶解度曲線溶解度曲線從圖中可看出，從圖中可看出，一般情況下氣體的一般情況下氣體的溶解度隨溫度升高溶解度隨溫度升高，氣體的溶解度降，氣體的溶解度降低。低。例如，氣相中氨例如，氣相中氨的分壓為的分壓為60kPa，在在100C時，溶解度時，溶解度約為約為510g / 1000g H2O，在，在400C時，時，溶解度約為溶解度約為220 g / 1000g H2O。22圖圖54 101.3kPa下下SO2在水中的溶解度在水中的溶解度23 由上兩

15、圖可知，同一種物質，在相同的溫度由上兩圖可知，同一種物質，在相同的溫度下，氣體的溶解度隨著該組分在氣相中的分壓增下，氣體的溶解度隨著該組分在氣相中的分壓增大而增大；在相同的平衡分壓下，氣體的溶解度大而增大；在相同的平衡分壓下，氣體的溶解度隨著溫度的升高而減小。隨著溫度的升高而減小。 加壓和降溫可以提高氣體的溶解度，故加加壓和降溫可以提高氣體的溶解度，故加壓和降溫有利于吸收操作。反之，升溫和減壓則壓和降溫有利于吸收操作。反之，升溫和減壓則有利于解吸過程有利于解吸過程 不同氣體在同一溶劑中的溶解度有很大差異。不同氣體在同一溶劑中的溶解度有很大差異。 欲得到一定濃度的溶液，易溶氣體所需的欲得到一定濃

16、度的溶液，易溶氣體所需的分壓較低，而難溶氣體所需的分壓則很高。分壓較低，而難溶氣體所需的分壓則很高。242-2 亨利定律：亨利定律：1、亨利定律：、亨利定律：溶質分子溶質分子體系：一定溫度；混合氣體系：一定溫度；混合氣體總壓不高（體總壓不高（PP* = E x ( or x xe )時，過程為吸收過程。時，過程為吸收過程。當當p xe )時，過程為解吸過程。時，過程為解吸過程。342、過程的推動力、過程的推動力濃度差的計算：濃度差的計算：以氣相分壓差表示的吸收過程的推動力：以氣相分壓差表示的吸收過程的推動力：p = p - P*以液相濃度差表示的吸收過程的推動力：以液相濃度差表示的吸收過程的推

17、動力：x = x* - x( y = y y* )( c = c* c ) 實質上，吸收還是解吸主要取決于溶質在氣相實質上，吸收還是解吸主要取決于溶質在氣相中的分壓與其液相的平衡分壓間的關系而定。中的分壓與其液相的平衡分壓間的關系而定。 平衡是過程的極限，只有不平衡的兩相互相接平衡是過程的極限，只有不平衡的兩相互相接觸才會發生氣體的吸收或解吸。因此，實際濃度偏觸才會發生氣體的吸收或解吸。因此，實際濃度偏離平衡濃度越遠，過程推動力越大，過程的速率也離平衡濃度越遠，過程推動力越大，過程的速率也越快。在吸收的過程中我們經常：越快。在吸收的過程中我們經常：353、確定過程的極限：、確定過程的極限：吸收

18、塔吸收塔混合氣體混合氣體, p1氣氣, p2,min液液, x2出塔氣體濃度最低值：出塔氣體濃度最低值：p2,min離塔液體濃度最高值：離塔液體濃度最高值：x1,maxP2,min =E x2液液, x1,maxEpx1max1, 實際生產中：實際生產中：p2 p2,min x1 分子擴散的速率分子擴散的速率 流體內部存在某一組分的濃度差，分子的微流體內部存在某一組分的濃度差，分子的微觀運動使組分由濃度高處傳遞至濃度較低處。觀運動使組分由濃度高處傳遞至濃度較低處。 物質通過湍流流體的轉移，擴散物質不僅靠物質通過湍流流體的轉移，擴散物質不僅靠分子本身的擴散作用，并且借助于湍流流體的攜分子本身的擴

19、散作用，并且借助于湍流流體的攜帶作用而轉移，而且后一種作用是主要的。帶作用而轉移，而且后一種作用是主要的。41二、對流傳質理論二、對流傳質理論流動流體與相界面之間的物質傳遞稱為對流傳質。流動流體與相界面之間的物質傳遞稱為對流傳質。氣氣液液界面界面層流膜層流膜zpA1pAi有效膜理論：有效膜理論：zc42雙膜理論論點：雙膜理論論點： 氣液兩相接觸時，兩相間有一穩定相界面，兩側氣液兩相接觸時，兩相間有一穩定相界面，兩側分別存在著呈層流的穩定膜層分別存在著呈層流的穩定膜層氣膜和液膜，溶氣膜和液膜，溶質必須以分子擴散的方式連續通過這兩個膜層。質必須以分子擴散的方式連續通過這兩個膜層。（膜層厚度隨流速而

20、定）（膜層厚度隨流速而定）相界面上氣液兩相互為平衡。相界面上氣液兩相互為平衡。膜層以外的主體內，由于湍流而使溶質濃度均勻，膜層以外的主體內，由于湍流而使溶質濃度均勻，濃度梯度全部集中在兩個膜層內。濃度梯度全部集中在兩個膜層內。4344 通過上述三個假定，吸收過程簡化成為經通過上述三個假定，吸收過程簡化成為經過氣液兩膜的分子擴散過程，吸收過程的主要過氣液兩膜的分子擴散過程，吸收過程的主要阻力集中于這兩層膜中，膜層之外的阻力忽略阻力集中于這兩層膜中，膜層之外的阻力忽略不計，吸收過程的推動力主要來源于氣相的分不計，吸收過程的推動力主要來源于氣相的分壓差和液相的濃度差。壓差和液相的濃度差。 雙膜理論對

21、于那些具有固定傳質界面的吸雙膜理論對于那些具有固定傳質界面的吸收設備而言，具有重要的指導意義，為我們的收設備而言，具有重要的指導意義，為我們的設計計算提供了重要的依據。設計計算提供了重要的依據。453 3 吸收速率方程吸收速率方程一、對流傳質速率方程：一、對流傳質速率方程：1、氣相與界面的、氣相與界面的傳質速率傳質速率)(iGAppkN)(iyAyykNkG以氣相分壓差為傳質推動力的氣膜傳質以氣相分壓差為傳質推動力的氣膜傳質分系數，分系數，mol / ( m2sPa) 上式即為以上式即為以 ( pp*) 為推動力的吸收速率方為推動力的吸收速率方程式。程式。ky以摩爾分數差為傳質推動力的氣膜傳質

22、以摩爾分數差為傳質推動力的氣膜傳質分系數，分系數，mol / ( m2s) 上式即為以上式即為以 ( yyi) 為總推動力的吸收速率為總推動力的吸收速率方程式。方程式。46)(cckNiLA)(xxkNixA2、液相與界面的、液相與界面的傳質速率傳質速率kL以液相物質的量濃度差為傳質推動力的以液相物質的量濃度差為傳質推動力的液膜傳質系數，液膜傳質系數，ms-1kx以摩爾分數差為傳質推動力的液膜傳質以摩爾分數差為傳質推動力的液膜傳質系數，系數，ms-1 47二、吸收總傳質速率方程：二、吸收總傳質速率方程：xyexixiyiAkmk1yykmx)m(xk1xxk1yyN氣氣相相傳傳質質總總系系數數

23、。 , , 令令xyykmk1K1 )y(yKN eyA進一步推導可知：進一步推導可知：)(eYAYYKN總總吸吸收收速速率率方方程程式式氣氣相相- 48xyxixiyiAk1mk1xxkmx)m(xk1xxk1yyNe相傳質總系數。相傳質總系數。 , , 令令液yxxmk1k1K1總總吸吸收收速速率率方方程程式式液液相相- 進一步推導可知：進一步推導可知：)(eXAXXKN x)(xKN exA49傳質速率方程的各種表達方式傳質速率方程的各種表達方式5051對對易溶氣體易溶氣體, m很小，則很小，則1/kym/kx，Kyky，氣膜阻，氣膜阻力遠大于液膜阻力力遠大于液膜阻力,稱為氣膜控制過程。

24、增加氣相流率稱為氣膜控制過程。增加氣相流率 Ky增大增大. （如水吸收（如水吸收NH3或或HCl）對難對難溶氣體溶氣體, m很大，則很大，則1/kx1/ (m ky)，KLkL，液，液相阻力遠大于氣膜阻力，稱為液膜控制過程。相阻力遠大于氣膜阻力，稱為液膜控制過程。 （如水吸收（如水吸收O2或或CO2）對對中等溶解度的氣體吸收，當汽、液兩相的傳質阻力中等溶解度的氣體吸收，當汽、液兩相的傳質阻力具有相近的數量級，兩者都不能忽略，總傳質速率由具有相近的數量級，兩者都不能忽略，總傳質速率由雙膜控制。雙膜控制。 （如水吸收（如水吸收SO2）液膜控制和氣膜控制液膜控制和氣膜控制52傳質速率及界面濃度的求取

25、傳質速率及界面濃度的求取 在總壓為在總壓為101.3kPa、溫度為、溫度為303K用水吸收混合用水吸收混合氣中的氨，操作條件下的氣液平衡關系為氣中的氨，操作條件下的氣液平衡關系為y=1.20 x。已知氣相傳質系數已知氣相傳質系數ky=5.3110-4kmol/s m2，液相傳，液相傳質系數質系數kx=5.3310-3kmol/s m2，并在塔的某一截面，并在塔的某一截面上測得氨的氣相濃度上測得氨的氣相濃度y=0.05，液相濃度，液相濃度x=0.012（均（均為摩爾分數）。試求該截面上的傳質速率及氣液界為摩爾分數）。試求該截面上的傳質速率及氣液界面上的兩相的濃度。面上的兩相的濃度。532434/

26、1074.4 1033.520.11031.511 11mSkmolkmkKyxy總傳質系數解：解：0144. 0012. 020. 1mxye 關關系系的的氣氣相相濃濃度度為為與與實實際際液液相相濃濃度度成成平平衡衡254eYAms/kmol1069. 10144. 005. 01074. 4yyKN ）（）（傳傳質質速速率率54iiixiymxyxxkyyk)()(求解截面上兩相的濃度，必須聯立求解以下兩式求解截面上兩相的濃度，必須聯立求解以下兩式可得：可得：0152. 020. 1/0182. 0myx0182. 020. 11031. 51033. 51012. 01031. 5103

27、3. 505. 0mkk1xkkyyii4343yxyxi 55 從計算結果可以看出，界面氣相濃度與氣相主從計算結果可以看出，界面氣相濃度與氣相主體濃度相差較大，界面液相濃度與液相主體濃度比體濃度相差較大，界面液相濃度與液相主體濃度比較接近。較接近。%3 .891047. 411031. 511144Kyky的比例為：氣相傳質阻力占總阻力56討論對象討論對象板式塔板式塔填料塔填料塔精餾章節討論精餾章節討論研究對象研究對象流向選擇：流向選擇：在兩相進、出口濃度相同的情況下，逆流時的對在兩相進、出口濃度相同的情況下，逆流時的對數平均推動力大于并流；數平均推動力大于并流； 逆流操作液體下流時會受到上

28、升氣體的曳力，這逆流操作液體下流時會受到上升氣體的曳力，這種曳力過大會影響液體的流速和氣體的流速。種曳力過大會影響液體的流速和氣體的流速。為使過程具有最大的推動力，一般吸收過程都采用逆為使過程具有最大的推動力，一般吸收過程都采用逆流操作。流操作。57一、物料衡算與操作線方程：一、物料衡算與操作線方程：V惰性氣體的摩爾流率，惰性氣體的摩爾流率，kmol/h；Y1 氣體入口濃度（摩爾比）；氣體入口濃度（摩爾比）； Y2 氣體出口濃度（摩爾比）；氣體出口濃度（摩爾比）； L 液體的摩爾流率，液體的摩爾流率，kmol/h； X1 液體入口濃度（摩爾比）；液體入口濃度（摩爾比）； X2 液體出口濃度（摩

29、爾比）。液體出口濃度（摩爾比）。1、物料衡算：、物料衡算：單位時間氣體釋放的溶質的量：單位時間氣體釋放的溶質的量： V ( Y1 Y2 )單位時間液體吸收的溶質的量：單位時間液體吸收的溶質的量： L ( X1 X2 ) V( Y1 Y2 ) = L ( X1 X2 )前提條件：氣體和液體的量不變化前提條件：氣體和液體的量不變化吸收塔吸收塔V, Y1V, Y2L, X2L, X158V,1L, 1m nV,L, 2、操作線方程：、操作線方程：在任一截面在任一截面 m-n 與塔底間作物料衡算：與塔底間作物料衡算：V( 1 ) = L ( X1 X )XVL(YXVLY 11表明：穩定操作時，任意截

30、面上的表明：穩定操作時，任意截面上的 YX 線線性方程。性方程。YY1Y20XABX1X2相平衡線相平衡線Ye = f (X )操作線操作線 LX -VY = LX1 + VY159吸收操作線描述了塔的任意截面上氣液兩相濃度吸收操作線描述了塔的任意截面上氣液兩相濃度之間的的關系。之間的的關系。操作線上任意一點代表的是塔內某一截面上氣、操作線上任意一點代表的是塔內某一截面上氣、液組成的大小。液組成的大小。吸收過程氣相中的溶質的分壓總是大于液相中溶吸收過程氣相中的溶質的分壓總是大于液相中溶質的平衡分壓，所以在圖中操作線總是在平衡線的上方。質的平衡分壓，所以在圖中操作線總是在平衡線的上方。60分離要

31、求的表達方法分離要求的表達方法吸收目的為除去氣體中的有害物：直接規定吸收后吸收目的為除去氣體中的有害物：直接規定吸收后氣體中的有害溶質的殘余濃度氣體中的有害溶質的殘余濃度Y2。吸收目的為回收有用物質：規定了溶質的回收率。吸收目的為回收有用物質：規定了溶質的回收率。121121YYYVYVYVY氣體進塔的溶質量氣體進塔的溶質量被吸收的溶質量被吸收的溶質量Y)1 (12YY61 吸收劑性能是吸收操作良好與否的關鍵，評價吸吸收劑性能是吸收操作良好與否的關鍵，評價吸收劑性能優劣的依據是：收劑性能優劣的依據是： (1)對需要吸收的組分要有較大的溶解度。對需要吸收的組分要有較大的溶解度。 (2)對所處理的

32、氣體要有較好的選擇性。即對溶對所處理的氣體要有較好的選擇性。即對溶質的溶解度要大，而對惰性氣體幾乎不溶解。質的溶解度要大，而對惰性氣體幾乎不溶解。 (3)要有較低的蒸汽壓，以減少吸收過程中溶劑要有較低的蒸汽壓，以減少吸收過程中溶劑的揮發損失。要有較好的化學穩定性，以免使用過的揮發損失。要有較好的化學穩定性，以免使用過程中變質。程中變質。 (4)吸收后的溶劑應易于再生。操作溫度下的粘吸收后的溶劑應易于再生。操作溫度下的粘度要低。度要低。此外，溶劑應有較低的粘度，不易起泡，還應盡此外，溶劑應有較低的粘度，不易起泡，還應盡可能滿足來源豐富、價格低廉、無毒、不易燃燒等可能滿足來源豐富、價格低廉、無毒、

33、不易燃燒等經濟和安全條件。經濟和安全條件。吸收劑的選擇：吸收劑的選擇：62 吸收劑用量的確定：吸收劑用量的確定：,Y1,Y2X2 , L=?X1=?吸收塔吸收塔1、為何要確定、為何要確定L？吸收劑流率與設備費及操作費的吸收劑流率與設備費及操作費的關系：關系：)XVL(YxVLY )XVL(YXVLY 2211 吸收劑流率吸收劑流率L是影響吸收操作的重要因素之一，是影響吸收操作的重要因素之一，它將直接影響設備尺寸（、它將直接影響設備尺寸（、D）以及操作費用。）以及操作費用。63YY1Y20XABX1X2相平衡線相平衡線Ye = f ( X )操作線操作線DC 設計時，設計時，qV一定（生產任一定

34、（生產任務一定）：務一定）： 操作線的斜率（操作線的斜率（L/V）取決）取決于吸收劑用量于吸收劑用量L的多少。的多少。VL吸收劑的單位耗用量吸收劑的單位耗用量 or 液氣比。液氣比。AC線：線： L (L/V) (Xe-X) 吸收推動力吸收推動力 NA 設備尺寸設備尺寸 設備費用設備費用 ；但溶劑再生費用但溶劑再生費用 ，動力消耗，動力消耗 操作費用操作費用 。AD線：線： L (L/V) (Xe-X) 吸收推動力吸收推動力 NA 設備尺寸設備尺寸 設備費用設備費用 ；但溶劑再生費用但溶劑再生費用 ，動力消耗，動力消耗 操作費用操作費用 。64吸收劑進口濃度的選擇及其最高允許濃度吸收劑進口濃度

35、的選擇及其最高允許濃度 設計時所選擇的吸收劑進口濃設計時所選擇的吸收劑進口濃度過高，吸收過程推動力減小，所度過高，吸收過程推動力減小，所需吸收塔高度增加。若選擇的進口需吸收塔高度增加。若選擇的進口濃度過低，使則對吸收劑的再生提濃度過低，使則對吸收劑的再生提出了過高的要求，再生設備和再生出了過高的要求，再生設備和再生費用增大，因此吸收劑的進口溶質費用增大，因此吸收劑的進口溶質濃度（濃度（X2）的選擇存在一個最優化）的選擇存在一個最優化的問題，需要通過多方案的計算和的問題，需要通過多方案的計算和比較來確定。比較來確定。 在塔頂部位，與氣相濃度在塔頂部位，與氣相濃度Y2成平衡的液相濃度成平衡的液相濃

36、度X2e。顯然所。顯然所選擇的吸收劑進口溶質濃度（選擇的吸收劑進口溶質濃度（X2）必須低于）必須低于X2e才能達到規定的才能達到規定的分離要求。所以，分離要求。所以，X2e是最高允許濃度。是最高允許濃度。YY20AX2eYe = mX操作線操作線X*2=Y2/mX65最小液氣比最小液氣比(L/V)min：AD線：線：L (L/V) D點上，點上，L=Lmin，X = Xe，X= 0，吸收推動力，吸收推動力 = 0，吸收所需接觸面，吸收所需接觸面積為無窮大，此時所需的積為無窮大，此時所需的 L最小，其液氣比最小，其液氣比稱為最小液氣比稱為最小液氣比(L/V)min 。（4）怎樣確定）怎樣確定Lm

37、in ？當當e = m（體系服從亨利定律）：（體系服從亨利定律）：?LXmYYYXXYY)VL(min21212e,121min YY1Y20ABX1X2Y*= mX操作線操作線DX*1=Y1/mX66當當e mX（體系不服從亨利定律）：（體系不服從亨利定律）：?LXXYY)VL(min2e,121min 讀取讀取D 點坐標（點坐標（X1 ，Y1 ）?XXYY)VL(min2121minL YY1Y20AX2操作線操作線DX1 Y* = f(X)Y1D XYY1Y20ABX1X2Y* = f(X)操作線操作線DX*1X672、如何確定、如何確定L？求出求出 (L/V)min; 再取再取 (L/

38、V) = (1.12.0) (L/V)min。在在 20，1atm下，用清水分離氨下，用清水分離氨-空氣的混合氣體，空氣的混合氣體，混合氣體中氨的分壓為混合氣體中氨的分壓為 1330Pa，經吸收后氨的分壓，經吸收后氨的分壓降為降為 7 Pa，混合氣體的處理量為，混合氣體的處理量為 1020 kg/h，操作條，操作條件下平衡關系為件下平衡關系為 * = 0.755。若適宜的吸收劑用量。若適宜的吸收劑用量為最小用量的為最小用量的2倍，求所需吸收劑用量及離塔氨水的倍，求所需吸收劑用量及離塔氨水的濃度。濃度。例：例：V, Y1V, Y2X2 , L=?X1=?吸收塔吸收塔68解：解：min2152)V

39、L2(VL 0.755X,Y* 1020kg/h,q7Pa,p 1330Pa,p Pa,101.013P 0,Xm552225111106.9107101.0137P-PpY 0.013131330101.0131330P-PpY69kg/h 943.4kmol/h 52411.502VL 1.50200.7550.1330106.9100.13302 XmYYY2XYY2)VL2(VLkmol/h 34.900.01313)(1290.01313171020)y1MyMqMqV 52121221min11vm,vm,2*X ( (空空氣氣氨氨70331ss113522112121kmol/m

40、 0.4885108.80918998.2XMXc 108.80901.502106.9100.1330X)Y(YLVX)XL(X)YV(Y Mc , , , , x很小。x很小。0.05時）0.05時）對于稀溶液（對于稀溶液（s sssLssMMx)(1MxMxMc71三、解吸三、解吸1、解吸方法、解吸方法汽提解吸法汽提解吸法減壓解吸減壓解吸加熱解吸加熱解吸加熱加熱-減壓解吸減壓解吸2、汽提解吸法的計算、汽提解吸法的計算72例：含苯例：含苯2mol%的煤氣用平均分子量為的煤氣用平均分子量為260的洗油在的洗油在一填料塔中做逆流吸收以回收其中的苯，煤氣的一填料塔中做逆流吸收以回收其中的苯，煤氣

41、的流率為流率為1200kmol/h。塔頂進入的洗油中含苯。塔頂進入的洗油中含苯0.5mol%，洗油的流率為最少用量的，洗油的流率為最少用量的1.3倍。吸收倍。吸收塔在塔在1atm、27下操作，此時的氣液平衡關系為下操作，此時的氣液平衡關系為Y=0.125X。富油由吸收塔底出口經加熱后送入解。富油由吸收塔底出口經加熱后送入解吸塔塔頂，在解吸塔中送入過熱水蒸氣使富油脫吸塔塔頂，在解吸塔中送入過熱水蒸氣使富油脫苯，脫苯后的貧油由解吸塔塔底排出冷卻后再進苯，脫苯后的貧油由解吸塔塔底排出冷卻后再進入吸收塔使用，水蒸氣的用量為最少用量的入吸收塔使用，水蒸氣的用量為最少用量的1.2倍。倍。解吸塔在解吸塔在1

42、atm、120下操作，此時的氣液平衡下操作，此時的氣液平衡關系為關系為Y*=3.16X。 求：洗油的循環流率和過熱蒸汽耗量求：洗油的循環流率和過熱蒸汽耗量73解（解（1）123. 0005. 016. 0001. 002. 0*)16. 0125. 002. 0*001. 002. 0)95. 01 ()95. 01 (2121min1112XXYYVLmYXYY（吸收塔最小液氣比濃度為：洗油在吸收塔底的最大為：吸收塔出口煤氣中含苯吸收塔74124010325333016033301200 1601230313121212.)(/././.).minYYLVXXskmolLskmolhkmol

43、VVLVL洗洗油油出出塔塔濃濃度度為為：洗洗油油循循環環量量煤煤氣氣量量（實實際際氣氣液液比比為為75hkmolskmolLVLVLVYYXXLVmXYee/1260/1094. 1365. 0365. 02 . 1304. 0391. 0124. 016. 30Y)2(2min2121min112過過熱熱蒸蒸汽汽用用量量）（操操作作氣氣液液比比）（解解吸吸塔塔的的最最小小氣氣液液比比為為最最大大濃濃度度為為解解吸吸塔塔頂頂氣氣相相中中含含苯苯的的過過熱熱水水蒸蒸汽汽中中不不含含苯苯，76四、塔徑的計算四、塔徑的計算uVDs4五、吸收塔高的計算五、吸收塔高的計算77（一）填料層高度的計算：（一

44、）填料層高度的計算： （低濃度氣體）（低濃度氣體）1、基本計算式：、基本計算式：計算目的：傳質面積計算目的：傳質面積=？生產任務：生產任務：X2，V，Y1Y2，NAV, Y1V, Y2X2 , LX1m nY XY+dY X+dXdZ 對通過虛線范圍高度的溶質進對通過虛線范圍高度的溶質進行物料衡算：行物料衡算：單位時間內：單位時間內：氣體釋放溶質的量氣體釋放溶質的量=VdY；液體吸收溶質的量液體吸收溶質的量=LdX。VdY = LdX = NAdA=dGA78對于對于dZ內：內： VdY=NA a dZ=KY(Y Y*) dZ dA dZ層內所具有的氣液接觸面積，層內所具有的氣液接觸面積，m2

45、。 塔的截面積，塔的截面積，m2。a 每每m3填料的有效傳質面積，填料的有效傳質面積，m2/ m3 。LdX=NA a dZ=Kx(X* -X) dZ X*XdXKL*YYdYKVdZxY 791212XXXZ0YYYZ0X*XdXKL dZZ *YYdYKVdZZ 對于穩定的吸收操作，對于穩定的吸收操作，V, L, , KY, KX一定：一定：1212XXXYYYX*XdXKLZ *YYdYKVZ 與比表面積與比表面積 t不同，受填料的特性、設備及流動狀況不同，受填料的特性、設備及流動狀況影響，實驗難測，一般影響，實驗難測，一般KY 與與 或或KX 與與一起給出。一起給出。KY ，KX 氣（

46、液）相體積傳質系數，氣（液）相體積傳質系數，kmol/m3s802、傳質單元高度、傳質單元高度H與傳質單元數與傳質單元數N：（1）定義：）定義： KLHKVHX*XdXN*YYdYNXOLYOGXXOLYYOG1212 液相總傳質單元高度：液相總傳質單元高度： 氣相總傳質單元高度：氣相總傳質單元高度： 液相總傳質單元數：液相總傳質單元數： 氣相總傳質單元數：氣相總傳質單元數：81 填料層高度為：傳質單元高度填料層高度為：傳質單元高度傳質單元數傳質單元數Z= HOGNOG Z= HOLNOL（2）H、N的意義：的意義： N：所含變量只與物質的相平衡以及進出口的濃度條件有關，所含變量只與物質的相平

47、衡以及進出口的濃度條件有關，與設備的形式和設備中的操作條件（如流速）無關。與設備的形式和設備中的操作條件（如流速）無關。(Y1 Y2) (分離要求不高，易分離）分離要求不高，易分離）積分值積分值 ，N (Y1 Y2) (分離要求高，難分離）分離要求高，難分離）積分值積分值 ，N N 反映了分離的難易程度。反映了分離的難易程度。82 H：與設備的型式、設備中的操作條件有關與設備的型式、設備中的操作條件有關在在L、V一定時，一定時，Z與與Ky 或或Kx 成反比。成反比。 KY 或或KX ，即設備效能，即設備效能 ，則，則Z 。具體。具體數值需要通過實驗確定。數值需要通過實驗確定。H 反映了設備的效

48、能，表示完成一個傳質單元所需的塔高。反映了設備的效能，表示完成一個傳質單元所需的塔高。3、NOG、NOL的計算：的計算：數值積分法數值積分法對數平均推動力法；對數平均推動力法；脫吸因數法；脫吸因數法；這里只介紹對數平均推動力法；這里只介紹對數平均推動力法；83對數平均推動力法（服從亨利定律對數平均推動力法（服從亨利定律Ye = mX）：）：Y =Y Y* = AX + B - mX= (A-m)(Y-B)/A +BYY是直線關系。是直線關系。V,Y1V,Y2L, X2L, X1吸收塔吸收塔YY1Y20ABX1X2Ye = mX操作線操作線Ye,1Ye,2Y1Y2Y = AX + BX84221

49、12211221122112121mmm21YYOGmXYmXYln)mX(Y)mX(Y*YY*YYln)*Y(Y)*Y(YYYlnYYYYYYYN12 為為對對數數平平均均推推動動力力 YYdY*85同理：同理：22112211221122112121mmm21OLXmYXmYln)Xm(Y)Xm(YX*XX*Xln)X*(X)X*(XXXlnXXXXXXXN/ 為對數平均推動力為對數平均推動力 86在填料吸收塔中，用清水吸收甲醇在填料吸收塔中，用清水吸收甲醇 - 空氣混合氣體中空氣混合氣體中的甲醇蒸汽，在的甲醇蒸汽，在 1 atm，27下進行操作，混合氣體下進行操作，混合氣體流量為流量為1

50、200m3/h，塔底處空塔氣速為，塔底處空塔氣速為0.4m/s，混合氣，混合氣體中甲醇的濃度為體中甲醇的濃度為 100g甲醇甲醇/m3空氣，甲醇回收率為空氣，甲醇回收率為95%，水的用量為，水的用量為1215kg/h，體積吸收總系數，體積吸收總系數KG = 0.987 kmol /(m3hkPa)，操作條件下氣液平衡關系為，操作條件下氣液平衡關系為Y = 1.1X。試計算所需的填料層高度。試計算所需的填料層高度。例：例：V,Y1V, Y2X2 , LX1吸收塔吸收塔可用算術平均值代替。可用算術平均值代替。或或時，時，或或當當mm2121XY2XX2YY87解：解：kmol/h 67.51812

51、15Lkmol/h 46.373002731122.41200TTPP22.4V102.5650.05130.95)(1)Y(1Y0.0513300)314101325/(8.100/48PV/RTG/MY0X00s31212 V880.5565m0.41200/36000.987101.346.37KPVKVH0.033480)102.565(0.051367.546.37X)Y(YLVX)XL(X)YV(YGYOG322112121 897.0850.00688102.5650.0513N 0.00688102.5650.033481.10.0513ln102.5650.03348)1.1

52、(0.0513mXYmXYln)mX(Y)mX(YYYlnYYyYYYN (1)3OG33221122112121mm21OG m3.947.0850.5565NOGH OGZ90其他吸收其他吸收 一、化學吸收一、化學吸收1、化學吸收的特點、化學吸收的特點 溶質的組成沿擴散途徑的變化情況不僅與其自身的擴溶質的組成沿擴散途徑的變化情況不僅與其自身的擴散速率有關，而且與液相中活潑組分的反相擴散速率、散速率有關，而且與液相中活潑組分的反相擴散速率、化學反應速率以及反應物的擴散速率有關。化學反應速率以及反應物的擴散速率有關。2、化學吸收速率加快的原因、化學吸收速率加快的原因反應消耗了進入液相中的吸收質

53、，使吸收質的有效反應消耗了進入液相中的吸收質，使吸收質的有效溶解度顯著增加而平衡分壓降低，從而增大了吸溶解度顯著增加而平衡分壓降低，從而增大了吸收過程的推動力。收過程的推動力。由于部分溶質在液膜內擴散途中就因化學反應而消由于部分溶質在液膜內擴散途中就因化學反應而消耗，使過程阻力減少，吸收系數增大。耗，使過程阻力減少，吸收系數增大。91二、高組成氣體吸收二、高組成氣體吸收1、氣液兩相的摩爾流量沿塔高有較大的變化。、氣液兩相的摩爾流量沿塔高有較大的變化。2、吸收過程有顯著的熱效應。、吸收過程有顯著的熱效應。3、吸收系數不是常數。、吸收系數不是常數。三、多組分吸收三、多組分吸收1、定義：氣體混合物中

54、、定義：氣體混合物中,若有兩個以上的組份被吸收劑若有兩個以上的組份被吸收劑吸收吸收,稱為多組份吸收。稱為多組份吸收。2、多組份吸收的特點：、多組份吸收的特點： 組份間相互影響組份間相互影響,相平衡關系較為復雜，傳遞性質復雜；相平衡關系較為復雜，傳遞性質復雜；各組份在液相的溶解度關系均符合亨利定律，則各組份在液相的溶解度關系均符合亨利定律，則 操作線操作線方程數目與氣體中的組份數相同，方程數目與氣體中的組份數相同， 各組份的操作線方程各組份的操作線方程具有相同的斜率；具有相同的斜率；92吸收操作實例分析吸收操作實例分析一、逆流與并流操作比較一、逆流與并流操作比較例：逆流與并流操作的液氣比計算例：

55、逆流與并流操作的液氣比計算解解: 由平衡關系得相平衡常數為由平衡關系得相平衡常數為 逆流操作時逆流操作時, ,氣體出口與吸收劑入口皆位于塔頂氣體出口與吸收劑入口皆位于塔頂, ,故操作線故操作線的一端的一端(Y(Y2,2,，X X2 2）的位置已經確定，當吸收劑的用量為最小時，）的位置已經確定，當吸收劑的用量為最小時，操作線將在塔底與平衡線相交，即操作線將在塔底與平衡線相交，即x xe1e1=y=y1 1/m/m。 在總壓為在總壓為3.039105(絕壓），溫度為絕壓），溫度為20下用純水吸收混合下用純水吸收混合氣中的氣中的SO2， SO2的初始含量為的初始含量為0.05(摩爾分數摩爾分數),要

56、求在處理后的要求在處理后的氣體中氣體中SO2的含量不超過的含量不超過1%(體積分數體積分數).已知在常壓下已知在常壓下20時的時的平衡關系為平衡關系為y=13.9x,試求逆流與并流時的最小液氣比各為多少試求逆流與并流時的最小液氣比各為多少?6341003931091355.m93823634050163405099001095005001111122112121.)(mineeexxyyyyXXYYVL 并流操作時并流操作時, ,氣體與液體入口皆位于塔頂氣體與液體入口皆位于塔頂, ,故操作線的一端故操作線的一端(Y(Y1,1,，X X2 2）的位置已經確定，當吸收劑的用量為最小時，）的位置已經

57、確定，當吸收劑的用量為最小時，myxe21L/Vminmin=17.5794二、吸收劑用量對吸收過程的影響二、吸收劑用量對吸收過程的影響吸收劑用量對氣體極限殘余濃度的影響吸收劑用量對氣體極限殘余濃度的影響例：用純水逆流吸收混合物中的例：用純水逆流吸收混合物中的SO2氣體（其余組分可氣體（其余組分可視為惰性成分），混合物中的視為惰性成分），混合物中的SO2 的初始含量為的初始含量為5%（體積分數），在操作條件下相平衡關系是（體積分數），在操作條件下相平衡關系是y=5.0 x，試分別計算試分別計算4和和6時氣體的極限出口含量。時氣體的極限出口含量。解：當吸收塔為無限高，氣體出口含量達到極限值，解：

58、當吸收塔為無限高，氣體出口含量達到極限值，此時操作線與平衡線相交。對于逆流操作，操作線與此時操作線與平衡線相交。對于逆流操作，操作線與平衡線相交的位置取決于平衡線相交的位置取決于L/V與與m的相對大小。當的相對大小。當L/V m時，操作線與平衡線相交于塔底，當時，操作線與平衡線相交于塔底，當L/V m時，時，操作線與平衡線相交于塔頂。操作線與平衡線相交于塔頂。1）當）當L/V=4時，操作線與平衡線相交于塔底。時，操作線與平衡線相交于塔底。液體出口最大含量為：液體出口最大含量為：95010505011.myxe01001010101.eX氣體的極限出口含量為：氣體的極限出口含量為：0126001049500502112.)(minXXVLYYe2）當）當L/V=6時，操作線與平衡線相交于塔頂。時，操作線與平衡線相交于塔頂。氣體出口含量為：氣體出口含量為：96ye2=