天津大学版-化工原理-第六章-脱吸及其它条件下吸收课件.ppt

1、第五节第五节 脱吸及其它条件下的吸收脱吸及其它条件下的吸收一、脱吸（解吸）一、脱吸（解吸）1 1、有关概念、有关概念1 1）解吸过程：解吸过程：工业生产中，常将离开吸收塔的吸收液工业生产中，常将离开吸收塔的吸收液送到解吸塔中，使吸收液中的溶质浓度由送到解吸塔中，使吸收液中的溶质浓度由X X1 1降至降至X X2 2，这，这种从吸收液中分离出被吸收溶质的操作，称为解吸过程。种从吸收液中分离出被吸收溶质的操作，称为解吸过程。脱脱吸吸塔塔X1X2Y2Y1YXX1X2Y1Y22 2）吸收）吸收解吸联合流程：解吸联合流程：解吸后的液体再送解吸后的液体再送到吸收塔循环使用，在解吸过程中得到较到吸收塔循环使

2、用，在解吸过程中得到较纯的溶质，真正实现了原混合气各组分的纯的溶质，真正实现了原混合气各组分的吸收分离。吸收分离。3 3）解吸的目的：）解吸的目的：（1 1）获得所需较纯的气体溶质；）获得所需较纯的气体溶质；（2 2）使溶剂再生返回到吸收塔循环使用，使）使溶剂再生返回到吸收塔循环使用，使分离过程经济合理。分离过程经济合理。4 4）解吸过程方向：）解吸过程方向：解吸过程是吸收的逆过程，解吸过程是吸收的逆过程，是气体溶质从液相向气相转移的过程。是气体溶质从液相向气相转移的过程。5 5）解吸过程的必要条件：）解吸过程的必要条件：解吸过程的必要条解吸过程的必要条件及推动力与吸收过程的相反，解吸的必件及

3、推动力与吸收过程的相反，解吸的必要条件为气相溶质分压要条件为气相溶质分压P PA A或浓度或浓度Y Y小于液相小于液相中溶质的平衡分压中溶质的平衡分压 P PA A*或平衡浓度或平衡浓度Y Y*。即：。即：或或 。6 6）解吸过程的推动力：）解吸过程的推动力：P PA A*-P-PA A或或Y Y*-Y-Y。*AApp*YY 2 2、解吸方法、解吸方法（1 1）气提解吸）气提解吸气提解吸法也称载气解吸法。通常作为气提气提解吸法也称载气解吸法。通常作为气提载气的气体有空气、氮气、二氧化碳、水载气的气体有空气、氮气、二氧化碳、水蒸气等。蒸气等。2 2、解吸方法、解吸方法（2 2）减压解吸）减压解吸

4、将加压吸收得到的吸收液进行减压，因总压降低将加压吸收得到的吸收液进行减压，因总压降低后气相中溶质分压后气相中溶质分压P PA A也相应降低，实现了也相应降低，实现了 的条件。解吸的程度取决于解吸操作的压力，的条件。解吸的程度取决于解吸操作的压力，如果是常压吸收，解吸只能在负压条件下进行。如果是常压吸收，解吸只能在负压条件下进行。（3 3）加热解吸）加热解吸将吸收液加热时，减少溶质的溶解度，吸收液中将吸收液加热时，减少溶质的溶解度，吸收液中溶质的平衡分压溶质的平衡分压 P PA A*提高，满足解吸提高，满足解吸件件 ，有利于溶质从溶剂中分离出来。有利于溶质从溶剂中分离出来。*AApp*AApp吸

5、收与解吸吸收与解吸y yy y*为溶解、吸收为溶解、吸收y y*y y 为解吸、脱吸为解吸、脱吸吸收与解吸塔任一截面，气体塔任一截面，气体A A的浓度的浓度(y)(y)大于该截面上与气液体浓度达大于该截面上与气液体浓度达成平衡的成平衡的y y，即吸收塔，吸收，即吸收塔，吸收塔操作线在平衡线上方。塔操作线在平衡线上方。塔任一截面，气体中A的浓度(y)小于该截面上与液体浓度达成平衡的y，即解吸塔，解吸塔操作线在平衡线下方。2 2、解吸方法、解吸方法 注意：注意：工业上很少单独使用一种方法解吸，通常是结工业上很少单独使用一种方法解吸，通常是结合工艺条件和物系特点，联合使用上述解吸方法合工艺条件和物系

6、特点，联合使用上述解吸方法.3 3、解吸过程的计算、解吸过程的计算（1 1）解吸过程的特点）解吸过程的特点 1 1）解吸过程是吸收过程的逆过程，二者传质方）解吸过程是吸收过程的逆过程，二者传质方向相反，过程向相反，过程 的推动力互为相反数。的推动力互为相反数。2 2）在）在X XY Y图上，吸收过程的操作线在平衡线的图上，吸收过程的操作线在平衡线的上方，解吸过程的操作线在平衡线的下方。上方，解吸过程的操作线在平衡线的下方。（2 2）最小气液比和载气流量的确定）最小气液比和载气流量的确定当吸收液与载气在解吸塔中当吸收液与载气在解吸塔中逆流接触如图所示时，吸收逆流接触如图所示时，吸收液流量，吸收液

7、进出口组成液流量，吸收液进出口组成及载气进塔组成通常由工艺及载气进塔组成通常由工艺规定，所要计算的是载气流规定，所要计算的是载气流量量V V及填料层高度。及填料层高度。采用处理吸收操作线类似的采用处理吸收操作线类似的方法，可得到解吸操作线方方法，可得到解吸操作线方程程 V,Y2 L,X2 V,Y m n L,X V,Y1 L,X1 图5-22 逆流解吸塔示意图)(11XVLYXVLY3 3、解吸过程的计算、解吸过程的计算（2 2）最小气液比和载气流量）最小气液比和载气流量的确定的确定操作线的特点：操作线的特点：1 1）在）在X XY Y图上为一直线，斜图上为一直线，斜率为率为L/V L/V ，

8、通过塔底，通过塔底（X X1 1，Y Y1 1）和塔顶）和塔顶 （X X2 2，Y Y2 2）。）。2 2）与吸收操作线所不同的是）与吸收操作线所不同的是该操作线在平衡线的下方。该操作线在平衡线的下方。图 解吸操作线及最小气液比示意图（2）最小气液比和载气流量的确定）最小气液比和载气流量的确定 最小气液比：最小气液比：当载气量当载气量V减少减少时，解吸操作线斜率时，解吸操作线斜率L/V增大，增大，Y2增大，操作线增大，操作线AB向平衡线向平衡线靠近，靠近，当解吸平衡线为非下凹线时当解吸平衡线为非下凹线时：AB的极限的极限 位置为与平衡线位置为与平衡线相交于点相交于点B”，此时，对应的，此时，对

9、应的气液比为最小气液比。气液比为最小气液比。以（以（V/L）min表示。表示。平衡线为正常曲线时：平衡线为正常曲线时：最小气液比计算：最小气液比计算：VL解吸操作线及最小气液比示意图1*212minYYXXLV（2 2）最小气液比和载气流量的确定）最小气液比和载气流量的确定最小气体用量计算：最小气体用量计算：注意：当解吸平衡线为下凹线时，由注意：当解吸平衡线为下凹线时，由塔底点作平衡线的切线，见图，塔底点作平衡线的切线，见图，同样可以确定（同样可以确定（V/LV/L）minmin。操作气液比：根据生产实际经验操作气液比：根据生产实际经验，=（1.12.0）实际载气流量实际载气流量 V=L（1.

10、12.0）VL图5-24 解吸最小气液比1*212minYYXXLVLVminLVminLV（3 3）传质单元数法计算解吸填料层高度）传质单元数法计算解吸填料层高度 当解吸的平衡线和操作线为直线时，可以用导出吸收当解吸的平衡线和操作线为直线时，可以用导出吸收塔填料层高度计算式同样的方法，得到解吸填料层高塔填料层高度计算式同样的方法，得到解吸填料层高度计算式：度计算式：OLOLHNZaKLHXOL21 OLdXX*XXXNOLN121212lnXXXXXXm12XXX传质单元数可以采用平均推动力法传质单元数可以采用平均推动力法 =1212mlnXXXXX*111XXX*222XXX式中式中 ，（

11、3 3）传质单元数法计算解吸填料层高度）传质单元数法计算解吸填料层高度，AXXXXAAN*11*12OL1ln11mVLA传质单元数也可用吸收因数法计算：传质单元数也可用吸收因数法计算：式中式中 吸收因数吸收因数3解吸过程的计算解吸过程的计算 例题例题XY33*aKX含烃摩尔比为含烃摩尔比为0.0255的溶剂油用水蒸汽在一塔截面积为的溶剂油用水蒸汽在一塔截面积为1m2的的填料塔内逆流解吸，已知溶剂油流量为填料塔内逆流解吸，已知溶剂油流量为10kmol/h，操作气液比，操作气液比为最小气液比的为最小气液比的1.35倍，要求解吸后溶剂油中烃的含量减少至倍，要求解吸后溶剂油中烃的含量减少至摩尔比为摩

12、尔比为0.0005。已知该操作条件下，系统的平衡关系为。已知该操作条件下，系统的平衡关系为，液相总体积传质系数液相总体积传质系数 =30kmol/(m3h)。假设溶剂油不挥发假设溶剂油不挥发，蒸汽在塔内不冷凝，塔内维持恒温。蒸汽在塔内不冷凝，塔内维持恒温。求：（求：（1）解吸所需水蒸气量为多少）解吸所需水蒸气量为多少kmol/h（2）所需填料层高度。）所需填料层高度。0005.01X0255.02X01Y33mLVminLV8419.00255.033332*2XY已知已知 =1.35 3解吸过程的计算解吸过程的计算 例题例题，0297.008415.00005.00255.01*212min

13、YYXXLVLVminLV（1）=1.35=1.350.0297=0.04minLV7558.004.0331mLVA510005.00255.012*11*12XXXXXX蒸汽用量 V=1.35L=0.0410=0.4kmol/h（2）AXXXXAAN*11*12OL1ln117558.0517558.01ln7558.011=10.57m33.03010OLaKLHX填料层高度 OLOLHNZ=10.570.33=3.49m二、二、高浓度气体吸收（溶质浓度高于高浓度气体吸收（溶质浓度高于10%）（一）高浓度气体吸收的特点（一）高浓度气体吸收的特点1、变化大，且变化大，且 关系复杂，因此多用

14、关系复杂，因此多用x、y表示；表示；全塔物料衡算：全塔物料衡算：L 、V逆流时操作线方程：逆流时操作线方程：最小液气比：最小液气比：22112211222222112211x1xx1xy1yy1yVLx1xx1xLy1yy1yVx1xx1xLy1yy1yV minXY Xm11mXY)(2、吸收过程是非等温的，沿塔高有温度分布；、吸收过程是非等温的，沿塔高有温度分布；3、膜传质系数将与浓度、流动状况、温度有关，不再是常数；、膜传质系数将与浓度、流动状况、温度有关，不再是常数；填料塔微元段内吸收的溶质量：填料塔微元段内吸收的溶质量：y1dyV)y1(dyV)y1y(VddGx-1LL y-1VV

15、 )x L(d)y V(ddG2 同理：同理：x1dxL)x1x(LddG 1212xxxyyyxyxyA)xx)(x1(aKdxLz )yy)(y1(aKdyVzdz a)xx(Kx1dxL dz a)yy(Ky1dyVdz a)xx(Kdz a)yy(KdANdG 而而填料层高：填料层高：求解方法：图解积分求解方法：图解积分三、非等温吸收三、非等温吸收 （一）特点（一）特点 1 1、随着液相浓度的增大，温度从塔、随着液相浓度的增大，温度从塔顶到塔底逐渐升高；顶到塔底逐渐升高；2 2、实际平衡曲线是非等温线。、实际平衡曲线是非等温线。（二）变温平衡曲线的确定（二）变温平衡曲线的确定 如图，塔

16、内各截面处的组成如图，塔内各截面处的组成xixi各对应各对应一条等温平衡线。一条等温平衡线。作法：作法：1 1、确定确定xixi与与titi 的对应关系，这样可在指定的对应关系，这样可在指定的的xixi下，算出下，算出titi ；2 2、取一系列取一系列xixi值，得值，得到相应到相应titi值；值；3 3、在在x-yx-y座标上做出一系列座标上做出一系列titi下的等温平衡曲线；下的等温平衡曲线；4 4、xixi与与titi线的交点纵坐线的交点纵坐标即为标即为 5 5、连接所有交点得到的曲线即连接所有交点得到的曲线即为该过程的变温平衡曲线。为该过程的变温平衡曲线。最高最低iy（三）确定（三）

17、确定x-t的关系的关系微分溶解热微分溶解热 ：每每1kmol溶质溶解于浓度为溶质溶解于浓度为x的的大量溶液中所产生的热量，其值与溶液的浓度大量溶液中所产生的热量，其值与溶液的浓度有关，如图所示。有关，如图所示。假定溶解热将全部用于液体温度的升高，则微假定溶解热将全部用于液体温度的升高，则微元塔高热量衡算式为：元塔高热量衡算式为：dtCdx LdtCLdxLL 将塔内将塔内x的变化范围分成若干段，每段为的变化范围分成若干段，每段为 x，根据上式，任意塔段根据上式，任意塔段n的热量衡算式可近似写成：的热量衡算式可近似写成：x Ctt)tt(C)xx(L1-nn1nnL1nn 为塔段内的平均值为塔段

18、内的平均值若取：若取：x=0.1 y 1.0Ctt 1.0 xxy 1.0Ctt 1.0 xxLL00 查出查出查出查出四、多组分吸收四、多组分吸收复复杂杂之之处处：各各组组分分的的溶溶解解平平衡衡关关系系相相互互影影响响，而而且且，塔塔 内内气气液液两两相相流流率率不不能能看看作作一一成成不不变变，气气体体溶溶 解解热热所所引引起起的的温温度度变变化化不不能能忽忽略略。y A B C Ox 三三组组分分吸吸收收中中平平衡衡线线和和操操作作线线关键组分化化学学吸吸收收有有很很高高的的选选 择择性性及及较较高高的的吸吸收收速速率率五、五、化学吸收化学吸收1 1、概念、概念:化学吸收通常指溶质气体

19、化学吸收通常指溶质气体A A溶于溶液后，溶于溶液后，即与溶液中不挥发的反应剂即与溶液中不挥发的反应剂B B组分进行化学反应组分进行化学反应的过程：，这是一种传质与反应同时进行的过程。的过程：，这是一种传质与反应同时进行的过程。由于在吸收的同时液相伴有化学变化，使其中的由于在吸收的同时液相伴有化学变化，使其中的溶质转化为反应产物，因而具有下述几个主要的溶质转化为反应产物，因而具有下述几个主要的优点：优点：2 2、优点：、优点：化学反应提高了吸收的选择性；化学反应提高了吸收的选择性；加加快吸收速率，设备容积快吸收速率，设备容积，设备投资费，设备投资费；反反应增加了溶质在液相中的溶解度，吸收剂用量应

20、增加了溶质在液相中的溶解度，吸收剂用量；反应降低了溶质在气相中的平衡分压，可较彻反应降低了溶质在气相中的平衡分压，可较彻底地除去气相中很少量的有害气体。底地除去气相中很少量的有害气体。3 3、缺点、缺点：解吸困难，解吸能耗：解吸困难，解吸能耗。若反应为不可。若反应为不可逆，反应剂不能循环使用，用途就大受限制。逆，反应剂不能循环使用，用途就大受限制。4 4、化学吸收时：溶质从、化学吸收时：溶质从气相主体到气液相界面气相主体到气液相界面的传质机理和传质系数的传质机理和传质系数并未受影响，与物理吸并未受影响，与物理吸收相同；液相中反应对收相同；液相中反应对传质的影响可分为以下传质的影响可分为以下两个

21、方面。两个方面。（1 1）反应使液相主体中）反应使液相主体中A A组分浓度大为降低，从而组分浓度大为降低，从而使传质推动力增大，在多数工业化学吸收中趋于使传质推动力增大，在多数工业化学吸收中趋于零；零；五、五、化学吸收化学吸收（2 2）一般溶质）一般溶质A A与活性物质与活性物质B B的反应速率足够快，的反应速率足够快，溶质在液膜内即为反应所消耗。溶质在液膜内即为反应所消耗。A A组分的浓度在组分的浓度在液膜中的分布不再为直线，界面处浓度梯度明显液膜中的分布不再为直线，界面处浓度梯度明显增大（如图中增大（如图中abab线所示），表现为液相传质系数线所示），表现为液相传质系数提高，加快了吸收速率

22、。提高，加快了吸收速率。液相物理吸收传质速率液相物理吸收传质速率称为液相物理吸收传质速率液相物理吸收传质速率称为增强因子，它取决于反应动力学（反应的类型、增强因子，它取决于反应动力学（反应的类型、反应速率常数等）和物性，使化学吸收研究中所反应速率常数等）和物性，使化学吸收研究中所需要解决的主要课题，有兴趣的同学可看教材介需要解决的主要课题，有兴趣的同学可看教材介绍或查阅文献资料。绍或查阅文献资料。五、五、化学吸收化学吸收由于化学吸收速率并非以为推动力，难以定义化学由于化学吸收速率并非以为推动力，难以定义化学吸收的液相传质系数。只有在条件下，表示化学吸收的液相传质系数。只有在条件下，表示化学吸收

23、速率与物理吸收速率之比，即吸收速率与物理吸收速率之比，即ALAAL(0)0iRkcc化学吸收速率时的物理吸收速率第六章小结第六章小结一、概念一、概念吸收推动力（总的、气相侧、液相侧）、吸收推动力（总的、气相侧、液相侧）、吸收阻力（气相侧、液相侧、总的）吸收阻力（气相侧、液相侧、总的）影响吸收阻力的因素、影响吸收阻力的因素、回收率回收率二、相平衡关系二、相平衡关系亨利定律的三种形式亨利定律的三种形式 AAAAAAmxyExpHpC mPmTmETEHTH，；，相平衡常数，相平衡常数，亨利系数，亨利系数，溶解度系数，溶解度系数，三吸收塔计算（低浓时）三吸收塔计算（低浓时）全塔物料衡算式全塔物料衡算

24、式：aabbyxxGLy bababyyyyy 1 操作线方程：操作线方程：aayxxGLy min).(GLGL0221 ababxxyyGL min 填料层高度计算式：填料层高度计算式：OLOLOGOGNHNHH aKGHyOG mabOGyyyN SyyyySSNaaabOG1ln11 LmGS OGOLSNN 72 填料塔的流体力学特性填料塔的流体力学特性一一 塔内气液两相的流动 当液体自塔顶向下借重力在填料表面作膜状流动时,膜内平均流速决定于流动的阻力。而此阻力来自于液膜与填料表面,及液膜与上升气流之间的摩擦。液膜厚度不仅取决于液体流量,而且与气体流量有关气量 液膜厚 填料内的持液量

25、图7-29为不同液体喷淋量下取得的填料层压力降与空塔气速的双对数关系线：线A:气体通过干填料层时,压力降与空塔气速的关系,为直线线B:有液体喷淋,液体量小线C:有液体喷淋,液体量大以线以线B B为例为例:u u较低（点较低（点L L以下）以下）:线与线与A A线线大致平行。大致平行。u u P P 液体液体下流与流速无关下流与流速无关u u大于大于u uL L以后以后:线斜率增大线斜率增大,上上升气流开始阻碍液体顺利下升气流开始阻碍液体顺利下流流,P P u u大于大于u uF F以后以后:P P与与u u成垂直关成垂直关系系,表明上升气体足以阻止表明上升气体足以阻止液体下流液体下流,于是液体

26、填料层于是液体填料层充满填料层空隙充满填料层空隙,气体只能气体只能鼓泡上升鼓泡上升,随之液体被气流随之液体被气流带出塔顶带出塔顶,发生液泛。发生液泛。载点（L点）:空塔气速u增大到uL以后,气速以使上升气流与下降液体间摩擦力开始阻碍液体顺利下流,使填料表面持液量增多,占去更多空隙,气体实际速度与空塔气速的比值显著提高,故压力降比以前增加的快,这种现象称载液,L点称载点。泛点F:u增大到uF以后P与u成垂直关系,表明上升气体足以阻止液体下流,于是液体填料层充满填料层空隙,气体只能鼓泡上升,随之液体被气流带出塔顶,塔的操作极不稳定,甚至被完全破坏,这种现象称液泛,F点称为泛点。线C的载点和泛点气速都比线B的更低 目前一般认为填料塔的正常操作状态只到泛点为止.