分离工程_第三章节吸收

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1、分离工程吸收分离工程第七节复杂精馏塔的计算华东理工大学化工学院分离工程教学组2007年11月吸收分离工程分离工程第三章吸收吸收分离工程目录3．1吸收过程概述1.吸收操作的应用及工艺流程2.吸收操作的分类3.吸收过程的特点及微分接触理论3．3气液相平衡3．3．1．物理溶解时的相平衡3．3．2．伴有化学反应的吸收相平衡3．3．3．相平衡曲线及其比较吸收分离工程3．4．传质理论3．5．传质速率与传质系数3．5．1．物理吸收传质速率3．5．2．化学吸收传质速率与增强因子3．5．3．传质系数关联式3．6．化学吸收与增强因子1．化学吸收的分类及其判别2．化学吸收中液相传质

2、速率的研究步骤3．化学吸收增强因子的求取4.化学吸收与物理吸收的比较吸收分离工程3.7吸收过程的设计（A）工艺的确定1.气量、吸收率（净化度）吸收量2.最小液体流率，吸收流程的确定（B）工程计算1.塔径的计算2.塔高的计算1.低浓度气体吸收时的填料高度2.高浓度气体吸收时的填料高度3.化学吸收时的填料高度的计算4.多组分逆流吸收的填料高度—吸收因子法5.吸收过程的模拟计算吸收分离工程3．1．吸收过程概述1.吸收过程的应用及典型工艺流程化工生产中吸收过程的应用：1）获得液相产品2）气体混合物的分离3）气体的净化①原料气的净化②尾气的净化4）回收有价值的组分分离工

3、程吸收典型工艺流程（1）吸收剂无需再生的流程使用对象：主要用于制备液相产品。流程特点：吸收剂不再生，循环操作。应用实例：SO3+H2O（H2SO4）HCHO+H2OH2SO4（浓硫酸）福尔马林（NH4）2CO3+CO2+H2O2NH4HCO3原料CA溶剂进吸收（2）吸收再生流程使用对象：气体的净化或回收；流程特点：至少有两个塔（吸收塔和再生塔）。再生气Ⅰ再生气Ⅱ净化气再生气Ⅲ①减压冷再生流程原理：通过改变P，改变相平衡，使溶质解吸。实例：以碳酸丙烯酯为溶剂，脱除合成氨气原料气中CO2的过程。工艺对气体净化度要求是过程经济性的关键分离工程①减压冷再生②气提冷再生

4、③间接蒸汽热再生吸收分离工程②气提冷再生流程原理：用惰性气体降低溶质在气相的分压促使解吸；适用：溶质不必回收的场合或稀释溶质在气相的含量。问题：二次污染，资源的再利用。净化气气体蒸汽废气惰性气体泡沫吸收分离工程③间接蒸汽热再生流程原理：利用间接蒸汽升高温度，改变液面上活性组分的平衡分压，加速解吸速率；实例：化学吸收（可逆反应）热钾碱法吸收CO2；柠檬酸钠法吸收SO2。过程能耗是考核的关键指标。采用化学再生，转化为其他产品，或与其他工业过程有机结合是降低能耗的有效方法之一。★物理吸收的特点：吸收2．吸收操作的分类物理吸收（水、甲醇-CO2）依据吸收的机理可分成化

5、学吸收（K2CO3-CO2）物理化学吸收（甲醇-有机胺）极限：溶解平衡=f(T,P)达到平衡的速率：NA=f(ΔC,KG)过程是可逆的，且热效应较小。★化学吸收的特点：极限：相平衡=f(T,P,反应组分B)达到平衡的速率：NA=f(ΔC,KG,Kr)由于有化学反应，过程热效应较大，必须热再生。★物理化学吸收的特点分离工程气相(g)⎯⎯⎯→液相(l)吸收3.吸收过程的特点及微分接触理论吸收与精馏操作的相同点：☆平衡分离过程☆热、质同传过程，由MESH方程求解吸收与精馏的不同点：吸收过程精馏过程进T(G)>TC汽相(V)冷凝进入汽化进入液相（L）T(V)

6、工程吸收分离工程吸收操作的特点：•溶解平衡过程，相际传质速率和传质面积等成为重要的影响因素；•传质过程同时受到平衡和扩散的控制，化学吸收过程反应与分离耦合；•气体热容小，液体热容大，溶质浓度较低，且存在溶剂汽化冷凝，过程的温度变化较小；•吸收操作多采用连续逆流接触式设备（如填料塔）；•研究的理论和方法不同─微分理论。∫∫=∫∫分离工程=(Kya)(y−ye)dh吸收−d(Gy)=d(Lx)=NASdh=(Kxa)(xe−x)SdhSG,y1L,x1dhL,x2G,y2yy+dy∫x2x1h0d(Lx)KxaS(xe−x)dh=H=∫y1y2h0d(Gy)Kya

7、S(y−ye)dh=H=x2dxx1xe−xdyy−yeLKxaSLy1KyaSy2H=HOLNOL=HOGNOG=分离工程吸收3.3吸收相平衡相平衡时ffiiTG=TL,PG=PLˆG=ˆL(i=1,c)亨利定理变形：或者3.3.1.物理溶解时相平衡1）低浓度理想溶液Pi=Hixi（Hi为亨利系数）Pi=PyiHiPxi⇒yi=mixiyi=HiPmi=HiCMCi⇒Pi=Hi′CiPi=HiCMHi′=分离工程吸收关于H系数的几点说明：一般情况3）化学平衡时，2）低浓度的易溶气体;难溶气体；1)4、Hi与溶液的组成、5、Hi的适用范围：AiAi越小；i越大

8、，C2、pi一定，HP<0.1MPa。