(化工原理)第8章氣體吸收

1、( (化工原理化工原理) )第第8 8章氣體吸章氣體吸收收8.1.4 吸收過程的基本流程吸收過程的基本流程（1）一步吸收流程和兩步吸收流程）一步吸收流程和兩步吸收流程 (選用吸收劑的數(shù)目) 一步吸收流程：僅用一種吸收劑 兩步吸收流程：使用兩種吸收劑貧液富液混合氣體凈化氣一步吸收流程兩步吸收流程吸收劑1吸收劑2混合氣去解吸塔去解吸塔凈化氣吸收塔1吸收塔2（2）單塔流程和多塔流程）單塔流程和多塔流程 (所用的塔設(shè)備數(shù))（3）逆流吸收流程和并流吸收流程）逆流吸收流程和并流吸收流程 (塔內(nèi)氣液流向)逆流和并流吸收過程逆流逆流貧液富液混合氣體凈化氣并流并流貧液富液混合氣體凈化氣（4）部分溶劑循環(huán)流程）部

2、分溶劑循環(huán)流程貧液富液混合氣體凈化氣 部分溶劑循環(huán)流程去解吸8.1.4 對(duì)吸收劑的基本要求對(duì)吸收劑的基本要求（1）吸收劑的選擇原則）吸收劑的選擇原則 對(duì)溶質(zhì)的溶解度要大；對(duì)溶質(zhì)有較高的選擇性； 不易揮發(fā)； 解吸性能好，便于再生；溶解度對(duì)溫度變化敏感； 較低的粘度，不易起泡； 良好的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、無毒、無易燃易爆等； 廉價(jià)、易得。（2）吸收條件的確定）吸收條件的確定 吸收劑用量； 操作溫度； 操作壓力； 理論板數(shù)； 塔徑（3）吸收操作的經(jīng)濟(jì)性）吸收操作的經(jīng)濟(jì)性 吸收塔能量消耗，機(jī)械能、冷公用工程 溶劑揮發(fā)損失和變質(zhì)損失 溶劑再生費(fèi)用吸收 - 低溫、高壓解析 - 高溫、低壓加熱、冷卻、加壓

3、、泄壓（3）吸收操作的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)）吸收操作的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià) 吸收率 產(chǎn)品質(zhì)量 溶劑單耗 能耗 生產(chǎn)強(qiáng)度技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 基礎(chǔ)投資 生產(chǎn)成本 鉀堿法 丙烯酯法 MDEA法吸收壓力MPa 1.8 1.8 1.8吸收溫度 70105 40 40再生溫度 105110 40 72100凈化氣CO2% 0.2 0.2 98 98 98 回收率 % 98 70 95 溶劑吸收能力Nm3/m3 2530 1020 2025電耗kWh/t氨 50 170 70蒸汽 t/t氨 1.8 0 1.5H2損失Nm3/m3 2530 80 60操作費(fèi)元/t氨 59.9 64.4 60.8折舊費(fèi) 7.2

4、10 10.8大修費(fèi) 5.7 8 8.6管理費(fèi) 1.5 2 2.2 費(fèi)用元費(fèi)用元/t氨氨 74.3 84.6 82.4 液體捕沫器填料壓板塔殼填料填料支承板液體再分布器填料壓板填料支承板氣體氣體液體（4）吸收過程氣液兩相的接觸方式：分級(jí)式接觸板式塔、微分式接觸填料塔8.2 低濃度氣體吸收低濃度氣體吸收簡化假定：簡化假定： 氣、液兩相摩爾流率恒定 （ qnG=qnL=const ）； 等溫吸收；傳質(zhì)系數(shù)不變。低濃度氣體吸收低濃度氣體吸收: 通常是指混合氣中溶質(zhì)組成y1 1時(shí)，有效吸收高度增加 y2 下降，x1增加GLxxyy2211GLxxyy2211操作型平移當(dāng)有效傳質(zhì)高度無限升高2min22

5、2)(mxyxy達(dá)到了相平衡，與首先為了氣相產(chǎn)品最純凈或獲得最為了氣相產(chǎn)品最純凈或獲得最大回收率大回收率，選擇，選擇A1一般取一般取A=1.4左右左右x2y1y2ye=mxx1吸收因子的選擇吸收因子的選擇當(dāng)A1時(shí)，有效吸收高度增加 y2 下降，x1增加。操作型平移當(dāng)有效傳質(zhì)高度無限升高myxyx1max111)(達(dá)到了相平衡，與首先為了獲得溶質(zhì)濃度較高的富液，通常選擇A 1。 增強(qiáng)因子隨化學(xué)反應(yīng)速度的增大而增大。對(duì)于極慢的化學(xué)反應(yīng)增強(qiáng)因子近似為1。 （1）反應(yīng)面在氣液相界面上進(jìn)行吸收過程的計(jì)算可以按照氣膜控制的物理吸收過程計(jì)算。吸收過程的計(jì)算可以按照氣膜控制的物理吸收過程計(jì)算。液相主體氣相主體

6、pAicFip或c液膜氣膜距離 z 界面反應(yīng)示意圖pAcBLcBicFL界面0對(duì)于不可逆反應(yīng)對(duì)于不可逆反應(yīng)液膜傳質(zhì)系數(shù)為0增大過程的總傳質(zhì)推動(dòng)力 （2）反應(yīng)面發(fā)生在液膜內(nèi)的有關(guān)計(jì)算。樣的方法進(jìn)行化學(xué)吸收可以利用與物理吸收同液相主體氣相主體pAicAip或c距離 z 化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在液膜內(nèi)的吸收過程pAcBLcF相界面反應(yīng)面zRGL0液膜傳質(zhì)系數(shù)增大增大過程的總傳質(zhì)推動(dòng)力 （3）反應(yīng)面發(fā)生在液相主體內(nèi)總傳質(zhì)系數(shù)不變?cè)龃筮^程的總傳質(zhì)推動(dòng)力 （1）提高了吸收劑的吸收能力，減少吸收劑用量；（2）降低了吸收劑中游離態(tài)溶質(zhì)的濃度，增大了傳質(zhì)推動(dòng)力，可提高氣體的凈化程度；（3）改變了液相中溶質(zhì)的濃度分布，因而

7、可減小液相傳質(zhì)阻力，提高液相的傳質(zhì)分系數(shù)。因此，化學(xué)吸收的傳質(zhì)速率高，所需設(shè)備尺寸?。唬?）化學(xué)反應(yīng)具有的高度選擇性，使吸收操作的選擇性大為提高，能得到高純度的解吸氣體?；瘜W(xué)吸收的優(yōu)點(diǎn)化學(xué)吸收的優(yōu)點(diǎn)解吸困難、設(shè)備材質(zhì)要求高、副反應(yīng)多缺點(diǎn)缺點(diǎn)LL kkE 8.6 解吸操作解吸操作解吸（脫吸）解吸（脫吸）：使溶解了的溶質(zhì)釋放出來的操作；8.6.1 氣提（載氣）解吸法氣提（載氣）解吸法（1） 氣提載氣氣提載氣目的：目的： 得到較純凈的溶質(zhì)，回收溶劑。 實(shí)質(zhì)：氣體吸收的逆過程。 惰性氣體氣提 如空氣、氮?dú)?、CO2； 水蒸氣作載氣； 吸收劑蒸氣作載氣。2G, yqn1L,xqn2L,xqn1G, yqn

8、（2）氣提解吸過程的分析計(jì)算）氣提解吸過程的分析計(jì)算原理與吸收相同，只是推動(dòng)力變負(fù)號(hào)。一般問題：一般問題：已知 L、x1、x2 及 y2， 確定 G、h。 載氣用量確定載氣用量確定)()(1212xxLyyG說明：說明：操作線位于平衡線下方。全塔物料衡算：操作線方程：11)(yxxGLyx2y1y2ye=mxx1y2e 氣體解吸過程示意AAB0 121212e12min)(ymxxxyyxxLG通常?。簃in)(0 . 22 . 1 (LGLG 填料層高度的計(jì)算填料層高度的計(jì)算 傳質(zhì)單元高度計(jì)算與吸收過程相同；傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算可以采用平均推動(dòng)力法和吸收因子法。平衡關(guān)系符合亨利定律，且操作線為直

9、線時(shí)：平衡關(guān)系符合亨利定律，且操作線為直線時(shí)：AmyxmyxAAN/1ln112221OL解吸所需理論板數(shù)為：解吸所需理論板數(shù)為：AmyxmyxAAN/1ln1ln12221說明：說明： 解吸因子取值范圍為 1.21/A2.0 一般1/A=1.4AANNln/ ) 1(OL比較兩式，可得：8.6.2 其他解吸方法其他解吸方法（1）減壓再生（閃蒸）減壓再生（閃蒸）（2）加熱再生）加熱再生用于加壓吸收，不需外加能量，考慮回收能量。 適用于在較低溫度下進(jìn)行的吸收過程，一般采用水蒸氣作為加熱介質(zhì)。例題一逆流吸收塔，氣液平衡關(guān)系：y=x ，氣液進(jìn)塔濃度分別為0.1、0.01，摩爾分?jǐn)?shù)。如塔氣體流量30k

10、mol/h，回收率80，取液氣比為最小液氣比1.5倍，此時(shí)氣相總傳質(zhì)單元高度0.3m。（1）最小液氣比（2）溶劑用量（3）總有效傳質(zhì)高度2, yqnG1,xqnL2,xqnL1, yqnGmin21)/(5 . 1/,3 . 0, 8 . 0,01. 0, 1 . 0,/30GLGLxymHxyhkomlqOGnG已知：min21)/(5 . 1/,3 . 0, 8 . 0,01. 0, 1 . 0,/30GLGLxymHxyhkomlqOGnG已知：物料衡算121yyy 02. 02yx2y1y2ye=mxxe1x189. 021212121minxyyyxxyyqqenGnL335. 15

11、 . 1minnGnLnGnLqqqqhkmolqnL/40（1）最小液氣比（2）溶劑用量4 . 4OGNmin21)/(5 . 1/,3 . 0, 8 . 0,01. 0, 1 . 0,/30GLGLxymHxyhkomlqOGnG已知：07. 012121xxqxqyqyqnLnLnGnGmNHhOGOG32. 13 . 04 . 4（3）總有效傳質(zhì)高度AmxymxyAAN111ln1112221OG335. 1mGLA0182. 0ln2121myyyyym4 . 4m21OGyyyN03. 007. 01 . 0111e11mxyyyy01. 001. 002. 0222e22mxyyyya）對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法）對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法)()(2121yyqxxqnGnL07. 01xmNHhOGOG32. 13 . 04 . 4低濃度氣體逆流吸收設(shè)計(jì)中，若氣體流量、進(jìn)出口組成，液體入口組成一定，減小吸收劑用量，傳質(zhì)推動(dòng)力如何變化，設(shè)備費(fèi)如何變化？x2y1y2ye=mxx1低濃度