文档介绍：项目3 化工单元操作
任务17 填料吸收塔操作
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目 录
CONTENTS
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任务描述
合气中的溶质溶解于吸收剂中而得到一种溶液，即溶质由气相转移到液相的相际传质过程。解吸过程是使溶质从吸收液中释放出来，以便得到纯净的溶质或使吸收剂再生后循环使用。
一、吸收与解吸基本知识
1、吸收的概念
在化工生产中，吸收操作广泛地应用于混合气体的分离，其具体应用大致有以下几种。
一、吸收与解吸基本知识
1、吸收的概念
在一定温度和压力下，混合气体与液相接触时，溶质便从气相向液相转移，而溶于液相内的溶质又会从溶剂中逸出返回气相。随着溶质在液相中的浓度逐渐增加，溶质返回气相的量也逐渐增大，当单位时间内溶于液相中溶质量与从液相返回气相的溶质量相等时，气相和液相的量及组成均不再改变，达到动态平衡。它是吸收过程的极限，它们之间的关系称为相平衡关系。
2、吸收原理
在吸收过程中，通常把气液接触的实际状态偏离平衡状态的程度称作吸收推动力。推动力常以浓度差来表示，如 、 、 、 等。
描述吸收过程是如何将溶质从气相转移至液相的假说很多，其中应用较为普遍的是双膜理论。双模理论的模型示意图如图17-7所示，其基本要点如下。
2、吸收原理
①不管两相湍动如何激烈，相互接触的两相之间总是存在稳定的相界面，在相界面的两侧分别存在稳定的气膜和液膜。传质组分仅以分子扩散的方式连续通过这两层虚拟膜层；
②每一相的传质阻力都集中在虚拟膜层内。即假设虚拟膜层以外流体充分湍动，传质组分的浓度是均匀的，两相主体中的浓度梯度皆为零。用于克服传质阻力的浓度差（相内传质推动力）也集中与虚拟膜内；
③相界面上没有传质阻力，即认为两流体中传质组分的浓度在相界面上达到相平衡状态。所以，两流体间传质的总阻力即为两虚拟膜层的阻力之和。
根据双膜理论，吸收质从气相转移到液相的过程为吸收质从气相主体扩散(主要为涡流扩散)到气膜边界，在气膜内扩散(分子扩散)到界面，在界面上溶解，在液膜内扩散(分子扩散)到液膜边界，最后扩散(主要是涡流扩散)到液相主体中。通常把流体与界面间的物质传递称为对流扩散，于是，气体溶质从气相主体到液相主线，共经历了三个过程，即对流扩散、溶解和对流扩散。
2、吸收原理
对流扩散
溶解
对流扩散
吸收速率是指单位时间内通过单位传质面积所吸收的溶质的量。吸收过程的速率关系可用“过程速率=过程推动力/过程阻力”的形式表示，或表示为“过程速率=系数x推动力”的形式。
3、吸收速率
影响吸收速率的因素主要是:
A
气液接触面积
B
吸收系数
C
吸收推动力
(1)提高吸收系数
吸收阻力包括液膜阻力。由于膜内阻力与膜的厚度成正比，因此加大气液两流体的相对运动速度，使流体内产生强烈的搅动，都能减小膜的厚度，从而降低吸收阻力，增大吸收系数。对溶解度大的易溶气体，气膜阻力远大于液膜阻力，吸收过程的速率主要是受气膜阻力控制；反之，对于难溶气体，液膜阻力远大于气膜阻力，吸收阻力主要集中在液膜上，即吸收速率主要受液膜阻力控制。要提高液膜控制的吸收速率，关键在于加大液体流速和湍动程度，减少液膜厚度。要提高气膜控制的吸收速率，关键在于降低气膜阻力，增加气体总压，加大气体流速，减少气膜厚度。
3、吸收速率
(2)增大吸收推动力
增大吸收推动力，可以通过两种途径来实现，即提高吸收质在气相中的分压p，或降低与液相平衡的气相中吸收质的分压p*。然而提高吸收质在气相中的分压常与吸收的目的不符，因此应采取降低与液相平衡的气相中吸收质的分压的措施，即选择溶解度大的吸收剂、降低吸收温度、提高系统压力都能增大吸收的推动力。
(3)增大气液接触面积
增大气液接触面积的方法有：增大气体或液体的分散度、选用比表面积大的高效填料等。
3、吸收速率
4、全塔物料衡算
图17-8 逆流吸收塔操作示意图
在工业生产中，吸收一般采用逆流连续操作。当进塔混合气中的溶质浓度不高(小于3%～10%)时、为低浓度气体吸收。如图 17-8所示。
V—单位时间内通过吸收塔的惰性气体量，kmol/h
L—单位时间内通过吸收塔的吸收剂量，kmol/h
Y,Y1,Y2—分别为任一截面进塔及出塔气体的组成，kmol吸收质/kmol惰性气；
X,X1,X2—分别为任一界面进塔及出塔液体的组成，kmol吸收质/kmol吸收剂。
4、全塔物料衡算
在稳态操作下，对全塔作物料衡算，依据进塔的吸收质量等于出塔的吸收质量，可得