注册化工工程师第39讲

PAGE\*MERGEFORMAT#页2.解吸过程解吸也称为脱吸，它是使溶质从吸收液中释放出来的过程。工业上，解吸过程通常在解吸塔中进行，可采用气提解吸、减压解吸及加热解吸等不同的解吸 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 。气提解吸与逆流吸收是互逆的过程。因此，从原理上讲，气提解吸与逆流吸收是相同的，只是在解吸中传质的方向与吸收的方向相反，即两者的推动力互为负值。从X-Y图上看，吸收过程的操作线在平衡线的上方，而解吸过程的操作线则在平衡线的下方。因此，吸收过程的分析方法和计算方法均适用于解吸过程，只是在解吸计算时要将吸收计算式中表示推动力的项前面加上负号。在解吸计算中，一般待解吸的吸收液流量L及其进出塔组成均由工艺规定，入塔载气组成，也由工艺规定（通常为零），待求的量为载气流量V及填料层高度Z等。对于解吸塔，仍用下标1表示塔底，下标2表示塔顶，由物料衡算可得解吸过程的操作线方程为上式表明，解吸过程的操作线是斜率为的直线，如图5.2-4中BT所示。图中的OE为平衡的斜率，即线。解吸过程的最大液气比为直线液相总传质单元数的计算公式为【例5.2・5】用填料塔解吸某含二氧化碳的碳酸丙烯酯吸收液。已知进、出解吸塔的液相组成分别为0.010和0.002（均为摩尔比）。解吸所用载气为含二氧化碳0.0005（摩尔分数）的空气，操作条件下的平衡关系为Y=106.03X.操作气液比为最小气液比的1.8倍，试计算：（1）载气的出塔组成（摩尔分数）；（2）液相总传质单元数。解：（1）载气的出塔组成（摩尔分数）进塔载气中二氧化碳的摩尔比为Y1"yl=0.0005最小气液比为操作气液比为载气的出塔摩尔分数为(2)液相总传质单元数吸收因数为液相总传质单元数为分析：①因进塔载气中二氧化碳的摩尔分数为0.0005，该值很低，故摩尔比近似等于摩尔分数，但应注意计算中必须采用摩尔比。载气的出塔组成可通过物料衡算求得本题要求计算载气的出塔摩尔分数，故经过物料衡算求出摩尔比丫2后，要转换成摩尔分数『2。5.2.2吸附固体表面对流体分子的吸着现象称作吸附。其中，固体物质称为吸附剂，被吸附物质称为吸附质。吸附是分离和纯化气体或液体混合物的重要单元操作之一，在化工、炼油、轻工、食品、生化、制药环保等领域有广泛的应用前景。1．概述吸附分离原理固体表面上的质点处于受力不平衡状态，具有表面能。固体表面可以自动吸附那些能降低其表面自由焓的物质。吸附过程中释放出吸附热。在化工类生产过程中，利用吸附剂对混合物中组分的选择性吸附而实现气体或液体混合物中组分的分离。物理吸附和化学吸附根据被吸附物质与吸附剂分子间结合力的性质，吸附分为物理吸附和化学吸附。物理吸附是由吸附质与吸附剂分子间引力引起，结合力较弱，吸附热较小，是一种可逆过程，容易解附。活性炭对气体的吸附即属物理吸附。化学吸附则由吸附质与吸附剂间的化学键所引起，犹如化学反应，结合力强，吸附热大，一般为不可逆过程。如气相催化加氢反应中镍催化剂对氢的吸附即属此例。实验表明，同一物质，在低温时进行物理吸附；当温度升高到一定程度后便转化为化学吸附。有时，两种吸附同迸发挥作用。吸附剂性能优良的吸附剂应具有如下性质：单位质量吸附剂应具有较大的表面积(工业上常用吸附剂的比表面积在300~1600m”g的范围)，对吸附质有高的吸附能力和高选择性。平衡吸附量对温度或压力敏感，易于再生。机械强度高，化学及热稳定性好，使用寿命长。制备简单，成本低，原料来源充足。目前，工业上最常用的吸附剂有如下几类：活性白土、硅藻土等天然物质。主要用于油品和糖液的脱色精制。活性炭。由含碳物质经炭化与活化处理制得。主要用于溶剂蒸气的回收、低分子烃类的分离、气体或液体的除臭、脱色，水的净化等。硅胶。由硅酸钠脱钠离子加工制成的坚硬多孔凝胶颗粒。主要用于气体及有机溶剂的干燥、气体吸收，色层分析和催化剂等。活性氧化铝。由氧化铝加热、脱水和活化制得。主要用于气体或液体的干燥。分子筛。主要由人工合成的硅铝酸盐制成，具有很强的热稳定性及高选择性。其多孔及结晶型结构，使分子大小不同的组分分离。其主要用于各种气体或液体的干燥、烃类混合物的分离等。在某些场合，还应用其他吸附剂，如吸附树脂、活性粘土等。工业上常用吸附剂的主要性能如表5.2-1所示。2．吸附的平衡与吸附机理（1）吸附的相平衡当气体或液体混合物与吸附剂经过足够时间充分接触后，系统即达平衡状态。吸附质的平衡吸附量（即单位质量吸附剂在达到吸附平衡时所吸附的吸附质量）首先取决于吸附剂的化学组成与物理结构，同时和系统的压力与温度、混合物组成（或吸收质的分压）密切相关。吸附的平衡关系常用一定温度下吸附质的平衡吸附量与其在混合物中的组成（或分压）之间的关系曲线表示。该类曲线称为吸附等温线。对于压力不高的气体吸附，惰性组分对吸附等温线基本上没有影响；而液体混合物中的溶剂通常对吸附等温线产生影响。这是由于溶剂的种类对吸收质的吸着产生影响；而且吸附质在不同溶剂中溶解度不同，同时溶剂本身的吸附也会影响吸附质的吸附。实验结果表明，同一体系的吸附等温线随温度而变。温度升高平衡吸附量呈下降的趋势。对于液体的吸附，溶质在溶剂中的溶解度愈小，吸附量愈大；温度升高，吸附量降低。当混合物中有几个组分同时被吸附时各被吸附组分的平衡吸附量之比，一般不同于原混合物中各组分的比例（即分离因子不等于1）.吸附剂的选择性愈高，愈有利于吸附分离。吸附等温线由实验测定。不同体系的吸附等温线有显著的差异。吸附的相平衡决定了吸附过程进行的方向和限度，同时是吸附过程计算（包括设计型和操作型）的基本依据。（2）吸附机理和吸附速率吸附是流-固之间的传质过程。通常，一个吸附过程应包括如下三个基本步骤，即外扩散：吸附质分子从流体主体以对流方式传递到吸附剂固体表面。在紧贴固体表面的有效滞流膜层内吸附质以分子扩散方式进行传递。内扩散：吸附质分子从吸附剂的表面进入微孔道，进而扩散到微孔道的内表面处。吸着：吸附质分子被微孔道的内表面所吸着。对于物理吸附过程，“吸着”速率较外扩散或内扩散速率快得多，吸附速率通常由外扩散速率或内扩散速率控制。外扩散或内扩散的速率和一般的膜传质速率方程没有多大区别。如外扩散速率方程可表达为式中：q为1kg吸附剂吸附的吸附质量，kg/kg吸附剂；为时间，S；为吸附剂的外比为吸附速率，kg/（s.kg吸附剂）；表面积，体中的吸附质浓度值与流体性质、流体流动状况、吸附剂几何特性、温度、压力等操作条件有关，由实验测定。同理，以流体总浓度差为推动力的总吸附速率方程可表达为式中：分别为流体主体及与吸附质含量为g的吸附剂呈平衡的流体中吸附质的浓度，假设在操作浓度范围内吸附平衡线为直线，即吸附的总阻力等于外扩散与内扩散的阻力之和，即式中的为内扩散（即吸附剂固体侧）的传质系数，若过程为外扩散控制，则若过程为内扩散控制，则显然，欲提高吸附速率，就必须降低控制侧的阻力。3．工业的吸附装置1）吸附操作流程与设备工业的吸附过程大都包括吸附和脱附（再生）两个基本步骤，因此，吸附操作流程除吸附设备还须有脱附再生设备。根据原料流体中吸附质含量的不同，将吸附分为纯化吸附和分离吸附过程。通常，将原料流体中被吸附组分的分数大于10%的分离视为分离吸附。工业上应用最广的吸附设备类型和操作方式分为：搅拌槽接触吸附法，也称接触过滤法，主要用于液体纯化（如脱色），多为间歇操作。固定床周期性间歇操作方法。既可用于分离，也可用于纯化。因脱附方法的不同，出现多种操作流程，如变温解附、变压吸附一解附、惰性气体解附、置换解附等。模拟移动床连续逆流操作方法。吸附分离常用的工业方法如表5.2-2所示。2）吸附操作的应用和操作评价（1）吸附操作的应用吸附操作常用来分离或纯化吸附质浓度较低的流体混合物，也可用作其他传质分离操作的补充，以达到组分完全的分离的目的。对于挥发度很接近的料液，精馏难以实现有效的分离，用吸附分离可能会较经济。目前，吸附操作在工业上的主要应用有：气体或液体的深度干燥；食品、药品、石油产品的脱色、脱臭；有机异构物（如混合二甲苯）的分离；空气分离制备富氧气或制取氮气；从废水或废气中除去有害物质等。2．吸附操作的评价评价吸附分离操作的主要指标有如下几项：吸附质的回收率（当吸附质是有价值的物质时）或净化率（当吸附质是有害杂质时）；设备的操作强度，即单位体积设备所处理的流体混合物量；能量消耗，包括输送物料和吸附剂的能耗、脱附能耗等。影响如上指标的因素为吸附的平衡吸附量、吸附剂的选择性、吸附剂的用量以及操作温度、压力等。随着新型高效吸附剂的研制和新工艺过程的开发，吸附操作必将愈来愈广泛地应用于各工业生产部门。20页