解吸塔

解吸塔用氣體或者蒸汽（氣相）將溶劑（液相）中的部分溶質進行分離的設備。在氣液兩相系統中，當溶質組分的氣相分壓低於其溶液中該組分的氣液平衡分壓時，就會發生溶質組分從液相到氣相的傳質，這一過程叫作解吸或蒸出。例如被吸收的氣體從吸收液中釋放出來的過程。

基本介紹

• 中文名：解吸塔
• 外文名：desorption column
• 本質：溶質組分從液相到氣相的傳質
• 方式：負壓降壓、解吸劑、間接加熱蒸汽

定義

解吸過程

在氣液兩相系統中，當溶質組分的氣相分壓低於其溶液中該組分的氣液平衡分壓時，即會發生溶質組分從液相到氣相的傳質，這一過程叫做解吸或蒸出。例如被吸收的氣體從吸收液中釋放出來的過程。

吸收過程與吸收塔

吸收塔是實現吸收操作的設備。按氣液相接觸形態分為三類。第一類是氣體以氣泡形態分散在液相中的板式塔、鼓泡吸廈汽判籃收塔、攪拌鼓泡吸收塔；第二類是液體以液滴狀分散在氣相中的噴射器、文氏管、噴霧塔；第三類為液體以膜狀運動與氣相進行接觸的填料吸收塔和降膜吸收塔。塔內氣液兩相的流動方式可以逆流也可並流。通常採用逆流操作，吸收劑以塔頂加入自上而下流動，與從下向上流動的氣體接觸，吸收了吸收質的液體從塔底排出，淨化後的氣體從塔頂排出。

二者關係

解吸與吸收都是在推動力作用下罪探寒的氣、液相際間的物質傳遞過程，不同的是兩者的傳質方向相反，推動力的方向也相反。所以解吸被看做是吸收的逆過程，由此可得知，凡有利於吸收的操作條件對解吸都是不利的，而對吸收不利的操作條件對解吸則是有利的。吸收過程的各種計算方法原理都可相應的運用於解吸計算中。

吸收解吸過程

在化工生產中解吸和吸收往往是密切相關的。為了使吸收過程所用的吸收劑，特別是一些價格較高的溶劑能夠循環使用，就需要通過解吸把被吸收的物質從吸收液中分離出去，從而使吸收劑得以再生。此外，要利用被吸收的氣體組分時，也必須解吸。至於在石油化工生產中把所吸收的輕烴混合物分離成幾個餾分或幾個單一組分，如何合理地組織吸收-解吸流程方案就更加重要。在石油化工，天然氣加工過程中廣泛套用吸收、解吸過程。

解吸塔的原理

解吸可通過不同的方式進行，但無論哪一種方式，都是為了創造從液相到氣相的傳質有利條件（y<y*或p<p*）。常用的解吸方式有負壓解吸、解吸劑（如惰性氣體、水蒸氣）作用下的解吸、加熱解吸以及這些方式的聯合。降壓、負壓和解吸劑的作用都是為了降低組分在氣相的蜜捉達分壓，也就是減小y（或p）；加熱的作用則是升高溫度，使氣相平衡濃度y*（或平衡分壓p*）增大，從而提高解吸推動力（y*-y）或（p*-p）。推動力越大，解吸越容易進行。

解吸的方式

降壓和負壓解吸

降壓是一種常用的解吸方法，特別適用於加壓吸收之後的解吸。這時只需把吸收液降至常壓，解吸就可進行到相當的程度，有時為了使組分充分解吸，需要進一步降至負壓。如果吸收壓力為常壓，解吸就需在負壓條件下進行。對於單組分的吸收—解吸過程，若忽略吸收和解吸的熱效應，則吸收和解吸幾籃盛的溫度相等，吸收時的相平衡線和解吸時的相平衡線重合為一條直線。在吸收劑不揮發的降壓解吸系統中，氣相只存在溶質組分，其摩爾分數等於 1，組分的氣相分壓也就等於解吸壓力，且恆定不變。因此，氣相傳質單元數等於零，過程的進行取決於解吸壓力和液相內的傳質。這種減壓解吸過程的設備設計，不是以傳質單元數或理論板數為依據，而是以液體能夠達到均勻良好的分散，和有足夠的空間使解吸出來的氣體集積並分離出夾帶的液滴，作為確定設備結構尺寸的原則。過程的計算按一級平衡閃蒸來處理。

解吸劑作用下的解吸過程

降壓和負壓解吸只是靠改變系統的壓力來實現的。在許多情況下，由於壓力條件的限制，解吸往往不可能充分進行，尤其是對溶解度較大的組分更難充分解吸，需要進一步用其他手段提高組蜜店分的解吸程度。解吸劑作用下的解吸，則是普遍採用的有效方法。常用的解吸劑是惰性氣體、水蒸氣、溶劑蒸氣和貧氣。

（1）使用惰性氣體或貧氣的解吸

這種解吸是逆流接觸過程。在採用惰性氣體為解吸劑的解吸塔中，惰性氣體自下而上從塔底進入，與由上而下的液體逆流接觸。由於溶質組分不斷地從液相轉入氣相，液相中組分的濃度將會由上而下逐漸降低；而氣相中組分的濃度則由下而上逐漸增大。可見，塔中氣、液相組分濃度的變化規律恰好與吸收過程相反。

在某些情況下，解吸劑並不是惰性氣體，而是含有溶質組分的氣體。當然，解吸組分的氣相分壓必須低於平衡分壓（故稱為貧氣）。其他組分可以察墓辣是溶解度較大的溶質，其氣相分壓也可能比平衡分壓大，它們在過程中被下降的溶液寒驗背凝所吸收。這就是說，在同一個塔中同時進行著吸收和解吸。在塔的一定範圍內，對一些組分是吸收；對另一些組分卻是解吸。

（2）直接蒸氣解吸

為了使解吸在較高的溫度下進行，可以用水蒸氣作為解吸劑。飽和水蒸氣或過熱水蒸氣從解吸塔底部通入，迎著下降的液流上升。它除了起到降低組分在氣相的分壓，導致解吸的作用外，由於蒸氣溫度高於溶液溫度，且通常是高於溶液的沸點，因而溶液將被加熱，從而促進了解吸的進行。在工業生產中常把吸收液預熱到沸點再送入解吸塔。這時，溶液沿整個塔高都處於一定的沸點溫度下，如果組分的解吸不消耗熱量，且沒有對環境的熱損失，那么，解吸將在等溫下進行。而實際的情況要複雜，解吸過程必然要消耗一定的熱量。當解吸劑是飽和水蒸氣時，將發生蒸氣的部分冷凝以抵償這些熱量消耗；當解吸劑是過熱蒸氣時，消耗的熱量靠過熱蒸氣的顯熱來抵償。實際的解吸過程並不是等溫過程。

（3）間接加熱蒸氣解吸

如右圖所示，解吸塔下面設有再沸器。液體從塔頂進入並向下流動，液相濃度逐漸降低，轉入氣相的組分量也逐漸減少。流體流入再沸器中受熱而沸騰，部分汽化形成的蒸氣自下而上與含被解吸組分的液體逆向流動，進行熱量交換和質量交換。由於間接加熱蒸氣解吸過程的解吸劑是來自被解吸體自身汽化所產生的蒸氣，而不是從外部引入的，所以，這種解吸過程實質上就是吸收劑和被吸收組分混合物的精餾過程，它與精餾塔的提餾段操作相似。

間接加熱蒸汽解吸流程

解吸塔塔板數的計算

解吸和吸收的原理是相同的，吸收計算的吸收因子法、逐板計算法都可以引用於計算解吸過程，只是把表征過程的參數應結合解吸過程來定義。在吸收過程中，用吸收率表示組分從氣體中回收的程度；在解吸過程中則用解吸率（蒸出率）表示組分從液體中脫出的程度。在吸收過程中氣相組分被吸收的難易和操作條件的關係是通過吸收因子來表示；而在解吸過程中液相組分被解吸的難易和操作條件的關係則是用解吸因子來表示。

解吸因子法

定義第N板上組分的解吸因子為，可以導出：。

各板解吸因子取全塔範圍內的平均值，則上式可化為：

，

式中C₀為相對吸收率，其值等於解吸出來的組分量與在氣體入口端達到相平衡時可以從溶液中解吸的該組分的最大量的比。

由上式可得：

。

有效解吸因子法

套用與有效吸收因子的同樣方法，用有效解吸因子代替解吸因子得：

。

其中：；；。

解吸劑作用下的解吸過程

降壓和負壓解吸只是靠改變系統的壓力來實現的。在許多情況下，由於壓力條件的限制，解吸往往不可能充分進行，尤其是對溶解度較大的組分更難充分解吸，需要進一步用其他手段提高組分的解吸程度。解吸劑作用下的解吸，則是普遍採用的有效方法。常用的解吸劑是惰性氣體、水蒸氣、溶劑蒸氣和貧氣。

（1）使用惰性氣體或貧氣的解吸

這種解吸是逆流接觸過程。在採用惰性氣體為解吸劑的解吸塔中，惰性氣體自下而上從塔底進入，與由上而下的液體逆流接觸。由於溶質組分不斷地從液相轉入氣相，液相中組分的濃度將會由上而下逐漸降低；而氣相中組分的濃度則由下而上逐漸增大。可見，塔中氣、液相組分濃度的變化規律恰好與吸收過程相反。

在某些情況下，解吸劑並不是惰性氣體，而是含有溶質組分的氣體。當然，解吸組分的氣相分壓必須低於平衡分壓（故稱為貧氣）。其他組分可以是溶解度較大的溶質，其氣相分壓也可能比平衡分壓大，它們在過程中被下降的溶液所吸收。這就是說，在同一個塔中同時進行著吸收和解吸。在塔的一定範圍內，對一些組分是吸收；對另一些組分卻是解吸。

（2）直接蒸氣解吸

為了使解吸在較高的溫度下進行，可以用水蒸氣作為解吸劑。飽和水蒸氣或過熱水蒸氣從解吸塔底部通入，迎著下降的液流上升。它除了起到降低組分在氣相的分壓，導致解吸的作用外，由於蒸氣溫度高於溶液溫度，且通常是高於溶液的沸點，因而溶液將被加熱，從而促進了解吸的進行。在工業生產中常把吸收液預熱到沸點再送入解吸塔。這時，溶液沿整個塔高都處於一定的沸點溫度下，如果組分的解吸不消耗熱量，且沒有對環境的熱損失，那么，解吸將在等溫下進行。而實際的情況要複雜，解吸過程必然要消耗一定的熱量。當解吸劑是飽和水蒸氣時，將發生蒸氣的部分冷凝以抵償這些熱量消耗；當解吸劑是過熱蒸氣時，消耗的熱量靠過熱蒸氣的顯熱來抵償。實際的解吸過程並不是等溫過程。

（3）間接加熱蒸氣解吸

如右圖所示，解吸塔下面設有再沸器。液體從塔頂進入並向下流動，液相濃度逐漸降低，轉入氣相的組分量也逐漸減少。流體流入再沸器中受熱而沸騰，部分汽化形成的蒸氣自下而上與含被解吸組分的液體逆向流動，進行熱量交換和質量交換。由於間接加熱蒸氣解吸過程的解吸劑是來自被解吸體自身汽化所產生的蒸氣，而不是從外部引入的，所以，這種解吸過程實質上就是吸收劑和被吸收組分混合物的精餾過程，它與精餾塔的提餾段操作相似。

間接加熱蒸汽解吸流程

解吸塔塔板數的計算

解吸和吸收的原理是相同的，吸收計算的吸收因子法、逐板計算法都可以引用於計算解吸過程，只是把表征過程的參數應結合解吸過程來定義。在吸收過程中，用吸收率表示組分從氣體中回收的程度；在解吸過程中則用解吸率（蒸出率）表示組分從液體中脫出的程度。在吸收過程中氣相組分被吸收的難易和操作條件的關係是通過吸收因子來表示；而在解吸過程中液相組分被解吸的難易和操作條件的關係則是用解吸因子來表示。

解吸因子法

定義第N板上組分的解吸因子為，可以導出：。

各板解吸因子取全塔範圍內的平均值，則上式可化為：

，

式中C₀為相對吸收率，其值等於解吸出來的組分量與在氣體入口端達到相平衡時可以從溶液中解吸的該組分的最大量的比。

由上式可得：

。

有效解吸因子法

套用與有效吸收因子的同樣方法，用有效解吸因子代替解吸因子得：

。

其中：；；。