化工原理-气体吸收法-理论

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1、第五章气体吸收GasAbsorption化工生产中所处理的原料、中间产品、粗产品等几乎都是混合物，而大部分是均匀物系。为进一步加工和使用，常需要将这些混合物分离为纯净或几乎纯态的物质。对于均相物系必须要造成一个两相物系，利用原物系中各组分间某种物性的差异，而使其中某个组分（或某些组分）从一相转移到另一相，以达到分离的目的。物质在相间转移的过程称为物质传递过程（简称为传质过程）。化学工业中常见的传质过程有蒸馏、吸收、干燥、萃取和吸附等单元操作。5.1概述（Introduction）利用混合气体中各组分(component)在某液体溶剂中的溶解度(

2、solubility)的差异而分离气体混合物的单元操作称为吸收。吸收操作时某些易溶组分进入液相形成溶液(solution)，不溶或难溶组分仍留在气相(gasphase)，从而实现混合气体的分离。气体吸收是混合气体中某些组分在气液相界面上溶解、在气相和液相内由浓度差推动的传质过程。吸收剂气体yx界面气相主体液相主体相界面气相扩散液相扩散yixi概述（Introduction）吸收质或溶质(solute)：混合气体中的溶解组分，以A表示。惰性气体(inertgas)或载体：不溶或难溶组分，以B表示。吸收剂(absorbent)：吸收操作中所用的溶剂

3、，以S表示。吸收液(strongliquor)：吸收操作后得到的溶液，主要成分为溶剂S和溶质A。吸收尾气(dilutegas)：吸收后排出的气体，主要成分为惰性气体B和少量的溶质A。吸收过程在吸收塔中进行，逆流操作吸收塔示意图如右所示。吸收塔混合尾气(A+B)吸收液(A+S)吸收剂(S)吸收尾气(A+B)一、吸收操作的用途：(1)制取产品用吸收剂吸收气体中某些组分而获得产品。如硫酸吸收SO3制浓硫酸，水吸收甲醛制福尔马林溶液，用水吸收氯化氢制盐酸等。(2)分离混合气体吸收剂选择性地吸收气体中某些组分以达到分离目的。例如石油馏分裂解生产出来的乙烯

4、、丙烯还与氢、甲烷等混在一起，可用分子量较大的液态烃把乙烯、丙烯吸收，使与甲烷、氢分离开来。(3)气体净化一类是原料气的净化，即除去混合气体中的杂质，如合成氨原料气脱H2S、脱CO2等；另一类是尾气处理和废气净化以保护环境，如燃煤锅炉烟气，冶炼废气等脱除SO2，硝酸尾气脱除NO2等。1.根据溶质与溶剂是否反应：物理吸收和化学吸收2.根据热效应：非等温吸收和等温吸收3.根据被吸收溶质的数目：单组分吸收和多组分吸收4.根据操作压力：常压吸收和加压吸收5.根据溶质的浓度不同：低浓度吸收和高浓度吸收二、吸收操作分类物理吸收(physicalabsorp

5、tion)：吸收过程溶质与溶剂不发生显著的化学反应，可视为单纯的气体溶解于液相的过程。如用水吸收二氧化碳、用水吸收乙醇或丙醇蒸汽、用洗油吸收芳烃等。化学吸收(chemicalabsorption)：溶质与溶剂有显著的化学反应发生。如用氢氧化钠或碳酸钠溶液吸收二氧化碳、用稀硫酸吸收氨等过程。化学反应能大大提高单位体积液体所能吸收的气体量并加快吸收速率。但溶液解吸再生较难。单组分吸收：混合气体中只有单一组分被液相吸收，其余组分因溶解度甚小其吸收量可忽略不计。多组分吸收：有两个或两个以上组分被吸收。非等温吸收：体系温度发生明显变化的吸收过程。等温吸收

6、：体系温度变化不显著的吸收过程。低浓度吸收：溶质在气液两相中的摩尔分数不超过0.1。本章主要研究：常压、等温、单组分、低浓度物理吸收水粗苯水直接蒸汽焦炉煤气脱苯煤气贫油富油吸收塔解吸塔换热器冷却器冷却-冷凝器吸收液贮槽脱吸液贮槽从焦炉煤气中回收粗苯的流程示意图三、吸收的流程从合成氨原料气中回收CO2的流程必须解决问题：1、选择合适的吸收剂（溶剂）；2、提供合适的气液传质设备；3、吸收剂的再生循环使用。吸收塔解吸塔工业吸收过程吸收剂应具有的特点：溶解度：大敏感性：好选择性：高蒸汽压：低（不易挥发，减少溶剂损失，避免在气体中引入新的杂质）粘度：低（

7、利于传质及输送）比热：小（再生时耗热量小）发泡性：低（以免过分限制气速而增大塔的体积）腐蚀性：低（减少设备费和维修费）安全性：好（避免易燃易爆）经济性：易得到、易再生T↓、p↑，有利于吸收；T↑、p↓，有利于解吸四、溶剂选择5.2吸收过程的相平衡关系气体吸收是一种典型的相际间的传质过程，气液相平衡关系是研究气体吸收过程的基础，该关系通常用气体在液体中的溶解度及亨利定律表示。5.2.1气体在液体中的溶解度气体溶解示意图如果把氨气和水共同封存在容器中，令体系的压力和温度维持一定，由于氨易溶于水，氨的分子便穿越两相界面进入水中，但进到水中的氨分子也会

8、有一部分返回气相，只不过刚开始的时候进多出少。水中溶解的氨量越多，浓度越大，氨分子从溶液逸出的速率也就越大，直到最后，氨分子从气相进入液相的速率便等于