吸收原理及吸收塔设计

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1、吸收原理及吸收塔设计利用气体在液体中溶解度的差异而分离气体混合物的单元操作称为吸收。当气体混合物与液体接触，混合物中被溶解的部分进入液相形成溶液，不被溶解的部分则留在气相，气体混合物得到分离。吸收操作中所用的液体称为溶剂（吸收剂），以S表示；混合气体中能溶解的部分称为溶质（或吸收质），A表示，不能溶解的组分称为惰性组分（或载体），B表示；吸收操作所得的溶液称为吸收液，排出的气体称为吸收尾气，吸收过程在吸收塔中进行，逆流操作吸收塔示意图如下。一、用途：吸收操作是一种重要的分离方法，主要用于下列几方面：1．分离气体混

2、合物原料气在加工以前，其中无用的或有害的成分都要预先除去，例如从氨合成所用的原料气中分离出二氧化碳，一氧化碳，硫化氢等杂质（水、碱液、铜氨液吸收）；物料经吸过化学反应后所得到的产物，常与未反应物、副反应物混合在一起，收若为气态混合物也可以用用吸收方法加以分离，例如石油馏分裂解塔生产出来的乙烯、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；分离过程也是获得一定组分的过程，如焦化企业用硫酸处理焦炉气以回收其中的氨，用洗油处理其中的焦炉气以回收其中的芳烃等。2．气体净化生产

3、过程中排出的废气往往都含有足以污染环境的物质，造成危害，排放之前要进行净化。（尤其山西省焦化企业多，空气污染名列全国之首，许多乡镇企业面临关闭）。这些物质若加以回收却又常常有利用价值，例如烟道气中的二氧化硫，从设备排出的溶剂蒸汽等。吸收操作是常用的净化气体、回收有用物质的方法之一。3．制取气体的溶液作为成品例如用水吸收氯化氢以制盐酸，用硫酸吸收三氧化硫以制发烟硫酸，水吸收二氧化氮制硝酸，吸收甲醛制福尔马林溶液。二、分类：吸收过程中，如被吸收气体不与溶剂发生明显的化学反应，所进行的操作称为物理吸收，如用水吸收CO2

4、、吸收乙醇蒸汽、丙酮蒸汽，用液态烃吸收气态烃等；若气体溶解后与溶剂或预先溶于溶剂里的其他物质进行化学反应，则称为化学吸收，如用氢氧化钠溶液吸收二氧化碳、二氧化硫、硫化氢，用稀硫酸吸收氨等。吸收操作又可分为单组分吸收与多组分吸收，前者指混合气体中只有一个组分在溶剂中溶解，后者指所溶解组分不止一个。严格来讲，吸收操作中所谓不能溶解的惰性组分或载体，多少也会被用解一些，只是溶解之量很少，可以不加考虑而已。比较典型的多组分吸收是用液态烃的混合物吸收气态烃混合物。气体溶入液体中，有些情况下放出相当大的溶解热和反应热，因此吸

5、收过程中温度要升高，若是混合气体中被吸收的组分浓度低，溶剂的用量又较大，温度变化便显著，可以按等温过程来考虑。但生产盐酸、硫酸等的吸收过程，由于放热量大，所形成的溶液浓度又高，温度变化1很剧烈，称为不等温吸收。本章以分析单组分的等温物理吸收为重点，以便掌握最基本的原理。气体吸收是物质自气相到液相的转移，这是一种传质过程。混合气体中某一组分能否进入溶液里，既取决于该组分的分压，也取决于溶液里该组分的平衡蒸汽压。如果混合气体中该气体的分压大于溶液的平衡蒸汽压，这个组分便可自气相转移至液相，即被吸收。由于转移的结果，溶

6、液里这个组分的浓度便增高，它的平衡蒸汽压也随着增高，到最后，可以增高到等于它在气相中的分压，传质过程于是停止，这时称为气液两相达到平衡。反之，如果溶液中的某一组分的平衡蒸汽压大于混合气体中该组分的分压，这个组分便要从溶液中释放出来，即从液相转移到气相，这种情况称为解吸（或脱吸）。所以根据两相的平衡关系可以判断传质过程的方向与极限，而且，两相的浓度距离平衡愈远，则传质的推动力愈大，传质速率也愈大。吸收操作的分析，应该从气液两相的平衡关系与传质速率关系着手，本章各节即如此展开讨论。在此将蒸馏与吸收操作作一对比：蒸馏改

7、变状态参数产生第二相，吸收从外界引入另一相形成两相系统；蒸馏直接获得轻、重组分，吸收混合液经脱吸才能得到较纯组分。蒸馏中气相中重组分向液相传递，液相中轻组分向气相传递，是双相传递；吸收中溶质分子由气相向液相单相传递，惰性组分及溶剂组分处于“停滞”状态。与蒸馏一样，首先讨论：第一节气液相平衡2––1––1气体的溶解度气体吸收的平衡关系指气体在液体中的溶解度。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有一部分返回气相，只不过刚开始

8、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它从液相返回气相的速率，氨实际上便不再溶解进水里，溶液的浓度也就不再变化，这种状态称为相际动平衡，简称相平衡或平衡。这时溶液已经饱和，即达到了它在一定条件下的溶解度，也就是指气体在液相中的饱和浓度，习惯上以单位质量（或体积）的液体中所含溶质的质量来表示，