第八章气体吸收
第八章 气体吸收
8.1概述 (①)吸收的目的 在化学工业种，将气体混合物种的各组分加以分离，其目的是： ①回收或捕获气体混合物中的有用物质，以制取产品： ②除去工艺气体中的有害成分，使气体净化，以便进一步加工处理， 如有害气体会使催化剂中毒，必须除去；或除去工业放空尾气中的有害 物，以免污染大气。 (2)吸收的依据 为达到吸收分离气体混合物的目的，要用什么物质（溶剂，吸收剂）， 其分离的依据使什么？（气体混合物中各组分在溶剂中的溶解度不同， 若各组分在吸收剂中的溶解度差异越大，吸收的选择性越好)例如欲分 离氨气十空气的混合物，可选择水做溶剂，因为氨水在水中的溶解度最 大，而空气几乎不溶于水
8.1概述 ⑴ 吸收的目的 在化学工业种，将气体混合物种的各组分加以分离，其目的是： ①回收或捕获气体混合物中的有用物质，以制取产品； ②除去工艺气体中的有害成分，使气体净化，以便进一步加工处理, 如有害气体会使催化剂中毒，必须除去；或除去工业放空尾气中的有害 物,以免污染大气。 ⑵ 吸收的依据 为达到吸收分离气体混合物的目的，要用什么物质（溶剂，吸收剂）， 其分离的依据使什么？（气体混合物中各组分在溶剂中的溶解度不同， 若各组分在吸收剂中的溶解度差异越大，吸收的选择性越好）例如欲分 离氨气＋空气的混合物，可选择水做溶剂，因为氨水在水中的溶解度最 大，而空气几乎不溶于水
8.1概述 氨气（浓度低）十空气 总压p 溶质(A)分压PA P。与溶液中A的浓度成 密闭容器 平衡的气相分压 水（溶剂） P4>P。吸收，PA<P。解吸，PA=P。平衡， 氨气（浓度高）十空气（惰性气体） P4-P。一吸收总推动力亦可用其他浓度差 (溶质，被吸收组分) 表示动力 图8-1
8.1概述 密闭容器 水（溶剂） 氨气(浓度高)＋空气(惰性气体) (溶质，被吸收组分) 氨气（浓度低）＋空气 总压 溶质（A）分压 与溶液中A的浓度成 平衡的气相分压 p A p e p 吸收， 解吸， 平衡， ——吸收总推动力亦可用其他浓度差 表示动力 pA pe pA pe pA = pe pA − pe 图8-1
8.1概述 (③)工业吸收设备及气、液两相接触方式 我们已经了解了吸收的依据，下面再思考一个问题，上述密 闭容器能否用作工业吸收设备？（可以，但吸收效果不好，原因 在于气、液两相接触情况不好)对工业吸收设备有什么要求？ (尽可能提供气、液两相有足够大的接触面积，尽可能使气、液 两相接触充分，尽可能使气、液两相的传质推动力大（逆流）) 为达到上述要求，目前工业上常用的吸收设备使塔设备，按气、 液两相在塔中的接触方式不同分为级式接触和微分接触两大类。 在工业上，上述两种不同接触方式的传质设备不仅用于气体 吸收，同样也可用于液体精馏、萃取等其他传质单元操作。两类 设备可采用完全不同的计算方法，本章吸收主要讨论填料塔的计 算方法，下章精馏主要讨论板式塔的计算方法，而两种方法之间 的关系及具体的塔结构及其设计计算在塔设备一章中介绍
8.1概述 ⑶工业吸收设备及气、液两相接触方式 我们已经了解了吸收的依据，下面再思考一个问题，上述密 闭容器能否用作工业吸收设备？（可以，但吸收效果不好，原因 在于气、液两相接触情况不好）对工业吸收设备有什么要求？ （尽可能提供气、液两相有足够大的接触面积，尽可能使气、液 两相接触充分，尽可能使气、液两相的传质推动力大（逆流）） 为达到上述要求，目前工业上常用的吸收设备使塔设备，按气、 液两相在塔中的接触方式不同分为级式接触和微分接触两大类。 在工业上，上述两种不同接触方式的传质设备不仅用于气体 吸收，同样也可用于液体精馏、萃取等其他传质单元操作。两类 设备可采用完全不同的计算方法，本章吸收主要讨论填料塔的计 算方法，下章精馏主要讨论板式塔的计算方法，而两种方法之间 的关系及具体的塔结构及其设计计算在塔设备一章中介绍
8.1概述 在工业上，两种形式的塔设备大多情况均为连续操作，即设备 内的参数都不随时间变化，称为定态连续过程。当然也可以式间歇 操作的非定态过程，很少见，故后面除特殊说明外，均指连续定态 操作。 (4)工业吸收流程（见旧讲稿） 由流程图可见，采用吸收操作实现气体混合物的分离必须解决下 列问题： ①选择合适的溶剂，使能选择性比溶解某个（或某些）被分离组 分： ②提供适当的传质设备（多位填料塔，也有板式塔）以实现气液 两相的接触，使被分离组分得以从气相转移到液相（吸收）或气相 (解吸)；
8.1概述 在工业上，两种形式的塔设备大多情况均为连续操作，即设备 内的参数都不随时间变化，称为定态连续过程。当然也可以式间歇 操作的非定态过程，很少见，故后面除特殊说明外，均指连续定态 操作。 ⑷工业吸收流程（见旧讲稿） 由流程图可见，采用吸收操作实现气体混合物的分离必须解决下 列问题： ①选择合适的溶剂，使能选择性比溶解某个（或某些）被分离组 分； ②提供适当的传质设备（多位填料塔，也有板式塔）以实现气液 两相的接触，使被分离组分得以从气相转移到液相（吸收）或气相 (解吸)；
8.1概述 洗油 脱苯煤气 吸 加冷 塔 热却 器器 解吸塔 含苯煤气 过热蒸汽 图8-1吸收与解吸流程
8.1概述
8.1概述 溶剂 气 a.级式接触 b.做分接触 图82两类吸收设备
8.1概述
8.1概述 ③溶剂的再生，即脱除溶解于其中的被分离组分以便循环使 用。除了制取溶液产品只需单独吸收外，一般都要进行解吸操作， 使溶剂再生循环使用。 总之，一个完整的吸收分离过程一般包括吸收和解吸两个组 成部分。 (⑤)溶剂的选择 吸收操作的成功与否在很大程度上决定于溶剂的性质，特别 是溶剂与气体混合物之间的相平衡关系。根据物理化学中有关相 平衡的知识可知，评价溶剂优劣的主要依据应包括以下几点：
8.1概述 ③溶剂的再生，即脱除溶解于其中的被分离组分以便循环使 用。除了制取溶液产品只需单独吸收外，一般都要进行解吸操作， 使溶剂再生循环使用。 总之，一个完整的吸收分离过程一般包括吸收和解吸两个组 成部分。 ⑸溶剂的选择 吸收操作的成功与否在很大程度上决定于溶剂的性质，特别 是溶剂与气体混合物之间的相平衡关系。根据物理化学中有关相 平衡的知识可知，评价溶剂优劣的主要依据应包括以下几点：
8.1概述 ①溶剂应对被分离组分（溶质）有较大的溶解度，或者说在 一定的温度与浓度下，溶质的平衡分压要低。这样，从平衡角度 来说，处理一定量混合气体所需溶剂量较少，气体中溶质的极限 残余浓度亦可降低：就过程数率而言，溶质平衡分压↓，过程推 动力大，传质数率快，所需设备尺寸小。 ②溶剂对混合气体中其他组分的溶解度要小，即溶剂应具备 较高的选择性。若溶剂的选择性不高，将同时吸收混合物中的其 他组分，只能实现组分间某种程度的增浓而不能实现较为完全的 分离。 ③溶质在溶剂中的溶解度应对温度的变化比较敏感，即不仅 在低温下溶解度要大，平衡分压要小，而且随着温度升高，溶解 度应迅速下降，平衡分压应迅速上升。这样，被吸收的气体容易 解吸，溶剂再生方便
8.1概述 ①溶剂应对被分离组分（溶质）有较大的溶解度，或者说在 一定的温度与浓度下，溶质的平衡分压要低。这样，从平衡角度 来说，处理一定量混合气体所需溶剂量较少，气体中溶质的极限 残余浓度亦可降低；就过程数率而言，溶质平衡分压↓，过程推 动力大，传质数率快，所需设备尺寸小。 ②溶剂对混合气体中其他组分的溶解度要小，即溶剂应具备 较高的选择性。若溶剂的选择性不高，将同时吸收混合物中的其 他组分，只能实现组分间某种程度的增浓而不能实现较为完全的 分离。 ③溶质在溶剂中的溶解度应对温度的变化比较敏感，即不仅 在低温下溶解度要大，平衡分压要小，而且随着温度升高，溶解 度应迅速下降，平衡分压应迅速上升。这样，被吸收的气体容易 解吸，溶剂再生方便
8.1概述 ④溶剂的蒸汽压要低，不易挥发。一方面是为了减少溶剂在 吸收和再生过程的损失，另一方面也是避免在气体中引入新的杂质。 ⑤溶剂应有较好的化学稳定性，以免使用过程中发生变质： ⑥溶剂应有较低的粘度，不易产生泡沫，以实现吸收塔内良 好的气液接触和塔顶的气液分离。 ⑦溶剂应尽可能满足价廉、易得、无毒、不易燃烧等经济和 安全条件。 实际上很难找到一个理想得溶剂能够满足上述所有要求，应 对可供选择得溶剂做全面得评价，以便作出经济、合理得选择。 (6)吸收操作得经济性 吸收总费用=设备（塔、换热器等）折旧费十操作费（占比重大）
8.1概述 ④溶剂的蒸汽压要低，不易挥发。一方面是为了减少溶剂在 吸收和再生过程的损失，另一方面也是避免在气体中引入新的杂质。 ⑤溶剂应有较好的化学稳定性，以免使用过程中发生变质； ⑥溶剂应有较低的粘度，不易产生泡沫，以实现吸收塔内良 好的气液接触和塔顶的气液分离。 ⑦溶剂应尽可能满足价廉、易得、无毒、不易燃烧等经济和 安全条件。 实际上很难找到一个理想得溶剂能够满足上述所有要求，应 对可供选择得溶剂做全面得评价，以便作出经济、合理得选择。 ⑹吸收操作得经济性 吸收总费用＝设备(塔、换热器等)折旧费＋操作费(占比重大)