气体吸收

第二章 气体吸收 第一节概述 气体吸收过程 一、什么是吸收气体吸收是用液体吸收剂吸收气体的单元操作。 二、吸收基本原理是利用气体混合物中各组分在某一液体吸收剂中溶解度的不同，从而将其中溶 解度最大的组分分离出来。 三、吸收的特点吸收是一种组分从气相传入夜相的单向扩散传质过程。 四、 传质过程 借扩散进行物质传递的过程称为传质过程。 除吸收外， 蒸馏 萃取 吸收 干燥等过程， 也都属于传质过程。 五、解吸吸收的逆过程，即从溶液中把吸收质脱出去的过程，称为解吸。 吸 收 塔混合气体 （AB 吸收剂 （s） 吸收尾气 吸收液 （AS 吸收操作示意图 BA 气相 吸收质（溶质）A 惰性气体（载体）B S 吸收剂（溶剂） AS 液相 吸收液（溶液） 扩散由于微粒（分子 原子等）的热运动而产生的物质迁移现象。可由一种或多种物质在气、 液或固相的同一相内或不同相间进行。主要由于温度差和湍流运动等。微粒从浓度较大的区域向较 小的区域迁移，直到一相内各部分的浓度达到一致或两相间的浓度达到平衡为止。扩散速度在气相 最大，液相次之，固相中最小。 吸收在化工生产中的应用极为广泛，其目的主要有四点 一、制造成品（的硫酸吸收 3 SO 制的硫酸）。 二、回收有价值的气体，（焦化厂用洗油处理焦炉气以分离其中的苯等芳香烃）。 三、去掉有害气体（如合成氨厂用氨水或其它的吸收剂除去半水煤气中的硫化氢）。 四、三废处理（如用吸收法除净硫酸生产尾气中的二氧化硫。） 总之吸收的目的可用四个字来概括去害兴利。 气体吸收的分类 一、物理吸收吸收过程中吸收质只是简单地从气相溶入液相，吸收质与吸收剂间没有显著的化学 反应或只有微弱的化学反应，吸收后的吸收质在溶液中是游离的或结合的很弱，当条件发生变 化时，吸收质很容易从溶剂中解吸出来。如用水吸收二氧化碳。 物理吸收是一个物理化学过程，吸收的极限取决于操作条件下吸收质在吸收剂中的溶解度、吸 收速率则取决于吸收质从气相主体传递入液相主体的扩散速率。物理吸收都是可逆的一般热效 应较小。 二、化学吸收吸收过程中吸收质与吸收剂之间发生显著的化学反应。例如NaOH吸收 2 CO 。 化学吸收时，吸收平衡主要取决于当时条件下吸收反应的化学平衡，吸收速率则取决于吸收质 的扩散速率和化学发应速率，因为化学吸收降低了吸收质的浓度故吸收速率一般比同样条件下 没有化学反应的物理吸收速率大。 三、单组分吸收与多组分吸收 四、等温吸收和非等温吸收 五、低浓度吸收与高浓度吸收（溶质在气液两相中的浓度不高，譬如摩尔分率不超过01 ）。 本章只讨论低浓度、单组分、等亿、温、物理吸收。 吸收的方法和流程简述 一、方法 1喷淋吸收液体是分散相，气体是连续相。 2鼓泡吸收气体是分散相，液体是连续相。 3膜式吸收液体是分散相，气体是连续相。 二 流程 1 单程吸收 2 循环吸收均指液体 3 吸收与解吸结合 三、吸收解决的问题 高压水（12-30at 净化气 变换气 水洗塔 合成氨原料气经CO变换后  222 HCOOHCO气） ，含有30 2 CO ，本处用1230[at]高 压水与变换气逆流接触将 2 CO 溶解在水中（2 2 CO 存在于净化气中） ，从吸收塔底部出来的水可与一 个高压水泵及电机相联的涡轮，通过涡轮转动水泵以回收能量。 上图我们要解决以下问题 1. 气液相组成是如何表示的吸收操作的极限是什么气液平衡关系如何表示 2 吸收速率方程如何表示如何强化吸收 3 液气比是多少 吸收塔，塔径计算。 吸收塔塔高计算。 现在我们就以上述问题为序，逐一加以介绍。 第二节 气体吸收的平衡关系 气体在液体中的溶解度 一、质量分率这是一相的组分质量对该相的总质量只之比 G G ai i  气相；液相；  i a 表示i组分的质量分率； i G 表示i组分的质量数  g k ； G表示i组分所在相的各组分的总质量数  g k 。 液相        G G a G G a S s A A SA GGG 1   G G G GG aaSA SA 同理气相 1  bA aa 二、摩尔定律这是一相的组分摩尔数，对该相的总摩尔数之比。 n n xi i  n n yi i  式中 i x表示液相i组分的摩尔分率； i n表示液相i组分的摩尔数； n表示i组分所在液相中的各组分总摩尔数； i y表示气相i组分的摩尔分率； i n表示气相i组分的摩尔数； n 表示i组分所在气相中的各组分总摩尔数。 液相 n n xA A  n n xS S  SA nnn 1 SA xx 气相 n n yA A  n n yB B  BA nnn 1 BA yy 两者之间的关系如对液相取 1  g k 的质量为基准则   g kG1 A A A A A A A M a M Ga M G n 同理 S S S M a n  BA nnn     M a M a M a M a M a n n xA A S S A A A A A A 空气 通式   i i i i i i M a M a n n x   ii ii i Mx Mx a 由此可见，吸收过程中气相中的吸收质传入液相。气相量与液相量不断发生相应的变化，如何 使计算简化表示简单呢 三.比摩尔分率 组分的摩尔数与溶剂或载体的摩尔数之比。 用X、Y表示液相与气相的比摩尔分率。 即分子不动，分母中扣去所有溶质后相比的结果。本质上是气相以惰性气体为分母，液相以溶剂为 分母，因为二者在吸收过程中均为不变的量。 液相 x x n nn n n nn n n n X A A A A S A       1摩尔溶剂 摩尔溶质 1 表示溶液 n n X X n nn n n nn n n n x S SA S A SA AA   