化工分离第四章教案

第四章气体吸收

主要教学目标：通过本章的学习，使学生掌握吸收、解吸过程的基本原理、流程及其简捷计算。

教学方法及教学手段：采用板书和教学课件及多媒体课件相结合，课堂上师生互动，采用启发式和提问式的教学方式，并且课堂上学习的表现记入学生的平时成绩。

教学重点及难点：吸收过程的流程特点；吸收过程设计变量和关键组分；吸收因子、平均吸收因子、吸收率的含义；多组分吸收的简捷计算法。

第一节多组分吸收和解吸过程分析

吸收是化工生产中分离气体混合物的重要方法之一，在化工生产中，无论是原料的精制或产品的分离，常常需要从气体混合物中分出一种或若干种组分，因而吸收的应用十分广泛。吸收在化工原理中曾接触这个概念，现在不是旧曲重弹，而是赋予新的内容，在原来的基础上更进一步的研究，由原来的单组分吸收，扩展到现在的多组分吸收。

1、吸收和解吸

吸收是利用液体处理气体混合物，根据气体混合物中各组分在液体中溶解度的不同，而达到分离目的传质过程。

吸收是一个分离过程，且分离的是气体混合物，分离的介质是某一种液体溶剂称之为吸收剂，被吸收的气体混合物称为溶质。

当吸收过程用于中间产物分离时，离开吸收塔的吸收液需进行解吸操作，其作用是将溶质从吸收液中驱赶出来，并使吸收剂获得再生，所以解吸是吸收的逆过程。

2、工业生产中的吸收过程

①净化或精制气体

为除去原料气中所含的杂质，吸收是最常用的方法。如用乙醇胺液脱出石油裂解气或天然气中的硫化氢，乙烯直接氧化制环氧乙烷生产中原料气的脱硫、脱卤化物，合成甲烷工业中的脱硫、脱，二氯乙烷生产过程中用水去除氯化氢等。

CO

2

②分离气体混合物

以上的组分与甲烷、氢用以得到目的产物或回收其中一些组分，如石油裂解气的油吸收，将C

2

分开；用N－甲基吡咯烷酮作溶剂，将天然气部分氧化所得裂解气中的乙炔分离出来；焦炉气的油吸收以回收苯以及乙烯直接氧化制环氧乙烷生产中用吸收法分离反应气体中的环氧乙烷等。

③将最终气态产品制成溶液或中间产品

将气体中需用的组分以指定的溶剂吸收出来，成为液态的产品或半成品，如用水吸收氯化氢气

体制成盐酸；在甲醇蒸汽氧化后用水吸收甲醛蒸汽制甲醛溶液；用水吸收丙烯腈作为中间产物等。 ④废气治理

很多工业废气中含2SO 、x NO （主要是NO 及2NO ），汞蒸汽等有害成分，虽然浓度一般很低，但对人体和环境的危害甚大，而必须进行治理，这类环境保护问题在我国已愈来愈受重视。选择适当的工艺和溶剂进行吸收，是废气处理中应用较广的方法。

3、吸收过程的分类

由于处理的气体混合物的性质不同，所采用的设备不同，吸收可分为许多类，根据讨论问题的方法和着眼点不同，吸收过程可以有许多分类方法：

①按组分的相对溶解度的大小

⑴单组分吸收

气体吸收过程中只有一个组分在吸收剂中具有显著的溶解度，其它组分的溶解度均小到可以忽略不计，如制氢工业中，将空气进行深冷分离前，用碱液脱出其中的二氧化碳以净化空气，这时仅2CO 在碱液中具有显著的溶解度，而空气中的氮、氧、氩等气体的溶解度均可忽略。

⑵多组分吸收

气体混合物中具有显著溶解度的组分不止一个，如用油吸收法分离石油裂解气，除氩以外，其它组分都程度不同的从气相溶到吸收剂中。

②吸收过程有无化学反应

⑴物理吸收

所溶组分与吸收剂不起化学反应，如VCM 生产中的水洗塔。

⑵化学吸收

所溶组分与吸收剂起化学反应，如VCM 生产中的碱洗塔。

③吸收过程温度变化是否显著

⑴等温吸收

气体吸收相当于由气态变液态，所以会产生近于冷凝热的溶解热，在吸收过程中，有溶解热+反应热，其量往往较大，故温度总有上升，所以没有绝对的等温，只有当溶剂用量相对大，温升不明显。

⑵非等温吸收

吸收过程温度变化明显。

④按吸收量的多少

⑴贫气吸收

吸收量不大，对吸收塔内的吸收剂和气体量影响不大。

⑵富气吸收

吸收量大的情况。

⑤按汽液两相接触方式和采用的设备形式

⑴喷淋吸收

填料塔或空塔：气、液两相都连续。

淋降板塔：气相连续，液相分散。

⑵鼓泡吸收

鼓泡塔或泡罩塔：使气相分离在液相中，即液相保持为连续相，气相分离为小气泡通过液层。

⑶降膜吸收

降膜式吸收器，使气、液两相均连续，用于吸收热效应大的情况，吸收剂顺着管壁形成一层液膜，由于重力作用而往下流动，原料气以一定的流率逆流向上，两相在管壁中进行传质过程，产生的吸收热通过管壁传给冷凝剂，不断被冷凝剂带走。

每一具体的吸收过程以采用哪一种分类方法为宜，完全视何种分类方法能较准确的反映出该具体过程的特点来衡量，如采用油吸收法分离石油气，在进行吸收计算时，应突出说明它是多组分吸收，在计算进行过程中，应考虑到它是一个非等温吸收，在比较采用何种设备时，应考虑到使用鼓泡吸收还是喷淋吸收或其它等。

4、吸收过程的特点

①原理不同。

吸收是根据各组分溶解度不同进行分离的。

精馏利用组分间相对挥发度不同使组分分离。

②塔式不同。

精馏有简单塔和复杂塔。

最简单的吸收为精馏中的复杂精馏，即两股进料，两股出料。被分离的气体混合物均是从吸收塔的下部进入，在塔内自下而上的运动过程中与从塔顶喷淋下来的液体吸收剂中去，溶解度较低的气体（亦称为惰性气体）不被吸收而从吸收塔顶部排出，吸收剂从塔顶喷入后，在与气体混合物的接触过程中不断吸收易溶解的组分，最后吸收剂与被吸收的易溶组分一起从吸收塔底排出。

③传质形式不同。

吸收是单向传质，精馏是双向传质。

在精馏操作中，汽液两相接触，汽相中的较重组分向液相中传质（冷凝），液相中的较轻组分向汽相中传质（汽化），所以传质过程是在两相中交替进行。当轻、重组分的分子汽化潜热相近时，塔内可以近似看作恒摩尔流，而不至于引起太大的误差。而对于吸收系统，一般吸收剂是不易挥发的液体，气相中的某些组分不断溶解到不易挥发的吸收剂中，属于单向传质。在吸收过程中，气相的量是不断减少，而液相的量在不断的增加，除非是贫气吸收，气液相流量在塔内不能视为常数，不能用恒摩尔流的假设，从而就增加了吸收计算的复杂性。

④温度范围、变化不同。

在精馏过程中沸点范围相对窄，而多组分吸收中，各溶质组分的沸点范围很宽，有的在操作条件下已接近或超过其临界状态（不能冷凝），所以多组分吸收不能视为理想系统来处理。

在精馏过程中，由于气化潜热与冷凝潜热相互利用，在整个塔内的温度变化范围不是很大，而且从塔顶向下，温度逐渐升高。每块板上由于组成改变而引起的温度变化，可用泡露点方程定出。而吸收过程由于气相中易溶组分溶解到溶剂中，会放出溶解热，这一热效应会使液相和气相的温度都升高，而温度升高又将影响到溶解的量，而溶解量又与溶质的溶解量有关系，因而气相中各组分沿塔高的溶解量分布不均衡，这就导致了溶解热的大小以至吸收温度变化是不均匀的，所以不能用精馏中常用的泡露点方程来确定吸收塔中温度沿塔高的分布，通常要采用热量衡算来确定温度的分布。

⑤物料的预分布不同。

精馏可按清晰分割和不清晰分割进行物料的预分布。

由于吸收每端既有进料，又有出料。所以吸收塔的端点条件，即吸收液和尾气的组成温度，比常规的多组分精馏更难分配。

⑥精馏有两个关键组分，吸收只有一个关键组分。

在精馏中，有轻、重两个关键组分，这两个关键组分由分离要求来确定。这主要是精馏是在两

T,、相传质。而对吸收而言，因为各个组分在同一塔内进行吸收，所有组分面临的客观条件都一样，p

L，但是它们各自的溶解度不同，所以吸收量不同，吸收量的多少由各自的平衡塔板数、塔高、V

常数决定，而且相互之间存在一定的关系，所以不能对所有的组分规定分离要求，而只能指定某一个组分的分离要求，根据对此组分的分离要求计算出所需的理论板数，然后再根据此理论板数计算出其它组分的分离程度。这个首先被指定的组分通常是选取在吸收操作中起关键作用的组分，也就是必须控制其分离要求的组分，称之为关键组分。吸收只有一个关键组分，是因为吸收是单向传质