第八章气体吸收

8.1概述
若吸收了溶质以后得溶液是产品，此时不再需要溶剂的再生， 这种吸收过程自然是最经济的。
提高吸收操作经济性的一种措施是对吸收系统进行优化设计 (使系统的总费用最低)，单塔吸收优化设计较容易，解题指南中 有介绍（课程优化设计要做），吸收—解吸系统优化设计较难， 许多问题有待研究解决（感兴趣的同学可去解决）
⑺物理吸收和化学吸收 ①物理吸收：吸收时溶质与溶剂不发生明显的化学反应，如 上述洗油吸收苯，水吸收CO2、SO2等。 ②化学吸收：吸收时溶质与溶剂或溶液中的其它物质发生化 学反应。如CO2在水中的溶解度甚低，但若用K2CO3水溶液吸收CO2， 则在液相中发生下列反应：
8.1概述
K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3 从而使K2CO3水溶液具有较高的吸收CO2的能力，作为化学吸收可 被利用的化学反应一般都满足以下条件：
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。
8.1概述
操作费用主要包括： ①气、液两相流经吸收设备得能量消耗； ②溶剂得挥发度损失和变质损失； ③溶剂得再生费用，即解吸操作费用(在三者中占比例最大)。 常用得解吸方法有升温、吹气、减压，其中升温与吹气特别是 升温与吹气同时使用最为常见。减压有利解吸，加压有利吸收，溶 剂在吸收与解吸设备之间循环，其间得加热和冷却、泄压与加压必 消耗较多得能量，故采用减压解吸不常见。若溶剂得溶解能力差， 离开吸收塔得吸收液中溶质浓度低，则所需得溶剂循环量大，再生 能耗也大。若溶剂得溶解能力对温度变化不敏感，所需解吸温度较 高，溶剂再生得能耗也将增大。
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)
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。
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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。
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。
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：
a.可逆性。若该反应不可逆，溶剂将难以再生和循环使用 b.较高的反应数率。若反应速率较慢，应研究加入适当的催 化剂以加快反应速率。 ⑻本章所作的基本假定 ①单组分吸收,其余组分可视为一个惰性组分。 ②溶剂的蒸汽压很低，因此气相中不含溶剂蒸汽 。
8.1概述
氨气（浓度低）＋空气
密闭容器
水（溶剂）
总压 p 溶质（A）分压 pA pe 与溶液中A的浓度成 平衡的气相分压
氨气(浓度高)＋空气(惰性气体) (溶质，被吸收组分)
图8-1
pA pe 吸收， pA pe 解吸， pA pe 平衡， pA pe ——吸收总推动力亦可用其他浓度差 表示动力
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
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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。
第八章 气体吸收
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。
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。
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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。