化工第三章节吸收

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1、第三章吸收第一节概述第二节吸收的相平衡第三节吸收机理和吸收速率第四节强化吸收的途径第五节填料吸收塔的计算第六节典型吸收设备第一节概述一、吸收及其在化工生产中的应用：吸收是化学工业中重要的用于分离气体混合物的单元操作。1.吸收：就是用液体来吸附、收集气体。吸收是一种以质量传递理论为基础的单元操作，在此过程中，气体由气相通过扩散传递进入液相，从而完成传递与转移。此类的单元操作还有蒸馏、萃取、吸附、干燥等等。概述（Introduction）利用混合气体中各组分(component)在液体中溶解度(solubility)的差异而分离气体混合

2、物的单元操作称为吸收。吸收操作时某些易溶组分进入液相形成溶液(solution)，不溶或难溶组分仍留在气相(gasphase)，从而实现混合气体的分离。气体吸收是混合气体中某些组分在气液相界面上溶解、在气相和液相内由浓度差推动的传质过程。吸收剂气体yx界面气相主体液相主体相界面气相扩散液相扩散yixi2.基本概念：吸收质、吸收剂、惰性质吸收质或溶质(solute)：混合气体中的溶解组分，以A表示。惰性气体(inertgas)或载体：不溶或难溶组分，以B表示。吸收剂(absorbent)：吸收操作中所用的溶剂，以S表示。吸收液(st

3、rongliquor)：吸收操作后得到的溶液，主要成分为溶剂S和溶质A。吸收尾气(dilutegas)：吸收后排出的气体，主要成分为惰性气体B和少量的溶质A。吸收过程在吸收塔中进行，逆流操作吸收塔示意图如右所示。吸收塔混合尾气(A+B)吸收液(A+S)吸收剂(S)吸收尾气(A+B)3.吸收的应用：(1)制取产品用吸收剂吸收气体中某些组分而获得产品。如硫酸吸收SO3制浓硫酸，水吸收甲醛制福尔马林液，用水吸收氯化氢制盐酸等。(2)分离混合气体吸收剂选择性地吸收气体中某些组分以达到分离目的。例如石油馏分裂解生产出来的乙烯、丙烯，还与氢、甲

4、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。(3)气体净化一类是原料气的净化，即除去混合气体中的杂质，如合成氨原料气脱H2S、脱CO2等；另一类是尾气处理和废气净化以保护环境，如燃煤锅炉烟气，冶炼废气等脱除SO2，硝酸尾气脱除NO2等。（4）生化工程如柠檬酸的生产，通常采用深层发酵法，即在带有通气与搅拌的发酵罐中使菌体在液体内培养的发酵工艺。二、吸收操作的分类物理吸收(physicalabsorption)：吸收过程溶质与溶剂不发生显著的化学反应，可视为单纯的气体溶解于液相的过程。如用水吸收二氧化碳、

5、用水吸收乙醇或丙醇蒸汽、用洗油吸收芳烃等。物理吸收一般都是可逆的，吸收所能达到的最大程度取决于吸收条件下吸收质在液相中所能达到的平衡溶解度，吸收速率则取决于气相转移到液相的扩散速度。热效应较小。化学吸收(chemicalabsorption)：溶质与溶剂有显著的化学反应发生。如用氢氧化钠或碳酸钠溶液吸收二氧化碳、用稀硫酸吸收氨等过程。化学反应能大大提高单位体积液体所能吸收的气体量并加快吸收速率。但溶液解吸再生较难。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：K2CO3+CO2+H2O=2KH

6、CO3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：a.可逆性。若该反应不可逆，溶剂将难以再生和循环使用。b.较高的反应速率。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。化学吸收的速率由扩散速率和化学反应速率决定。一般比物理吸收的速率大。化学吸收的平衡主要由当时条件下的吸收反应的化学平衡来决定。单组分吸收：混合气体中只有单一组分被液相吸收，其余组分因溶解度甚小其吸收量可忽略不计。多组分吸收：有两个或两个以上组分被吸收。溶解热：气体溶解于液体时所释放的热量。化学吸收时，还

7、会有反应热。非等温吸收：体系温度发生明显变化的吸收过程。等温吸收：体系温度变化不显著的吸收过程。三、吸收剂的选择1.实现吸收操作所要解决的问题：①选择合适的溶剂，使能选择性地溶解某个（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)；2.溶剂的选择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；就过程速率而言

8、，溶质平衡分压↓，过程推动力大，传质速率快，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