【正文】 氣 體 吸 收 Gas Absorption 第五章 有毒有害氣體吸收凈化法 這一講我們討論吸收，什么叫吸收操作呢？做有機(jī)、無機(jī)實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們常用 洗氣瓶 ，洗去氣體中的某個(gè)成份。如果要除去含酸的氣體，我們?cè)谙礆馄恐醒b上堿液。這就是吸收的例子。 家庭主婦切洋蔥時(shí)，常拌有刺眼氣體產(chǎn)生。為了減輕刺眼傷害，常在旁邊放一盆水，可以減輕眼傷害。這就是刺眼氣體溶解于水，這就是吸收。 切洋蔥 開碳酸飲料 當(dāng)我們打開碳酸飲料瓶口時(shí)，就有氣體沖出。這是氣體的反溶解，這就是碳酸氣的解吸。 焦化廠洗氨塔 在焦化廠，焦?fàn)t氣中含有多種氣體，如 CO,CO2,H2,NH3，苯等氣體。工廠用清水噴淋溶解氨氣，將氨氣回收為氨水。這就是吸收。這是工廠的氨洗塔。 吸收劑 氣體 y x 界面 氣相主體 液相主體 相界面 氣相擴(kuò)散 液相擴(kuò)散 yi xi 氣體吸收是混合氣體中某些組分在氣液相界面上溶解 、在氣相和液相內(nèi)由濃度差推動(dòng)的傳質(zhì)過程。 第一節(jié) 吸收法概述 一、吸收概念 利用 適當(dāng)液體 吸收（溶解）氣體混合物中的 有關(guān)組分 （有的還發(fā)生化學(xué)反應(yīng)），以分離氣體混合物的一種操作。 ?吸收質(zhì)或溶質(zhì) (solute)： 混合氣體中的溶解組分 ?惰性氣體 (inert gas)或載體： 不溶或難溶組分 ?吸收劑 (absorbent)： 吸收操作中所用的溶劑 ?吸收液 (strong liquor)： 吸收操作后得到的溶液 ， 主要成分為溶質(zhì)和溶劑 。 ?吸收尾氣 (dilute gas)： 吸收后排出的氣體， 主要成分為惰性氣體和少量的溶質(zhì) 。 二、吸收的目的和依據(jù)： 目的： ① 回收或捕獲氣體混合物中有用物質(zhì)，制取產(chǎn)品； ② 除去工藝氣體中的有害成分，使氣體凈化，以便進(jìn)一步加工處理。 依據(jù)：氣體混合物中各組分在溶劑中溶解度不同 例如分離氨氣＋空氣的混合物，可選擇水做溶劑，因?yàn)榘彼谒械娜芙舛茸畲?，而空氣幾乎不溶于水? 氣體吸收的工業(yè)應(yīng)用 ?凈化或精制氣體 例：合成氨工藝中，合成氣中的凈化脫碳 ?制取某種氣體產(chǎn)品的液態(tài)產(chǎn)品 例：用水吸收氯化氫氣體制取鹽酸 ?回收混合氣體中所需的組分 例：用洗油處理焦?fàn)t氣以回收其中的芳烴，硫酸回收焦?fàn)t氣中的氨 ?工業(yè)廢氣的制理 廢氣中含有二氧化硫、硫化氫、 CO2等有害氣體的脫除 三、溶劑（吸收劑）的選擇 ?① 對(duì)被分離組分（溶質(zhì)）有 較大的溶解度 ?② 對(duì)混合氣體中其他組分的溶解度要小 — 較高的選擇性 ?③ 溶質(zhì)在溶劑中的溶解度應(yīng)對(duì) 溫度的變化 比較 敏感 ，即低溫下溶解度大，隨著溫度升高，溶解度應(yīng)迅速下降 — 被吸收的氣體容易解吸，溶劑再生方便。 ?④ 蒸汽壓要低， 不易揮發(fā) — 減少溶劑在吸收和再生過程的損失；避免在氣體中引入新的雜質(zhì)。 ?⑤ 應(yīng)有 較好的化學(xué)穩(wěn)定性 — 以免使用過程中發(fā)生變質(zhì)； ?⑥ 應(yīng)有 較低的粘度 ，不易產(chǎn)生泡沫 — 實(shí)現(xiàn)吸收塔內(nèi)良好的氣液接觸和塔頂?shù)臍庖悍蛛x。 ?⑦ 應(yīng)盡可能滿足 價(jià)廉、易得、無毒、不易燃燒等 經(jīng)濟(jì)和安全條件。 ? 設(shè) 吸收劑 （ 或溶劑 ），用 S表示； 溶質(zhì)或吸收質(zhì)，以 A表示； 惰性氣 （不被吸收的組分） ，以 B表示。 ?三大 ? 對(duì) A和 B的溶解度差異要大 ? 對(duì) A的溶解度要大 ? 對(duì) A的溶解度在條件改變時(shí)變化要大 ?三小 ? 揮發(fā)性小 ? 粘度小 ? 腐蝕小 ?技術(shù)經(jīng)濟(jì)性 四 物理吸收和化學(xué)吸收 ? ① 物理吸收 ：吸收時(shí)溶質(zhì)與溶劑不發(fā)生明顯的化學(xué)反應(yīng)，如洗油吸收苯，水吸收 CO SO2等。 ? ② 化學(xué)吸收 ：吸收時(shí)溶質(zhì)與溶劑或溶液中的其它物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。如 CO2在水中的溶解度甚低，但若用 K2CO3水溶液吸收 CO2，則在液相中發(fā)生下列反應(yīng)： K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3 從而使 K2CO3水溶液具有較高的吸收 CO2的能力。 ? **作為化學(xué)吸收可被利用的化學(xué)反應(yīng)一般都滿足以下條件： 可逆性。若該反應(yīng)不可逆，溶劑將難以再生和循環(huán)使用 較高的反應(yīng)數(shù)率。若反應(yīng)速率較慢，應(yīng)研究加入適當(dāng)?shù)拇呋瘎┮约涌旆磻?yīng)速率。 原料氣 A＋ B 吸收劑 S 尾氣 B(含微量 A) 溶液 S+A 氣體 吸收的原理 吸 收 塔 形成兩相體系的方法 引入一液相（吸收劑） 各組分在吸收劑中溶解度不同。 分離物系 氣體混合物 傳質(zhì)原理 五 氣體吸收的原理和流程 氣體 吸收的流程 吸收過程 吸收過程：溶質(zhì)溶解于吸收劑中 逆流操作 解吸過程：溶質(zhì)從溶液中釋放出 并流操作 氣體吸收過程在吸收塔中進(jìn)行。 吸收 解吸 ?吸收操作流程： ? 由流程圖可見，采用吸收操作實(shí)現(xiàn)氣體混合物的分離必須解決下列問題： ? ① 選擇 合適的溶劑 ，使能選擇性比溶解某個(gè)（或某些）被分離組份； ? ② 提供 適當(dāng)?shù)膫髻|(zhì)設(shè)備 （多位填料塔，也有板式塔）以實(shí)現(xiàn)氣液兩相的接觸，使被分離組分得以從氣相轉(zhuǎn)移到液相（吸收）或相反（解吸）； ? ③ 溶劑的再生 ，即脫除溶解于其中的被分離組分以便循環(huán)使用。除了制取溶液產(chǎn)品只需單獨(dú)吸收外，一般都要進(jìn)行解吸操作，使溶劑再生循環(huán)使用。 ? 總之，一個(gè)完整的吸收分離過程一般包括吸收和解吸兩個(gè)組成部分。 氣體吸收的實(shí)例 具有吸收劑再生功能的連續(xù)吸收流程 氣液兩相的接觸方式 ** 級(jí)式接觸 ： 氣 、液兩相逐級(jí)逆流接觸傳質(zhì) ， 兩相的組成呈階躍變化 ， 如 板式塔 。 板式塔 填料塔 濕壁塔 、 降膜塔 微分接觸 ： 氣 、 液兩相的濃度呈連續(xù)變化 。 規(guī)整填料 塑料絲網(wǎng)波紋填料 散裝填料 塑料鮑爾環(huán)填料 第二節(jié) 吸收過程基礎(chǔ)理論 ? 氣體 吸收過程實(shí)質(zhì) 上是 溶質(zhì)組分 自 氣相 通過相界面 轉(zhuǎn)移 （遷移）到 液相 的過程?，F(xiàn)將氣體吸收中的傳質(zhì)過程與傳熱過程相對(duì)照來研究?jī)蓚€(gè)問題： ? (1)、 氣體吸收過程的推動(dòng)力 是什么？（傳熱過程的推動(dòng)力：溫差） ? (2)、若氣液兩相能充分完全的接觸，則 吸收過程的極限 是什么？（傳熱過程的極限： T=t） ?預(yù)備知識(shí)補(bǔ)充：氣液相組成表示方法 ：混合物中組分 A的物質(zhì)的量占混合物總物質(zhì)的量的分?jǐn)?shù)。 對(duì)兩組分 (A和 B)的混合液，則有： 式中： nA、 nB、 n分別表示組分 A、組分 B和混合物的 物質(zhì)的量 kmol nnx AA ?nnx BB ?1?? BA xx：混合物中組分 A的質(zhì)量占混合物總質(zhì)量的分?jǐn)?shù)。 ?對(duì)兩組分（ A和 B）的混合液，則有： ?式中： mA、 mB、 m分別表示組分 A、組分 B和混合物的質(zhì)量 kg mma AA ?mma BB ?1?? BA aa：（以 A組分為例） BBAAAAA MaMaMax??BBAAAAAMxMxMxa???習(xí)慣上液相摩爾分?jǐn)?shù)用 x表示，氣相摩爾分?jǐn)?shù)用 y表示。 ?理想氣體，氣相中組分的摩爾分?jǐn)?shù)的數(shù)值等于其體積分?jǐn)?shù)值。 ?由道爾頓分壓定律： pi=pt*yi 其中： pt總壓； pii組分分壓； yii組分摩爾濃度 ?！總壓一定時(shí)，分壓分?jǐn)?shù)與摩爾分?jǐn)?shù)數(shù)值相當(dāng)。（ P113釋惑） （二）質(zhì)量濃度和摩爾濃度 ? 某單位體積所含組分的質(zhì)量或者摩爾數(shù)。 ? 令： CA、 CB、 CC表示 A、 B、 C的質(zhì)量濃度； cA、cB、 cC表示 A、 B、 C的摩爾濃度：