制药化工原理第六章第一节 气体吸收概述

第六章

气体吸收一、吸收的有关概念二、吸收在工业上的应用三、吸收的分类四、吸收剂选择的原则第一节

概述2023/11/2一、吸收的有关概念1.物质传递 利用原物系中各组分间某种物性的差异，而使某个组分（或某些组分）从一相转移到另一相，以达到分离的目的。物质在相间转移过程称为物质传递过程。

化学工业中常见的传质过程有：蒸馏、吸收、干燥、萃取和吸附等单元操作。2023/11/22.吸收使气体混合物与适当的液体接触，气体中的一个或几个组分溶解于液体中，不能溶解的组分仍保留在气相中，于混合气体得到了分离。这种利用各组分在液体中溶解度的差异使气体中不同组分分离的操作称为吸收。所用液体称为吸收剂（溶剂）。气体中能被溶解的称为溶质。不被溶解的组分称为惰性气体（载体）。在化工过程中有时需要将吸收得到的溶质气体从液体中取出来，这种使溶质从溶液里脱色除的过程称为解吸。2023/11/2吸收的有关概念3.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。2023/11/2吸收的有关概念

密闭容器水（溶剂）

氨气(浓度高)＋空气(惰性气体)(溶质，被吸收组分)氨气（浓度低）＋空气

总压溶质（A）分压与溶液中A的浓度成平衡的气相分压

吸收，解吸，平衡，

——吸收总推动力亦可用其他浓度差表示动力图8-12023/11/2吸收在工业上的应用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。2023/11/2 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。2023/11/2 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。2023/11/2吸收的分类吸收的分类：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。工业吸收流程 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)；2023/11/2二、吸收在工业上的应用三、吸收的分类四、吸收剂选择的原则2023/11/22023/11/2吸收剂的选择原则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：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2023/11/2③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。

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。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。⑧实际上很难找到一个理想得溶剂能够满足上述所有要求，