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吸收absorption

时间：2020-03-01 来源：网络 浏览：
根据气体混合物中各组分在液体中溶解度（见汽液平衡）的差别，用液体吸收剂对气体混合物进行组分分离。是一种属于传质分离过程的单元操作。在石油化工、无机化工、精细化工、环境保护等部门得到广泛应用。
　　原理 　待分离的气体混合物（原料气）含有两个或更多的组分。用作吸收剂的液体能选择性地溶解其中一个或几个组分（称为溶质），而对其余组分（称为惰性组分）则几乎不能溶解。工业上实施吸收操作最常用的吸收设备是填充塔和板式塔。在吸收操作中（见图），气体混合物和吸收剂分别从塔底和塔顶进入塔中，气液两相在塔中实现逆流接触，使气体混合物中的溶质较完全地溶解在吸收剂中，于是从塔顶获得较纯的惰性组分，从塔底得到溶质和吸收剂组成的溶液（通称富液）。当溶质有回收价值或吸收剂价格较高时，把富液送入再生装置进行解吸操作，得到溶质和再生的吸收剂。再生的吸收剂（通称贫液）返回吸收塔循环使用。

图

　　操作评价 　评价吸收分离操作的主要指标有：①溶质回收率，即分离得到的溶质与原料气中溶质之比。气液两相在吸收设备中的接触情况，再生吸收剂中溶质的残留量，以及吸收剂用量和操作的温度和压力等，均对回收率有明显影响。②溶质产品的纯度。这与吸收剂的选择性溶解能力密切相关。溶质和惰性组分的溶解度差别愈大，所得溶质的纯度愈高。③操作总费用。包括吸收剂的损失、吸收剂的再生能耗、输送气体和液体的能耗以及吸收和再生装置的折旧费等。吸收剂的挥发性、化学稳定性和对溶质的溶解能力，都与操作费用密切相关。吸收剂的选择性和上述三项指标是选用吸收剂的重要依据。当吸收产生的富液没有回收价值或就是产品或中间产品时，就无需使吸收剂再生和循环，此时吸收操作的经济性大大提高。
　　分类 　按溶质是否与吸收剂发生化学反应，分为物理吸收和化学吸收。化学吸收由于吸收剂的选择性高、生产强度高，在工业上获得广泛应用。按过程中是否有显著的温度变化，分为等温吸收和非等温吸收。溶质浓度低（摩尔分率低于5％～10％）的混合气的吸收，一般为等温吸收；溶质浓度高的混合气的吸收，一般为非等温吸收。这是由于后者在吸收过程中的放热量较大，引起系统明显升温。
　　吸收速率 　单位时间内经单位吸收面积所吸收的溶质量，称为吸收速率NA，是衡量吸收进行快慢的重要指标。因吸收是气液相际传质过程，所以吸收速率可用气相内、液相内或两相间的传质速率来表示。在连续吸收操作中，这三种吸收速率表达式的计算结果相同。对于低溶质浓度吸收，吸收速率表达式分别为：　　

气相内传质的吸收速率：

　　

液相内传质的吸收速率：

　　

气液两相相际传质的吸收速率：

式中 y和yi分别为气相主体和气相在界面处的溶质摩尔分率;x和xi分别为液相主体和液相在界面处的溶质摩尔分率；y*和x*分别为与 x和y成相平衡的气相和液相摩尔分率；ky和Ky分别为以气相摩尔分率差为推动力的气相传质分系数和传质总系数；kx和Kx为以液相摩尔分率差为推动力的液相传质分系数和传质总系数。对于低溶解度溶质的吸收，是液阻控制（或称液膜控制），宜用以液相摩尔分率差和液相传质系数表述的吸收速率表达式；对于高溶解度溶质的吸收，是气阻控制（或称气膜控制），则宜用以气相摩尔分率差和气相传质系数表述的吸收速率表达式。
　　吸收计算 　主要是吸收塔的计算。设计新塔时，已知原料气体的摩尔流量G和所含溶质浓度y1(以摩尔分率计，下同)，并给定了吸收后气体的溶质浓度y2。首先选定合适的吸收剂和它的入塔浓度x2，以及系统的操作温度和压力。然后计算吸收剂用量、吸收塔的直径和高度。对于工业上最常见的低溶质浓度混合气吸收，气相流量G和液相流量L可视为常数，因此传质系数也可视为常数，计算就可以简化。对于双组分气体混合物的吸收，上述三项的计算如下：
　　①　吸收剂用量L　 单位气体混合物耗用的吸收剂量，即液气比L/G，对吸收操作有很大影响。提高L/G值，则传质推动力增大，但出口溶液浓度x1将减小；降低L/G值，则出口溶液浓度x1增大，但传质推动力减小。当L/G值降低到某临界值时，为达到规定分离要求所需的传质面积在理论上增加到无限大。此液气比称为最小液气比(L/G)

，它是为达到指定分离要求所能采用的液气比下限。从经济合理出发，常用液气比为1.1～2(L/G)

。液气比L/G确定后，即可求出吸收剂用量L。
　　②　塔径D　可按下式计算：
　　　　　　　　

式中V为气体混合物的体积流量；u为塔的操作气速（以整个塔截面计）。气速的确定是塔径计算的关键。操作气速的上限是发生液泛时的泛点速度uf。当气速取较大值时，可缩小塔径，提高吸收速率；但气体经过塔的流动阻力也将增大。若工艺上对气体流动阻力有限制时，操作气速往往由此限制确定。工艺上对气体流动阻力无限制时，对于填充塔，取u＝0.5～0.8uf；对于板式塔，取u＝0.6～0.8uf。
　　③　塔高　对于板式塔，首先计算出所需实际板数，再乘以选定的塔板间距，即可算出塔高（见精馏）。对于填充塔，填充层高度为：
　　　　　　　　　

H＝(HTU)M·(NTU)M

式中 (HTU)M和(HTU)M分别为传质单元高度和传质单元数。当填充层高度H确定后，再加塔顶和塔底的适当空间高度，即可定出塔高。
　　应用 　吸收操作的应用相当广泛，主要有：①用液体吸收气体以制得产品，如吸收SO3以制造硫酸，吸收HCl以制造盐酸；②净化或精制工业气体，如用乙醇胺溶液脱除天然气或煤气中的H2S，用碳酸丙烯酯脱除合成氨变换气中的二氧化碳等；③有害气体的治理，如从排入大气的废气中脱除SO2和氮的氧化物等，此时往往可回收有价值的物质；④吸收混合气中的一个或几个组分，以分离气体混合物，如用N-甲基吡咯烷酮分离裂解气中的乙炔，用洗油分离焦炉煤气中的苯。为取得纯溶质，须将吸收与解吸结合起来。吸收用于低浓度溶质的分离回收，较为经济；高浓度溶质的吸收分离，耗用大量吸收剂，加重解吸的负担。将多组分混合气分离为各个纯组分，采用先液化后精馏的方法往往比采用吸收操作更经济些，如空气及石油裂解气都采用深冷分离。  
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