文档介绍：第 II 部分吸收
吸收是利用适当液体吸收(溶解)气体混合物中的有关组分(有的还伴有化学反应),以分离气体混合物的一种操作。
(1)吸收剂:具有吸收能力的液体;
(2)吸收质(吸收组分):被吸收的气体组分;
(3)惰性组分:不被吸收剂吸收的(气体)组分。
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吸收可分为物理吸收和化学吸收两类。
(一) 物理吸收
内涵:吸收组分仅溶解于吸收剂中,并不与吸收剂发生化学反应。
物理吸收的速率主要取决于组分从气相转移到液相的扩散速率;
物理吸收所能达到的最大的程度取决于在吸收条件下气体在液体中的平衡溶解度。
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(二) 化学吸收
内涵:在吸收过程中组分与吸收剂还发生化学反应,这种吸收就叫做化学吸收。
化学吸收的速率除了与扩散速率有关外,有时还与化学反应的速率有关;
化学吸收的极限同时取决于气液相的平衡关系和其化学反应的平衡关系。
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吸收在工程中应用非常广泛,例如用水除去合成氨原料气中的CO2,用中油吸收煤焦油中的萘和甲苯,用水吸收氨以制得氨水,用丙酮吸收乙烯和丙炔混合物中的乙炔等。
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§1 吸收原理和装置流程
吸收操作是在一种称为“吸收塔”的设备中进行的。如图3-II-1所示。
吸收塔中通常采用的是连续逆流操作,因为逆流推动力大,传质速率快,分离效果好。
图3-II-1
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图3-II-1(a)中,在吸收塔塔顶喷淋液体吸收剂C,混合气由塔底进入,它与液体逆流而上,塔内装有各种板或填料,气液两相在塔内密切接触,液体吸收剂选择性地吸收易溶的气体A后从塔底排出;难溶的气体B则从塔顶引出,这样就实现了分离混合物中组分A和B的目的。
当吸收反应的放热量很大,或需要加大液体喷淋量以保证填料表面润湿时,也可加大吸收剂量,然后将吸收后的吸收液部分出料,经冷却后在塔内循环使用(图3-II-1b)。
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工业上的吸收操作可以采用单塔操作流程。若生产任务很大,用一个塔时嫌尺寸太大,则可采用多塔,即将大塔分成几个小塔,相互连接而成一套塔组。如塔径过大,则将大塔分成几个小塔并联;如塔太高,则将几个小塔串联起来操作。近年来由于塔板效率的提高和化工装置大型化,又多采用了单塔操作。
上述的吸收过程是用吸收剂吸收气体中的有用组分,有时也需要用吸收剂除去气体中不要的组分,两者仅仅在工艺上不相同,其基本原理则是一样的,所以其流程也基本相似。
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经过吸收过程以后,吸收剂中溶入了被吸收组分,如果吸收剂需反复使用,或根据工艺需要,要求从吸收剂中分离出有用的吸收组分,则需要多种方法,例如增加解吸(为了吸收的相反过程,使溶解的气体组分析出,解吸在工业上有时也称“吹出”)装置或采用其它分离方法,这样,在吸收流程上还需要加上后处理的工序。
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§2 吸收的气液平衡关系
混合气中各组分在液体吸收剂中具有不同的溶解度,这是能够利用吸收操作分离气体混合物的依据。因此气体混合物中被吸收的组分在吸收剂中溶解度的大小,决定着吸收过程能否进行,以及进行的极限。
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在一定的温度和压力下,当吸收剂和混合气体接触时,气体中的吸收质就向液体吸收剂中转移,进行吸收;同时,溶液中被吸收的吸收质也可能由液相向气相传递,进行解吸。
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