第八章气体吸收

掌握气体吸收核心要点，轻松应对工业分离难题！本章系统解析气体吸收全过程：从概述、气液相平衡到扩散与传质理论，重点剖析低浓度与高浓度吸收差异及化学吸收特点关键操作参数如溶剂选择、流向设计和温度控制均有详解，特别强调吸收塔的设计型与操作型计算方法，涵盖传质单元数计算、界面浓度分析和操作调节策略实用技巧包括最小液气比确定、吸收剂再循环优化等，助你高效解决实际工程问题。

第八章、气体吸收

• 一、概述
  • （一）吸收的目的和依据
    • 目的
      • 分离气体混合物
        • 1、回收有用物质
          • 用洗油从煤气中回收粗苯
        • 2、脱除有害成分
          • 燃煤锅炉烟气、冶炼废气中脱S02
        • 3、制备产品
          • 用水吸收氯化氢制取工业盐酸
    • 依据
      • 混合气体中各组分在某种溶剂中溶解度的差异
  • （二）工业吸收过程
    • 实施吸收操作须解决的问题
      • 1、选择合适的吸收剂——选择性吸收
      • 2、提供适当的设备——气→液
      • 3、溶剂再生——解吸（升温、吹气、减压）
    • 工程上调节措施
      • • 1、吸收剂用量L
        • 2、吸收剂浓度x（依据解吸效果）
        • 3、操作温度t（进入的溶剂温度）
        • 4、操作压力P
  • （三）溶剂的选择
    • 技术要求
      • 1、溶解度大（单位溶剂溶解量增加，用量小）
      • 2、选择性高（对A溶解度大，对B不溶解）
      • 3、粘度小、不易起泡（良好的气液接触）
      • 4、溶解度对温度的敏感性强，易解吸
    • 经济及安全要求
      • 1、蒸汽压低（不易挥发，跑冒滴漏少，节约溶剂）
      • 2、化学稳定性好
      • 3、粘度小，价廉，易得，无毒，不易燃易爆
  • （四）吸收分类
    • 1、按是否存在化学反应分类
      • 物理吸收
        • 不发生化学反应
        • 气体各组分因在溶剂中溶解度的不同而被分离的吸收操作
      • 化学吸收
        • 利用化学反应实现吸收
        • 溶解度大，选择性高
        • 应满足：（1）反应的可逆性；（2）较高的反应速率
    • 2、按被吸收组分数目的不同分类
      • 单组分吸收
      • 多组分吸收
    • 3、按吸收前后温度是否变化分类
      • 等温吸收
      • 非等温吸收
    • 4、按溶质在汽液两相组成高低分类
      • 低含量吸收
      • 高含量吸收
  • （五）吸收操作的经济特性
    • 设备费用
      • 吸收塔、解吸塔、换热器、泵等
    • 操作费用
      • 1、两相流动的能耗
      • 2、溶剂损失（挥发、变质）
      • 3、解吸操作费用（此项最大）
  • （六）气液两相的接触方式
    • 吸收过程发生在气液接触面
• 二、气液相平衡
  • （一）吸收与传热的比较
  • （二）平衡溶解度
    • 1、溶解度曲线
      • 一定温度下两相平衡时气相浓度与液相浓度的关系
    • 2、亨利定律（三种表达方式）
      • • （1）适用条件
          • 低浓度吸收（稀溶液范围内）
        • （2）亨利常数之间的关系
        • （3）亨利常数越小，物系溶解度越大
        • （4）亨利常数与温度、压力关系
    • 3、过程进行的方向、极限和推动力
      • （1）判别过程的方向
      • （2）计算过程的推动力
        • 推动力：实际浓度与平衡浓度的偏离程度
          • 吸收推动力
          • 解吸推动力
            • • 用x-y图表示解吸过程
      • （3）指明过程的极限
• 三、扩散与单相传质
  • （一）双组分混合物中的分子扩散
    • 费克定律
      • 分子扩散的实质是分子的微观随机运动，对于恒温恒压下的一维定态扩散
      • 物理含义
        • 分子扩散速率正比于浓度梯度，方向沿浓度降低的方向
    • 分子扩散与主体流动
      • 1、等分子反向扩散
      • 2、单向扩散和主体流动
      • 3、分子扩散速率方程
      • 4、分子扩散速率积分式
        • 等分子反向扩散
        • 单向扩散
          • 漂流因子
  • （二）扩散系数
    • 扩散系数是物质的一种传递性质，其值受温度、压强和混合物中组分浓度的影响
      • 组分在气体中的扩散系数
      • 组分在液体中的扩散系数
  • （三）对流传质
    • 1、对流传质
      • 流体主体与相界面之间的物质传递
    • 2、对流对传质的贡献
      • 流体流动使界面处浓度梯度增加，强化了传质
    • 3、对流传质速率
      • • 传质系数的确定
  • （四）对流传质理论
    • 1、有效膜理论
      • 界面两侧各存在一层静止的气膜和液膜，全部传质阻力集中于静止层，膜中传质为定态分子扩散，紧贴界面两侧气、液两相浓度平衡
    • 2、溶质渗透理论
    • 3、表面更新理论
• 四、相际传质（主要应用有效膜理论）
  • （一）相际传质速率
    • 传质速率方程
  • （二）界面浓度与传质阻力的控制步骤
    • 界面浓度的求取
    • 吸收过程的阻力分析
      • • 气相阻力控制
        • 液相阻力控制
• 五、低浓度气体吸收
  • （一）吸收过程的数学描述
    • 1、低含量气体吸收特点
    • 2、塔高计算方程式
  • （二）传质单元数的计算方法
    • 1、操作线与推动力的变化规律
    • 2、对数平均推动力法
    • 3、吸收因数法
    • 4、数值积分法
  • （三）吸收塔的设计型计算
    • 1、计算公式
    • 2、设计型计算的命题
    • 3、流向选择
    • 4、吸收剂进口浓度的选择
    • 5、吸收剂用量的选择及最小液气比
    • 6、温度的选择
    • 7、塔内返混的影响
    • 8、吸收剂再循环
  • （四）吸收塔的操作型计算
    • 1、操作型计算的命题
    • 2、计算方法
      • 第一类命题：可将基本方程线性化
      • 第二类命题：须试差
    • 3、吸收塔的操作和调节
      • 改变吸收剂入口条件
        • （1）调节吸收剂用量L
          • 逆流操作
          • 并流操作
        • （2）调节吸收剂入口浓度X进
        • （3）调节温度t
• 六、高浓度气体吸收
  • 主要特点
    • 1、G、L沿程变化
    • 2、非等温
    • 3、传质分系数与浓度有关
• 七、化学吸收
  • 优点
    • 1、高选择性（分离效果好）
    • 2、快吸收速率（减小设备容积）
    • 3、大溶解度（减少吸收剂用量）
    • 4、低平衡浓度ye（气相中溶质除去彻底）