制藥化工原理第六章第一節(jié) 氣體吸收概述

第六章

氣體吸收一、吸收的有關(guān)概念二、吸收在工業(yè)上的應(yīng)用三、吸收的分類四、吸收劑選擇的原則第一節(jié)

概述2023/11/2一、吸收的有關(guān)概念1.物質(zhì)傳遞 利用原物系中各組分間某種物性的差異，而使某個(gè)組分（或某些組分）從一相轉(zhuǎn)移到另一相，以達(dá)到分離的目的。物質(zhì)在相間轉(zhuǎn)移過程稱為物質(zhì)傳遞過程。

化學(xué)工業(yè)中常見的傳質(zhì)過程有：蒸餾、吸收、干燥、萃取和吸附等單元操作。2023/11/22.吸收使氣體混合物與適當(dāng)?shù)囊后w接觸，氣體中的一個(gè)或幾個(gè)組分溶解于液體中，不能溶解的組分仍保留在氣相中，于混合氣體得到了分離。這種利用各組分在液體中溶解度的差異使氣體中不同組分分離的操作稱為吸收。所用液體稱為吸收劑（溶劑）。氣體中能被溶解的稱為溶質(zhì)。不被溶解的組分稱為惰性氣體（載體）。在化工過程中有時(shí)需要將吸收得到的溶質(zhì)氣體從液體中取出來，這種使溶質(zhì)從溶液里脫色除的過程稱為解吸。2023/11/2吸收的有關(guān)概念3.吸收的目的在化學(xué)工業(yè)種，將氣體混合物種的各組分加以分離，其目的是：①回收或捕獲氣體混合物中的有用物質(zhì)，以制取產(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,

如有害氣體會(huì)使催化劑中毒，必須除去；或除去工業(yè)放空尾氣中的有害物,以免污染大氣。2023/11/2吸收的有關(guān)概念

密閉容器水（溶劑）

氨氣(濃度高)＋空氣(惰性氣體)(溶質(zhì)，被吸收組分)氨氣（濃度低）＋空氣

總壓溶質(zhì)（A）分壓與溶液中A的濃度成平衡的氣相分壓

吸收，解吸，平衡，

——吸收總推動(dòng)力亦可用其他濃度差表示動(dòng)力圖8-12023/11/2吸收在工業(yè)上的應(yīng)用我們已經(jīng)了解了吸收的依據(jù)，下面再思考一個(gè)問題，上述密閉容器能否用作工業(yè)吸收設(shè)備？（可以，但吸收效果不好，原因在于氣、液兩相接觸情況不好）對工業(yè)吸收設(shè)備有什么要求？（盡可能提供氣、液兩相有足夠大的接觸面積，盡可能使氣、液兩相接觸充分，盡可能使氣、液兩相的傳質(zhì)推動(dòng)力大（逆流））為達(dá)到上述要求，目前工業(yè)上常用的吸收設(shè)備使塔設(shè)備，按氣、液兩相在塔中的接觸方式不同分為級式接觸和微分接觸兩大類。2023/11/2 在工業(yè)上，上述兩種不同接觸方式的傳質(zhì)設(shè)備不僅用于氣體吸收，同樣也可用于液體精餾、萃取等其他傳質(zhì)單元操作。兩類設(shè)備可采用完全不同的計(jì)算方法，本章吸收主要討論填料塔的計(jì)算方法，下章精餾主要討論板式塔的計(jì)算方法，而兩種方法之間的關(guān)系及具體的塔結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)計(jì)算在塔設(shè)備一章中介紹。2023/11/2 在工業(yè)上，兩種形式的塔設(shè)備大多情況均為連續(xù)操作，即設(shè)備內(nèi)的參數(shù)都不隨時(shí)間變化，稱為定態(tài)連續(xù)過程。當(dāng)然也可以式間歇操作的非定態(tài)過程，很少見，故后面除特殊說明外，均指連續(xù)定態(tài)操作。2023/11/2吸收的分類吸收的分類：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)，如上述洗油吸收苯，水吸收CO2、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)。工業(yè)吸收流程 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）被分離組分；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）或氣相(解吸)；2023/11/2二、吸收在工業(yè)上的應(yīng)用三、吸收的分類四、吸收劑選擇的原則2023/11/22023/11/2吸收劑的選擇原則溶劑的選擇吸收操作的成功與否在很大程度上決定于溶劑的性質(zhì)，特別是溶劑與氣體混合物之間的相平衡關(guān)系。根據(jù)物理化學(xué)中有關(guān)相平衡的知識可知，評價(jià)溶劑優(yōu)劣的主要依據(jù)應(yīng)包括以下幾點(diǎn)：①溶劑應(yīng)對被分離組分（溶質(zhì)）有較大的溶解度，或者說在一定的溫度與濃度下，溶質(zhì)的平衡分壓要低。這樣，從平衡角度來說，處理一定量混合氣體所需溶劑量較少，氣體中溶質(zhì)的極限殘余濃度亦可降低；就過程數(shù)率而言，溶質(zhì)平衡分壓↓，過程推動(dòng)力大，傳質(zhì)數(shù)率快，所需設(shè)備尺寸小。②溶劑對混合氣體中其他組分的溶解度要小，即溶劑應(yīng)具備較高的選擇性。若溶劑的選擇性不高，將同時(shí)吸收混合物中的其他組分，只能實(shí)現(xiàn)組分間某種程度的增濃而不能實(shí)現(xiàn)較為完全的分離2023/11/2③溶質(zhì)在溶劑中的溶解度應(yīng)對溫度的變化比較敏感，即不僅在低溫下溶解度要大，平衡分壓要小，而且隨著溫度升高，溶解度應(yīng)迅速下降，平衡分壓應(yīng)迅速上升。這樣，被吸收的氣體容易解吸，溶劑再生方便。

④溶劑的蒸汽壓要低，不易揮發(fā)。一方面是為了減少溶劑在吸收和再生過程的損失，另一方面也是避免在氣體中引入新的雜質(zhì)。⑤溶劑應(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溶劑應(yīng)有較低的粘度，不易產(chǎn)生泡沫，以實(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溶劑應(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。⑧實(shí)際上很難找到一個(gè)理想得溶劑能夠滿足上述所有要求，