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吸收absorption

時(shí)間：2020-03-01 來源：網(wǎng)絡(luò) 瀏覽：
根據(jù)氣體混合物中各組分在液體中溶解度（見汽液平衡）的差別，用液體吸收劑對氣體混合物進(jìn)行組分分離。是一種屬于傳質(zhì)分離過程的單元操作。在石油化工、無機(jī)化工、精細(xì)化工、環(huán)境保護(hù)等部門得到廣泛應(yīng)用。
　　原理 　待分離的氣體混合物（原料氣）含有兩個(gè)或更多的組分。用作吸收劑的液體能選擇性地溶解其中一個(gè)或幾個(gè)組分（稱為溶質(zhì)），而對其余組分（稱為惰性組分）則幾乎不能溶解。工業(yè)上實(shí)施吸收操作最常用的吸收設(shè)備是填充塔和板式塔。在吸收操作中（見圖），氣體混合物和吸收劑分別從塔底和塔頂進(jìn)入塔中，氣液兩相在塔中實(shí)現(xiàn)逆流接觸，使氣體混合物中的溶質(zhì)較完全地溶解在吸收劑中，于是從塔頂獲得較純的惰性組分，從塔底得到溶質(zhì)和吸收劑組成的溶液（通稱富液）。當(dāng)溶質(zhì)有回收價(jià)值或吸收劑價(jià)格較高時(shí)，把富液送入再生裝置進(jìn)行解吸操作，得到溶質(zhì)和再生的吸收劑。再生的吸收劑（通稱貧液）返回吸收塔循環(huán)使用。

圖

　　操作評(píng)價(jià) 　評(píng)價(jià)吸收分離操作的主要指標(biāo)有：①溶質(zhì)回收率，即分離得到的溶質(zhì)與原料氣中溶質(zhì)之比。氣液兩相在吸收設(shè)備中的接觸情況，再生吸收劑中溶質(zhì)的殘留量，以及吸收劑用量和操作的溫度和壓力等，均對回收率有明顯影響。②溶質(zhì)產(chǎn)品的純度。這與吸收劑的選擇性溶解能力密切相關(guān)。溶質(zhì)和惰性組分的溶解度差別愈大，所得溶質(zhì)的純度愈高。③操作總費(fèi)用。包括吸收劑的損失、吸收劑的再生能耗、輸送氣體和液體的能耗以及吸收和再生裝置的折舊費(fèi)等。吸收劑的揮發(fā)性、化學(xué)穩(wěn)定性和對溶質(zhì)的溶解能力，都與操作費(fèi)用密切相關(guān)。吸收劑的選擇性和上述三項(xiàng)指標(biāo)是選用吸收劑的重要依據(jù)。當(dāng)吸收產(chǎn)生的富液沒有回收價(jià)值或就是產(chǎn)品或中間產(chǎn)品時(shí)，就無需使吸收劑再生和循環(huán)，此時(shí)吸收操作的經(jīng)濟(jì)性大大提高。
　　分類 　按溶質(zhì)是否與吸收劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，分為物理吸收和化學(xué)吸收。化學(xué)吸收由于吸收劑的選擇性高、生產(chǎn)強(qiáng)度高，在工業(yè)上獲得廣泛應(yīng)用。按過程中是否有顯著的溫度變化，分為等溫吸收和非等溫吸收。溶質(zhì)濃度低（摩爾分率低于5％～10％）的混合氣的吸收，一般為等溫吸收；溶質(zhì)濃度高的混合氣的吸收，一般為非等溫吸收。這是由于后者在吸收過程中的放熱量較大，引起系統(tǒng)明顯升溫。
　　吸收速率 　單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)單位吸收面積所吸收的溶質(zhì)量，稱為吸收速率NA，是衡量吸收進(jìn)行快慢的重要指標(biāo)。因吸收是氣液相際傳質(zhì)過程，所以吸收速率可用氣相內(nèi)、液相內(nèi)或兩相間的傳質(zhì)速率來表示。在連續(xù)吸收操作中，這三種吸收速率表達(dá)式的計(jì)算結(jié)果相同。對于低溶質(zhì)濃度吸收，吸收速率表達(dá)式分別為：　　

氣相內(nèi)傳質(zhì)的吸收速率：

　　

液相內(nèi)傳質(zhì)的吸收速率：

　　

氣液兩相相際傳質(zhì)的吸收速率：

式中 y和yi分別為氣相主體和氣相在界面處的溶質(zhì)摩爾分率;x和xi分別為液相主體和液相在界面處的溶質(zhì)摩爾分率；y*和x*分別為與 x和y成相平衡的氣相和液相摩爾分率；ky和Ky分別為以氣相摩爾分率差為推動(dòng)力的氣相傳質(zhì)分系數(shù)和傳質(zhì)總系數(shù)；kx和Kx為以液相摩爾分率差為推動(dòng)力的液相傳質(zhì)分系數(shù)和傳質(zhì)總系數(shù)。對于低溶解度溶質(zhì)的吸收，是液阻控制（或稱液膜控制），宜用以液相摩爾分率差和液相傳質(zhì)系數(shù)表述的吸收速率表達(dá)式；對于高溶解度溶質(zhì)的吸收，是氣阻控制（或稱氣膜控制），則宜用以氣相摩爾分率差和氣相傳質(zhì)系數(shù)表述的吸收速率表達(dá)式。
　　吸收計(jì)算 　主要是吸收塔的計(jì)算。設(shè)計(jì)新塔時(shí)，已知原料氣體的摩爾流量G和所含溶質(zhì)濃度y1(以摩爾分率計(jì)，下同)，并給定了吸收后氣體的溶質(zhì)濃度y2。首先選定合適的吸收劑和它的入塔濃度x2，以及系統(tǒng)的操作溫度和壓力。然后計(jì)算吸收劑用量、吸收塔的直徑和高度。對于工業(yè)上最常見的低溶質(zhì)濃度混合氣吸收，氣相流量G和液相流量L可視為常數(shù)，因此傳質(zhì)系數(shù)也可視為常數(shù)，計(jì)算就可以簡化。對于雙組分氣體混合物的吸收，上述三項(xiàng)的計(jì)算如下：
　?、佟∥談┯昧?i>L　 單位氣體混合物耗用的吸收劑量，即液氣比L/G，對吸收操作有很大影響。提高L/G值，則傳質(zhì)推動(dòng)力增大，但出口溶液濃度x1將減??；降低L/G值，則出口溶液濃度x1增大，但傳質(zhì)推動(dòng)力減小。當(dāng)L/G值降低到某臨界值時(shí)，為達(dá)到規(guī)定分離要求所需的傳質(zhì)面積在理論上增加到無限大。此液氣比稱為最小液氣比(L/G)

，它是為達(dá)到指定分離要求所能采用的液氣比下限。從經(jīng)濟(jì)合理出發(fā)，常用液氣比為1.1～2(L/G)

。液氣比L/G確定后，即可求出吸收劑用量L。
　?、凇∷?i>D　可按下式計(jì)算：
　　　　　　　　

式中V為氣體混合物的體積流量；u為塔的操作氣速（以整個(gè)塔截面計(jì)）。氣速的確定是塔徑計(jì)算的關(guān)鍵。操作氣速的上限是發(fā)生液泛時(shí)的泛點(diǎn)速度uf。當(dāng)氣速取較大值時(shí)，可縮小塔徑，提高吸收速率；但氣體經(jīng)過塔的流動(dòng)阻力也將增大。若工藝上對氣體流動(dòng)阻力有限制時(shí)，操作氣速往往由此限制確定。工藝上對氣體流動(dòng)阻力無限制時(shí)，對于填充塔，取u＝0.5～0.8uf；對于板式塔，取u＝0.6～0.8uf。
　?、邸∷摺τ诎迨剿紫扔?jì)算出所需實(shí)際板數(shù)，再乘以選定的塔板間距，即可算出塔高（見精餾）。對于填充塔，填充層高度為：
　　　　　　　　　

H＝(HTU)M·(NTU)M

式中 (HTU)M和(HTU)M分別為傳質(zhì)單元高度和傳質(zhì)單元數(shù)。當(dāng)填充層高度H確定后，再加塔頂和塔底的適當(dāng)空間高度，即可定出塔高。
　　應(yīng)用 　吸收操作的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，主要有：①用液體吸收氣體以制得產(chǎn)品，如吸收SO3以制造硫酸，吸收HCl以制造鹽酸；②凈化或精制工業(yè)氣體，如用乙醇胺溶液脫除天然氣或煤氣中的H2S，用碳酸丙烯酯脫除合成氨變換氣中的二氧化碳等；③有害氣體的治理，如從排入大氣的廢氣中脫除SO2和氮的氧化物等，此時(shí)往往可回收有價(jià)值的物質(zhì)；④吸收混合氣中的一個(gè)或幾個(gè)組分，以分離氣體混合物，如用N-甲基吡咯烷酮分離裂解氣中的乙炔，用洗油分離焦?fàn)t煤氣中的苯。為取得純?nèi)苜|(zhì)，須將吸收與解吸結(jié)合起來。吸收用于低濃度溶質(zhì)的分離回收，較為經(jīng)濟(jì)；高濃度溶質(zhì)的吸收分離，耗用大量吸收劑，加重解吸的負(fù)擔(dān)。將多組分混合氣分離為各個(gè)純組分，采用先液化后精餾的方法往往比采用吸收操作更經(jīng)濟(jì)些，如空氣及石油裂解氣都采用深冷分離。  
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