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吸收过程基础Fundamental of Gas Absorption 任课教师：蒋 炜 吸收的提出Why Absorption？ 合成氨工厂中，合成氨的原料气中含有30% CO2，如何将CO2从原料气中分离？ 在焦化厂中，焦炉气中含有众多气体，如CO, H2, NH3, 苯等，如何将NH3从焦炉气中分离？ 在硫酸厂中，硫铁矿经过焙烧氧化，可以得到SO3，如何由SO3制造硫酸？ 为了解决上述问题，化学工程中采用一种化工单元操作——吸收。 什么是吸收？What is Absorption？ 吸收是一种分离操作。 待分离的混合气体和与之适配的液体构成两相物系，当两相充分接触时，利用混合气体中各组分在液体中溶解度的差异，使某些易溶组分进入液相形成溶液，不溶或难溶组分仍留在气相，从而实现混合气体的分离。 什么是吸收？What is Absorption？ 气体吸收是混合气体中某些组分在气液相界面上溶解、在气相和液相内由浓度差推动的传质过程。 和蒸馏相比，相同点：二者都是传质过程；不同点：吸收是单向传质，且温度远低于沸点。 吸收简介Introduction of Absorption 吸收过程溶质浓度分布Solute Distribution in Absorption Process 左图为降膜吸收管内的m-n气、液接触截面处某可溶组分（溶质）从气相转移到液相时在传质方向上的浓度分布。 完整工业吸收过程 - 吸收和解吸Integrate Industrial process  – Absorption and Desorption 乙醇胺水溶液吸收CO2流程Process of CO2 Absorption by Ethanolamine Solution 从合成氨原料气中回收使用CO2工业流程：乙醇胺对CO2有较大溶解度，选乙醇胺做溶剂，溶剂要回收循环使用，又有了CO2解吸塔。吸收塔，解吸塔，锅炉就构成了CO2回收的工段或车间。 进工段是合成氨原料气，出工段的是CO2和低浓CO2的合成氨气。 吸收塔Absorption Tower 常用吸收设备Usual Absorption Equipment 填料塔和板式塔Packed Tower and Plating Tower 吸收过程分析Analysis of Absorption Process 吸收塔的主要数据是塔高或填料高度Z。 Z与分离物系性质有关。某溶剂对某溶质的溶解度越大，越容易吸收，需要的Z会越小。这与分子间的力有关，即物系的相平衡关系。 Z与传质相界面的面积有关。单位体积填料提供的有效传质面积越大，达到相同分离要求的Z会越小。此即与填料的形状有关。衡量填料形状的因素，可用传质速率与传质系数表达。 吸收过程分析Analysis of Absorption Process 若物系相同，填料形状也相同，但处理的原料气量和原料气的进出口组成不同，则Z也发生相应变化，此即与物料衡算有关。 吸收过程的计算，即从相平衡关系、传质速率和物料衡算三个方面进行分析。 吸收过程的要点Points of Absorption Process 1）选择合适的溶剂，使能选择性的溶解待分离的组分。 2）提供适当的传质设备以实现气液两相的接触，使被分离组分得以自气相转移至液相。 3）溶剂的再生，以便循环使用。 吸收过程的经济性Economic Efficient of Absorption Process 吸收过程的费用取决于： 1）气、液两相流经吸收设备的能量消耗 2）溶剂的挥发损失和变质损失 3）溶剂的再生费用，即解吸操作费 溶剂的选择是工业吸收分离过程经济性的核心 溶剂的选择How to Decide the Solvent？ 1）溶剂对溶质溶解度较大 2）溶剂应具有较高的选择性 3）溶质在溶剂中溶解度应对温度变化敏感 4）溶剂的蒸气压低 5）溶剂应有较好的化学稳定性 6）溶剂应具有较低的粘度，且不易起泡 7）经济安全，价廉易得，无毒不易燃 吸收过程分析Analysis of Absorption 本章以分析单组分的等温物理吸收为重点，以便掌握最基本的原理。 气体吸收是物质自气相到液相的转移，这是一种传质过程。 混合气体中某一组分能否进入溶液里，既取决于该组分的分压，也取决于溶液里该组分的平衡蒸汽压。如果混合气体中该气体的分压大于溶液的平衡蒸汽压，这个组分便可自气相转移至液相，即被吸收。由于转移的结果，溶液里这个组分的浓度便增高，它的平衡蒸汽压也随着增高，到最后，可以增高到等于它在气相中的分压，传质过程于是停止，这时称为气液两相达到平衡。 吸收过程分析Analysis of Absorption 反之，如果