吸收过程及设备的选择与操作27794.docx

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1、学习情景景三 吸收收过程及及设备的选选择与操作学习目标1、了解解吸收操操作在化化工生产产中的重重要应用用，熟悉悉工程上上常见的的气体吸吸收与解解吸方案案，能根根据生产产任务选选择正确确的吸收收与解吸吸方案；2、掌握握吸收与与解吸的的基本原原理，能能根据生生产任务务确定合合理吸收收操作参参数。3、熟悉悉吸收与与解吸过过程中常常用设备备的结构构、性能能，会根据任任务进行行相关设设备的选选型和简简单设计计。4、掌握握吸收与与解吸装装置的操操作与控控制要点点，能熟练操操作吸收收与解吸吸装置。引 言前已介绍绍，非均均相混合合物系一一般用沉沉降、过过滤等方方法来分分离；那那么均相相混合物物又该如如何分离离

2、呢？由由于均相相混合物系系有气态态均相混混合物和和液态均均相混合合物之分分，从本学习习情境三三开始介介绍均相相气态混合合物的分分离方法法。均相气体体混合物物分离方方法目前前有吸收收法和吸吸附法二二种。吸附法是是将多孔孔性固体体物料与与气态或或液态混混合物进进行接触触，有选选择地使使流体中中的一种种或几种组分分附着于于固体的的内外表表面，从从而使混混合物中中各组分分得以分离离方法。用于气气相分离离时主要要目的是是分离和和纯化气气体混合合物，如如常温空空气分离离氧氮，酸酸性气体体脱除，从从各种气气体中分分离回收收H2、COO、COO2、CHH4、C2H4等，但这这种方法法处理气气体的能能力有限限。

3、对于于大量气气体混合合物的分分离则普普遍使用用吸收法法。吸收是分分离气体体混合物物的最常常用的单单元操作作。它利利用混合合气体中中各组分分在所选选择的液液体中溶溶解程度度的差异异，有选选择的使使混合气气体中一一种或几几种组分分溶于此此液体而而形成溶溶液，其其它未溶溶解的组组分仍保保留在气气相中，以以达到从从混合气气体中分分离出某某组分的的目的。吸收在化化工生产产中应用用甚为广广泛，主主要有以以下几个个方面：（1）分分离混合合气体以以获得一一个或几几个组分分。如：从裂化化气或天天然气的的高温裂裂解气中中分离乙乙炔，从从乙醇催催化裂解解气中分分离丁二二烯等。（2）除除去有害害组分以以净化气气体。如

4、如：合成成氨工业业中用水水或碱液液脱除原原料气中中的二氧氧化碳，用用铜氨液液除去原原料气中中的一氧氧化碳等等。（3）制制取成品品。如：用水吸吸收氯化化氢以制制取盐酸酸，用水水吸收甲甲醛以制制取福尔尔马林等等。（4）废废气处理理、尾气气回收。如如：磷肥肥生产中中，放出出的含氟氟废气具具有强烈烈的腐蚀蚀性，可可采用水水及其它它盐类经经吸收制制成有用用的氟硅硅酸钠、冰冰晶石等等，硝酸酸尾气中中含氮的的氧化物物可以用用碱吸收收制成硝硝酸钠等等有用物物质。吸收是一一个单向向传质过过程，即即仅有气气相中的的易溶组组分由气气相向液液相转移移。在吸吸收操作作过程中中，能够够溶解于于液体中中的气体体组分称称为吸

5、收收质（或或溶质）；而不能能溶解的的气体组组分称为为惰性组组分（或或载体）；所用的的液体称称为吸收收剂（或或溶剂）；吸收操操作所得得到的液液体称为为溶液（或或吸收液液），其其主要成成分为吸吸收剂和和溶质；被吸收收后的气气体称为为吸收尾尾气，其其主要成成分应为为惰性气气体，还还有残余余的吸收收质。下下面我们们基于合合成氨生生产工艺艺中原料料气脱除除CO22分离任任务的完完成来学学习有关关吸收操操作的知知识。氨是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位，世界每年合成氨产量已达到1亿吨以上，其中约有80%的氨用来生产化学肥料，20%作为硝酸等其它化工产品的原料。合成氨的原料是氮氢混合气。原料

6、气中的氢气主要由天然气、石脑油、重质油、煤、焦炭、焦炉气等原料制取。由任何含碳原料制得的原料气，经变换后都含有相当数量的二氧化碳，在合成之前必须清除干净。同时二氧化碳是生产尿素、碳酸氢铵和纯碱的重要原料，还制成干冰用于食品等其它行业。因此二氧化碳可以回收利用。某合成氨厂变换气经过初脱碳后，原料气中CO2含量为？9%（体积），其余主要成分为N2、H2和少量CO，已知该厂年产量为24万吨合成氨（折算原料气量为100000Nm3/h）。现工艺要求必须将原料气中CO2浓度降到1%以下，分离出的二氧化碳气体可根据需要送往尿素工段作为原料或送往附近某特气厂生产干冰。请为该企业拟定一个从原料气中分离出二氧化

7、碳的方案。某合成氨氨厂原料料气脱二二氧化碳碳方案的的制定和和实施这是一个个典型的的气体混混合物的的分离任任务，要要完成此此任务，首首先我们们必须了了解工程程上常用用的脱除除合成氨氨原料气气中二氧氧化碳的的方法有有哪些？ 如前所述述工程上上脱除气气体混合合物中二二氧化碳碳的方法也是是吸附法法和吸收收法二种种。吸附附法虽然然二氧化化碳脱除除率高，但但该方法法处理能能力较小小，有效效气体消消耗较大大并且能能耗较高高，是精精细分离离和纯化化气体的的操作方方法。且且这种方方法操作作压力低低，所以以不适宜宜用于处处理量大大且杂质质组分浓度度高的混混合气体体的分离离。本任任务中原原料气的的处理量量大且CCO

8、2的含量也也高，因因此，应应选择目目前合成成氨厂普普遍使用用的吸收收法来脱除原原料气中中二氧化化碳。吸收法脱脱除COO2就是选选取一种种溶剂作作为吸收收剂，利利用原料料气中CCO2与其它它组分在在选取的的溶剂中中溶解度度的差异异（CO2在其中中的溶解解度大，而而N2、H2在其中中几乎不不溶），将CCO2选择吸吸收，以以达到脱脱除COO2的目的的。由于于吸收法法脱除CCO2的工艺艺方案有有多种，要完成总的生产任务，实现脱除目标必须按序完成以下几个任务：1、选择择合理的的吸收工工艺方案案2、在已已有吸收收方案中中进一步步选择合合适的吸吸收剂并并确定其其用量？ 3、确定定性能好好经济合合理的吸吸收设

9、备备4、学会会吸收装装置的操操作与运运行模块一吸收方案案的选择择要选择适适当的吸吸收方案案，首先先要了解解吸收的的分类方方法及工工业常见见的吸收收二氧化化碳方案案。工业生生产中利利用溶液液吸收法脱脱除二氧氧化碳的的方案有有很多，主要分为二大类：一类是循环吸收法，既溶液吸收二氧化碳后在再生塔中解吸出纯态的二氧化碳以提供生产尿素的原料等，再生后的溶液循环使用。另一类是将吸收二氧化碳与生产产品联合起来同时进行，称为联合吸收法，例如碳铵、联碱和尿素的生产过程。本学习情境只介绍循环吸收法，有关联合吸收法的知识可查阅化学肥料和纯碱生产工艺学。一、循环环吸收法的分类类循环吸收收法可分分为物理理吸收法法和化学

10、学吸收法法等。1、物理理吸收法法在吸收过过程中，如如果吸收收质与吸吸收剂之之间不发发生显著著的化学学反应，可可认为仅仅是气体体溶解于于液体的的物理过过程，则则称为物物理吸收收。物理理吸收操操作的极极限主要要决定于于当时条条件下吸吸收质在在吸收剂剂中的溶溶解度。利利用二氧氧化碳能能溶于水水或者有有机溶剂剂的性质质完成，例例如水洗洗法、低低温甲醇醇法、碳碳酸丙烯烯脂法等等。2、化学学吸收法法在吸收过过程中，吸吸收质与与吸收剂剂之间发发生显著著的化学学反应，则则称为化化学吸收收。化学学吸收操操作的极极限主要要决定于于当时条条件下反反应的平平衡常数数。利用用二氧化化碳具有有酸性特特征而与与碱性物物质反

11、应应将其吸吸收，主要有有：氨水法：CO2+NH3H2O（NHH4）HCOO3乙醇胺法法（改良乙乙醇胺法法）：CO2+H2O+（HHOCHH2CH2）2NCHH3 （HHOCHH2CH2）2CH3NH+ +HHCO33-热钾减法法（热的的碳酸钾钾水溶液液）：CO2+ H2O+K2CO3 KKHCOO33、物理理化学学吸收法法吸收过程程既具有有物理吸吸收过程程也具有有化学吸吸收过程程。例如如环丁砜砜法和多多胺法。不管物理理吸收还还是化学学吸收如如果在吸吸收过程程中，混混合气体体中只有有一个组组分进入入吸收剂剂，其余余组分皆皆可认为为不溶解解于吸收收剂，这这样的吸吸收过程程称为单单组分吸吸收。如如果

12、混合合气体中中有两个个或更多多个组分分进入液液相，则则称为多多组分吸吸收，如如用热钾钾碱法中中碳酸钾钾溶液吸吸收COO2的同时时也会对对混合气气体中的的H2S进行吸吸收，这这就是典典型的多多组分吸吸收。吸收质溶溶解于吸吸收剂时时，有时时会释放放出相当当大的溶溶解热或或反应热热，结果果使液相相温度逐逐渐升高高。如果果放热量量很小或或被吸收收的组分分在气相相中浓度度很低，而而吸收剂剂的用量量相对很很大时，温温度变化化并不明明显，则则称为等等温吸收收。若放放热量较较大，所所形成的的溶液浓浓度又高高，温度度变化很很剧烈，这这样的吸吸收过程程称为非非等温吸吸收。通通常物理理吸收放放出热量量是由溶溶解热引

13、引起的，化化学吸收收热量主主要是由由反应热热引起的的，化学学吸收热热效应要要比物理理吸收大大。二、吸收收解吸收收方案的的认识在循环吸吸收法中中，为了了得到较较纯净的的吸收质质或回收收吸收剂剂循环使使用，常常常需要要将吸收收质从吸吸收剂中中分离出出来。使使溶解于于液相中中的气体体释放出出来的操操作称为为解吸或或脱吸。解吸是吸收的相反过程，通常是使溶液与惰性气体或水蒸汽在解吸装置中接触，气体溶质则逐渐从溶液中释放出来。在实际生产中往往采用吸收与解吸的联合流程，吸收后即进行解吸，在操作中两者相互影响和制约。应该注意的是对于化学吸收，如果吸收过程中发生了不可逆的化学反应，解吸就不能发生。案例一洗洗油回

14、收收煤气中中苯图3-11是一个个回收煤煤气中苯苯的吸收收-解吸吸联合装装置流程程示意图图。在焦炉煤煤气的生生产过程程中，由由于煤气气中含有有少量的的苯和甲甲苯类低低碳氢化化合物的的蒸汽，应应予以回回收。所所用吸收收剂是煤煤焦油的的精制品品（煤焦油油中23303300的馏分分），称为为洗油。图3-11 用用洗油回回收煤气气中苯的的吸收与与解吸流流程含苯煤气气在常温温下由吸吸收塔底底部进入入塔内，温度为2730洗油从塔顶淋下，气液两相逆流流动，并在塔内填充物（木栅等物）上接触，进行传质，使苯等转溶到洗油中，含苯量降到规定要求（煤气中苯族烃含量为2g/m3）的脱苯煤气由塔顶排出。吸收苯的洗油（含苯量

15、约2.5，称为富油）从塔底进入富油贮槽。为了分离出富油中溶解的苯等，需对吸收剂进行解吸，目的是回收苯及使洗油循环使用（亦称吸收剂的再生）。解吸过程在解吸塔中进行，即将富油用泵从贮槽中抽出，经富油加热器加热至规定温度后，从顶部进入解吸塔，与从解吸塔底部通入的过热水蒸汽接触，则富油中的苯等在高温下解吸出被水蒸汽带走，经冷凝后进入分层槽，由于苯的密度比水小，故在上层，水在下层，将水除去即可得到苯类液体。富油脱苯后（亦称贫油）从塔底进入洗油贮槽，用泵抽出经冷却器冷却至规定温度，即可作为循环使用的吸收剂再次送入吸收塔中。1、这是是物理吸吸收过程程还是化化学吸收收过程？2、为什什么贫油油进吸收收塔前要要经

16、过冷冷却器降降温，在在吸收塔塔和解吸吸收塔之之间的换换热器有有什么作作用？案例二 碱性栲栲胶-钒钒酸盐水水溶液脱脱除H2S如图3-2所示示的是利利用碱性性栲胶钒钒酸盐水水溶液脱脱除半水水煤气中中的硫化化氢工艺艺方案。栲栲胶是酚酚类物质质（丹宁宁）作为为载氧体体可焦钒钒酸钠氧氧化成偏偏钒酸钠钠，再生生时可由由空气将将还原态态栲胶氧氧化。脱脱硫原理理如下：（TQQ-氧化型型栲胶； THHQ-还还原型栲栲胶）NaCOO3+H2SNaHHS+ NaHHCO332NaHHS+44NaVVO3+H2ONa2V4O9+4NNaOHH+2SSNa2VV4O9+TQQ+NaaOH+H2O=NNaVOO3+THH

17、QTHQ+O2TH+H2ONaHCCO3+NaaOHNa2CO3+H2O从电除尘尘来的半半水煤气气进接力力风机进进口水封封，由接接力风机机升压至至10000mmmH2O左右右进入各各风机的的出口水水封，然然后气体体从脱硫硫塔底部部进、塔塔顶出，在在塔内与与从塔顶顶向下洒洒的栲胶胶碱溶液液在填料料的润湿湿表面充充分接触触，吸收收并脱除除H2S，从从脱硫塔塔顶出来来的气体体中含HH2S应15毫毫克/标标准米33，分别别经两个个除沫器器，再经经两个旋旋流板除除去碱沫沫后，送送往压缩缩机一段段。一定组份份的栲胶胶溶液（也也称贫液液）自循循环槽经经贫液泵泵升压00.6MMpa左右送送往脱硫硫塔顶，溶溶液

18、自塔塔顶流向向塔底，充充分润湿湿填料表表面与气气体接触触，吸收收半水煤煤气中的的H2S气体体，吸收收H2S后的的溶（富富液）从从脱硫塔塔底流到到反应槽槽内，进进入反应应槽内的的液体再再经富液液泵加压压0.66Mpa左右。经经溶液加加热器加加热进入入喷射再再生器，自自吸空气气，富液液与空气气在喉管管处混合合后进再再生槽，再再生后的的溶液经经液位调调节器全全部回到到循环槽槽，以后后照此反反复循环环使用。硫硫泡沫在在再生槽槽内浮洗洗分离，溢流至至硫泡沫沫槽，在在硫泡沫沫槽用蒸蒸汽加热热至700900搅拌沉沉硫，再再经分离离放入熔熔硫釜，回回收固体体硫磺，釜釜内清液液靠虹吸吸作用流流至虹吸吸罐，罐罐内

19、沉渣渣回釜，清清液去循循环槽。图3-22 栲胶法法脱除H2S的吸收收与再生生流程1、这是是物理吸吸收过程程还是化化学吸收收过程？2、在这这一工艺艺流程中中，H2S最终转转变成了了什么？案例三 乙醇胺胺法吸收收二氧化化碳如图3-3所示示的是乙乙醇胺法法吸收二二氧化碳碳的吸收收解吸联联合流程程。图3-33 乙醇醇胺法吸吸收二氧氧化碳流流程将合成氨氨原料气气从底部部进入吸吸收塔，塔塔顶喷乙乙醇胺液液体，乙乙醇胺吸吸收了CCO2后从塔塔底排出出，从塔塔顶排出出的气体体中含CCO2可降到到0.22%-00.5%。将吸吸收塔底底排出的的含COO2的乙醇胺胺溶液用用泵送至至加热器器，加热热(1330CC左右

20、)后从解解吸塔顶顶喷淋下下来，塔塔底通入入水蒸气气，乙醇醇在高温温、低压压(约3300kkPa)下自溶溶液中解解吸。从从解吸塔塔顶排出出的气体体经冷却却、冷凝凝后得到到可用的的CO22。解吸吸塔底排排出的溶溶液经冷冷却降温温(约550CC)、加加压(约约18000kPa)后仍作作为吸收收剂。这这样吸收收剂可循循环使用用，溶质质气体得得到回收收。该吸吸收过程程为化学学吸收过过程。既然吸收方案有物理吸收与化学吸收之分，由大量的工程经验资料，可查出它们的各自特点如下。化学吸收的优点是：由于选用的吸收剂能够有选择地与溶解在液相中的溶质进行反应，使得化学吸收具有较高的选择性。化学反应将溶解在液相中的溶质

21、组分转化为另一种物质，使得溶解平衡向溶解方向移动，降低了溶质在气相中的分压，可较彻底地除去气相中的溶质，可提高气体的净化程度。净化分离效果好。反应增加了溶质在液相中的溶解度，提高了吸收剂对溶质的吸收能力，可减少吸收剂用量。化学反应降低了吸收剂中游离态溶质的浓度，增大了传质推动力，化学反应改变了液相中溶质的浓度分布，因而可减小液相传质阻力，提高液相的传质分系数。因此，化学吸收的传质速率高，所需设备尺寸小。缺点是：化学吸收时溶剂的再生比较困难。由栲胶法脱除H2S的吸收与再生流程可见化学吸收后的吸收剂再生往往需要消耗较多能量，装置也较复杂。如果化学反应不可逆，则吸收剂无法循环使用。物理吸收的优点是：

22、不可逆程度较低，解吸比较容易，解吸所需要的能耗一般比化学吸收小。物理吸收法吸收剂价格便宜，热效应较小，设备简单。如果采用物理解吸可得到较纯净的溶质气体。缺点是：因物理溶解平衡的限制，气体净化程度和分离效果不是很好，溶质的吸收率不是很高由于本工作任务对分离要求不高（尾气CO2浓度降到1%），分离过程要除去CO2，而且又要回收CO2气体用于制取干冰，因此，可采用：醇胺法的吸收与解吸联合流程，物理的吸收与解吸法。虽然醇胺法分离效果显著，净化气中二氧化碳含量体积分数小于10010-6（0.01%）， 但由于吸收剂乙醇胺价格高，且再生能耗高 4.3104kJ/(kmolCO2），因此根据经济和适用因素考

23、虑，目前选用物理吸收与解吸方案法。物理吸收收过程的的机理1、吸收收机理（1）传传质的基基本方式式吸收操作作是吸收收质从气气相转移移到液相相的传质质过程，其其中包括括吸收质质由气相相主体向向气液相相界面的的传递，及及由相界界面向液液相主体体的传递递。因此此，讨论论吸收过过程的机机理，首首先说明明物质在在单相（气气相或液液相）中中的传递递规律。物质在单单一相（气气相或液液相）中中的传递递是靠扩扩散作用用，发生生在流体体中的扩扩散有分分子扩散散与涡流流扩散两两种。流体中中的分子子扩散如将一滴滴红墨水水滴在一一杯水中中，会看看见红色色慢慢向向四周扩扩散，最最终整杯杯水变红红了，这这就是分分子扩散散。分

24、子子扩散是是物质在在一相内内有浓度度差异的的条件下下，由流流体分子子的无规规则热运运动而引引起的物物质传递递现象。习习惯上常常把分子子扩散称称为扩散散。这种种扩散发发生在静静止或滞滞流流体体中相邻邻流体层层的传质质中。分子扩散散的速率率主要决决定于扩扩散物质质和流体体温度以以及某些些物理性性质。根根据菲克克定律，当当物质AA在介质质B中发发生分子子扩散时时，分子子扩散速速率与其其在扩散散方向上上的浓度度梯度成成正比。参参照图33-4所示，这这一关系系可表达达为：NA= （3-1） 图3-4 分子扩散示意图式中：NNA 组分分A的分分子扩散散速率 kmoll/（mm2s）；CA 组组分A的的浓度

25、 kmoll/m33；Z 沿扩扩散方向向的距离离 m；D 扩散散系数，表表示组分分A在介介质B中中的扩散散能力 m2/s。式中负号号表示扩扩散方向向与浓度度梯度相相反。分子扩散散系数DD是物质质的物理理性质之之一。扩扩散系数数大，表表示分子子扩散快快。对不不太大的的分子而而言，在在气相中中的扩散散系数值值约为00.11 ccm2/s的的量级；在液体体中约为为在气体体中的11041005分之一一。这主主要是因因为液体体的密度度比气体体的密度度大的多多，其分分子间距距小，故故分子在在液体中中扩散速速率要慢慢的多。扩扩散系数数之值须须由实验验方法求求取，有有时也可可由物质质本身的的基础物物性数据据及

26、状态态参数估估算。气气体的液液体扩散散系数可可查阅有有关手册册。流体中中的涡流流扩散如果在把把红墨水水滴入杯杯子中的的同时，用用玻璃棒棒进行搅搅拌，杯杯子中的的水瞬间间就变红红了。这这就是涡涡流扩散散。在湍湍流流体体中，流流体质点点在湍流流中产生生漩涡，引引起各部部分流体体间的剧剧烈混合合，在有有浓度差差的条件件下，物物质便朝朝其浓度度降低的的方向进进行扩散散。这种种凭藉流流体质点点的湍动动和漩涡涡来传递递物质的的现象，称称为涡流流扩散。涡涡流扩散散速率决决定于流流体的湍湍动程度度。实际际上，在在湍流流流体中，由由于分子子运动而而产生的的分子扩扩散是与与涡流扩扩散同时时发挥着着作用。但但涡流扩

27、扩散速率率比分子子扩散速速率大得得多，因因此涡流流扩散的的效果应应占主要要地位。此此时，通通过一个个湍流流流体的扩扩散速率率可以下下式表达达，即 NA= （DD+Dee）（32）式中：NNA 组分分A的扩扩散速率率 kmoll/（mm2s）；CA 组组分A的的浓度 kmoll/m33；Z 沿扩扩散方向向的距离离 m；D 分子子扩散系系数m22/s；De 涡流流扩散系系数 mm2/s。对流扩散散。它与与传热过过程中的的对流传传热类似似，由于于对流扩扩散过程程极为复复杂，影影响其因因素很多多，所以以对流扩扩散速率率，一般般难以解解析求出出，而是是采用类类似解决决对流传传热的处处理方法法依靠试试验测

28、定定。（2）吸吸收过程程的机理理吸收过程程中，吸吸收质除除了要分分别在气气相和液液相中进行单单一相的的传递外外，还必必须通过过气液接接触界面面才能由由气相进进入液相相，但气气液两相相流动状状态不同同，界面面状态就就不同，流流体流动动状态不不仅决定定于流体体的物性性、流速速等参数数，还与与设备的的几何尺尺寸密切切相关，由由此可知知吸收过过程的机机理是复复杂的，人人们已对对其进行行了长期期的深入入的研究究。曾提提出多种种不同的的关于吸吸收这样样的相际际传质过过程的机机理的理理论，其其中应用用最广泛泛的是刘刘易斯和和惠特曼曼在本世世纪二十十年代提提出的双双膜理论论。双膜理论论的基本本论点如如下：1、

29、在气气液两流流体相接接触处，有有一稳定定的分界界面，叫叫相界面面。在相相界面的的两侧附附近各有有一层稳稳定的作作滞流流流动的薄薄膜层，在在气相一一侧的叫叫气膜、液液相一侧侧的叫液液膜。吸吸收质以以分子扩扩散方式式通过这这两个薄薄膜层。2、两膜膜层以外外的气、液液两相分分别称为为气相主主体与液液相主体体。在气气、液两两相的主主体中，由由于流体体的充分分湍动，吸吸收质的的浓度基基本上是是均匀的的，即两两相主体体内浓度度梯度皆皆为零，全全部浓度度变化集集中在这这两个膜膜层中，即即阻力集集中在两两膜层之之中。3、无论论气、液液两相主主体中吸吸收质的的浓度是是否达到到平衡，而而在相界界面处，吸吸收质在在

30、气、液液两相中中的浓度度关系却却已达于于平衡。即即认为界界面上没没有阻力力。通过以上上假设，就就把吸收收这个相相际传质质的复杂杂过程，简简化为吸吸收质只只是经由由气、液液两膜层层的分子子扩散过过程。提提高吸收收质在膜膜内的分分子扩散散速率就就能有效效地提高高吸收速速率，因因而两膜膜层也就就成为吸吸收过程程的两个个基本阻阻力，双双膜理论论又称为为双阻力力理论。在在两相主主体浓度度一定的的情况下下，两膜膜层的阻阻力便决决定了传传质速率率的大小小。由于于膜内阻阻力与膜膜的厚度度成正比比，根据据流体力力学原理理，流速速越大，则则膜的厚厚度越薄薄，因此此增大气气液两流流体的相相对运动动，使流流体内产产生

31、强烈烈的搅动动，都能能减小膜膜的厚度度，从而而降低吸吸收阻力力，增大大吸收传传质系数数，提高高吸收速速率。双双膜理论论的假想想模型，如如图3-5所示。 实实际浓度度分布线线 虚虚拟浓度度分布线线图3-55双膜理理论的假假想模型型示意图图对于具有有固定相相界面的的系统以以及流动动速度不不高的两两流体间间的传质质，双膜膜理论与与实际情情况是相相当符合合的，根根据这一一理论的的基本概概念所确确定的吸吸收过程程的传质质速率关关系，至至今仍是是吸收设设备设计计的主要要依据，这这一理论论对于生生产实际际具有重重要的指指导意义义。但是是对于具具有自由由相界面面的系统统，尤其其是高度度湍动的的两流体体间的传传

32、质，双双膜理论论表现出出它的局局限性。因因为在这这种情况况下，相相界面已已不再是是稳定的的、而是是处于不不断更新新的过程程中，此此时界面面两侧存存在稳定定的滞流流膜层及及物质以以分子扩扩散方式式通过此此两膜层层的假设设都很难难成立。针对双膜膜理论的的局限性性，后来来相继提提出了一一些新的的理论，如如溶质渗渗透理论论、表面面更新理理论、界界面动力力状态理理论等。这这些理论论对于相相际传质质过程中中的界面面状况及及流体力力学因素素的影响响等方面面的研究究和描述述都有所所前进，但但目前尚尚不足据据以进行行传质设设备的计计算或解解决其它它实际问问题。01. 查找资资料，了了解合成成氨原料料气净化主要要

33、方法和和过程。02. 查找工工业上其其他吸收收实例。分分析这些些实例是是吸收在在哪方面面的应用用，吸收收过程是是物理吸吸收还是是化学吸吸收，是是等温吸吸收还是是非等温温吸收，是是单组分分吸收还还是多组组分吸收收，有没没有采用用解吸过过程？模块二吸收剂剂的选择择与吸收收剂用量量的确定定在模块一一中，我我们已经经可以看看得出，用于吸收二氧化碳的方案有很多，方案的不同关键就是吸收剂的不同，在吸收操作中，吸收剂性能的优劣，常常是吸收操作好坏的关键。那么吸收操作吸收剂是如何选择的呢？用物理吸收方法来吸收二氧化碳又有哪些吸收剂可用呢？引言里的工作任务中选择什么物质作为吸收剂比较合适呢？一、吸收收剂的选选择

34、如果吸收收的目的的是制取取某种溶溶液作成成品，如如用HCCl气体生生产盐酸酸，溶剂剂只能用用水，自自然没有有选择的的余地。如如果目的的在于把把一部分分气体从从混合物物中分离离出来，便便应考虑虑选择适适当的溶溶剂。要想选择择好合适的吸收收剂，我我们必须须首先掌掌握吸收收剂的选选择原则则。吸收收剂选择择的常用用原则为为：1、所选选用的吸吸收剂必必须有良良好的选选择性，即即吸收剂剂对吸收收质要有有较大的的溶解度度而对其其它惰性性组分的的溶解度度要极小小或几乎乎不溶解解。这样样可以提提高吸收收效果、减减小吸收收剂的用用量；吸吸收速率率也大、设设备的尺尺寸便小小。2、所选选择的吸吸收剂应应在较为为合适的

35、的条件（温温度、压压力）下下进行吸吸收操作作。3、吸收收剂的挥挥发度要要小，即即在操作作温度下下吸收剂剂的蒸气气压要小小。因为为离开吸吸收设备备的气体体，往往往被吸收收剂蒸气气所饱和和，吸收收剂的挥挥发度愈愈高，其其损失便便愈大。另外所选选用的吸吸收剂应应尽可能能无毒、无无腐蚀性性、不易易燃、不不发泡、价价廉易得得和具有有化学稳稳定性等等。显然完全全满足上上述各种种要求的的吸收剂剂是没有有的，实实际生产产中应从从满足工工艺要求求、符合合经济原原则的前前提出发，根根据具体体情况全全面均衡衡得失来来选择最最合适的的吸收剂剂。工业上的的气体吸吸收大多多用水作作溶剂，难难溶于水水的气体体才采用用特殊溶

36、溶剂。例例如，烃烃类气体体的吸收收用液态态烃。为为了提高高气体吸吸收的效效果，也也常采用用与溶质质气体发发生化学学反应的的物质作作溶剂。例例如，CCO2的吸收收可以用用NaOOH溶液液、Naa2CO3溶液或或乙醇胺胺溶液。表3-1为某些气体选用的部分吸收剂的实例。表3-11 吸收收剂选用用实例吸收质可选用吸吸收剂吸收质选用吸收收剂水汽浓硫酸H2S亚砷酸钠钠溶液CO2水H2S偏钒酸钠钠的碱性性溶液CO2碳酸丙烯烯酯NH3水CO2碱液HCl水CO2乙醇胺HF水SO2浓硫酸CO铜氨液SO2水丁二烯乙醇、乙乙腈H2S氨水由于二氧化碳在水中和碳酸丙烯酯溶液中的溶解度比原料气中其它组分如N2、H2和CO在

37、其中的物理溶解度大得多，所以水和碳酸丙烯酯对于CO2均具有较好的选择吸收性。水和碳酸丙烯酯均可以作为物理法吸收二氧化碳的吸收剂。考虑到碳酸丙烯酯有腐蚀性且价格较高，而水具有无毒、无腐蚀性、不易燃、不发泡、价廉易得和具有化学稳定性等特点。加上生产任务对分离要求并不太高，因此，我们可暂选用水作为吸收剂，设法让水循环使用。 吸收剂剂的选择择选择完溶溶剂后就就要考虑虑的是气气、液两两相的流流向问题题。图3-66 是吸吸收塔内内内常见见的两种种流向示示意图。逆流贫液富液混合气体净化气并流贫液富液混合气体净化气图3-66 气-液两相相逆流和和并流接接触示意意图吸收塔内内，气、液液两相可可作逆流流也可作作并

38、流流流动。在在气、液液两相进进出口浓浓度相同同的情况况下，逆逆流与并并流相比比有着显显著优点点：逆流流时，传传质平均均推动力力最大，这这样可提提高吸收收速率、减减小设备备尺寸；逆流时时，塔底底引出的的溶液在在出塔前前是与浓浓度最大大的进塔塔气体接接触，使使出塔溶溶液浓度度可达最最大值，从从而降低低了吸收收剂耗用用量；逆逆流时，塔塔顶引出出的气体体出塔前前是与纯纯净的或或浓度较较低的吸吸收剂接接触，可可使出塔塔气体的的浓度能能达最低低值，这这样可大大大提高高吸收率率。但并并流操作作也有其其自身优优点：并并流操作作可以防防止逆流流操作时时的纵向向搅动现现象；提提高气速速时不受受液泛的的限制，不不会

39、限制制设备的的生产能能力。一一般吸收收操作均均采用逆逆流，以以使过程程具有最最大的推推动力。特特殊情况况下，如如吸收质质极易溶溶于吸收收剂，此此时逆流流操作的的优点并并不明显显，为提提高生产产能力，可可以考虑虑采用并并流。考考虑到工工作任务务中二氧氧化碳在在水中溶溶解度较较低，为为了加大大传质速速率，考考虑采用用逆流接接触形式式。二、吸收收过程操操作条件件的确定定工作任务务中用水水吸收含含有9%（体积积）COO2的原料料气过程程中，什什么时候候会发生生吸收现现象？吸吸收过程程选择在在多少温温度，多多高压力力下进行行呢？1、物理理过程吸吸收的条条件（1）气气体在液液体中的的溶解度度在一定的的温度

40、下下，使某某一定量量的可溶溶性气体体溶质与与一定量量的液体体溶剂在在密闭的的容器内内相接触触，溶质质便向溶溶剂转移移。经过过足够长长的时间间以后，就就会发现现气体的的压力和和该气体体在溶液液中的浓浓度不再再变化。此此时并非非没有气气体分子子进入液液体，而而是由于于在任何何瞬间内内，气体体进入液液体的分分子数与与从液体体中逸出出并返回回到气体体中的气气体分子子数相等等之故。所所以宏观观上，过过程就像像停止一一样，这这种状况况称为相相际动平平衡，简简称相平平衡。在在此平衡衡状态下下，溶液液上方气气相中溶溶质的压压力称为为当时条条件下的的平衡压压力，而而液相中中所含溶溶质气体体的浓度度即在当当时条件

41、件下气体体在液体体中的溶溶解度。习习惯上溶溶解度是是以在一一定的温温度和溶溶质气体体的平衡衡压力下下，溶解解在单位位质量的的液体溶溶剂中溶溶质气体体的质量量数表示示，kgg气体溶溶质/kkg液体体溶剂。只有处于于不平衡衡状态的的气液相相接触，才才有可能能发生吸吸收现象象。在气气液系统统中，只只要液相相中吸收收质的实实际浓度度小于平平衡浓度度或气相相中吸收收质的分分压大于于平衡分分压，吸吸收质就就从气相相转入液液相，吸吸收过程程一直进进行到相相平衡为为止。所所以相平平衡是物物理吸收收过程的的极限，该该极限取取决于溶溶解度。溶溶解度的的大小是是随物系系、温度度和压力力而异，通通常由实实验测定定。如

42、图图3-77（a）、33-7（bb）、33-7（cc）分别别表示出出氨、二二氧化硫硫和氧在在水中溶溶解度与与其气相相平衡压压力之间间的关系系。图中中的关系系线称为为溶解度度曲线。将图3-7（aa）、（bb）、（cc）进行行比较，可可以发现现：温度度、压力力一定时时，氨的的溶解度度最大、二二氧化硫硫其次、氧氧溶解度度最小。这这说明氨氨易溶解解于水、氧氧难溶解解于水。我我们都知知道如果果要使一一种气体体在溶液液中达到到一定的的浓度，必必须在溶溶液上方方维持较较高的平平衡压力力，由图图可见，温温度一定定时，同同样质量量的氨、二二氧化硫硫、氧各各溶解于于一定量量的水，氨氨在其溶溶液上方方的平衡衡压力最

43、最小，二二氧化硫硫的平衡衡压力居居中，氧氧在其溶溶液上方方的平衡衡压力最最大。图3-77 氨、二二氧化硫硫、氧在在水中的的溶解度度曲线显然：对对应于同同样浓度度的气体体溶液，易易溶气体体溶液上上方的平平衡压力力小，而而难溶气气体溶液液上方的的平衡压压力大。换换言之，如如欲获得得一定浓浓度的气气体溶液液，对于于易溶气气体所需需的平衡衡压力较较低，而而对于难难溶气体体所需的的平衡压压力则很很高。由图3-7还可可发现，这这三种物物质的溶溶解度曲曲线表现现出同样样的变化化趋势：当压力力一定时时，温度度越低，溶溶解度越越大；当当温度一一定时，压压力越高高，溶解解度越大大。这说说明加大大压力和和降低温温度

44、可以以提高溶溶解度，对对吸收操操作有利利；反之之，升温温和减小小压力则则降低溶溶解度，对对吸收操操作不利利。溶解度是是分析吸吸收操作作过程的的基础，关关于气体体在液体体中的溶溶解度，至至今已发发表了许许多数据据，这些些实测值值载于有有关手册册之中以以供查用用。（2）亨亨利定律律随着对气气液间相相平衡关关系大量量实验数数据的积积累，人人们发现现当总压压力不高高时，在在一定温温度下，稀稀溶液上上方的气气体溶质质平衡分分压与溶溶质在液液相中的的摩尔分分率之间间存在着着如下的的关系：p*= Ex （3-3）式中：pp* 溶质质在气相相中平衡衡分压，kkN/mm2 xx 溶质质在液相相中的摩摩尔分率率

45、EE 亨利利系数，其其单位与与压力单单位一致致。图3-8 二氧化碳、二氧化硫及氨在水中的溶解度式3-33称为亨亨利定律律。此式式表明稀稀溶液上上方的溶溶质分压压与溶质质在液相相的摩尔尔分率成成正比，比比例常数数称为亨亨利系数数。E值值的大小小表示气气体溶于于液体中中的难易易程度。由由于同一一种气体体在不同同的溶剂剂中溶解解度不同同，所以以E不同同；同样样不同气气体在同同一种溶溶剂中的的溶解度度也不同同，E也也就不同同。E值值愈大，表表示该气气体的溶溶解度越越小，即即愈难溶溶，E值值随温度度的升高高而增大大。各种种气体的的E值皆皆由实验验测得，书书末附寻寻中列出出若干种种气体水水溶液的的亨利系系

46、数值。亨利定律律是一个个稀溶液液定律，因因此它对对常压或或接近于于常压下下的难溶溶气体较较为适合合，对于于易溶气气体适用用于低浓浓度的较较小范围围，如图图3-88所示NNH3-H2O系统统的平衡衡线的直直线部分分是很短短的，而而对于难难溶气体体如COO2，则在在较广的的平衡压压力范围围内符合合亨利定定律。在实际生生产中被被吸收的的气体，往往往是气气体混合合物的某某组分，而而不是单单一的纯纯气体。当当混合气气体总压压力不超超过5标标准大气气压的情情况下，被被吸收组组分在液液体中的的溶解度度，可以以认为与与总压无无关，而而只取决决于溶质质气体的的分压和和温度。由于互成成平衡的的气液两两相组成成各可采采用不同同的表示示法，因因而亨利利定律有有不同的的表达形形式。若溶质在在液相和和气相中中的组成成分别用用摩尔分分率x及及y表示示，亨利利定律可可写成如如下形式式，即： y* = mx （3-4）式中 xx 液相相中溶质质的摩尔尔分率y 与该该液相成成平衡的的气相中中溶质的的摩尔分分率 m 相平平衡常数数若系统的的总压为为P，则则依道尔尔顿分压压定律可可知溶质质在混合合气体中中的分压压为 p = Pyy同理 pp* = Py*将上式代代入式33-3中中可得 Pyy*= EEx将此式与与式3-4相比比较可知知m = E/P