化學氣體吸收過程一、化學汲取過程分析化學汲取是指汲取過程中汲取質與汲取劑有明顯化學反應的汲取過程。對于化學汲取，溶質從氣相主體到氣液界面的傳質機理與物理汲取完全相同，其簡單之處在于液相內的傳質。溶質在由界面對液相主體集中的過程中，將與汲取劑或液相中的其他活潑組分發生化學反應。因此，溶質的組成沿集中途徑的變化狀況不僅與其自身的集中速率有關，而且與液相中活潑組分的反向集中速率、化學反應速率以及反應產物的集中速率等因素有關。由于溶質在液相內發生化學反應，溶質在液相中呈現物理溶解態和化合態兩種方式，而溶質的平衡分壓僅與液相中物理態的溶質有關。因此，化學反應消耗了進入液相中的汲取質，使汲取質的有效溶解度顯著增加而平衡分壓降低，從而增大了汲取過程的推動力；同時，由于部分溶質在液膜內集中的途中即因化學反應而消耗，使過程阻力減小，汲取系數增大。所以，發生化學反應總會使汲取速率得到不同程度的提高。工業汲取操作多數是化學汲取，這是由于：①化學反應提高了汲取的選擇性；②加快汲取速率，從而削減設備容積；③反應增加了溶質在液相的溶解度，削減汲取劑用量；④反應降低了溶質在氣相中的平衡分壓，可較徹底地除去氣相中很少量的有害氣體。<imgheight=226src=“/UploadFiles/Tech/200811/20081126175223486.jpg”width=400border=0如圖11—9所示的是合成氨原料氣(含C0230％左右)的凈化過程，精制過程要除去C02，而得到的CO：氣體又是制取尿素、碳酸氫銨和干冰的原料，為此，采納醇胺法的汲取與解吸聯合流程。將合成氨原料氣從底部進入汲取塔，塔頂噴乙醇胺液體，乙醇胺汲取了COz后從塔底排出，從塔頂排出的氣體中含C02可降到o．2％一0．5％。將汲取塔底排出的含乙醇胺溶液用泵送至加熱器，加熱(130°C左右)后從解吸塔頂噴淋下來，塔底通入水蒸氣，乙醇在高溫、低壓(約300kPa)下自溶液中解吸。從解吸塔頂排出的氣體經冷卻、冷凝后得到可用的COz。解吸塔底排出的溶液經冷卻降溫(約50°C)、加壓(約1800kPa)后仍作為汲取劑。這樣汲取劑可循環使用，溶質氣體得到回收。二、高含量氣體汲取當進塔混合氣體中汲取質含量高于10％時，工程上常稱為高含量氣體汲取。由于汲取質的含量較高，在汲取過程中汲取質從氣相向液相的轉移量較大，因此，高含量氣體汲取有自己的特點。(1)氣液兩相的摩爾流量沿塔高有較大的變化汲取過程中，塔內不同截面處混合氣摩爾流量和汲取劑摩爾流量是不相同的，沿塔高有顯著變化，不能再視為常數。但惰性氣摩爾流量沿塔高基本不變，若不考慮汲取劑的揮發性，純汲取劑的摩爾流量亦為常數。(2)汲取過程有顯著的熱效應由于被汲取的溶質較多，產生的溶解熱也較多。若汲取過程的液氣比較小或者是汲取塔的散熱效果不好，將會使汲取液溫度明顯地上升，此時氣體汲取為非等溫汲取。但若溶質的溶解熱不大、汲取的液氣比較大或汲取塔的散熱效果較好，此時氣體汲取仍可視為等溫汲取。(3)汲取系數不是常數由于受氣速的影響，汲取系數從塔底至塔頂是漸漸減小的。但當塔內不同截面氣液相摩爾流量的變化不超過10時，汲取系數可取塔頂與塔底汲取系統的平均值，并視為常數進行有關計算。如圖11—10所示的是用于處理高含量揮發酚廢水的兩段填料汽提塔。廢水經換熱器加熱到100°C后，送到汽提段，由汽提塔頂部淋下，在汽提段內與105℃的蒸汽逆流接觸，廢水中的揮發酚向氣相傳遞，被蒸汽帶到塔外，成為含酚蒸汽。汽提后的廢水含酚濃度可降到400mg／L以下，經水封管并經換熱器降溫后送到下一處理工序進一步處理。含酚蒸汽用鼓風機送到再生段，與102°C的含量10％NaOH溶液進行逆流接觸，經化學汲取生成酚鈉鹽回收其中的酚，凈化后的蒸汽進入汽提段循環使用。為了提高酚鈉鹽的含量，循環堿液往往回流到再生段，待飽和后再回收酚。三、多組分汲取多組分汲取過程中，由于其他組分的存在使得汲取質在氣液兩相中的平衡關系發生了變化，所以，多組分汲取的計算較單組分汲取過程簡單。但是，對于噴淋量很大的低含量氣體汲取，可以忽視汲取質間的相互干擾，其平衡關系仍可認為聽從亨利定律。因而可分別對各汲取質組分進行單獨計算。不同汲取質組分的相平衡常數不相同，在進、出汲取設備的氣體中各組分的含量也不相同，因此，每一汲取質組分都有平衡線和操作線。關鍵組分是指在汲取操作中必需首先保證其汲取率達到預定指標的組分。如處理石油裂解氣中的油汲取塔，其主要目的是回收裂解氣中的乙烯，乙烯即為此過程的關鍵組分，生產上一般要求乙烯的回收率達98％一99％，這是必需保證達到的。因此，此過程雖屬多組分汲取，但在計算時，則可視為用油汲取混合氣中乙烯的單組分汲取過程。<imgheight=335src=“/UploadFiles/Tech/200811/20081126175224144.jpg”width=450border=0在多組分汲取過程中，為了提高汲取液中溶質的含量，可以采納汲取蒸出流程。如圖11—11所示為用油汲取分別裂解氣，該塔的上部是汲取塔，下部是汽提塔，裂解氣由塔的中部進入，用C4餾分作汲取液，汲取裂解氣中的Cl—C3餾分，汲取液通過下塔段蒸出甲烷、氫等氣體，使塔釜得到純度較高的C2—C3餾分。塔釜汲取液進入C2、C3分別塔，達到分別目的。四、解吸過程解吸又稱脫吸，是脫除汲取劑中已被汲取的溶質，而使溶質從液相逸出到氣相的過程。在生產中解吸過程有兩個目的：①獲得所需較純的氣體溶質；②使溶劑得以再生，返回汲取塔循環使用，經濟上更合理。在工業生產中，常常采納汲取—解吸聯合操作。如圖11—12所示的是用Na2CO3水溶液凈化除去氣體中的H2S。從汲取塔底部引出的溶液用泵送人解吸塔，再用空氣進行解吸，經解吸后的溶液(汲取劑)用泵回送至汲取塔頂部噴淋。此流程中，汲取與解吸均在常溫下進行。解吸是溶質從液相轉入氣相的過程，因此，解吸的必要條件是氣相溶質的實際分壓戶(或y)必需小于液相中溶質的平衡分壓P*(或y*)，其差值即為解吸過程的推動力。工業上常采納的解吸方法有以下幾種。<imgheight=350src=“/UploadFiles/Tech/200811/20081126175224336.jpg”width=450border=0(1)加熱解吸加熱溶液升溫或增大溶液中溶質的平衡分壓，減小溶質的溶解度，則必有部分溶質從液相中釋放出來，從而有利于溶質與溶劑的分別。如采納“熱力脫氧”法處理鍋爐用水，就是通過加熱使溶解氧從水中逸出。(2)減壓解吸若將原來處于較高壓力的溶液進行減壓，則因總壓降低后氣相中溶質的分壓也相應降低，溶質從汲取液中釋放出來。溶質被解吸的程度取決于解吸的最終壓力和溫度。(3)在惰性氣體中解吸將溶液加熱后送至解吸塔頂使與塔底部通入的惰性氣體(或水蒸氣)進行逆流接觸，由于人塔惰性氣體中溶質的分壓P＝0，有利于解吸過程進行。按逆流方式操作的解吸過程類似于逆流汲取。汲取液從解吸塔的塔頂噴淋而下，惰性氣體(空氣、水蒸氣或其他氣體)從底部通人自下而上流淌。氣液兩相在逆流接觸的過程中，溶質將不斷地由液相轉移到氣相混于惰性氣體中從塔頂送出，經解吸后的溶液從塔底引出如圖11—12所示。若溶質為不凝性氣體