一、 化學吸收過程分析
化學吸收是指吸收過程中吸收質(zhì)與吸收劑有明顯化學反應(yīng)的吸收過程。對于化學吸收，溶質(zhì)從氣相主體到氣液界面的傳質(zhì)機理與物理吸收完全相同，其復雜之處在于液相內(nèi)的傳質(zhì)。溶質(zhì)在由界面向液相主體擴散的過程中，將與吸收劑或液相中的其他活潑組分發(fā)生化學反應(yīng)。因此，溶質(zhì)的組成沿擴散途徑的變化情況不僅與其自身的擴散速率有關(guān)，而且與液相中活潑組分的反向擴散速率、化學反應(yīng)速率以及反應(yīng)產(chǎn)物的擴散速率等因素有關(guān)。
由于溶質(zhì)在液相內(nèi)發(fā)生化學反應(yīng)，溶質(zhì)在液相中呈現(xiàn)物理溶解態(tài)和化合態(tài)兩種方式，而溶質(zhì)的平衡分壓僅與液相中物理態(tài)的溶質(zhì)有關(guān)。因此，化學反應(yīng)消耗了進入液相中的吸收質(zhì)，使吸收質(zhì)的有效溶解度顯著增加而平衡分壓降低，從而增大了吸收過程的推動力；同時，由于部分溶質(zhì)在液膜內(nèi)擴散的途中即因化學反應(yīng)而消耗，使過程阻力減小，吸收系數(shù)增大。所以，發(fā)生化學反應(yīng)總會使吸收速率得到不同程度的提高。
工業(yè)吸收操作多數(shù)是化學吸收，這是因為：
①化學反應(yīng)提高了吸收的選擇性；
?、诩涌煳账俾剩瑥亩鴾p少設(shè)備容積；
?、鄯磻?yīng)增加了溶質(zhì)在液相的溶解度，減少吸收劑用量；
④反應(yīng)降低了溶質(zhì)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。
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，采用醇胺法的吸收與解吸聯(lián)合流程。將合成氨原料氣從底部進入吸收塔，塔頂噴乙醇胺液體，乙醇胺吸收了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％。將吸收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(jīng)冷卻、冷凝后得到可用的COz。解吸塔底排出的溶液經(jīng)冷卻降溫(約50°C)、加壓(約1800kPa)后仍作為吸收劑。這樣吸收劑可循環(huán)使用，溶質(zhì)氣體得到回收。
二、 高含量氣體吸收
當進塔混合氣體中吸收質(zhì)含量高于10％時，工程上常稱為高含量氣體吸收。由于吸收質(zhì)的含量較高，在吸收過程中吸收質(zhì)從氣相向液相的轉(zhuǎn)移量較大，因此，高含量氣體吸收有自己的特點。
(1)氣液兩相的摩爾流量沿塔高有較大的變化 吸收過程中，塔內(nèi)不同截面處混合氣摩爾流量和吸收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(shù)。但惰性氣摩爾流量沿塔高基本不變，若不考慮吸收劑的揮發(fā)性，純吸收劑的摩爾流量亦為常數(shù)。
(2)吸收過程有顯著的熱效應(yīng) 由于被吸收的溶質(zhì)較多，產(chǎn)生的溶解熱也較多。若吸收過程的液氣比較小或者是吸收塔的散熱效果不好，將會使吸收液溫度明顯地升高，此時氣體吸收為非等溫吸收。但若溶質(zhì)的溶解熱不大、吸收的液氣比較大或吸收塔的散熱效果較好，此時氣體吸收仍可視為等溫吸收。
(3)吸收系數(shù)不是常數(shù) 由于受氣速的影響，吸收系數(shù)從塔底至塔頂是逐漸減小的。但當塔內(nèi)不同截面氣液相摩爾流量的變化不超過10時，吸收系數(shù)可取塔頂與塔底吸收系統(tǒng)的平均值，并視為常數(shù)進行有關(guān)計算。
如圖11—10所示的是用于處理高含量揮發(fā)酚廢水的兩段填料汽提塔。廢水經(jīng)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(nèi)與105℃的蒸汽逆流接觸，廢水中的揮發(fā)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(jīng)水封管并經(jīng)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(jīng)化學吸收生成酚鈉鹽回收其中的酚，凈化后的蒸汽進入汽提段循環(huán)使用。為了提高酚鈉鹽的含量，循環(huán)堿液往往回流到再生段，待飽和后再回收酚。
三、 多組分吸收
多組分吸收過程中，由于其他組分的存在使得吸收質(zhì)在氣液兩相中的平衡關(guān)系發(fā)生了變化，所以，多組分吸收的計算較單組分吸收過程復雜。但是，對于噴淋量很大的低含量氣體吸收，可以忽略吸收質(zhì)間的相互干擾，其平衡關(guān)系仍可認為服從亨利定律。因而可分別對各吸收質(zhì)組分進行單獨計算。不同吸收質(zhì)組分的相平衡常數(shù)不相同，在進、出吸收設(shè)備的氣體中各組分的含量也不相同，因此，每一吸收質(zhì)組分都有平衡線和操作線。
關(guān)鍵組分是指在吸收操作中必須首先保證其吸收率達到預定指標的組分。如處理石油裂解氣中的油吸收塔，其主要目的是回收裂解氣中的乙烯，乙烯即為此過程的關(guān)鍵組分，生產(chǎn)上一般要求乙烯的回收率達98％一99％，這是必須保證達到的。因此，此過程雖屬多組分吸收，但在計算時，則可視為用油吸收混合氣中乙烯的單組分吸收過程。
在多組分吸收過程中，為了提高吸收液中溶質(zhì)的含量，可以采用吸收蒸出流程。如圖11—11所示為用油吸收分離裂解氣，該塔的上部是吸收塔，下部是汽提塔，裂解氣由塔的中部進入，用C4餾分作吸收液，吸收裂解氣中的Cl—C3餾分，吸收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。塔釜吸收液進入C2、C3分離塔，達到分離目的。
四、 解吸過程
解吸又稱脫吸，是脫除吸收劑中已被吸收的溶質(zhì)，而使溶質(zhì)從液相逸出到氣相的過程。在生產(chǎn)中解吸過程有兩個目的：
?、佾@得所需較純的氣體溶質(zhì)；
②使溶劑得以再生，返回吸收塔循環(huán)使用，經(jīng)濟上更合理。
在工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常采用吸收—解吸聯(lián)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。從吸收塔底部引出的溶液用泵送人解吸塔，再用空氣進行解吸，經(jīng)解吸后的溶液(吸收劑)用泵回送至吸收塔頂部噴淋。此流程中，吸收與解吸均在常溫下進行。
解吸是溶質(zhì)從液相轉(zhuǎn)入氣相的過程，因此，解吸的必要條件是氣相溶質(zhì)的實際分壓戶(或y)必須小于液相中溶質(zhì)的平衡分壓P* (或y*)，其差值即為解吸過程的推動力。工業(yè)上常采用的解吸方法有以下幾種。
(1)加熱解吸 加熱溶液升溫或增大溶液中溶質(zhì)的平衡分壓，減小溶質(zhì)的溶解度，則必有部分溶質(zhì)從液相中釋放出來，從而有利于溶質(zhì)與溶劑的分離。如采用“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(zhì)的分壓也相應(yīng)降低，溶質(zhì)從吸收液中釋放出來。溶質(zhì)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(zhì)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吸收。吸收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動。氣液兩相在逆流接觸的過程中，溶質(zhì)將不斷地由液相轉(zhuǎn)移到氣相混于惰性氣體中從塔頂送出，經(jīng)解吸后的溶液從塔底引出如圖11—12所示。若溶質(zhì)為不凝性氣體或溶質(zhì)冷凝液不溶于水，則可通過蒸汽冷凝的方法獲得純度較高的溶質(zhì)組分。如用水蒸氣解吸溶解了苯與甲苯的洗油溶液，便可把苯與甲苯從冷凝液中分離出來。解吸塔的濃端在頂部，稀端在底部，正好與吸收相反。
(4)采用精餾方法 溶質(zhì)溶于溶劑中，所得的溶液可通過精餾的方法將溶質(zhì)與溶劑分開，達到回收溶質(zhì)、又得新鮮的吸收劑循環(huán)使用的目的。
