5氣體的吸收

一、化工生產中的吸收操作在無機化工產品、石油化工產品的生產以及環境中廢氣處理等方面，吸收都有廣泛的應用。（1）選用適當的液體作溶劑吸收氣體中的物質制取液體產品。（2）除去氣體混合物中的無用組分或有害成分。（3）從氣體混合物中回收有用組分，減少物料損失。（4）工業廢氣的治理。2023/1/25氣體的吸收一、化工生產中的吸收操作在無機1氣體吸收過程的相關概念

吸收過程是利用混合氣中各組分在溶液中溶解度的差異而使氣體混合物各組分分離的單元操作。吸收操作的依據：混合物各組分在某溶劑中溶解度的差異。吸收操作所用的溶劑稱為吸收劑，被溶解吸收的組分稱為吸收質，不被吸收的組分稱為惰性組分，分別以S、A、B表示。吸收操作所得的溶液稱為吸收液。吸收操作中排出的氣體稱為吸收尾氣。2023/1/2氣體吸收過程的相關概念2022/12/182吸收操作流程工業生產中的吸收過程通常包括吸收與解吸兩部分。如用洗油回收焦爐煤氣中少量的苯，如圖所示。2023/1/2吸收操作流程工業生產中的吸收過程通常包括吸收與解吸兩3吸收劑選擇原則：①對吸收質有較大的溶解度；

②對所處理氣體必須有較高的選擇性；③吸收質在吸收劑中的溶解度隨溫度的變化有較大的差異，以便吸收劑再生；④蒸氣壓低；⑤性質穩定、價廉、無毒從上述吸收和解吸流程看到，吸收一般采用逆流操作，即液體由塔頂淋下，氣體從塔底通入，這樣可保持全塔的平均傳質推動力為最大，與傳熱時兩流體以逆流流動的平均溫差最大的原理相同。2023/1/2吸收劑選擇原則：①對吸收質有較大的溶解度；②對所處理氣體必4二、吸收的理論基礎在一定的溫度和壓力條件下，氣、液兩相經過充分接觸，使溶質從氣相轉移到液相并在液相中溶解。對于單組分物理吸收過程，其系統的獨立組分數C＝3（溶質A、惰性組分B和吸收劑S），相數Φ＝2。根據相律求得自由度F為：

F＝C-Φ

+2＝3-2+2＝3上式說明三組分組成的氣液兩相達到平衡時，在溫度、總壓、氣、液相組成四個變量中，有三個獨立變量。那么，在溫度和總壓一定時，氣相組成可構成液相組成的單值函數，即氣相組成＝f（液相組成）2023/1/2二、吸收的理論基礎在一定的溫度和壓力條件5二、吸收的理論基礎1、溶解度曲線在一定溫度和總壓下，吸收質在吸收劑中溶解，達到飽和。此時，吸收質在氣相中的分壓稱平衡分壓，在液相中的組成稱平衡濃度，簡稱溶解度。溶質在氣液相平衡狀態下的組成關系用曲線形式表示，稱溶解度曲線。

2023/1/2二、吸收的理論基礎1、溶解度曲線2022/12/186由各曲線圖可知：pA=f(xA);yA=f(xA);pA=f(cA)由圖5-4可知，對于同一種氣體，溫度T一定時，分壓P越大，溶解度越大；對于同一種氣體，分壓一定時，溫度T越高，溶解度越小。由圖5-5可知，易溶氣體在溶液上方的平衡分壓小，即要得到一定濃度溶液，易溶氣體所需分壓較低。加壓和降溫對吸收操作有利。2023/1/2由各曲線圖可知：pA=f(xA);yA=f(xA);pA7

多數氣體物質溶解形成稀溶液的溶解度曲線可看成是通過坐標原點的直線。這種氣液相平衡關系可用享利定律來描述：

p*A——溶質A在氣相中的平衡分壓，Pa；xA——溶質A在液相中的摩爾分數；E——亨利常數，單位與壓強單位一致。E值取決于物系的特性及溫度；溫度T上升，E值增大；E不隨總壓而變。在同一溶劑中，E值越大的氣體越難溶。2亨利定律

2023/1/2多數氣體物質溶解形成稀溶液的溶解度曲線可看8cA——液相中溶質A的物質的量濃度，mol/m3H——溶解度系數，單位：mol/m3·Pa或mol/m3·atm。

H是溫度的函數，隨溫度升高而減小，不隨壓強而變。易溶氣體H值大，難溶氣體H值小。亨利定律的其他表示形式：用溶質A在溶液中的摩爾濃度和氣相中的分壓表示的亨利定律：

2023/1/2cA——液相中溶質A的物質的量濃度，mol/9用摩爾分數表示氣液相中溶質的組成的亨利定律：m——相平衡常數，是溫度和壓強的函數，量綱為1。m值越大，表明氣體的溶解度越小。

溫度升高、總壓下降則m值變大

2023/1/2用摩爾分數表示氣液相中溶質的組成的亨利定律：m——相10用摩爾比Y和X分別表示氣液兩相組成的亨利定律

摩爾比定義：

由

2023/1/2用摩爾比Y和X分別表示氣液兩相組成的亨利定律由211當溶液濃度很低時，X≈0，上式簡化為：P138例題5-1、5-22023/1/2當溶液濃度很低時，X≈0，上式簡化為：P138例題5-1、123相平衡與吸收過程的關系2023/1/23相平衡與吸收過程的關系2022/12/18132023/1/22022/12/1814三、吸收速率方程式

吸收速率：

單位面積，單位時間內吸收的溶質A的摩爾數，用NA表示，單位通常用mol/m2.s。吸收傳質速率方程：吸收速率與吸收推動力之間關系的數學式

吸收速率=傳質系數×推動力

1、氣膜吸收速率方程式

2023/1/2三、吸收速率方程式吸收速率：單位面積，單位時間內吸收的溶15——氣膜吸收系數，mol/(m2.s.Pa)。

也可寫成：

當氣相組成以摩爾比濃度表示時

—以

表示推動力的氣膜吸收系數，mol/(m2.s)。

2023/1/2——氣膜吸收系數，mol/(m2.s.Pa)。也可寫成：162、液膜吸收速率方程式

—以

為推動力的液膜吸收系數，m/s；

當液相組成以摩爾比濃度表示時

—以

為推動力的液膜吸收系數，mol/(m2.s)。

2023/1/22、液膜吸收速率方程式—以為推動力的液膜吸收系數，m/s173、總吸收系數及相應的吸收速率方程式以氣相組成表示總推動力的吸收速率方程式

以△p為推動力的吸收速率方程

對于稀溶液，氣液相平衡關系服從享利定律，即2023/1/23、總吸收系數及相應的吸收速率方程式對于稀溶液，氣液相平衡關18—以

為推動力的氣相總吸收系數，mol/(m2.s.Pa)—與液相主體濃度c成平衡的氣相分壓，Pa。

以液相組成表示總推動力的吸收速率方程式

以△c為推動力的吸收速率方程

—以△c為推動力的液相總吸收系數，m/s

2023/1/2—以為推動力的氣相總吸收系數，mol/(m2.s.Pa)19用摩爾比濃度為總推動力的吸收速率方程式適用條件：溶質濃度很低時

以

表示總推動力的總吸收速率方程式—以

為推動力的氣相總吸收系數，mol/(m2.s)

以

表示總推動力的吸收速率方程式

—以

為推動力的液相總吸收系數，mol/(m2.s)

2023/1/2用摩爾比濃度為總推動力的吸收速率方程式以表示總推動力204、各種吸收系數之間的關系1）總系數與分系數的關系

即總阻力=氣膜阻力+液膜阻力

同理

2023/1/24、各種吸收系數之間的關系即總阻力=氣膜阻力+液膜阻力同理215、傳質速率方程的分析

1）溶解度很大時的易溶氣體（如HCl、氨氣等）

——氣膜控制當H很大時，

2023/1/25、傳質速率方程的分析1）溶解度很大時的易溶氣體（如HCl222）溶解度很小時的難溶氣體（如水吸收氧、二氧化碳等）當H很小時，

2023/1/22）溶解度很小時的難溶氣體（如水吸收氧、二氧化碳等）當H很小233）對于溶解度適中的氣體吸收過程

氣膜阻力和液膜阻力均不可忽略，要提高過程速率，必須兼顧氣液兩端阻力的降低。注意：吸收系數的單位：mol/(m2.s.單位推動力)吸收系數與吸收推動力的正確搭配阻力的表達形式與推動力的表達形式的對應吸收速率方程的適用條件各種吸收系數間的關系氣膜控制與液膜控制的條件

2023/1/23）對于溶解度適中的氣體吸收過程注意：2022/12/1824四、吸收塔的操作線方程

1、操作線方程

對單位時間內進出吸收塔的A的物質量作衡算

——逆流吸收塔操作線方程2023/1/2四、吸收塔的操作線方程1、操作線方程對單位時間內25吸收過程中推動力（Y-Y*）大于零，因此吸收操作線總是位于平衡線的上方。吸收操作線偏離平衡線越遠，表明傳質推動力越大。2023/1/2吸收過程中推動力（Y-Y*）大于零，因此吸收操作線總是位262、吸收劑用量2023/1/22、吸收劑用量2022/12/1827一般情況下，取吸收劑用量為最小吸收劑用量的1.15～1.5倍較為適宜。2023/1/2一般情況下，取吸收劑用量為最小吸收劑用量的285氣體的吸收

一、化工生產中的吸收操作在無機化工產品、石油化工產品的生產以及環境中廢氣處理等方面，吸收都有廣泛的應用。（1）選用適當的液體作溶劑吸收氣體中的物質制取液體產品。（2）除去氣體混合物中的無用組分或有害成分。（3）從氣體混合物中回收有用組分，減少物料損失。（4）工業廢氣的治理。2023/1/25氣體的吸收一、化工生產中的吸收操作在無機29氣體吸收過程的相關概念

吸收過程是利用混合氣中各組分在溶液中溶解度的差異而使氣體混合物各組分分離的單元操作。吸收操作的依據：混合物各組分在某溶劑中溶解度的差異。吸收操作所用的溶劑稱為吸收劑，被溶解吸收的組分稱為吸收質，不被吸收的組分稱為惰性組分，分別以S、A、B表示。吸收操作所得的溶液稱為吸收液。吸收操作中排出的氣體稱為吸收尾氣。2023/1/2氣體吸收過程的相關概念2022/12/1830吸收操作流程工業生產中的吸收過程通常包括吸收與解吸兩部分。如用洗油回收焦爐煤氣中少量的苯，如圖所示。2023/1/2吸收操作流程工業生產中的吸收過程通常包括吸收與解吸兩31吸收劑選擇原則：①對吸收質有較大的溶解度；

②對所處理氣體必須有較高的選擇性；③吸收質在吸收劑中的溶解度隨溫度的變化有較大的差異，以便吸收劑再生；④蒸氣壓低；⑤性質穩定、價廉、無毒從上述吸收和解吸流程看到，吸收一般采用逆流操作，即液體由塔頂淋下，氣體從塔底通入，這樣可保持全塔的平均傳質推動力為最大，與傳熱時兩流體以逆流流動的平均溫差最大的原理相同。2023/1/2吸收劑選擇原則：①對吸收質有較大的溶解度；②對所處理氣體必32二、吸收的理論基礎在一定的溫度和壓力條件下，氣、液兩相經過充分接觸，使溶質從氣相轉移到液相并在液相中溶解。對于單組分物理吸收過程，其系統的獨立組分數C＝3（溶質A、惰性組分B和吸收劑S），相數Φ＝2。根據相律求得自由度F為：

F＝C-Φ

+2＝3-2+2＝3上式說明三組分組成的氣液兩相達到平衡時，在溫度、總壓、氣、液相組成四個變量中，有三個獨立變量。那么，在溫度和總壓一定時，氣相組成可構成液相組成的單值函數，即氣相組成＝f（液相組成）2023/1/2二、吸收的理論基礎在一定的溫度和壓力條件33二、吸收的理論基礎1、溶解度曲線在一定溫度和總壓下，吸收質在吸收劑中溶解，達到飽和。此時，吸收質在氣相中的分壓稱平衡分壓，在液相中的組成稱平衡濃度，簡稱溶解度。溶質在氣液相平衡狀態下的組成關系用曲線形式表示，稱溶解度曲線。

2023/1/2二、吸收的理論基礎1、溶解度曲線2022/12/1834由各曲線圖可知：pA=f(xA);yA=f(xA);pA=f(cA)由圖5-4可知，對于同一種氣體，溫度T一定時，分壓P越大，溶解度越大；對于同一種氣體，分壓一定時，溫度T越高，溶解度越小。由圖5-5可知，易溶氣體在溶液上方的平衡分壓小，即要得到一定濃度溶液，易溶氣體所需分壓較低。加壓和降溫對吸收操作有利。2023/1/2由各曲線圖可知：pA=f(xA);yA=f(xA);pA35

多數氣體物質溶解形成稀溶液的溶解度曲線可看成是通過坐標原點的直線。這種氣液相平衡關系可用享利定律來描述：

p*A——溶質A在氣相中的平衡分壓，Pa；xA——溶質A在液相中的摩爾分數；E——亨利常數，單位與壓強單位一致。E值取決于物系的特性及溫度；溫度T上升，E值增大；E不隨總壓而變。在同一溶劑中，E值越大的氣體越難溶。2亨利定律

2023/1/2多數氣體物質溶解形成稀溶液的溶解度曲線可看36cA——液相中溶質A的物質的量濃度，mol/m3H——溶解度系數，單位：mol/m3·Pa或mol/m3·atm。

H是溫度的函數，隨溫度升高而減小，不隨壓強而變。易溶氣體H值大，難溶氣體H值小。亨利定律的其他表示形式：用溶質A在溶液中的摩爾濃度和氣相中的分壓表示的亨利定律：

2023/1/2cA——液相中溶質A的物質的量濃度，mol/37用摩爾分數表示氣液相中溶質的組成的亨利定律：m——相平衡常數，是溫度和壓強的函數，量綱為1。m值越大，表明氣體的溶解度越小。

溫度升高、總壓下降則m值變大

2023/1/2用摩爾分數表示氣液相中溶質的組成的亨利定律：m——相38用摩爾比Y和X分別表示氣液兩相組成的亨利定律

摩爾比定義：

由

2023/1/2用摩爾比Y和X分別表示氣液兩相組成的亨利定律由239當溶液濃度很低時，X≈0，上式簡化為：P138例題5-1、5-22023/1/2當溶液濃度很低時，X≈0，上式簡化為：P138例題5-1、403相平衡與吸收過程的關系2023/1/23相平衡與吸收過程的關系2022/12/18412023/1/22022/12/1842三、吸收速率方程式

吸收速率：

單位面積，單位時間內吸收的溶質A的摩爾數，用NA表示，單位通常用mol/m2.s。吸收傳質速率方程：吸收速率與吸收推動力之間關系的數學式

吸收速率=傳質系數×推動力

1、氣膜吸收速率方程式

2023/1/2三、吸收速率方程式吸收速率：單位面積，單位時間內吸收的溶43——氣膜吸收系數，mol/(m2.s.Pa)。

也可寫成：

當氣相組成以摩爾比濃度表示時

—以

表示推動力的氣膜吸收系數，mol/(m2.s)。

2023/1/2——氣膜吸收系數，mol/(m2.s.Pa)。也可寫成：442、液膜吸收速率方程式

—以

為推動力的液膜吸收系數，m/s；

當液相組成以摩爾比濃度表示時

—以

為推動力的液膜吸收系數，mol/(m2.s)。

2023/1/22、液膜吸收速率方程式—以為推動力的液膜吸收系數，m/s453、總吸收系數及相應的吸收速率方程式以氣相組成表示總推動力的吸收速率方程式

以△p為推動力的吸收速率方程

對于稀溶液，氣液相平衡關系服從享利定律，即2023/1/23、總吸收系數及相應的吸收速率方程式對于稀溶液，氣液相平衡關46—以

為推動力的氣相總吸收系數，mol/(m2.s.Pa)—與液相主體濃度c成平衡的氣相分壓，Pa。

以液相組成表示總推動力的吸收速率方程式

以△c為推動力的吸收速率方程

—以△c為推動力的液相總吸收系數，m/s

2023/1/2—以為推動力的氣相總吸收系數，mol/(m2.s.Pa)47用摩爾比濃度為總推動力的吸收速率方程式適用條件：溶質濃度很低時

以

表示總推動力的總吸收速率方程式—以

為推動力的氣相總吸收系數，mol/(m2.s)

以

表示總推動力的吸收速率方程式

—以

為推動力的液相總吸收系數，mol/(m2.s)

2023/1/2用摩爾比濃度為總推動力的吸收速率方程式以