第七章

吸收第一節概述一、工業中吸收的應用1、吸收原理：與蒸餾操作相比，吸收廣泛應用于氣體混合物的分離。其原理是依靠氣體混合物在某液體中的溶解度不同，而進行分離的。所用的液體稱為吸收劑。

氣體中易溶于吸收劑的組分A———溶質不易溶于吸收劑的組分B——惰性氣體

2、工業中的應用

（1）原料氣的凈化——去除原料氣中的雜質；（2）回收有用組分——合成氨生產中，用水回收氨；（3）某些產品的制取——工業中鹽酸等的制取；（4）廢氣處理——去除廢氣中有害成分，如SO2等。3、吸收分類（1）按有無化學反應，分物理吸收和化學吸收。例如用NaOH吸收CO2就是化學吸收。（2）按溶質氣體數目，分單組分吸收和多組分吸收。

（3）按有無明顯熱效應，分等溫吸收與非等溫吸收。二、吸收的流程和溶劑1、吸收流程如圖從合成氨原料氣中回收CO2。乙醇胺對CO2有較大溶解度，選乙醇胺做溶劑。溶劑要回收循環使用，又有了CO2解吸塔。吸收塔、解吸塔、鍋爐構成了CO2

回收的工段或車間。進工段的是合成氨原料氣，出工段的是CO2和低濃CO2的合成氨氣。吸收操作流程三、學習內容和目的本章重點討論的是單組分等溫的物理吸收1、掌握氣體在液體中的溶解平衡關系—亨利定律2、掌握傳質速率方程3、吸收塔的計算4、了解吸收塔的結構第二節有關吸收基本理論一、氣體在液體中的溶解平衡1、氣體在液體中的溶解度在一定溫度與壓力下，溶質氣體最大限度溶解于溶劑中，達到平衡時溶質在溶劑中的濃度，即為平衡溶解度。也稱溶解度。2、平衡分壓：達到平衡時，溶質氣體在氣相中的分壓，稱為溶質的平衡分壓，用Pe表示。3、溶解度曲線——平衡曲線將平衡分壓（Pe）與溶解度之間的關系作成曲線，稱為溶解度曲線。有如下特點：①相同的溫度和分壓，不同氣體的溶解度差別很大；②一般，氣體溶質的溶解度隨溫度升高而降低，隨分壓增大而增加。二、亨利定律1、當總壓不高（<5×105Pa）時，一定溫度下，稀溶液上方溶質的平衡分壓與其在液相中的濃度之間存在著如下的關系：

Pe---------溶質在氣相中的平衡分壓,kPa；X----------溶質在液相中的摩爾分率；E----------享利系數，kPaPe=E·X2、在應用時，亨利定律還有其它的表達形式：C——液相中氣體溶質的摩爾濃度,kmol/m3;H——溶解度系數,kmol/m·kN;

（1）（2）上述三種表達式都反映了達到溶解平衡時，溶質在氣相中的平衡分壓與其在液相中的溶解度的關系。第三節傳質速率方程吸收時傳質過程分三個步驟：①溶質由氣相擴散到氣、液兩相界面；②溶質穿過相界面；③溶質由相界面擴散到液相氣體溶質在相內的傳質主要有兩種方式：①靜止或作層流時——分子擴散②湍流流動時——對流傳質我們將分別加以討論一、分子擴散1、分子擴散與費克定律流體內若有兩種組分A和B，且某一組分存在濃度差時，則由于分子運動使組分從濃度高處傳遞至濃度低處，這種現象稱為分子擴散。擴散時，服從費克定律。JA——A在z方向上的分子擴散通量，kmol/(m2s)dCA/dz——A的濃度梯度，kmol/m4

DAB——A在B中的分子擴散系數，m2/s負號——表示擴散是沿著物質A濃度降低的方向進行的。2、氣體中的穩定的分子擴散存在兩種形式的擴散，兩組分等分子反向擴散和一組分通過另一停滯組分的穩定的單向擴散。（1）等分子反向擴散（等摩爾相互擴散）pA1pB1pA2pB2pPAB12（2）一組分通過另一停滯組分的單向擴散在吸收中，可近似認為溶質A組分通過B組分向溶劑的擴散為單向擴散。單向擴散中，存在A、B組分向相界面的總體流動，其傳質速率分別為NAM，NBM；同時存在組分A相對于組分B的分子擴散，其擴散速率為JA。則組分A向相界面的總的傳質速率為總體流動中，A和B的速率與其各自在混合氣體中的分壓成正比，上式中，積分后得令3、液相中的穩定的分子擴散NAL——A在液相中的傳遞速率，kmol/m2sD——A在液相中的擴散系數，m2/sC——溶液的總濃度，C=CA+CS，kmol/m3Csm——擴散截面1到截面2溶劑的對數平均濃度，

kmol/m3二、湍流流體中的對流傳質特點：內部存在著渦流流動，使得其擴散速率遠大于分子擴散速率。渦流擴散速率仿照費克定律：對流傳質中除了有渦流擴散外，也有分子間的擴散，因此，總擴散速率為積分，得到對流傳質的總的傳質速率1、氣相中傳質速率：式中NA——溶質A的對流傳質速率，kmol/(m2s)；

zG——氣相有效滯流膜層厚度,m；

kG——氣膜吸收系數；

p——氣相主體中溶質A的分壓,kPa；

pi——相界面處溶質A的分壓,kPa；

pBM——惰性組分B在氣相主體中與相界面處的分壓的對數平均值,kPa；二、兩相間的傳質基本理論——雙膜理論氣膜液膜1、雙膜理論基本觀點：①在氣液兩相接觸的相界面兩側分別存在著以層流流動的氣膜層和液膜層，傳質以分子擴散方式進行；②在氣液相主體中，湍流全下，可近似認為沒有濃度（分壓）梯度，溶質的濃度（分壓）基本上是均勻的；③在相界面處，氣液兩相達到平衡；④傳質的阻力全部集中氣膜層和液膜層（雙膜）中。2、總的吸收速率方程：在利用氣液相傳質速率方程進行吸收計算時，需確定相界面參數，難以測定，仿照總傳熱速率方程，利用兩相主體間濃度（分壓）差來進行計算。（1）以氣相分壓表示的總傳質速率方程（2）以液相濃度表示的總傳質速率方程（3）以摩爾比表示的總傳質速率方程設：對于氣相，可用Y表示總傳質速率。根據道爾頓分壓定律，氣相中溶質分壓p與總壓P關系為：同理：對于液相，可用X-Xe表示：第四節吸收塔的計算計算內容：已知：處理氣體的流量，氣體的初始、終了濃度，對于給定的吸收劑，則氣液相的平衡關系也已知。求：吸收劑的用量（或循環量），吸收溶液的濃度，吸收塔的主要尺寸（塔高、塔徑）。一、物料衡算如圖，逆流吸收塔中，V——惰性氣體的摩爾流量,Kmol/SL——吸收劑摩爾流量,Kmol/SY1、Y2——入塔和出塔氣體的摩爾比；X1、X2——入塔和出塔液體的摩爾比；φA——混合氣體中溶質A被吸收的百分率，稱為吸收率或回收率V,Y2X2,LYXV,Y1X1,L對全塔作物料衡算：在塔底與塔的任一截面之間作物料衡算：此方程稱為吸收的操作線方程，穩定操作時，L,V,X1,Y1均為定值，方程為一直線。在塔頂與塔的任一截面之間作物料衡算，也可得到一個方程，也是吸收的操作線方程：在圖上作出操作線，可知，過A(X2,Y2)、

B(X1,Y1)兩點，分別代表塔頂和塔底的狀態。0X2XX1Y1YY2AB二、吸收劑的用量與最小液氣比2、液氣比：上述操作線方程中，斜率為L/V，稱作液氣比。1、回收率η：回收率可以反映吸收操作的分離效果3、吸收劑用量及液氣比對吸收操作的影響：L↑，則液氣比↑，即操作線斜率↑，操作線將遠離平衡線，吸收推動力↑，設備尺寸減小，投資費用降低，但溶液濃度變稀，操作費用及解吸設備費用增加。L↓，操作線斜率↓，操作線向平衡線靠近，吸收推動力↓，需增加氣液接觸面積，設備費用增加。當L減小到使操作線與平衡線相交或相切時，吸收推動力變為0，所需接觸面積無限大。此時的L為最小，表示為Lmin。對應的液氣比為（L/V）min。實際操作，選擇合適液氣比及吸收劑用量。一般4、最小液氣比的確定0X2X1Y1Y2ABB’Xe1對于濃度很小的稀溶液，相平衡關系可近似用摩爾比表示也可通過作圖，求出最小液氣比三、填料層高度的確定對于低濃度氣體在填料塔內進行吸收時，填料塔高度主要取決于填料層的高度。1、以氣相和液相表示的填料層高度的基本計算式：2、傳質單元數的確定在此只介紹對數平均推動力法對于服從亨利定律的稀溶液，其相平衡關系為圖中YY1Ye1Y2Ye2OX2X1XBEA⊿Y1⊿Y2代入傳質單元數積分式中，可得：例6-1在一逆流操作的吸收塔中，用清水吸收混合氣體中的SO2。氣體處理量為1.20m3/s

（標態），進塔氣體中含SO2

為8%（體積百分數），要求SO2的吸收率為85%，在該吸收操作條件下的相平衡關系Ye=26.7X，用水量為最小用量的1.5倍。試求：（1）用水量為多少？（2）若吸收率提高至90%，用水量又為多少？解（1）已知（2）若吸收率提高至90%，則液體分布裝置有蓮蓬式、缺口噴淋式、彎管噴淋式、篩孔式和多孔管式等多種。

為了防止塔中部容易產生的“壁流效應”，壁流效應就是，液體不再流向填料，而是沿塔壁不經傳質就流走了。所以塔中部會安裝液體再分布器。液體再分布器有三種，即錐體形再分布器、槽形再分布