化学气体吸收过程实用版
气体吸收
2 以液膜传质分系数表示吸收速率方程式
NA
DL c总 Z L cBm
ci c (ci c) k L (ci c) 1 kL
N A kL (ci c )
kL——以浓度差为推动力的液膜传质分系数，ms-1；
N A k x ( xi x)
kx——以摩尔分数差为推动力的液膜传质分系数，molm-2s-1；
溶质的平衡分压 p与其在液相中的摩尔分率 x之间存在着如下的 关系：
p*=E· x
式中: p*---------溶质在气相中的平衡分压, Pa； x----------溶质在液相中的摩尔分数 E----------享利系数， Pa
上式表示溶液的组成低于一定数值时溶质的平衡分压与它
在溶液中的摩尔分率成正比。对于理想溶液，亨利常数即为纯 溶质的饱和蒸汽压。亨利常数E值较大表示溶解度较小。一般 E值随温度的升高而增大，常压下压力对E值影响不大。
m
y
m
某吸收过程，气相传质分系数，液相传质分系数, 由此可知方该过程为( )。 (A)液膜控制；(B)气膜控制； (C)气液双膜控制；(D)判断依据不足
积上被吸收的溶质量。表明吸收速率与吸收推动力之间
关系的数学式称为吸收速率方程。 1 以气膜传质分系数表示的吸收速率方程式
NA
Dp总 RTZG pB ,m
p pi ( p pi ) kG ( p pi ) 1 kG
N A kG ( p pi )
kG——以分压差为推动力的气膜传质分系数，molm-2s-1Pa-1；
浓度的差值来表示。
(1) 以（p-p*）表示总推动力 液膜吸收速率方程
N A kL (ci c)
代入
气体吸收操作—吸收的基本原理认知(化工单元操作课件)
1. 相内传质：由于有浓度差，在一相内部发生的物质的传递； 2. 相际传质：从一相到另一相发生的物质的传递。
化工单元操作技术
二、相组成的表示方法
1. 易混淆的名词
例：75%空气-25%NH3 混合气体
（1）组分：混合物中的每种物质（溶质和惰性气体） （2）组成：混合物中组分的相对数量关系 用x(X)表示液相组成
传质过程也称为扩散过程，扩散的推动力是浓度差。
四、相内传质（扩散）的基本方式
化工单元操作技术
气液传质过程中，界面溶解即相际传质容易发生且速度很快，前后的相内传质很重要， 是如何进行物质传递的呢？
1. 扩散现象
（1）定义：由于浓度差，物质由高浓度向低浓度转移（最终各处浓度均相等）。
（2）推动力：浓度差
化工单元操作技术
2. 表示方法： （2）质量浓度和摩尔浓度
①质量浓度：混合物中某组分的质量mi与混合物的总体积V的比值，用符号 ρi表示。
ρi =mi/V
②摩尔浓度:混合物中某组分(溶质气体)的物质的量ni与混合物总体积V的比值， 用符号 ci表示。
ci= ni/V
化工单元操作技术
二、相组成的表示方法
②推动力：浓度差（唯一条件） （静止/层流/湍流）
是不是只有静止的 流体才会发生分子
扩散？
四、相内传涡流扩散：
在流体作湍流运动的主体区内，凭借流体的湍动造成流体质点相互碰撞和混合， 使组分从高浓度向低浓度方向传递，此现象称为涡流扩散。
①机理：流体的湍动造成流体质点相互碰撞和混合 ②推动力：浓度差、质点湍动
双膜理论的应用
任务：试用双膜理论分析工业吸收过程中，如何提高吸收过程的传质速
率以强化吸收效果？
（设法减小两膜的厚度，减小传质阻力——流速越大，气膜和液膜的厚度越薄， 增大流速，可以减小传质阻力，提高吸收速率。）
氢氧化钠吸收二氧化碳气体(完整版)实用资料
氢氧化钠吸收二氧化碳气体（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑完整版实用资料，欢迎下载）氢氧化钠吸收二氧化碳气体——铝罐凹缩实验简介：取一铝罐，让它充满二氧化碳，再加入氢氧化钠溶液并摇晃后，将铝罐封口，结果发现铝罐将逐渐凹缩，并会发出声响。
示范步骤：1. 组装二氧化碳制造装置；2. 取一空的铝罐，将橡皮管插入铝罐的底部；3. 制造气体的装置内放碳酸钙粉末或大理石数颗，由长颈漏斗滴加约250mL 8 mol/L的盐酸。
开始收集时，橡皮管应左右轻摇以赶走铝罐内的空气；4. 将点燃的火柴置于铝罐口，检验二氧化碳是否充满整个铝罐；5. 确定二氧化碳充满整个铝罐后，将铝罐倾斜约30度，小心地倒入氢氧化钠溶液；注意：倾倒时，若不小心沾湿瓶口，则应立即用卫生纸拭净。
6.立即用胶布将瓶口封住，左右摇晃铝罐，观察铝罐有何变化？溶液和器材实验器材：1．二氧化碳制造装置一组（含长颈漏斗与锥形瓶、橡皮导管）；2．约250mL 8 mol/L的盐酸；3．碳酸钙粉末若干；4．氢氧化钠溶液：取约 2.5 g 氢氧化钠固体溶于 10mL 水中；5．铝罐一个；6．胶布一卷。
一氧化碳中毒第一节概述一氧化碳(carbon monoxide，CO)为最常见的窒息性气体，俗称煤气，又叫瓦斯，在社会生产与生活环境中都存在CO。
CO为无色、无臭、无刺激性的气体，分子量28．01，比重0．967，熔点―205．1℃，沸点―191．5℃。
微溶于水，易溶于氨水。
易燃、易爆，在空气中燃烧其火焰呈蓝色。
通常在空气中含量甚少，仅0．002％，即20ppm或23mg／m3。
暴露极限为0．005％(57．4mg／m3)，若空气中含量达到12．5％～74．2％，有发生爆炸的危险。
如果短时间内吸入高浓度的CO，或浓度虽低但吸入时间较长，均可造成急性CO中毒。
通常CO由含碳物质在不完全燃烧时产生，接触CO的作业方式不下70余种。
在化学工业中，用煤、重油或天然气制取生产氮肥的原料气，以CO制取甲醇、丙烯酸、丙烯酸酯、光气、甲酸、草酸、甲酰胺，与金属合成羰基镍、羰基铁等，均有可能发生CO中毒；在用煤、焦炭、重油或天然气等制取的多种可燃性气体中含有CO，如高炉煤气与发生炉煤气含CO 30％，水煤气含CO 40％，煤气含CO 5％～15％；用火药或炸药爆破采掘时可产生大量CO，如黑色炸药可产生CO3％～9％，TNT可产生57％；用煤、煤气或焦炭冶炼各种金属、铸造砂箱及炼焦时均可产生大量CO；用煤、柴油、汽油为燃料的各种车辆、船只、战车等内燃机尾气中含CO6％～14％；除此之外各种建筑材料的焙烧窑、家禽孵育房、培植蔬菜的温室(土炕)、以焦炭或家中煤炉取暖等，均可有CO中毒发生。
第4章气体吸收
（1）物理吸收的气液相平衡关系
1) 低压下（low pressure） 气体在液体中的溶解度用Henry定律表示：
x2 p2 / H 或 p2 Hx 2 x2 ——溶质在液相中的溶解度（摩尔分数） p2 ——溶质在气相中的分压 H ——Henry系数，由溶质和溶剂的性质及温度决定。
LM c p,L --- 液相物流的热容量 GM c p,V --- 气相物流的热容量
1.如果在塔顶LMCp,L明显 大于GMCp,V 上升气体热量传 给吸收剂，吸收放出 热量全部由LM带走， 尾气出口温度与进塔 吸收剂温度相近，在 塔釜温度分布出现极 大值。
LM c p,L / GM c p,V 2.5
p1s )
令：
ln H ln H p1sV2L RT
整理可得：
ln fˆ2G ln H pV2L
x2
RT
（T一定）
H —— p=0，即低压下的Henry系数。
Henry系数随温度的变化可通过半经验关系式求：
lg H a b lgT c / T lg H a b lgT c / T
eg. 合成氨原料气脱CO2，脱CO，脱H2S。
尾气：脱除有毒有害物质，减小/消除污染。 eg. 燃煤锅炉烟气脱除SO2；硝酸尾气中脱NOx。
吸收与精馏操比较
相同点： 平衡分离过程 热、质同传过程，由MESH方程求解
不同点： 原理不同 塔式不同 传质形式不同 组分分布不同
4.1 汽液相平衡
2.GMCp,V明显大于LMCp,L 吸收剂沿塔下流时，
被气体冷却，塔釜处吸收 液在接近于原料气温度的 条件下出塔。 吸收所释放的全部热量 以尾气显热的形式带出。
气体吸收
上式中p总为系统总压，ｍ值越大，表示溶解度越小。
m是温度和压力的函数， 随着压力增大而减小，随着 温度增大而增大。
(3) 对于低浓度气体吸收，两相的组成通常用物质的量比来表示
液相中溶质的摩尔数 X A 液相中溶剂的摩尔数
xA 1 xA
YA
气相中溶质的摩尔数 气相中惰性组分的摩尔
亨利定律的其它形式
(1) 气相用平衡分压 p，液相用物质的量浓度 c 表示
p*= c/H
式中： c——液相中溶质的摩尔浓度, mol·m-3 ; H——溶解度系数, mol·m-3·Pa-1;
在亨利定律适用的范围内, H是温度的函数,而与p*或c无关。
对于一定的溶质和溶剂，H 值一般随温度升高减小。易溶气体 H值较大，难溶气体H值较小。
1 以气膜传质分系数表示的吸收速率方程式
NA
Dp 总 RTZ G pB,m
(p
pi )
kG ( p
pi )
p pi 1
kG
N A kG ( p pi )
kG——以分压差为推动力的气膜传质分系数，molm-2s-1Pa-1；
N A ky y yi
kY——以摩尔分数差为推动力的气膜传质分系数，molm-2s-1；
扩散系数将
；当系统的温度增加时，扩散系
数将
，当b组分分子量增大时，扩散系数
将
。
扩散适合于描述精馏过程，
适
合描述吸收和解吸过程。
下述说法中错误的是_____。 A. 液体中的扩散系数与压力成正比，与粘度成反比； B. 气体中的扩散系数与压力成反比，与温度的1.75次方成正比； C. 液体中的扩散系数与温度成正比，与粘度成反比； D. 发生在静止或滞流流体中的扩散属于分子扩散
第2章气体吸收
1.00 107T 1.75( 1 1 )0.5
D
MA MB p[(VA )1/3 (VB )1/3 ]2
D T 1.75 p
T ，D ； P ， D
❖液体中分子扩散系数 10-5～5×10-5cm2/s
D＝f(种类，T，浓度, 粘度) ；P对其影响小
DT
由H～E关系
H Ms E
30℃时CO2在水中的亨利系数 E =1.88×105kPa
因CO2是难溶于水的气体，因而溶液的浓度很低，
溶液密度和摩尔质量可按纯水计算，
即ρ=1000kg/m3, Ms=18
代入公式中可得
c*
Ms
E
p
1000 18 1.88 105
30.4
8.98 103kmol/ m3
（4）若 P↑，m↓， x* ↑，Δx↑
第二节 传质机理与传质速率
两个基本问题：
一是过程的极限，取决于吸收的相平衡关系 另一是过程的速率。
气液传质过程的三个基本步骤：
①溶质由气相主体 相界面（相内传质） ②溶质组分在界面上发生溶解进入液相 （相际传质） ③由界面 液相主体（相内传质）
溶解过程较易进行，其阻力很小。总传质过程 速率将由相内传质传质速率所决定。
某些产品的制取。如制酸工业中用水分别 吸收混合气体中的HCl、SO3和NO2制取盐酸、 硫酸和硝酸。
废气的治理。排放的废气含有对人体和环 境有害的物质，如SO2、H2S等。选择适当的 工艺和溶剂进行吸收是废气治理中应用较广 的方法。
二、气体吸收的基本原理与流程
吸收 —— 根据气体中各组分在某液体溶剂中 的溶解度不同而将气体混合物进行分离的单元 操作。
第二章气体吸收
y2 x2
逆 流
y1 x1 y2 x2
并 流
y1 x1
【例】在总压101.3kPa，温度30℃的条件下, SO2摩尔分率为
0.3的混合气体与SO2摩尔分率为0.01的水溶液相接触，试问： (1)SO2的传质方向； (2)其它条件不变，温度降到0℃时SO2的传质方向； (3)其它条件不变，总压提高到202.6kPa时SO2的传质方向，并 计算以液相摩尔分率差及气相摩尔分率差表示的传质推动力。
吸收液 混和气体 A+少量S A+B
的液体成为贫液，气体称为再生气。
2.1.2 气体吸收的分类
✓ 按溶质与溶剂间是否发生显著化学反应分： ❖物理吸收：如水吸收二氧化碳 ❖化学吸收：如硫酸吸收氨
✓ 按被吸收组分数目分： ❖单组分吸收：如水吸收氯化氢气体 ❖多组分吸收：如洗油处理焦炉气，苯、甲苯、二甲苯等 组分均溶解
2.1.5 吸收流程（略）
2.2 气体吸收的相平衡关系
2.2.1 气体在液体中的溶解度
在一定温度和压强下，当气体混合物与一定量的液体吸收剂 接触时，溶质组分便不断进入液相中，这一过程称为溶解即吸收。 而同时已被溶解的溶质也将不断摆脱液相的束缚重新回到气相， 该过程称为解吸。这两个过程互为逆过程并具有各自的速率，当 气液两相经过长时间的接触后，溶质的溶解速率与解吸速率达到 相等时，气液两相中溶质的浓度就不再因两相间的接触而变化， 这种状态称为相际动平衡，简称相平衡或平衡。
混合物的总质量通量： j=jA+jB =ρAuA +ρBuB =ρu
式
u AuA BuB
质量平均速度的定义 kg /(m2 s)
摩尔通量：NA=cAuA
【解】1.查P18表2-1，得SO2在101.33kPa、30℃时亨利系 数E=0.485×104kPa，则：
化学气体吸收过程
化学气体吸收过程 Revised by Hanlin on 10 January 2021化学气体吸收过程一、化学吸收过程分析化学吸收是指吸收过程中吸收质与吸收剂有明显化学反应的吸收过程。
对于化学吸收，溶质从气相主体到气液界面的传质机理与物理吸收完全相同，其复杂之处在于液相内的传质。
溶质在由界面向液相主体扩散的过程中，将与吸收剂或液相中的其他活泼组分发生化学反应。
因此，溶质的组成沿扩散途径的变化情况不仅与其自身的扩散速率有关，而且与液相中活泼组分的反向扩散速率、化学反应速率以及反应产物的扩散速率等因素有关。
由于溶质在液相内发生化学反应，溶质在液相中呈现物理溶解态和化合态两种方式，而溶质的平衡分压仅与液相中物理态的溶质有关。
因此，化学反应消耗了进入液相中的吸收质，使吸收质的有效溶解度显着增加而平衡分压降低，从而增大了吸收过程的推动力；同时，由于部分溶质在液膜内扩散的途中即因化学反应而消耗，使过程阻力减小，吸收系数增大。
所以，发生化学反应总会使吸收速率得到不同程度的提高。
工业吸收操作多数是化学吸收，这是因为：①化学反应提高了吸收的选择性；②加快吸收速率，从而减少设备容积；③反应增加了溶质在液相的溶解度，减少吸收剂用量；④反应降低了溶质在气相中的平衡分压，可较彻底地除去气相中很少量的有害气体。
如图11—9所示的是合成氨原料气(含C0230％左右)的净化过程，精制过程要除去C02，而得到的CO：气体又是制取尿素、碳酸氢铵和干冰的原料，为此，采用醇胺法的吸收与解吸联合流程。
将合成氨原料气从底部进入吸收塔，塔顶喷乙醇胺液体，乙醇胺吸收了COz后从塔底排出，从塔顶排出的气体中含C02可降到o．2％一0．5％。
将吸收塔底排出的含乙醇胺溶液用泵送至加热器，加热(130°C左右)后从解吸塔顶喷淋下来，塔底通入水蒸气，乙醇在高温、低压(约300kPa)下自溶液中解吸。
从解吸塔顶排出的气体经冷却、冷凝后得到可用的COz。
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化学气体吸收过程实用版
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二零XX年XX月XX日
化学气体吸收过程实用版
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一、化学吸收过程分析
化学吸收是指吸收过程中吸收质与吸收剂
有明显化学反应的吸收过程。
对于化学吸收，
溶质从气相主体到气液界面的传质机理与物理
吸收完全相同，其复杂之处在于液相内的传
质。
溶质在由界面向液相主体扩散的过程中，
将与吸收剂或液相中的其他活泼组分发生化学
反应。
因此，溶质的组成沿扩散途径的变化情
况不仅与其自身的扩散速率有关，而且与液相
中活泼组分的反向扩散速率、化学反应速率以
及反应产物的扩散速率等因素有关。
由于溶质在液相内发生化学反应，溶质在液相中呈现物理溶解态和化合态两种方式，而溶质的平衡分压仅与液相中物理态的溶质有关。
因此，化学反应消耗了进入液相中的吸收质，使吸收质的有效溶解度显著增加而平衡分压降低，从而增大了吸收过程的推动力；同时，由于部分溶质在液膜内扩散的途中即因化学反应而消耗，使过程阻力减小，吸收系数增大。
所以，发生化学反应总会使吸收速率得到不同程度的提高。
工业吸收操作多数是化学吸收，这是因为：
①化学反应提高了吸收的选择性；
②加快吸收速率，从而减少设备容积；
③反应增加了溶质在液相的溶解度，减少
吸收剂用量；
④反应降低了溶质在气相中的平衡分压，可较彻底地除去气相中很少量的有害气体。
如图11—9所示的是合成氨原料气(含
C0230％左右)的净化过程，精制过程要除去
C02，而得到的CO：气体又是制取尿素、碳酸氢铵和干冰的原料，为此，采用醇胺法的吸收与解吸联合流程。
将合成氨原料气从底部进入吸收塔，塔顶喷乙醇胺液体，乙醇胺吸收了COz 后从塔底排出，从塔顶排出的气体中含C02可降到o．2％一0．5％。
将吸收塔底排出的含乙醇胺溶液用泵送至加热器，加热(130°C左右)后从解吸塔顶喷淋下来，塔底通入水蒸气，乙醇在高温、低压(约300kPa)下自溶液中解吸。
从解吸塔顶排出的气体经冷却、冷凝后得到可
用的COz。
解吸塔底排出的溶液经冷却降温(约50°C)、加压(约1800kPa)后仍作为吸收剂。
这样吸收剂可循环使用，溶质气体得到回收。
二、高含量气体吸收
当进塔混合气体中吸收质含量高于10％时，工程上常称为高含量气体吸收。
由于吸收质的含量较高，在吸收过程中吸收质从气相向液相的转移量较大，因此，高含量气体吸收有自己的特点。
(1)气液两相的摩尔流量沿塔高有较大的变化吸收过程中，塔内不同截面处混合气摩尔流量和吸收剂摩尔流量是不相同的，沿塔高有显著变化，不能再视为常数。
但惰性气摩尔流量沿塔高基本不变，若不考虑吸收剂的挥发性，纯吸收剂的摩尔流量亦为常数。
(2)吸收过程有显著的热效应由于被吸收的溶质较多，产生的溶解热也较多。
若吸收过程的液气比较小或者是吸收塔的散热效果不好，将会使吸收液温度明显地升高，此时气体吸收为非等温吸收。
但若溶质的溶解热不大、吸收的液气比较大或吸收塔的散热效果较好，此时气体吸收仍可视为等温吸收。
(3)吸收系数不是常数由于受气速的影响，吸收系数从塔底至塔顶是逐渐减小的。
但当塔内不同截面气液相摩尔流量的变化不超过10时，吸收系数可取塔顶与塔底吸收系统的平均值，并视为常数进行有关计算。
如图11—10所示的是用于处理高含量挥发酚废水的两段填料汽提塔。
废水经换热器加热到100°C后，送到汽提段，由汽提塔顶部淋
下，在汽提段内与105℃的蒸汽逆流接触，废水中的挥发酚向气相传递，被蒸汽带到塔外，成为含酚蒸汽。
汽提后的废水含酚浓度可降到400mg／L以下，经水封管并经换热器降温后送到下一处理工序进一步处理。
含酚蒸汽用鼓风机送到再生段，与102°C的含量10％NaOH溶液进行逆流接触，经化学吸收生成酚钠盐回收其中的酚，净化后的蒸汽进入汽提段循环使用。
为了提高酚钠盐的含量，循环碱液往往回流到再生段，待饱和后再回收酚。
三、多组分吸收
多组分吸收过程中，由于其他组分的存在使得吸收质在气液两相中的平衡关系发生了变化，所以，多组分吸收的计算较单组分吸收过程复杂。
但是，对于喷淋量很大的低含量气体
吸收，可以忽略吸收质间的相互干扰，其平衡关系仍可认为服从亨利定律。
因而可分别对各吸收质组分进行单独计算。
不同吸收质组分的相平衡常数不相同，在进、出吸收设备的气体中各组分的含量也不相同，因此，每一吸收质组分都有平衡线和操作线。
关键组分是指在吸收操作中必须首先保证其吸收率达到预定指标的组分。
如处理石油裂解气中的油吸收塔，其主要目的是回收裂解气中的乙烯，乙烯即为此过程的关键组分，生产上一般要求乙烯的回收率达98％一99％，这是必须保证达到的。
因此，此过程虽属多组分吸收，但在计算时，则可视为用油吸收混合气中乙烯的单组分吸收过程。
在多组分吸收过程中，为了提高吸收液中
溶质的含量，可以采用吸收蒸出流程。
如图11—11所示为用油吸收分离裂解气，该塔的上部是吸收塔，下部是汽提塔，裂解气由塔的中部进入，用C4馏分作吸收液，吸收裂解气中的Cl—C3馏分，吸收液通过下塔段蒸出甲烷、氢等气体，使塔釜得到纯度较高的C2—C3馏分。
塔釜吸收液进入C2、C3分离塔，达到分离目的。
四、解吸过程
解吸又称脱吸，是脱除吸收剂中已被吸收的溶质，而使溶质从液相逸出到气相的过程。
在生产中解吸过程有两个目的：
①获得所需较纯的气体溶质；
②使溶剂得以再生，返回吸收塔循环使用，经济上更合理。
在工业生产中，经常采用吸收—解吸联合操作。
如图11—12所示的是用Na2CO3水溶液净化除去气体中的H2S。
从吸收塔底部引出的溶液用泵送人解吸塔，再用空气进行解吸，经解吸后的溶液(吸收剂)用泵回送至吸收塔顶部喷淋。
此流程中，吸收与解吸均在常温下进行。
解吸是溶质从液相转入气相的过程，因此，解吸的必要条件是气相溶质的实际分压户(或y)必须小于液相中溶质的平衡分压P* (或y*)，其差值即为解吸过程的推动力。
工业上常采用的解吸方法有以下几种。
(1)加热解吸加热溶液升温或增大溶液中溶质的平衡分压，减小溶质的溶解度，则必有部分溶质从液相中释放出来，从而有利于溶质与溶剂的分离。
如采用“热力脱氧”法处理锅
炉用水，就是通过加热使溶解氧从水中逸出。
(2)减压解吸若将原来处于较高压力的溶液进行减压，则因总压降低后气相中溶质的分压也相应降低，溶质从吸收液中释放出来。
溶质被解吸的程度取决于解吸的最终压力和温度。
(3)在惰性气体中解吸将溶液加热后送至解吸塔顶使与塔底部通入的惰性气体(或水蒸气)进行逆流接触，由于人塔惰性气体中溶质的分压P＝0，有利于解吸过程进行。
按逆流方式操作的解吸过程类似于逆流吸收。
吸收液从解吸塔的塔顶喷淋而下，惰性气体(空气、水蒸气或其他气体)从底部通人自下而上流动。
气液两相在逆流接触的过程中，溶质将不断地由液相转移到气相混于惰性气体中
从塔顶送出，经解吸后的溶液从塔底引出如图11—12所示。
若溶质为不凝性气体或溶质冷凝液不溶于水，则可通过蒸汽冷凝的方法获得纯度较高的溶质组分。
如用水蒸气解吸溶解了苯与甲苯的洗油溶液，便可把苯与甲苯从冷凝液中分离出来。
解吸塔的浓端在顶部，稀端在底部，正好与吸收相反。
(4)采用精馏方法溶质溶于溶剂中，所得的溶液可通过精馏的方法将溶质与溶剂分开，达到回收溶质、又得新鲜的吸收剂循环使用的目的。