化工原理-气体吸收分解
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化工原理-5-第八章-气体吸收
课后习题
P70页 5、6、7 下周上课前交
8.4.4填料塔的设计型计算和操作型分析 无论是设计型问题还是操作型问题，其求解的方法都是通过联立 求解全塔物料衡算和填料层高度计算式以及相平衡关系式。下面 分别讨论： 一、填料塔的设计型计算 设计型计算的特点：给定进口气体的溶质浓度yb、进塔混合气的 流率G、相平衡关系及分离要求，计算达到指定的分离要求所需 要的塔高度。 要完成设计型计算还要解决以下问题： ①确定传质系数； ②气液两相流向的选择，通常采取逆流操作； ③吸收剂进口浓度的确定； ④吸收剂用量的确定。
* 故： yb yb yb 0.05 0.14 0.224 0.01864
m 2 .s
* y a y a y a 4 10 4 0.14 0.002 0.00372
0.01864 0.00372 y m 9.258 10 3 0.01864 ln 0.00372
H 1.1508 4.96 5.65m
二、填料塔的操作型计算
特点：塔设备已给定（对填料塔高度h已知），基本类型有：
①校核现有的塔设备对指定的生产任务是否适用，如已知T、 P、H、G、L、xa、yb，校核ya是否满足要求； ②考察某一操作条件改变时，吸收结果的变化情况或为达到 指定的生产任务应采取的措施。如对给定的吸收塔，若气体处 理量增加（其余条件不变），分析ya、yb的变化趋势或此时应 采取什么措施才有可能使ya保持不变。
G y ya L
mG m 2G mG 1 y b mx a L y a L xa L 1 ln mG y a mx a 1 L
最后整理得：
mG y b mx a mG 1 ln 1 mG L y a mx a L 1 L L A ，A称为吸收因数 引入概念：令 mG 其几何意义为：操作线斜率L/G与平衡线斜率m之比；而 N OG
化工原理第7章气体吸收
再看积分号内
y1
y2
dy ： 分子、分母具有相同的单位。 y ye
∴ 积分值为一个无因次量，把它认为相当于气相总传质
单元高度HOG的一个倍数，称它为 “气相总传质单元 数”
用“NOG”表示 即： NOG=
y1
y2
dy y ye
则，总传质总元高度H=单元高度×倍数（单元数）
H=HOGNOG
则
Kya dy dh y ye G
Kxa dx dh xe x L
稳定操作时：L、G、a、A为常数 稀溶液： K x 、K y
y1
也视为常数
∴可对上式进行在全塔范围内积分：
Kya H dy dh y2 y ye G 0 x1 Kxa H dx x2 xe x L 0 dh
取最小吸收剂用量Lmin的1.1～2倍。 L L 即 ≈（1.1～2）（ ）min G G 即 L =（1.1~2）Lmin
Lmin的求取： （1）平衡线如上图所示，则只要从T点连接y=y1 与平衡线的交点B*点即TB*，则TB*线所对应的斜率
L/G即为最小吸收剂用量下的斜率（ L ）min G y y 而( L )min= tgα= y1 y2 Lmin G 1 2 x1e x2 x1e x2 G
K x a ——液相总体积吸收系数，kmol/(m3.s)
二、传质单元高度与传质单元数
G y1 dy 分析式： Z K y a y2 y ye
其中：
G ∴ K ya
G K ya
单位为m，即高度的单位。
称为单元高度，全称“气相总传质单元
高度”。以“HOG”表示 G 即： HOG= K ya
吸收液（即出塔吸收液）中浓度加大（x1加大），则吸
化工原理--第八章 气体吸收
第八章气体吸收1.在温度为40℃、压力为101.3kPa 的条件下，测得溶液上方氨的平衡分压为15.0kPa 时，氨在水中的溶解度为76.6g (NH 3)/1000g(H 2O)。
试求在此温度和压力下的亨利系数E 、相平衡常数m 及溶解度系数H 。
解：水溶液中氨的摩尔分数为76.6170.07576.610001718x ==+由*p Ex=亨利系数为*15.0kPa 200.00.075p E x ===kPa 相平衡常数为t 200.0 1.974101.3E m p ===由于氨水的浓度较低，溶液的密度可按纯水的密度计算。
40℃时水的密度为992.2ρ=kg/m 3溶解度系数为kPa)kmol/(m 276.0kPa)kmol/(m 180.2002.99233S ⋅=⋅⨯==EM H ρ2.在温度为25℃及总压为101.3kPa 的条件下，使含二氧化碳为3.0%（体积分数）的混合空气与含二氧化碳为350g/m 3的水溶液接触。
试判断二氧化碳的传递方向，并计算以二氧化碳的分压表示的总传质推动力。
已知操作条件下，亨利系数51066.1⨯=E kPa ，水溶液的密度为997.8kg/m 3。
解：水溶液中CO 2的浓度为33350/1000kmol/m 0.008kmol/m 44c ==对于稀水溶液，总浓度为3t 997.8kmol/m 55.4318c ==kmol/m 3水溶液中CO 2的摩尔分数为4t 0.008 1.4431055.43c x c -===⨯由54* 1.6610 1.44310kPa 23.954p Ex -==⨯⨯⨯=kPa气相中CO 2的分压为t 101.30.03kPa 3.039p p y ==⨯=kPa <*p故CO 2必由液相传递到气相，进行解吸。
以CO 2的分压表示的总传质推动力为*(23.954 3.039)kPa 20.915p p p ∆=-=-=kPa3.在总压为110.5kPa 的条件下，采用填料塔用清水逆流吸收混于空气中的氨气。
化工原理 第五章 气体吸收
Y
*
mX 1 (1 m) X
当溶液浓度很低时,上式右端分母约等于1,于是上式可简化为:
Y*=mX
20
三、 相平衡关系在吸收中的应用
（一）判断过程进行的方向
* pA pA * pA pA * pA pA
A由气相向液相传质，吸收过程 平衡状态
A由液相向气相传质，解吸过程
*或x* >x或 c * y
dc A —组分A在扩散方向z上的浓度梯度（kmol/m3）/m； dz
DAB——组分A在B组分中的扩散系数，m2/s。
负号：表示扩散方向与浓度梯度方向相反，扩散沿 着浓度降低的方向进行
28
理想气体：
pA cA RT
dc A 1 dp A = dz RT dz
DAB dpA JA RT dz
25
吸收过程： （1）A由气相主体到相界面，气相内传递； （2）A在相界面上溶解，溶解过程； （3）A自相界面到液相主体，液相内传递。
单相内传递方式：分子扩散；对流扩散 。
26
一、 分子扩散与菲克定律
分子扩散：在静止或滞流流体内部，若某一组分存 在浓度差，则因分子无规则的热运动使
该组分由浓度较高处传递至浓度较低处，
物系一定， E T 2）E大的，溶解度小，难溶气体 E小的，溶解度大，易溶气体
3）E的来源：实验测得；查手册
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。
16
（二）亨利定律其它形式
cA 1）p H
体主体浓度线相交于一点E，则厚度zG为E到相界
面的垂直距离。
（二）气相传质速率方程
化工原理下ppt第2章 吸收
第2章 吸收
2.1 气体吸收的相平衡关系 2.2 传质机理与吸收速率 2.3 吸收塔的计算 2.4 吸收系数
2.5 脱吸及其他条件下的吸收
1
1. 吸收的原理
分离物系 气体混合物
尾气 B(含微量A)
吸收剂 S
形成两相体系的方法
引入一液相（吸收剂） 传质原理 各组分在吸收剂中溶 解度不同。 A：溶质（吸收物质） B：惰性组分（载体）
p*
NH3 10℃
0
x
14
2.亨利定律的表达式
1） p － x关系
p Exi
式中：E——亨利系数，k pa。 E的讨论： 表示气体溶解能力的常数； 溶解度，亨利系数↓；
i
E随温度变化而变化， T↓，E↓；
E的来源：实验测定或从手册中查得。
15
2.亨利定律的表达式
2） p － c关系
45
2. 一组分通过另一停滞组份的扩散
Dp NA RTz pA1 pA2 pB2 pB1 ln pB 2 pB1
NA p pA2 Dp p ln B2 A1 RTz pB1 pB2 pB1
令
pBm
pB2 pB1 pB2 ln pB1
Nm N
2
42
1
JA
N NcA/c NcB/c JB 1 2 NB
NA
N NA N B NB 0 N NA
对组分A
cA NA J A N c
cA dcA NA (1 ) J A D c dz
Dc dcA NA c c A dz
在气相扩散
pA cA RT
液相主体
溶解
2.1 气体吸收的相平衡关系 2.2 传质机理与吸收速率 2.3 吸收塔的计算 2.4 吸收系数
2.5 脱吸及其他条件下的吸收
1
1. 吸收的原理
分离物系 气体混合物
尾气 B(含微量A)
吸收剂 S
形成两相体系的方法
引入一液相（吸收剂） 传质原理 各组分在吸收剂中溶 解度不同。 A：溶质（吸收物质） B：惰性组分（载体）
p*
NH3 10℃
0
x
14
2.亨利定律的表达式
1） p － x关系
p Exi
式中：E——亨利系数，k pa。 E的讨论： 表示气体溶解能力的常数； 溶解度，亨利系数↓；
i
E随温度变化而变化， T↓，E↓；
E的来源：实验测定或从手册中查得。
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2.亨利定律的表达式
2） p － c关系
45
2. 一组分通过另一停滞组份的扩散
Dp NA RTz pA1 pA2 pB2 pB1 ln pB 2 pB1
NA p pA2 Dp p ln B2 A1 RTz pB1 pB2 pB1
令
pBm
pB2 pB1 pB2 ln pB1
Nm N
2
42
1
JA
N NcA/c NcB/c JB 1 2 NB
NA
N NA N B NB 0 N NA
对组分A
cA NA J A N c
cA dcA NA (1 ) J A D c dz
Dc dcA NA c c A dz
在气相扩散
pA cA RT
液相主体
溶解
化工原理-3-第八章-气体吸收精品PPT课件
解：求H
PA*
CA H
C A 0.582 kmol m3 ，PA 800Pa
故：H
CA PA*
0.582 0.8
0.7275 kmol m3.kPa
求E E PA* xA
xA
CA CA CS
E
0.8 0.01048
0.582
0.582
1000 0.582 17 18.02
76.33 kPa
0.01048求mFra bibliotekm y x
y PA 0.8 7.897 103 P 101.3
m 0.761
8.3 吸收过程模型及传质速率方程 8.3.1双膜模型
一、吸收过程 吸收过程物理模型：
图（b）中y、x分别表示气相、液相主体浓度；yi、xi分别 表示在相界面处气、液两相的浓度。
以气、液相界面为准，A在相际间的传质过程由以下三步串联而成：
E的含义：
①其数值大小由物系特性和温度决定； ②当物系（溶质、溶剂）一定时，其值随温度的上升而增大； ③由实验测定。
二、不同表达形式
由于气、液两相组分浓度可有不同的表示方法，因而亨利定律也有 不同的形式。
1、溶解度系数H
如溶质在液相中的浓度用物质的量浓度CA表示，则亨利定律：
PA*
CA H
式中：CA为单位体积溶液中的溶质的物质量，kmol/m3； H称为溶解度系数，kmol/m3.Pa。
①一般易溶气体，如NH3、HCl等气体，平衡线斜率m 较小，吸收过程通常呈现气相阻力控制；
②难溶气体，如CO2、O2等，由于其溶解度小，平衡 线斜率m大，吸收过程多呈现液相阻力控制
4、改变阻力大小的方法
实际吸收过程的阻力通常多是气相和液相各占一定的比例，且受 气、液两相流动状态影响甚大。通常：
化工原理-第8章 气体吸收
8.3 扩散和单相传质
① 溶质由气相主体传递到两相界面，即气相内的物质传递；
② 溶质在相界面上的溶解，由气相转入液相，即界面上发生 的溶解过程
③ 溶质自界面被传递至液相主体，即液相内的物质传递。 通常，第②步即界面上发生的溶解过程很容易进行，其阻力很小
( 传质速率 小，
=
传质推动力 传质阻力
)故认为相界面上的溶解推动力亦很
8.1概述
①溶剂应对被分离组分（溶质）有较大的溶解度，或者说在 一定的温度与浓度下，溶质的平衡分压要低。这样，从平衡角度 来说，处理一定量混合气体所需溶剂量较少，气体中溶质的极限 残余浓度亦可降低；就过程数率而言，溶质平衡分压↓，过程推 动力大，传质数率快，所需设备尺寸小。
②溶剂对混合气体中其他组分的溶解度要小，即溶剂应具备 较高的选择性。若溶剂的选择性不高，将同时吸收混合物中的其 他组分，只能实现组分间某种程度的增浓而不能实现较为完全的 分离。
⑷工业吸收流程（见旧讲稿） 由流程图可见，采用吸收操作实现气体混合物的分离必须解决下 列问题： ①选择合适的溶剂，使能选择性比溶解某个（或某些）被分离组 分； ②提供适当的传质设备（多位填料塔，也有板式塔）以实现气液 两相的接触，使被分离组分得以从气相转移到液相（吸收）或气相 (解吸)；
8.1概述
注意：此时并非没有溶质分子继续进入液相，只是任何瞬间 进入液相的溶质分子数与从液相逸出的溶质分子数恰好相等，在 宏观上过程就象是停止了。这种状态称为相际动平衡，简称相平 衡。
8.2.1平衡溶解度
⑴溶解度曲线
对 单 组 分 物 理 吸 收 的 物 系 ， 根 据相律 ，自 由度数F 为F=CΦ+2=3-2+2=3(C=3,溶质A，惰性组分B,溶剂S，Φ＝2，气、液两 相)，即在温度 t ，总压 p ，气、液相组成共4个变量中，由3个自 变量（独立变量），另1个是它们的函数，故可将平衡时溶质在气
化工原理28气体吸收
煤气中的芳烃,可采用洗油吸收方法回收芳烃获得粗苯.
二、吸收操作分类
*物理吸收与化学吸收 *等温吸收与非等温吸收 *单组分吸收与多组分吸收 *定态吸收与非定态吸收（过程参数是否随时间而变） 本章讨论所作的基本假定： 单组分、低浓度、连续定态逆流、等温物理吸收
三、吸收操作的经济性
吸收操作费用主要包括： ①气、液两相流经吸收设备的能量消耗； ②溶剂的挥发损失和变质损失；
=
0
dz dz dz
—d —PA = - —d P—B
dz
dz
—d C—A= - —d —CB
dz
dz
DAB = DBA = D
若选择固定的，垂直扩散方向的截面为基准，观察 扩散传质的速率。对于定态分子扩散则有
NA= JA
同理有
NB= JB
由以上讨论可知，等摩尔逆向扩散过程传质速率的大小主
要是分子扩散的贡献。
有总体流动时的传质速率： 对于B组分有： NB = JB+NBM =0
即： JB= - NBM
且
NAM
PA
——— = ———
NBM
PB
JB= -NBM = - JA
对于A组分，其传递速率 ：
即：
NA = JA + NAM = JA + NBM PA / PB NA =（1+ PA / PB）JA
NA=
dCA JA= - DAB———
dZ 式中：
JA— 组分A沿Z方向的扩散通量kmol/m2 ·s； CA— 组分A在混合物中摩尔浓度kmol/ m3 ; DAB—组分A在A、B混合中的扩散系数，m2/s 。
同理，对B组分的扩散可表示为
dCB JB= - DBA———
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• 气体吸收是溶质先从气相主体扩散到气液界面， 再从气液界面扩散到液相主体的传质过程。
2018/10/25 projects of Dr.Hao 17
2––2––1 气液相际传质理论
一、传质过程的方向
气、液相浓度 ( y,x) 在平 衡线上方(P点)：
相对于液相浓度 x 而言， 气相浓度为过饱和 (y>y*)，溶质 A 由气相 向液相转移。 相对于气相浓度 y 而言， 液相浓度欠饱和 ( x<x*) ， 故液相有吸收溶质 A 的 能力。
2018/10/25 projects of Dr.Hao 10
气体的溶解度
• 在温度和压力一定的条件下，平衡时的气、液相组成具有 一一对应关系。 • 平衡状态下气相中溶质的分压称为平衡分压或饱和分压， 与之对应的液相浓度称为平衡浓度或气体在液体中的溶解 度。这时溶液已经饱和，即达到了它在一定条件下的溶解 度，也就是指气体在液相中的饱和浓度，习惯上以单位质 量（或体积）的液体中所含溶质的质量来表示，也表明一 定条件下吸收过程可能达到的极限程度。 • 在一定温度下达到平衡时，溶液的浓度随气体压力的增加 而增加。如果要使一种气体在溶液中里达到某一特定的浓 度，必须在溶液上方维持较高的平衡压力。 • 气体的溶解度与温度有关，一般来说，温度下降则气体的 溶解度增高。
吸收剂
•气体吸收是混合气 体中某些组分在气液 相界面上溶解、在气 相和液相内由浓度差 推动的传质过程。
气相主体 y x 界面
相界面 xi
液相主体
yi 气相扩散 液相扩散
3
气体
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概述（Introduction）
• 吸收质或溶质(solute)：混合气体中的溶 解组分，以A表示。 • 惰性气体(inert gas)或载体：不溶或难溶 组分，以B表示。 • 吸收剂(absorbent)：吸收操作中所用的 溶剂，以S表示。 • 吸收液(strong liquor)：吸收操作后得到 混合尾气 的溶液，主要成分为溶剂S和溶质A。 (A+B) • 吸收尾气(dilute gas)：吸收后排出的气 体，主要成分为惰性气体B和少量的溶质 A。 • 吸收过程在吸收塔中进行，逆流操作吸 收塔示意图如右所示。
吸收剂(S)
吸 收 塔
吸收尾气 (A+B)
吸收液(A+S)
2018/10/25
projects of Dr.Hao
4
概述（Introduction）
一、吸收操作的用途： • (1) 制取产品 用吸收剂吸收气体中某些组分而获得产品。 如硫酸吸收SO3制浓硫酸，水吸收甲醛制福尔马林液，用 水吸收氯化氢制盐酸等 。 (2) 分离混合气体 吸收剂选择性地吸收气体中某些组分 以达到分离目的。例如石油馏分裂解生产出来的乙烯、 丙烯，还与氢、甲烷等混在一起，可用分子量较大的液 态烃把乙烯、丙烯吸收，使与甲烷、氢分离开来 。 (3) 气体净化 一类是原料气的净化，即除去混合气体中 的杂质，如合成氨原料气脱H2S、脱CO2等；另一类是尾 气处理和废气净化以保护环境，如燃煤锅炉烟气，冶炼 废气等脱除SO2，硝酸尾气脱除NO2等。
2018/10/25 projects of Dr.Hao 8
蒸馏与吸收操作对比
• 蒸馏改变状态参数产生第二相，吸收从外界引入 另一相形成两相系统； • 蒸馏直接获得轻、重组分，吸收混合液经脱吸才 能得到较纯组分； • 蒸馏中气相中重组分向液相传递，液相中轻组分 向气相传递，是双相传递；吸收中溶质分子由气 相向液相单相传递，惰性组分及溶剂组分处于 “停滞”状态。
y y
释放溶质
P
y*=f(x)
y* o x
吸收溶质
x* x
结论：若系统气、液相浓度(y,x)在平衡线上方，则体系将发 生从气相到液相的传质，即吸收过程。
Y* mX
2018/10/25 projects of Dr.Hao 15
2––1––3 吸收剂的选择
• 吸收剂性能的优劣，是决定吸收操作效果是否良好的关键。如果吸收 的目的是制取某种溶液作成品，例如用HCl气生产盐酸，吸收剂只能 用水，自然没有选择的余地，但如果目的在于把一部分气体从混合物 中分离出来，便应考虑选择合用的吸收剂问题。 • 溶解度大 吸收剂的选择主要考虑的是溶解度，溶解度大则吸收剂用 量少，吸收速率也大，设备的尺寸便小； • 选择性好 很显然，吸收剂对溶质气体的溶解度既要大，对混合气体 中其他组分的溶解度却要小或基本上不溶，这样才能进行有效的分离， 满足这一要求称为选择性好； • 挥发度要小 吸收剂的挥发度要小，即在操作温度下它的蒸汽压要低， 经过吸收后的气体在排出时，往往为吸收剂蒸汽所饱和，吸收剂的挥 发度高，其损失量便大。 • 此外所选用的溶剂尽可能满足无腐蚀性，粘度小，无毒，不燃，价廉 易得等条件。
0 oC 10 oC 20 oC 30 oC 40 oC 50 oC
500
20 oC 30 oC 40 oC 50 oC
0
20
40
60 80 pNH3/kPa
100
120
20
100
120
在相同条件下，NH3 在水中的溶解度较 SO2 大得多。 用水作吸收剂时，称 NH3 为易溶气体，SO2为中等溶解气体， 溶解度更小的气体则为难溶气体(如O2 在 30℃ 和溶质的分压 为 40kPa 的条件下，1kg 水中溶解的质量仅为 0.014g)。
三个比例系数之间的关系：
E m P
cm H E
cm Ms式中 cm 为溶液的总浓度（kmol/m3）。 对于稀溶液，因溶质的浓度很小，因此 cm = / Ms ，其中 为溶液的密度，Ms 为溶剂的摩尔质量。
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亨利定律（Henry’s law）
projects of Dr.Hao 13
2018/10/25
亨利定律（Henry’s law）
当气、液相溶质浓度用其它组成表示法表示时，通过浓度 换算可得其它形式的亨利定律。常用的形式有 1 * * y mx p c H y* —— 与组成为 x 的液相呈平衡的气相中溶质的摩尔分数； c —— 溶质在液相中的摩尔浓度，kmol/m3； m —— 相平衡常数； H —— 溶解度系数；kmol/(m3kPa)；
在低浓度气体吸收计算中，通常采用基准不变的摩尔比 Y（ 或 X ）表示组成。
气相中溶质A的摩尔数 y Y 气相中惰气B的摩尔数 1 y 液相中溶质A的摩尔数 x X 液相中溶剂S的摩尔数 1 x
以摩尔比表示组成的相平衡关系
mX Y 1 (1 m) X
*
X —— 溶质在液相中的摩尔比浓度； Y* —— 与X 呈平衡的气相中溶质的摩尔比浓度。 当 m 趋近 1 或当 X 很小时
2018/10/25 projects of Dr.Hao 11
溶解度曲线：在一定温度、压力下，平衡时溶质在气相和液 相中的浓度的关系曲线。例：图2-2，2-3，2-4。
1000 溶解度/[g(NH3)/1000g(H2O)]
0 oC 10
oC
250 溶解度/[g(SO2)/1000g(H2O)] 200 150 100 50 0 40 60 80 pSO2/kPa
2018/10/25
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7
气液两相的接触方式
连续接触(也称微分接触)：气、 液两相的浓度呈连续变化。如填 料塔。
溶剂 溶剂
气体
气体
规整填料 塑料丝网波纹填料
散装填料 塑料鲍尔环填料
a 微分接触
b 级式接触
图9-2 填料塔和板式塔
级式接触：气、液两相逐级接 触传质，两相的组成呈阶跃变 化。 如板式塔。
2018/10/25
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9
第一节 气—液相平衡 2––1––1 气体的溶解度 • 气体吸收的平衡关系指气体在液体中的溶解度。 • 如果把氨气和水共同封存在容器中，令体系的压 力和温度维持一定，由于氨易溶于水，氨的分子 便穿越两相界面进入水中，但进到水中的氨分子 也会有一部分返回气相，只不过刚开始的时候进 多出少。水中溶解的氨量越多，浓度越大，氨分 子从溶液逸出的速率也就越大，直到最后，氨分 子从气相进入液相的速率便等于它从液相返回气 相的速率，氨实际上便不再溶解进水里，溶液的 浓度也就不再变化，这种状态称为相际动平衡， 简称相平衡或平衡。
《化工原理》
Principles of Chemical Engineering
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1
第二章 气 体 吸 收 Gas Absorption
2018/10/25
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2
概述（Introduction）
• 利用混合气体中各组分(component)在液体中溶解度(solubility) 的差异而分离气体混合物的单元操作称为吸收。吸收操作时 某些易溶组分进入液相形成溶液(solution)，不溶或难溶组分 仍留在气相(gas phase)，从而实现混合气体的分离。
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2 –– 1 –– 2 亨利定律（Henry’s law）
当总压不太高时，一定温度下的稀溶液的溶解度曲线近似 为直线，即溶质在液相中的溶解度与其在气相中的分压成 正比。
p* Ex
—— 亨利定律
式中： p* —— 溶质在气相中的平衡分压，kPa； x —— 溶质在液相中的摩尔分数； E —— 亨利系数，kPa。 亨利系数的值随物系的特性及温度而异； 物系一定，E 值一般随温度的上升而增大； E 值的大小代表了气体在该溶剂中溶解的难易程度； 在同一溶剂中，难溶气体 E 值很大，易溶气体 E 值很小； E 的单位与气相分压的压强单位一致。
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2––2––1 气液相际传质理论
一、传质过程的方向
气、液相浓度 ( y,x) 在平 衡线上方(P点)：
相对于液相浓度 x 而言， 气相浓度为过饱和 (y>y*)，溶质 A 由气相 向液相转移。 相对于气相浓度 y 而言， 液相浓度欠饱和 ( x<x*) ， 故液相有吸收溶质 A 的 能力。
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气体的溶解度
• 在温度和压力一定的条件下，平衡时的气、液相组成具有 一一对应关系。 • 平衡状态下气相中溶质的分压称为平衡分压或饱和分压， 与之对应的液相浓度称为平衡浓度或气体在液体中的溶解 度。这时溶液已经饱和，即达到了它在一定条件下的溶解 度，也就是指气体在液相中的饱和浓度，习惯上以单位质 量（或体积）的液体中所含溶质的质量来表示，也表明一 定条件下吸收过程可能达到的极限程度。 • 在一定温度下达到平衡时，溶液的浓度随气体压力的增加 而增加。如果要使一种气体在溶液中里达到某一特定的浓 度，必须在溶液上方维持较高的平衡压力。 • 气体的溶解度与温度有关，一般来说，温度下降则气体的 溶解度增高。
吸收剂
•气体吸收是混合气 体中某些组分在气液 相界面上溶解、在气 相和液相内由浓度差 推动的传质过程。
气相主体 y x 界面
相界面 xi
液相主体
yi 气相扩散 液相扩散
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气体
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概述（Introduction）
• 吸收质或溶质(solute)：混合气体中的溶 解组分，以A表示。 • 惰性气体(inert gas)或载体：不溶或难溶 组分，以B表示。 • 吸收剂(absorbent)：吸收操作中所用的 溶剂，以S表示。 • 吸收液(strong liquor)：吸收操作后得到 混合尾气 的溶液，主要成分为溶剂S和溶质A。 (A+B) • 吸收尾气(dilute gas)：吸收后排出的气 体，主要成分为惰性气体B和少量的溶质 A。 • 吸收过程在吸收塔中进行，逆流操作吸 收塔示意图如右所示。
吸收剂(S)
吸 收 塔
吸收尾气 (A+B)
吸收液(A+S)
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概述（Introduction）
一、吸收操作的用途： • (1) 制取产品 用吸收剂吸收气体中某些组分而获得产品。 如硫酸吸收SO3制浓硫酸，水吸收甲醛制福尔马林液，用 水吸收氯化氢制盐酸等 。 (2) 分离混合气体 吸收剂选择性地吸收气体中某些组分 以达到分离目的。例如石油馏分裂解生产出来的乙烯、 丙烯，还与氢、甲烷等混在一起，可用分子量较大的液 态烃把乙烯、丙烯吸收，使与甲烷、氢分离开来 。 (3) 气体净化 一类是原料气的净化，即除去混合气体中 的杂质，如合成氨原料气脱H2S、脱CO2等；另一类是尾 气处理和废气净化以保护环境，如燃煤锅炉烟气，冶炼 废气等脱除SO2，硝酸尾气脱除NO2等。
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蒸馏与吸收操作对比
• 蒸馏改变状态参数产生第二相，吸收从外界引入 另一相形成两相系统； • 蒸馏直接获得轻、重组分，吸收混合液经脱吸才 能得到较纯组分； • 蒸馏中气相中重组分向液相传递，液相中轻组分 向气相传递，是双相传递；吸收中溶质分子由气 相向液相单相传递，惰性组分及溶剂组分处于 “停滞”状态。
y y
释放溶质
P
y*=f(x)
y* o x
吸收溶质
x* x
结论：若系统气、液相浓度(y,x)在平衡线上方，则体系将发 生从气相到液相的传质，即吸收过程。
Y* mX
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2––1––3 吸收剂的选择
• 吸收剂性能的优劣，是决定吸收操作效果是否良好的关键。如果吸收 的目的是制取某种溶液作成品，例如用HCl气生产盐酸，吸收剂只能 用水，自然没有选择的余地，但如果目的在于把一部分气体从混合物 中分离出来，便应考虑选择合用的吸收剂问题。 • 溶解度大 吸收剂的选择主要考虑的是溶解度，溶解度大则吸收剂用 量少，吸收速率也大，设备的尺寸便小； • 选择性好 很显然，吸收剂对溶质气体的溶解度既要大，对混合气体 中其他组分的溶解度却要小或基本上不溶，这样才能进行有效的分离， 满足这一要求称为选择性好； • 挥发度要小 吸收剂的挥发度要小，即在操作温度下它的蒸汽压要低， 经过吸收后的气体在排出时，往往为吸收剂蒸汽所饱和，吸收剂的挥 发度高，其损失量便大。 • 此外所选用的溶剂尽可能满足无腐蚀性，粘度小，无毒，不燃，价廉 易得等条件。
0 oC 10 oC 20 oC 30 oC 40 oC 50 oC
500
20 oC 30 oC 40 oC 50 oC
0
20
40
60 80 pNH3/kPa
100
120
20
100
120
在相同条件下，NH3 在水中的溶解度较 SO2 大得多。 用水作吸收剂时，称 NH3 为易溶气体，SO2为中等溶解气体， 溶解度更小的气体则为难溶气体(如O2 在 30℃ 和溶质的分压 为 40kPa 的条件下，1kg 水中溶解的质量仅为 0.014g)。
三个比例系数之间的关系：
E m P
cm H E
cm Ms式中 cm 为溶液的总浓度（kmol/m3）。 对于稀溶液，因溶质的浓度很小，因此 cm = / Ms ，其中 为溶液的密度，Ms 为溶剂的摩尔质量。
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亨利定律（Henry’s law）
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亨利定律（Henry’s law）
当气、液相溶质浓度用其它组成表示法表示时，通过浓度 换算可得其它形式的亨利定律。常用的形式有 1 * * y mx p c H y* —— 与组成为 x 的液相呈平衡的气相中溶质的摩尔分数； c —— 溶质在液相中的摩尔浓度，kmol/m3； m —— 相平衡常数； H —— 溶解度系数；kmol/(m3kPa)；
在低浓度气体吸收计算中，通常采用基准不变的摩尔比 Y（ 或 X ）表示组成。
气相中溶质A的摩尔数 y Y 气相中惰气B的摩尔数 1 y 液相中溶质A的摩尔数 x X 液相中溶剂S的摩尔数 1 x
以摩尔比表示组成的相平衡关系
mX Y 1 (1 m) X
*
X —— 溶质在液相中的摩尔比浓度； Y* —— 与X 呈平衡的气相中溶质的摩尔比浓度。 当 m 趋近 1 或当 X 很小时
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溶解度曲线：在一定温度、压力下，平衡时溶质在气相和液 相中的浓度的关系曲线。例：图2-2，2-3，2-4。
1000 溶解度/[g(NH3)/1000g(H2O)]
0 oC 10
oC
250 溶解度/[g(SO2)/1000g(H2O)] 200 150 100 50 0 40 60 80 pSO2/kPa
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气液两相的接触方式
连续接触(也称微分接触)：气、 液两相的浓度呈连续变化。如填 料塔。
溶剂 溶剂
气体
气体
规整填料 塑料丝网波纹填料
散装填料 塑料鲍尔环填料
a 微分接触
b 级式接触
图9-2 填料塔和板式塔
级式接触：气、液两相逐级接 触传质，两相的组成呈阶跃变 化。 如板式塔。
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第一节 气—液相平衡 2––1––1 气体的溶解度 • 气体吸收的平衡关系指气体在液体中的溶解度。 • 如果把氨气和水共同封存在容器中，令体系的压 力和温度维持一定，由于氨易溶于水，氨的分子 便穿越两相界面进入水中，但进到水中的氨分子 也会有一部分返回气相，只不过刚开始的时候进 多出少。水中溶解的氨量越多，浓度越大，氨分 子从溶液逸出的速率也就越大，直到最后，氨分 子从气相进入液相的速率便等于它从液相返回气 相的速率，氨实际上便不再溶解进水里，溶液的 浓度也就不再变化，这种状态称为相际动平衡， 简称相平衡或平衡。
《化工原理》
Principles of Chemical Engineering
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第二章 气 体 吸 收 Gas Absorption
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概述（Introduction）
• 利用混合气体中各组分(component)在液体中溶解度(solubility) 的差异而分离气体混合物的单元操作称为吸收。吸收操作时 某些易溶组分进入液相形成溶液(solution)，不溶或难溶组分 仍留在气相(gas phase)，从而实现混合气体的分离。
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2 –– 1 –– 2 亨利定律（Henry’s law）
当总压不太高时，一定温度下的稀溶液的溶解度曲线近似 为直线，即溶质在液相中的溶解度与其在气相中的分压成 正比。
p* Ex
—— 亨利定律
式中： p* —— 溶质在气相中的平衡分压，kPa； x —— 溶质在液相中的摩尔分数； E —— 亨利系数，kPa。 亨利系数的值随物系的特性及温度而异； 物系一定，E 值一般随温度的上升而增大； E 值的大小代表了气体在该溶剂中溶解的难易程度； 在同一溶剂中，难溶气体 E 值很大，易溶气体 E 值很小； E 的单位与气相分压的压强单位一致。