剂，吸收液，吸收尾气。
▪ 吸收的应用：（1）回收有用组分和分离混合气体。例洗 油吸收焦炉气中的苯、甲苯蒸汽。
▪ （2）除去有害组分净化气体。 ▪ （3）制备某种气体的溶液或产物。 ▪ （4）作为生产的辅助环节。例如氨碱法生产中的应用。 ▪ （5）环保要求和职业保健要求。 ▪ 实际过程往往同时兼有净化和回收双重目的。
▪ 化学吸收的极限：极限是化学反应平衡，吸收速率取决 于反应速率或扩散速率，其中最慢的为控制步骤。
▪ 化学吸收的特点：化学吸收操作具有高度选择性。
▪ 化学吸收的条件：
▪ （1）可逆性。如不可逆，不能再生和循环使用溶剂。
▪ （2）较高的反应速率。若反应速率很慢，吸收过程速率 决定于反应速率，可加入适当的催化剂。
▪ 可得 m = E / p
▪ 即T↑，p↓，则m↑，不利吸收操作，反之亦然。
亨利定律的其它表形式
▪ E与H间的关系 ▪ 由于液相浓度 c cM x ，
cM
Mx M s (1 x)
▪ ▪
如果是稀深夜，则
cM
s
Ms
▪ 亨利定律 ▪则
pe ＝E·x 或 pe =H·c
E
Hc x
Hc M
H s
Ms
氨水的溶解和解吸过程
例8-1 设1atm，20℃下稀氨水的相平衡方程为ye
=0.94x ，今使含氨y =10％的混合气和x=0.05的氨水接触， 试判别传质过程的方向。x与y浓度对调，则判别传质过程的 方向。
▪ 解： ye = 0.94x = 0.94×0.05 = 0.047 ＜ y =0.10发生吸
▪ （2）溶剂的蒸汽压很低，挥发不计，气体中不含溶剂。
8.1 概述
吸收操作的条件
▪ 吸收操作条件：选择吸收剂，吸收操作的温度、压力、 吸收设备。
▪ 为了提高吸收传质速率和吸收率，应注意以下问题： ▪ （1）采用连续操作，有利于稳定生产和控制操作条件。 ▪ （2）气液间逆流接触，有利于吸收完全和提高推动力。 ▪ （3）使气相或液相分散，增加气液间的有效接触面积。 ▪ （4）增大相际间湍动程度降低传质阻力。
▪ 溶质的组成表示方法。摩尔分数y或x，物质量的浓度c （kmol/m3），摩尔比X或Y。
▪ 当压力（分压）一定时，气体的溶解度只与温度有关； 当温度一定时，气体的溶解度只与平衡分压有关。
二氧化硫在水中的溶解度
氨在水中的溶解度
吸收平衡时，与温度、压力、浓度和吸收剂的性质有关。 在一定温度下，将平衡时溶质在气相中的分压pe与液相中 的摩尔分数x相关联，即为溶解度曲线。
第八章 气体吸收
教学时数12学时
第8章 气体吸收
▪ 8.1 概述 ▪ 8.2 气液相平衡 ▪ 8.3 扩散和单相传质 ▪ 8.4 相际传质 ▪ 8.5 低含量气体吸收的计算 ▪ 8.6 高浓度气体吸收 ▪ 8.7 化学吸收
8.1 概述
▪ 传质过程 ▪ 气体吸收 ▪ 工业吸收流程 ▪ 溶剂的选择 ▪ 物理吸收和化学吸收 ▪ 吸收操作的经济性 ▪ 吸收过程中气液两相的接触方式 ▪ 吸收操作的条件 ▪ 定态和非定态操作
8.1 概述
工业吸收流程
工业吸收过程的流程和吸收塔的流程。 一个完整的吸收分离过程包括吸收和解吸两个组成部分。
8.1 概述
吸收操作解决三个问题
▪ （1）选择合适的溶剂使其能选择性的溶解某个（或某些） 被分离组分；
▪ （2）提供适当的传质设备（吸收塔），以实现气液两相 的接触，使被分离组分得以自气相转移至液相。
▪ 吸收操作的经济性：由总费用（即操作费用加设备费用） 来衡量的。最经济的吸收操作应是操作费用与设备费用 之和即总费用为最小
8.1 概述 吸收过程中气液两相的接触方式
▪吸收设备：级式接触
▪
微分式接触
板式塔
湿壁塔
填料塔
▪ 级式与微分式接触的计算方法不同，本章讨论微分式吸收的计算， 并且限于
▪ （1）气体混合物中只有一个组分溶于溶剂，其余组分在溶剂中的溶 解度均不计，因而可视为一个惰性组分。
8.1 概述
吸收操作的经济性
▪ 吸收操作的费用主要包括： ▪ （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。 ▪ （3）溶剂的再生费用，此项所占的比例最大。 ▪ 解吸方法：升温、减压、吹气。同时使用最为常见。 ▪ 设备费用：吸收塔及辅助设备（泵、风机、加热器、冷
却器等）的费用。
要低，否则吸收和再生过程中吸收剂的挥发损越大。
▪ （5）粘性小。粘度低、吸收过程中不易产生泡沫，塔内 气液接触良好和塔顶气液易于分离，输液功耗小；
▪ （6）化学性能稳定性，以免发生变质； ▪ （7）价廉、易得、无毒、无害、不易燃烧等。 ▪ （8）操作或处理不当，不污染环境。 ▪ 应对选用吸收剂作全面评价后做出经济合理的选择。
8.1 概述
传质过程
▪ 气体吸收和精馏是讨论化工传质过程及其典型设备。 ▪ 传质过程：物质通过相界面从一相迁移至பைடு நூலகம்一相的过程。 ▪ 研究传质过程：研究物质通过相界面迁移过程的基本规律
以及主要受这些基本规律支配的若干单元操作。
表8-1 各种传质过程
8.1 概述
气体吸收
▪ 吸收操作：分离气体混合物。 ▪ 分离依据：混合物各组分在溶剂溶解度的差异。实例。 ▪ 吸收组份名称：溶质或吸收质，惰性气体，吸收剂或溶
收过程 ▪ 或 xe = y/m = 0.10/0.94 = 0.106 ＞x =0.05发生吸收过程 ▪ 反之，若以y=0.05的含氨混合气与x=0.1的氨水接触， ye
= 0.94x = 0.94×0.1=0.94发生解吸过程， ▪ 或 xe = y/m = 0.05/0.94 = 0.053 发生解吸过程
8.1 概述
定态和非定态操作
▪ 在吸收操作或其它传质过程中，吸收过程中各参数不随 时间而变化，为定态传质过程；
▪ 否则为非定态传质过程。
8.2 气液相平衡
▪ 8.2.1 平衡溶解度
▪ 溶解度 ▪ 溶解度曲线 ▪ 亨利定律 ▪ 亨利定律的其它表形式 ▪ 用摩尔比表示相平衡关系
▪ 8.2.2 相平衡方程的应用
▪ （3）溶剂的再生，既脱除溶解于其中的被分离组分以便 循环使用。
8.1 概述
溶剂的选择
▪ （1）溶解度大，溶质的平衡分压要低。可提高吸收速率 并减小吸收剂的耗用量，气体中溶质的残余浓度可降低；
▪ （2）选择性高；对其它组分的溶解度要小。 ▪ （3）溶解度与温度的关系敏感，溶剂易再生； ▪ （4）挥发度小，不污染被吸收的气体。吸收剂的蒸汽压
Y mX
▪
1 (1 m) X
▪ 对于稀溶液，X较小，上式简化为：
▪
Y = m·X
8.2.2 相平衡方程的应用
判别过程的方向
▪ 当气液两相接触时，要使溶质自气相转移至液相，即发 生吸收过程的充要条件是
▪
y ＞ ye 或 x ＜ xe
溶质自液相转移至 气相，即发生解吸过 程。如果相等，则达 到平衡。
8.2.2 相平衡方程的应用
指明过程的极限
在吸收塔中，当溶剂量下降，塔底出口浓度x1增大。 在塔很高、溶剂量很小的情况下，x1达到极限，其极限 浓度x1,max与气相浓度y1相平衡的液相浓度x1e
x1e =y1/m
▪ 吸收剂用量很大而气体流
量较小时，在无限高的塔内
进行逆流吸收，出口气体浓
度极限y2,min为入口浓度x2平 衡浓度y2e
▪
pe =H·c
▪ H为溶解度系数，kmol·m-3/Pa。
▪ 相平衡常数m
▪ ye = m·x 或 y = m·xe ▪ m为相平衡常数，m值愈大，溶解度愈小。
▪ m、H、E之间的关系
▪ 总压p不高，气体为理想气体，服从道尔顿分压定律
▪
pe = p·ye
▪ 亨利定律 pe =E·x 和ye = m·x
▪ 判别过程的方向
▪ 指明过程的极限 ▪ 计算过程的推动力
8.2.1 平衡溶解度
溶解度曲线
▪ p、T一定，吸收剂与混合气体接触，溶质向液相转移， 直至液相中溶质饱和，浓度不增加，此时气液两相达到 平衡，这个饱和浓度就叫做气体溶质在液体中的溶解度。
▪ 气液两相的相平衡关系，取决于吸收的极限-溶解度，即 系统的吸收率和溶液的浓度。
8.1 概述
物理吸收
▪ 物理吸收的定义：吸收质简单地从气相溶入液相，吸收 质与溶剂间没有显著的化学反应或只有微弱的化学反应， 吸收后吸收质在溶液中是以游离的或结合很弱，条件改 变，解吸即可发生。如水吸收CO2，洗油吸收煤气中的苯 等。
▪ 物理吸收的极限：是吸收质在溶剂中的溶解度。
▪ 吸收速率：吸收质从气相传递到液相主体的扩散速率。
▪ 常见物系的气液溶解度数据，亨利常数E（或H）可在有 关手册中查到。
8.2.1 平衡溶解度
用摩尔比表示相平衡关系
▪ 为了计算方便，用气体中的惰性组分和液体中的溶剂
作为计算标准，用摩尔比X、Y表示气液相溶质的浓
度。 ▪
x X
或
1 X
X x 1 x
▪
y Y
或
1Y
Y y 1 y
▪ 将Y、X的值代入相平衡关系 y = m·x，得
8.2.1 平衡溶解度
亨利定律
▪ 吸收操作最常用于分离低浓度溶质的气体混合物。
▪ 稀溶液的溶解度曲线通常近似为一直线。此时溶解度x与
平衡分压pe之间服从亨利定律，即
▪
pe ＝E·x
▪ 温度增大，亨利系数E增大，溶液浓度下降，溶解度下降。
8.2.1 平衡溶解度
亨利定律的其它表形式
▪ 溶解度系数H
▪ 用物质的量浓度c（kmol/m3）表示：
▪ 物理吸收的特点：可逆的，热效应一般很小，气相分压 变化也很小。