1、2022-12-165 5 5 气体的吸收气体的吸收气体的吸收气体的吸收气体的吸收气体的吸收 一、化工生产中的吸收操作一、化工生产中的吸收操作 在无机化工产品、石油化工产品的生产以及环在无机化工产品、石油化工产品的生产以及环境中废气处理等方面，吸收都有广泛的应用。境中废气处理等方面，吸收都有广泛的应用。（1 1）选用适当的液体作溶剂吸收气体中的物质制）选用适当的液体作溶剂吸收气体中的物质制取液体产品。取液体产品。（2 2）除去气体混合物中的无用组分或有害成分。）除去气体混合物中的无用组分或有害成分。（3 3）从气体混合物中回收有用组分，减少物料损）从气体混合物中回收有用组分，减少物料损失。失。
2、（4 4）工业废气的治理。）工业废气的治理。2022-12-16气体吸收过程的相关概念气体吸收过程的相关概念 吸收过程吸收过程是利用混合气中各组分在溶液中溶解是利用混合气中各组分在溶液中溶解度的差异而使气体混合物各组分分离的单元操作。度的差异而使气体混合物各组分分离的单元操作。吸收操作的吸收操作的依据依据：混合物各组分在某溶剂中溶：混合物各组分在某溶剂中溶解度的差异。解度的差异。吸收操作所用的溶剂称为吸收操作所用的溶剂称为吸收剂吸收剂，被溶解吸，被溶解吸收的组分称为收的组分称为吸收质吸收质，不被吸收的组分称为，不被吸收的组分称为惰性组惰性组分分，分别以，分别以S、A、B表示。吸收操作所得的溶液
3、称表示。吸收操作所得的溶液称为为吸收液吸收液。吸收操作中排出的气体称为。吸收操作中排出的气体称为吸收尾气吸收尾气。2022-12-16吸收操作流程吸收操作流程 工业生产中的吸收过程通常包括工业生产中的吸收过程通常包括吸收与解吸吸收与解吸两部分。两部分。如用洗油回收焦炉煤气中少量的苯，如图所示。如用洗油回收焦炉煤气中少量的苯，如图所示。2022-12-16吸收剂选择原则：吸收剂选择原则：对吸收质有较大的溶解度；对吸收质有较大的溶解度；对所处理气体对所处理气体必须有较高的选择性；必须有较高的选择性；吸收质在吸收剂中的溶吸收质在吸收剂中的溶解度随温度的变化有较大的差异，以便吸收剂再解度随温度的变化有
4、较大的差异，以便吸收剂再生；生；蒸气压低；蒸气压低；性质稳定、价廉、无毒性质稳定、价廉、无毒 从上述吸收和解吸流程看到，吸收一般采用从上述吸收和解吸流程看到，吸收一般采用逆流操作，即液体由塔顶淋下，气体从塔底通入，逆流操作，即液体由塔顶淋下，气体从塔底通入，这样可保持全塔的平均传质推动力为最大，与传这样可保持全塔的平均传质推动力为最大，与传热时两流体以逆流流动的平均温差最大的原理相热时两流体以逆流流动的平均温差最大的原理相同。同。2022-12-16二、吸收的理论基础二、吸收的理论基础二、吸收的理论基础二、吸收的理论基础二、吸收的理论基础二、吸收的理论基础 在一定的温度和压力条件下，气、液两相
5、经过充分接在一定的温度和压力条件下，气、液两相经过充分接触，使溶质从气相转移到液相并在液相中溶解。对于单组触，使溶质从气相转移到液相并在液相中溶解。对于单组分物理吸收过程，其系统的独立组分数分物理吸收过程，其系统的独立组分数C3（溶质（溶质A、惰、惰性组分性组分B和吸收剂和吸收剂S），相数），相数2。根据相律求得自由度。根据相律求得自由度F为：为：FC-+23-2+23 上式说明三组分组成的气液两相达到平衡时，在温度上式说明三组分组成的气液两相达到平衡时，在温度、总压、气、液相组成四个变量中，有三个独立变量。那、总压、气、液相组成四个变量中，有三个独立变量。那么，在温度和总压一定时，气相组成可
6、构成液相组成的单么，在温度和总压一定时，气相组成可构成液相组成的单值函数，即值函数，即 气相组成气相组成f（液相组成）（液相组成）2022-12-16二、吸收的理论基础二、吸收的理论基础二、吸收的理论基础二、吸收的理论基础二、吸收的理论基础二、吸收的理论基础 1、溶解度曲线、溶解度曲线 在一定温度和总压下，吸收质在吸收剂中溶解，达到在一定温度和总压下，吸收质在吸收剂中溶解，达到饱和。此时，吸收质在气相中的分压称饱和。此时，吸收质在气相中的分压称平衡分压平衡分压，在液相，在液相中的组成称中的组成称平衡浓度平衡浓度，简称，简称溶解度溶解度。溶质在。溶质在气液相平衡状气液相平衡状态下态下的的组成关系
7、组成关系用曲线形式表示，称用曲线形式表示，称溶解度曲线溶解度曲线。2022-12-16由各曲线图可知：由各曲线图可知：pA=f(xA);yA=f(xA);pA=f(cA)由图由图5-4可知，可知，对于同一种气体，温度对于同一种气体，温度T一定时，分压一定时，分压P越大，溶解度越大；越大，溶解度越大；对于同一种气体，分压一定时，温度对于同一种气体，分压一定时，温度T越高，溶解度越小。越高，溶解度越小。由图由图5-5可知，易溶气体在溶液上方的平衡分压小，即要得到一定浓度可知，易溶气体在溶液上方的平衡分压小，即要得到一定浓度溶液，易溶气体所需分压较低。溶液，易溶气体所需分压较低。加压和降温对吸收操作
8、有利。加压和降温对吸收操作有利。2022-12-16 多数气体物质溶解形成稀溶液的溶解度曲线可看成是通多数气体物质溶解形成稀溶液的溶解度曲线可看成是通过坐标原点的直线。这种气液相平衡关系可用享利定律来描过坐标原点的直线。这种气液相平衡关系可用享利定律来描述：述：p*A溶质溶质A在气相中的平衡分压，在气相中的平衡分压，Pa；xA溶质溶质A在液相中的摩尔分数；在液相中的摩尔分数；E亨利常数，单位与压强单位一致亨利常数，单位与压强单位一致。E值取决于物系值取决于物系的特性及温度；的特性及温度；温度温度T上升，上升，E值增大；值增大；E不随总压而变。不随总压而变。在同一溶剂中，在同一溶剂中，E值越大的
9、气体越难溶值越大的气体越难溶。2 亨利定律亨利定律 AAExp *2022-12-16HcpAA*cA液相中溶质液相中溶质A的物质的量浓度，的物质的量浓度，mol/m3 H溶解度系数溶解度系数，单位：单位：mol/m3Pa或或mol/m3atm。H是温度的函数，是温度的函数，随温度升高而减小随温度升高而减小，不随压强而变。，不随压强而变。易溶气体易溶气体H值大，难溶气体值大，难溶气体H值小值小。亨利定律的其他表示形式：亨利定律的其他表示形式：用溶质用溶质A在溶液中的摩尔浓度和气相中的分压表示在溶液中的摩尔浓度和气相中的分压表示的亨利定律：的亨利定律：2022-12-16 用用摩尔分数表示气液相
10、中溶质的组成的亨利定律：摩尔分数表示气液相中溶质的组成的亨利定律：AAmxy *m相平衡常数相平衡常数，是温度和压强的函数，量纲为是温度和压强的函数，量纲为1。m值越大，表明气体的溶解度越小。值越大，表明气体的溶解度越小。温度升高、总压下降则温度升高、总压下降则m值变大值变大 pEm 2022-12-16 用摩尔比用摩尔比Y和和X分别表示气液两相组成的亨利定律分别表示气液两相组成的亨利定律 摩尔比定义：摩尔比定义：液相中溶剂的摩尔数液相中溶质的摩尔数Xxx1数气相中惰性组分的摩尔气相中溶质的摩尔数Yyy1YYyXXx1,1由由,*得mxy xmxYY11*2022-12-16xmmxY)1(1
11、*当溶液浓度很低时，当溶液浓度很低时，X0，上式简化为：上式简化为：mXY*P138例题例题5-1、5-22022-12-163 相相平平衡衡与与吸吸收收过过程程的的关关系系2022-12-162022-12-16三、吸收速率方程式三、吸收速率方程式三、吸收速率方程式三、吸收速率方程式三、吸收速率方程式三、吸收速率方程式 吸收速率：吸收速率：单位面积，单位时间内吸收的溶质单位面积，单位时间内吸收的溶质A的摩尔数，的摩尔数，用用NA表示，单位通常用表示，单位通常用mol/m2.s。吸收传质速率方程：吸收传质速率方程：吸收速率与吸收推动力之间关系的数学式吸收速率与吸收推动力之间关系的数学式 吸收速
12、率吸收速率=传质系数推动力传质系数推动力 1、气膜吸收速率方程式、气膜吸收速率方程式)()(,iAAGiAABmGABAppkppppRTlDN 2022-12-16Gk气膜吸收系数，气膜吸收系数，mol/(m2.s.Pa)。也可写成：也可写成：GiAAAkppN1,当气相组成以摩尔比浓度表示时当气相组成以摩尔比浓度表示时)(,iAAYAYYkN Yk以以 Y表示推动力的气膜吸收系数，表示推动力的气膜吸收系数，mol/(m2.s)。2022-12-162、液膜吸收速率方程式、液膜吸收速率方程式)()(,AiALAiAmBLMABAcckccclcDN Lk以以 c为推动力的液膜吸收系数，为推动
13、力的液膜吸收系数，m/s；当液相组成以摩尔比浓度表示时当液相组成以摩尔比浓度表示时)(,AiAXAXXkN Xk以以 X为推动力的液膜吸收系数，为推动力的液膜吸收系数，mol/(m2.s)。2022-12-163、总吸收系数及相应的吸收速率方程式、总吸收系数及相应的吸收速率方程式以气相组成表示总推动力的吸收速率方程式以气相组成表示总推动力的吸收速率方程式 以以p为推动力的吸收速率方程为推动力的吸收速率方程 LAAiAkHNpp *,GAiAAkNpp ,LAAiAkNcc ,对于稀溶液，气液相平衡关系服从享利定律，即对于稀溶液，气液相平衡关系服从享利定律，即HpcHpcHcpiAiAAAAA
14、,*,同理同理则则LAGAAAkHNkNpp *2022-12-16GK 以以 p为推动力的气相总吸收系数，为推动力的气相总吸收系数，mol/(m2.s.Pa)*Ap与液相主体浓度与液相主体浓度c成平衡的气相分压，成平衡的气相分压，Pa。LGGkHkK 111 令令)(N *AAAGppK 则则以液相组成表示总推动力的吸收速率方程式以液相组成表示总推动力的吸收速率方程式 以以c为推动力的吸收速率方程为推动力的吸收速率方程)(*AALAccKN LK以以c为推动力的液相总吸收系数，为推动力的液相总吸收系数，m/s 2022-12-16 用摩尔比浓度为总推动力的吸收速率方程式用摩尔比浓度为总推动力
15、的吸收速率方程式 适用条件：溶质浓度很低时适用条件：溶质浓度很低时 以以*)(YY 表示总推动力的总吸收速率方程式表示总推动力的总吸收速率方程式)(*AAYAYYKN YK以以 Y为推动力的气相总吸收系数，为推动力的气相总吸收系数，mol/(m2.s)以以)*(XX表示总推动力的吸收速率方程式表示总推动力的吸收速率方程式)(*AAXAXXKN XK以以 X为推动力的液相总吸收系数，为推动力的液相总吸收系数，mol/(m2.s)2022-12-164、各种吸收系数之间的关系、各种吸收系数之间的关系1）总系数与分系数的关系）总系数与分系数的关系 LGGHkkK111即即总阻力总阻力=气膜阻力气膜阻
16、力+液膜阻力液膜阻力 同理同理 LGLkkHK112022-12-165、传质速率方程的分析、传质速率方程的分析 1）溶解度很大时的易溶气体（如）溶解度很大时的易溶气体（如HCl、氨气等）、氨气等）LGHkk11LGGHkkK111 GGkK11 GGkK 即即气膜控制气膜控制当当H很大时，很大时，2022-12-162）溶解度很小时的难溶气体（如水吸收氧、二氧化碳等）溶解度很小时的难溶气体（如水吸收氧、二氧化碳等）LGLkkHK11 当当H很小时，很小时，LGkkH1LLkK11 LLkK 即即2022-12-163）对于溶解度适中的气体吸收过程）对于溶解度适中的气体吸收过程 气膜阻力和液膜
17、阻力均不可忽略，要提高过程速率，必气膜阻力和液膜阻力均不可忽略，要提高过程速率，必须兼顾气液两端阻力的降低。须兼顾气液两端阻力的降低。注意：注意：吸收系数的单位吸收系数的单位：mol/(m2.s.单位推动力单位推动力)吸收系数与吸收推动力的正确搭配吸收系数与吸收推动力的正确搭配 阻力的表达形式与推动力的表达形式的对应阻力的表达形式与推动力的表达形式的对应吸收速率方程的适用条件吸收速率方程的适用条件 各种吸收系数间的关系各种吸收系数间的关系 气膜控制与液膜控制的条件气膜控制与液膜控制的条件 2022-12-16四、吸收塔的操作线方程四、吸收塔的操作线方程四、吸收塔的操作线方程四、吸收塔的操作线方
18、程四、吸收塔的操作线方程四、吸收塔的操作线方程 1、操作线方程、操作线方程 对单位时间内进出吸收塔的对单位时间内进出吸收塔的A的物的物 质量作衡算质量作衡算 1,2,2,1,XqYqXqYqLnVnLnVn )(1,12,2XqqYXqqYVnLnVnLn 逆流吸收塔操作线方程逆流吸收塔操作线方程2022-12-16 吸收过程中推动力（吸收过程中推动力（Y-Y*）大于零，因此吸收操作线总）大于零，因此吸收操作线总是位于平衡线的上方。是位于平衡线的上方。吸收操作线偏离平衡线越远，表明传质推动力越大。吸收操作线偏离平衡线越远，表明传质推动力越大。2022-12-162、吸收剂用量、吸收剂用量（液液气气比比）斜斜率率：2121,XXYYqqVnLn 此此时时液液气气比比最最小小。，推推动动力力为为平平衡衡线线相相交交时时，过过程程即即操操作作线线与与当当。，吸吸收收液液组组成成不不变变时时，剂剂进进塔塔组组成成吸吸收收尾尾气气组组成成组组成成，入入塔塔气气气气体体处处理理量量 0,X,*111,221,XXqXYYqLnVn 2022-12-16 ,2*121min,VnLnqXXYYq 一般情况下，取吸收剂用量为最小吸收剂用量的一般情况下，取吸收剂用量为最小吸收剂用量的1.151.5倍较为适宜。倍较为适宜。)(:2*121min,XXYYqqVnLn 最最小小液液气气比比
