0708学时第八章气体吸收

第八章气体吸收通过本章学习，应掌握吸收的基本概念和吸收过程的平衡关系与速率关系；掌握低组成气体吸收的计算方法；了解吸收系数的获取途径；掌握填料塔的结构、填料的类型、填料塔的流体力学性能与操作特性。学习目的与要求8.1吸收过程概述

8.1.1吸收的原理与流程第八章气体吸收原料气A＋B吸收剂S尾气B(含微量A)溶液S+A一、气体吸收的原理吸收塔形成两相体系的方法引入一液相（吸收剂）

各组分在吸收剂中溶解度不同。分离物系气体混合物传质原理二、气体吸收的流程吸收过程吸收过程：溶质溶解于吸收剂中逆流操作解吸过程：溶质从溶液中释放出并流操作气体吸收过程在吸收塔中进行。吸收解吸具有吸收剂再生的连续吸收流程8.1吸收过程概述

8.1.1吸收的原理与流程8.1.2气体吸收的分类与应用

第八章气体吸收一、气体吸收的分类气体吸收按被吸收组分数目单组分吸收按吸收有无化反按溶质组成的高低

低组成吸收√√多组分吸收物理吸收化学吸收√高组成吸收气体吸收过程的分类方法一、气体吸收的分类气体吸收按气液接触方式

常规吸收按吸收的温度变化

√膜基吸收等温吸收非等温吸收√本章讨论重点单组分低组成的常规等温物理吸收过程。二、气体吸收的工业应用净化或精制气体示例：合成氨工艺中合成气中的净化脱碳。示例：用水吸收氯化氢气体制取盐酸。

回收混合气体中所需的组分

示例：用洗油处理焦炉气以回收芳烃。

工业废气的治理

示例：废气中含有SO2、H2S等有害气的脱除。

气体吸收的应用场合制取某种气体的液态产品8.1吸收过程概述

8.1.1吸收的原理与流程8.1.2气体吸收的分类与应用

8.1.3吸收剂的选择第八章气体吸收吸收剂的选择

吸收剂选择的原则溶解度选择性挥发度黏度其它吸收剂对溶质组分的溶解度要大。吸收剂应对溶质组分有较大溶解度，而对混合气体中的其它组分溶解度甚微。吸收剂的蒸汽压要低，即挥发度要小。吸收剂在操作温度下的黏度要低。无毒、无腐蚀、不易燃易爆、不发泡、冰点低、价廉易得，且化学性质稳定。

对于化学吸收：由于存在化学反应，所以溶解度↑↑；若S循环使用，则化学反应必须可逆。对于物理吸收：希望溶解度对T的敏感性强些，以便S循环使用。8.1吸收过程概述

8.2吸收过程的相平衡关系

8.2.1气体在液体中的溶解度第八章气体吸收一、溶解度曲线

液体S气体（A＋B）A

溶解A

逸出平衡方程达平衡状态时气体在液体中的溶解度～气相分压液相组成在一定温度和压力下，令某气体混合物（A＋B）与液体S接触。溶解度曲线P28～9，图8－3～5

氨在水中的溶解度40050易溶

二氧化硫在水中的溶解度5068中等溶解度

氧在水中的溶解度500.002难溶二、温度和压力对溶解度的影响温度的影响

加压和降温

对同一溶质，在相同的气相分压下，溶解度随温度的升高而减小。

对同一溶质，在相同的温度下，溶解度随气相分压的升高而增大。压力的影响注意减压和升温有利于吸收操作有利于解吸操作8.1吸收过程概述

8.2吸收过程的相平衡关系

8.2.1气体在液体中的溶解度8.2.2亨利定律第八章气体吸收一、亨利定律的表达式

亨利定律用于说明当总压不高（一般不超过500kPa）时，在恒定的温度下，稀溶液（或难溶气体）上方的气体溶质平衡分压与该溶质在液相中的组成之间的关系。因互成平衡的汽、液两相组成各可采用不同的表示方法，所以亨利定律也有不同的表达形式。一、亨利定律的表达式

若溶质在气、液相中的组成分别以分压p、摩尔分数x表示，亨利定律为E—

亨利系数，kPa

溶解度亨利系数(P30表8－1）～1.p～x关系

易溶气体注意难溶气体E小E大

若溶质在气、液相中的组成分别以分压p、摩尔浓度

c表示，亨利定律为H—

溶解度系数，kmol/(m3·kPa)溶解度溶解度系数～2.p～c关系

一、亨利定律的表达式

易溶气体注意难溶气体H大H小

☆E~H关系：

溶液：浓度ckmol/m3,密度kg/m3；

1m3溶液中：A有ckmol；

S有(-cMA)/MSkmol。A在液相中的摩尔分率：()xcccMMcMcMMASSSA=+-=+-rr()pEcMcMMSSA*=+-r()1HEMcMMSSA=+-r对于稀溶液，溶质A的浓度很低(8-7)可见：H=f(1/E),H∝溶解度

若溶质在气、液相中的组成分别以摩尔分数y、x表示，亨利定律为m—

相平衡常数溶解度相平衡常数～3.y～x关系

一、亨利定律的表达式

易溶气体注意难溶气体m小m大由得整理得对于低组成吸收1

简化得一、亨利定律的表达式

4.Y～X关系

亨利定律表达式可改写为以下形式：一、亨利定律的表达式

二、各系数的换算关系

推导可得亨利定律表达式各系数间的关系如下：

E～H关系E～m关系H～m关系溶液密度溶剂S的摩尔质量8.1吸收过程概述

8.2吸收过程的相平衡关系

8.2.1气体在液体中的溶解度8.2.2亨利定律8.2.3相平衡关系在吸收中的应用第八章气体吸收一、判断传质进行的方向

设某瞬时，气相中溶质的实际组成为y，溶液中溶质的实际组成为x。若传质方向由气相到液相进行吸收过程若传质方向由液相到气相进行解吸过程二、确定传质的推动力以气相表示的传质推动力以液相表示的传质推动力吸收推动力示意图y*=mx三、指明传质进行的极限对于逆流吸收塔液相出口最大组成气相出口最低组成X2X1Y1Y2问：(1)将发生吸收还是解吸？(2)以分压差表示的推动力为多少？(3)如气体与水溶液逆流接触，空气中的CO2含量最低可能降到多少？解：(1)判断过程方向CO2气相中分压

pCO2

=P

y=1000×0.06=60kPa查得25℃下CO2溶解在水里的E=1.66×105kPa例在P=1000kPa，T=25℃下，含CO2

y=0.06的空气与含CO2为0.1g/L的水溶液接触，∵CO2水溶液的浓度很低，∴溶液的总摩尔浓度可以按水处理(P=1000kPa，T=25℃)：CO2在水中的摩尔分数(溶解度0.1g/L液)：与水溶液达平衡的分压pCO2

=60kPa(2)推动力

(3)吸收过程的极限气体与水溶液逆流接触，极限时吸收塔有无限多块塔板或填料吸收塔无限高，出口气体中CO2含量最低可能降到与进塔的水溶液达平衡的分压或8.1吸收过程概述

8.2吸收过程的相平衡关系

8.3吸收过程的速率关系第八章气体吸收8.3.1膜吸收速率方程一、气膜吸收速率方程

气膜内的吸收速率方程可表示为气膜阻力比较得由道尔顿分压定律

一、气膜吸收速率方程

二、液膜吸收速率方程

液膜阻力液膜内的吸收速率方程可表示为比较得由二、液膜吸收速率方程

稳态下，气、液两膜中的传质速率相等，即直线通过定点A

(c，p)斜率－kL/kG三、界面组成的确定

界面组成的确定8.3吸收过程的速率关系8.3.1膜吸收速率方程第八章气体吸收8.3.2总吸收速率方程一、以(p-p*)表示的总吸收速率方程

设吸收系统服从亨利定律或平衡关系在过程所涉及的浓度范围内为直线根据双膜模型，相界面上两相互成平衡

由此得整理得由相加得一、以(p-p*)表示的总吸收速率方程令则KG—气相总吸收系数，kmol/(m2·s·kPa)总阻力液膜阻力气膜阻力气相总吸收速率方程式一、以(p-p*)表示的总吸收速率方程对于易溶气体，H值很大

液膜阻力气膜阻力控制整个吸收过程的速率气膜控制示例：水吸收氨气膜阻力气膜控制示意图一、以(p-p*)表示的总吸收速率方程

设吸收系统服从亨利定律或平衡关系在过程所涉及的浓度范围内为直线根据双膜模型，相界面上两相互成平衡二、以(c*-c)表示的总吸收速率方程由此得整理得由相加得二、以(c*-c)表示的总吸收速率方程令则KL—液相总吸收系数，m/s

总阻力气膜阻力液膜阻力液相总吸收速率方程式二、以(c*-c)表示的总吸收速率方程对于难溶气体，H值很小

气膜阻力示例：水吸收氧液膜阻力液膜控制示意图液膜阻力控制整个吸收过程的速率液膜控制二、以(c*-c)表示的总吸收速率方程同理，可导出Ky—气相总吸收系数，kmol/(m2·s)

气相总吸收速率方程式三、以(y-y*)表示的总吸收速率方程同理，可导出Kx—液相总吸收系数，kmol/(m2·s)

液相总吸收速率方程式四、以(x*-x)表示的总吸收速率方程同理，可导出KY对于低浓度吸收—气相总吸收系数，kmol/(m2·s)

气相总吸收速率方程式五、以(Y-Y*)表示的总吸收速率方程同理，可导出KX对于低浓度吸收—液相总吸收系数，kmol/(m2·s)

液相总吸收速率方程式六、以(X*-X)表示的总吸收速率方程8.3吸收过程的速率关系8.3.1膜吸收速率方程第八章气体吸收8.3.2总吸收速率方程8.3.3吸收速率方程小结吸收速率方程小结使用吸收速率方程式应注意以下几点（P39表8－2）:

（1）上述的各种吸收速率方程式是等效的。采用任何吸收速率方程式均可计算吸收过程速率。

（2）任何吸收系数的单位都是kmol/(m2·s·单位推动力)。

（3）必须注意各吸收速率方程式中的吸收系数与吸收推动力的正确搭配及其单位的一致性。P408－3）

（4）上述各吸收速率方程式都是以气液组成保持不变为前提的，因此只适合于描述稳态操作的吸收塔内任一横截面上的速率关系，而不能直接用来描述全塔的吸收速率。在塔内不同横截面上的气液组成各不相同，其吸收速率也不相同。

（5）在使用与总吸收系数相对应的吸收速率方程式时，在整个过程所涉及的浓度范围内，平衡关系须为直线。吸收速率方程小结例:110kPa下操作的氨吸收塔的某截面上，含氨0.03摩尔分数的气体与氨浓度为1kmol/m3的氨水相遇，已知气膜传质系数kG=5×10-9kmol/(m2.s.Pa)，液膜传质系数

kL=1.5×10-4kmol/(m2.Pa),H=7.3×10-4kmol/(m3.kPa)试计算：(1)气液界面上两相的组成；(2)以分压差和体积摩尔浓度差表示的总推动力、总传质系数和传质速率；(3)以摩尔分数差表示的气相总传质系数；(4)气膜与液膜阻力的相对大小。由界面上气液两相达平衡：(Ⅱ)(Ⅰ)联立(Ⅰ)、(Ⅱ)得：pi=1.45×103Pa