气体吸收操作（化工单元操作技术课件）

气体吸收操作工业吸收过程基本认知情境:

1.如何除去CO气体中混有的CO2气体？2.合成氨制备碳酸氢铵肥料的尾气中含有大量的NH3，如何将混合气

体中的NH3气体分离出来并回收？一、吸收过程的基本应用1.吸收:

利用合适的液体吸收剂来处理气体混合物，使气体混合物中的一种

或多种组分由气相转移到液相，使气体混合物中的各个组分予以分

离的单元操作。如何实现空气-氨混合物的分离？依据是什么？2.几个名词概念

吸收剂：吸收过程中所用的吸收剂或溶剂（S）；

溶质：气体混合物中能被吸收剂吸收的组分（A）；

惰性气体：不能被吸收剂吸收的组分（B）；

吸收液：吸收后得到的液体；

富液

：含有较高溶质浓度的吸收剂；

贫液：含有较低溶质浓度的吸收剂（从富液中将溶质分离出来后得到的

吸收剂。）

3.吸收操作的依据：

气体混合物中各组分在液体吸收剂中溶解度的不同。

分析：空气-NH3的混合气体用水吸收分析：用水洗含CO2气体的原料气（N2、H2、CO2)气体混合物与液体吸收剂接触时，溶解度大的一种或几种组分溶解于液相中，溶解度小的组分留在气相中，实现气体混合物的分离。

5、吸收操作的应用：

●

制备某种气体的溶液：如硝酸、盐酸的制备；用水吸收甲醛制取福尔马林。●

回收气体中有用物质：尾气中NH3、CO2等的回收；●除去有害组分净化气体：原料气净化；气体产品的精制；●环境保护，废气治理：工业生产中排放废气的净化。4、吸收操作的实质：气液传质

吸收过程

—溶质由气相到液相的质量传递过程；

解吸过程

—溶质由液相到气相的质量传递过程分析：空气-NH3的混合气体用水吸收二、工业吸收基本过程（1）一步吸收流程和两步吸收流程(选用吸收剂的数目)一步吸收流程1.吸收的基本流程及其选择贫液富液混合气体净化气一步吸收流程一步吸收流程：仅用一种吸收剂（1）一步吸收流程和两步吸收流程1.吸收的基本流程及其选择两步吸收流程两步吸收流程吸收剂1吸收剂2混合气去解吸塔去解吸塔净化气吸收塔1吸收塔2两步吸收流程：使用两种吸收剂（2）并流和逆流吸收流程(塔内气液流向)逆流和并流流程1.吸收的基本流程及其选择（3）部分吸收剂循环流程部分吸收剂循环流程1.吸收的基本流程及其选择（4）单塔吸收流程和多塔吸收流程(所用的塔设备数)串联的多塔逆流吸收流程1.吸收的基本流程及其选择（5）吸收与解吸联合流程部分吸收剂循环的吸收和解吸联合流程1-吸收塔；2-储槽；3-泵；4-冷却器；5-换热器；6-解吸塔1.吸收的基本流程及其选择解吸：吸收过程的逆过程。作用:(1)回收溶质气体；(2)吸收剂循环再利用。2.用水吸收空气中CO2流程的识读3.典型的工业吸收过程以洗油吸收煤气中的粗苯：

吸收工艺过程吸收过程——苯吸收塔解吸过程——苯解吸塔贫油吸收塔含苯煤气解吸塔过热蒸汽冷凝器粗苯水冷却器换热器补充新鲜洗油富油脱苯煤气采用吸收剂再生的连续吸收流程三、工业吸收过程分析具体过程：吸收+解吸实施过程（设备的选用，如何实施？）

（1）吸收剂（2）气液传质设备

（3）解吸（吸收剂再生，循环使用）四、吸收过程的分类1.依据有无化学反应：

物理吸收：吸收过程中不伴有明显的化学反应。如：用水吸收CO2

化学吸收：吸收过程中有明显的化学反应。如：用碱液吸收CO22.依据吸收的组分数：

单组份吸收：只吸收混合气体中的一种组分。如：用水吸收原料气（N2、H2、CO2)中的CO2

多组分吸收：吸收两种或两种以上的组分。如：用醋酸铜氨液吸收原料气

中的CO、CO2、H2S3.依据吸收过程中温度是否变化：等温吸收与非等温吸收4.依据吸收过程操作压力：常压吸收与加压吸收（压力增大，溶解度增大）五、吸收剂的选择1.吸收剂的选择原则

对溶质的溶解度要大；

对溶质有较高的选择性；

不易挥发；

较低的粘度，不易起泡；

解吸性能好，便于再生；

良好的化学稳定性、热稳定性、无毒、无易燃易爆等；

廉价、易得。五、吸收剂的选择2.吸收操作条件的确定

吸收剂用量；

操作温度；

操作压力3.工业常用的吸收剂气体吸收操作

吸收塔结构认知回忆上节课内容：情境：工业乙醇胺脱除CO2气体流程分析想一想？一、塔设备认知工业生产中，使用的吸收设备即吸收塔的主要类型有板式塔、填料塔等。（吸收操作中应用最广泛的是填料塔）塔设备的类型:

（1）板式塔：气相为分散相，液相为连续相，逐级接触式逆流操作

（2）填料塔：气相为连续相，液相为分散相，直接接触式逆流操作二、填料塔填料塔是吸收操作中使用最广泛的一种塔型。1.填料塔的结构填料塔由塔壳体、液体分布器、填料压紧装置、填料、液体再分布器、填料支承装置等构成。填料塔的结构简单，塔体内填有一定高度的填料层，填料层的下面为支承板，上面为填料压板及液体分布装置，必要时需将填料层分段，在段与段之间设置液体再分布装置。

填料塔操作时，液体自塔上部进入，通过液体分布器均匀喷洒在塔截面上并沿填料表面呈膜状下流。当塔较高时，由于液体有向塔壁面偏流的倾向，使液体分布逐渐变得不均匀，因此经过一定高度的填料层以后，需要液体再分布装置，将液体重新均匀分布到下段填料层的截面上，最后从塔底排出。

气体自塔下部经气体分布装置送入，通过填料支承装置在填料缝隙中的自由空间上升并与下降的液体接触，最后从塔顶排出。为了除去排出气体中夹带的少量雾状液滴，在气体出口处常装有除沫器。二、填料塔1.填料塔的结构填料塔操作流程填料层内气液两相呈逆流接触，填料的润湿表面即为气液两相的主要传质表面，两相的组成沿塔高连续变化。二、填料塔2.填料塔的辅助设备（1）填料支承板作用：是为了支撑填料和维持填料上的持液量。支承板要有足够的强度和刚度，还要有大于填料层空隙率的开孔率，保证气体和液体能自由通过，以免在此首先发生液泛。二、填料塔2.填料塔的辅助设备（a）栅板型(小塔径）（b）整体式栅板型（c）散装填料气液分流式支撑板

（d）升气管式（e）驼峰型式

填料支承板的型式填料支承板（2）液体分布器作用：是把液体均匀的分布在填料表面上。二、填料塔2.填料塔的辅助设备如果液体分布不均匀，会减少填料的有效传质面积，促使液体发生沟流，从而降低吸收效果。

常用液体分布器有莲蓬式、管式、盘式、槽式等多种形式。

（a）多孔管式（b）莲蓬头式（c）盘式（d）槽式液体分布装置（1）盘式分布器：液体加至布盘上，盘底开有筛孔的称为筛孔式；盘底装有许多直径及高度均相同的溢流短管的，称为溢流管式。

筛孔式的分布效果较溢流管式较好，但溢流管式的自由截面积较大，且不易堵塞。（2）槽式分布器：具有较大的操作弹性和较好的抗污堵性，特别适合于大气液负荷及含有固体悬浮物、黏度大的液体的分离场合，应用范围较广泛。（3）管式分布器：由不同结构形式的开孔管制成。管式分布器有排管式、环管式等不同形式，其结构简单，供气体流过的自由截面积大，阻力小；但小孔易堵塞，弹性一般较小。管式液体分布器多用于中等以下液体负荷的填料塔中。液体分布器二、填料塔2.填料塔的辅助设备盘式管式

液体分布器的喷嘴槽式液体分布器二、填料塔2.填料塔的辅助设备液体分布器液体再分布器（c）槽式二、填料塔2.填料塔的辅助设备（3）液体再分布器作用：用来改善液体在填料层中向塔壁流动的效应，减小壁流现象，一般设置在填料的段与段之间。填料的压紧和限位装置

填料压紧器

填料限位器二、填料塔2.填料塔的辅助设备（4）填料压紧装置作用：保持填料层高度恒定，防止气流吹动填料。

（a）折板除雾器（b）丝网除雾器二、填料塔2.填料塔的辅助设备（5）除雾器安装于喷淋装置上方作用：清除气体中夹带的液体雾沫

（a）（b）气体进口装置液体出口装置二、填料塔2.填料塔的辅助设备（6）气、液体进口及出口液体的出口装置既要便于塔内排液，又要防止夹带气体，可采用水封装置。气体的进口装置应具有防止塔内下流的液体进入管内，又能使气体在塔截面上分布均匀。液体收集器二、填料塔3.填料塔的特点与板式塔相比，填料塔具有以下特点：（1）结构简单，便于安装，小直径的填料塔造价低。（2）压力降较小，适合减压操作，且能耗低。（3）分离效率高，用于难分离的混合物，塔高较低。（4）适于易起泡物系的分离，因为填料对泡沫有限制和破碎作用。（5）适用于腐蚀性介质，因为可采用不同材质的耐腐蚀填料。（6）适用于热敏性物料，因为填料塔持液量低，物料在塔内停留时间短。（7）操作弹性较小，对液体负荷的变化特别敏感。当液体负荷较小时，填料表面不能很好

的润湿，传质效果急剧下降；当液体负荷过大时，则易产生液泛。（8）不宜处理易聚合或含有固体颗粒的物料。（举例：气固混合物，如：雾霾）三、填料1.填料类型填料是填料塔的核心内件，它为气—液两相接触进行传质和传热提供表面。填料的种类很多，大致可以分为实体填料和网体填料。

（1）实体填料：包括环形填料（如拉西环、鲍尔环、阶梯环等），鞍形填料（如弧鞍形、矩鞍形）以及栅板填料和波纹填料等。————散装填料散装填料是一粒粒具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，一般以散装方式堆积在塔内。根据形状分为：环形、鞍形及环鞍形。

（2）网体填料：主要由金属丝网制成的各种填料，如鞍形网、波纹网等。

————整砌填料

三、填料1.填料类型（1）拉西环：工业上最老的应用最广泛的一种填料，是外径和高度相等的空心圆柱，在强度允许的情况下，其壁厚应当尽量减薄，以提高孔隙率并减小堆积的重度。拉西环结构简单，价格低廉，但液体的沟流及壁流现象严重，操作弹性范围窄，气体阻力大。(2)鲍尔环：在普通的拉西环壁上开有上下两层长方形窗孔，窗孔部分的环壁形成叶片向环中心弯入，在环中心相搭，上下两层小窗位置交叉，其气体阻力小，压降低，液体分布均匀，填料效率高，操作弹性范围大。三、填料1.填料类型（3）阶梯环：在鲍尔环的基础上进行了进一步的改进，阶梯环的总高为直径的5/8，圆筒的一端有向外翻卷的喇叭口，阶梯环的孔隙率大，而且填料个体之间呈点接触，可使液体不断更新，传质效率高，压力降小。（4）矩鞍鞍形填料：是一种敞开形填料，填装于塔内则互相处于套接状态，因而稳定性较好，表面利用率较高，且因液体流道流畅，不易被固体悬浮物堵塞，并能用价格便宜又耐腐蚀的陶瓷和塑料制造，其优点具有较大的孔隙率，阻力较小，效率较高。三、填料1.填料类型（5）波纹填料

由许多波纹薄板制成，各板高度相同但长短不等，搭配排列而成圆饼状，波纹与水平方向成45º倾角，相邻两板反向叠靠，使其波纹倾斜方向互相垂直。

优点：结构紧凑，比表面积大，流体阻力小，流体分布均匀，传质效果好。缺点：造价较高，易堵塞。材质：金属填料、塑料填料、陶瓷板波纹填料三、填料1.填料类型（6）丝网波纹填料

用丝网制成一定形状的填料。这是一种高效率的填料。

优点：丝网细而薄，做成填料体积较小，比表面积和空隙率都比较大，因而传质效率高。

缺点：造价昂贵，易堵塞，清理不方便。材质：金属、塑料、碳纤①有较大的比表面积；

②有较高的空隙率；③填料表面有较好的液体均匀分布性能，以避免液体的沟流及壁流现象；

④有足够的机械强度；

⑤对于液体和气体均须具有化学稳定性；⑥制造容易，造价低廉。三、填料2.填料选择的原则三、填料3.填料的性能评价

填料是填料塔的核心部分，它提供了气液两相接触传质的界面，是决定填料塔性能的主要因素。对操作影响较大的填料特性有：（1）比表面积

单位体积填料层所具有的表面积称为填料的比表面积，以

表示，其单位为m2/m3。显然，填料应具有较大的比表面积，以增大塔内传质面积。同一种类的填料，尺寸越小，则其比表面积越大。（2）空隙率

单位体积填料层所具有的空隙体积，称为填料的空隙率，以

表示，其单位为m3/m3。填料的空隙率大，气液通过能力大且气体流动阻力小。三、填料3.填料的性能评价（3）填料因子

将

与

组合成

/

3的形式称为干填料因子，单位为m-1。

当填料被喷淋的液体润湿后，填料表面覆盖了一层液膜，

与

均发生相应的变化，此时

/

3称为湿填料因子，以

表示。（4）单位体积的填料数目单位堆积体积内所含填料的个数，是由填料尺寸决定的。填料尺寸减小，填料数目可以增加，填料层的比表面积也增大，而空隙率减小，气体阻力亦相应增加，填料造价提高。反之，若填料尺寸过大，在靠近塔壁处，填料层空隙很大，将有大量气体由此短路流过。填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类。①陶瓷填料具有很好的耐腐蚀性及耐热性，价格便宜，表面润湿性能好，质脆、易碎是其最大缺点。

陶瓷散装填料三、填料4.填料材质的选择②金属填料

金属散装填料三、填料4.填料材质的选择③塑料填料(a)聚丙烯半软性填料(b)

聚丙烯鲍尔环(c)聚丙烯阶梯环(d)聚丙烯花环(e)

聚丙烯共轭环塑料散装填料三、填料4.填料材质的选择湍球吸收塔填料吸收塔填料塔结构四、其他类型的吸收塔湍球吸收塔是吸收操作使用较多的一种吸收塔。填料塔是吸收操作使用最广泛的一种吸收塔。喷射式吸收器是工业生产中应用十分广泛的一种吸收设备。

吸收塔吸收塔作业：P1677-97-10气体吸收操作

吸收过程的气液相平衡关系及应用引入:吸收过程是气相到液相的气液传质过程，物质的转移是否无限制的进行，

吸收过程的极限？气液接触时物质传递的方向如何，一定会发生吸收吗？如何判断吸收过程是否发生？讨论吸收过程的极限讨论传质的方向学一学一、气体在液体中的溶解度平衡状态：一定T和P下，气体和液体互相接触时，气体中的溶质便溶解在液

相中，随着吸收过程的进行，溶质在液相中的溶解度逐渐增大，与此同时，

溶解在液相中的气体也可能返回到气相中，这种已经被吸收的气体重新返回

到气相的过程，称为解吸。

当溶质从气相溶于液相的量等于其从液

相返回气相的量时，气液两相组成均不再发

生变化，气液两相达动态平衡，称为相平衡。

液相气相NaCl溶解平衡回忆溶解度的概念一、气体在液体中的溶解度2.溶解度气液两相达平衡时，液相中溶质气体的浓度称为气体在液相中的平衡溶解度，简称溶解度。

溶解度的单位一般以1000g溶剂中溶解溶质的质量（g）来表示，单位为g（溶质）/1000g（溶剂）。3.平衡分压（P）气液两相达平衡时，溶液上方溶质的分压称为平衡分压。任务：达溶解平衡时，溶质气体的分布气相浓度液相浓度一、气体在液体中的溶解度4.平衡浓度液相浓度：溶质气体在液相中的平衡溶解度

（用摩尔分数x，摩尔比X，摩尔浓度C表示）气相浓度：溶质气体在气相中的平衡浓度

（用摩尔分数y，摩尔比Y，平衡分压P表示）

氨气在水中的溶解度曲线二、相平衡关系的表示方法----溶解度曲线

1.溶解度（相平衡）曲线：任务：识读图，分析温度T对溶质气体溶解度的影响二、相平衡关系的表示方法----溶解度曲线

1.溶解度（相平衡）曲线：气相中氨的平衡分压pe/133.32Pa6008000.0440020060℃50℃40℃30℃液相中氨的摩尔分数x0.120.080.16

氨在水中的溶解度任务：识读图，分析压力P对溶质气体溶解度的影响二、相平衡关系的表示方法----溶解度曲线

1.溶解度（相平衡）曲线：小组讨论，分析总结

相同温度和压力下，不同气体的溶解度不同。常温下溶解度很大的气体称为易溶气体；

溶解度很小的称为难溶气体。二、相平衡关系的表示方法----溶解度曲线结论：

（1）同一溶质气体，相同压力下，温度升高，溶解度减小。

（2）同一溶质气体，相同温度下，压力升高，溶解度增大。低温、高压有利于吸收二、相平衡关系的表示方法----溶解度曲线

2.影响吸收的因素（1）吸收剂：不同气体在同一溶剂中的溶解度不同。（2）压强：加压有利于吸收。（3）温度：低温有利于吸收。结论：采用溶解度大，选择性好的吸收剂加压降温加压、降温有利于吸收减压、升温有利于解吸三、亨利定律回忆：相组成的表示液相组成：X，x，C气相组成：Y，y，P1.内容：引入：在温度一定，总压不高时，多数气体溶解后形成的溶液为稀溶液。一定温度下，总压不高，多数气体溶解达平衡状态后形成的稀溶液中，气体在液相中的组成与其在气相中的组成成正比。注：吸收过程是传质过程，气液两相中的量在不断地变化，气相中惰性气体及液相中溶剂量始终不变，以上的液相组成及气相组成均表示溶质气体在气相、液相中的组成。2.表达式

（1）以P及x表示的平衡关系

P*=Ex注：P*为溶质在气相的平衡分压（气相组成）；

x为溶质在液相中的摩尔分数（液相组成）E为亨利系数----单位为Pa

三、亨利定律E为物质的物理性质温度升高，E值增大温度降低，E值减小易溶气体，E值小难溶气体，E值大三、亨利定律2.表达式

（2）以y及x表示的平衡关系y*=mx注：y为溶质在气相中的摩尔分数（气相组成）；

x为溶质液相中的摩尔分数（液相组成）；m为相平衡常数——无单位m=E/P

影响m值的因素温度升高，m值增大温度降低，m值减小易溶气体，m值小难溶气体，m值大三、亨利定律2.表达式

（3）以Y及X表示的平衡关系Y*=mX注：Y为溶质在气相中的摩尔比（气相组成）；

X为溶质液相中的摩尔比（液相组成）；m为相平衡常数——无单位m=E/P三、亨利定律2.表达式

（4）以P及C表示的平衡关系注：P*A为溶质在气相中的平衡分压（气相组成）；

C为溶质液相中的摩尔浓度（液相组成）；H为溶解度系数（H=C/E）三、亨利定律3.平衡曲线Y*=mX

将Y和X的关系绘制于Y-X直角坐标系中，得到的图线为过一原点的曲线，即为吸收平衡曲线。

吸收平衡曲线反映了吸收过程达到平衡时气相组成和液相组成的关系曲线。如图所示，吸收平衡曲线为一过原点的直线四、相平衡关系在吸收操作中的应用引入：传质的方向是使系统向达到平衡的方向变化，一定浓度的气体混合物与某溶液相互接触，例：空气-NH3混合气体与NH3·H2O直接接触，一定会发生吸收吗？若液相已经饱和，则会有什么情况？判断相际传质的方向传质的极限：体系达气---液相平衡情境：溶质A气相：溶质分压PA液相：溶液浓度CA接触气相液相液相气相如何判断，判断的标准是什么？四、相平衡关系在吸收操作中的应用判断相际传质的方向平衡线分析：A点位于平衡线之上，PA>

PA*

，溶质气体气相组成大于平衡时的组成A点位于平衡线之下，PA<

PA*

，溶质气体气相组成小于平衡时的组成四、相平衡关系在吸收操作中的应用判断相际传质的方向传质过程的方向和限度思路：利用亨利定律计算PA*PA>

PA*

气相液相吸收（2）PA=

PA*

达相平衡（3）PA<

PA*

液相气相解吸四、相平衡关系在吸收操作中的应用判断相际传质的方向四、相平衡关系在吸收操作中的应用判断相际传质的方向四、相平衡关系在吸收操作中的应用2.吸收过程的推动力引入：实际状态偏离平衡状态的程度。表示：实际状态与平衡状态的偏离程度。气相浓度差：PA-

PA*Y-Y*y-y*

液相浓度差：X*

-XC-C*x-x*

实际状态距平衡线越远，气液接触的实际状态偏离平衡状态的程度越远，吸收的推动力越大，在其他条件相同时，吸收越容易进行，反之，吸收越难进行。气体吸收操作吸收过程基本原理认知一、传质过程

吸收过程是溶质由气相到液相的传质过程，随着吸收过程的进行，组分在气相和液相中浓度均发生变化，学习吸收过程的基本机理，首先应掌握物质在气相或液相中浓度的变化及表示方法。想一想：吸收过程发生混合物的分离，各物质的浓度如何发生变化？相内传质：由于有浓度差，在一相内部发生的物质的传递；相际传质：从一相到另一相发生的物质的传递。二、相组成的表示方法易混淆的名词（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2.表示方法：（1）质量分数和摩尔分数

①质量分数：混合物中某组分的质量mi与混合物总质量m的比值，用符号wi表示。

wi=mi/m例：75%空气-25%NH3混合气体混合物中任何一种组分的质量分数都小于1，所有组分的质量分数之和等于1。w1+w2+w3+……+wi=1用x(X)表示液相组成用y(Y)表示气相组成

实例:已知N2-H2混合气体中N2的质量分数为70%,求混合气体中N2和H2的摩尔

分数分别为多少?二、相组成的表示方法2.表示方法：（1）质量分数和摩尔分数

②摩尔分数：混合物中某组分的物质的质量ni与混合物的总物质的质量n的比值，

用符号xi表示。xi=ni/n混合物中任何一种组分的摩尔分数都小于1，所有组分的摩尔分数之和等于1。x1+x2+x3+……+xi=1二、相组成的表示方法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/V②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二、相组成的表示方法2.表示方法：（3）质量比和摩尔比

①质量比：混合物中某组分(溶质气体)的质量与混合物中其他组分(惰性气体)的质

量的比值，用符号W表示。Wi=mi/(m-mi)吸收过程中,气体总量和溶液总量都随吸收过程的进行而改变,但惰性气体和吸收剂的量始终保持不变,因此,常采用质量比和摩尔比来表示相的组成.②摩尔比:混合物中某组分(溶质气体)的物质的量与混合物中其他组分(惰性气体)

的物质的量的比值，用符号X表示。Xi=ni/(n-ni)二、相组成的表示方法2.表示方法：（4）体积分数和压力分数

①体积分数：气体混合物中某组分的体积vi与气体总体积v的比值，用yv表示.yv=vi/v②压力分数:气体混合物中某组分的分压pi与气体总压强p的比值，用yp表示yp=pi/p对于气体混合物，某组分的摩尔分数等于该组分的压力分数，也等于该组份的体积分数，y=yv=yp二、相组成的表示方法3.道尔顿分压定律：

理想气体混合物的总压强等于各组分的分压之和，组分的分压等于气体的

摩尔分数×总压实例：（1）氨水中NH3的质量分数为0.25，求NH3的质量比。（2）空气和CO2的混合气体中，CO2的体积分数为20%，气体总压强为100Kpa，试求CO2气体的摩尔分数，分压及摩尔比。（3）空气中O2的体积分数为21%，总压为100Kpa，试求O2的分压，摩尔分数和摩尔比。（4）100Kg水中含0.015KgCO2，试求CO2的质量分数、质量比。三、气-液传质过程分析引入任务：分析工业吸收过程中组分的转移情况，即吸收过程的传质机理。（在气相和液相中的传递规律）。气相内传质：溶质气体A由气相主体到气液界面（相内传质）气相液相：溶质气体A界面溶解（相际传质）液相内传质：气液界面到液相主体（相内传质）

传质过程也称为扩散过程，扩散的推动力是浓度差。读图分析吸收过程组分由气相向液相转移包括哪几个步骤？四、相内传质（扩散）的基本方式气液传质过程中，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？扩散的基本方式有分子扩散和涡流扩散两种，而实际操作中多为对流扩散。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2.扩散方式(1)分子扩散：在静止或层流流体内部，若某一组分存在浓度差，则因分子无规则热运动使该组分由浓度较高处传递到浓度较低处，这种现象称为分子扩散。①机理：分子热运动②推动力：浓度差（唯一条件）向静止的水中滴加一滴蓝墨水，一会儿水变成均匀的蓝色，试解释说明原因。是不是只有静止的流体才会发生分子扩散？（静止/层流/湍流）四、相内传质（扩散）的基本方式2.扩散方式(2)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、质点湍动比较：分子扩散：热运动（无搅拌、扰动）速率慢涡流扩散：质点碰撞混合，速率快涡流扩散速率比分子扩散速率快，其速率取决于流体的流动形态。2.扩散方式(3)对流扩散：一般情况下，涡流扩散同时伴随有分子扩散，分子扩散和涡流扩散共同作用的过程，称为对流扩散。

对流扩散包括湍流主体的涡流扩散和层流内层的分子扩散。

四、相内传质（扩散）的基本方式

通过传质的机理分析，吸收过程非常复杂，因此需要一个成熟的简单理论来进行吸收过程的分析。1926年，由刘易斯和惠特曼提出“双膜理论”，至今应用比较广泛。五、吸收过程的机理（相际传质）双膜理论的五大要点：（1）气液两相共有一界面，界面两侧存在稳定的气膜和液膜；（2）气液两相流体作湍流，以对流扩散为主，膜内流体作层流，以分子扩散为主；（3）气液两相主体作湍流，无传质阻力；（4）界面上气液两相达平衡，也无传质阻力；（5）整个相际传质的阻力集中在气膜和液膜内。五、吸收过程的机理（相际传质）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。）气体吸收操作

吸收速率方程及应用一、吸收速率方程1.吸收速率

单位时间、单位传质面积上吸收的溶质量。用NA表示2.表达式

过程速率=系数×推动力回忆：吸收推动力的表示形式气相浓度差：PA-

PA*Y-Y*y-y*

液相浓度差：X*

-XC*-Cx*-x二、穿过气膜的吸收速率（气相与界面）溶质气体由气相主体到相界面处的相内传质的吸收速率方程1.以分压形式表示NA=kG（P-Pi）NA：单位时间内组分A扩散通过单位面积的物质的量，即传质速率，Kmol/m2·skG:以分压差表示推动力的气膜吸收系数，单位kmol/s·m2·kPa

与扩散系数、操作压力、温度、气膜厚度以及惰性组分的分压有关。二、穿过气膜的吸收速率（气相与界面）2.以摩尔分数形式表示NA=ky（y-yi）

二、穿过气膜的吸收速率（气相与界面）3.以摩尔比形式表示NA=kY（Y-Yi）

三、穿过液膜的吸收速率（界面与液相）溶质由相界面到液相主体处的相内传质的吸收速率方程1.以摩尔浓度形式表示NA=kL（ci-c）c:溶质气体A在液相主体中的摩尔浓度kmol/m3ci:溶质气体A在相界面处的摩尔浓度kmol/m3kL:以摩尔浓度差表示推动力的液膜吸收系数三、穿过液膜的吸收速率（界面与液相）2.以摩尔分数形式表示NA=kx（x-xi）

三、穿过液膜的吸收速率（界面与液相）3.以摩尔比形式表示NA=kX（Xi-X）

四、总吸收速率方程1.以分压差(P-P*)表示推动力的吸收速率方程KG:气相吸收总系数，单位kmol/（m2·s·kPa）四、总吸收速率方程2.以摩尔浓度差(c-c*)表示推动力的吸收速率方程四、总吸收速率方程3.以摩尔比差(Y-Y*)或（X*-X)表示推动力的吸收速率方程NA=KX（X*-X）NA=KY（Y-Y*）KY:气相吸收总系数，单位kmol/（m2·s）KX:液相吸收总系数，单位kmol/（m2·s）五、吸收推动力NA=KX（X*-X）=NA=KY（Y-Y*）=总吸收速率气膜吸收速率：NA=kY（Y-Yi）==液膜吸收速率：NA=kX（Xi-X）==比较一下，想一想？

Y-Yi传质推动力Xi-XY-Y*X*-X六、总吸收系数与分系数关系

=

+（总阻力）（分阻力之和）

=

+（总阻力）（分阻力之和）

气膜阻力液膜阻力七、气体溶解度对吸收系数的影响2.溶解度较大（气膜控制）亨利系数很小，m=E/P值很小，则可以简化为：

=

+

=

KY=kY，吸收总阻力主要由气膜阻力组成结论：对于易溶气体，吸收阻力主要集中在气膜内，气膜阻力控制整个过程

的吸收速率，称为“气膜控制”。七、气体溶解度对吸收系数的影响1.溶解度较大（气膜控制）亨利系数很小，m=E/P值很小，则可以简化为：

=

+

=

KY=kY，吸收总阻力主要由气膜阻力组成结论：对于易溶气体，吸收阻力主要集中在气膜内，气膜阻力控制整个过程

的吸收速率，称为“气膜控制”。措施：增大气体的总压，加大气体的流速，减小气膜厚度------降低气膜阻力七、气体溶解度对吸收系数的影响亨利系数E很大，m=E/P值很大，则可以简化为：KX=kX，吸收总阻力主要由液膜阻力组成结论：对于难溶气体，吸收阻力主要集中在液膜内，液膜阻力控制整个过程

的吸收速率，称为“液膜控制”。措施：增大液体的流速和湍动程度，减小液膜厚度------降低液膜阻力

=

+

=

2.溶解度较小（液膜控制）七、气体溶解度对吸收系数的影响3.溶解度适中（双膜控制）吸收总阻力由气膜阻力和液膜阻力共同组成任务：如何提高双膜控制吸收过程的吸收速率？

同时提高气相和液相的湍流程度，即气相和液相的流速，减小气膜和液膜的厚度，从而减小吸收阻力。七、气体溶解度对吸收系数的影响4.应用判断吸收过程属于液膜控制或气膜控制，可采取有效措施强化吸收过程。实例：气膜控制水吸收NH3水吸收HCl碱液吸收H2S液膜控制水吸收CO2水吸收O2/H2碱液吸收Cl2双膜控制水吸收SO2水吸收丙酮浓硫酸吸收NO2气体吸收操作吸收过程的物料衡算及操作线方程回忆：吸收过程的塔设备板式塔填料塔一、吸收过程全塔物料衡算：在填料塔中，气液两相如何流动？想一想？YX逆流YX并流小组讨论一、吸收过程全塔物料衡算：在填料塔中，气液两相如何流动？想一想？YX逆流YX并流工业生产中一般采用逆流操作，原因是什么？小组讨论一、吸收过程全塔物料衡算：读图，读懂每一个量的物理意义。在吸收过程中哪些量是变化的？哪些量是不变的？小组讨论汇报一、吸收过程全塔物料衡算：读图，读懂每一个量的物理意义。V-单位时间内通过吸收塔的惰性气体的量（kmol/h或kmol/s，kg/h或kg/s）L-单位时间内通过吸收塔的吸收剂的量（kmol/h或kmol/s，kg/h或kg/s）Y1-为进塔混合气体中溶质气体的组成Y2-为出塔尾气中溶质气体的组成X2-为进塔液体中溶质气体的组成X1-为出塔溶液中溶质气体的组成想一想：X1、X2和Y1、Y2是有量纲的量吗？流量统一单位一、吸收过程全塔物料衡算全塔作物料衡算，质量守恒：进入=输出溶质气体：气相+液相

（液相组成）（气相组成）想一想：溶质气体A的分布？1.物料衡算式2.吸收率：一、吸收过程全塔物料衡算被吸收的溶质量与进塔气体中溶质的量之比，用η表示。应用：已知Y1，利用吸收率η换算Y2应用：确定吸收塔塔底溶液浓度在一填料吸收塔，用纯水吸收空气中CO2，已知混合气体中CO2的含量为0.0638（摩尔比），所处理的混合气体中的空气量为58.2kmol/h，操作在293K和101.3kPa下进行，要求CO2的吸收率达98%，若吸收剂用量为154kmol/h，试问吸收塔溶液出口浓度为多少？步骤：1.画流程简图，标出物料衡算式中的六个量2.找出已知量3.列出物料衡算式，并求解

小组讨论汇报总结：拓展：在吸收塔中任选一截面，与塔顶及塔底作物料衡算二、吸收的操作线方程物料衡算质量守恒：进入=输出VL任取一截面与塔顶截面作物料衡算物料衡算式：二、吸收的操作线方程物料衡算质量守恒：进入=输出VL任取一截面与塔顶截面作物料衡算任务：找出Y和X的关系二、吸收的操作线方程物料衡算质量守恒：进入=输出VL任取一截面与塔顶截面作物料衡算任务：找出Y和X的关系任取一截面与塔顶截面作物料衡算任取一截面与塔底截面作物料衡算

它表明塔内任意一截面上的气相组成Y与液相组成X之间的关系。把它反映到Y-X图上是一条直线，直线的斜率为L/V，且通过（X1,Y1)和(X2,Y2)两点.物理意义过点（X2，Y2）过点（X1，Y1）二、吸收的操作线方程操作线:任一点的坐标代表塔内某一截面气相组成Y和液相组成X的关系，操作线位于平衡线上方为吸收，操作线位于平衡线下方为解吸总结:气体吸收操作吸收过程吸收剂用量的确定回忆：吸收的操作线方程吸收操作中，所处理的气体量V，气相初始浓度Y1,吸收剂初始浓度X2，气相最终浓度Y2由工艺决定，若出塔溶液浓度X1已知，则可直接计算出吸收剂的用量L。（V）（Y1）（Y2）一、液气比L/V物理意义：液气比是指吸收剂与惰性气体的物质的量之比，即操作线方程的斜率。任务：联系操作线方程

如图所示，液气比即为AB线的斜率操作线平衡线（X1,Y1)（X2,Y2)一、液气比L/V讨论：V一定（1）吸收剂用量L增大

L/V增大，操作线远离平衡线，吸收的传质推动力增大，吸收速率增大。（吸收速率=系数×推动力）注：操作线过A（X2,Y2）,B（X1,Y1）两点，B点左移，出塔吸收液的浓度减小，吸收推动力增大，但出塔溶液浓度变稀。任务：出塔溶液变稀，吸收剂再生变困难，如何采取措施？一、液气比L/V讨论：V一定（1）吸收剂用量L增大

操作线远离平衡线，B点左移，出塔吸收液的浓度减小，吸收推动力增大，但出塔溶液浓度变稀。若单位时间吸收相同量的溶质气体，设备尺寸可减小，吸收剂再生所需解吸设备操作费用增大（吸收剂用量增大）一、液气比L/V讨论：V一定（2）吸收剂用量L减少L/V减小，操作线靠近平衡线，吸收的传质推动力减小，吸收速率减小。

（吸收速率=系数×推动力）任务：吸收过程变困难，如何采取措施完成吸收任务？注：操作线过A（X2,Y2）,B（X1,Y1）两点，B点右移，出塔吸收液的浓度增大，吸收推动力变小，吸收必将变困难。一、液气比L/V讨论：V一定（2）吸收剂用量L减少

操作线靠近平衡线，B点右移，出塔吸收液的浓度增大，吸收推动力变小，吸收过程变困难。任务：吸收过程变困难，如何采取措施完成吸收任务？若单位时间吸收相同量的溶质气体，增大接触面积或增大接触时间---------所需塔高和塔径增大，设备费用增大。一、液气比L/V讨论：V一定（3）极限

吸收剂用量减小，减小至与平衡线相交，塔底气液相组成达平衡，传质推动力为零。对于塔底来说，吸收速率为零，吸收不再进行。任务：此情况下如何采取措施？回忆：吸收过程传质的推动力

为达到最高组成，完成吸收任务，所需塔内的接触面积无限大，需无限高塔（实际生产无法实现）-------达吸收极限

最小吸收剂用量用Lmin表示。（极限用量）二、最小液气比（L/V）min二、最小液气比（L/V）min二、最小液气比（L/V）min图解法求出：任务：如何确定最小液气比？吸收剂用量最小时对应的液气比，称为最小液气比。

如图所示，A点（X2，Y2），B点（X1，Y1）如图所示，B﹡的坐标？

三、吸收剂用量的确定V值一定

结合以上分析，吸收剂的用量不宜太大，也也不宜太小，要综合考虑操作费用和设备费用，选择合适的液气比，使二者费用之和最小。

一般选择适宜的液气比为最小液气比的1.1-2.0倍。适宜吸收剂用量的确定三、吸收剂实际用量的确定V值一定

结合以上分析，吸收剂的用量不宜太大，也也不宜太小，要综合考虑操作费用和设备费用，选择合适的液气比，使二者费用之和最小。

一般选择适宜的液气比为最小液气比的1.1-2.0倍。适宜吸收剂用量的确定在工业生产中，对实际吸收操作的吸收剂用量的选择、调节和控制主要考虑：（1）液气比应大于最小液气比，但不应过高；（2）喷淋密度不能太小；（3）操作条件发生变化时应及时调整液气比；（4）适宜的液气比应根据经济衡算来确定。三、吸收剂用量的确定应用：吸收剂实际用量的确定例：在填料塔中用洗油吸收煤气中的轻油，塔底送入煤气量中含有惰性气体为42.34kmol/h，压力为107kPa，温度为298K，煤气中含有轻油2%（体积分数）,吸收率为95%，洗油的消耗量为最小用量的1.65倍，已知X2=0,平衡关系为Y*=0.0949X，求洗油的消耗量和出塔液体中轻油的含量。气体吸收操作吸收塔塔径及填料层高度的确定一、填料吸收塔直径的确定引入：吸收操作中，为了达到指定的分离要求，吸收塔必须提供足够的气液相接触面积。填料塔的直径选择直接影响吸收过程效果，要根据具体的吸收分离任务来确定填料塔的塔径。

1、填料吸收塔直径填料吸收塔直径可根据圆形管道内的流量与流速的关系式计算，即：式中D----吸收塔的直径，m；

Vs----混合气体的体积流量，m3/s；u----空塔气速，m/s需要注意：吸收过程中，混合气体从进塔至出塔流量逐渐减小，一般取全塔中气量的最大值，

即以进塔气量计算，计算出的塔径还需按照压力容器公称直径的标准进行圆整。一、填料吸收塔直径的确定2、空塔气速的选取（1）空塔气速：按照空塔截面计算的混合气体的速度（m/s）

其值为0.2-0.3m/s到1-1.5m/s不等------由实验取得。讨论：气体体积流量一定，塔的内径大，空塔气速小，传质阻力大；

减小塔径，可增大空塔气速（气体的流速），减小传质阻力。（2）关键：确定适宜的空塔气速----保证不使塔内发生“液泛”现象。（3）液泛：

①气体流速较低时，气液两相互不干扰；②气体流速过大时，填料层液体量增多，液体下降受阻力增大；③气体流速增大到一定值时，气体对液体的阻力使液体不能顺畅流下，填料层

内部或顶部出现积液，破坏塔的正常操作，此现象称为“液泛”，也称“淹塔”。一、填料吸收塔直径的确定2、空塔气速的选取泛点：出现液泛的操作点，气液接触的塔中达泛点时，液体不能顺畅下流而向上漫

延，并被大量气体带出。------

塔设备操作的极限一、填料吸收塔直径的确定2、空塔气速的选取一般散装填料，空塔气速按下式取值，即对于规整填料，空塔气速按下式取值，即Uf为液泛气速空塔气速须小于液泛速度，一般取u=0.6~0.8uf（液泛速度为空塔气速的上限）二、填料层高度的确定引入：吸收操作中，为了达到指定的分离要求，吸收塔必须提供足够的气液相接触面积。填料塔塔内的填料量或一定直径的塔内填料层的高度将直接影响吸收的效果

1、传质单元数法①传质单元高度：

每个传质单元（即每个填料层）的填料高度，用HOG表示。

填料层高度=传质单元数×传质单元高度传质单元高度越小，表示吸收所需的填料层高度越低，传质效果越好。吸收过程的阻力越大，每个传质单元所对应的填料层高度就越高。（一般0.15-1.5m）传质单元高度：反映了设备效能的高低，与吸收设备的形式及操作条件有关。传质单元：独立的一段填料，即一个独立传质、传热的填料层。二、填料层高度的确定1、传质单元数法②传质单元数：

填料塔中传质单元（即填料层）的数目，用NOG表示。传质单元数：反映了吸收任务的难易。吸收过程的推动力越小，吸收过程难度越大，所需的传质单元数越多。例：（1）反映吸收过程进行的难易程度的因数为（