第五章气体的吸收

5气体的吸收

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境中废气处理等方面，吸收都有广泛的应用。（1）选用适当的液体作溶剂吸收气体中的物质制取液体产品。（2）除去气体混合物中的无用组分或有害成分。（3）从气体混合物中回收有用组分，减少物料损失。（4）工业废气的治理。2023/1/15气体吸收过程的相关概念

吸收过程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。吸收操作的依据：混合物各组分在某溶剂中溶解度的差异。吸收操作所用的溶剂称为吸收剂，被溶解吸收的组分称为吸收质，不被吸收的组分称为惰性组分，分别以S、A、B表示。吸收操作所得的溶液称为吸收液。吸收操作中排出的气体称为吸收尾气。2023/1/15吸收操作流程工业生产中的吸收过程通常包括吸收与解吸两部分。如用洗油回收焦炉煤气中少量的苯，如图所示。2023/1/15吸收剂选择原则：①对吸收质有较大的溶解度；

②对所处理气体必须有较高的选择性；③吸收质在吸收剂中的溶解度随温度的变化有较大的差异，以便吸收剂再生；④蒸气压低；⑤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，与传热时两流体以逆流流动的平均温差最大的原理相同。2023/1/15二、吸收的理论基础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。对于单组分物理吸收过程，其系统的独立组分数C＝3（溶质A、惰性组分B和吸收剂S），相数Φ＝2。根据相律求得自由度F为：

F＝C-Φ

+2＝3-2+2＝3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，即气相组成＝f（液相组成）2023/1/15二、吸收的理论基础1、溶解度曲线在一定温度和总压下，吸收质在吸收剂中溶解，达到饱和。此时，吸收质在气相中的分压称平衡分压，在液相中的组成称平衡浓度，简称溶解度。溶质在气液相平衡状态下的组成关系用曲线形式表示，称溶解度曲线。

2023/1/15由各曲线图可知：pA=f(xA);yA=f(xA);pA=f(cA)由图5-4可知，对于同一种气体，温度T一定时，分压P越大，溶解度越大；对于同一种气体，分压一定时，温度T越高，溶解度越小。由图5-5可知，易溶气体在溶液上方的平衡分压小，即要得到一定浓度溶液，易溶气体所需分压较低。加压和降温对吸收操作有利。2023/1/15

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述：

p*A——溶质A在气相中的平衡分压，Pa；xA——溶质A在液相中的摩尔分数；E——亨利常数，单位与压强单位一致。E值取决于物系的特性及温度；温度T上升，E值增大；E不随总压而变。在同一溶剂中，E值越大的气体越难溶。2亨利定律

2023/1/15cA——液相中溶质A的物质的量浓度，mol/m3H——溶解度系数，单位：mol/m3·Pa或mol/m3·atm。

H是温度的函数，随温度升高而减小，不随压强而变。易溶气体H值大，难溶气体H值小。亨利定律的其他表示形式：用溶质A在溶液中的摩尔浓度和气相中的分压表示的亨利定律：

2023/1/15用摩尔分数表示气液相中溶质的组成的亨利定律：m——相平衡常数，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。

温度升高、总压下降则m值变大

2023/1/15用摩尔比Y和X分别表示气液两相组成的亨利定律

摩尔比定义：

由

2023/1/15当溶液浓度很低时，X≈0，上式简化为：P138例题5-1、5-22023/1/153相平衡与吸收过程的关系2023/1/152023/1/15三、吸收速率方程式

吸收速率：

单位面积，单位时间内吸收的溶质A的摩尔数，用NA表示，单位通常用mol/m2.s。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=传质系数×推动力

1、气膜吸收速率方程式

2023/1/15——气膜吸收系数，mol/(m2.s.Pa)。

也可写成：

当气相组成以摩尔比浓度表示时

—以

表示推动力的气膜吸收系数，mol/(m2.s)。

2023/1/152、液膜吸收速率方程式

—以

为推动力的液膜吸收系数，m/s；

当液相组成以摩尔比浓度表示时

—以

为推动力的液膜吸收系数，mol/(m2.s)。

2023/1/153、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△p为推动力的吸收速率方程

对于稀溶液，气液相平衡关系服从享利定律，即2023/1/15—以

为推动力的气相总吸收系数，mol/(m2.s.Pa)—与液相主体浓度c成平衡的气相分压，Pa。

以液相组成表示总推动力的吸收速率方程式

以△c为推动力的吸收速率方程

—以△c为推动力的液相总吸收系数，m/s

2023/1/15用摩尔比浓度为总推动力的吸收速率方程式适用条件：溶质浓度很低时

以

表示总推动力的总吸收速率方程式—以

为推动力的气相总吸收系数，mol/(m2.s)

以

表示总推动力的吸收速率方程式

—以

为推动力的液相总吸收系数，mol/(m2.s)

2023/1/154、各种吸收系数之间的关系1）总系数与分系数的关系

即总阻力=气膜阻力+液膜阻力

同理

2023/1/155、传质速率方程的分析

1）溶解度很大时的易溶气体（如HCl、氨气等）

——气膜控制当H很大时，

2023/1/152）溶解度很小时的难溶气体（如水吸收氧、二氧化碳等）当H很小时，

2023/1/153）对于溶解度适中的气体吸收过程

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。注意：吸收系数的单位：mol/(m2.s.单位推动力)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吸收速率方程的适用条件各种吸收系数间的关系气膜控制与液膜控制的条件

2023/1/15四、吸收塔的操作线方程

1、操作线方程

对单位时间内进出吸收塔的A的物质量作衡算

——逆流吸收