化工原理 电子教案 第六章 气体吸收

9.吸收

9.1概述

利用不同组分在溶剂中溶解度的差异，分离气体混合物的过程，称为吸收； 能被溶解的组分——溶质A ； 不能被溶解的组分——惰性组分（载体）B ；

所用溶剂——吸收剂S 。吸收液)(A S +。

一．工业生产中的吸收过程

1．工业上的应用

（1） 原料气的净化：如煤气中的H 2S 除去。

（2） 有用组分的回收：如合成氨厂的放空气中用水回收氨。

（3） 某些产品的制取：将气体中需要的成份以指定的溶剂吸收出来，成为液态的产品或半

成品，如：从含HC ｌ气体中盐酸

(4) 废气的治理：如含SO 2，NO ，NO 2等废气中，要除去这些有害成份。

2．吸收的分类 (1) 按性质划分

物理吸收：溶质不发生明显的化学反应，如水吸收CO 2，SO 2等。

化学吸收：溶质与溶剂或溶液中其它物质进行化学反应。（如用NaOH 吸收 CO 2） (2) 温度是否变化

等温吸收：当溶剂用量很大，温升不明显时 非等温吸收：

(3) 被吸收组分数目分

单组分吸收：只吸收一种组分 多组分吸收

二．吸收过程的极限及方向

极限：气液两相呈平衡状态；

方向或推动力：一相浓度与同另一相浓度呈平衡的该相浓度之差；

比如：溶质A 在气相中的分压为A P ，液相中溶质浓度为A c ，与A c 呈平衡的气相分压为

*

A

P ，则推动力为（*-A A P P ）。

三．吸收的流程

流程说明：

1． 气液流向： ——逆流（推动力大）

2． 多塔吸收：单塔所需太高时，可分解成几个塔串联使用。

3． 加压吸收： 提高总压，可以提高传质推动力，同时提高溶解度，有利于吸收。 4． 脱吸（解吸）过程：吸收的逆过程。

油（A ） 水

四．吸收剂选择及要求

１．具有选择性：对溶质Ａ的溶解度应尽可能大

２．不易挥发性：减少溶剂的损失及避免在气体中引入新的杂质 ３．腐蚀性小：减少设备费和维修费 ４．粘度低：以利于传质及输送

５．毒性小，不易燃，以利于保证安全生产 6．来源丰富，价格低廉，易于再生

五．本章重点及学习方法

本章主要讨论单组分、等温、常压、物理吸收，以掌握基本原理和方法。 本章主要涉及设计型问题的计算以及操作型问题的分析，要注意掌握学习方法，活学活用。

9.2有关吸收的基本理论

一．平衡溶解度

在一定温度下气液两相长期或充分接触后，两相趋于平衡。此时溶质组分在两相中的浓度服从某种确定的关系，即相平衡关系。

气相溶质分压称平衡分压（饱和分压）A P ；液相溶质浓度称平衡浓度（饱和浓度）*

A c ，又称溶解度或极限浓度。对单组分吸收（

B A +），组分数3=

C ，包括A 、B 和S ，相数

2=φ，气液两相，故自由度2+-=φC F =3，即平衡时),,(A A P P T F c =*，P 不太高时

影响小，可以忽略。因此),(A A P T F c =*

，T 一定，)(A A P F c =*或者

)(A A c f P '=*。 通常用溶解度曲线表示相平衡关系。

从以上溶解度曲线可以看出：在相同压力A P 下

***

*>>>2223O CO SO NH c c c c ；

随着温度T 的升高，氧气的溶解度下降，由此可见，加压、降温有利于吸收；升温、

2

O c

2

O P

A P

A c

减压有利于解析。

二．亨利定律

1．当总压不高，在一定温度下，稀溶液上方溶质的平衡分压与其在液相中的浓度之间存在如下关系：

A A Ex P =* （1）

式中： *

A P ——溶质气体在溶液面上方的平衡分压；单位kpa ；

x ——溶质在液相中的摩尔分率 E ——亨利系数；单位kpa

E 越大，说明在相同的液相摩尔分率下，气相的饱和分压越大，即气体的溶解度越小，所以有：易溶气体的E ＜能溶气体的E ＜难溶气体的E 。另外，因为气体的溶解度随温度的升高而降低，所以E 随温度的升高而升高。

2．亨利定律还有另一种表达形式：

A A HP c =* 或者

H c P A

A =

* （2） 其中：H 溶解度系数，[*

A c ]/[A P ]，kpa m kmol ./3。H 越大，说明在相同的气相分

压下，液相的饱和浓度越大，即气体的溶解度越大，所以有：难溶气体的H ＜能溶气

体的H ＜易溶气体的H 。另外，因为气体的溶解度随温度的升高而降低，所以H 随温度的升高而降低。

A P 和*A c ： 气相溶质的分压和与之平衡的液相饱和浓度；

A c 和*A

P ：液相溶质的摩尔浓度和与之平衡的气相饱和分压。

因为（1）式中

c c x A

A =

，将其代入（2）可以得到：

A

A A A x H c H c x H c P ===*

所以

H c E = 式中溶液溶液

M c c c SL A ρ=+= 对于稀溶液：M 可以取溶剂S 的分子量，如对稀NH 3溶液，3

/1000m kg =ρ，

3

/5.55181000

18

m kmol c ==

≈

ρ

3．气液浓度均用摩尔分率表示

A A

mx y =*

或者 m y x A

A =

* m —相平衡常数

由

A A

A Ex H c P ==

*

等式两边同时除以总压P ，可以得到：

A A x P E P P =* 即A A x P E y =* 令P E m =，则有A A mx y =*

*A y 和A x ：气相溶质的摩尔分率和与之平衡的液相饱和摩尔分率； *A x 和A y ：溶质的液相摩尔分率和与之平衡的气相饱和摩尔分率。