气体吸收

2 以液膜传质分系数表示吸收速率方程式
NA
DL c总 Z L cBm
ci c (ci c) k L (ci c) 1 kL
N A kL (ci c )
kL——以浓度差为推动力的液膜传质分系数，ms-1；
N A k x ( xi x)
kx——以摩尔分数差为推动力的液膜传质分系数，molm-2s-1；
溶质的平衡分压 p与其在液相中的摩尔分率 x之间存在着如下的 关系：
p*=E· x
式中: p*---------溶质在气相中的平衡分压, Pa； x----------溶质在液相中的摩尔分数 E----------享利系数， Pa
上式表示溶液的组成低于一定数值时溶质的平衡分压与它
在溶液中的摩尔分率成正比。对于理想溶液，亨利常数即为纯 溶质的饱和蒸汽压。亨利常数E值较大表示溶解度较小。一般 E值随温度的升高而增大，常压下压力对E值影响不大。
m
y
m
某吸收过程，气相传质分系数，液相传质分系数, 由此可知方该过程为( )。 (A)液膜控制；(B)气膜控制； (C)气液双膜控制；(D)判断依据不足
积上被吸收的溶质量。表明吸收速率与吸收推动力之间
关系的数学式称为吸收速率方程。 1 以气膜传质分系数表示的吸收速率方程式
NA
Dp总 RTZG pB ,m
p pi ( p pi ) kG ( p pi ) 1 kG
N A kG ( p pi )
kG——以分压差为推动力的气膜传质分系数，molm-2s-1Pa-1；
浓度的差值来表示。
(1) 以（p-p*）表示总推动力 液膜吸收速率方程
N A kL (ci c)
代入
亨利定律： p*=c/H 双膜理论：pi=ci/H
NA=kL H(pi –p*)
气膜吸收速率方程
NA=kG(p-pi) 1 1 N A( ) p p* kG k L H
令
1 1 1 KG kG k L H
下，气体组分的溶解度则随温度的升高而减小。
(2) 在同一温度下，对于不同种类的气体组分，欲得到 相同浓度的溶液，易溶气体仅需控制较低的分压，而
难溶气体则需较高分压。
(3) 加压和降温对吸收操作有利；反之，升温和减压有 利于解吸。
8.2.2 亨利定律
当总压不高（ <5×105Pa ）时，在一定温度下，稀溶液上方
m=E/p总
E=p总m
上式中 p 总 为系统总压， ｍ 值越大，表示溶解度越小。
m是温度和压力的函数， 随着压力增大而减小，随着 温度增大而增大。
(3) 对于低浓度气体吸收，两相的组成通常用物质的量比来表示
液相中溶质的摩尔数 xA XA 液相中溶剂的摩尔数 1 x A
气相中溶质的摩尔数 yA YA 气相中惰性组分的摩尔 数 1 yA
(2)以（c*-c）表示总推动力
1 1 N A( ) p p* kG k L H
1 1 c N A( ) kG kL H H H
c*
H 1 * N A( ) c c kG k L
令
1 H 1 KL kG kL
代入
N A KL c c
*
KL——液相传质系数，m/s
下述说法中错误的是_____。
A. 液体中的扩散系数与压力成正比，与粘度成反比；
B. 气体中的扩散系数与压力成反比，与温度的1.75次方成正比； C. 液体中的扩散系数与温度成正比，与粘度成反比； D. 发生在静止或滞流流体中的扩散属于分子扩散
下述说法中正确的是____。
A. 气相中的扩散系数大于液相中的扩散系数，故物质在气相中的扩
亨利定律的其它形式
(1) 气相用平衡分压 p，液相用物质的量浓度 c 表示
p*= c/H
式中： c——液相中溶质的摩尔浓度, mol· m-3 ;
H——溶解度系数, mol· m-3· Pa-1;
在亨利定律适用的范围内, H是温度的函数,而与p*或c无关。 对于一定的溶质和溶剂，H 值一般随温度升高减小。易溶气体 H值较大，难溶气体H值较小。 m
N A k y y yi
kY——以摩尔分数差为推动力的气膜传质分系数，molm-2s-1；
N A kY Y Yi
kG——以物质的量比差为推动力的气膜传质分系数，molm-2s-1；
三个气膜传质分系数之间的换算
k y p总 kG p总 kG kY 1 Y 1 Yi 当Y值很小时，kY p总 kG
散通量大于在液相中的扩散通量；
B. 气相中的扩散系数小于液相中的扩散系数，故物质在气相中的扩
散通量小于在液相中的扩散通量；
C. 气相中的扩散系数与液相中的扩散系数在数量级上接近，故气液
两相中可达到相同的扩散通量；
D. 气相中的扩散系数大于液相中的扩散系数，但在一定条件下，气
液两相中仍可达到相同的扩散通量。
* *
Ky= KG p总
(4) 以（Y-Y*）表示总推动力
N A KY (Y Y )
*
当吸收质浓度在气相中很小时，Y*和Y都很小，则有
KY ≈ KG p总
(5) 以（x*-x）表示传质总推动力
N A Kx ( x xA )
* A
N A KL c c
*
c
*
c c总 x x
NA=KG(p-p*)
式中 KG——气相传质系数，mol/(m2•s•kPa)
对于易溶气体，H值很大，则有：1/kLH<<1/kG ，此时传 质阻力的绝大部分存在于气膜之中，液膜阻力可以忽略。
1/KG≈ 1/kG
或
KG≈ kG
即气膜阻力控制着整个吸收过程的速率，吸收总推动力的绝 大部分用于克服气膜阻力，此种情况称为 “气膜控制”（gasfilm control）。如：水吸收氨，浓硫酸吸收水蒸气等过程。 对于气膜控制的吸收，要提高总吸收系数，应该加大气相湍 动程度。
对于中等溶解度的气体，气膜阻力和液膜阻力都不可忽略，
要提高总吸收系数，必须同力
N A Ky ( y y )
*
NA=KG(p-p*)
p p p y y
* * 总
N A KG p总 ( y y ) K y ( y y )
H EM m
m——溶液的密度, kg/m3 ； ——溶剂的密度, kg/m3 ；


EM
Mm——溶液的平均分子量, kg/mol M——溶剂的平均分子量, kg/mol
(2) 溶质在液相和气相中的浓度分别用摩尔分率x、y表示
y*=m· x
式中： y*——平衡时溶质在气相中的摩尔分率；
x——溶质在液相中的摩尔分率； m——相平衡常数,无因次。
N A kX ( Xi X )
kX——以物质的量比差为推动力的液膜传质分系数，molm-2s-1；
三个液膜传质分系数之间的换算
k x c总 k L c总 k L kX 1 X 1 X i 当X值很小时，k X c总 k L
3.2 总吸收速率方程
吸收过程的总推动力可采用任何一相的主体浓度与其平衡
在气膜控制的吸收过程，若系统的溶质摩尔分数不变，且亨 利定律适用，压力增加，则KG ，KY 。
在常压塔中用水吸收二氧化碳，k y 和 k x 分别为气 相和液相传质分系数， K y 为气相总传质系数，m 为相平衡常数，则_ _。 A.为气膜控制，且 K y k y B.为液膜控制，且 K y k x C.为气膜控制，且 K y k x D.为液膜控制，且 K k x
*
N A KLc总 (c c) Kx ( x x)
* *
Kx = KLc总
(6) 以（X*-X）表示传质总推动力
液相浓度以X表示，与气相浓度成平衡的液相浓度以Xe表示。
N A KX ( X X )
*
当吸收质浓度在液相中很小时，X*和X都很小，则有
KX ≈ KLc总
难溶气体的吸收过程属于 控制过程，传质总阻力主要集 中在 侧，提高吸收速率的有效措施是提高 相流体 的流速和湍动程度。 根据双膜理论，水吸收空气中NH3的过程属 控制过程； 水吸收空气中CO2的过程属 控制过程；水吸收空气中SO2 的过程属 控制过程 。 用水吸收CO2其气膜阻力 液膜阻力，总传质系数KX 。 液相传质系数kX 。若在水中加入碱，总传质系数KX
第八章
气 体 吸 收
Absorption
8.1 概述
吸收剂S
吸收尾气
混合气体 (溶质A+惰性组分 B)
吸 收 塔
(惰性组分B+少量的溶质)
吸收液 (吸收剂S+溶质A)
吸收操作示意图
8.1.1 气体吸收过程与流程 一、气体吸收过程
气体吸收：在化工生产中，常常会遇到从 其他混合物中分离其中一种或几种组分的 单元操作。 吸收原理：根据混合气体中各组分在某液 体溶剂中的溶解度不同而将气体混合物进 行分离。
8.1.3 吸收剂的选择
对溶质的溶解度大
对溶质有较高的选择性 不易挥发 黏度低，扩散系数大
解析性能好，无毒，经济等
8.2 吸收过程的相平衡关系
气液相平衡关系
液相组成 f 气相组成
溶解度曲线 气液平衡方程（亨利定律）
8.2.1 气体在液体中的溶解度
(1) 在一定温度下，气体组分的溶解度随该组分在气相 中的平衡分压的增大而增大；而在相同平衡分压条件
气体吸收的应用
1）制备某种气体的液态产品。
用水吸收二氧化氮以制备硝酸。 用水吸收甲醛以制备福尔马林溶液。
2）回收混合气体中所需的组分
用硫酸处理焦炉气以回收其中的氨。 用洗油处理焦炉气以回收其中的苯等芳香烃。