氨在水中的溶解度

第五章吸收

吸收：利用各组分溶解度不同而分离气体混

合物的单元操作。

5.1 化工中吸收操作5.1.1 吸收介绍及分类应用：

(1)制取某种气体的溶液如：H 2O ＋NO 2→HNO 3

H 2O ＋HCl →盐酸

H 2O ＋HCHO →福尔马林溶液

(2)分离混合气体以获得一定的组分例：硫酸处理焦炉气以回收其中的氨

洗油处理焦炉气以回收其中的芳烃液态烃处理裂解气以回收其中的乙烯、丙烯(3)环境污染的防治

用碱液吸收以除去锅炉排放废气中的SO 2用丙酮脱除裂解气中的乙炔

吸收与精馏的主要差别：

(1)不能直接得到较纯的溶质组分

(2)液相温度远低于沸点，无显著的气化现象，为单向传质过程吸收过程中涉及三个(类)组分

吸收质(溶质) －能溶解、被吸收的组分惰性组分(载体) －不被吸收的组分吸收剂－吸收操作所用的溶剂吸收了溶质后的溶液为吸收液

吸收：气相中吸收质的实际分压高于与液相成

平衡的吸收质分压，吸收质由气相向液相转移。吸收的逆过程为解吸，用于吸收质与吸收剂分离解吸：气相中吸收质的实际分压低于与液相成平

衡的吸收质分压，吸收质由液相向气相转移。解吸和吸收原理相同，处理方法相同，传质方向不同

⎩⎨

⎧分进入液相

气体中有两个或多个组多组分吸收入液相气体中只有一个组分进单组分吸收 ⎪⎩

⎪

⎨⎧显著的化学反应吸收质和吸收剂之间有化学吸收系度，决定于气液平衡关吸收能否进行及进行限发生显著的化学反应，吸收质和吸收剂之间不物理吸收 分类：

⎪⎩

⎪

⎨⎧<反之高浓度吸收、液相流率视为常数可认为流经吸收塔的气分率均较低溶质在气液两相中摩尔低浓度吸收 0.1)( ⎩⎨

⎧热大液相温度会升高

溶解热效应，化学反应非等温吸收升高不明显量很小，热效应很小或吸收质含等温吸收 T 工业生产中的吸收过程以低浓度吸收为主。

本章主要讨论单组分低浓度的等温物理吸收过程。

洗油脱除煤气中粗苯流程简图

液体

吸收操作分离气体混合物应解决的问题：(1) 选择合适的溶剂(2) 提供适当的传质设备(3) 溶剂的再生

5.1.3 吸收剂的选择

(1) 溶解度吸收剂对溶质组分的溶解度越大，传质推动力越大，吸收速率越快，吸收剂的耗用量越少。

(2) 选择性吸收剂对混合气体中的其它组分溶解度甚微，否则不能实现有效的分离。

(3) 挥发度在操作温度下，吸收剂的蒸汽压要低，即挥发度要小，以减少吸收剂的损失量。

(4) 粘度操作温度下粘度越低，塔内的流动阻力越小，扩散系数越大，有助于传质速率的提高(5) 其它无毒性、无腐蚀性、不易燃易爆、不发泡、冰点低、价廉易得，且化学性质稳定

5.2 气液相平衡关系

吸收操作极限：气液两相达平衡F=C-ϕ+2=3-2+2=3

体系四个变量中，只有3个独立变量

∴T 、P 、气相组成、液相组成四个变量中，有三个为独立变量，另一个为它们的函数当总压P 和温度T 一定时，气相组成只是液相组成的单值函数，此即为平衡关系

吸收过程中，除吸收质外其它气体组分均视为不溶解，则气相中惰性组分量可视为不变，同时由于单向传质，液相吸收剂的量也可视为不变。

∴常用比摩尔分率表示气液相浓度

A

A A

A A A x -1x A X

y -1y A Y ＝

吸收剂物质的量

组分物质的量

液相中＝惰性组分物质的量组分物质的量气相中=

= 5.2.1溶解度曲线

平衡状态下气相中的溶质分压称为平衡分压或饱和分压，液相中的溶质组成称为平衡组成或饱和组成。

气体在液体中的溶解度，就是指气体在液体中的饱和组成。

SO2在水中的溶解度曲线氨在水中的溶解度曲线

稀溶液，c 值很小，可简化为

(3) y ～x 关系

(4) Y ～X 关系

mx

y =*p

E m =

X

X x +=

1Y

Y y +=

1X

X m Y Y +=+11**

S

HM E ρ

=

当溶液组成很低时，(1-m)X<<1，

∴当液相中溶质组成足够低时，平衡关系在Y~X 图中也可近似地表示成一条通过原点的直线，其斜率为m 。

A

A

A X m mX Y )(*

−+=

⇒11A

A mX Y =⇒*

5.2.3 相平衡与吸收过程的关系

（1）由气液相平衡关系判明过程进行方向和限度

a 若p A >液相浓度x A 对应的平衡分压p A *，进行吸收

x A

p A *

p A b 随吸收过程进行，气相中被吸收组分↓，p A

↓，而溶液浓度↑，p A *↑，当p A =p A *时，吸收过程达极限

c 若气相中被吸收组分的分压p A 低于液相浓度x A 对应的平衡分压p A *，即p A

x A

p A =p A *

（2）判明吸收操作的难易程度，并据以选择适宜的吸收剂

T 、P 一定，被溶解气体在气相中平衡分压越小，溶解度越大，气体越易被吸收

E ，m 越大，气体溶解度越小，越难吸收

∴选择吸收剂，需考虑到吸收质与吸收剂构成的物系E 值较小

x A

p A *

(3) 根据气液平衡关系选择操作条件

同一物系T ↑，E 和m ↑，气体溶解度↓∴吸收操作在较低温度下进行有利

溶解热效应大的物系，需在吸收过程中采取冷却措施，提高压力也有利于吸收，但动力消耗及设备强度要求提高∴需权衡设备和操作费用

一般工业用常压吸收，为避免加压吸收，可用化学吸收法解决