第八章 吸收技术 制药单元操作技术(教学课件)
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第八章 吸收技术
第一节 吸收的主要任务
来自百度文库
一、吸收操作及其在制药生产中的应用 吸收是分离气体混合物的单元操作。
吸收操作：用适当的液体吸收剂处理气体混合物，利用混合气中各组分在液体溶剂
中溶解度的不同而分离气体混合物 分离的依据：混合气中各组分在液体溶剂中溶解度的不同。
分离的对象：气体混合物。 操作性质：气—液相间的传质过程。（单向）
5
• 二、气液相平衡关系 吸收的相平衡关系，是指气液两相达到平衡时，被吸收的组分（吸收质）在两相中的浓
度关系，即吸收质在吸收剂中的平衡溶解度。 1．气体在液体中的溶解度 平衡状态：在一定压力和温度下，当吸收和解吸速率相等时，气液两相达到平衡。
相平衡关系：吸收过程中气液两相达到平衡时，吸收质在气相和液相中的浓度关系
平衡时溶质在气相中的分压称为平衡分压，用符号
p
A
表示；
溶质在液相中的浓度称为平衡溶解度，简称溶解度；
它们之间的关系称为相平衡关系。 从图中可见：
在相同的温度和分压条件下，
图8-1气体溶解度曲线
不同的溶质在同一个溶剂中的溶解度不同，
6
•
溶解度很大的气体称为易溶气体，溶解度很小的气体称为难溶气体；
同一个物系，在相同温度下，分压越高，则溶解度越大；而分压一定，温度越低，
由表8-1中的数值可知：不同的物系在同一个温度下的亨利系数不同； 当物系一定时，亨利系数随温度升高而增大，温度愈高，溶解度愈小。
所以亨利系数值愈大，气体愈难溶。
在同一溶剂中，难溶气体的 E值很大，而易溶气体的 E值很小。
8
• （2）亨利定律的其他表达形式
①用量浓度表示 若将亨利定律表示成溶质在液相中的量浓度 c A 与其在气相中的分压
则溶解度越大。这表明较高的分压和较低的温度有利于吸收操作。
所以，加压和降温对吸收操作有利。反之，升温和减压则有利于解吸。
对于同样浓度的溶液，易溶气体在溶液上方的气相平衡分压小，
2．亨利定律
难溶气体在溶液上方的平衡分压大。
（1）亨利定律 在一定温度下，对于稀溶液，在气体总压不高（≯500kpa）的情况下，
值（E×10-6/kPa）
气体
E
CO2 SO2 NH3
温度/K
273
0.0737 0.00167 0.000208
283
0.106 0.00245 0.000240
293
0.144 0.00355 0.000277
303
0.188 0.00485 0.000321
313
0.236 0.00660 -
YA 1YA
m XA 1 XA
整理，得
YA
mXA 1(1m)XA
当溶液很稀时，X A 必然很小，上式分母中 (1m)XA 一项可忽略不计，
因此上式可简化为
YA mXA
10
• （3）吸收平衡线 表明吸收过程中气、液相平衡关系的图线称吸收平衡线。在吸收操 作中，通常用 YX 图来表示。
（4）相平衡在吸收过程中的应用
p A 之间的关系，则可写成如下形式，即：
式中
p
* A
cA H
H——溶解度系数，kmol/(m3．Pa)。由实验测定，其值随温度的升高而减小。
H值的大小反映气体溶解的难易程度，对于易溶气体，H 值很大；对于难溶气体，H
值 很小。
溶解度系数 H与亨利系数 E的关系如下：
式中 剂 ——溶剂的密度，kg/m3；
传质方向与流体的流动方向相垂直的转移，导致物质从高浓度处向低浓度处传递，这种传质
方式称为分子扩散。分子扩散只是由于分子热运动的结果，扩散的推动力是浓度差，扩散速 率主要决定于扩散物质和静止流体的温度及某些物理性质。
（2）涡流扩散 在湍流主体中，凭借流体质点的湍动和漩涡进行物质传递的现象，称为
涡流扩散。若将一勺砂糖放入杯水之中，用勺搅动，则将甜的更快更均，那便是涡流扩散的 效果了。涡流扩散速率比分子扩散速率大得多，涡流扩散速率主要决定于流体的流动形态。
A
mA V
A 式中 A ——混合物中
组分的质量浓度，㎏/m3；
V ——混合物的总体积，m3。
物质的量浓度是单位体积混合物内所含物质的量（用千摩尔数表示）。对于气体混合物，
在压强不太高、温度不太低的情况下，可视为理想气体，则 A 组分，有
cA
nA V
= pA RT
c 式中 A ——混合物中 A 组分的物质的量浓度，kmol/m3。
吸收质在液相中的浓度与其在气相中的平衡分压成正比：
pA ExA
式中
p
A
——溶质
A在气相中的平衡分压，kPa；
x A ——溶质 A 在溶液中的摩尔分数；
E ——亨利系数，其单位与压力单位一致。
7
• 亨利系数的数值可由实验测得，表8-1列出了某些气体水溶液的亨利系数值。
表8-1某些气体水溶液的亨利系数
H 剂 EM 剂
M 剂 ——溶剂的千摩尔质量，kg/kmol。
9
• ②用摩尔分数表示 如果气相中吸收质浓度用摩尔分数 y A 表示,
yA
E p xA
mxA
式中m 称为相平衡常数，它与亨利系数 E 之间的关系为 mE p 。由上式可以看出，
m 值越大，表明该气体的溶解度越小。
③用比摩尔分数表示 如果气液两相组成均以比摩尔分数表示时，
吸收质（溶质）——可溶组分（A）；
吸收尾气 溶剂
惰性气（载体）——不被吸收的组分（B）
混合气
吸收剂（溶剂）——吸收操作中所用的液体（S）；
吸收液
1
B • 组分。在吸收中，B 组分是指吸收剂或惰性气，A 组分是指吸收质。
2．质量浓度与物质的量浓度
质量浓度是指单位体积混合物内所含物质的质量。对于 组A分,有
图8-2吸收平衡线
①判断吸收能否进行。由于溶解平衡是吸收进行的极限，所以，在一定温度下，吸收若
能进行，则气相中溶质的实际组成Y A 必须大于与液相中溶质含量成平衡时的组成 Y A
，即 Y A ﹥Y A 。若出现 Y A ﹤Y A 时，则过程反向进行，为解吸操作。
② 确定吸收推动力。显然，Y A ﹥ Y A 是吸收进行的必要条件，而差值 YAYAYA 则是吸收过程的推动力，差值越大，吸收速率越大。
11
1．传质的基本方式
三、吸收机理
吸收过程是溶质从气相转移到液相的质量传递过程。由于溶质从气相转移到液相是通过
扩散进行的，因此传质过程也称为扩散过程。扩散的基本方式有两种：分子扩散及涡流扩散，
而实际传质操作中多为对流扩散。
（1）分子扩散 物质以分子运动的方式通过静止流体的转移，或物质通过层流流体，且
第八章 吸收技术
第一节 吸收的主要任务
来自百度文库
一、吸收操作及其在制药生产中的应用 吸收是分离气体混合物的单元操作。
吸收操作：用适当的液体吸收剂处理气体混合物，利用混合气中各组分在液体溶剂
中溶解度的不同而分离气体混合物 分离的依据：混合气中各组分在液体溶剂中溶解度的不同。
分离的对象：气体混合物。 操作性质：气—液相间的传质过程。（单向）
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• 二、气液相平衡关系 吸收的相平衡关系，是指气液两相达到平衡时，被吸收的组分（吸收质）在两相中的浓
度关系，即吸收质在吸收剂中的平衡溶解度。 1．气体在液体中的溶解度 平衡状态：在一定压力和温度下，当吸收和解吸速率相等时，气液两相达到平衡。
相平衡关系：吸收过程中气液两相达到平衡时，吸收质在气相和液相中的浓度关系
平衡时溶质在气相中的分压称为平衡分压，用符号
p
A
表示；
溶质在液相中的浓度称为平衡溶解度，简称溶解度；
它们之间的关系称为相平衡关系。 从图中可见：
在相同的温度和分压条件下，
图8-1气体溶解度曲线
不同的溶质在同一个溶剂中的溶解度不同，
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溶解度很大的气体称为易溶气体，溶解度很小的气体称为难溶气体；
同一个物系，在相同温度下，分压越高，则溶解度越大；而分压一定，温度越低，
由表8-1中的数值可知：不同的物系在同一个温度下的亨利系数不同； 当物系一定时，亨利系数随温度升高而增大，温度愈高，溶解度愈小。
所以亨利系数值愈大，气体愈难溶。
在同一溶剂中，难溶气体的 E值很大，而易溶气体的 E值很小。
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• （2）亨利定律的其他表达形式
①用量浓度表示 若将亨利定律表示成溶质在液相中的量浓度 c A 与其在气相中的分压
则溶解度越大。这表明较高的分压和较低的温度有利于吸收操作。
所以，加压和降温对吸收操作有利。反之，升温和减压则有利于解吸。
对于同样浓度的溶液，易溶气体在溶液上方的气相平衡分压小，
2．亨利定律
难溶气体在溶液上方的平衡分压大。
（1）亨利定律 在一定温度下，对于稀溶液，在气体总压不高（≯500kpa）的情况下，
值（E×10-6/kPa）
气体
E
CO2 SO2 NH3
温度/K
273
0.0737 0.00167 0.000208
283
0.106 0.00245 0.000240
293
0.144 0.00355 0.000277
303
0.188 0.00485 0.000321
313
0.236 0.00660 -
YA 1YA
m XA 1 XA
整理，得
YA
mXA 1(1m)XA
当溶液很稀时，X A 必然很小，上式分母中 (1m)XA 一项可忽略不计，
因此上式可简化为
YA mXA
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• （3）吸收平衡线 表明吸收过程中气、液相平衡关系的图线称吸收平衡线。在吸收操 作中，通常用 YX 图来表示。
（4）相平衡在吸收过程中的应用
p A 之间的关系，则可写成如下形式，即：
式中
p
* A
cA H
H——溶解度系数，kmol/(m3．Pa)。由实验测定，其值随温度的升高而减小。
H值的大小反映气体溶解的难易程度，对于易溶气体，H 值很大；对于难溶气体，H
值 很小。
溶解度系数 H与亨利系数 E的关系如下：
式中 剂 ——溶剂的密度，kg/m3；
传质方向与流体的流动方向相垂直的转移，导致物质从高浓度处向低浓度处传递，这种传质
方式称为分子扩散。分子扩散只是由于分子热运动的结果，扩散的推动力是浓度差，扩散速 率主要决定于扩散物质和静止流体的温度及某些物理性质。
（2）涡流扩散 在湍流主体中，凭借流体质点的湍动和漩涡进行物质传递的现象，称为
涡流扩散。若将一勺砂糖放入杯水之中，用勺搅动，则将甜的更快更均，那便是涡流扩散的 效果了。涡流扩散速率比分子扩散速率大得多，涡流扩散速率主要决定于流体的流动形态。
A
mA V
A 式中 A ——混合物中
组分的质量浓度，㎏/m3；
V ——混合物的总体积，m3。
物质的量浓度是单位体积混合物内所含物质的量（用千摩尔数表示）。对于气体混合物，
在压强不太高、温度不太低的情况下，可视为理想气体，则 A 组分，有
cA
nA V
= pA RT
c 式中 A ——混合物中 A 组分的物质的量浓度，kmol/m3。
吸收质在液相中的浓度与其在气相中的平衡分压成正比：
pA ExA
式中
p
A
——溶质
A在气相中的平衡分压，kPa；
x A ——溶质 A 在溶液中的摩尔分数；
E ——亨利系数，其单位与压力单位一致。
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• 亨利系数的数值可由实验测得，表8-1列出了某些气体水溶液的亨利系数值。
表8-1某些气体水溶液的亨利系数
H 剂 EM 剂
M 剂 ——溶剂的千摩尔质量，kg/kmol。
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• ②用摩尔分数表示 如果气相中吸收质浓度用摩尔分数 y A 表示,
yA
E p xA
mxA
式中m 称为相平衡常数，它与亨利系数 E 之间的关系为 mE p 。由上式可以看出，
m 值越大，表明该气体的溶解度越小。
③用比摩尔分数表示 如果气液两相组成均以比摩尔分数表示时，
吸收质（溶质）——可溶组分（A）；
吸收尾气 溶剂
惰性气（载体）——不被吸收的组分（B）
混合气
吸收剂（溶剂）——吸收操作中所用的液体（S）；
吸收液
1
B • 组分。在吸收中，B 组分是指吸收剂或惰性气，A 组分是指吸收质。
2．质量浓度与物质的量浓度
质量浓度是指单位体积混合物内所含物质的质量。对于 组A分,有
图8-2吸收平衡线
①判断吸收能否进行。由于溶解平衡是吸收进行的极限，所以，在一定温度下，吸收若
能进行，则气相中溶质的实际组成Y A 必须大于与液相中溶质含量成平衡时的组成 Y A
，即 Y A ﹥Y A 。若出现 Y A ﹤Y A 时，则过程反向进行，为解吸操作。
② 确定吸收推动力。显然，Y A ﹥ Y A 是吸收进行的必要条件，而差值 YAYAYA 则是吸收过程的推动力，差值越大，吸收速率越大。
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1．传质的基本方式
三、吸收机理
吸收过程是溶质从气相转移到液相的质量传递过程。由于溶质从气相转移到液相是通过
扩散进行的，因此传质过程也称为扩散过程。扩散的基本方式有两种：分子扩散及涡流扩散，
而实际传质操作中多为对流扩散。
（1）分子扩散 物质以分子运动的方式通过静止流体的转移，或物质通过层流流体，且