气态污染物的吸收法净化
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气态污染物的吸收法净化
概念：吸收法是根据气体混合物中各组分在 液体溶剂中物理溶解度和化学反应活性不同 而将混合物分离的一种方法。
特点：优点：效率高、设备简单、一次投资 相对较低等；缺点：产生废液、设备易受腐 蚀。
分类：
物理吸收
化学吸收
9、1 吸收平衡
9、1、1物理吸收平衡 1、气体组分在液相的吸收
rR
如果化学反应进行得极快，根据A组分与反应物B的扩散
速率不同，会使液相浓度分布出现3种情况：
（1）CBL<CKP时，吸收速率 方程如下
NA
K AG (PAG
a bH A
DBL DAL
CBL )
1、化学吸收过程
（1）化学及收过程：①气相反应物从气相主体通过气膜向气 液相界面传递； ②气相反应物从气液相界面向液相传递； ③反应组分在液膜或液相主体内与反应物相遇发生化学反应； ④反应生成的液相产物向液相主体扩散，留存于液相，若生 成气相产物则向相界面扩散； ⑤气相产物自相界面向气相主
体扩散。(与物理吸收过程有何区别？)
A （气）
A（液）+B（液） M（液） 设溶剂中活性组分的初始浓度为CB0，若平衡转化率为x，则溶
液中组分B的平衡浓度为[B]=CB0（1－x），而生成物M的平衡 浓度为[M]=CB0x，CA=[A]+CB0x，
又 K=[M]/（[A][B]）=x/（[A](1–x)） 又有[A]=HAPA*，代入上式得
NA=DAG/ZG(PAG–PAi)=kAG(PAG–PAi)
NA=DAl/ZL(CAi–CAL)=kAl(CAi–CAL)
CAi=HAPAi
NA=KAG(PAG–PA*)
NA=KAL(CA*–CAL)
其中：
吸收过程速率方程
1/KAG=1/kAG+1/(kALHA), PA*=CAL/HA 1/KAL=1/kAL+HA/kAG,
混合气体
吸收
（可吸收组分） 解吸
吸收剂 （液相）
溶解度：在一定的温度和压力下，吸收过程的
速率和解吸过程的速率相等时气体溶质在液相中 的含量称为该气体的平衡溶解度，在同一系统中 随温度的升高而减小，随压力的增大而增大。
2、享利定律
Pi* = Ei xi
式中： Pi* ——气相组分的分压，Pa； xi——组分溶 液于溶剂中的浓度，摩尔分率； Ei——享利系数， 其大小随物系的特性和温度而异，单位与压力单位 一致，反应了组分在溶剂中的溶解度大小，在温度 和压力一定的情况下对一定的物系为一常数；*— —为平衡状态。
倍。
2、被吸收组分在溶液中离解 A（气）
A（液）
M++N－
则
[源自文库]物理平衡 =HAPA* [A]化学消耗=[M+]=（K[A]物理平衡 ）0.5
CA=[A]物理平衡 +[A]化学消耗 =HAPA*+（KHAPA*） 0.5
例题：例8-1，见教材P141。 3、被吸收组分与溶剂中活性组分作用
（3）应用条件：在系统压力不太高、温度不太低、 溶解气体不与液体起化学反应时，难溶气体、中溶 和易溶气体在液相溶解度较低时可认为遵守享利定 律。
9、1、2有化学反应存在的气液相平衡
设气态污染物A与吸收液中所含组分B，C发生反应：
aA + bB+ cC+ …
mM + nN+ …
气态污染物A在溶液中的转化过程：
（无扩散阻力）
体 气膜 相界面 液膜 液相主体
（气膜阻力（无传质阻力）（液膜阻力）（无扩散阻力）
（3）传质推动力：气膜内传质推动力：PAG－PAi；液膜内传质 推动力：CAi－CAL
PAG 气相主体
气膜 液膜 界面
传质方向
CAL PAL Z0 ZL
液相主体 ZAL
双膜理论模型
2、吸收过程速率
PA*=x/(KHA(1–x)) 若物理溶解量与化学溶解量相比可忽略，令K1=KHA，表征带有
化学反应的气液平衡，得
CA≈xCB0=CB0K1PA*/(1+K1PA*) ＜CB0
9、2 吸收速率
9、2、1物理吸收速率 1、双膜理论（由刘易斯和怀特曼提出） （1）组成：气相主体+气膜+相界面+液膜+液相主体 （2）气体的吸收过程：被吸收组分 气相主
1、被吸收组分A 与溶剂相互作用 A （气）
A（液）+B（溶剂） 由亨利定律
M（液）
[A] 物理平衡=HAPA* 由化学平衡
[A]化学消耗=[M] =K [B][A]物理平衡 故
CA=（1+K[B]）HAPA*
变形后得
PA*= CA /（HA（1+K[B]）） （化学吸收）
Pi*= CA/ HA（物理吸收） 比较上式发现：由于化学反应使溶解度系数增大至（1+K[B]）
动力学控制：传质速率＞＞化学 反应速率
（2）控制步骤 扩散控制：传质速率＜＜化学 反应速率
动力学与扩散同时控制
（3）传质速率 气膜：教材中公式（8-23）
的表示 相界面：亨利定律
29）
液膜（过程稳定时）：费克定律，教材公式（8-
2、极快速不可逆化学反应的吸收过程（扩散控制）
对于典型的气液相反应
aA（气相）+bB（液相）
aA（气）
aA（液） + bB+ cC+ …
mM + nN+ …
气态污染物的总溶解量
CA=[A]物理平衡+[A]化学平衡 其中
[A]物理平衡=HAP*A [A]化学消耗：在达到化学平衡时，根据化学平衡常数K和反应前
后某种反应物浓度的变化可以求出生成物浓度，再由化学反 应方程式即可求出[A]化学消耗。 下面讨论几种特殊情况：
CA*=HAPAG
气膜控制：气膜阻力＞液膜阻力 物理吸收类型
液膜控制：气膜阻力＜液膜阻力 提高过程吸收速率的措施： 1、提高气液相对运动速度，以减小气膜和液膜的厚度； 2、增大供液量，降低液相吸收速度，以增大吸收推动力； 3、增大气液接触面积； 4、选用对吸收质溶解度大的吸收剂。
9、2、2 伴有化学反应的吸收速率
（1）前提：液相为理想溶液、气相为理想气体、溶 液温度高于气体临界温度。
（2）当溶质浓度用摩尔浓度来表示时
Pi*=Ci/Hi 故
Hi=ρL/（MLEi）
式中： Ci——单位体积吸收剂中溶质的摩尔数，kmol/m3； Hi——溶解度系数，kmol/(N.m)； ρL，ML——纯溶剂的密
度（kg/m3）和摩尔质量（kg/kmol）。
概念：吸收法是根据气体混合物中各组分在 液体溶剂中物理溶解度和化学反应活性不同 而将混合物分离的一种方法。
特点：优点：效率高、设备简单、一次投资 相对较低等；缺点：产生废液、设备易受腐 蚀。
分类：
物理吸收
化学吸收
9、1 吸收平衡
9、1、1物理吸收平衡 1、气体组分在液相的吸收
rR
如果化学反应进行得极快，根据A组分与反应物B的扩散
速率不同，会使液相浓度分布出现3种情况：
（1）CBL<CKP时，吸收速率 方程如下
NA
K AG (PAG
a bH A
DBL DAL
CBL )
1、化学吸收过程
（1）化学及收过程：①气相反应物从气相主体通过气膜向气 液相界面传递； ②气相反应物从气液相界面向液相传递； ③反应组分在液膜或液相主体内与反应物相遇发生化学反应； ④反应生成的液相产物向液相主体扩散，留存于液相，若生 成气相产物则向相界面扩散； ⑤气相产物自相界面向气相主
体扩散。(与物理吸收过程有何区别？)
A （气）
A（液）+B（液） M（液） 设溶剂中活性组分的初始浓度为CB0，若平衡转化率为x，则溶
液中组分B的平衡浓度为[B]=CB0（1－x），而生成物M的平衡 浓度为[M]=CB0x，CA=[A]+CB0x，
又 K=[M]/（[A][B]）=x/（[A](1–x)） 又有[A]=HAPA*，代入上式得
NA=DAG/ZG(PAG–PAi)=kAG(PAG–PAi)
NA=DAl/ZL(CAi–CAL)=kAl(CAi–CAL)
CAi=HAPAi
NA=KAG(PAG–PA*)
NA=KAL(CA*–CAL)
其中：
吸收过程速率方程
1/KAG=1/kAG+1/(kALHA), PA*=CAL/HA 1/KAL=1/kAL+HA/kAG,
混合气体
吸收
（可吸收组分） 解吸
吸收剂 （液相）
溶解度：在一定的温度和压力下，吸收过程的
速率和解吸过程的速率相等时气体溶质在液相中 的含量称为该气体的平衡溶解度，在同一系统中 随温度的升高而减小，随压力的增大而增大。
2、享利定律
Pi* = Ei xi
式中： Pi* ——气相组分的分压，Pa； xi——组分溶 液于溶剂中的浓度，摩尔分率； Ei——享利系数， 其大小随物系的特性和温度而异，单位与压力单位 一致，反应了组分在溶剂中的溶解度大小，在温度 和压力一定的情况下对一定的物系为一常数；*— —为平衡状态。
倍。
2、被吸收组分在溶液中离解 A（气）
A（液）
M++N－
则
[源自文库]物理平衡 =HAPA* [A]化学消耗=[M+]=（K[A]物理平衡 ）0.5
CA=[A]物理平衡 +[A]化学消耗 =HAPA*+（KHAPA*） 0.5
例题：例8-1，见教材P141。 3、被吸收组分与溶剂中活性组分作用
（3）应用条件：在系统压力不太高、温度不太低、 溶解气体不与液体起化学反应时，难溶气体、中溶 和易溶气体在液相溶解度较低时可认为遵守享利定 律。
9、1、2有化学反应存在的气液相平衡
设气态污染物A与吸收液中所含组分B，C发生反应：
aA + bB+ cC+ …
mM + nN+ …
气态污染物A在溶液中的转化过程：
（无扩散阻力）
体 气膜 相界面 液膜 液相主体
（气膜阻力（无传质阻力）（液膜阻力）（无扩散阻力）
（3）传质推动力：气膜内传质推动力：PAG－PAi；液膜内传质 推动力：CAi－CAL
PAG 气相主体
气膜 液膜 界面
传质方向
CAL PAL Z0 ZL
液相主体 ZAL
双膜理论模型
2、吸收过程速率
PA*=x/(KHA(1–x)) 若物理溶解量与化学溶解量相比可忽略，令K1=KHA，表征带有
化学反应的气液平衡，得
CA≈xCB0=CB0K1PA*/(1+K1PA*) ＜CB0
9、2 吸收速率
9、2、1物理吸收速率 1、双膜理论（由刘易斯和怀特曼提出） （1）组成：气相主体+气膜+相界面+液膜+液相主体 （2）气体的吸收过程：被吸收组分 气相主
1、被吸收组分A 与溶剂相互作用 A （气）
A（液）+B（溶剂） 由亨利定律
M（液）
[A] 物理平衡=HAPA* 由化学平衡
[A]化学消耗=[M] =K [B][A]物理平衡 故
CA=（1+K[B]）HAPA*
变形后得
PA*= CA /（HA（1+K[B]）） （化学吸收）
Pi*= CA/ HA（物理吸收） 比较上式发现：由于化学反应使溶解度系数增大至（1+K[B]）
动力学控制：传质速率＞＞化学 反应速率
（2）控制步骤 扩散控制：传质速率＜＜化学 反应速率
动力学与扩散同时控制
（3）传质速率 气膜：教材中公式（8-23）
的表示 相界面：亨利定律
29）
液膜（过程稳定时）：费克定律，教材公式（8-
2、极快速不可逆化学反应的吸收过程（扩散控制）
对于典型的气液相反应
aA（气相）+bB（液相）
aA（气）
aA（液） + bB+ cC+ …
mM + nN+ …
气态污染物的总溶解量
CA=[A]物理平衡+[A]化学平衡 其中
[A]物理平衡=HAP*A [A]化学消耗：在达到化学平衡时，根据化学平衡常数K和反应前
后某种反应物浓度的变化可以求出生成物浓度，再由化学反 应方程式即可求出[A]化学消耗。 下面讨论几种特殊情况：
CA*=HAPAG
气膜控制：气膜阻力＞液膜阻力 物理吸收类型
液膜控制：气膜阻力＜液膜阻力 提高过程吸收速率的措施： 1、提高气液相对运动速度，以减小气膜和液膜的厚度； 2、增大供液量，降低液相吸收速度，以增大吸收推动力； 3、增大气液接触面积； 4、选用对吸收质溶解度大的吸收剂。
9、2、2 伴有化学反应的吸收速率
（1）前提：液相为理想溶液、气相为理想气体、溶 液温度高于气体临界温度。
（2）当溶质浓度用摩尔浓度来表示时
Pi*=Ci/Hi 故
Hi=ρL/（MLEi）
式中： Ci——单位体积吸收剂中溶质的摩尔数，kmol/m3； Hi——溶解度系数，kmol/(N.m)； ρL，ML——纯溶剂的密
度（kg/m3）和摩尔质量（kg/kmol）。