分离过程-吸收
化工原理 第六章 吸收
不同的溶质在同一个溶剂中的溶解度不同，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，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。在实际吸收操作过程中，
溶质在气相中的组成是一定的，可以借助于提高操作压力
.
第二节 吸收中的气液相平衡
相平衡关系随物系的性质、温度和压力而异，通常由
实验确定。图6-3是由实验得到的SO2和NH3在水中的溶解度
曲线，也称为相平衡曲线。图中横坐标为溶质组分(SO2、
NH3)在液相中的摩尔分数
x
，纵坐标为溶质组分在气相中
A
的分压 p A 。从图中可见：在相同的温度和分压条件下，
体，该值很小。
2.2注意事项
①亨利定律只适用于稀溶液,如常压下难溶或少溶气体的吸收， 否则就有偏差；
②只适用于与溶剂不发生化学反应的气体的吸收；
③溶解度系数随温度升高而降低,即T↑，H↓；
④应用于较高压强时,如5atm以上，分压应以逸度代替；
⑤为了使用方便,亨利定律可以改写成以下形式:
pA ExA, yA mxA,
图6-4 吸收平衡线
.
第二节 吸收中的气液相平衡
2.相平衡线在吸收过程中的应用 2.1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 则与过液程相反中向溶进质行含，量为成解平吸衡操时作的。组图成6-4Y中A ，的即A点YA 为 Y实A。 际若操出作现点Y,A 若 AY 点A 时位， 于平衡线的上方，则 YA为吸Y A 收过程；若A点在平衡线上,YA=YA*,体 系达平衡，吸收过程停止；当A点位于平衡线的下方时,则YA<YA*,为解 吸过程。 2.2 确定吸收推动力。显然,YA>YA*是吸收进行的必要条件，而差 值 △YA=YA-YA* 则是吸收过程的推动力，差值△YA越大，则吸收速率必 然越大。 2.3同理,若以液相为研究对象,在一定条件下,要让吸收过程能进 行,则液相中溶质的实际组成XA必须小于与实际气相中溶质含量YA成平 衡时的液相组成XA*,即XA<XA*,差值△XA=XA* -XA即为吸收过程的推动力, 该值越大,吸收速率也就越大。否则,过程必为解吸操作。
化工分离过程-吸收
1/ a
∵(CA) 物＞ (CA)化，∴ (PA)物 ＞ (PA)化
TSHY
3.3.2 伴有化学反应的吸收相平衡
1. 被吸收组分与溶剂相互作用
（1）溶质A与溶剂B反应生成M
若其反应关系为：
A(g) HA A(L)+ B(L) Ka M(L)
溶液中A组分的初始浓度 c 0 可写成： c 0 c A cM A A
ˆ f i L 2440 kP a) (
TSHY
解例 3-1
④计算相平衡常数
对于理想溶液， i 1
，则相平衡常数为：
Hale Waihona Puke ˆ yi f i L i 2440 mi G 1.49 ˆ xi 1640 fi
TSHY
3.3.2 伴有化学反应的吸收相平衡
亨利定律不适用化学吸收的相平衡，化 学吸收的气液平衡，既要服从溶解时的 相平衡又要服从化学反应时的相平衡关 系.
吸收是一个分离过程，且分离的是气体混合物，分离的介质是某一 吸收是一个从气相往液相的传质过程。 被吸收的气体通过适当的方法与吸收液分离的过程称为解吸过程， 应用：常用于获得产品、分离气体混合物、净化原料气以及脱除尾气
种液体溶剂称之为吸收剂，被吸收的气体混合物称为溶质。
对吸收液而言，则成为再生。
式中，x0 是在溶液中吸收剂的摩尔分率，x0=1-xi ；Hi 为亨利系数， kPa；A是与温度和压力有关的一个常数。
ˆ fi A 2 ln ln H i (1 x0 ) xi RT
(3-11)
此式适合于任何浓度的电解质溶液和很低浓度的非电解质溶液。
TSHY
3.3.1 物理溶解时的相平衡
化工分离技术-吸收与解析
化工分离技术吸收与解吸操作院系：化工学院班级：晋开订单班指导老师：陈宇组长：李鸿图时间：2015.10吸收与解吸一、吸收解吸原理吸收解吸是石油化工生产过程中较常用的重要单元操作过程。
吸收过程是利用气体混合物中各个组分在液体(吸收剂)中的溶解度不同,来分离气体混合物。
被溶解的组分称为溶质或吸收质,含有溶质的气体称为富气,不被溶解的气体称为贫气或惰性气体。
溶解在吸收剂中的溶质和在气相中的溶质存在溶解平衡,当溶质在吸收剂中达到溶解平衡时,溶质在气相中的分压称为该组分在该吸收剂中的饱和蒸汽压。
当溶质在气相中的分压大于该组分的饱和蒸汽压时,溶质就从气相溶入溶质中,称为吸收过程。
当溶质在气相中的分压小于该组分的饱和蒸汽压时,溶质就从液相逸出到气相中,称为解吸过程。
二、吸收过程的分类由于处理的气体混合物性质不同，所采用的设备不同，吸收可分为许多类。
1.按组分的相对溶解度的大小分类2.按吸收过程有无化学反应分类3.按吸收过程温度变化是否显著分类4.按吸收量的多少分类5.按气、液两相接触方式和采用的设备型式分类。
四、吸收剂的选择吸收操作是气液两相之间的接触传质过程，吸收操作的成功与否在很大程度上决定于吸收剂的性质，特别是吸收剂与气体混合物之间的相平衡关系根据物理化学中有关相平衡的知识可知，评价吸收剂优劣的主要依据应包括以下几点：1.溶解度要大2.选择性要高3.蒸汽压要低4.吸收剂易于再生五、吸收与解吸的应用1.用液体吸收气体获得半成品或成品2.气体混合物的分离3.气体的净化和精制4.废气治理5.多组分解吸5.吸收剂应有较高的化学稳定性6.吸收剂应有较低的粘性7.吸收剂应满足价廉、易得、无毒、不易燃烧等经济和安全条件。
六、吸收与精馏的区别吸收和精馏的主要区别在于：吸收是利用混合物中各组份在吸收剂中溶解度不同而将其分离；精馏是利用混合物中各组份挥发度的不同而进行分离的.精馏过程是不平衡的汽液两相双向传质过程,而吸收则可看做是单方向的扩散过程。
解 吸
解吸
2. 通入惰性气体
其过程为吸收液从解吸塔顶喷淋而下，惰 性气体从解吸塔底进入，由于惰性气体中不含 溶质或含溶质量极少，因而溶质可从液相向气 相转移，最后气体溶质从塔顶带出。通常使用 的惰性气体有空气、氮气、二氧化碳等。根据 工艺要求及分离过程的特点，可选用不同的惰 性气体作
解吸又称脱吸，是使吸收液中的溶质从液相中释 放出来的操作过程。在化工生产中，解吸操作有两个 目的：获得比较纯的气体溶质；使溶剂再生返回到吸 收塔循环使用，使分离过程经济合理。
解吸
解吸是吸收的逆过程，是气体溶质从液相向气相转移的过程。 对逆流方式操作的解吸塔，吸收液从顶部送入，空气、水蒸气或 其他惰性气体从底部通入，解吸出来的溶质气体混于惰性气体中 从塔顶送出，经解吸后的溶液从塔底送出。从吸收液中解吸出来 的气体和惰性气体混合在一起，因此不能取得纯净的溶质气体。 如果用水蒸气解吸不溶于水的物质，则塔顶送出的混合气经冷凝 后分层，可以把溶质分离出来。例如，洗油从焦炉气吸收了苯与 甲苯后形成的溶液，再用水蒸气进行解吸，便可把苯与甲苯从冷 凝器中分离出来。
解吸
3. 降低压力
在加压下吸收所得到的吸收液，当 压力降低时，溶质气体将迅速地自动放 出，此方法称为闪蒸。解吸的程度取决 于解吸操作的压力，如果是常压吸收， 解吸只能在负压条件下进行。
解吸
4. 精馏法
将吸收液通过精馏的方法使 溶质和吸收剂分离，达到既回收 溶质，又得到新鲜的吸收剂循环 使用的目的。
解吸
解吸过程的推动力与吸收过程相反，解吸 时气相溶质组成小于液相中溶质的平衡组成，溶 质才能解吸出来。故解吸的推动力应该是Y*-Y 或X-X*，操作线在平衡线之下，与吸收操作相 反。解吸可用不同的方法来实现，工业常用的解 吸方法如下几种:
第5章吸收-传质与分离过程的基本概念及吸收系数
少倍？
kYa V0.8
气体流量增加20%
8
z HOG NOG
V
HOG KY a
解： (1)回收率变为多少？
NOG
1 1 S
ln1
S Y1
Y2
Y2 Y2
S
原工况下： S m 1.18 0.56 L V 2.1
NOG
1 1 S
ln1
S 1
1
S
1
1 0.56
ln1
0.56
1
1 0.95
11
解：∵
Y1
y1 1 y1
0.05 1 0.05
0.0527
Y2
y2 1 y2
0.0263 1 0.0263
0.00264
X1
61.2 / 58 (1000 61.2)
/ 18
0.02023
X2 0
Y1* 2X1 2 0.02023 0.04046 Y2* 0
∴ ΔY1 Y1 Y1* 0.0527 0.04046 0.01224
解①水的用量：
100/ 32 y1 (11000) / 22.4 0.07
0.07 Y1 1 0.07 0.0753
Y2 Y1(1 ) 0.0753 (1 0.98) 0.00151 X 2 0
5
习题课
X1
0.67
X
* 1
0.67
0.0753 1.15
0.0439
1000
1000
学习目的 与要求
通过本章学习，应掌握吸收的基本概念和吸收过 程的平衡关系与速率关系；掌握低浓度气体吸收的计 算方法；了解传质与分离过程的基本概念及吸收系数 的获取途径、解吸过程的概念。
吸收
此种状况下吸收操作线A*B的斜率称为最小液气比，以(LS/VB)min 表示，相应的吸收剂用量称为最小吸收剂用量，以LSmin表示。
(2)最小液气比的求取
由图解得
(
LS VB
)
min
Y1 Y2
X
* 1
X
2
通用法：图解法
当平衡线为下凹曲线时，X1*可根据Y1由平衡线读出。
下进行吸收操作。 3、吸收剂的挥发度要小，即在操作温度下吸收剂的蒸气
压要小。
另外所选用的吸收剂应尽可能无毒、无腐蚀性、不易燃、 不发泡、价廉易得和具有化学稳定性等。
吸收质
水汽
CO2 CO2 CO2 CO2 SO2 SO2 H2S
可选用吸收剂
浓硫酸
水 碳酸丙烯酯
碱液 乙醇胺 浓硫酸
水 氨水
吸收质
平衡线上方
解吸
气液 平衡
yA＜yA* pA＜pA* YA＜YA* yA=yA* pA=pA* YA=YA*
xA*＜xA cA*＜cA XA＜XA
ΔyA=yA*-yA ΔpA=pA*-pA ΔYA=Y*-Y
ΔxA=xA-xA* ΔcA=cA-cA* ΔXA=XA-XA
平衡线下方
xA*=xA cA*=cA XA=XA
) min
(1)最小液气比的定义
若吸收剂用量减少到恰好使点A移到水平线Y=Y1与平衡线的交点A*时，则 X1* = X1即塔底流出的溶液与刚进塔的混合气体这两相中吸收质浓度是平衡
的，这也是理论上在操作条件下溶液所能达到的最高浓度。但此时的推动 力为零，表示取得一定的吸收效果必须要用无限大的接触面积，显然这是
分离过程知识点
三、名词解释1、分离过程 : 将一混合物转变为组成互不相同的两种或几种产品的那些操作。
2、分离工程: 研究分离过程中分离设备的共性规律，分离与提纯的科学。
3、传统分离过程的绿色化：对过程(如蒸馏、干燥、蒸发等)利用系统工程的方法，充分考虑过程对环境的影响，以环境影响最小(或无影响)为目标，进行过程集成。
4、传质分离过程:一类以质量传递为主要理论基础、用于各种均相混合物分离的单元操作。
可分为平衡分离过程和速率分离过程两大类,遵循物质传递原理。
5、平衡分离过程：大多数扩散分离过程是不相溶的两相趋于平衡的过程，而两相在平衡时具有不同的组成，这些过程称为平衡分离过程。
6、速率控制分离过程::利用溶液中不同组分在某种推动力的作用下，经过某种介质时的传质速率差异而实现分离的过程。
7、泡点温度：是指液体在恒定的外压下，加热至开始出现第一个气泡时的温度。
8、露点温度：在恒压下冷却气体混合物，当气体混合物开始凝聚出第一个液滴时的温度。
9、汽化率：液体汽化所减少的质量占原液体质量的比率。
10、液化率：e=液化量/总加入量=L/F11、分离因子： 表示任一分离过程所达到的分离程度 表示组分i 及j 之间没有被分离 表示组分i 富集于1相，而组分j 富集于2相表示组分i 富集于2相，而组分j 富集于1相12、分离剂 ： 在两种相同的或不同的材料之间、材料与模具之间隔离膜，使二者间不发生粘连，完成操作后易于分离的液剂。
种类为：（1）石膏分离剂（2）树脂分离剂（3）蜡分离剂 （4）其他分离剂如硅油、凡士林等。
13、固有分离因子： αij 称为固有分离因子，也称相对挥发度，它不受分离设备的影响。
14、机械分离过程：分离对象为两相以上的混合物，通过简单的分相就可以分离，而相间并无物质传递发生。
15、膜分离：是利用液体中各组分对膜的渗透速率的差别而实现组分分离的单元操作。
16、关键组分:由设计者指定浓度或提出分离要求的两个组分称为关键组分。
化工原理2012-9 吸收
y+dy x+dx 单位体积填料的有效传质面积a h H dh NAadh=GBdY=LSdX， NA=KY（Y-Y*） y x KYa(Y-Y*) dh= GBdY
四、填料层高度的计算：
∫0Hdh= ∫YaYb(GB/KYa)dY/(Y-Y*)
yb
xb
23
H=(GB/KYa)∫YaYbdY/(Y-Y*) 同理可推出:H= (LS/Kxa)∫XaXbdX/(X*-X)
G,y
Lx
Gb,yb
G、L、y、x----塔中任一截面处的 Lb,xb 气相、液相kmol/h流量和吸收质 摩尔分率。
GB、LS---气相中惰性气体、液相 中吸收剂的kmol/h流量
20
GB=G(1-y), Ls=L(1-x) Y=y/(1-y), X=x/(1-x) GB(Yb-Ya)=Ls(Xb-Xa) 全塔物料衡算:
8
亨利定律：
稀溶液，气体的溶解平衡关系可以表示成过原点 的直线。其函数表达式为： Henry定律： pA*=ExA 溶解关系：cA*=HpA 拉乌尔定律： pA=pA°xA
相平衡关系：y*=mx
E---亨利系数[Pa]； m---相平衡常数；
H---溶解度系数[kmol/（m3kPa）]。
气体越易溶，H越大，E越小；
(Yb-Ya)/(Xb-Xa)=Ls/GB
对虚线方块作物料衡算: GB(Y-Ya)=Ls(X-Xa) Y=(Ls/GB)X+(Ya-LsXa/GB) -----逆流吸收操作线方程
此方程为一直线,斜率=Ls/GB称为液气比
若并流吸收:Y=-(Ls/GB)X+(Ya+LsXa/GB)
并流吸收操作线方程,(直线)
化工分离过程
第四章气体吸收4.3 多组分吸收和解吸的简捷算法要点（1）概念吸收因子；有效吸收因子；解吸因子；有效解吸因子。
（2）简捷算法Horton—Franklin方程普适性；平均吸收因子法；平均有效吸收因子法；平均解吸因子法；平均有效解吸因子法；4.3 多组分吸收和解吸的简捷算法简捷算法常用于过程设计的初始阶段，对吸收操作作粗略分析，其结果亦可作为严格算法的初值。
4.3.1 吸收因子法模型塔介绍：ijij v V V ∑==Ln-1VnLnVn+1nn 板上的总气相摩尔流率Kmol/hn 板上的总液相摩尔流率Kmol/hijij l L L ∑==4.3.1 吸收因子法对n 板i 组分作物料衡算：Ln-1VnLnVn+1n11n n n nl l v v −+−=−（4-15）n 板上组分i的气相摩尔流率n 板上组分i的液相摩尔流率平衡关系为：ni n i x k y ,,)(⋅=即:v l K V L=(/)l L KV v A v=⋅=⋅（4-16）ijij v V V ∑==ijij l L L ∑==移项:定义吸收因子：VK LA ⋅=A 为综合考虑了塔内气液两相流率和平衡关系的一个无因次数。
L/V 大，K 小，A 大，有利于吸收。
4.3.1 吸收因子法注意: A ij 为组分i 在j 板上的吸收因子，简记为A j 。
11n n n nl l v v −+−=−（4-15）可改写为：111n n n n n n A v v A v v −−++=+移项:（4-17）n=1时，（4-18）即：（4-19）n=2时，（4-20）（4-15）把气相流率与吸收因子关联1111n n n n n v A v v A +−−+=+逐板向下直到N 板，得：（4-21）为了消去v N ，做全塔物料衡算：011n n l l v v +−=−011N n n A v l v v +−=−（4-22）（4-23）由于式(4-21)等于式(4-22)，联立得:(4-23)式关联了吸收率，吸收因子和理论板数，称为Horton-Franklin 方程，即：()ij f A N φ=⋅式（4-23）在推导中未作任何假设，是普遍适用的。
化工原理之有关吸收的基本理论
/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*AP ，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。
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。
化工单元操作-传质过程(吸收)
• 2.解吸方法 • 解吸方法有汽提解吸、减压解吸、加热解吸、
加热减压解吸。工程上很少采用单一的解吸方 法，往往是先升温再减压至常压，最后采用汽 提法解吸。 • （1）汽提解吸 也称为载气解吸法。 • 向解吸塔中通入不含溶质的惰性气体或溶剂蒸 气等气体，降压液面上溶质气体的分压，使吸 收剂中溶质气体更完全的解吸出来，常以空气 、氮气、二氧化碳、水蒸气、吸收剂蒸气作为 载气。
经济上：X 2L (1.1 ~ 2.0)Lmin
4、塔内返混
吸收塔内气液两相可因种种原因造成少量流体发生
与主流提方向相反的流动，这一现象称为返混。
传质设备发生返混会使传质推动力下降、效率降低
或填料层高度增加。
5、吸收剂是否再循环
吸收剂再循环会降低吸收推动力，使填料层 高度加大，但当喷淋密度不足以保证填料的 充分润湿时，必须采用溶剂再循环。
• 第五节 解吸和吸收流程
一、基本概念——解吸
• 从吸收液中分离岀已被吸收的气体吸收 质的操作称为解吸。显然，解吸与吸收 是相反的过程。生产中解吸的作用有两 个：一个是把吸收剂中吸收的气体重新 释放出来，获得高纯度的吸收质气体； 另一个是使吸收剂释放了被吸收的气体 ，使吸收剂从新具有吸收作用，再返回 吸收塔循环使用，节约操作费用。
1、液气比
操作线斜率L/V称为液气比，是吸收剂与惰性气体摩 尔流量之比，反映了单位气体处理量的吸收剂消 耗量的大小。
当气体处理量一定时，确定吸收剂用量就是确定液 气比，是一个重要参数。
化工原理第五章吸收(传质理论之一)超详细讲解
被吸收NH3的体积： VNH3＝80*(0.25-0.053) =15.8 m3
传热过程
吸收过程
理论 将对流给热视为壁 实质 附近滞流层的热传
导过程—付立叶定
将吸收视为A穿过相界面附 近滞流双膜的分子扩散过 程—费克定律
At
T
T
t
t
A1 (T tw1 ) A2 (tw2 t )
N
DAC
DgP
RTpBg
A(
Dl (CA CS
CSl
p )
pi) A(Ci C)
作业： P185 7
§5-3 吸收速率
吸收速率决定吸收达到平衡的时间，决定吸收操作的 生产强度，是吸收设备选型和设备设计的重要依据。
一、吸收速率定义：NA= dnA/dτ 对于稳定吸收过程：NA=nA/τ mol(A)/s 吸收过程是物质的相转移过程，通过扩散方式进行。
二、扩散 1、分子扩散：物质以分子热运动方式穿过静止或滞流流 体的传递过程——特点：传递速率慢。 2 、对流扩散：物质以相对运动方式穿过湍流流体的传递 过程——特点：传递速率快。
A(Ci
C) =klA(Ci-C)
kl
DlCT
lCS
所以，可用界面附近气膜中的扩散速率：
NA=kgA(p-pi) 或液膜中的扩散速率：
计算吸收速率。
NA=klA(Ci-C)
作业： P185 12、13
六、吸收速率方程 1 气膜吸收分速率方程
第三章传质分离过程
N A,G
= kG A( pA −
pi ) =
pA − pi 1 kG A
L( A)
N
A,L
=
kL A(ci
−
cA
)
=
ci 1
− cA kLA
L(B)
传质速
率
=
传质推动力 传质阻力
3
2.物质通过双膜的传递过程为稳态过程， 没有积累，即
N A,G = N A, L
N A = kG A( pA − pi ) = kL A(ci − cA )
N A = kG A( p A1 − p A2 )
NA
=
kL A(cA1
−
cA2 ) =
c A1 1
−
cA2
kLA
NA
= kG A( pA1 −
pA2 ) =
pA1 − 1
pA2
kG A
（cA1- cA2）、（pA1- pA2）称为传质推动力
1/kLA、1/kG A 称为传质阻力
传质速
率
=
传质推动力 传质阻力
x, y
苯 — 甲苯物系的 t-x-y 相图(1 atm)
t /oc
t /oc
相图组成：两条曲线：
下方：t-x 线，液相曲线，泡点线 上方：t-y 线，气相曲线，露点线 两线交汇于左右 t 轴上两点：
左点：纯组分B（难挥发组分）的沸点。
x = 0, y = 0
右点：纯组分A（易挥发组分）的沸点。
N ′A
=
NA A
=
−
D dcA dn
传质速度(质量通量):单位时间单位面积传质量
从
N
A
=
吸收操作及工业应用.
第二章吸收第一节概述一、吸收操作及工业应用1、吸收操作在化学工业生产中，常常需要从气体混合物中分离出其中一种或多种组分。
例如，在合成氨工业中，为了净制原料气，用水处理原料气以除去其中的二氧化碳等。
吸收操作就是分离气体混合物的一种方法。
使气体溶解于液体中的操作称为吸收操作。
当气体混合物与适当的液体接触，气体中的一个或几个组分溶解于液体中，而不能溶解的组分仍留在气体中，使气体混合物得到了分离，吸收就是利用气体混合物中各组分在同一液体中的溶解度不同来分离气体混合物的操作。
吸收操作在化工生产中应用很广，有以下几个方面：（1）取溶液作为产品如用水吸收氯化氢气体制成盐酸、用水吸收甲醛蒸气制成40%甲醛溶液（福尔马林）。
（2）分离气体混合物如在合成橡胶工业中用酒精吸收反应气以分离丁二烯和烃类气体、石油化工中用油分离裂解原料气等。
（3）除去气体中的有害物质以净制气体如基本有机合成工业中用吸收操作除去原料气中的氯化氢和二氧化碳等有害物质、合成氨工业中用铜氨液除去原料气中的一氧化碳等。
（4）回收气体混合物中有用的成分如用轻油回收焦炉气中的苯、从烟道气中回收二氧化硫或二氧化碳以制取其它产品等。
这样可以达到综合利用的目的，减少三废，保护环境。
2、工业吸收过程工业吸收多为逆流流程，且多在填料塔内进行。
混合气体从塔底引入吸收塔，在压差作用下向上流动；吸收剂从塔顶引入，在重力作用下向下流动。
吸收剂吸收了吸收质后形成的液体为吸收液或溶液从塔底引出，吸收后剩余的气体为尾气从塔顶引出。
以合成氨气脱二氧化碳为例：溶质：混合气体中，能够显著溶解的组分称为溶或吸收质；惰性组分：不被溶解的组分称为惰性组分（惰气）或载体；吸收剂：吸收操作中所用的溶剂称为吸收剂或溶剂；吸收液：吸收操作中所得到的溶液称为吸收液或溶液，其成分为溶质A和溶剂S；吸收尾气：吸收操作中排出的气体称为吸收尾气，其主要成分是惰性气体B 及残余的溶质A。
由此可见，吸收操作来进行气体混合物的分离时必须解决以下几方面的问题：（1）选择合适的溶剂。
吸收分离操作的基本原理
吸收分离操作的基本原理吸收分离操作的基本原理可以概括为以下几点:一、吸收分离操作的定义吸收分离操作是利用一种物质在两相间不同的溶解度和吸收capacity的原理,将某组分从混合物中吸收过渡到另一相,从而实现分离和纯化的一类化工单元操作。
二、操作原理1. 选择两相,一般为液-液或气-液,其中一相为吸收相,一相为输送相。
2. 输送相中所含的组分在吸收相中具有更高的溶解度。
3. 通过接触和界面传质,该组分从输送相向吸收相过渡。
4. 重复该操作,直至达到所需的分离和纯化效果。
三、主要过程吸收分离操作的主要过程包括:1. 组分在界面处的分子扩散。
2. 组分在两相间的界面吸收。
3. 组分在吸收相内的扩散传质。
4. 组分获吸收和輸送的动态平衡过程。
四、影响因素影响吸收分离效果的主要因素有:1. 两相组分的相互溶解度。
2. 操作温度、压力对平衡的影响。
3. 两相流量比例和停留时间。
4. 接触面积大小和界面renew速率。
5. 两相流态及混合强度等hydrodynamic条件。
五、主要应用吸收分离技术应用于各类化工分离提纯过程,主要应用有:1. 气体混合物的精制分离。
2. 流化床吸收技术。
3. 提取分离精馏过程中的组分纯化。
4. 化学反应的产物分离和提纯。
5. 废气脱硫等环境治理应用。
综上所述,吸收分离是利用物质间相互溶解度差异进行SELECTIVITY分离的重要单元操作,在化学工业中有着广泛的应用。
对其基本原理和影响因素的理解,可以指导工程的设计与优化。
第五章吸收
第五章吸收5．1 概述5．1．1化工生产中的传质过程传质分离过程:利用物系中不同组分的物理性质或化学性质的差异来造成一个两相物系，使其中某一组分或某些组分从一相转移到另一相，即进行相际传质，并由于混合物中各组分在两相间平衡分配不同，则可达到分离的目的。
以传质分离过程为特征的基本单元操作：气体吸收, 液体蒸馏, 固体干燥, 液-液萃取, 结晶, 吸附, 膜分离等。
本章介绍气体吸收。
5．1．2相组成表示法1．质量分数与摩尔分率（质量分数与摩尔分数）质量分数：是指在混合物中某组分的质量占混合物总质量的分率。
摩尔分率：摩尔分率是指在混合物中某组分的摩尔数n A占混合物总摩尔数n的分率。
气相：液相：质量分数与摩尔分率的关系为：＝2．质量比与摩尔比质量比：是指混合物中某组分A的质量与惰性组分B（不参加传质的组分）的质量之比。
摩尔比：是指混合物中某组分A的摩尔数与惰性组分B（不参加传质的组分）的摩尔数之比。
质量分数与质量比的关系为摩尔分率与摩尔比的关系为3．质量浓度与摩尔浓度质量浓度定义为单位体积混合物中某组分的质量。
摩尔浓度是指单位体积混合物中某组分的摩尔数。
质量浓度与质量分数的关系为摩尔浓度与摩尔分率的关系为4．气体的总压与理想气体混合物中组分的分压压力不太高（通常小于500kPa），温度不太低时，总压与某组分的分压之间的关系为摩尔比与分压之间的关系为摩尔浓度与分压之间的关系为5．1．3气体吸收过程吸收操作的依据：是混合物各组分在某种溶剂（吸收剂）中溶解度（或化学反应活性）的差异。
一个完整的吸收分离流程包括吸收和解吸两部分。
能耗主要在解吸过程。
5．1．4气体吸收过程的应用（1）分离混合气体以获得一定的组分或产物；（2）除去有害组分以净化或精制气体；（3）制备某种气体的溶液；（4）工业废气的治理；实际吸收过程往往同时兼有净化和回收等多重目的。
5．1．5吸收剂的选用在选择吸收剂时，应从以下几方面考虑：（1）溶解度；（2）选择性；（3）溶解度对操作条件的敏感性；（4）挥发度；（5）黏性；（6）化学稳定性；（7）腐蚀性；（8）其它等要求。
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xi y 对吸收有利 从操作线来看： yi y 对吸收有利
L y 对吸收有利 V
有利条件 p yi t V xi L
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4.3
多组分吸收计算
1、图解法 2、近似法
平均吸收因子法 有效吸收因子法
3、逐板计算法
4、传质单元法
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4.3 多组分吸收计算
吸收率 '
vN 1 v1 f ( Ai , N ) vN 1
式（4-24）左端是任一组分的吸收率，而右端则包括了各塔板的吸 收因子和理论板数。所以该式关联了吸收率φ 、吸收因子 A 和理论板 数 N 三者的关系，称哈顿-富兰克林(Horton-Franklin)方程。它 实际反映了在吸收操作过程中工艺要求 (吸收率)、操作条件(温度、压 力和液气比)和吸收塔设备要求(理论板数)三者之间的关系。
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一、吸收过程分类 物理吸收 化学吸收 等温吸收 按照过程进行中有无伴随化学反应产生
按照过程进行中有无显著的温度变化
非等温吸收
多组分吸收 单组分吸收
按照过程进行中吸收的组分数
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单组分吸收：若气体吸收过程中只有一个组分在吸收剂 中具有显著的溶解度，其他组分的溶解度均很小的吸收过程。 例如制氧工业中，将空气进行深冷分离之前，用碱液脱除其 中的二氧化碳，以防止二氧化碳在低温下会结成干冰，堵塞设 备和管道使深冷分离操作无法正常进行。 多组分吸收：若气体吸收过程中不止一个组分在吸收剂 中具有显著的溶解度的吸收过程。 例如用油吸收法分离石油裂解气，除氢以外，其他组分都 程度不同地从气相溶解到吸收剂中。
5、关键组分 6、
e Na
1个 1
2个
4
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二、有利条件
吸收作用发生在相接触面之间，因此要提高 吸收效果，必须从增加吸收过程的推动力和相
接触表面积两方面入手。 增大相间接触表面，就是使气、液两相能进 行良好接触，应尽可能地将气、液两相分散。
当组分在气相中的浓度 yi 大于与液 相成平衡的气相浓度y*时，则该组分便 可由气相转入液相，达到吸收的目的。 这时 y-y* 即是吸收过程的推动力。 增大推动力对吸收过程有利。 如何增加推动力？
上式反映的是y—x间的关系，称为操作线方程来自Lnyn 1,i
n 1
VN 1, y N 1,i
LN , x N , i
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3、做梯级图求理论板数
y
（1）由平衡数据或根据 yi K i xi
在直角坐标系中绘出平衡曲线， 如图OE （2）根据操作线方程绘出操作 线，如图AB
B E
（3）在平衡曲线AB和操作线OE
(4-20)
作全塔物料衡算
v1 lN vN 1 l0
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由式（4-20）和上式得
vN 1 v1 vN AN l0 A1 A2 .... AN A2 A3 .... AN ... AN vN 1 vN 1 A1 A2 .... AN A2 A3 .... AN ... AN 1 l0 A2 .... AN A3 A4 ... AN .... AN 1 （4 24） .................... vN 1 A1 A2 .... AN A2 A3 .... AN ... AN 1
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(3) 气体的净化和精制。可分为两种情况
一种是原料的预处理过程：除去在气体继续加工时所 不允许有的杂质， 例如用乙醇胺脱除石油裂解气或天然气 中的硫化氢；用于合成氨生产的氮氢混合气中的 CO2和CO的 净化以及在接触法生产硫酸中二氧化硫的干燥等。 另一种是净化过程：为了排放于大气中的废气。例如: 烟道气除去SO2的净化；液氯冷凝后的废气除去氯气的净化 以及工业放空尾气中的氯化氢等各种有害气体如不脱除而 直接排空，就会污染大气，威胁人民身体健康、腐蚀设备 和建筑物，造成难以估量的损失。
FLGC
(4) 从气体混合物中回收有价值的组分。为了防止有价值 组分的损失并污染环境， 例如对气体中所含的易挥发性溶剂，如醇、酮、醚等
进行回收.
应当指出，对于气体混合物的分离、净化和有价值组 分的回收，除用吸收方法外，还可采用其他方法如深度冷
冻、精馏、吸附等方法，选择哪一种方法为宜，要从技术
经济观点来权衡。 通常当气体处理量较大，提取的组分不 要求很完全时，吸收是最好的方法。
间画阶梯。
O
A x
阶梯数即为理论板数。
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第四章
吸收过程
近似计算法多组分吸收计算
(平均吸收因子法)
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4.3.2 近似计算法
一、φ、A、N的关系 1、吸收因子A 对于多组分混合物的吸收，虽然采用了选择性较好的吸 收剂，但在吸收目的组分的同时，总是程度不同地吸收了一些 其他的组分。因此，宜于针对各个组分通过物料衡算式和相平 衡式的逐板关联来确定吸收塔的端点条件和流率分布。根据理 论板的概念，任一组分离开塔板n的气液两相组成达到平衡， 即 ：yi =Ki xi
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3、物料衡算方程
对于一个具有 N 块理论板的吸收塔，
如右图，对任意第 n 板任一组分的物料 衡算：
vn ln vn 1 ln 1
vn Anvn vn1 An1vn1
将式（4-15）代入消去L得：
vn1 An1vn1 vn (4-16) An 1 v2 A0v0 v2 l0 v1 (4-17) 当 n=1 时： A1 1 A1 1 v3 A1v1 v2 当 n=2 时： A2 1
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v N 1 v1 v N 1 v 0
A
A
N 1 N 1
A 1
(4-26)
上式左端的分子表示气体中某组分通过吸收塔后实
际被吸收的量，分母表示根据平衡关系计算的该组分最 大可能吸收量，所以等式左端表明的是该组分通过吸收 塔的相对吸收率 φ 。 上式表达了吸收率φ 、吸收因子 A 和理论板数 N 三 A 者的关系。 lg 1
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4.2、 吸收的特点及有利条件
一、特点 吸 收 精 馏
1、传质原理
2、传质方向 3、恒摩尔流假设
溶解度
单向 不适合
相对挥发度
g l
双向 适合
g l
设计型：分离要求或回收率2个、回流比、 最适宜的进料位置 4、状态 液相过冷基本不气化 气液相基本处于饱和状态 设计型：吸收率 操作型：精馏段和提馏段理论板数2个、 操作型：理论板数 回流比、再沸器的蒸发率
yi
yi
yi*
xi
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从平衡线来看：
根据享利定律得
yi* Ki xi
从上式可以看出增加操作总压力和降低操作温度均可使Ki 变小，而使 y* 变小，从而使推动力 y-y* 增大。 由上式知
Ki 小的组分，即难挥发组分，易吸收， 在塔底易吸收； Ki 大的组分，即易挥发组分，难吸收， 在塔顶吸收；
Av i i
(4-15)
Ai 称为吸收因子或吸收因数，它是综合考虑了塔内气液 两相流率和组分的相平衡常数关系的一个数群。 物理意义：操作线与平衡线斜率的比值。
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2、吸收率
绝对吸收率
vN 1 v1 vN 1
'
相对吸收率
vN 1 v1 vN 1 v0
(4 27)
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解
吸
溶质从吸收液中释放出来的过程，它是吸收的逆过 程； 工业中进行的吸收过程是根据吸收剂与吸收质的 价值而决定是否需进行解吸； 在伴有不可逆化学反应的吸收中，吸收剂不能用
解吸方法再生，而须用化学方法再生。
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二、吸收过程应用 (1) 用液体吸收气体获得半成品。 例如：用水吸收氯化氢制取盐酸；用水吸收甲醛蒸 气制甲醛溶液；用水吸收丙烯氨氧化反应气中的丙烯腈作为 中间产品等。 (2) 气体混合物的分离。此时所用的吸收剂应有较好的选择 性，且常与解吸过程相结合，用以得到目的产物或回收其中 一些组分。 例如：石油裂解气的油吸收过程，可把碳二以上的组 分与甲烷、氢分开；焦炉气的油吸收以回收苯以及用N-甲基 吡咯烷酮作溶剂，将天然气部分氧化所得裂解气中的乙炔分 离出来等。
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二、平均吸收因子法
1、 φ、A、N 的关系
假定全塔各板的吸收因子A是相同的，即用全塔平均的吸收因子来代替 各板的吸收因子，此时式（4-24）可进一步简化为
vN 1 v1 vN AN l0 AN AN 1 .... A N N 1 vN 1 vN 1 A A .... A 1 l0 AN AN 1 .... A l0 AN AN 1 .... A ........(4 25) N N 1 N 1 N 1 AvN 1 A A .... A 1 AvN 1 A A .... A 1 因 l0 Av0 上式可写为 vN 1 v1 v0 AN 1 A 1 N 1 vN 1 v A 1 N 1 vN 1 v1 AN 1 A 即 N 1 (相对吸收率)............(4 26) vN 1 v0 A 1
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V1
L0
Vn 1 yn 1,i LN xN ,i Ln xn ,i VN 1 y N 1,i 即yn 1,i VN 1 y N 1,i LN xN ,i Ln xn ,i Vn 1 Vn 1
xn ,i
Vn 1
n
假设恒摩尔流 ， 则上式变为 L Vy i Lxi yn 1,i xn ,i V V
式中 xi 、yi ——溶质在液相和气相中的摩尔分数；
Ki——相平衡常数。
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