5吸收系数
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2.4 吸收系数
吸收系数是反映吸收过程物系及设备传质动力学特性的 参数，是设计计算的基本数据，其大小主要受物系的性 质、操作条件及设备结构等三方面的影响。由于影响因 素十分复杂，目前还无通用的计算方法和计算公式。一 般是针对具体的物系，在一定的操作条件和设备条件下
进行实验，将实验数据整理成相应的经验公式或准数关
故需较高的填料层或较多的理论板层数。
非等温吸收采用近似处理方法：假定所有释放出得热量均被 液体吸收，即忽略气体得温度变化及其它热损失。据此推算 出液体浓度与温度的对应关系，从而得到非等温吸收下的平 衡曲线。
2.6.3 非等温吸收
当吸收得热效应很大，必须设法排除热量，以控制吸收过程 得温度。通常采取的措施有：
目的在于提供与吸收液不相平衡的气相，使其与由塔顶 喷淋而下的吸收液进行逆流接触。这样在解吸推动力的 作用下，溶质将不断由液相传递至气相，塔底得到较纯 净的溶剂，塔顶则得到溶质组分与惰性气体或者蒸汽的
混合物。
采用惰性气体 ( 空气、 N2 、 CO2 等 ) 的解吸过程，适用于脱
Leabharlann Baidu
除少量溶质以回收溶剂，一般难以同时得到纯净的溶质组
分。采用蒸汽的解吸过程，若溶质不溶于水，则可用冷凝 的方法将塔顶混合气体冷凝而分离出水层的办法，得到纯 净的溶质组分。 吸收操作的设备同样适用于解吸操作，而且吸收过程的理
论与计算方法亦适用于解吸。在解吸过程，由于溶质在液
相中的实际浓度总是大于与气相成平衡的浓度，因而解吸 的操作线位于平衡线的下方，即其推动力为吸收过程推动 力的相反值。所以需将吸收速率的方程式中推动力的前后 项调换，计算公式便可用于解吸。
②加快吸收速率，设备容积，设备投资费；
③反应增加了溶质在液相中的溶解度，吸收剂用 ④反应降低了溶质在气相中的平衡分压，可较彻 底地除去气相中很少量的有害气体。
缺点：解吸困难，解吸能耗。若反应为不可逆，反应剂 不能循环使用，用途就大受限制。
联式，供计算时使用。
2.4.1 吸收系数的测定 吸收系数的测定是采用与生产条件相近的吸收塔以及操 作条件下进行，这种测定方法依据全塔内的吸收速率方 程式进行，因而得到的吸收系数值实际是全塔的平均值。
例如当吸收过程在所涉及的浓度范围内平衡关系为直线
时，只要测定出气液两相流量及其浓度组成，便可根据 填料层高度的计算公式得到平均的总体积吸收系数Kya 。
2 3
1 3
1 3
2 1 1 CD 3 3 OR k L 0.00595 (ReL ) ( ScL ) ( Ga ) 3 cSm l
4、各种吸收系数之间的关系
1）总系数与分系数的关系
由亨利定律：
分别为总阻力、气膜阻力和液膜阻力
即总阻力=气膜阻力+液膜阻力 同理
在溶质浓度很低时
2）总系数间的关系 a）气相总吸收系数间的关系
2.5.2 高组成气体吸收
当混合气体中溶质含量大于 10%以上时，而且被吸收的 数量又较多，称为高组成气体的吸收。与低组成气体相 1 气液两相流量沿塔高显著发生变化，因而操作线方程 式和吸收速率方程式中的组成采用摩尔分率表示。 2 吸收过程伴有显著的热效应，使液体温度升高，为非 等温吸收过程。液体的升温使溶质溶解度降低，将直接 影响气液平衡关系。
常压下用水吸收 CO2：k L a 2.57U 0.96
式中符号含义及适用条件见教材P131~132。
2.4.3 吸收系数的准数关联式 对吸收过程进行理论分析，将影响因素归纳为几个准数。 然后进行实验，确定准数之间的函数关系，从而得到相 应的准数关联式，使用时注意应用条件和范围。 1.传质过程中常用的4 ①施伍德(Sherwood)准数Sh 它包含待求的吸收膜系数，为反映吸收过程进行难易程 度的准数。 RTpBm l 气相：ShG kG P D c l 液相：ShG kG Sm C D
当溶质在气相中的浓度很低时
b）液相总传质系数间的关系
c）气相总吸收系数与液相总吸收系数的关系
3）各种分系数间的关系
5、传质速率方程的分析
1）溶解度很大时的易溶气体
——气膜控制
气膜控制 例：水吸收氨或HCl气体
液膜控制
例：水吸收氧、CO2
2）溶解度很小时的难溶气体
当H很小时， ——液膜控制
3）对于溶解度适中的气体吸收过程
气膜阻力和液膜阻力均不可忽略，要提高过程速率，必
须兼顾气液两端阻力的降低。
2.5 其它吸收与解吸
2.5.1 解吸 使溶解于液相中的溶质组分释放出来的操作称为解吸 (或 脱吸)，它是吸收的逆过程。通常解吸操作既可获得较纯 净的溶质组分，又可使吸收剂得以再生，循环使用。解
吸操作方法一般是在解吸塔底通入某种情性气体或蒸汽，
V ( Y1 Y2 ) KY a ZYm
2.4.2 吸收系数的经验公式 吸收系数的经验公式是根据特定系统及一定条件下的实 验数据整理而来，因而运用范围较窄。 某些体积吸收系数经验公式如下。
用水吸收氨： 用水吸收SO2 ：
kG a 6.07 104 G 0.9W 0.39 kG a 9.8110 4 G 0.7W 0.25
施密特(Schmidt)准数Sc 它反映物性对吸收过程影响的准数。
ScG ScL D
③雷诺(Reynolds)准数Re 反映流体流动时湍动程度的准数。 d e u0 4W 气相： ReG 液相：ReL
L
④伽利略(Gallilio)准数Ga 反映液体受重力作用而沿填料表面向下流动时，所受重 力与粘滞力相对关系的准数
3 传质系数受气速和漂流因数的影响较大，不能再视为 常量。
因而高组成气体吸收的计算相当复杂，必须同时联立物 料衡算式、热量衡算式、传质速率方程式和相平衡方程 式，通过数值计算方法求解。
2.6.3 非等温吸收
气体吸收过程中，因溶解热、反应热得存在，使得液相温度 随组成得升高而升高，称为非等温吸收。 对吸收过程得影响： 气体的溶解度减小 吸收的推动力减小
在吸收塔内装置冷却元件。如板式塔可以在塔板上安全冷却
蛇管或在板间设置冷却器； 引出吸收剂到外部进行冷却； 采用边吸收边冷却得吸收装置； 采用大得喷淋密度。
2.5.4 多组分吸收
气体混合物中若有两个或两个以上的组分同时被吸收的操 作，称为多组分吸收。 如用液态烃吸收石油裂解气中的 C2 、 C3 、 C4 等烃类使之 与H2、CH4分离；用洗油吸收焦炉气中的苯、甲苯、二甲 苯蒸汽回收粗苯都为典型的多组分吸收。 多组分吸收中，由于其它组分的存在使得各溶质在气液两 相中的平衡关系、扩散系数等有所改变，因而其计算较单 组分复杂。但是，对于某些溶剂用量很大的低组成气体吸 收，所得稀溶液的平衡关系可认为服从亨利定律，而且各 组分的平衡关系互不影响，因而可分别对各溶质组分予以 单独考虑。 在进出吸收塔的气体中，各组分组成都不相同，因而每一 溶质组分都有自己的操作线方程式及相应的操作线，但因 液气比L/V为常数，所以各操作线相互平行。
2.5.5 化学吸收
化学吸收通常指溶质气体A溶于溶液后，即与溶液中不挥 发的反应剂B组分进行化学反应的过程： 这是一种传质与反应同时进行的过程。由于在吸 收的同时液相伴有化学变化，使其中的溶质转化为反应 产物，因而具有下述几个主要的优点： 优点：①化学反应提高了吸收的选择性；
量；
Ga
2 gl3 L 2 L
2.计算气膜吸收系数的准数关联式
Sh (Re ) ( Sc ) G G G
OR kG
PD (Re ) ( Sc ) G G RTpBml
3.计算液膜吸收系数的准数关联式
ShL 0.00595 (ReL ) ( ScL ) ( Ga )
吸收系数是反映吸收过程物系及设备传质动力学特性的 参数，是设计计算的基本数据，其大小主要受物系的性 质、操作条件及设备结构等三方面的影响。由于影响因 素十分复杂，目前还无通用的计算方法和计算公式。一 般是针对具体的物系，在一定的操作条件和设备条件下
进行实验，将实验数据整理成相应的经验公式或准数关
故需较高的填料层或较多的理论板层数。
非等温吸收采用近似处理方法：假定所有释放出得热量均被 液体吸收，即忽略气体得温度变化及其它热损失。据此推算 出液体浓度与温度的对应关系，从而得到非等温吸收下的平 衡曲线。
2.6.3 非等温吸收
当吸收得热效应很大，必须设法排除热量，以控制吸收过程 得温度。通常采取的措施有：
目的在于提供与吸收液不相平衡的气相，使其与由塔顶 喷淋而下的吸收液进行逆流接触。这样在解吸推动力的 作用下，溶质将不断由液相传递至气相，塔底得到较纯 净的溶剂，塔顶则得到溶质组分与惰性气体或者蒸汽的
混合物。
采用惰性气体 ( 空气、 N2 、 CO2 等 ) 的解吸过程，适用于脱
Leabharlann Baidu
除少量溶质以回收溶剂，一般难以同时得到纯净的溶质组
分。采用蒸汽的解吸过程，若溶质不溶于水，则可用冷凝 的方法将塔顶混合气体冷凝而分离出水层的办法，得到纯 净的溶质组分。 吸收操作的设备同样适用于解吸操作，而且吸收过程的理
论与计算方法亦适用于解吸。在解吸过程，由于溶质在液
相中的实际浓度总是大于与气相成平衡的浓度，因而解吸 的操作线位于平衡线的下方，即其推动力为吸收过程推动 力的相反值。所以需将吸收速率的方程式中推动力的前后 项调换，计算公式便可用于解吸。
②加快吸收速率，设备容积，设备投资费；
③反应增加了溶质在液相中的溶解度，吸收剂用 ④反应降低了溶质在气相中的平衡分压，可较彻 底地除去气相中很少量的有害气体。
缺点：解吸困难，解吸能耗。若反应为不可逆，反应剂 不能循环使用，用途就大受限制。
联式，供计算时使用。
2.4.1 吸收系数的测定 吸收系数的测定是采用与生产条件相近的吸收塔以及操 作条件下进行，这种测定方法依据全塔内的吸收速率方 程式进行，因而得到的吸收系数值实际是全塔的平均值。
例如当吸收过程在所涉及的浓度范围内平衡关系为直线
时，只要测定出气液两相流量及其浓度组成，便可根据 填料层高度的计算公式得到平均的总体积吸收系数Kya 。
2 3
1 3
1 3
2 1 1 CD 3 3 OR k L 0.00595 (ReL ) ( ScL ) ( Ga ) 3 cSm l
4、各种吸收系数之间的关系
1）总系数与分系数的关系
由亨利定律：
分别为总阻力、气膜阻力和液膜阻力
即总阻力=气膜阻力+液膜阻力 同理
在溶质浓度很低时
2）总系数间的关系 a）气相总吸收系数间的关系
2.5.2 高组成气体吸收
当混合气体中溶质含量大于 10%以上时，而且被吸收的 数量又较多，称为高组成气体的吸收。与低组成气体相 1 气液两相流量沿塔高显著发生变化，因而操作线方程 式和吸收速率方程式中的组成采用摩尔分率表示。 2 吸收过程伴有显著的热效应，使液体温度升高，为非 等温吸收过程。液体的升温使溶质溶解度降低，将直接 影响气液平衡关系。
常压下用水吸收 CO2：k L a 2.57U 0.96
式中符号含义及适用条件见教材P131~132。
2.4.3 吸收系数的准数关联式 对吸收过程进行理论分析，将影响因素归纳为几个准数。 然后进行实验，确定准数之间的函数关系，从而得到相 应的准数关联式，使用时注意应用条件和范围。 1.传质过程中常用的4 ①施伍德(Sherwood)准数Sh 它包含待求的吸收膜系数，为反映吸收过程进行难易程 度的准数。 RTpBm l 气相：ShG kG P D c l 液相：ShG kG Sm C D
当溶质在气相中的浓度很低时
b）液相总传质系数间的关系
c）气相总吸收系数与液相总吸收系数的关系
3）各种分系数间的关系
5、传质速率方程的分析
1）溶解度很大时的易溶气体
——气膜控制
气膜控制 例：水吸收氨或HCl气体
液膜控制
例：水吸收氧、CO2
2）溶解度很小时的难溶气体
当H很小时， ——液膜控制
3）对于溶解度适中的气体吸收过程
气膜阻力和液膜阻力均不可忽略，要提高过程速率，必
须兼顾气液两端阻力的降低。
2.5 其它吸收与解吸
2.5.1 解吸 使溶解于液相中的溶质组分释放出来的操作称为解吸 (或 脱吸)，它是吸收的逆过程。通常解吸操作既可获得较纯 净的溶质组分，又可使吸收剂得以再生，循环使用。解
吸操作方法一般是在解吸塔底通入某种情性气体或蒸汽，
V ( Y1 Y2 ) KY a ZYm
2.4.2 吸收系数的经验公式 吸收系数的经验公式是根据特定系统及一定条件下的实 验数据整理而来，因而运用范围较窄。 某些体积吸收系数经验公式如下。
用水吸收氨： 用水吸收SO2 ：
kG a 6.07 104 G 0.9W 0.39 kG a 9.8110 4 G 0.7W 0.25
施密特(Schmidt)准数Sc 它反映物性对吸收过程影响的准数。
ScG ScL D
③雷诺(Reynolds)准数Re 反映流体流动时湍动程度的准数。 d e u0 4W 气相： ReG 液相：ReL
L
④伽利略(Gallilio)准数Ga 反映液体受重力作用而沿填料表面向下流动时，所受重 力与粘滞力相对关系的准数
3 传质系数受气速和漂流因数的影响较大，不能再视为 常量。
因而高组成气体吸收的计算相当复杂，必须同时联立物 料衡算式、热量衡算式、传质速率方程式和相平衡方程 式，通过数值计算方法求解。
2.6.3 非等温吸收
气体吸收过程中，因溶解热、反应热得存在，使得液相温度 随组成得升高而升高，称为非等温吸收。 对吸收过程得影响： 气体的溶解度减小 吸收的推动力减小
在吸收塔内装置冷却元件。如板式塔可以在塔板上安全冷却
蛇管或在板间设置冷却器； 引出吸收剂到外部进行冷却； 采用边吸收边冷却得吸收装置； 采用大得喷淋密度。
2.5.4 多组分吸收
气体混合物中若有两个或两个以上的组分同时被吸收的操 作，称为多组分吸收。 如用液态烃吸收石油裂解气中的 C2 、 C3 、 C4 等烃类使之 与H2、CH4分离；用洗油吸收焦炉气中的苯、甲苯、二甲 苯蒸汽回收粗苯都为典型的多组分吸收。 多组分吸收中，由于其它组分的存在使得各溶质在气液两 相中的平衡关系、扩散系数等有所改变，因而其计算较单 组分复杂。但是，对于某些溶剂用量很大的低组成气体吸 收，所得稀溶液的平衡关系可认为服从亨利定律，而且各 组分的平衡关系互不影响，因而可分别对各溶质组分予以 单独考虑。 在进出吸收塔的气体中，各组分组成都不相同，因而每一 溶质组分都有自己的操作线方程式及相应的操作线，但因 液气比L/V为常数，所以各操作线相互平行。
2.5.5 化学吸收
化学吸收通常指溶质气体A溶于溶液后，即与溶液中不挥 发的反应剂B组分进行化学反应的过程： 这是一种传质与反应同时进行的过程。由于在吸 收的同时液相伴有化学变化，使其中的溶质转化为反应 产物，因而具有下述几个主要的优点： 优点：①化学反应提高了吸收的选择性；
量；
Ga
2 gl3 L 2 L
2.计算气膜吸收系数的准数关联式
Sh (Re ) ( Sc ) G G G
OR kG
PD (Re ) ( Sc ) G G RTpBml
3.计算液膜吸收系数的准数关联式
ShL 0.00595 (ReL ) ( ScL ) ( Ga )