第五章吸收解析

0.014g)。
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影响吸收过程的因素有温度、总压、气液相组成。 在一定温度下达到平衡时，溶液的浓度随气体压力
的增加而增加。如果要使一种气体在溶液中达到某 一特定的浓度，必须在溶液上方维持较高的平衡压 力。 气体的溶解度与温度有关，一般来说，温度下降则 气体的溶解度增高。 气体在液相中的溶解度，随温度和吸收质在气相的 组成而变化。下图为SO2、NH3、HCl的气液相平衡 关系。
系服从亨利定律： PA* = E xA
式中 PA*—与稀溶液相平衡的吸收质气相平衡分压； xA—吸收质在溶液中的摩尔分数；
E—亨利系数，Pa。 吸收质在稀溶液上方的气相平衡分压与其在液相中
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吸收设备与吸收操作
连续接触(也称微分接触)：气、液 两相的浓度呈连续变化。如填料塔。
溶剂 溶剂
规整填料
散装填料
塑料丝网波纹填 塑料鲍尔环填
料
料
级式接触：气、液两相逐级接 触传质，两相的组成呈阶跃变 化。 如板式塔。
气体
气体
a 微分接触
b 级式接触
图9-2 填料塔和板式塔
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吸收操作的分类
物理吸收(physical absorption)：吸收过程溶质与溶剂不发 生显著的化学反应，可视为单纯的气体溶解于液相的过程。 如用水吸收二氧化碳、用水吸收乙醇或丙醇蒸汽、用洗油 吸收芳烃等。
溶解度/[g(NH3)/1000g(H2O)] 溶解度/[g(SO2)/1000g(H2O)]
500
0 oC
10 oC 20 oC 30 oC 40 oC 50 oC
200 150 100 50
0 oC 10 oC
20 oC 30 oC 40 oC
50 oC
0
20 40 60 80 100 120
pNH3/kPa
第五章 吸收
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5.1 概述（Introduction）
原理: 利用混合气体中各组分(component)在液体中溶 解度(solubility)的差异而分离气体混合物的单元操作。
吸收操作时某些易溶组分进入液相形成溶液 (solution)，不溶或难溶组分仍留在气相(gas phase)， 从而实现混合气体的分离。
气体吸收是混合 气体中某些组分 在气液相界面上 溶解、在气相和 液相内由浓度差 推动的传质过程。
吸收剂
气相主体 相界面 液相主体
y 界面
x
xi yi
气体
气相扩散 液相扩散 2
吸收操作的应用：
制取产品 用吸收剂吸收气体中某些组分而获得 产福尔品马。林如液硫，酸用吸水收吸SO收3制氯浓化硫氢酸制，盐水酸吸等收。甲醛制
0
20 40 60 80 100 120
pSO2/kPa
在相同条件下，NH3 在水中的溶解度较 SO2 大得多。 用水作吸收剂时，称 NH3 为易溶气体，SO2为中等溶解气 体，溶解度更小的气体则为难溶气体(如O2 在 30℃ 和溶质 的分压 为 40kPa 的条件下 ， 1kg 水中溶解的质量仅为
分离混合气体 吸收剂选择性地吸收气体中某些 组分以达到分离目的。例如石油馏分裂解生产出 来的乙烯、丙烯，还与氢、甲烷等混在一起，可 用分子量较大的液态烃把乙烯、丙烯吸收，使与 甲烷、氢分离开来 。
气体净化 一类是原料气的净化，即除去混合气 体中的杂质，如合成氨原料气脱H2S、脱CO2等； 另一类是尾气处理和废气净化以保护环境，如燃 煤除锅NO炉2等烟。气，冶炼废气等脱除SO2，硝酸尾气脱
化学吸收(chemical absorption)：溶质与溶剂有显著的化学 反应发生。如用氢氧化钠溶液吸收二氧化碳、用稀硫酸吸 收氨等过程。化学反应能大大提高单位体积液体所能吸收 的气体量并加快吸收速率。但溶液解吸再生较难。
溶解热：气体溶解于液体时所释放的热量。化学吸收时， 还会有反应热。
非等温吸收：体系温度发生明显变化的吸收过程。
气
吸收尾气(dilute gas)：吸收后排 (A+B)
出的气体，主要成分为惰性气体B
和少量的溶质A。
吸收过程在吸收塔中进行，逆流 操作吸收塔示意图如右所示。
吸收剂 (S)
吸收尾 吸气 收 (A+B) 塔
吸收液 (A+S)
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工业生产中的吸收过程通常包括吸收与解吸两部 分。如用炼焦过程的副产物煤焦油(洗油)回收焦炉 煤气内含有的少量苯、甲苯类低碳氢化合物，如图 所示。
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物质的量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，其定义式为 式中YA 、XA 分别为组分 A 在气相和液相中的物质的量比； 摩尔分数与物质的量比的关系为
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2-1 溶解度曲线：在一定温度、压力下，平衡时溶质在
气相和液相中的浓度的关系曲线。见下图。
1000 250
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吸收质或溶质(solute)：混合气体 中的溶解组分，以A表示。
惰性气体(inert gas)或载体：不溶 或难溶组分，以B表示。
吸收剂(absorbent ))：吸收操作中 所用的溶剂，以S表示。
吸收液(strong liquor)：吸收操作
后得到的溶液，主要成分为溶剂S 混 合 尾
和溶质A。
等温吸收：体系温度变化不显著的吸收过程。
单组分吸收：混合气体中只有单一组分被液相吸收，其余 组分因溶解度甚小其吸收量可忽略不计。
多组分吸收：有两个或两个以上组分被吸收。
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5.2 吸收过程中的相平：在一定压力和温度下，使一定量的吸收剂与混合 气体充分接触， 气相中的溶质便向液相溶剂中转移或液相溶 剂中的溶质向气相中转移，经长时间充分接触之后，液相中 溶质组分的浓度不再增加或减少，此时，气液两相达到平 衡，此状态为平衡状态。 饱和浓度：气液平衡时，溶质在液相中的浓度为饱和浓度 （溶解度）。 平衡分压：气液平衡时，气相中溶质的分压为平衡分压。 相平衡关系：平衡时溶质组分在气液两相中的浓度关系为相 平衡关系。
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对于同样浓度的溶液， 易溶气体在溶液上方的平 衡分压小，难溶气体在溶 液上方的平衡分压大。
加压和降温都可以提 高气体的溶解度，尤其是 温度改变，溶解度变化较 大。吸收操作尽量维持在 较高压力和较低温度下进 行。
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2 亨利定律
吸收操作处理的气体为低浓度气体(10%),形成的是稀
溶液。当总压不太高时(0.5Mpa)，稀溶液的相平衡关