化工单元操作 吸收

（4）环境保护，综合利用
吸收的反过程称为解吸
3、吸收操作的分类
有无化学反应：物理吸收和化学吸收
被吸收组分数：单组分和多组分吸收
温度是否变化：等温和非等温吸收
操作压强：常压吸收和加压吸收
本章主要讨论单组分等温物理吸收
二、吸收剂的选择要求
（1）溶解度大； （2）选择性高； 选择原则： （3）再生容易； （4）挥发性小； 经济、合理 （5）粘度低； （6）化学稳定性高； （7）腐蚀性低； （8）无毒、无害、价廉等。
KX、KY——液、气相吸收（传质）质 总系数。 1/KX、1/KY——液、气相吸收总 阻力。


N A K（Y Y ) Y
N A K（X X ) X
1 1 m K Y k 气 k液


中的KY、KX如 下：
双 膜 理 论 示 意 图
通过分析，我们就把整个 复杂的吸收过程，简化为吸收 质只是经由气、液两膜层的分 子扩散过程。因而两膜层也就 成为吸收过程的两个基本阻力， 在两相主体浓度一定的情况下， 两膜层的阻力便决定了传质速 率的大小。因此，双膜理论也 可称为双阻力理论。
注意：
双膜理论应用范围 为假设有着固定气液接触 界面的情况，大大简化了 吸收过程的分析过程和设 计依据。
一般在应用过程中都省略下标 m A wA w 质量比： W m B wB 1 w 摩尔比：
n A yA y 气相： Y n B y B 1-y nA xA x 液相： X nS x S 1-x
由 y Y 1-y x X 1-x
可得
X x 1 X
Y y 1 Y
一、相组成表示方法
1．质量分数与摩尔分数
mA 质量分数：wA m
摩尔分数： nA 气相： y A n nA 液相： x A n
质量分数与摩尔分数的关系：
nA mwA / M A xA n mwA / M A mwB / M B mwN / M N wA /M A wA /M A wB /M B wN /M N
202.6kPa
在几 水种 中气 的体 溶 解 度 曲 线
结论：
1、在相同的吸收剂、温度和分压 下，不同的溶质的溶解度不同； 2、同一物系，在相同的温度下， 分压越高，则溶解度越大； 3、同一物系，在分压一定的情况 下，温度越低，则溶解度越大。
重要结论： 加压和降温对吸收操作有利。 减压和升温对解吸操作有利
得： Y mX
此时它在X-Y坐标中是一条 直线。
此表达式最常用也最有用。
Y2
X2 E y Y A P
M x
N Y* O Y1 X1 X X*
Y
Y
·
A B
Y
*
·
X
·
C
X
*
X
相平衡关系在吸收过程中的应用 1．判断过程进行的方向
Y Y
* *
*
气相→液相,吸收 Y 气液平衡
Y
*
A ·
Y Y
Y Y 液相→气相,解吸
吸收速率
吸收速率定义：单位时间内通过 单位传质面积的吸收质（溶质） 的量。用符号NA表示，其单位为 kmol/(㎡· 推动力 s) 计算依 速率 系数 推动力 阻力 据： 因此，表达式类似于传热速率表 达式。
传质的推动力为浓差，而在吸 收中表示浓差的方法很多，这里主 要讨论以摩尔比表示的浓差的表达 式。
2)H称溶解度系数kmol/(m3· Pa)
温度对H的影响 T H
用摩尔分数表示
y mx
*
*
m — 相平衡常数，无因次。
p py Ex
* A
E y x mx p
*
E m p
y mx
*
E m p
m
m 的讨论：1）m 大，溶解度小，难
溶气体
2） T 升温不利
1926年，由刘易斯和惠特曼提 出“双膜理论”，至今应用比较广泛。 气液接触界面的两侧分别有一层 气膜和液膜，将所有问题的研究集中 到这两层膜内。
双膜理论的内容
• 相互接触的气、液两流体间存在稳 定的相界面，界面两侧各有一个很 薄的有效层流膜层。吸收质以分子 扩散方式通过此二膜层。 • 在相界面处，气、液两相达于平衡。 • 在膜层以外的气、液两相中心区， 由于流体充分湍动，吸收质的浓度 是均匀的，即两相中心区内浓度梯 度为零，全部浓度变化集中在两个 有效膜层内。
化工原理
Principles of Chemical Engineering
吸 收
概 述
吸收是传质过程的一个基本单 元操作过程 传质过程分为相间传质 和相际传质，主要依靠物质 的扩散，又称为扩散过程。
本章主要研究气体混合物的分 离操作。
1.1定义：
吸收：用适当的液体吸收剂处理 气体混合物，利用混合气体中 各组分在液体溶剂中溶解度的 不同而分离气体混合物的操作。
根据双膜理论假设可知，传质的 阻力和推动力集中在了气、液膜里， 研究气相主体区与界面气相浓度差为 推动力，或界面液相与液相主体区浓 度差为推动力的情况；也可研究总浓 度差为推动力的情况。
以分系数（膜系数）表示的速 率 1、气膜吸收速率方程
如果分别用Y和Yi表示气相主体 区和界面处吸收质的摩尔比，则有 以下表达式：
亨利定律的其它表达形式
1、用摩尔浓度表示
cA p H nA nA V E cA * pA Ex E E cA n n V c H S c cS 则有：H E E EM S
* A
cA p H
* A
c H E
H ：1)H 大，溶解度大，易溶气体
H 小，溶解度小，难溶气体
X
X*
过程的推动力
吸收推动力： Y-Y* 吸收推动力： X*-X
X X*
Y A ·
Y*
分析各状态点在不同位置的 时候所要进行的过程。
吸收机理
&
吸收速率
吸收机理
吸收过程 * A由气相主体到相界面，气相内传 递； * A在相界面上溶解，溶解过程； * A自相界面到液相主体，液相内传 递。
传质过程也称为扩散过程。 扩散的推动力是浓度差。
(Y Yi ) 1/k气为气 N A k气 (Y Yi ) 膜传质阻力 1/ k气 k气或kg—气膜吸收分系数， kmol/(m2· s)。
2、液膜吸收速率方程
如果分别用Xi和X表示界面处和液 体主体区吸收质的摩尔比，则有以下 表达式：
(Xi X A) N A k液 ( X i X A ) 1/ k液
w A /M A 两组分 w A /M A w B /M B
2.比质量分数与比摩尔分数
m A wA wA 质量比： WA m B wB 1 wA 摩尔比： n A yA yA 气相： A Y n B y B 1-y A
nA xA xA 液相： A X nS x S 1-x A
吸收，
p m
加压有利吸收
用摩尔比表示
将x与X，y与Y的关系代入y*=mx中， Y X 则有
1 Y

m
1 X
mX 整理得： Y 1 (1 m) X

它在X-Y坐标中是一条经原点的 曲线，称为吸收平衡线。
mX Y 1 (1 m) X

当溶液很稀时，X≈0， 1+（1-m） X≈0
1.3本章节几个名词
本章研究单组份、恒温、常压、物理吸收过程 吸收质（溶质）—可溶组分（A） 惰性气（载体）—不被吸收的组分（B）
吸收剂（溶剂）—吸收操作中所用的液体（S）
吸收液（富液）—吸收操作中所得到的溶液（A+S） 尾气—吸收操作中所排出的气体（B+A）
2、吸收操作在化工等生产中的应用 （1）原料气的净化 （2）回收混合气中的有用组分 （3）制备某种气体的溶液作为产品
涡流扩散速率比分子扩散速率 大得多，其速率决定于流体的流动 形态。
对流扩散： 对流扩散包括湍流主体的涡流扩 散和层流内层的分子扩散。 湍流主体中主要靠涡流扩散， 层流内层中主要靠分子扩散， 过渡层中两种扩散作用相当。所 以对流传质过程要综合考虑分子 扩散及涡流扩散作用，总称为对 流扩散。
综上所述，通过传质机理的分析可 知，吸收过程非常复杂。因此，需 要一个成熟的简单理论来进行吸收 过程的分析。
吸 收 过 程 及 设 备
吸收尾气
溶剂
吸收质 （惰性组分）
吸收液
乙醇胺 脱碳气<0.5% CO2
吸 收原料气含 CO 30% 解 吸 流 程 2
加 热 器
冷 却 器
冷凝液
水蒸汽
吸收与解吸流程
吸 收 设 备 填 料 塔
-
第二节吸收过程的相平衡关系
一、吸收中常用的相组成表示法： 二、气液相平衡关系 1、气体在液体中的溶解度 2、亨利定律 3、吸收平衡曲线
扩散的基本方式有分子扩散 和涡流扩散两种，而实际操作中 多为对流扩散。 分子扩散：在静止或滞流流体 内部，若某一组分存在浓度差，则 因分子无规则的热运动使该组分由 浓度较高处传递至浓度较低处，这 种现象称为分子扩散。
涡流扩散：在流体作湍流运动 的主体区时，流体质点的无规则运 动造成质点的相互碰撞和混合，使 组分从高浓度向低浓度方向传递， 此现象称为涡流扩散。
K液或kl —气膜吸收分系数， 2· kmol/(m s)。
1/k液 为液膜传质阻力。
由以上研究可知，分系数 （膜系数）表示的吸收速率方 程中有Xi、Yi，而实际操作中 气液界面上的浓度时无法测量 的，因此，分系数法不能应用 于实际计算。
此问题转向可应用型研究，其原 理：以同一相中的实际状态浓度X、 Y和平衡浓度X*、Y*的差为推动力。