化工原理第八章气体吸收
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吸收操作是气体混合物的主要分离方法，化工生产 中它有以下几种具体的应用：
１．化工产品 ２．分离气体混合物 ３．从气体中回收有用组分 ４．气体净化(原料气的净化和尾气、废气的净化) ５．生化工程
2
二、吸收过程分类
按照吸收过程是否伴有化学反应将吸收区分为化学 吸收和物理吸收两大类。
在气体吸收中，若混合气体中只有一个组分在吸收 剂中有一定的溶解度，其余的组分的溶解度可以忽略， 这样的吸收过程称为单组分吸收。如果有两个或更多的 组分能溶解于吸收剂中，这一过程称为多组分吸收。
4
8.2 吸收过程相平衡基础
5
8.2.1气液相平衡关系 气体混合物与溶剂S相接触时，将发生溶质气体向
液相的转移，使得溶液中溶质（A）的浓度增加。充分 接触后的气液两相，液相中溶质达到饱和，此时瞬间内 进入液相的溶质分子数与从液相逸出的溶质分子数恰好 相抵，在宏观上过程就像停止一样，这种状态称为相际 动平衡，简称相平衡或平衡。
cA* f ( pA )
当然，也可以选择液相的浓度cA 作自变量，这时，在 一定温度下的气相平衡分压 pA* 和 cA 的函数：
pA* f (cA )
气液平衡关系一般通过实验方法对具体物系进行测定。
7
8.2.2亨利定律 亨利定律是稀溶液重要的经验定律，在低压（通常
指总压小于0.5MPa）和一定温度下，气液相达到平衡状 态时，其数学表达式如下：
在吸收过程中，当气体溶解于液体中时，通常有溶 解热产生，若进行伴有放热的化学吸收时，还要放出反 应热，因此随着吸收过程的进行液相温度要逐渐增高， 这样的吸收称为非等温吸收。但若热效应很小，或被吸 收的组分浓度很低，且吸收剂的用量较大，则温度的变 化不显著，此时吸收过程可认为是等温吸收。
3
三、工业吸收过程 工业的吸收过程常在吸收塔中进行。生产中除少部分直 接获得液体产品的吸收操作外，一般的吸收过程都要求 对吸收后的溶剂进行再生，即在另一称之为解析他的设 备中进行于吸收相反的操作－解吸。因此，一个完整地 吸收分离过程一般包括吸收和解吸两部分。
吸收剂 y
yi N
xi
气 (a)吸 收 塔
yi
xi
x N （ b)浓 度 分 布
10
由膜模型传质理论，气相传质速率可表示为
NA
kG ( pG
pi )
kG P(
pG P
pi ) P
令
ky kG P
得
N A ky ( y yi )
同理，由膜模型理论，液相传质速率式为
NA
kL (ci
cL )
kLC
kx (ci cL )
kG ( pG pL* )
kL (cG* cL ) 其中 cG* HpG , cL HpL*
KL
1
1
1
kG HkL
1 Kx 1 1
kym kx
Kx CgKL K y PgKG kx CgkL
ky PgkG
K y gm Kx KG HKL
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二、界面浓度的求取
对于单组分物理吸收，组分数c=3（溶质A、惰性 气体B、溶剂S），相数（气、液），自由度数F应为
F c23223
即在温度、总压和气、液组成共四个变量中，有三个是 自变量，另一个是它们的函数。
6
在一定的操作温度和压力下，溶质在液相中的溶解 度由其相中的组成决定。在总压不很高的情况下，可以 认为气体在液体中的溶解度只取决于该气体的分压pA ， 而与总压无关。于是，cA*与 pA 得函数关系可写成
第八章 气体吸收
8.1 概述 8.2 吸收过程相平衡基础 8.3 吸收过程模型及传质速率方程 8.4 吸收（或脱吸）塔计算 8.5 其他类型吸收
1
一、气体吸收在化工中的应用 吸收是将气体混合物与适当的液体接触，利用个组
分在液体中溶解度的差异而使气体中不同组分分离的操 作。混合气体中，能够溶解于液体中的组分称为吸收质 或溶质；不能溶解的组分称为惰性气体；吸收操作所用 的溶剂称为吸收剂；溶有溶质的溶液称为吸收液或简称 溶液；派出的气体称为吸收尾气。
浓度组成表示法
表8—1 传质速率方程的各种形式
摩尔分率
物质得量浓度或分压
传质速率方程 总传质系数
N A ky ( y yi ) kx (xi x) ky (y y*) kx (x* x)
1 Ky 1 m
ky kx 1
KL H 1 kG kL
N A kG ( pG pi )
pA* ExA
若溶质在液相中的浓度用物质的量浓度ｃ表示，则亨
利定律可表示成：
Байду номын сангаас
pA*
cA H
若溶质在液相和气相中的浓度分别用摩尔分率x与y表
示，则亨利定律可表示成
y* mx
8
• 8.3 吸收过程模型及传质速率方程
9
8.3.1双膜模型在吸收中的应用
气体吸收是把气相中的溶质传到液相的过程，即相际 间的传质。它由气相与界面的对流传质、界面上溶质组 分的溶解、界面与液相的对流传质三个步骤串联而成。
当ｍ随浓度变化时，用分传质速率方程式计算更加方 便，界面浓度 xi 与 yi 存在关系有：
（1）有双膜模型理论，yi 与 xi 在平衡线上。如果平衡线以
y f (x) 表示，则 yi 。 f (xi )
（2）可导出
y yi kx x xi ky
平衡关系与上式联立可求解界面浓度 xi 与 yi 。在用作图
法求解时，从气、液两相的实际浓度点ａ出发，作斜率为
kx / ky 的一条直线，此直线与平衡线的交点即为所 求的界面浓度（ xi , yi ）。
14
三、传质阻力分析 总传质阻力为气相分传质阻力与液相分传质阻力之和。若 分力传集质中阻于力气相k1y ?，kmx 称中为，气则相总阻传力质控阻制力（K1亦y k1称y 。气此膜时控的制传）质。阻气 相阻力控制的条件是： （１）kkxy ? 1 或 ky = kx 。此时若描绘于图上，则连接气、液实 际浓度点ａ（x，y）与界面浓度点ｂ（ xi, yi ）的直线ab很 陡。 （２）溶质在吸收剂中的溶解度很大，即平衡线斜率ｍ很 小，相平衡曲线平坦。
(
ci C
cL C
)
令
kx kLC
得
N A kx (xi x)
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8.3.2传质速率方程
一、传质速率方程
如图所示，吸收塔一截面气 液两相主体浓度在 y x 上可用一点a表示。此点一般 不在平衡线上。如双膜模型 假设成立，表示界面上两相 组成关系的点Ｐ必位于平衡
E
a
y
A
斜率
yi
P
y*
B
0 x xi x*
图 8－ 4 主 体 浓 度 与 截 面 浓 度 示 意 图
线上。若在Ｐ点附近两项组成x，y所涉及的范围内，平衡 县可近似看成斜率为m的直线（若服从亨利定律，则ｍ为 相平衡常数）则 m(xi x) yi y*
或
( y yi ) / m x* xi
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不同的推动力所对应的不同传质系数和速率方程。
１．化工产品 ２．分离气体混合物 ３．从气体中回收有用组分 ４．气体净化(原料气的净化和尾气、废气的净化) ５．生化工程
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二、吸收过程分类
按照吸收过程是否伴有化学反应将吸收区分为化学 吸收和物理吸收两大类。
在气体吸收中，若混合气体中只有一个组分在吸收 剂中有一定的溶解度，其余的组分的溶解度可以忽略， 这样的吸收过程称为单组分吸收。如果有两个或更多的 组分能溶解于吸收剂中，这一过程称为多组分吸收。
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8.2 吸收过程相平衡基础
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8.2.1气液相平衡关系 气体混合物与溶剂S相接触时，将发生溶质气体向
液相的转移，使得溶液中溶质（A）的浓度增加。充分 接触后的气液两相，液相中溶质达到饱和，此时瞬间内 进入液相的溶质分子数与从液相逸出的溶质分子数恰好 相抵，在宏观上过程就像停止一样，这种状态称为相际 动平衡，简称相平衡或平衡。
cA* f ( pA )
当然，也可以选择液相的浓度cA 作自变量，这时，在 一定温度下的气相平衡分压 pA* 和 cA 的函数：
pA* f (cA )
气液平衡关系一般通过实验方法对具体物系进行测定。
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8.2.2亨利定律 亨利定律是稀溶液重要的经验定律，在低压（通常
指总压小于0.5MPa）和一定温度下，气液相达到平衡状 态时，其数学表达式如下：
在吸收过程中，当气体溶解于液体中时，通常有溶 解热产生，若进行伴有放热的化学吸收时，还要放出反 应热，因此随着吸收过程的进行液相温度要逐渐增高， 这样的吸收称为非等温吸收。但若热效应很小，或被吸 收的组分浓度很低，且吸收剂的用量较大，则温度的变 化不显著，此时吸收过程可认为是等温吸收。
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三、工业吸收过程 工业的吸收过程常在吸收塔中进行。生产中除少部分直 接获得液体产品的吸收操作外，一般的吸收过程都要求 对吸收后的溶剂进行再生，即在另一称之为解析他的设 备中进行于吸收相反的操作－解吸。因此，一个完整地 吸收分离过程一般包括吸收和解吸两部分。
吸收剂 y
yi N
xi
气 (a)吸 收 塔
yi
xi
x N （ b)浓 度 分 布
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由膜模型传质理论，气相传质速率可表示为
NA
kG ( pG
pi )
kG P(
pG P
pi ) P
令
ky kG P
得
N A ky ( y yi )
同理，由膜模型理论，液相传质速率式为
NA
kL (ci
cL )
kLC
kx (ci cL )
kG ( pG pL* )
kL (cG* cL ) 其中 cG* HpG , cL HpL*
KL
1
1
1
kG HkL
1 Kx 1 1
kym kx
Kx CgKL K y PgKG kx CgkL
ky PgkG
K y gm Kx KG HKL
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二、界面浓度的求取
对于单组分物理吸收，组分数c=3（溶质A、惰性 气体B、溶剂S），相数（气、液），自由度数F应为
F c23223
即在温度、总压和气、液组成共四个变量中，有三个是 自变量，另一个是它们的函数。
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在一定的操作温度和压力下，溶质在液相中的溶解 度由其相中的组成决定。在总压不很高的情况下，可以 认为气体在液体中的溶解度只取决于该气体的分压pA ， 而与总压无关。于是，cA*与 pA 得函数关系可写成
第八章 气体吸收
8.1 概述 8.2 吸收过程相平衡基础 8.3 吸收过程模型及传质速率方程 8.4 吸收（或脱吸）塔计算 8.5 其他类型吸收
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一、气体吸收在化工中的应用 吸收是将气体混合物与适当的液体接触，利用个组
分在液体中溶解度的差异而使气体中不同组分分离的操 作。混合气体中，能够溶解于液体中的组分称为吸收质 或溶质；不能溶解的组分称为惰性气体；吸收操作所用 的溶剂称为吸收剂；溶有溶质的溶液称为吸收液或简称 溶液；派出的气体称为吸收尾气。
浓度组成表示法
表8—1 传质速率方程的各种形式
摩尔分率
物质得量浓度或分压
传质速率方程 总传质系数
N A ky ( y yi ) kx (xi x) ky (y y*) kx (x* x)
1 Ky 1 m
ky kx 1
KL H 1 kG kL
N A kG ( pG pi )
pA* ExA
若溶质在液相中的浓度用物质的量浓度ｃ表示，则亨
利定律可表示成：
Байду номын сангаас
pA*
cA H
若溶质在液相和气相中的浓度分别用摩尔分率x与y表
示，则亨利定律可表示成
y* mx
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• 8.3 吸收过程模型及传质速率方程
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8.3.1双膜模型在吸收中的应用
气体吸收是把气相中的溶质传到液相的过程，即相际 间的传质。它由气相与界面的对流传质、界面上溶质组 分的溶解、界面与液相的对流传质三个步骤串联而成。
当ｍ随浓度变化时，用分传质速率方程式计算更加方 便，界面浓度 xi 与 yi 存在关系有：
（1）有双膜模型理论，yi 与 xi 在平衡线上。如果平衡线以
y f (x) 表示，则 yi 。 f (xi )
（2）可导出
y yi kx x xi ky
平衡关系与上式联立可求解界面浓度 xi 与 yi 。在用作图
法求解时，从气、液两相的实际浓度点ａ出发，作斜率为
kx / ky 的一条直线，此直线与平衡线的交点即为所 求的界面浓度（ xi , yi ）。
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三、传质阻力分析 总传质阻力为气相分传质阻力与液相分传质阻力之和。若 分力传集质中阻于力气相k1y ?，kmx 称中为，气则相总阻传力质控阻制力（K1亦y k1称y 。气此膜时控的制传）质。阻气 相阻力控制的条件是： （１）kkxy ? 1 或 ky = kx 。此时若描绘于图上，则连接气、液实 际浓度点ａ（x，y）与界面浓度点ｂ（ xi, yi ）的直线ab很 陡。 （２）溶质在吸收剂中的溶解度很大，即平衡线斜率ｍ很 小，相平衡曲线平坦。
(
ci C
cL C
)
令
kx kLC
得
N A kx (xi x)
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8.3.2传质速率方程
一、传质速率方程
如图所示，吸收塔一截面气 液两相主体浓度在 y x 上可用一点a表示。此点一般 不在平衡线上。如双膜模型 假设成立，表示界面上两相 组成关系的点Ｐ必位于平衡
E
a
y
A
斜率
yi
P
y*
B
0 x xi x*
图 8－ 4 主 体 浓 度 与 截 面 浓 度 示 意 图
线上。若在Ｐ点附近两项组成x，y所涉及的范围内，平衡 县可近似看成斜率为m的直线（若服从亨利定律，则ｍ为 相平衡常数）则 m(xi x) yi y*
或
( y yi ) / m x* xi
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不同的推动力所对应的不同传质系数和速率方程。