第四章吸收解读

一、 气体在液体中的溶解度
一定温度和压力条件下的平衡浓度
二、 亨利定律: 气相平衡分压与液相浓度成正比,即
p Ex
式中：P*—吸收质在气相中的平衡分压,kPa; χ—吸收质在液相中的摩尔分率; E—亨利系数（kPa）
亨利系数是上式直线方程的斜率。易溶气体的E值很小，难溶 气体的E值很大，溶解度居中的气体E值介于两者之间。一般E 值随温度升高而增大。
数
y 1
y
x X 1 X
y Y 1Y
Y * mX 1 (1 m) X
当溶液浓度很低时，式中右端分母趋近于1，则得气液平衡 关系表达式为：
Y * mX
在吸收过程中常可认为惰性气体不进入液相，溶剂也没有
显著的气化现象，因而在吸收塔的任一截面上惰性气体与溶剂 的摩尔流量均不发生变化，故以惰性气体和溶剂的量为基准分 别表示溶质在气、液两相的浓度，对吸收的计算较为简便。
取盐酸，用水吸收甲醛以制备福尔马林溶液等。
吸收操作必须解决的三方面的问题： (1 ) 吸收剂的选择； (2) 传质设备的选取； (3) 吸收剂的再生。 二、吸收剂的选择：
(1) 溶解度大； (2) 选择性好； (3) 蒸汽压低； (4) 易于再生。 (5) 粘度低，不易起泡，来源丰富，价格低廉，无毒，不易
一、吸收在化工生产中主要作用：
(1)分离混合气体以获得一定的组分。
例如：用硫酸处理焦炉气以回收其中的氨，用洗油处理焦炉 气以回收其中的芳烃，用液态烃处理裂解气以回收其中的乙 烯、丙烯等。
(2)除去有害组分以净化气体。
例如：用水或碱液脱除合成氨原料气中的二氧化碳，用丙酮 脱除裂解气中的乙炔等。
(3)制备某种气体的溶液。 例如：用水吸收二氧化氮以制造硝酸，用水吸收氯化氢以制
第五章 吸 收
第一节 概述 第二节 吸收过程的相平衡关系 第三节 吸收过程机理 第四节 吸收速率方程 第五节 填料吸收塔的计算 第六节 填料塔
基本概念：
第一节
概述
吸收操作——利用气体混合物中各组分在液体中溶解度的差 异使不同组分实现分离的操作。
吸收剂或溶剂( S)——吸收操作中所用的液体。 可溶组分或吸收质(A)——气体混合物中可溶于吸收剂的组分。 不溶组分或惰性组分(B)——气体混合物中不溶于吸收剂的组分 解吸——吸收操作过程的逆过程。 质量传递过程——物质在相际间的转移过程（分离过程）。
气相： yNH3 2000 Pa 液相： 溶解度为 2.5kgNH3 (100 kgH2O)1
试求此时的相平衡常数m，亨利系数E和溶解度系数H。
【分析与解答】 特别注意各常数或系数的浓度单位
入填料塔用水吸收，已知氨在水中的平衡关系为 p*A ExA
E= 2.67×105Pa。求所得氨水的最大浓度（分别以摩尔分数和 比摩尔分数表示）。
【分析与解答】
相关概念：
吸收质，吸收剂，气-液平衡关系， 最大浓度与平衡浓度的对应关系， 操作压力与总压力对应。
道尔顿分压定律： pA PyA 2.027 105 3%
燃，经济，安全，。
三、吸收设备和吸收操作
筛板塔
填料塔
第二节 吸收过程的相平衡关系
传热过程
传质过程
传递过程
冷、热流体的热量 两相界面间的质量
传递
传递
被传递者
热量
ห้องสมุดไป่ตู้
质量（物质）
传递方向
高温至低温
高浓度至低浓度
过程极限
温度相等
浓度相等
过程推动力
温度差
浓度差
气液相-------吸收 液液相-------萃取 固液相-------结晶、浸取等
c s
Ms
cA
s
Ms
xA
得H与E的近似关系为
H s
EM s
（2）、E与m之间的关系
由理想气体分压定律，有： pA Py A
p
A
Ex A
y*A
E P
xA;
p
* A
mx A
y
* A
mx A;
y
* A
p*A P
m E P
【例4-1】 气体中含氨3%（摩尔分数），在操作压力为2.027×105Pa下通
2、亨利定律各系数间的关系
（1）、H和E之间的关系
H cA Ex
若溶液的总浓度可表示为：
c kmol（ 溶质） kmol（ 溶剂）
m3
则有：c A c x
而：c
L
M
溶液的密度 溶液的平均摩尔质量
由于溶液很稀，即溶质很少，故溶液密度可近似用溶剂密 度代替。溶液的平均摩尔质量用溶剂的摩尔质量代替，则上式 可改写为：
(2)气、液两相组成分别用溶质A的摩尔分数y与x表示：
p*A mx A
式中：P*——吸收质在气相中的平衡分压，kPa
X——吸收质在液相中的摩尔分数
m——相平衡常数，值大，则表示溶解度小。
(3)气、液两相组成分别用摩尔比Y与X表示：
液相中溶质的摩尔数 X 液相中溶剂的摩尔数
x 1 x
Y
气相中溶质的摩尔数 气相中惰性气体的摩尔
化工过程中的混合物分离
气体——空气等 液-液~
1、混合物的类别（状态） 液体——各种溶液 液-固~ 固体——合金、土壤、岩石等
气体混合物——吸收、洗涤等 液-液~——蒸馏、萃取等
2、混合物的分离方法 液体混合物 液-固~——蒸发、干燥等
固体混合物——溶解、沉降分离等
化工生产中最常见的：蒸馏、吸收、干燥、萃取、吸附等。
（1）与气相分压成平衡的液相浓度：
pA
x*A , c*A ,
X
* A
（2）与液相浓度成平衡的气相分压：
xA , cA , X A p*A
（3）一般情况下（*）总是标记在因变量上。
y
* A
mx A
p*A ExA
p
* A
cA H
请同学们对照教材上的标记，作出适当的判断和修改。
【例4-2】 1.013×105Pa和20℃时，氨在水中的平衡溶解度为
1、不同液相浓度表达形式下的亨利定律表达式： （1）液相浓度用体积摩尔浓度表示时：
p*A
C H
式中：C——吸收质在液相中的浓度，kmol/m3 H——溶解度系数， kmol/m3
溶解度系数H可视为在一定温度下溶质气体分压为lkPa的平衡浓 度。易溶气体H值很大，难溶气体H值很小。H值一般随温度 升高而减小。
pA 6.081kPa
与气相中氨的分压对应的平衡浓度为氨水的最大浓度，即
p*A ExA
x* pNH3 6.081 1000 0.0228
NH3
E
267 1000
与之对应的比摩尔浓度为
X* NH3
x* NH 3
1
x* NH 3
0.0228 0.0233 1 0.0228
注意平衡浓度的（*）的标记