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1、【定义】利用混合气中各组分在溶液中溶解度差异而使气体混合物中各组分分离的单元操作称为吸收。 【吸收操作的依据】混合物各组分在某种溶剂（吸收剂）中溶解度（或化学反应活性）的差异。,第七章 吸收总结,吸收塔操作示意图,7.1.2 吸收过程的分类,1、物理吸收和化学吸收,【物理吸收】在吸收过程中溶质与溶剂不发生化学反应，称为物理吸收。,【化学吸收】如果在吸收过程中，溶质与溶剂发生化学反应，则此吸收操作称为化学吸收。,4、低浓度吸收与高浓度吸收,【高浓度吸收】通常根据生产经验，规定当混合气中溶质组分A的摩尔分数大于0.1，且易于吸收时，称为高浓度吸收；,【低浓度吸收】如果溶质在气液两相中摩尔分数均小于
2、0.1时，吸收称为低浓度吸收。,（2）平衡分压 气液平衡时，气相中溶质的分压为平衡分压。 （3）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。 （4）溶解度曲线 气液相平衡关系用二维坐标绘成的关系曲线称为溶解度曲线。,（1）饱和浓度 气液平衡时，溶质在液相中的浓度为饱和浓度（平衡溶解度）。,温度的影响,加压和降温,对同一溶质，在相同的气相分压下，溶解度随温度的升高而减小。,对同一溶质，在相同的温度下，溶解度随气相分压的升高而增大。,压力的影响,注意,减压和升温,有利于吸 收操作,有利于解吸操作,若溶质在气、液相中的组成分别以分压p、摩尔浓度 c 表示，亨利定律为,H 溶解度系数
3、，kmol/(m3kPa),1. p c关系,亨利定律的表达式：,易溶气体,因此,难溶气体,H 大,H 小,若溶质在气、液相中的组成分别以分压p、摩尔分数x表示，亨利定律为,E 亨利系数，kPa,2. p x关系,易溶气体,因此,难溶气体,E 小,E 大,若溶质在气、液相中的组成分别以摩尔分数y、x表示 ，亨利定律为,m 相平衡常数,3. y x关系,易溶气体,注意,难溶气体,m 小,m 大,由,得,整理得,对于低组成吸收, 1,简化得,4. Y X关系,亨利定律表达式可改写为以下形式：,亨利定律的表达式,各系数的换算关系,推导可得亨利定律表达式各系数间的关系如下：,EH 关系,Em 关系,H
4、m 关系,溶液 密度,溶剂 S 的摩尔质量,7.2.3 气液相平衡在吸收过程中的应用,1、判断过程进行的方向,发生吸收过程的充分必要条件是：,y y*,反之，溶质自液相转移至气相，即发生解吸过程。,x x*,或：,（1）什么是分子扩散？,由于分子的无规则热运动而使组分从高浓度向低浓度扩散的物质传递现象分子扩散。,7.3.1分子扩散与费克定律,【费克定律的数学表达式】,式中 JA组分A在扩散方向z上的扩散通量，kmol/ m2s dcA/dz组分A在扩散方向z上的浓度梯度，kmol/m4； DAB组分A在组分B中的扩散系数，m2/s。,【说明】负号表示扩散方向与浓度梯度方向相反，扩散沿着浓度降低
5、的方向进行。,7.3.1分子扩散与费克定律,3、分子扩散系数,单位浓度梯度下的扩散通量，单位为m2/s。即：,【说明】扩散系数反映了某组分在一定介质（气相或液相）中的扩散能力，是物质特性常数之一。其值随物系种类、温度、浓度或总压的不同而变化。,（1）分子扩散系数的物理意义,7.3.1分子扩散与费克定律,（1）相互接触的气液两相存在一个稳定的相界面，界面两侧分别存在着稳定的气膜和液膜。膜内流体流动状态为层流，溶质A以分子扩散方式通过气膜和液膜，由气相主体传递到液相主体。,（2）相界面处，气液两相达到相平衡，界面处无扩散阻力。即：,双膜理论,（3）在气膜和液膜以外的气、液相主体中，由于流体的充分湍
6、动，溶质A的浓度均匀，即认为主体中没有浓度梯度存在，不存在传质过程。换句话说，传质仅仅发生在双膜内。,ZG,ZL,pAi = cAi / H,7.3.2 涡流扩散与对流传质,6、对流传质速率方程的表现形式,由于推动力有多种不同的表示法，吸收的传质速率方程有多种形式。,7.3.2 涡流扩散与对流传质,（2）液相传质速率方程的具体形式,（1）气相传质速率方程的具体形式,1、总传质速率方程的各种表达形式,（1）用气相组成表示吸收推动力时，总传质速率方程表达式,7.3.3 总吸收速率方程,（2）用液相组成表示吸收推动力时，总传质速率方程表达式,2、总传质系数与单相传质系数之间的关系,7.3.3 总吸收
7、速率方程,总传质阻力液膜阻力气膜阻力,气膜控制过程,对于H值较大的易溶气体，有：,【结论】传质阻力主要集中在气相，此吸收过程由气相阻力控制（气膜控制），总传质速率取决于气相传质速率的大小。,【例如】用水吸收氯化氢、氨气等过程。,（3）气膜控制与液膜控制,7.3.3 总吸收速率方程,液膜控制过程,对于H值较小的难溶气体，有：,【结论】传质阻力主要集中在液相，此吸收过程由液相阻力控制（液膜控制），总传质速率取决于液相传质速率的大小。,【例如】用水吸收二氧化碳、氧气等过程。,7.3.3 总吸收速率方程,【吸收液的浓度】,全塔的物料衡算式,7.4.1 物料衡算与操作线方程,1、物料衡算,2、吸收操作线
8、方程与操作线,称为逆流吸收操作线方程式。,或,7.4.1 物料衡算与操作线方程,【确定原则】考虑吸收剂用量对设备费和操作费两方面的综合影响。应选择适宜的液气比，使设备费和操作费之和最小。 【确定方法】根据生产实践经验，通常吸收剂用量为最小用量的1.12.0倍，即：,4、吸收剂用量的确定,L=（1.12.0）Lmin,或,7.4.1 物料衡算与操作线方程,7.4.3 填料层高度的计算,2、填料层高度的基本计算式,式中,解吸因数（脱吸因数）,7.4.3 填料层高度的计算,用清水吸收空气-氨混合气中的氨,原料气中氨的摩尔分数为0.03,氨的吸收率为99%,空气入塔流量为0.005kmol/s,拟采用
9、直径为0.9m的填料吸收塔,逆流操作。操作压力p 为1.013102kPa,温度为293K。此条件下平衡关系y* =1.75x,体积总吸收系数KY=0.016kmol/(m3s),若出塔水溶液中氨浓度为饱和浓度的70%,求所需用水量和填料层高度。,解：y1 =0.03,属于低浓度吸收。 y2 =y1(1-)=0.03 (1-0.99)=0.0003 饱和浓度为x*， x1 =0.7x*1=0.7y1/m=0.70.03/1.75=0.012 x2 =0 若把摩尔分数换算为物质的量比，则 Y1 = y1 /(1-y1)= 0.03/(1-0.03)=0.031,Y2 = y2 /(1-y2)=0.0003/(1-0.0003)=0.0003,X1 = x1 /(1-x1)= 0.012/(1-0.012)=0.012,X2 =0,由此可见,在低浓度的吸收时,组分A的摩尔分数与其物质的量比近似相等,在计算时可以选择其一进行计算。因进料气浓度很低，所以将空气入塔流量看作惰性组分流量，V=0.005kmol/s。,水的用量L =V(Y1 -Y2) /(X1 -X2)= 0.005 (0.031-0.0003)/(0.012-0=1.3 10-2kmol/s 塔截面积,(1)对数平均推动力法。,(2)吸脱因数法,S = mV/L = 0.005 1.75/1.3 10-2 =0.67,
