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1、9.吸收收9.1概概述利用不同同组分在在溶剂中中溶解度的差异异，分离离气体混混合物的的过程，称称为吸收收；能被溶解解的组分分溶质质； 不能被被溶解的的组分惰性性组分（载载体）；所用溶剂剂吸收收剂。吸收液。一工业业生产中中的吸收收过程1工业业上的应应用（1） 原料气气的净化化：如煤煤气中的的H2S除去。（2） 有用组组分的回回收：如如合成氨氨厂的放放空气中中用水回回收氨。（3） 某些产产品的制制取：将将气体中中需要的的成份以以指定的的溶剂吸吸收出来来，成为为液态的的产品或或半成品品，如：从含HHC气气体中盐盐酸(4) 废废气的治治理：如如含SOO2，NO，NO2等废气气中，要要除去这这些有害害成
2、份。2吸收收的分类类(1) 按性质质划分物理吸收收：溶质质不发生生明显的的化学反反应，如如水吸收收CO2，SO2等。 化化学吸收收：溶质质与溶剂剂或溶液液中其它它物质进进行化学学反应。（如如用NaaOH吸吸收 CCO2）(2) 温度是是否变化化等温吸收收：当溶溶剂用量量很大，温温升不明明显时 非非等温吸吸收：(3) 被吸收收组分数数目分单组分吸吸收：只只吸收一一种组分分 多组分分吸收二吸收收过程的的极限及及方向极限：气气液两相相呈平衡衡状态；方向或推推动力：一相浓浓度与同同另一相相浓度呈呈平衡的的该相浓浓度之差差；比如：溶溶质在气气相中的的分压为为，液相相中溶质质浓度为为，与呈平平衡的气相分压
3、为为，则推推动力为为（）。三吸收收的流程程流程说明明：1 气液流向向： 逆流流（推动动力大）2 多塔吸收收：单塔塔所需太太高时，可可分解成成几个塔塔串联使使用。3 加压吸收收： 提高总总压，可可以提高高传质推推动力，同同时提高高溶解度度，有利利于吸收收。4 脱吸（解解吸）过过程：吸吸收的逆逆过程。原料气（）尾气（少量）溶剂吸收塔解吸塔油水分离器油（）水富液蒸气（空气） 四吸收收剂选择择及要求求具有有选择性性：对溶溶质的的溶解度度应尽可可能大不易易挥发性性：减少少溶剂的的损失及及避免在在气体中中引入新新的杂质质腐蚀蚀性小：减少设设备费和和维修费费粘度度低：以以利于传传质及输输送毒性性小，不不易燃
4、，以以利于保保证安全生生产6来源源丰富，价价格低廉廉，易于于再生五本章章重点及及学习方方法本章主要要讨论单单组分、等等温、常常压、物物理吸收收，以掌掌握基本本原理和和方法。本章主要要涉及设设计型问问题的计计算以及及操作型型问题的的分析，要要注意掌掌握学习习方法，活活学活用用。9.2有有关吸收收的基本本理论一平衡衡溶解度度 在一一定温度度下气液液两相长长期或充充分接触触后，两两相趋于于平衡。此此时溶质质组分在在两相中中的浓度度服从某某种确定定的关系系，即相相平衡关关系。气相溶质质分压称称平衡分分压（饱饱和分压压）；液液相溶质质浓度称称平衡浓浓度（饱饱和浓度度），又又称溶解解度或极极限浓度度。对单
5、单组分吸吸收（），组组分数，包括括、和，相数数，气液液两相，故故自由度度=3，即即平衡时时，不太高高时影响响小，可可以忽略略。因此此，一定，或或者。通常用溶溶解度曲曲线表示示相平衡衡关系。NH3SO2CO2O210400从以上溶溶解度曲曲线可以以看出：在相同同压力下下 ；随着温度度的升高高，氧气气的溶解解度下降降，由此此可见，加加压、降降温有利利于吸收收；升温温、减压压有利于于解析。二亨利利定律1当总总压不高高，在一一定温度度下，稀稀溶液上上方溶质质的平衡衡分压与与其在液液相中的的浓度之之间存在在如下关关系： （1）式中： 溶质质气体在在溶液面上方方的平衡衡分压；单位； 溶质质在液相相中的摩摩
6、尔分率率 亨利利系数；单位越大，说说明在相相同的液液相摩尔尔分率下下，气相相的饱和和分压越越大，即即气体的的溶解度度越小，所所以有：易溶气气体的能溶气体体的难难溶气体体的。另另外，因因为气体体的溶解解度随温温度的升升高而降降低，所所以随温温度的升升高而升升高。2亨利利定律还还有另一一种表达达形式： 或者 （2）其中：溶溶解度系系数，/，。越大，说说明在相相同的气气相分压压下，液液相的饱饱和浓度度越大，即即气体的的溶解度度越大，所以以有：难难溶气体体的能能溶气体体的易易溶气体体的。另另外，因因为气体体的溶解解度随温温度的升升高而降降低，所所以随温温度的升升高而降降低。和： 气相溶溶质的分分压和与
7、与之平衡衡的液相相饱和浓浓度；和：液相相溶质的的摩尔浓浓度和与与之平衡衡的气相相饱和分分压。因为（11）式中中，将其其代入（2）可以得到：所以 式中中对于稀溶溶液：可可以取溶溶剂的分分子量，如如对稀NNH3溶液，3气液液浓度均均用摩尔尔分率表表示 或或者 相平衡衡常数 由由等式两边同同时除以以总压，可可以得到到： 即即 令，则有有和：气相相溶质的的摩尔分分率和与与之平衡衡的液相相饱和摩摩尔分率率；和：溶质质的液相相摩尔分分率和与与之平衡衡的气相相饱和摩摩尔分率率。越大，说说明在相相同的液液相摩尔尔分率下下，气相相的饱和和摩尔分分率越大大，即气气体的溶溶解度越越小，所所以有：易溶气气体的能溶气气
8、体的难溶气气体的。另另外，因因为气体体的溶解解度随温温度的升升高而降降低，所所以随温温度的升升高而升升高。三. 相相平衡关关系的应应用：1判别别过程的的方向将气相的的浓度与与液相的的浓度换换算成同同一种浓浓度的表表示方法法（利用用相平衡衡关系换换算），再再比较一一下大小。若若气相浓浓度液液相的平平衡浓度度，则发发生解吸吸；反之之，则发发生吸收收。如比较和和、和、和、和的大小小。2指明明过程的的极限当某一相相的浓度度 = 另一相相的平衡衡浓度时时，两相相达到平平衡，即即为传质质过程达达到了极极限。在实际操操作中，相相平衡限限制了溶溶剂离塔塔时的最最高浓度度和气体体离塔时时的最低低浓度。3计算算过
9、程的的推动力力只有不平平衡的两两相接触触后才会会发生传传质，过过程的推推动力可可用实际际浓度与与平衡浓浓度的偏偏离程度度来表示示（但不不是两相相的浓度度直接相相加减，而而要先换换算成同同一种浓浓度而后后计算），如如吸收的的推动力力可用、来表示示，而解解吸的推推动力则用其其相反数数来表示示。值得注意意的是：浓度在在相内或或相间是是连续变变化的，所所以不同同的起始始点，浓浓度差值值也不同同，所以以推动力力的大小小要与传传质的距距离或范范围（起起始点）一一一对应应，是某某相内的的推动力力，还是是相内某某一段的的推动力力，还是是相间的的总推动动力，要要标明范范围。四传质质速率方方程在设计设设备时，计计
10、算执行行指定的的吸收任任务所需需的设备备尺寸，要要计算传传质速率率；在核核算混合合气体通通过指定定设备所所达到的的吸收程程度时，也也要计算算传质速速率；所所以传质质速率的的计算对对吸收过过程是十十分重要要的。吸收速率率：单位位时间、单单位相际际传质面面积上吸吸收的溶溶质的量量。它反反映出吸吸收（传传质）过过程进行的快慢慢或强度度。吸收收（传质质）速率率 = 推动力力/阻力 = 传质质系数推动力力，其中中传质系系数= 1/阻阻力，推推动力= 浓度度差。要要注意的的是： 由于于浓度的的表示方方法很多多，所以以推动力力的形式式也很多多，对应应的传质质系数（1/阻力）的形式也很多； 推动动力的大大小与
11、起起始范围围有关，一一般指相相内，也也有指相相际间的的；则对对应的传传质系数数（1/阻力）也也是在对对应范围围内的值值，两者者从形式式上、范范围上是是一一对对应的。zcL 传质方向ci pi pG p或c 气相主体液相主体距离1. 吸吸收过程程的简化化描述双膜膜理论（膜膜模型或或停滞膜膜理论）这个理论论是惠特特曼（WWhitteman）于于19223年提提出的，是是最早的的传质模模型。它它作了以以下的简简化： 两相相相接触时时，存在在有稳定定的相界界面，界界面两侧侧各有一一很薄的的停滞膜膜（有效效膜），溶溶质在两两膜层内内的传质质只能以以分子扩扩散的形形式进行行。 每相的的传质阻阻力集中中在这
12、两两侧假设设的膜层层内，推推动力也也集中在在其中，湍湍流主体体的阻力力相对而而言可忽忽略不计计，流体体的强烈烈湍动使使各处的的浓度趋趋于一致致，也无无推动力力，这样样，复杂杂的相际际间的传传质可简简化为两两停滞膜膜内的分分子扩散散。 气液界界面的阻阻力可以以忽略，所所以界面面上的两两相浓度度成平衡衡。根据以上上假设，等等摩尔相相互扩散散时，液液相分传传质系数数，气相相分传质质系数；单向扩扩散时，液液相分传传质系数数，气相相分传质质系数。其其计算很很简便，但但从式中中可得出出，与与实际中中不符。此模型为为传质模模型奠定定了初步步的基础础，描述述与有固固定相界界面的系系统及低低速的两两流体间间的传
13、质质大致符符合。用用此理论论确定的的传质速速率方程程，仍是是设计的的主要依依据，缺缺点是过过于简单单，与高高效高速速设备不不符。2. 单单相传质质速率方方程稳态操作作时，吸吸收设备备内任一一部位上上，界面面两侧膜膜内的吸吸收（传传质）速速率相等等。单独独根据气气膜或液液膜内的的阻力及及推动力力写出的的速率方方程式叫叫气膜或或液膜的的吸收（传传质）速速率方程程，也叫叫分吸收收（传质质）速率率方程，相应的传质系数叫膜系数或分传质系数，用表示。以单向扩扩散为例例： 气气膜分吸吸收速率率方程推动力= 气相相主体浓浓度 界面浓浓度。当浓度用用气相分分压表示示时：令，则有有：式中：推动动力为分分压差时时对应的的气相分分传质系系数，。当浓度用用气相摩摩尔分率率表示时时： 式中：推推动力为为气相摩摩尔分率率差时对对应的气气相分传传质系数数，。 液膜膜分吸收收速率方方程：推动力=界面浓浓度液相主主体浓度度。当浓度用用液相摩摩尔浓度度表示时时：令，则有有：式中：推动力力为液相相摩尔浓浓度差时时对应的的液相分分传质系系数，。当浓度用用液相摩摩尔分率率表示时时：式中：推推动力为为液相摩摩尔分率率差时对对应的液液相分传传质系数数，。3界面面浓度的的求取在使用分分吸收（传传质）速速率方程程时，界界面浓度度，难于测测定，常常可用以以下两种种方法求求取： 图解解法从实际浓浓度点
