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第八章 气体吸收. 第一节 概述. 一 . 工业生产中的吸收过程. 气体吸收的目的. 1. 分离混合气体以获得一定的组分 ; 2. 除去有害组分以净化或精制气体 ; 3. 制备某种气体的溶液 ; 4. 工业废气的治理。. 吸收的依据 :. 混合物各组分在某种溶剂中溶解度的差异. 吸收分类. 1. 物理吸收 和化学吸收； 2. 单组分吸收 和多组分吸收； 3. 等温吸收 和非等温吸收； 4. 高浓度吸收和 低浓度吸收。. 吸收剂的选择要求. 1. 溶解度大； 2. 选择性 高；
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第八章 气体吸收 第一节 概述 一.工业生产中的吸收过程 气体吸收的目的 1.分离混合气体以获得一定的组分; 2.除去有害组分以净化或精制气体; 3.制备某种气体的溶液; 4.工业废气的治理。 吸收的依据: 混合物各组分在某种溶剂中溶解度的差异
吸收分类 1.物理吸收和化学吸收； 2.单组分吸收和多组分吸收； 3.等温吸收和非等温吸收； 4.高浓度吸收和低浓度吸收。 吸收剂的选择要求 1.溶解度大；2.选择性高； 3.再生容易；4.挥发性小；5.黏度低； 6.化学稳定性高；7.腐蚀性低； 8.无毒、无害、价廉等。
第二节 有关吸收的基本理论 一.溶解度曲线 (一)基本概念 平衡状态： 一定压力和温度，一定量的吸收剂与混合气体充分接触，气相中的溶质向溶剂中转移，充分接触后液相中溶质组分浓度不再增加，此时，气液两相达到平衡。 饱和浓度：平衡时溶质在液相中的浓度。 平衡分压：平衡时气相中溶质的分压。 F＝C－＋2=3－2+2=3 相律分析：
——溶质在气相中的平衡分压，kPa； ——溶质在液相中的摩尔分数； E ——亨利常数，单位同压强单位。 (二) 亨利定律 1. 亨利定律内容 总压不高时，在一定温度下，稀溶液上方气相中溶质的平衡分压与溶质在液相中的摩尔分数成正比，其比例系数为亨利系数。
2. 亨利定律其他形式 （1） H与E的关系： （2） m——相平衡常数，无因次。 m与E的关系 ： （3）
(三) 相平衡关系在吸收过程中的应用 y · A y P · y* B · y* y C x x 1.判断过程进行的方向 A由气相向液相传质，吸收过程 y y*或 x*>x 或 2.指明过程进行的极限 过程极限：相平衡 1). 逆流吸收，塔高无限
2). 逆流吸收，塔高无限 3.确定过程的推动力 吸收过程推动力的表达式 、Y -Y* 、y -y*、 x*-x 、
气相 液相 pA E pAi cAi cA G L 二.吸收传质速率 (一)两相对流传质模型 相际对流传质三大模型：双膜模型 溶质渗透模型 表面更新模型 双膜模型
(二)界面上的浓度 1.一般情况 稳定传质 =f（cAi） 2.平衡关系满足亨利定律
操作点 O I（界面） pA/kPa 0 cA cA/kmol/m3 3.图解 斜率 I（pAi，cAi） 界面浓度
(三) 总(相际)传质速率方程 1. 用气相组成表示吸收推动力 2. 用液相组成表示吸收推动力
(五)传质阻力传质速率的控制 1.传质阻力 相间传质总阻力 = 液相(膜)阻力 +气相(膜)阻力
2.传质速率的控制步骤 1) 气膜控制 气膜控制：传质阻力主要集中在气相，此吸收过程 为气相阻力控制（气膜控制）。 气膜控制的特点： H 较大，易溶气体 提高传质速率的措施：提高气体流速； 加强气相湍流程度。
2) 液膜控制 液膜控制：传质阻力主要集中在液相，此吸收过程 为液相阻力控制（液膜控制） 液膜控制的特点： H较小，难溶气体 提高传质速率的措施：提高液体流速； 加强液相湍流程度。
第三节 吸收塔的计算 一.物料衡算与操作线方程 （一) 物料衡算 GB，Y2 LS，X2 定态，假设S不挥发，B不溶于S 全塔范围内，对A作物料衡算 ： X，Y GBY1+LSX2=GBY2+LSX1 GB（Y1－Y2）=LS（X1－X2） GB，Y1 LS，X2 (二) 操作线方程式及操作线 逆流吸收 GBY+LSX2=GBY2+LSX
同理： 逆流吸收操作线具有如下特点： Y B Y1 A Y2 X2 X1 X
（1）LS、GB、Y1、X2恒定，操作线为一直线，斜率 为 LS/GB。 LS/GB为吸收操作的液气比； （2）操作线通过塔顶（稀端） A（X2，Y2）及塔底 （浓端） B（X1， Y1）; （3）操作线仅与液气比、浓端及稀端组成有关，与系 统的平衡关系、塔型及操作条件T、p无关。 （4）吸收操作线在平衡线的上方，解吸操作线在平 衡线OE下方。 （5）平衡线与操作线共同决定吸收推动力。操作线 离平衡线愈远吸收的推动力愈大；
(三)吸收剂用量的确定 1.最小液气比 最小液气比定义：对一定的分离任务，操作条件和吸收物系一定，塔内某截面吸收推动力为零，达到分离程度所需塔高无穷大时的液气比。 最小液气比的计算 X*1——与Y1相平衡的液相组成。 2.操作液气比
二.填料层高度的计算 (一)传质单元数法 1. 塔高计算基本关系式 单位时间 dh内吸收A的量： ——塔截面积，m2; GA ——A的流率，kmol/(m2·s)； G ——混合气体流率，kmol/(m2·s)； L ——混合液体流率， kmol/(m2·s)。 a——单位体积填料的有效传 质面积，m2。
y2 y2 x y h0 dh Y+dy x+dx y1 y1
填料层高度 同理：
（二）等板高度法 理论级:不平衡的气液两相在一段填料层内相互接 触，离开该段填料的气液两相达到相平衡， 此段填料为一个理论级。 等板高度：分离效果达到一个理论级所需的填料 层高度。 h0=HETP×NT NT——完成分离任务，所需的理论级数； HETP——等板高度。
、 —液相总传质单元高度、总传质单元数； ——气相传质单元高度 、传质单元数； ——液相传质单元高度 、传质单元数。 —气相总传质单元高度、总传质单元数； 三． 传质单元数与传质单元高度 (一)传质单元数 以 为例 定义： 气相总传质单元数
传质单元数的意义： 反映了取得一定吸收效果的难易程度。 气体流经一段填料，溶质组成变化（y1－y2）等于该段填料平均吸收推动力（y－y *）m时，该段填料为一个传质单元。
（二）传质单元高度 定义： 气相总传质单元高度，m。 传质单元高度的意义: 完成一个传质单元分离效果所需的填料层高度，反映了吸收设备效能的高低。 传质单元高度影响因素： 填料性能、流动状况 体积总传质系数与传质单元高度的关系: 传质单元高度变化范围：0.15～1.5m。
(三) 传质单元数的计算 1.对数平均推动力法 气液平衡线为直线 操作线也为直线 注意： 平均推动力法适用于平衡线为直线，逆流、并流吸收皆可。
2.吸收因数法 平衡线为通过原点的直线 ，服从亨利定律 逆流为例： S——解吸因数（脱吸因数） 3.数值积分法 平衡线为曲线时，作图求出
四. 吸收塔的设计和操作型问题计算 (一) 设计型命题（逆流） 设计型问题给定条件：y1，G，y*=f(x) 分离要求：y2(或φ) 计算目的：选择合适的参数，计算L、x1、h0、D 依据
HOG NOG h0 ──Kya 流动方式 x2 L/G 设计参数的选择 设计参数的选择: a. 流动方式的选择 Δym逆> Δym并──通常采用逆流 b. x2的选取及最高允许浓度 c. 吸收剂用量(L)的确定与最小液气比
(二) 吸收塔的操作分析 G、L、y1、x2、HOG(或Kya)、h0、y*=f(x) 给定条件： 计算目的： 预测或核算在给定条件下的吸收结果 ──计算y2、x1 计算方法： 依据与设计计算相同，即 用平均推动力法时，如果有Δy1/Δy2<2，可以直接联 立求解。但在一般情况下，需要采用试算法。
第四节 其它类型吸收 一. 高浓度气体吸收 过程特点 混合气体流率G、液体流率L沿塔显著变化。 2 平衡关系往往不服从Henry定律，即平衡线斜率m随液体 浓度变化。 3 膜传质系数与浓度有关，沿塔变化。 4 由于上述原因，吸收系数Ky及Kx不再是常数。
填料层高度的计算 二. 化学吸收 过程特点 ⑴ 可通过选择吸收剂中的活泼组分，使吸收操作具有很 高的选择性；
⑵ 由于液相中的化学反应消耗了部分或大部分被吸收组分， 这降低了相界面处的气相平衡分压，或者说，对一定的气相 分压pA来说，增大了被吸收组分在液相中的溶解度； ⑶由于液相中的化学反应，使其中溶质的浓度分布发生 变化，使液相传质速率也加快，即增加了吸收过程的传质速 率。如仍采用物理吸收速率的表达形式，则可写为： 增强因子β 意义是由于化学反应存在，使液膜传质系数增加了β倍，一般β＞１。 三. 多组分吸收(自学)
