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第五章 吸收 第一节 概述 第二节 气液相平衡★ 第三节 吸收过程的传质速率★ 第四节 吸收塔的计算★ 第五节 填料塔 小结 第一节 概述 一、气体吸收的概念★ 二、吸收过程及常用术语★ 三、吸收的目的及作用 四、吸收操作必须解决的问题 五、吸收的分类 一、气体吸收的概念 利用混合气体中各组分在液体中溶解度的差异而分离气体混合物的单元操作称为吸收。 吸收操作时某些易溶组分进入液相形成溶液，不溶或难溶组分仍留在气相，从而实现混合气体的分离。 二、吸收过程及常用术语 吸收质或溶质：混合气体中的可溶组分，以A表示。 惰性气体或载体：不溶或难溶组分，以B表示。 吸收剂或溶剂：吸收操作中所用的溶剂，以S表示。 吸收液或溶液：吸收操作后得到的溶液，主要成分为溶剂S和溶质A。 吸收尾气：吸收后排出的气体，主要成分为惰性气体B和少量的溶质A。 吸收过程在吸收塔中进行，逆流操作吸收塔示意图如右所示。 三、吸收的目的及作用 1、制取产品 用吸收剂吸收气体中某些组分而获得产品。如硫酸吸收SO3制浓硫酸，水吸收甲醛制福尔马林液，用水吸收氯化氢制盐酸等 。 2、分离混合气体 吸收剂选择性地吸收气体中某些组分以达到分离目的。例如石油馏分裂解生产出来的乙烯、丙烯，还与氢、甲烷等混在一起，可用分子量较大的液态烃把乙烯、丙烯吸收，使与甲烷、氢分离开来 。 3、气体净化 一类是原料气的净化，即除去混合气体中的杂质，如合成氨原料气脱H2S、脱CO2等；另一类是尾气处理和废气净化以保护环境，如燃煤锅炉烟气，冶炼废气等脱除SO2，硝酸尾气脱除NO2等。 四、吸收操作必须解决的问题 用吸收操作来进行气体混合物的分离，必须解决下述三方面的问题： 1）选择合适的溶剂 溶剂应满足选择性好、蒸气压低、化学稳定性好、易于再生等特点。（P186－187） 2）提供传质设备以实现气液两相的接触，使溶质从气相转移至液相（P186） 3）溶剂的再生 五、吸收的分类 物理吸收：吸收过程溶质与溶剂不发生显著的化学反应，可视为单纯的气体溶解于液相的过程。如用水吸收二氧化碳、用水吸收乙醇等。 化学吸收：溶质与溶剂有显著的化学反应发生。如用氢氧化钠或碳酸钠溶液吸收二氧化碳等。化学反应能大大提高单位体积液体所能吸收的气体量并加快吸收速率。但溶液解吸再生较难。 单组分吸收：混合气体中只有单一组分被液相吸收，其余组分因溶解度甚小其吸收量可忽略不计。 多组分吸收：有两个或两个以上组分被吸收。 溶解热：气体溶解于液体时所释放的热量。化学吸收时，还会有反应热。 非等温吸收：体系温度发生明显变化的吸收过程。 等温吸收：体系温度变化不显著的吸收过程。 本章以分析单组分的等温物理吸收为重点，以便掌握最基本的原理。 气体吸收是物质自气相到液相的转移，这是一种传质过程。 混合气体中某一组分A能否进入溶液里，既取决于该组分的分压PA，也取决于溶液里该组分的平衡蒸汽压P*。如果混合气体中该气体的PA ＞ P*，这个组分便可自气相→液相，即被吸收。则溶液里这个组分的浓度便增高，它的P*也随着增高，到最后，可以增高到P* = PA，传质过程便停止，这时称为气液两相达到平衡。 反之，如果溶液中的某一组分的P* ＞PA，这个组分便要从溶液中释放出来，即从液相→气相，这种情况称为解吸（或脱吸）。 所以根据两相的平衡关系可以判断传质过程的方向与极限，而且，两相的浓度距离平衡愈远，则传质的推动力愈大，传质速率也愈大。 吸收操作的分析，应该从气液两相的平衡关系与传质速率关系着手，本章各节即如此展开讨论。 第二节 气液相平衡★ 一、气体在液体中的溶解度 二、亨利定律 三、相平衡与吸收过程的关系 一、气体在液体中的溶解度 （一）相组成的表示法 （二）溶解度 （三）溶解度曲线 （一）相组成的表示法 ?1、摩尔浓度 CA=nA/V?? (kmol/m3) ?2、摩尔分数 xA（或yA）=nA/n ?3、摩尔比 XA（或YA）=nA/nB （二）溶解度 在温度和总压一定的条件下，混合气体（A+B）与吸收剂（S）接触，则A向S中转移，一段时间后，液相中溶质浓度不再增加而达饱和，此时达气液相（际动）平衡状态，此时的饱和浓度称为(平衡)溶解度。 溶解度随温度和溶质气体的分压不同而不同，平衡时溶质在气相中的分压称为平衡分压。 （三）溶解度曲线 概念：在一定温度、压力下，平衡时溶质在气相和液相中的浓度(即平衡分压和溶解度)的关系曲线。 意义： 1、表示平衡分压与溶解度间的关系 2、欲得到一定浓度的溶液，易溶气体所需的分压较低，难溶气体所需的分压较高 3、加压、降温有利于吸收，?减压、升温有利于解吸 二、亨利定律 亨利定律： 当总压不太高时，一定温度下的稀溶液的溶解度曲线