气体吸收
重点提要
一、气、液相浓度的表示方法（以吸收质的组成为例）
其中 , , , 1111y x Y X Y X y x y x Y X
====--++ 二、相平衡关系
(1)亨利定律：当总压不高(≤500 kPa)时，一定温度下，稀溶液上方的气体溶质的平衡分压与该溶质在液相中的浓度之间呈线性关系，即
*** y =mx c
p Ex p H
==
或或 式中：E ——亨利系数； H ——溶解度系数； m ——相平衡常数；
p *、y *——气相中溶质平衡分压及平衡浓度。
(2)几个常数之间的关系为
1 , E=s EM E c m p H s H
ρ=
=总， 三、分子扩散 1．费克定律
费克定律：物质A 在介质B 中扩散时，空间任一点处物质A 的扩散通量J A 与该位置上物质A 的浓度梯度成正比。
即
A
A AB
dc J D dz
=- 式中：D AB ——A 在B 中的分子扩散系数，m 2／s ； “一”——沿物质A 浓度降低方向(自发过程)；
J A ——物质A 扩散通量，kmol ／(m 2·s)；
d d A c z 一—浓度梯度，3
kmol/m m。
而在封闭系统中，D AB ＝D BA ；在非封闭系统中，D AB ≠D BA 。
2．双组分稳定分子扩散
（1）等分子反向扩散 , A B A B B A J J D D D
=-== 对气相 12()A A A B D
N p P N RTZ =
-= 对液相 12()A A A B D
N c c N Z
=-=
（2）单向扩散B , N 0, A A B N N J J ===-
对气相 211221
(), In B B A A A Bm B Bm
B p p D p
N p P p p RTZ p p -=-=
对液相 2
1122
1
(), c In B B A A A Bm B Bm B c c D c
N c c c Z c c -=
-= 式中：
Bm c c 、Bm
p p ——漂流因子，它们的大小反映总体流动对传质速率的影响。
四、吸收速率方程 1．以气膜侧表示法
()()A G i y i G 0
N k p p k y y , k , Bm
y B G D p RTZ p p
k p k y p =-=-===
式中：k G 、k y ——气相传质系数；
G 1k 、1k y
——气相传质阻力。
2．以液膜侧表示法
()(), , A L i x i L x L Bm
D c
N k c c k x x k k ck ZL c =-=-=
=
式中：k L 、k x ——液膜传质系数；
L 1k 、1k x
——液膜传质阻力。
3．总传质吸收系数与总传质速率方程的表示法
****()()()()A G y L x N K p p K y y K c c K x x =-=-=-=-
4．吸收系数之间的关系 (1)
1111111111, , , L L G x x y G G L y y x
H m K k k K k mk K k Hk K k k =+=+=+=+ (2)00, , , ()x
G L y y G x L K K HK K K K p K K c m
====低浓度吸收 5．吸收阻力讨论
（1）对于易溶解气体，H 很大，K G ≈k G ，气膜控制过程。
（2）对于难溶气体，H 很小，K L ≈k L ，液膜控制过程。
五、吸收塔的设计计算 1．物料衡算
1122() ()L L L L
Y X Y X Y X Y X V V V V
=
+-=+-或 式中：V ——惰性气体流量，kmol(B)/s ；
L ——吸收剂用量，kmol(S)／s ；
Y l 、Y 2、Y ——进、出塔及塔任—截面气体中溶质比物质的量浓度，kmol(A)/kmol(B) ； X l 、X 2、X ——进、出塔及塔任—截面吸收剂S 中溶质比物质的量浓度，kmol(A)/kmol(S) ；
用吸收率η(也称回收率)表示吸收塔的分离程度，定义式为
12211
100%(1)100%Y Y Y
Y Y η-=
⨯=-⨯ 2．吸收剂用量的确定
最小液气比 12*
min 12
Y Y L V X X -⎛⎫
=
⎪-⎝⎭ 若Y*=mX 时，即气液平衡关系服从亨利定律时，则121
min 2Y Y L Y V X m
-⎛⎫
=
⎪⎝⎭-，否则由平衡曲线读出。
六、填料吸收塔高度计算方法 1．塔径计算
1273101.322.43600273D V t qv p α=
+=⨯⨯⨯
2．填料塔高度计算
1
1221122*
* , , , , , OG OG OL OL G G L L OG OL G L y x y x Y X OG OL Y X Y X G L Y X i i
Z H N H N H N H N V L V L H H H H K a K a K a K a dY dX N N Y Y X X dY dX
N N Y Y X X =====
===ΩΩΩΩ
==--==--⎰⎰⎰⎰
式中：H OG ——气相总传质单元高度，m ；
H OL ——液相总传质单元高度，m ； H G ——气相传质单元高度，m ； H L ——液相传质单元高度，m ； N OG ——气相总传质单元数，个； N OL ——液相总传质单元数，个； N G ——气相传质单元数，个； N L ——液相传质单元数，个。
七、传质单元数的求取 1．图解积分法
适用性质：平衡线方程复杂，或只有数据及图表而无表达式时，常用此法，具有普遍性。
方法：以
*
1
Y Y -为纵坐标，Y 为横坐标，Y l 、Y 2为边界作图，如下图所示。
阴影面积即为12Y
OG Y *
dY N Y-Y
=⎰
2．解析法 (1)解吸因子法
适用性质：当平衡线为直线时，Y*＝mx 十b 。
方法：用如下公式计算。
*12*
22**1212**
1111
1
In[(1)]1111
In[(1)]In[(1)]11 , OG OG
Y Y N S S S Y Y Y Y Y Y S N A A S S Y Y S A Y Y mV L
S A L mV
-=-+----=-+=-+----=
= 式中：S ——脱吸因数(平衡线斜率与操作线斜率的比值)，无因次；
A ——吸收因数(操作线斜率与平衡线斜率的比值)，无因次。
(2)对数平均推动力法。
适用性质：平衡线为直线或弯曲不严重时。
方法：
12**
12
1112221
2
12**
12111222
12
, , In , , In OG m
m OL m
m Y Y N Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y X X N X X X X X X X X X X X X -=∆∆-∆∆=
∆=-∆=-∆∆-=∆∆-∆∆=
∆=-∆=-∆∆
3．直接图解梯级法
适用性质：平衡线为直线或弯曲不严重时。
方法：在平衡线与操作线之间作梯级，梯级个数即为所求N OG 。
4．等板高度法
T Z N HETP =⋅
式中：N T ——理论板数(平衡级数)；
HETP ——达到一次平衡接触所需的填料层高度(等板高度)。
