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化工原理之气体吸收气体吸收是化工过程中常用的一种物理操作，它指的是将气体从气相吸收到液相中。
气体吸收广泛应用于环境工程、化工工艺、能源工程等领域，例如废气处理、石油炼制、烟气脱硫等。
一、气体吸收的基本原理气体吸收的基本原理是气体和液体之间的质量传递过程。
气体吸收的过程中，气体溶质分子通过气相和液相之间的传质界面传递到溶液中，从而实现气体从气相到液相的转移。
气体吸收的速度由以下几个因素决定：1.液相溶剂的性质：液相溶剂的挥发性、表面张力、黏度和溶解度等性质都会影响气体吸收的速度。
通常情况下，挥发性较强的溶剂对气体的吸收速率较快。
2.溶剂和气体溶质之间的亲和力：溶剂和气体溶质之间的亲和力越强，气体吸收速度越快。
3.传质界面的面积和传质界面的厚度：传质界面的面积越大，气体吸收速度越快；传质界面的厚度越薄，气体吸收速度越快。
4.溶解度：气体的溶解度越高，气体吸收速度越快。
5.气体浓度梯度：气体浓度梯度越大，气体吸收速度越快。
二、气体吸收的设备常见的气体吸收设备包括吸收塔、吸收柱和吸附塔等。
1.吸收塔：吸收塔是最常用的气体吸收设备之一，它主要由一个塔体和填料层组成。
气体通过底部进入吸收塔，液体从塔顶滴入塔体中。
在填料层的作用下，气体和液体之间的接触面积增加，从而促进气体的传质。
通过提供充分的接触时间和表面积，吸收塔可以实现高效的气体吸收。
2.吸收柱：吸收柱通常用于含有反应过程的气体吸收。
与吸收塔类似，吸收柱也包含一个塔体和填料层。
区别在于，吸收柱还包括一个液相反应器，用于在吸收气体的同时进行反应。
3.吸附塔：吸附塔是另一种常用的气体吸收设备，主要用于吸附分离等工艺中。
吸附过程通过吸附剂将目标气体吸附在其表面上实现。
吸附塔通常由多个吸附层和吸附剂床组成，气体从底部进入吸附塔，经过吸附剂床后，被吸附物质从气相转移到固相中，从而实现气体吸附。
三、气体吸收的应用气体吸收在化工工艺中有着广泛的应用。
1.废气处理：气体吸收是一种有效的废气处理方法，可用于去除废气中的有害污染物，如二氧化硫、氮氧化物等。
第二章气体吸收第一节概述2.1.1 气体吸收过程一、什么是吸收：气体吸收是用液体吸收剂吸收气体的单元操作。
二、吸收基本原理：是利用气体混合物中各组分在某一液体吸收剂中溶解度的不同，从而将其中溶解度最大的组分分离出来。
三、吸收的特点：吸收是一种组分从气相传入夜相的单向扩散传质过程。
四、传质过程：借扩散进行物质传递的过程称为传质过程。
除吸收外，蒸馏.萃取.吸收.干燥等过程，也都属于传质过程。
五、S吸收剂（溶剂）S+液相吸收液（溶液）A扩散：由于微粒（分子.原子等）的热运动而产生的物质迁移现象。
可由一种或多种物质在气、液或固相的同一相内或不同相间进行。
主要由于温度差和湍流运动等。
微粒从浓度较大的区域向较小的区域迁移，直到一相内各部分的浓度达到一致或两相间的浓度达到平衡为止。
扩散速度在气相最大，液相次之，固相中最小。
吸收在化工生产中的应用极为广泛，其目的主要有四点：SO制98%的硫酸）。
一、制造成品（93%的硫酸吸收3二、回收有价值的气体，（焦化厂用洗油处理焦炉气以分离其中的苯等芳香烃）。
三、去掉有害气体（如合成氨厂用氨水或其它的吸收剂除去半水煤气中的硫化氢）。
四、三废处理：（如用吸收法除净硫酸生产尾气中的二氧化硫。
）总之吸收的目的可用四个字来概括：去害兴利。
2.1.2 气体吸收的分类一、物理吸收：吸收过程中吸收质只是简单地从气相溶入液相，吸收质与吸收剂间没有显著的化学反应或只有微弱的化学反应，吸收后的吸收质在溶液中是游离的或结合的很弱，当条件发生变化时，吸收质很容易从溶剂中解吸出来。
如用水吸收二氧化碳。
物理吸收是一个物理化学过程，吸收的极限取决于操作条件下吸收质在吸收剂中的溶解度、吸收速率则取决于吸收质从气相主体传递入液相主体的扩散速率。
物理吸收都是可逆的一般热效应较小。
二、化学吸收：吸收过程中吸收质与吸收剂之间发生显著的化学反应。
例如NaOH 吸收2CO 。
化学吸收时，吸收平衡主要取决于当时条件下吸收反应的化学平衡，吸收速率则取决于吸收质的扩散速率和化学发应速率，因为化学吸收降低了吸收质的浓度故吸收速率一般比同样条件下没有化学反应的物理吸收速率大。
气体吸收名词解释
气体吸收是指气体被其他物质吸收并进入其中的过程。
在化学和物理领域中，气体吸收经常涉及到气体溶解、吸附和反应等过程。
气体溶解是指气体分子在液体中被吸收并与溶剂分子相互作用的过程。
气体溶解可以通过增加溶剂和气体之间的接触面积、提高溶剂的温度或压力来增加。
溶解度通常用溶解度曲线来描述，它表示了在不同温度和压力下溶剂能够溶解的气体的最大量。
气体吸附是指气体吸附剂表面上的分子吸引和捕获气体分子的过程。
吸附可以分为物理吸附和化学吸附两种类型。
物理吸附是指气体分子在吸附剂表面上通过分子间力相互作用被吸附的过程，其吸附速度较快，吸附强度较弱。
化学吸附是指气体分子在吸附剂表面上发生化学反应并形成化学键的过程，其吸附速度较慢，吸附强度较强。
气体吸收还可以是指气体在化学反应中被反应物所吸收的过程。
这种吸收通常是一个反应物与气体发生化学反应，并在反应中形成产物的过程。
气体吸收在许多工业领域中被广泛应用，如空气污染控制、气体分离和催化反应等。
总之，气体吸收涉及到气体在液体或固体中被吸收的过程，可以通过溶解、吸附或化学反应来实现。
该过程在科学研究和工业生产中具有重要意义。
气体吸收知识点总结一、气体吸收的基本原理气体吸收是一种物理与化学相结合的过程，其基本原理主要包括气体与溶剂之间的质传和能传。
质传是指气体分子在气-液界面附近的扩散传输，包括气体分子的渗透、重新吸附和溶解等过程。
能传是指气体分子在溶液中释放或吸收能量，从而参与到化学反应中。
对于溶液吸收来说，通常会发生溶解、吸附、反应等过程。
在气体吸收过程中，溶剂的选择是十分重要的。
常用的溶剂包括水、乙醇、甲醇、丙酮等。
不同的溶剂对于不同的气体有着不同的选择，具体的选择需要考虑其溶解度、选择性、毒性、成本等因素。
二、影响气体吸收的因素1. 气体性质气体的性质对气体吸收的影响十分显著。
例如，气体的溶解度、扩散系数、表面张力等均会影响气体在溶液中的吸收速率。
2. 溶剂性质不同的溶剂对气体的溶解度不同，对于不同的气体有不同的选择。
此外，溶剂的粘度、温度、酸碱性等也会影响气体的溶解和吸收速率。
3. 操作条件操作条件包括温度、压力、气体流量、溶液浓度等。
这些操作条件对气体吸收的速率、效率、能耗等方面都有着重要的影响。
4. 设备结构设备结构对气体吸收的效率、能耗、稳定性等都有很大的影响。
例如，吸收塔的塔板设计、填料结构、液体循环方式等都会对气体吸收过程产生影响。
5. 质量传递模式质量传递模式包括气体-液体相间的传递和气体在液相中的扩散传递。
传质速率和传质方式会对气体吸收过程产生影响。
6. 气液接触方式气液接触方式包括气液接触面积、气液接触时间等。
这些因素直接影响着气体分子与溶剂分子之间的相互作用过程。
三、气体吸收的工艺方法根据气体吸收过程中气体与溶剂之间的相互作用方式，气体吸收的工艺方法主要包括物理吸收、化学吸收和生物吸收等。
1. 物理吸收物理吸收是指气体分子在溶剂中的溶解和吸附过程。
物理吸收的主要方式包括分子间力作用（如范德华力、静电作用）和气液相间传递。
常见的物理吸收方法包括吸附、解吸、扩散等过程。
物理吸收主要应用于一些低气体浓度和不易发生化学反应的气体分离和净化。
气体吸收的原理应用1. 气体吸收的概述•气体吸收是一种常见的分离和纯化气体的方法。
•气体吸收的原理是通过气体分子在液体中的溶解来实现。
•气体吸收可以应用于多个工业领域，如环保、化工、制药等。
2. 气体吸收的原理•气体吸收的原理基于亨利定律，即气体在液体中的溶解度与气体的分压成正比。
•在气液界面，气体分子与液体分子发生相互作用，使气体分子从气相转移到液相。
•气体溶解度受到温度、压力和溶液性质的影响。
3. 气体吸收的应用3.1 环境保护•气体吸收在环境保护中起到重要作用。
•通过气体吸收可以去除大气中的污染物，如二氧化硫、氮氧化物等。
•采用适当的吸收剂，可以高效地将污染物吸收到液体中，减少对大气的污染。
3.2 化工工艺•在化工工艺中，气体吸收常用于纯化和分离气体。
•比如，酸碱气体可以通过吸收与液体中的酸碱反应来进行分离。
•气体吸收还可以用于去除废气中的有害物质，提高产品质量。
3.3 制药工业•在制药工业中，气体吸收常用于分离和纯化药品。
•比如，离子交换树脂可以通过吸收气体中的杂质来提高药品的纯度。
•气体吸收还可以用于去除反应过程中的副产物，提高产品的纯度和产率。
4. 气体吸收实验•进行气体吸收实验可以更好地理解气体吸收的原理和应用。
•实验材料包括气体源、吸收器、溶液和测量设备。
•实验步骤包括设定好实验条件、将气体通入吸收器、记录吸收效果等。
•实验结果可以通过计算和观察来获得。
5. 气体吸收设备•在实际应用中，气体吸收需要使用到特定的设备。
•常见的气体吸收设备有吸收塔、填料塔和液罐等。
•这些设备可以提供较大的气液接触面积，实现高效的气体吸收效果。
6. 气体吸收的优势和限制•气体吸收具有高效、灵活、节能等优势。
•然而，气体吸收也存在一些限制，如需要消耗大量的溶液、设备投资较大等。
7. 结论•气体吸收作为一种常见的气体分离和纯化方法，具有广泛的应用领域。
•进一步研究和应用气体吸收技术，有助于提高环境保护、化工工艺和制药工业的效率和效果。
第二章气体吸收本章学习指导1. 本章学习的目的通过本章的学习，掌握气体吸收的基本概念和气体吸收过程的基本计算方法。
2. 本章重点掌握的内容（1）气体吸收过程的平衡关系（2）气体吸收过程的速率关系（3）低浓度气体吸收过程的计算本章应掌握的内容（1）费克定律和分子传质问题的求解方法（2）双膜模型本章一般了解的内容（1）溶质渗透模型和表面更新模型（2）吸收系数3. 本章学习应注意的问题（1）表示吸收过程的平衡关系为亨利定律，亨利定律有不同的表达形式，学习中应注意把握它们之间的联系。
（2）表示吸收过程的速率关系为吸收速率方程，吸收速率方程有不同的表达形式，学习中应注意把握它们之间的联系。
（3）学习分子传质，不要机械地记忆各过程的求解结果，应注意把握求解的思路和应用背景。
（4）学习中应注意把握传质机理和吸收过程机理之间的联系，注意体会讲述传质机理和吸收过程机理的目的和意义。
4. 本章教学时数分配知识点2-1 授课学时数 2 自学学时数 4知识点2-2 授课学时数 2 自学学时数 4知识点2-3 授课学时数 2 自学学时数 4知识点2-4 授课学时数 3 自学学时数 6知识点2-5 授课学时数 1 自学学时数 25. 本章学习资料必读书籍姚玉英等. 化工原理,下册. 天津: 天津大学出版社, 1999参考书籍(1) 贾绍义, 柴诚敬. 化工传质与分离过程. 北京: 化学工业出版社, 2001(2) 王绍亭, 陈涛. 化工传递过程基础. 北京: 化学工业出版社, 1987(3) W. L. McCabe, J. C. Smith. Unit Operations of Chemical Engineering, 5th ed. New York: McGraw. Hill Inc., 1993一、吸收过程概述1. 气体吸收的原理与流程气体吸收是典型的化工单元操作过程。
气体吸收的原理是，根据混合气体中各组分在某液体溶剂中的溶解度不同而将气体混合物进行分离。
吸收操作所用的液体溶剂称为吸收剂，以S表示；混合气体中，能够显著溶解于吸收剂的组分称为吸收物质或溶质，以A表示；而几乎不被溶解的组分统称为惰性组分或载体，以B表示；吸收操作所得到的溶液称为吸收液或溶液，它是溶质A在溶剂S中的溶液；被吸收后排出的气体称为吸收尾气，其主要成分为惰性气体B，但仍含有少量未被吸收的溶质A。
吸收过程通常在吸收塔中进行。
根据气、液两相的流动方向，分为逆流操作和并流操作两类，工业生产中以逆流操作为主。
吸收塔操作示意图如图片2-1所示。
应予指出，吸收过程使混合气中的溶质溶解于吸收剂中而得到一种溶液，但就溶质的存在形态而言，仍然是一种混合物，并没有得到纯度较高的气体溶质。
在工业生产中，除以制取溶液产品为目的的吸收(如用水吸收HCl气制取盐酸等)之外，大都要将吸收液进行解吸，以便得到纯净的溶质或使吸收剂再生后循环使用。
解吸也称为脱吸，它是使溶质从吸收液中释放出来的过程，解吸通常在解吸塔中进行。
图片2-2所示为洗油脱除煤气中粗苯的流程简图。
图中虚线左侧为吸收部分，在吸收塔中，苯系化合物蒸汽溶解于洗油中，吸收了粗苯的洗油(又称富油)由吸收塔底排出，被吸收后的煤气由吸收塔顶排出。
图中虚线右侧为解吸部分，在解收塔中，粗苯由液相释放出来，并为水蒸汽带出，经冷凝分层后即可获得粗苯产品，解吸出粗苯的洗油(也称为贫油)经冷却后再送回吸收塔循环使用。
2. 气体吸收的工业应用气体吸收在化工生产中的应用大致有以下几种。
(1) 净化或精制气体。
混合气的净化或精制常采用吸收的方法。
如在合成氨工艺中，采用碳酸丙烯酯(或碳酸钾水溶液)脱除合成气中的二氧化碳等。
(2) 制取某种气体的液态产品。
气体的液态产品的制取常采用吸收的方法。
如用水吸收氯化氢气体制取盐酸等。
(3) 回收混合气体中所需的组分。
回收混合气体中的某组分通常亦采用吸收的方法。
如用洗油处理焦炉气以回收其中的芳烃等。
(4) 工业废气的治理。
在工业生产所排放的废气中常含有少量的SO2、H2S、HF等有害气体成分，若直接排入大气，则对环境造成污染。
因此，在排放之前必须加以治理，工业生产中通常采用吸收的方法，选用碱性吸收剂除去这些有害的酸性气体。
3. 气体吸收的分类气体吸收过程通常按以下方法分类。
(1) 单组分吸收与多组分吸收吸收过程按被吸收组分数目的不同，可分为单组分吸收和多组分吸收。
若混合气体中只有一个组分进入液相，其余组分不溶（或微溶）于吸收剂，这种吸收过程称为单组分吸收。
反之，若在吸收过程中，混合气中进入液相的气体溶质不止一个，这样的吸收称为多组分吸收。
(2) 物理吸收与化学吸收在吸收过程中，如果溶质与溶剂之间不发生显著的化学反应，可以把吸收过程看成是气体溶质单纯地溶解于液相溶剂的物理过程，则称为物理吸收。
相反，如果在吸收过程中气体溶质与溶剂(或其中的活泼组分)发生显著的化学反应，则称为化学吸收。
(3) 低浓度吸收与高浓度吸收在吸收过程中，若溶质在气液两相中的摩尔分率均较低（通常不超过0.1），这种吸收称为低浓度吸收；反之，则称为高浓度吸收。
对于低浓度吸收过程，由于气相中溶质浓度较低，传递到液相中的溶质量相对于气、液相流率也较小，因此流经吸收塔的气、液相流率均可视为常数。
(4) 等温吸收与非等温吸收气体溶质溶解于液体时，常由于溶解热或化学反应热，而产生热效应，热效应使液相的温度逐渐升高，这种吸收称为非等温吸收。
若吸收过程的热效应很小，或虽然热效应较大，但吸收设备的散热效果很好，能及时移出吸收过程所产生的热量，此时液相的温度变化并不显著，这种吸收称为等温吸收。
工业生产中的吸收过程以低浓度吸收为主。
本章讨论单组分低浓度的等温物理吸收过程，对于其它条件下的吸收过程，可参考有关书籍。
4. 吸收剂的选择吸收是气体溶质在吸收剂中溶解的过程。
因此，吸收剂性能的优劣往往是决定吸收效果的关键。
选择吸收剂应注意以下几点。
(1) 溶解度吸收剂对溶质组分的溶解度越大，则传质推动力越大，吸收速率越快，且吸收剂的耗用量越少。
(2) 选择性吸收剂应对溶质组分有较大的溶解度，而对混合气体中的其它组分溶解度甚微，否则不能实现有效的分离。
(3) 挥发度在吸收过程中，吸收尾气往往为吸收剂蒸汽所饱和。
故在操作温度下，吸收剂的蒸汽压要低，即挥发度要小，以减少吸收剂的损失量。
(4) 粘度吸收剂在操作温度下的粘度越低，其在塔内的流动阻力越小，扩散系数越大，这有助于传质速率的提高。
(5) 其它所选用的吸收剂应尽可能无毒性、无腐蚀性、不易燃易爆、不发泡、冰点低、价廉易得，且化学性质稳定。
二、吸收过程的气液平衡关系吸收过程的气液平衡关系是研究气体吸收过程的基础，该关系通常用气体在液体中的溶解度及亨利定律表示。
1. 气体在液体中的溶解度在一定的温度和压力下，使一定量的吸收剂与混合气体接触，气相中的溶质便向液相溶剂中转移，直至液相中溶质组成达到饱和为止。
此时并非没有溶质分子进入液相，只是在任何时刻进入液相中的溶质分子数与从液相逸出的溶质分子数恰好相等，这种状态称为相际动平衡，简称相平衡或平衡。
平衡状态下气相中的溶质分压称为平衡分压或饱和分压，液相中的溶质组成称为平衡组成或饱和组成。
气体在液体中的溶解度，就是指气体在液体中的饱和组成。
气体在液体中的溶解度可通过实验测定。
由实验结果绘成的曲线称为溶解度曲线，某些气体在液体中的溶解度曲线可从有关书籍、手册中查得。
图片2-3、图片2-4和图片2-5分别为总压不很高时氨、二氧化硫和氧在水中的溶解度曲线。
从图分析可知：（1）在同一溶剂（水）中，相同的温度和溶质分压下，不同气体的溶解度差别很大，其中氨在水中的溶解度最大，氧在水中的溶解度最小。
这表明氨易溶于水，氧难溶于水，而二氧化硫则居中。
（2）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。
（3）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。
由溶解度曲线所显示的上述规律性可看出，加压和降温有利于吸收操作，因为加压和降温可提高气体溶质的溶解度。
反之，减压和升温则有利于解吸操作。
2. 亨利定律对于稀溶液或难溶气体，在一定温度下，当总压不很高(通常不超过500kPa)时，互成平衡的气液两相组成间的关系用亨利（Henry）定律来描述。
因组成的表示方法不同，故亨利定律亦有不同的表达形式。
(1)～x关系若溶质在气、液相中的组成分别以分压、摩尔分率x表示，则亨利定律可写成如下的形式，即(2-1)式中——溶质在气相中的平衡分压，kPa；x——溶质在液相中的摩尔分率；E——亨利系数，kPa。
式2-1称为亨利定律。
该式表明：稀溶液上方的溶质分压与该溶质在液相中的摩尔分率成正比，其比例系数即为亨利系数。
对于理想溶液，在压力不高及温度恒定的条件下， ~x关系在整个组成范围内都符合亨利定律，而亨利系数即为该温度下纯溶质的饱和蒸汽压，此时亨利定律与拉乌尔定律是一致的。
但实际的吸收操作所涉及的系统多为非理想溶液，此时亨利系数不等于纯溶质的饱和蒸汽压，且只在液相溶质组成很低时才是常数。
因此，亨利定律适用范围是溶解度曲线直线部分。
亨利系数可由实验测定，亦可从有关手册中查得。
表2-1列出某些气体水溶液的亨利系数，可供参考。
表2-1 某些气体水溶液的亨利系数对于一定的气体溶质和溶剂，亨利系数随温度而变化。
一般说来，温度升高则E增大，这体现了气体的溶解度随温度升高而减小的变化趋势。
在同一溶剂中，难溶气体的E值很大，而易溶气体的E值则很小。
(2)p～c关系若溶质在气、液相中的组成分别以分压、摩尔浓度c表示，则亨利定律可写成如下的形式，即(2-2)式中c——溶液中溶质的摩尔浓度，kmol/m3；——气相中溶质的平衡分压，kPa；H——溶解度系数，kmol/(m3·kPa)。
溶解度系数H也是温度的函数。
对于一定的溶质和溶剂，H值随温度升高而减小。
易溶气体的H 值很大，而难溶气体的H值则很小。
溶解度系数H与亨利系数E的关系可推导如下：设溶液的体积为V m3，浓度为c kmol(A)/m3，密度为ρkg/m3，则溶质A的总量为cV kmol，溶剂S的总量为 Mkmol (M A及M S分别为溶质A和溶剂S的摩尔质量)，于是溶质A在液相中的摩尔分率为(2-3)将上式代入式2-1可得将此式与式2-2比较可得对稀溶液，c值很小，则 c <<1，故上式可简化为(2-4)(3) ～x关系若溶质在气、液相中的组成分别以摩尔分率y、x表示，则亨利定律可写成如下的形式，即(2-5)式中x——液相中溶质的摩尔分率；——与液相成平衡的气相中溶质的摩尔分率；m——相平衡常数，或称为分配系数。
对于一定的物系，相平衡常数m是温度和压力的函数，其数值可由实验测得。
