2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 1/105
第二章 气体吸收
2.1 概述
2.2 气体吸收的平衡关系
2.3 气体吸收速率方程式
2.4 低组成气体吸收的计算
2.5 吸收系数
2.6 其它吸收与解吸
本章总结－联系图
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 2/105
2.1 概述
2.1.1 气体吸收过程
吸收：根据混和气体中各组分在某溶
液中的溶解度（或化学反应活性）不同
而将气体混合物分离的单元操作。
分离的依据：各组分溶解度的差异。
在吸收操作中，通常将混合气体中能
够溶解于溶剂中的组分称为溶质，以 A
表示，而不溶或微溶的组分称为载体或
惰性组分，以 B表示；吸收所用的溶剂
称为吸收剂，以 S表示；经吸收后得到
的溶液称为吸收液；被吸收后排出吸收
塔的气体称为吸收尾气。
吸
收
塔
吸收液
A+少量 S
混和气体
A+B
吸收剂
S
吸收尾气
B+少量 A
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 3/105
2.1.2 气体吸收的分类
?按溶质与溶剂间是否发生显著化学反应分：
?物理吸收：如水吸收二氧化碳
?化学吸收：如硫酸吸收氨
?按被吸收组分数目分：
?单组分吸收：如水吸收氯化氢气体
?多组分吸收：如洗油处理焦炉气，苯、甲苯、二甲苯
等组分均溶解
?按吸收前后温度是否发生变化分：
?等温吸收：
?非等温吸收
?按溶质在气液两相中组成大小分：
?低组成吸收：摩尔分数 >0.1
?高组成吸收：摩尔分数 ≤0.1
本章重点讨论单组分低组成的等温物理吸收
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 4/105
2.1.3 气体吸收的工业应用
?净化气体或精制气体。如用水脱除合成氨原料气中的 CO2，
用丙酮脱除石油裂解气中的乙炔等以除去气体中的有害成
分，便于下一步的反应顺利进行。
?制备液体产品。如用水吸收 HCl气体制备盐酸，用水吸收
NO2气体制硝酸，用水吸收 NH3气制氨水，用稀硫酸吸收
SO3
?回收有用物质。如用洗油从焦炉气中回收粗苯 (苯、甲苯、
二甲苯 )等。
?环境保护的需要。如用碱液吸收工业过程排放的废气中
含有的一些有害物质如 SO2,H2S,NO,HF等。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 5/105
2.1.4 吸收剂的选择
完成一个吸收过程需选择合适的溶剂，对吸收剂的要求
?溶解度大。可提高吸收速率并减少吸收剂的耗用量。
?选择性好。对溶质有良好的溶解能力，而对其它组分不
?挥发度小，即在操作温度下蒸汽压小，基本不汽化。离
开吸收设备的气体被吸收剂所饱和，吸收剂挥发度愈大，
?粘度低。可改善吸收设备内的流动状况，从而提高传质
速率和传热速率，有助于降低泵的效率，减小传质、传热
阻力。
?其它。来源充分，价格低廉，无毒，无腐蚀性不易燃，
不发泡，化学性质稳定等。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 6/105
2.2 气体吸收的平衡关系
2.2.1 气体在液体中的溶解度
在一定温度和压强下，当气体混合物与一定量的液体吸
收剂接触时，溶质组分便不断进入液相中，这一过程称为
溶解即 吸收 。而同时已被溶解的溶质也将不断摆脱液相的
束缚重新回到气相，该过程称为 解吸 。这两个过程互为逆
过程并具有各自的速率，当 气液两相经过长时间的接触后，
溶质的溶解速率与解吸速率达到相等时，气液两相中溶质
的浓度就不再因两相间的接触而变化，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，是指气体在液体中的饱和组成，
常以单位质量或体积的液体所含溶质的质量来表示。
气体的溶解度标明一定条件下吸收过程可能达到的极限
程度 。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 7/105
1.相律
F=C-P+n
独立组分数,C=3 (A,B,S)
相数,P=2（气、液相）
影响因素,n=2（温度、压强）
故：自由度 F=3-2+2=3，即气相组成、液相组成、温度、
压力 4个变量中，已知 3个量，便可确定余下的 1个量。
?温度、压力一定：溶解度（液相组成） =f(气相组成 )
?总压 <5× 105Pa时：溶解度 =f(气相组成，温度）
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 8/105
2.溶解度曲线
横标：气相分压；纵标：溶解度；参数：温度（总压不太高时）。
?同种溶质：
?温度一定：气相分压愈大，溶解度愈大
?气相分压一定：温度愈低，溶解度愈大
?不同溶质：溶解度一定时，易溶气体溶液上方分压小，
难溶气体上方分压大
〖 说明 〗
?加压、降温有利于吸收操作的进行
?易溶气体仅需较小的分压就能达到一定溶解度
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 9/105
2.2.2 亨利定律
随着对相平衡关系的研究，发现很多气体在浓度较小时
其溶解度曲线为通过坐标原点的直线，这一规律用亨利
(Henry)定律进行描述 。
1,pe=Ex
称为吸收过程的相平衡方程 ——
式中,pe— 溶质 A在气相中的平衡分压,kPa
x —— 溶质 A
E —— 亨利系数,kPa
表明：当总压不高 (<0.5MPa)时，在一定温度下气液两相
达到平衡时，稀溶液上方气相中溶质的平衡分压与液相中
溶质的摩尔分率成正比。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 10/105
〖 说明 〗
?理想溶液：拉乌尔定律：
?非理想溶液：
?低浓度气体吸收,E=常量
?难溶物系,E≠常量，但当 P<0.1MPa时,E可视为常量
?P<0.1MPa时,E=f(t)； P>0.1MPa时,E=f(P,t)
?E由实验测定确定：以 pe/x对 x作图，当 x→0,pe/x的值即
为 E。常见物系的 E可查有关手册。
?对于一定的气体和一定的溶剂,E值随温度变化,t↑,E↑，
x↓，体现气体溶解度随温度升高而减小的变化趋势。
?同一溶剂中：
?易溶气体的 E值很小
?难溶气体的 E值相对较大。
?? AAe pExpp ???
?ApE?
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 11/105
2,pe=c/H
式中,c－溶液中溶质的物质的量浓度 (体积摩尔浓度 ),kmol(A)/m3；
H－ 称为溶解度系数,kmol/(m3·kPa)
表明：当气液两相达到平衡时，稀溶液上方气相中溶质的
平衡分压与液相中溶质的体积摩尔浓度成正比。
设溶液组成为 ckmol(A)/m3，密度为 ρkg/m3；溶质和溶剂的分子量分别
为 MA kg/kmol, MS kg/kmol
)MM(c
EM
H
H
c
p
c
)MM(c
EM
Exp
)MM(c
cM
M
cM
c
c
x
A
.k m o l
M
cM
Sk m o l cAm
AS
S
e
AS
S
e
AS
S
S
A
S
A
??
??
?
?
?
?
?
?
?
?
??
???
??
?
?
?
?
?
?
??
?
1
1
3
－
的摩尔分率为：液相中溶质
－
为，溶剂为溶液中所含溶质
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 12/105
SEM
H ???
?P对 H影响小，
?H大，溶解度大，易溶气体
对于稀溶液,c值很小,ρ＋ c(MS-MA)≈ρ
??????? xHET
〖 说明 〗
)MM(c
EM
H
1
AS
S
??? ?
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 13/105
P
Em
mxy
ExPyp
e
e ??
?
?
?
?
??e
〖 说明 〗
?温度、总压的影响：
?m大，溶解度小，难溶气体
?????
???????
xmP
xmET
3.ye=mx
m与 E的关系,
m—— 相平衡常数，无因次。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 14/105
4.Ye=mX
以上亨利定律的各种表达式描述的都是互成平衡的气液
两相组成间的关系，它们都是根据液相组成来计算与之平
衡的气相组成。同样，也可根据气相组成计算平衡的液相
组成，此时，亨利定律可写成：
XY111
1111
mX)m(
X)m(
mX
Y
X
X
m
Y
Y
mxy
e
e
e
e
e
?????
??
??
?
?
?
?
?
，当溶液组成很低时，
?
m
Y
XHpc
m
y
x
E
p
x
ee
ee
??
??
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 15/105
【 例 】某系统温度为 10℃,总压 101.3kPa,试求此
条件下在与空气充分接触后的水中，每立方米水
溶解了多少克氧气？
Pyp ? =101.3× 0.21=21.27kPa
【 解 】查得 10℃ 时，氧气在水中的亨利系数 E为
3.31× 106kPa。
34-
6
S
e km ol / m103,571810313
27211000 ??
??
????
.
.
EM
pHpc ?
W=3.57× 10-4× 32× 1000=11.42g/m3
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 16/105
2.2.3,相平衡关系在吸收过程中的应用
1．判断过程进行的方向
吸收 平衡 解吸
气
相
p>pe p=pe p<pe
y>ye y=ye y<ye
Y>Ye Y=Ye Y<Ye
液
相
c<ce c=ce c>ce
x<xe x=xe x>xe
X<Xe X=Xe X>Xe
m
y
x
A
B
C
y
x
ye
xe
y/ye
e/x
y
xxe
ye
〖 结论〗
组成点在平衡线上方，为吸收过程
组成点在平衡线上，为平衡过程
组成点在平衡线下方，为解吸过程
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 17/105
2.确定传质的推动力
当传质进行时，其速率与传质的推动力大小有关，传质
过程是否容易进行取决于实际组成偏离平衡组成的程度，
因而推动力可用一相的实际组成与其对应的平衡组成之差
来表示 。
m
y
x
A
C
y
x
ye
xe
y
xxe
ye
吸收 平衡 解吸
气
相
p-pe 0 pe-p
y-ye 0 ye-y
Y-Ye 0 Ye-Y
液
相
ce-c 0 c-ce
xe-x 0 x-xe
Xe-X 0 X-Xe
〖 说明〗
实际组成偏离平衡
组成的程度愈大，过
程的推动力愈大，其
传质速率愈大，吸收
/解吸过程愈容易进
行。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 18/105
y2
y1
x2
x1
3.指明传质过程进行的极限
?因为平衡是过程进行的极限，所以当
两相进行接触,达到平衡时过程也就终
止,即,y=ye或者 x=xe时，吸收或者解吸
过程将停止，不会无限进行下去。若要
使过程进行，必须改变条件，使原来的
平衡打破，在新的条件下重新建立平衡。
?对 吸收 而言，无论气液相流量、塔高、
塔径如何,出塔尾气的组成不会低于与
该位置液相组成相平衡的气相组成 。 如
逆流,y2≥ye2=mx2 ； 并流,y1≥ye1=mx1 ；
?对 吸收 而言，无论气液相流量、塔高、
塔径 如何,吸收液的组成不会高于与该
位置气相组成相平衡的液相组成 。如逆
流 &并流, x1≤xe1=y1/m。
y2
y1
x2
x1
逆
流
并
流
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 19/105
【 例 】在总压 101.3kPa,温度 30℃ 的条件下,SO2摩尔
分率为 0.3的混合气体与 SO2摩尔分率为 0.01的水溶液
相接触，试问：
1.SO2的传质方向；
2.其它条件不变，温度降到 0℃ 时 SO2的传质方向；
3.其它条件不变，总压提高到 202.6kPa时 SO2的传质方
向，并计算以液相摩尔分率差及气相摩尔分率差表示
的传质推动力。
【 解 】 1.查 P18表 2-1，得 SO2在 101.33kPa,30℃ 时亨利系数
E=0.485× 104kPa,则：
由液相向气相转移传质过程为解吸,2
4
SO
480010
3310 1
1048 50
??
??????
e
e
yy
..
.
.x
P
Emxy
?
例题
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 20/105
例题2.查 P18表 2-1，得 SO2在 101.33kPa,0℃ 时亨利系数
E=0.167× 104kPa,则：
3.查 P18表 2-1，得 SO2在 101.33kPa,30℃ 时亨利系数
E=0.485× 104kPa,则：
由气相向液相转移传质过程为吸收,2
4
SO
160010
3310 1
1016 70
??
??????
e
e
yy
..
.
.x
P
Emxy
?
0 0 300100 1 30
06024030
0 1 30
104 8 50
62 0 230
SO
240010
62 0 2
104 8 50
4
2
4
...xx
...yy
.
.
..
m
y
x
yy
..
.
.
x
P
E
mxy
e
e
e
e
e
????
????
?
?
?
??
??
??
?
???
液相推动力：
气相推动力：
由气相向液相转移传质过程为吸收，?
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 21/105
2.3 气体吸收速率方程式
反映吸收过程进行快慢程度以吸收速率来表示，它是指
单位时间内，通过单位传质面积吸收的溶质 的 量 。通过吸
收速率可确定完成指定的吸收任务所需设备的尺寸及混和
气体通过指定设备所能达到的吸收程度。
描述吸收速率与吸收推动力之间关系的数学表达式即为
吸收速率方程式。
由于推动力的形式不同，可写出不同的吸收速率方程式。
吸收推动力＝吸收系数
吸收阻力
吸收推动力
吸收速率
阻力
推动力
速率
???
??
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 22/105
2.3.1 膜吸收速率方程式
在稳定操作的吸收设备内任一部
位上，相界面两侧的气、液相膜层
中的传质速率应是相同的，否则会
在相界面处有溶质积累。因此，其
中任一侧停滞膜中的传质速率都能
代表该部位上的吸收速率。单独根
据气膜或液膜的推动力及阻力写出
的速率关系式称为气膜或液膜吸收
速率方程式，相应的吸收系数称为
膜系数或分系数，用 k表示。
pG
pi
ci
cL
气相 液相
zG zL
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 23/105
)p(ppR T zDPN iG
BmG
A ??
G
iG
iGGA 1)
k
pp
pp(kN
?
???
BmG
G
P
pR T z
Dk ?令
2.3.1.1 气膜吸收速率方程式
1.用 (pG-pi)表示气膜推动力的膜吸收速率方程式
据双膜模型，溶质以分子扩散方式通过
气相一侧停滞膜时的传质速率为：
pG
pi
ci
cL
气相 液相
zG zL
上式中，停滞膜厚度 zG难以确定，但
一定的物系及一定的操作条件规定了
T,P,D,一定的流动状况及传质条
件规定了 zG的值，故：
kG－ 气膜吸收系数，
kmol/(m2.s.kPa)；
1/ k － 气膜阻力，
(m2.s.kPa)/kmol，
此阻力的表达形式
是与气膜推动力
（ pG-pi） 相对应的。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 24/105
y
i
iy
k
yy
yykN
1
)(A
?
???
各气相传质分系数之间的关系：
Pyp ?G
ii Pyp ?
GPkk y ??
?
带入式
)pp(kN iGGA ??
与
)(A iy yykN ??
比较
2.以（ y-yi） 为气膜推动力的膜吸收速率方程式
当气相的组成以摩尔分率表示时，相应的气膜吸收速率
方程式为：
ky－ 气膜吸收系数，
kmol/(m2.s)；
1/ ky－ 气膜阻力，
(m2.s)/kmol,此阻
力的表达形式是与
气膜推动力（ y-yi）
相对应的。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 25/105
)cc(cz DcN
S
Li
mL
A ??
L
Li
LiLA 1
k
cc
)cc(kN
?
????
SmL
L cz
Dck ?令
2.3.1.2 液膜吸收速率方程式
1.用 (ci-cL)表示液膜推动力的膜吸收速率方程式
据双膜模型，溶质以分子扩散方式通过液相一侧停滞膜时
的传质速率为：
pG
pi
ci
cL
气相 液相
zG zL
kL－ 液膜吸收系数，
m/s；
1/ kL－ 液膜阻力，
s/m,此阻力的表
达形式是与气膜推
动力（ ci-cL） 相对
应的。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 26/105
x
i
ixA
k
1
xx
)xx(kN
?
???
各液相传质分系数之间的关系：
ii Cxc ?
Cxc L ?
Lx Ckk ??
?
带入式
)cc(kN LiLA ??
与 )xx(kN
ixA ??
比较
2.以（ xi-x） 为液膜推动力的膜吸收速率方程式
当液相的组成以摩尔分率表示时，相应的液膜吸收速率
方程式为：
kx－ 液膜吸收系数，
kmol/(m2.s)；
1/ kx－ 气膜阻力，
(m2.s)/kmol,此阻
力的表达形式是与
气膜推动力（ xi-x）
相对应的。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 27/105
2.3.1.3 界面组成
1．一般情况
定态传质
)cc(k)pp(kN LiLiGGA ????
)c(fp ii ? ?
pi,ci
2．平衡关系满足亨利定律
)cc(k)pp(kN LiLiGGA ????
ii Hpc ? ?
pi,ci
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 28/105
G
L
iL
iG
k
k
cc
pp ??
?
??
)cc(k)pp(kN LiLiGGA ????
G
L
k
k?
I（ pi,ci）?
?
?
气膜阻力
液膜阻力
操作点
O
I（ 界面）
斜率）(
G
Lkk?
H
1?斜率平衡线
cA/kmol/m3
cA
*Ac
*Ap
ip
Ap
ic
p A
/kP
a
0
3．图解
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 29/105
2.3.2 总吸收速率方程式
为了避开难以测定的界面组成，可采用两相主体组成的
某种差值来表示总推动力而写出吸收速率方程式，称为总
吸收速率方程式。这种吸收速率方程式中的吸收系数，称
为总吸收系数，用 K表示。
总吸收系数的倒数即为总阻力，总阻力应当是两膜阻力
的代数和。总推动力是两相主体组成的某种差值，因气、
液相组成表示法相同，二者不能直接相减，即使表示法相
同，差值也不能代表过程的总推动力。
吸收过程能自动进行，是由于两相主体组成未达到平衡。
一旦任何一相主体组成与另一相主体组成达到平衡，推动
力便为 0。因此，吸收过程的总推动力采用任何一相的主体
组成与其平衡组成的差值表示。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 30/105
1.以（ pG-pe） 表示总推动力的总吸收速率方程式
G
eG
eGGA
GLG
eG
GL
A
iG
G
A
iGGA
ei
L
A
eiLLiLA
i
i
L
e
K
1
pp
)pp(KN
k
1
Hk
1
K
1
pp)
k
1
Hk
1
(N
pp
k
N
)pp(kN
pp
Hk
N
)pp(Hk)cc(kN
H
c
p;
H
c
p
?
???
?????
?
?
?
?
?
?
?
?
?????
???????
?
??
＝令
则：若系统符合亨利定律，
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 31/105
〖说明〗
?KG－ 总吸收系数,kmol/(m2.s.kPa)；
?1/ KG－ 总阻力,(m2.s.kPa)/kmol,此阻力的表达形式是与
总推动力 （ pG-pe） 相对应的，且由气膜阻力 1/kG与液膜阻力
1/(HkL)组成。
?气膜控制：
iGeG
iGGA
eGGA
GG
GL
pppp
)pp(kN
)pp(KN
kK
k
1
Hk
1
H
????
?
?
?
??
??
????值很大：易溶气体，
表明易溶气体吸收时，传质总阻力的绝大部分集中气膜
中，气膜阻力控制着整个吸收过程的速率；传质总推动
力的绝大部分集中在气膜中；吸收总推动力的绝大部分
用于克服气膜阻力，这种情况称为气膜控制。
?对于气膜控制的吸收过程，要提高吸收速率，在选择设
备型式及确定操作条件时应注意主要减小气膜阻力。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 32/105
2.以（ ce-cL） 表示总推动力的总吸收速率方程式
L
Le
LeLA
GLL
Le
GL
A
Li
L
A
LiLA
ie
G
Aie
GiGGA
iiGe
K
1
cc
)cc(KN
k
H
kK
1
cc)
k
H
k
(N
cc
k
N
)cc(kN
cc
k
HN
)
H
c
H
c
(k)pp(kN
Hpc;Hpc
?
???
?????
?
?
?
?
?
?
?
?
?????
????????
??
11
＝令
则：若系统符合亨利定律，
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 33/105
〖说明〗
?KL－ 总吸收系数,m/s；
?1/ KL－ 总阻力,s/m,此阻力的表达形式是与总推动力
（ ce-cL） 相对应的，且由气膜阻力 H/kG与液膜阻力 1/kL组成。
?液膜控制：
LiLe
LiLA
LeLA
LL
GL
cccc
)cc(kN
)cc(KN
kK
k
H
k
1
H
????
?
?
?
??
??
????值很小：难溶气体，
表明难溶气体吸收时，传质总阻力的绝大部分集中液膜
中，液膜阻力控制着整个吸收过程的速率；传质总推动
力的绝大部分集中在液膜中；吸收总推动力的绝大部分
用于克服液膜阻力，这种情况称为液膜控制。
?对于 液膜控制的吸收过程,要提高吸收速率，在选择设
备型式及确定操作条件时应注意 主要减小液膜阻力 。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 34/105
例题
【例】 110kPa下操作的氨吸收塔，某截面上，含氨 0.03摩
尔分率的气体与氨浓度为 1kmol/m3的氨水接触，已知气膜
传质系数 kG=5× 10-6kmol/(m2·s·kPa),液膜传质系数
kL=1.5× 10-4m/s,氨水的平衡关系可用亨利定律表示，
H=0.73kmol/(m3·kPa),试计算：
1.气液相界面上的两相组成；
2.以分压差和体积摩尔浓度差 表示的总推动力、总传质
系数、传质速率；
3.该吸收过程的控制因素；
4,气、液膜系数分别增加 10％时，总阻力的变化情况。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 35/105
【解】
)sm/(k m o l...)p-(pKN
)k P asm/(k m o l.
)
101, 50, 7 3
1
105
1
()
Hk
1
k
1
(K
m/k m o l..cc
k P a...pp
.
m/k m o l...Hpc
k P a.
.H
c
p.
eGA
1-
4-6-
1-
LG
G
e
e
e
e
???????
????
???
??
?
?
?
?
?
?
?
?
????
?????
?????
???
??
?
266
26
3
3
1023993110784
10784
4111412
9313710301 1 0
2
4120301 1 0730
371
730
1
1
传质速率：
＋＋总传质系数：
体积摩尔浓度差：
分压差：
总推动力
相界面液相组成：
相界面气相组成：
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 36/105
%.
.
K
KK
)k P asm/(k m o l.
)
.101, 50, 7 3
1
105
1
()
Hk
1
k
1
(K
10%
%.
.
K
KK
)k P asm/(k m o l.
)
101, 50, 7 3
1
.105
1
()
Hk
1
k
1
(K
10%.
).k().K(.
G
G
''
G
1-
4-6-
1-
'
LG
''
G
G
G
'
G
1-
4-6-
1-
L
'
G
'
G
GG
24
105
1
105
1
1084
1
1
11
1084
11
54
105
1
105
1
10245
1
1
11
10245
11
4
1005107843
6
66
26
6
66
26
66
?
?
?
?
?
?
?
????
????
??
??
?
?
?
?
?
?
????
????
??
??????
?
??
?
?
??
?
??
总阻力变化情况：
＋＋
时：液膜系数增加
总阻力变化情况：
＋＋
时：气膜系数增加
该吸收过程为气膜控制?
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 37/105
3.以（ y-ye） 表示总推动力的总吸收速率方程式
y
e
eyA
yxy
e
yx
A
i
y
A
iyA
ei
x
A
ei
x
ixA
i
i
e
K
1
yy
)yy(KN
kk
m
K
1
yy)
kk
m
(N
yy
k
N
)yy(kN
yy
k
mN
)yy(
m
k
)xx(kN
m
y
x;
m
y
x
?
???
?????
?
?
?
?
?
?
?
?
?????
????????
??
11
＝令
则：若系统符合亨利定律，
Ky－ 总吸收系数，
kmol/(m2.s)；
1/ Ky－ 总阻力，
(m2.s)/kmol,此阻
力的表达形式是与
总推动力（ y-ye）
相对应的。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 38/105
4.以（ xe-x） 表示总推动力的总吸收速率方程式
x
e
exA
yxx
e
yx
A
i
x
A
ixA
ie
y
A
ieyiyA
iie
K
1
xx
)xx(KN
mkkK
1
xx)
mkk
(N
xx
k
N
)xx(kN
xx
mk
N
)xx(mk)yy(kN
mxy;mxy
?
???
?????
?
?
?
?
?
?
?
?
?????
????????
??
1111
＝令
则：若系统符合亨利定律，
Kx－ 总吸收系数，
kmol/(m2.s)；
1/ Kx－ 总阻力，
(m2.s)/kmol,此阻
力的表达形式是与
总推动力（ xe-x）
相对应的。
yx
eyeyA
exA
mKK
)mxmx(K)yy(KN
)xx(KN
?
?
?
?
?
????
??
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 39/105
5.以（ Y-Ye） 表示总推动力的总吸收速率方程式
GYe
Y
e
eYA
e
G
Y
e
e
G
e
e
GeGGA
e
e
eeG
PKK,Y,Y
K
YY
)YY(KN
)Y)(Y(
PK
K
)YY(
)Y)(Y(
PK
)
Y
Y
P
Y
Y
(PK)pp(KN
Y
Y
PPyp;
Y
Y
PPyp
?????
?
???
??
?
?
??
?
?
?
?
????
?
??
?
??
故：低组成气体，
则令
据道尔顿分压定律：
1111
111
11
11
11
KY－ 总吸收系数，
kmol/(m2.s)；
1/ KY－ 总阻力，
(m2.s)/kmol,此阻
力的表达形式是与
总推动力（ Y-Ye）
相对应的。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 40/105
6.以（ Xe-X） 表示总推动力的总吸收速率方程式
LX
e
X
e
eXA
e
L
X
e
e
L
e
e
LLeLA
L
e
e
ee
KCK
,X,X
K
XX
)XX(KN
)X)(X(
CK
K
)XX(
)X)(X(
CK
)
X
X
C
X
X
(CK)cc(KN
X
X
CxCc;
X
X
CCxc
?
????
?
???
??
?
?
??
?
?
?
?
????
?
??
?
??
故：稀溶液，则
则令
1111
111
11
11
11
KX－ 总吸收系数，
kmol/(m2.s)；
1/ KX－ 总阻力，
(m2.s)/kmol,此阻
力的表达形式是与
总推动力（ Xe-X）
相对应的。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 41/105
2.3.3 吸收速率方程及吸收系数小结
1.推动力涉及范围及组成表示方法不同，吸收速率方程有
多种形式 (10)，归纳为两类：
?与膜系数相对应的速率式，采用一相主体组成与界面处
组成之差表示推动力；
?与总系数相对应的速率式，采用任一相主体组成与其相
平衡浓度之差表示推动力。
2.吸收系数应与推动力表示方法及其单位相一致。如
吸收速率方程 推动力 吸收系数
NA=kG(pG-pi) (pG-pi) kG,kmol/(m2.s.kPa)
NA=kL(ci-cL) (ci-cL) kL,m/s
NA=KL(ce-cL) (ce-cL) KL,m/s
NA=KG(pG-pe) (pG-pe) KG,kmol/(m2.s.kPa)
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 42/105
3.因为塔内不同横截面上气液相组成各不相同，因此吸收
速率也不同，故 吸收速率方程适用于塔内某一截面上稳态
吸收的过程,不能直接用来描述全塔的吸收速率。
4.总吸收速率方程适用于全部组成范围内平衡关系符合亨
利定律的溶液。
5.两种特殊情况：易溶气体吸收，气膜控制；难溶气体吸
收，液膜控制。
6.总吸收系数通过膜系数计算；各膜系数可相互换算；各
总系数可相互换算。
GLG
111
kHkK ?? GLL
11
k
H
kK ?? xyy k
m
kK ??
11
yxx mkkK
111 ??
GyY PKKK ?? LxX cKKK ?? LG HKK ?yx
mKK ?
Gy Pkk ? Lx Ckk ?
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 43/105
2.4 低组成气体吸收的计算
吸收塔的计算内容：
? 设计型：流向、流程、吸收剂用量、吸收剂组成、
溶质回收量或回收率、塔高、塔径
? 操作型：核算；操作条件与吸收结果的关系。
? 计算依据：物料恒算
相平衡
吸收速率方程
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 44/105
工业吸收过程既可采用板式塔又可采用填料塔, 本章主
要讨论填料塔 。
填料塔是在塔的筒体内填充某种特定形状的固体物 ——
即填料, 构成填料层 。 填料的作用：增大两相间的接触面
积和接触时间, 增加湍动程度 。
气液两相的流动方式：逆流, 并流 。
通常液体在塔内作为分散相, 依靠重力自上而下流动,
而气体则在压差的作用下, 以连续相的方式流过全塔 。
逆流特点：
?平均推动力比并流的大, 能有效地提高吸收速率；
?可提高出塔吸收液的组成；
?使出塔气体组成降至最低 。
?湍动程度高
?
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 45/105
2.4.1 物料衡算与操作线方程
2.4.1.1 物料衡算
1.逆流
对图中稳定操作状态的逆流吸收塔进行溶
质 A的物料衡算,
VY1+LX2=VY2+LX1
〖说明〗
?一般已知 V,Y1,Y2由生产工艺要求确定，
X2在选定吸收剂后为定值。未知量 L,X1。
?溶质回收量 GA=V(Y1-Y2)=L(X1-X2)
?溶质回收 (吸收 )率,（确定 Y2）
吸
收
塔
V,Y2
V,Y1
L,X2
L,X1
)(YY%Y YY AA ?? ?????? 11 0 0 12
1
21
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 46/105
?混和气体,Vh m3/s,y1
?纯溶剂,X2=0
2.并流
对图中稳定操作状态的并流吸收
塔进行溶质 A的物料衡算,
VY1+LX1=VY2+LX2
G= V(Y2-Y1)=L(X1-X2)
? ?1
0
0 1
422 yTP
PT
.
VV h ??
吸
收
塔
V,Y2
V,Y1
L,X2
L,X1
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 47/105
2.4.1.2 吸收塔的操作线方程与操作线
1.逆流
塔内任一截面 m-n至塔底处溶质 A的物料
衡算，如蓝框, V,Y
2
V,Y1
L,X2
L,X1
Y X
m n塔内任一截面 m-n至塔顶处溶质 A的物料
衡算，如红框,
11
11
Y)XX(
V
L
Y
LXVYLXVY
????
???
22
22
Y)XX(
V
L
Y
LXVYLXVY
????
???
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 48/105
〖说明〗
?操作线方程反映在塔的任一截面上，上升气相组成与下
降液相组成之间的关系。
X
Y1
Y2
X1X2
T
B )X(fY e ?
Y
A
? B点代表塔底组成,T点代表塔顶
组成,A点代表塔内任一截面的气、
液组成。
?从 A点引一垂线，与平衡线交与
一点，两点之间垂直距离代表以气
相表示的推动力 (Y-Ye)； 从 A点引一
水平线，与平衡线交与一点，两点
之间水平距离代表以液相表示的推
动力 (Xe-X)；
?吸收过程的操作线位于平衡线上
方，若位于下方，则为解吸过程。
?操作线离平衡线愈远吸收的推动
力愈大；
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 49/105
2.4.1.2 吸收塔的操作线方程与操作线（续）
2.并流
塔内任一截面 m-n至塔底处溶质 A的物料
衡算，如蓝框, V,Y
2
V,Y1
L,X2
L,X1
Y X
m n塔内任一截面 m-n至塔顶处溶质 A的物料
衡算，如红框,
11
11
Y)XX(
V
L
Y
LXVYLXVY
?????
???
22
22
Y)XX(
V
L
Y
LXVYLXVY
?????
???
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 50/105
〖说明〗
?操作线方程反映在塔的任一截面上，下降气相组成与下
降液相组成之间的关系。
X
Y2
Y1
X1X2
T
B
)X(fY e ?
Y
A
?B点代表塔底组成,T点代表塔
顶组成,A点代表塔内任一截面
的气、液组成。
?从 A点引一垂线，与平衡线交
与一点，两点之间垂直距离代表
以气相表示的推动力 (Y-Ye)； 从 A
点引一水平线，与平衡线交与一
点，两点之间水平距离代表以液
相表示的推动力 (Xe-X)；
?吸收过程的操作线位于平衡线
上方，若位于下方，则为解吸过
程。
无论并流、逆流，操作线方程与操作
线均由物料衡算得到，与系统的平衡
关系、操作条件及设备结构型式没有
关系。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 51/105
a b
Y2a
X2a
X2b Y2b
Y1bX1bY1a X1a
Y2b
Y1b=Y1a
Y2a
X2b X1b=X2a X1a
C
D
A
B
并流、逆流操作线练习（多塔联合操作）
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 52/105
2.4.2 吸收剂用量的确定
以逆流为例。
在 V,Y1,Y2,X2已知的情况下，吸收
塔的操作线的一个端点 T已确定，另一个
端点 B则可在 Y=Y1的水平线上移动，点 B
的横标取决于操作线的斜率 L/V。
2.4.2.1 最小液气比 (L/V)min
L/V,液气比，是吸收剂与惰性气体摩尔流量的比值，反
映单位气体处理量时的吸收剂耗用量的大小。
V确定,L↓,L/V↓,B点右移,X1↑。
当 L减小至使 B点右移至 Be点时,X1=Xe1,即吸收液与进塔
混和气相平衡，为理论上吸收液能达到的最高组成。此时操
作线 BeT的斜率称为最小液气比，用 (L/V)min表示，相应的吸
收剂用量称为最小吸收剂用量，用 Lmin表示。
X
Y1
Y2
X1X2
T
B
Y
A
Be
Xe1
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 53/105
最小液气比的计算
1.平衡发生在塔底
最小液气比定义：针对一定的分离任务，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。
X
Y1
Y2
X1X2
T
B
Y
A
Be
Xe1
21e
21
m i n
21e
21
m i n XX
YYVLOR
XX
YY
V
L
?
??
?
???
?
??
?
?
平衡关系符合亨利定律时：
2
1
21
m i n
2
1
21
m i n X
m
Y
YYVLOR
X
m
Y
YY
V
L
?
??
?
???
?
??
?
?
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 54/105
2
'
1
21
m i n
2
'
1
21
m i n
XX
YY
VL
OR
XX
YY
V
L
?
?
?
?
?
??
?
?
?
?
?
2.平衡发生在塔内
过 T作平衡线的切线，
交 Y=Y1水平线于 B’点。 1Y
2Y
2X 1X '1X
'BB
T
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 55/105
种极限情况实际不可行，只反映一
设备费时，＝
设备费
??????
?
?
?
?
?
?????
,Z,0Y
V
L
,Z,Y
V
L
m i n
?
?
??
?????
作费消耗、输送、再生等操超过一定限度时，溶剂
，并不总有效设备费
,Z,Y
V
L ?
?
3.操作液气比
m i n
m i n
L)0.21.1(LOR
V
L
)0.21.1(
V
L
～～
据经济衡算：
??
?
?
?
?
??
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 56/105
2.4.3 塔径的计算
根据圆形管路流量公式计算。
u
V4D s
?
?
式中,VS－ 操作条件下混和气体的流量,m3/s。 以入塔气
流量计（逆流：塔底，并流：塔顶）。
利用上式关键在于空塔气速 u的确定,u的确定取决于塔
的类型、操作条件、物系等因素，将在第 4章介绍。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 57/105
例题
【例】 在逆流吸收塔中，用洗油吸收焦炉气中的芳烃。
吸收塔压强为 105kPa, 温度为 300K, 焦炉气流量为
1000m3/h, 其中所含芳烃组成为 0.02（摩尔分率,下同），
吸收率为 95%，进塔洗油中所含芳烃组成为 0.005。若取吸
收剂用量为最小用量的 1.5倍，试求进入塔顶的洗油摩尔流
量及出塔吸收液组成。（操作条件下气液平衡关系为
Y*=0.125X ）
进入吸收塔的惰性气体摩尔流量为,
进塔气 组成：
出塔气 组成：
h4 1, 2 7 k m o l /)02.01(
3.1 0 1
1 0 5
272 7 3
2 7 3
4.22
1 0 0 0
)y1(
3.1 0 1
P
2 7 3t
2 7 3
4.22
V
V 1h
????
?
??
???
?
??
0 2 0 4.002.01 02.01
1
1
1 ????? y
yY
00 10 2.0)95.01(02 04.0)1(YY A12 ????? ?
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 58/105
吸收剂组成：
由于入塔洗油中含有少量芳烃, 则入塔的洗油量为：
L′ =L(1+X2)=7.59× (1+0.0053)=7.63kmol/h
0 0 5 0 3.0005.01 005.01
2
2
2 ????? x
xX
hk m o l
X
m
Y
YYVL /06.5
0 0 5 0 3.0
1 2 5.0
0 2 0 4.0
0 0 1 0 2.00 2 0 4.027.41
2
1
21
m i n ?
?
???
?
??
hk m o lLL /59.706.55.15.1 m i n ????
11.059.7 )0 0 1 0 2.00 2 0 4.0(27.410 0 5 0 3.0)( 2121 ???????? L YYVXX
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 59/105
2.4.4 填料层高度的计算
有传质单元数法和等板高度法。
2.4.4.1 传质单元数法
1.基本计算式
所以填料层高度计算 涉及物料衡算、传质速率和相平衡
关系 。我们前面介绍的所有传质速率方程都适用于稳定操
作的吸收塔中的 "某一横截面 ",而不能用于全塔。对于整个
吸收塔，气、液的浓度分布都沿塔高变化，吸收速率也在
变化。所以要在全塔范围应用吸收速率关系式，就要采用
微分方法，然后积分得到填料层的总高度 。
塔截面积
填料层体积?Z
) m/ m( m1
)m(
323
2
积填料提供的有效传质面
总传质面积填料层体积 ?
吸收速率方程传质速率
物料衡算吸收负荷总传质面积
??
??
) sm/ m o lk (
) s/ m o lk (
2
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 60/105
L dXdYVGd
]X)dXX[(LY]-dY )[ ( YVGd
A
A
???
?????
单位时间,dZ内吸收 A的量：
X+dX
)Zda(NAdNGd AAA ???
微元填料层内，因气液组成变化极小，
可认为吸收速率 NA为定值。
微元填料层内，吸收速率方程式：
)XX(K)YY(KN eXeYA ????
?
?
?
????
????
?
dZa)XX(KdZaNdGL d X
dZa)YY(KdZaNdGV d Y
eXAA
eYAA
??
??
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 61/105
积分上两式
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
??
1
2
1
2
1
2
1
2
0
0
X
X
eX
Y
Y
eY
Z
X
X
X
e
Z
Y
Y
Y
e
XX
dX
aK
L
Z
YY
dY
aK
V
Z
dZaK
XX
dX
L
dZaK
YY
dY
V
?
?
?
?
有效传质面积 a < 同体积填料的比表面积, a与填料的
形状、尺寸及充填状况 (整砌、乱堆 )有关，还受流体物
性 (m,s等 )及流动状况的影响，很难直接测定，所以和
吸收系数合在一起，作为一个完整的物理量看待，其乘
机称为体积吸收系数。
KYa－ 气相总体积吸收系数,kmol/(m3.s)；
KXa－ 液相总体积吸收系数,kmol/(m3.s)。
〖说明〗
KYa物理意义：单位推动力、单位时间、单位体积填料
层内吸收溶质 A的物质的量。
Z
G
Z
)YY(VaKYY A
Ye ?? ?
???? 211 时，当
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 62/105
2.传质单元高度和传质单元数 ?
??
1
2
Y
Y eY YY
dY
aK
VZ
?
?
?
?
?
?
?
?
1
2
1
2
23
Y
Y
e
OG
OG
e
Y
Y
e
Y
OG
OG
Y
Y
YY
dY
N
N
Y-YdY
YY
dY
aK
V
H
H
aK
V
]m[
]m) ] [s.m/(k m o l[
[ k m o l / s ]
aK
V
：，“气相总传质单元数”
，称为总传质单元高度的倍数填料层高度相当于气相
因次，理解为单位相同，故积分值无与中
，即：总传质单元高度”，此单元高度称为“气相
定的某种单元高度，理解为由过程条件所决因此可将
的单位：
?
?
?
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 63/105
同理,OLOL NHZ ??
GG NHZ ??
LL NHZ ??
?aK
LH
X
OL ? ? ??
1
2
X
X OL XXe
XdN
?ak
'VH
y
G ? ? ?? 1
2
y
y iG yy
ydN
?ak
'LH
x
L ? ? ??
1
2
x
x iL xx
xdN
OGOG NHZ ???
填料层高度可用下面的通式计算：
Z=传质单元高度×传质单元数
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 64/105
〖说明〗
①,传质单元高度
若吸收过程所需填料层高度恰等于一个气相总传质单元
高度时，即,Z=NOG,则：
整个填料层内,(Y-Ye)虽为变量，但总可以找到一个平均
值 (Y-Ye)m,代替积分式中的 (Y-Ye),而不改变积分值，即：
(Y1-Y2) =(Y-Ye)m。
HOG的物理意义：
气体流经一段填料，溶质组成变化 (Y1-Y2) 等于该段填料
层平均推动力 (Y-Ye)m时，该段填料层高度就是一个气相总
传质高度 。
HOG的指导意义：
反映了传质阻力的大小、填料性能的优劣及润湿情况的
好坏 。 KY↓(阻力 ↑),a↓→HOG↑
? ?????? 12YY
eY
OGOG YY
dY
aK
VNHZ
?
11
2
??? ? YY
e
OG YY
dYN
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 65/105
? ?? 1
2
Y
Y
e
OG YY
dYN
②,传质单元数
NOG的指导意义：
反映了取得一定吸收效果的难易程度。
dY↑,(Y-Ye)↓→NOG↑ （ 难 ↑）
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 66/105
3.传质单元数的计算
以逆流为例。
①脱吸因数法
适用情况：平衡关系符合线性关系。
1122
1122
X)YY(
L
V
XA N DX)YY(
L
V
XOR
Y)XX(
V
L
YA N DY)XX(
V
L
Y
bmXYOR bmXY
ee
??????
??????
????
操作关系：
平衡关系：
? ???
???
???
???? ??
?
?
?
?
?
?
????
?
?
?
?
?
?
?
????
?
??
?
?
?
? 1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
2
22
22
1
1
Y
Y
e2
OG
L
mV
SY
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y
e
OG
YYSYS
dY
N
b)mX(Y
L
mV
Y
L
mV
dY
b]X)YY(
L
V
m[Y
dY
b]mX[Y
dY
YY
dY
N
）（
令
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 67/105
? ?
? ?
? ?
? ?
? ?
? ?
? ? ]S
YY
)YY(
Sl n [
S
]
YY
YYS()YY(S
l n [
S
]
YY
SYSYYYSYS
l n [
S
]
YYSYS
YYSYS
l n [
S
YYSYS
]YYSYS[d
S
N
e2
e
e2
e2e
e2
eee2
e2
e2
Y
Y
e2
e2
OG
?
?
?
?
?
?
?
????
?
?
?
?????
?
?
???
???
?
?
???
???
?
?
?
2
21
2
221
2
2221
22
21
2
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1 1
2
）
）（
）（
）（
）（
）（
式中,S=mV/L－ 脱吸因数，是平衡线斜率 m与操作线斜
率 L/V的比值，无量纲。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 68/105
? ? ?
?
?
?
?
? ?
?
??
?
? S
YY
YYSln
S
N
e
e
OG
22
211
1
1
以 S为参数，在半对数坐标上标
绘 NOG~(Y1-Ye2)/(Y2-Ye2)关系。
横标 (Y1-Ye2)/(Y2-Ye2),反映吸收
率的大小。
参数 S,反映吸收推动力的大小。
22
21
e
e
YY
YY
?
?
????
??
OG
e22
e21
1A
A
N
Y-Y
Y-Y
Y
X,Y,
L
Vm
)(YY
，，，
一定时，
?
?
22
12
1
?????? OG1
e22
e21 N,)YeY(X,
V
L,
L
mV
Y-Y
Y-YX,Y,一定，已知时，
21
X
Y1
Y2
X1X2
T
B )X(fY e ?
Y
A
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 69/105
Y1
Y2
X1X2
T
B
Y
X
脱吸因数 S不同时对生产过程的指导意义：
希望得到高的吸收率：
力图使 Y2→Ye2
方法时增大液体量，改变操作
线方程，从而使 L/V>m,即：
在 S<1时才有可能。
)(YY A??? 112
希望得到高组成的吸收液：
力图使 X1→Xe1
方法时增大液体量，改变操作
线方程，从而使 L/V<m,即：
在 S>1时才有可能。
一般 S=0.7~0.8时，可兼顾上述两种情况。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 70/105
同理：
此式常用于解吸操作的计算
? ?
，无量纲；斜率与平衡线斜率比值
－吸收因数，操作线式中：
mV
L
A
A
YY
YY
Aln
A
N
e
e
OL
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
11
21
1
1
1
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 71/105
②对数平均推动力法
适用情况：平衡关系符合线性关系。
Y
Y1
Y2
X1X2
T
B
Y
X
22 X)YY(L
VX
bmXY e
???
??
操作关系：
平衡关系：
21
21
e
e111
e222
Y-Y
Y-Y
dY
Yd
YY
)bmXY
L
mV
(Y)
L
mV
(
b]X)YY(
L
V
[mY)bmX(Y
Y-YY
tt a nco n sY-YY
tt a nco n sY-YY
???
?
?
?
?
＝
率：作图，为一直线，其斜～以
塔内任一截面推动力：
塔底推动力：
塔顶推动力：
?
?????
????????
?
??
??
22
22
1
ΔY1
ΔY2
Y1Y2
ΔY
Y
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 72/105
2
1
2121
2
1
21
21
21
21
21
21
Y
Y
ln
YY
Y
Y
YY
N
Y
Y
ln
YY
YY
Y
Yd
YY
YY
YY
Yd
N
Yd
YY
YY
dY
m
m
OG
Y
Y
Y
Y
e
OG
1
2
1
2
?
?
??
?
?
?
?
??
?
?
??
?
??
?
?
?
?
?
??
?
?
?
?
?
?
?
?
??
?
?
?
??
式中：
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 73/105
同理：
2
1
21
XΔ
XΔln
XΔXΔ
XΔ m
?
?
222
111
XXXΔ
XXXΔ
e
e
??
??
m
OL X
XXN
?
21 ??
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 74/105
21 e2
21
e1
21
OG
e22e11e
YY
YY
YY
YY
N
YYYYYY
?
?
?
?
?
?
?????
〖说明〗
?对数平均推动力法适用于平衡线为直线，逆流、
并流吸收皆可。
?平衡线与操作线平行 时，
?当
22
21
2
1 YYY
Y
Y
2
1
m
???
?
? ???? 时，
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 75/105
③梯级图解法
适用情况：平衡关系为直线或弯曲率不大的曲线。
图解步骤,
?在 Y~X图上绘出 TB线及 OE线；
T
B
Y
X
F F’
O
E
?在 TB及 OE线之间画出若干 (Y-Ye)
的中点联成的曲线 MN；
?从塔顶 T出发，作水平线交 MN于
F,延长 TF至 F’,使 TF=FF’,从 F’
出发，重复绘制梯级过程，直至达
到或超过塔底 B点为止；
?NOG＝ 梯级数 (非整数 )
M
N
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 76/105
适用情况：平衡关系符合曲线
且无具体函数关系
步骤：
?根据已知条件在 Y~X图上作出
平衡线和操作线。
?在 Y1与 Y2之间任选若干个 Y值，
从图中读出相应的 Ye值，并计算
值。
?在直角坐标系中以
作图得曲线。
? 曲线与 Y=Y1,Y=Y2及恒轴所
包围的面积即为 NOG。
YYY
e
～?1
④ 图解积分法
eYY ?
1
Y
1Y
2Y
2X 1X X
O
EB
T
Y
eY
? ?? 12Y Y eOG YY YdN
Y1Y2
eYY ?
1
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 77/105
⑤数值积分法
适用情况：平衡关系符合曲线且已知函数关系
图解积分法虽为一种理论上严格的方法, 但计算起来特
别繁琐 。 可采用数值积分法进行计算, 例如采用辛普森
(Simpson)数值积分法 。
在 Y1和 Y2之间作偶数等分, 对每一个 Yi值计算出对应的
f(Yi), 并令 Y0=Y2(塔顶气相组成 ),Yn=Y1(塔底气相组成 )，
然后按下式进行求解
此外可采用龙贝格方法、高斯积分法等。
? ? ?
? ? ?
段区间的纵标；－第
等分区间的步长；－式中：
i
YY
)Y(f
n
n
YY
Y
)Y(f)Y(f)Y(f
)Y(f)Y(f)Y(f)Y(f)Y(f
Y
YY
Yd
N
eii
i
n
n
nn
Y
Y
e
OG
1
2
?
?
?
?
???
?????
?
?
?
??
1
2
4
3
0
242
1310
?
?
?
?
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 78/105
2.4.4.2 等板高度法
设填料层由 N级组成，吸收剂从塔顶进入
第 I级，逐级向下流动，最后从塔底第 N级流
出；原料气从塔底进入第 N级，逐级向上流
动，最后从塔顶第 1级排出。在每一级上，气
液两相的组成达到平衡，溶质组成由气相向
液相转移。 若离开某一级时，气液两相的组
成达到平衡，则称该级为一个理论级，或称
为一层理论板,NT。
等板高度：分离效果达到一个理论级所需
的填料层高度 。
Z=HETP× NT
NT—— 完成分离任务，所需的理论级数；
HETP—— 等板高度，由实验测定或经验公
式计算。
Y2=YI X2=X0
YI
Yi XI
I
i
i+1
N
XiYi+1
Xi+1YN
XN
Y1=YN+1 X1=XN
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 79/105
Y1
X0 X1
Y2
X2
Y3
X3
Y4
T
B
o
E
1,图解法求 NT
步骤：
?画平衡线 OE,操作
线 TB；
?从 T点出发画梯级，
直到越过 B点。
?梯级数为理论板数 NT。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 80/105
Aln
Y
Y
ln
NORS
YY
YY
)S(ln
Aln
N
NN;YY
A
A
YY
Y)AAA(Y)AAA(Y
Y)AA(Y)AA(Y)XX(
V
L
Y
m
bY
X
AYY)A(Y)XX(
V
L
Y
T
e
e
T
TN
N
N
e
NNNN
N
eIIIII
II
II
e
YY
III
I
2
1
22
21
11
1
21
2
1
2
1
1
2
2
2
2
22
2222
1
1
1
1
1
1
1
2
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
???
??
?
?
??
?????????
?????????
?
?
??????
?
?
?
??
?
?
?
??
?
2,解析法
逆流。
平衡线,Yi=mXi+b
操作线：
Y2=YI X2=X0
YI
Yi XI
I
i
i+1
N
XiYi+1
Xi+1YN
XN
Y1=YN+1 X1=XN
221 Y)XX(V
LY
ii ????
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 81/105
? ?
—克列姆塞尔方程—
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
Aln
Y
Y
ln
N
S
YY
YY
Sln
Aln
N
T
e
e
T
2
1
22
21
1
1
?
?
? ? 比较与 ?
?
?
?
?
? ?
?
??
?
? S
YY
YYSln
S
N
e
e
OG
22
211
1
1
AA
A
A
S
N
N
ln
1
ln
1
OG
T ????
当 A=1时 NT=NOG
A>1时 NT<NOG
A<1时 NT>NOG
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 82/105
2.4.5 吸收塔的设计型计算
吸收塔的计算包括设计型和操作型两类 。 设计型计算通
常是在物系, 操作条件一定的情况下, 计算达到指定分离
要求所需的吸收塔塔高 。
当吸收的目的是除去有害物质时, 一般要规定离开吸收
塔混合气中溶质的残余浓度 Y2； 当以回收有用物质为目的
时, 一般要规定溶质的回收率 。
吸收塔设计的优劣与吸收流程, 吸收剂进口浓度, 吸收
剂流量等参数密切相关 。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 83/105
1．流向的选择
逆流,气液流向相反 ；
并流,气液流向相同 。
逆流与并流的比较,
逆流操作与并流的气液两相进, 出口组成相等的条件下
逆流操作的优点：
?逆流操作可获得较大的吸收推动力, 从而提高吸收过程
的传质速率；
?可得到浓度较高的吸收液；
?可使出塔气体中溶质的含量降低, 提高溶质的吸收率 。
所以工业上多采用逆流吸收操作。
注意,在逆流操作过程中，液体在向下流动时受到上升
气体的曳力，这种曳力过大会妨碍液体顺利流下，因而限
制了吸收塔的液体流量和气体流量。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 84/105
2．吸收剂进口组成的选择及其最高允许组成
分析过程：
当气, 液两相流量及溶质吸收率一定时, 若吸收剂进口
组成过高, 吸收过程的推动力减小, 则吸收塔的塔高将增
加, 使设备投资增加；
若吸收剂进口组成太低, 吸收剂再生费用增加；
所以吸收剂进口浓度的选择是一个总费用的优化问题,
通常往往结合解吸过程确定 。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 85/105
2.4.6 吸收塔的操作型计算
吸收塔的操作型计算是指吸收塔塔高一定时, 吸收操作
条件与吸收效果间的分析和计算 。 例如已知塔高 Z,气, 液
流量, 混合气体中溶质进口组成, 吸收剂进口组成, 体积
吸收系数 KYa时, 核算指定设备能否完成分离任务 。 又如某
一操作条件 （ L,V,T,p,Y1,X2） 之一变化时, 计算吸
收效果如何变化 。
1,定性分析
定性分析步骤, （ 1） 常根据条件确定 HOG,S,然后用
Z=HOGNOG确定 NOG的变化；
（ 2） 用脱吸因数法图 2-13(P108)确定 Y2的变化趋势；
（ 3） 用全塔物料衡算分析 X1的变化 。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 86/105
例题
【例】在一填料塔中用清水吸收氨－空气中的低浓氨气，
若清水量适量加大，其余操作条件不变，则 Y2,X1如何变化？
（已知体积传质系数随气量变化关系为 kYa∝V 0.8）
【解】用水吸收混合气中的氨为气膜控制过程，故
KYa≈ kYa∝V 0.8
因气体流量 V不变，所以 KYa近似不变，所以 HOG不变。
因塔高不变，故根据 Z= HOGNOG可知 NOG不变。
当清水量加大时，因 S=mV/L,故 S降低，由图 2-13可以看
出 (Y1-Ye2)/(Y2-Ye2)会增大，故 Y2将减小 。
根据物料衡算 L(X1-X2)=V(Y1-Y2)≈VY 1可近似推出 X1将下
降。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 87/105
2、定量计算
在定量计算时, 由于传质单元数计算式的非线性, 因此,
计算需采用试差法及对比法求解 。
【 例 】 某填料吸收塔在 101.3 kPa,293K下用清水逆流吸
收丙酮 — 空气混合气中的丙酮, 操作液气比为 2.0,丙酮的
回收率为 95%。 已知该吸收为低浓度吸收, 操作条件下气
液平衡关系为, 吸收过程为气膜控制, 气相总体积吸收系
数与气体流率的 0.8次方成正比 。 （ 塔截面积为 1m2）
（ 1） 若气体流量增加 15%,而液体流量及气, 液进口组
成不变, 试求丙酮的回收率有何变化？
（ 2） 若丙酮回收率由 95%提高到 98%,而气体流量, 气,
液进口组成, 吸收塔的操作温度和压力皆不变, 试求吸收
剂用量提高到原来的多少倍 。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 88/105
【 解 】 （ 1） 设操作条件变化前为原工况, 气量增加 15%
时为新工况 。
59002 181,..LmVS ???
? ?
? ?? ?
3015
590205901
5901
1
1
1
1
20
9501
1
1
1
0
22
21
2
1
22
21
2
.
..ln
.
S
YY
YY
Sln
S
N
.Y
Y
YY
YY
,X
e
e
OG
Ae
e
?
???
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
?
?
?
?
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 89/105
OG
.
OG
.
'
OG
'
OG
.
.OG
.
Y
Y
OG
H..H
V
V
HH
V
V
V
H
VaK
a ΩK
V
H
0 2 81151
20
20
20
80
80
??
?
?
?
?
?
?
?
?
??
??
??
新工况下
故
，因
1575
0281
3015
0281
.
.
.
H.
HN
H
HN
N
HNHN
OG
OGOG
'
OG
OGOG'
OG
OGOGOG
'
OG
'
??
?
?
?
??
???因塔高未变，故
6 7 90590151,..S
V
V
S
L
mV
S,
L
mV
S
'
'
'
'
?????
???
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 90/105
? ? ?
?
?
?
?
? ?
?
??
?
? '
e
'
e'
'OG
' S
YY
YYSln
S
N
22
211
1
1
? ? ?
?
?
??
? ??
?? 67906790167901
11575
2
1,
Y
Y.ln
.,'
? ?
9 2, 9 5 %
..ln
.
.
'
A
'
A
变为解得丙 酮
6790
1
1
67901
67901
1
1575
?
?
的
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 91/105
(2) 当气体流量不变时，对于气膜控制的吸收过程,HOG不
变，故吸收塔塔高不变时,NOG也不变化，即将丙酮回收率
由 95%提高到 98%，提高吸收剂用量时，新工况下
3015,NN OGOG'' ??
，
''
''
L
mVS ? 980,'A ??
? ? ?
?
?
??
? ??
??
''
A
''
''
''OG
'' SSln
SN ?
11
1
1
? ?
倍。到原来的所以吸收剂用量应提高
用试差法解得
7461
7461
3380
590
3380
9801
1
1
1
1
3015
.
.
.
.
L
L
S
S
.S
S
.
Sln
S
.
''
''
''
''''
''
???
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 92/105
2.4.7 强化吸收过程的措施
强化吸收过程即提高吸收速率。 吸收速率为吸收推动力
与吸收阻力之比，故强化吸收过程从以下两个方面考虑：
提高吸收过程的推动力；）降低吸收过程的阻力。
1．提高吸收过程的推动力
（ 1）逆流操作
（ 2）提高吸收剂的流量
通常混合气体入口条件由前一工序决定，即气体流量 V、
气体入塔 组成 一定，如果吸收操作采用的吸收剂流量 L提高，
即 L/V提高，则吸收的操作线上扬，气体出口浓度下降，吸
收程度加大，吸收推动力提高，因而提高了吸收速率。
吸收阻力
吸收推动力吸收速率 ?
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 93/105
（ 3）降低吸收剂入口温度
当吸收过程其它条件不变，吸收剂温度降低时，相平衡
常数将增加，吸收的操作线远离平衡线，吸收推动力增加，
从而导致吸收速率加快。
（ 4）降低吸收剂入口溶质的浓度
当吸收剂入口浓度降低时，液相入口处吸收的推动力增
加，从而使全塔的吸收推动力增加。
2．降低吸收过程的传质阻力
（ 1）提高流体流动的湍动程度
吸收的总阻力包括：
?气相与界面的对流传质阻力；
?溶质组分在界面处的溶解阻力；
?液相与界面的对流传质阻力。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 94/105
通常界面处溶解阻力很小，故总吸收阻力由两相传质阻
力的大小决定。若一相阻力远远大于另一相阻力，则阻力
大的一相传质过程为整个吸收过程的控制步骤，只有降低
控制步骤的传质阻力，才能有效地降低总阻力。
降低吸收过程传质阻力的具体有效措施,
1）若气相传质阻力大，提高气相的湍动程度，如加大气
体的流速，可有效地降低吸收阻力；
2）若液相传质阻力大，提高液相的湍动程度，如加大液
体的流速，可有效地降低吸收阻力。
（ 2）改善填料的性能
因吸收总传质阻力可用 表示，所以通过采用新型
填料，改善填料性能，提高填料的相际传质面积 a,也可降
低吸收的总阻力。
aKY
1
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 95/105
2.5 吸收系数
吸收系数 是反映吸收过程物系及设备传质动力学特性的参数, 是设
计计算的基本数据, 其大小主要 受物系的性质, 操作条件及设备结构
等三方面的影响 。 由于影响因素十分复杂, 目前还无通用的计算方法和
计算公式 。 一般是针对具体的物系, 在一定的操作条件和设备条件下进
行实验, 将实验数据整理成相应的经验公式或准数关联式, 供计算时使
用 。
2.5.1 吸收系数的测定
吸收系数的测定是采用与生产条件相近的吸收塔以及操
作条件下进行,这种测定方法依据全塔内的吸收速率方程
式进行，因而得到的吸收系数值实际是全塔的平均值。
例如当吸收过程在所涉及的浓度范围内平衡关系为直线
时，只要测定出气液两相流量及其浓度组成，便可根据填
料层高度的计算公式得到平均的总体积吸收系数 Kya 。
m
Y YZ
)YY(VaK
??
21 ??
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 96/105
2.5.2 吸收系数的经验公式
吸收系数的经验公式是根据特定系统及一定条件下的实
验数据整理而来，因而运用范围较窄。
某些体积吸收系数经验公式如下。
式中符号含义及适用条件见教材 P121~122。
250704
960
390904
10819
572
10076
..
G2
.
L2
..
G
WG.akSO
U.akCO
WG.ak
?
?
??
?
??
：用水吸收
：常压下用水吸收
用水吸收氨：
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 97/105
2.5.3 吸收系数的准数关联式
对吸收过程进行理论分析, 将影响因素归纳为几个准数 。
然后进行实验, 确定准数之间的函数关系, 从而得到相应
的准数关联式, 使用时注意应用条件和范围 。
1.传质过程中常用的 4
① 施伍德 (Sherwood)准数 Sh
它包含待求的吸收膜系数，为反映吸收过程进行难易程
度的准数。
D
l
C
c
kSh
D
l
P
R T p
kSh
Sm
GG
Bm
GG
?
?
液相：
气相：
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 98/105
(Schmidt)准数 Sc
它反映物性对吸收过程影响的准数。
③ 雷诺 (Reynolds)准数 Re
反映流体流动时湍动程度的准数。
④ 伽利略 (Gallilio)准数 Ga
反映液体受重力作用而沿填料表面向下流动时，所受重
力与粘滞力相对关系的准数
DScSc LG ?
???
L
L
e
G
WReudRe
???
? 40 ?? 液相：气相：
2
23
L
LglGa
?
??
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 99/105
2.计算气膜吸收系数的准数关联式
3.计算液膜吸收系数的准数关联式
??
??
?
?
)Sc()( R e
lR T p
PDkGOR
)Sc()( R eSh
GG
Bm
GGG
?
?
3
1
3
1
3
2
3
1
3
1
3
2
0 0 5 9 50
0 0 5 9 50
)Ga()Sc()( R e
lc
CD
.kOR
)Ga()Sc()( R e.Sh
LL
Sm
L
LLL
?
?
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 100/105
2.6 其它吸收与解吸
2.6.1 高组成气体吸收
当混合气体中溶质含量大于 10%以上时, 而且被吸收的数
量又较多, 称为高组成气体的吸收 。 与低组成气体相比具
1, 因而操作线方程
式和吸收速率方程式中的组成采用摩尔分率表示 。
2, 使液体温度升高, 为非
等温吸收过程 。 液体的升温使溶质溶解度降低, 将直接影
响气液平衡关系 。
3, 不能再视为
常量 。
因而高组成气体吸收的计算相当复杂，必须同时联立物
料衡算式、热量衡算式、传质速率方程式和相平衡方程式，
通过数值计算方法求解。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 101/105
2.6.2 非等温吸收
气体吸收过程中，因溶解热、反应热得存在，使得液相温度随组成
得升高而升高，称为非等温吸收。
对吸收过程得影响：
? 气体的溶解度减小
? 吸收的推动力减小
故需较高的填料层或较多的理论板层数。
非等温吸收采用近似处理方法：假定所有释放出得热量均被液体吸
收，即忽略气体得温度变化及其它热损失。据此推算出液体浓度与温度
的对应关系，从而得到非等温吸收下的平衡曲线。
当吸收得热效应很大，必须设法排除热量，以控制吸收过程得温度。
通常采取的措施有：
? 在吸收塔内装置冷却元件。如板式塔可以在塔板上安全冷却蛇管或
在板间设置冷却器；
? 引出吸收剂到外部进行冷却；
? 采用边吸收边冷却得吸收装置；
? 采用大得喷淋密度。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 102/105
2.6.3 多组分吸收
气体混合物中若有两个或两个以上的组分同时被吸收的
操作, 称为多组分吸收 。
如用液态烃吸收石油裂解气中的 C2,C3,C4等烃类使之
与 H2,CH4分离；用洗油吸收焦炉气中的苯, 甲苯, 二甲苯
蒸汽回收粗苯都为典型的多组分吸收 。
多组分吸收中，由于其它组分的存在使得各溶质在气液
两相中的平衡关系、扩散系数等有所改变，因而其计算较
单组分复杂。但是，对于某些溶剂用量很大的低组成气体
吸收，所得稀溶液的平衡关系可认为服从亨利定律，而且
各组分的平衡关系互不影响，因而可分别对各溶质组分予
以单独考虑。
在进出吸收塔的气体中，各组分组成都不相同，因而每
一溶质组分都有自己的操作线方程式及相应的操作线,但
因液气比 L/V为常数，所以各操作线相互平行。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 103/105
2.6.4 化学吸收
化学吸收通常指溶质气体 A溶于溶液后, 即与溶液中不挥
发的反应剂 B组分进行化学反应的过程：
这是一种传质与反应同时进行的过程 。 由于在吸
收的同时液相伴有化学变化, 使其中的溶质转化为反应产
物, 因而具有下述几个主要的优点：
优点,① 化学反应提高了吸收的选择性；
② 加快吸收速率, 设备容积, 设备投资费；
③ 反应增加了溶质在液相中的溶解度, 吸收剂用量；
④ 反应降低了溶质在气相中的平衡分压, 可较彻底
地除去气相中很少量的有害气体 。
缺点：解吸困难，解吸能耗。若反应为不可逆，反应剂
不能循环使用，用途就大受限制。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 104/105
2.6.5 解吸
使溶解于液相中的溶质组分释放出来的操作称为解吸 (或脱吸 ),它是
吸收的逆过程 。 通常解吸操作既可获得较纯净的溶质组分, 又可使吸收
剂得以再生, 循环使用 。 解吸操作方法一般是在解吸塔底通入某种情性
气体或蒸汽, 目的在于提供与吸收液不相平衡的气相, 使其与由塔顶喷
淋而下的吸收液进行逆流接触 。 这样在解吸推动力的作用下, 溶质将不
断由液相传递至气相, 塔底得到较纯净的溶剂, 塔顶则得到溶质组分与
惰性气体或者蒸汽的混合物 。
采用惰性气体 (空气, N2,CO2等 )的解吸过程, 适用于脱除少量溶质
以回收溶剂, 一般难以同时得到纯净的溶质组分 。 采用蒸汽的解吸过程,
若溶质不溶于水, 则可用冷凝的方法将塔顶混合气体冷凝而分离出水层
的办法, 得到纯净的溶质组分 。
吸收操作的设备同样适用于解吸操作, 而且吸收过程的理论与计算
方法亦适用于解吸 。 在解吸过程, 由于溶质在液相中的实际浓度总是大
于与气相成平衡的浓度, 因而解吸的操作线位于平衡线的下方, 即其推
动力为吸收过程推动力的相反值 。 所以需将吸收速率的方程式中推动力
的前后项调换, 计算公式便可用于解吸 。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 105/105
基本原理
与概念
设计计算 强化吸收
指导操作
本章总结－联系图
扩展延伸
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 106/105
1.气液相平衡
2.物料衡算
稀溶液：亨利定律
Exp e ?
H
cp
e ?
mxy e ?
p
Em ?
mXYe ? S
S
EMH
??
V(Y1－ Y2)=L(X1－ X1) ?全塔
22 Y)XX(V
LY ???
11 Y)XX(V
LY ???
?塔顶与塔任一截面
?塔底与塔任一截面
基本原理与概念
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 107/105
)(YY
Y
YY
A
A
?
?
??
?
?
112
1
21
X1=V（ Y!－ Y2） /L+ X2
?回收率
?吸收液浓度
?液气比 定义：气体吸收操作中吸收剂流量和惰性气体流
量之比。它可影响吸收质量和操作成本。它是一
个技术指标，也是一个经济指标。
21
21
XX
YY
V
L
em i n ?
???
?
??
?
?
2
1
21
X
m
Y
YY
V
L
m i n ?
?
??
?
?
?
?
?
m i nV
L)..(
V
L ?
?
??
?
??? 0211
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 108/105
3.传质速率方程
、
Bmp
p
Smc
c —— 漂流因数
???????? D pDTpTDpTfD )(
75.1
，
???????? D DTTDTfD ??? )(,
气体：
液体：
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 109/105
)xx(kN ixA ??
)cc(kN LiLA ??
)pp(kN iGGA ??
)yy(kN iyA ??
)pp(KN eGGA ??
)yy(KN eyA ??
)cc(KN LeLA ??
)xx(KN exA ??
对流扩散：双膜理论（三个要点）
Gpkk y ?
Lckk x ?
LG HKK ?
yx mKK ?
GyY pKKK ??
LxX cKKK ??
)YY(KN eYA ??
)XX(KN eXA ??
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 110/105
4.传质系数
①分子扩散基本定律 (Fick定律 )
②单向扩散传递速率：
③传质系数求法：
?实验测定
?经验公式
?准数关联式
)p(ppR T zDPN iG
BmG
A ??
)cc(cz DcN Li
mSL
A ??
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 111/105
GLG
1 1 1
kHkK ??
GLL
1 1 kHkK ??
1 1
yxy kk
m
K ??
yxx mkkK
111 ??
—— 气相总体积吸收系数,kmol/（ m3·s ）aK
y
aKx —— 液相总体积吸收系数,kmol/（ m
3·s ）
体积吸收系数的物理意义：
在单位推动力下，单位时间，单位体积填料层内吸收的
溶质量。
分系数与总系数之间的关系：
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 112/105
1.塔径 D
2.填料层高度 Z
Z=传质单元高度×传质单元数
(1).传质单元高度
?定义：
?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
?aK
VH
Y
OG ?
设计计算
u
VsD
?
4?
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 113/105
(2).传质单元数：
? ?? 12YYOG YeY dYN
定义：
传质单元数的意义：一个传质单元，即气相流过一
段填料后，其组成变化等于该段填料的总的平均推
动力。
①平均推动力法（适合平衡线、操作线为直线）
?OGN
mY
YY
?
21 ?
2
1
21
YΔ
YΔ
ln
YΔYΔ
YΔ m
?
?
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 114/105
②脱吸因数法（适合平衡线、操作线为直线）
? ? ?
?
?
?
?
? ?
?
??
?
? S
YY
YYSln
S
N
e
e
OG 211
1
2
21
的意义,反映了 A吸收率的高低。
22
21
e
e
YY
YY
?
?
③图解积分法（适合平衡线为曲线）
④数值积分法（适合平衡线为曲线）
参数 S的意义：反映了吸收过程推动力的大小，
其值为平衡线斜率与吸收操作线斜率的比值。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 115/105
⑤等板高度法
? ? —克列姆塞尔方程—?
?
?
??
? ?
?
??? S
YY
YYSln
AlnN e
e
T
22
2111
AA
A
A
S
N
N
ln
1
ln
1
OG
T ????
当 A=1时 NT=NOG
A>1时 NT<NOG
A<1时 NT>NOG
Z=NTHETP
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 116/105
指导操作
?吸收塔经常和解吸塔联用。吸收后的溶剂需经过解吸塔再
生。为了使吸收效果好，必须要求解吸塔的解吸效果好；
?降低塔的操作温度，降低相平衡常数 m,提高操作压力，
可以增加传质推动力；
?降低吸收剂的进口组成 x2降低，可以增大传质推动力；
?增大液气比 L/V，可增大传质推动力；
?对液膜控制，要加强液相湍动，可加大液气比，加压吸收。
减少气膜阻力；对气膜控制，要注意减少气膜阻力。可用合
适的设备。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 117/105
?增加 L/V
?改变平衡关系,m?(T?,P?）；
? x2 ?（ 提高解吸程度）；
1.提高推动力
2.减少传质阻力：
? L ?
?V?
?采用新型填料，如环鞍型,Mellapak填料
强化吸收
提高吸收率的两种途径：
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 118/105
扩展延伸
1.解吸
定义：使溶解在液相中的气体释放出来的操作。
特点 (与吸收相比 )：
?所用设备相同。板式塔、填料塔；
?原理相同。均为物质单向扩散；
?计算填料高度的方法和计算步骤相同。
2.化学吸收
定义：溶质 A与溶剂进行化学反应的吸收过程。
特点：
?液相溶质平衡分压降低，甚至可以降到零，吸收推动力增大；
?液膜传质阻力下降，传质系数有所提高；
?可以使溶剂吸收更多的溶质，溶剂不易饱和，因而有些物理吸
收无效的情况下，化学吸收仍有效。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 119/105
3.多组分吸收
定义：气体混和物中几个组分同时被溶剂吸收的过程。
特点：
?多组成吸收的设计原则是根据其中某一组分 (称关键组分 )的吸收
要求，按单组分的计算方法，定出所需理论板层数，然后核算用
这么多理论板同时能把其它组分吸收多少，从而根据进塔的气液
相组成计算出塔的气液组成。
4.非等温吸收
定义：具有溶解热或反应热等热效应的吸收过程。
特点：
?由于热效应使溶液温度升高，平衡分压增大，平衡线向上移动，
不利于吸收，比等温吸收需要更大的液气比，或较高的填料层 (或
理论板数 )，因而通常要设法排除热量，尽量使吸收接近等温。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 120/105
本章要求
了解：
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 121/105
THE END
Thanks
第二章 气体吸收
2.1 概述
2.2 气体吸收的平衡关系
2.3 气体吸收速率方程式
2.4 低组成气体吸收的计算
2.5 吸收系数
2.6 其它吸收与解吸
本章总结－联系图
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 2/105
2.1 概述
2.1.1 气体吸收过程
吸收：根据混和气体中各组分在某溶
液中的溶解度（或化学反应活性）不同
而将气体混合物分离的单元操作。
分离的依据：各组分溶解度的差异。
在吸收操作中，通常将混合气体中能
够溶解于溶剂中的组分称为溶质，以 A
表示，而不溶或微溶的组分称为载体或
惰性组分，以 B表示；吸收所用的溶剂
称为吸收剂，以 S表示；经吸收后得到
的溶液称为吸收液；被吸收后排出吸收
塔的气体称为吸收尾气。
吸
收
塔
吸收液
A+少量 S
混和气体
A+B
吸收剂
S
吸收尾气
B+少量 A
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 3/105
2.1.2 气体吸收的分类
?按溶质与溶剂间是否发生显著化学反应分：
?物理吸收：如水吸收二氧化碳
?化学吸收：如硫酸吸收氨
?按被吸收组分数目分：
?单组分吸收：如水吸收氯化氢气体
?多组分吸收：如洗油处理焦炉气，苯、甲苯、二甲苯
等组分均溶解
?按吸收前后温度是否发生变化分：
?等温吸收：
?非等温吸收
?按溶质在气液两相中组成大小分：
?低组成吸收：摩尔分数 >0.1
?高组成吸收：摩尔分数 ≤0.1
本章重点讨论单组分低组成的等温物理吸收
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 4/105
2.1.3 气体吸收的工业应用
?净化气体或精制气体。如用水脱除合成氨原料气中的 CO2，
用丙酮脱除石油裂解气中的乙炔等以除去气体中的有害成
分，便于下一步的反应顺利进行。
?制备液体产品。如用水吸收 HCl气体制备盐酸，用水吸收
NO2气体制硝酸，用水吸收 NH3气制氨水，用稀硫酸吸收
SO3
?回收有用物质。如用洗油从焦炉气中回收粗苯 (苯、甲苯、
二甲苯 )等。
?环境保护的需要。如用碱液吸收工业过程排放的废气中
含有的一些有害物质如 SO2,H2S,NO,HF等。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 5/105
2.1.4 吸收剂的选择
完成一个吸收过程需选择合适的溶剂，对吸收剂的要求
?溶解度大。可提高吸收速率并减少吸收剂的耗用量。
?选择性好。对溶质有良好的溶解能力，而对其它组分不
?挥发度小，即在操作温度下蒸汽压小，基本不汽化。离
开吸收设备的气体被吸收剂所饱和，吸收剂挥发度愈大，
?粘度低。可改善吸收设备内的流动状况，从而提高传质
速率和传热速率，有助于降低泵的效率，减小传质、传热
阻力。
?其它。来源充分，价格低廉，无毒，无腐蚀性不易燃，
不发泡，化学性质稳定等。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 6/105
2.2 气体吸收的平衡关系
2.2.1 气体在液体中的溶解度
在一定温度和压强下，当气体混合物与一定量的液体吸
收剂接触时，溶质组分便不断进入液相中，这一过程称为
溶解即 吸收 。而同时已被溶解的溶质也将不断摆脱液相的
束缚重新回到气相，该过程称为 解吸 。这两个过程互为逆
过程并具有各自的速率，当 气液两相经过长时间的接触后，
溶质的溶解速率与解吸速率达到相等时，气液两相中溶质
的浓度就不再因两相间的接触而变化，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，是指气体在液体中的饱和组成，
常以单位质量或体积的液体所含溶质的质量来表示。
气体的溶解度标明一定条件下吸收过程可能达到的极限
程度 。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 7/105
1.相律
F=C-P+n
独立组分数,C=3 (A,B,S)
相数,P=2（气、液相）
影响因素,n=2（温度、压强）
故：自由度 F=3-2+2=3，即气相组成、液相组成、温度、
压力 4个变量中，已知 3个量，便可确定余下的 1个量。
?温度、压力一定：溶解度（液相组成） =f(气相组成 )
?总压 <5× 105Pa时：溶解度 =f(气相组成，温度）
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 8/105
2.溶解度曲线
横标：气相分压；纵标：溶解度；参数：温度（总压不太高时）。
?同种溶质：
?温度一定：气相分压愈大，溶解度愈大
?气相分压一定：温度愈低，溶解度愈大
?不同溶质：溶解度一定时，易溶气体溶液上方分压小，
难溶气体上方分压大
〖 说明 〗
?加压、降温有利于吸收操作的进行
?易溶气体仅需较小的分压就能达到一定溶解度
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 9/105
2.2.2 亨利定律
随着对相平衡关系的研究，发现很多气体在浓度较小时
其溶解度曲线为通过坐标原点的直线，这一规律用亨利
(Henry)定律进行描述 。
1,pe=Ex
称为吸收过程的相平衡方程 ——
式中,pe— 溶质 A在气相中的平衡分压,kPa
x —— 溶质 A
E —— 亨利系数,kPa
表明：当总压不高 (<0.5MPa)时，在一定温度下气液两相
达到平衡时，稀溶液上方气相中溶质的平衡分压与液相中
溶质的摩尔分率成正比。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 10/105
〖 说明 〗
?理想溶液：拉乌尔定律：
?非理想溶液：
?低浓度气体吸收,E=常量
?难溶物系,E≠常量，但当 P<0.1MPa时,E可视为常量
?P<0.1MPa时,E=f(t)； P>0.1MPa时,E=f(P,t)
?E由实验测定确定：以 pe/x对 x作图，当 x→0,pe/x的值即
为 E。常见物系的 E可查有关手册。
?对于一定的气体和一定的溶剂,E值随温度变化,t↑,E↑，
x↓，体现气体溶解度随温度升高而减小的变化趋势。
?同一溶剂中：
?易溶气体的 E值很小
?难溶气体的 E值相对较大。
?? AAe pExpp ???
?ApE?
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 11/105
2,pe=c/H
式中,c－溶液中溶质的物质的量浓度 (体积摩尔浓度 ),kmol(A)/m3；
H－ 称为溶解度系数,kmol/(m3·kPa)
表明：当气液两相达到平衡时，稀溶液上方气相中溶质的
平衡分压与液相中溶质的体积摩尔浓度成正比。
设溶液组成为 ckmol(A)/m3，密度为 ρkg/m3；溶质和溶剂的分子量分别
为 MA kg/kmol, MS kg/kmol
)MM(c
EM
H
H
c
p
c
)MM(c
EM
Exp
)MM(c
cM
M
cM
c
c
x
A
.k m o l
M
cM
Sk m o l cAm
AS
S
e
AS
S
e
AS
S
S
A
S
A
??
??
?
?
?
?
?
?
?
?
??
???
??
?
?
?
?
?
?
??
?
1
1
3
－
的摩尔分率为：液相中溶质
－
为，溶剂为溶液中所含溶质
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 12/105
SEM
H ???
?P对 H影响小，
?H大，溶解度大，易溶气体
对于稀溶液,c值很小,ρ＋ c(MS-MA)≈ρ
??????? xHET
〖 说明 〗
)MM(c
EM
H
1
AS
S
??? ?
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 13/105
P
Em
mxy
ExPyp
e
e ??
?
?
?
?
??e
〖 说明 〗
?温度、总压的影响：
?m大，溶解度小，难溶气体
?????
???????
xmP
xmET
3.ye=mx
m与 E的关系,
m—— 相平衡常数，无因次。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 14/105
4.Ye=mX
以上亨利定律的各种表达式描述的都是互成平衡的气液
两相组成间的关系，它们都是根据液相组成来计算与之平
衡的气相组成。同样，也可根据气相组成计算平衡的液相
组成，此时，亨利定律可写成：
XY111
1111
mX)m(
X)m(
mX
Y
X
X
m
Y
Y
mxy
e
e
e
e
e
?????
??
??
?
?
?
?
?
，当溶液组成很低时，
?
m
Y
XHpc
m
y
x
E
p
x
ee
ee
??
??
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 15/105
【 例 】某系统温度为 10℃,总压 101.3kPa,试求此
条件下在与空气充分接触后的水中，每立方米水
溶解了多少克氧气？
Pyp ? =101.3× 0.21=21.27kPa
【 解 】查得 10℃ 时，氧气在水中的亨利系数 E为
3.31× 106kPa。
34-
6
S
e km ol / m103,571810313
27211000 ??
??
????
.
.
EM
pHpc ?
W=3.57× 10-4× 32× 1000=11.42g/m3
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 16/105
2.2.3,相平衡关系在吸收过程中的应用
1．判断过程进行的方向
吸收 平衡 解吸
气
相
p>pe p=pe p<pe
y>ye y=ye y<ye
Y>Ye Y=Ye Y<Ye
液
相
c<ce c=ce c>ce
x<xe x=xe x>xe
X<Xe X=Xe X>Xe
m
y
x
A
B
C
y
x
ye
xe
y/ye
e/x
y
xxe
ye
〖 结论〗
组成点在平衡线上方，为吸收过程
组成点在平衡线上，为平衡过程
组成点在平衡线下方，为解吸过程
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 17/105
2.确定传质的推动力
当传质进行时，其速率与传质的推动力大小有关，传质
过程是否容易进行取决于实际组成偏离平衡组成的程度，
因而推动力可用一相的实际组成与其对应的平衡组成之差
来表示 。
m
y
x
A
C
y
x
ye
xe
y
xxe
ye
吸收 平衡 解吸
气
相
p-pe 0 pe-p
y-ye 0 ye-y
Y-Ye 0 Ye-Y
液
相
ce-c 0 c-ce
xe-x 0 x-xe
Xe-X 0 X-Xe
〖 说明〗
实际组成偏离平衡
组成的程度愈大，过
程的推动力愈大，其
传质速率愈大，吸收
/解吸过程愈容易进
行。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 18/105
y2
y1
x2
x1
3.指明传质过程进行的极限
?因为平衡是过程进行的极限，所以当
两相进行接触,达到平衡时过程也就终
止,即,y=ye或者 x=xe时，吸收或者解吸
过程将停止，不会无限进行下去。若要
使过程进行，必须改变条件，使原来的
平衡打破，在新的条件下重新建立平衡。
?对 吸收 而言，无论气液相流量、塔高、
塔径如何,出塔尾气的组成不会低于与
该位置液相组成相平衡的气相组成 。 如
逆流,y2≥ye2=mx2 ； 并流,y1≥ye1=mx1 ；
?对 吸收 而言，无论气液相流量、塔高、
塔径 如何,吸收液的组成不会高于与该
位置气相组成相平衡的液相组成 。如逆
流 &并流, x1≤xe1=y1/m。
y2
y1
x2
x1
逆
流
并
流
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 19/105
【 例 】在总压 101.3kPa,温度 30℃ 的条件下,SO2摩尔
分率为 0.3的混合气体与 SO2摩尔分率为 0.01的水溶液
相接触，试问：
1.SO2的传质方向；
2.其它条件不变，温度降到 0℃ 时 SO2的传质方向；
3.其它条件不变，总压提高到 202.6kPa时 SO2的传质方
向，并计算以液相摩尔分率差及气相摩尔分率差表示
的传质推动力。
【 解 】 1.查 P18表 2-1，得 SO2在 101.33kPa,30℃ 时亨利系数
E=0.485× 104kPa,则：
由液相向气相转移传质过程为解吸,2
4
SO
480010
3310 1
1048 50
??
??????
e
e
yy
..
.
.x
P
Emxy
?
例题
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 20/105
例题2.查 P18表 2-1，得 SO2在 101.33kPa,0℃ 时亨利系数
E=0.167× 104kPa,则：
3.查 P18表 2-1，得 SO2在 101.33kPa,30℃ 时亨利系数
E=0.485× 104kPa,则：
由气相向液相转移传质过程为吸收,2
4
SO
160010
3310 1
1016 70
??
??????
e
e
yy
..
.
.x
P
Emxy
?
0 0 300100 1 30
06024030
0 1 30
104 8 50
62 0 230
SO
240010
62 0 2
104 8 50
4
2
4
...xx
...yy
.
.
..
m
y
x
yy
..
.
.
x
P
E
mxy
e
e
e
e
e
????
????
?
?
?
??
??
??
?
???
液相推动力：
气相推动力：
由气相向液相转移传质过程为吸收，?
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 21/105
2.3 气体吸收速率方程式
反映吸收过程进行快慢程度以吸收速率来表示，它是指
单位时间内，通过单位传质面积吸收的溶质 的 量 。通过吸
收速率可确定完成指定的吸收任务所需设备的尺寸及混和
气体通过指定设备所能达到的吸收程度。
描述吸收速率与吸收推动力之间关系的数学表达式即为
吸收速率方程式。
由于推动力的形式不同，可写出不同的吸收速率方程式。
吸收推动力＝吸收系数
吸收阻力
吸收推动力
吸收速率
阻力
推动力
速率
???
??
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 22/105
2.3.1 膜吸收速率方程式
在稳定操作的吸收设备内任一部
位上，相界面两侧的气、液相膜层
中的传质速率应是相同的，否则会
在相界面处有溶质积累。因此，其
中任一侧停滞膜中的传质速率都能
代表该部位上的吸收速率。单独根
据气膜或液膜的推动力及阻力写出
的速率关系式称为气膜或液膜吸收
速率方程式，相应的吸收系数称为
膜系数或分系数，用 k表示。
pG
pi
ci
cL
气相 液相
zG zL
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 23/105
)p(ppR T zDPN iG
BmG
A ??
G
iG
iGGA 1)
k
pp
pp(kN
?
???
BmG
G
P
pR T z
Dk ?令
2.3.1.1 气膜吸收速率方程式
1.用 (pG-pi)表示气膜推动力的膜吸收速率方程式
据双膜模型，溶质以分子扩散方式通过
气相一侧停滞膜时的传质速率为：
pG
pi
ci
cL
气相 液相
zG zL
上式中，停滞膜厚度 zG难以确定，但
一定的物系及一定的操作条件规定了
T,P,D,一定的流动状况及传质条
件规定了 zG的值，故：
kG－ 气膜吸收系数，
kmol/(m2.s.kPa)；
1/ k － 气膜阻力，
(m2.s.kPa)/kmol，
此阻力的表达形式
是与气膜推动力
（ pG-pi） 相对应的。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 24/105
y
i
iy
k
yy
yykN
1
)(A
?
???
各气相传质分系数之间的关系：
Pyp ?G
ii Pyp ?
GPkk y ??
?
带入式
)pp(kN iGGA ??
与
)(A iy yykN ??
比较
2.以（ y-yi） 为气膜推动力的膜吸收速率方程式
当气相的组成以摩尔分率表示时，相应的气膜吸收速率
方程式为：
ky－ 气膜吸收系数，
kmol/(m2.s)；
1/ ky－ 气膜阻力，
(m2.s)/kmol,此阻
力的表达形式是与
气膜推动力（ y-yi）
相对应的。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 25/105
)cc(cz DcN
S
Li
mL
A ??
L
Li
LiLA 1
k
cc
)cc(kN
?
????
SmL
L cz
Dck ?令
2.3.1.2 液膜吸收速率方程式
1.用 (ci-cL)表示液膜推动力的膜吸收速率方程式
据双膜模型，溶质以分子扩散方式通过液相一侧停滞膜时
的传质速率为：
pG
pi
ci
cL
气相 液相
zG zL
kL－ 液膜吸收系数，
m/s；
1/ kL－ 液膜阻力，
s/m,此阻力的表
达形式是与气膜推
动力（ ci-cL） 相对
应的。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 26/105
x
i
ixA
k
1
xx
)xx(kN
?
???
各液相传质分系数之间的关系：
ii Cxc ?
Cxc L ?
Lx Ckk ??
?
带入式
)cc(kN LiLA ??
与 )xx(kN
ixA ??
比较
2.以（ xi-x） 为液膜推动力的膜吸收速率方程式
当液相的组成以摩尔分率表示时，相应的液膜吸收速率
方程式为：
kx－ 液膜吸收系数，
kmol/(m2.s)；
1/ kx－ 气膜阻力，
(m2.s)/kmol,此阻
力的表达形式是与
气膜推动力（ xi-x）
相对应的。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 27/105
2.3.1.3 界面组成
1．一般情况
定态传质
)cc(k)pp(kN LiLiGGA ????
)c(fp ii ? ?
pi,ci
2．平衡关系满足亨利定律
)cc(k)pp(kN LiLiGGA ????
ii Hpc ? ?
pi,ci
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 28/105
G
L
iL
iG
k
k
cc
pp ??
?
??
)cc(k)pp(kN LiLiGGA ????
G
L
k
k?
I（ pi,ci）?
?
?
气膜阻力
液膜阻力
操作点
O
I（ 界面）
斜率）(
G
Lkk?
H
1?斜率平衡线
cA/kmol/m3
cA
*Ac
*Ap
ip
Ap
ic
p A
/kP
a
0
3．图解
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 29/105
2.3.2 总吸收速率方程式
为了避开难以测定的界面组成，可采用两相主体组成的
某种差值来表示总推动力而写出吸收速率方程式，称为总
吸收速率方程式。这种吸收速率方程式中的吸收系数，称
为总吸收系数，用 K表示。
总吸收系数的倒数即为总阻力，总阻力应当是两膜阻力
的代数和。总推动力是两相主体组成的某种差值，因气、
液相组成表示法相同，二者不能直接相减，即使表示法相
同，差值也不能代表过程的总推动力。
吸收过程能自动进行，是由于两相主体组成未达到平衡。
一旦任何一相主体组成与另一相主体组成达到平衡，推动
力便为 0。因此，吸收过程的总推动力采用任何一相的主体
组成与其平衡组成的差值表示。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 30/105
1.以（ pG-pe） 表示总推动力的总吸收速率方程式
G
eG
eGGA
GLG
eG
GL
A
iG
G
A
iGGA
ei
L
A
eiLLiLA
i
i
L
e
K
1
pp
)pp(KN
k
1
Hk
1
K
1
pp)
k
1
Hk
1
(N
pp
k
N
)pp(kN
pp
Hk
N
)pp(Hk)cc(kN
H
c
p;
H
c
p
?
???
?????
?
?
?
?
?
?
?
?
?????
???????
?
??
＝令
则：若系统符合亨利定律，
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 31/105
〖说明〗
?KG－ 总吸收系数,kmol/(m2.s.kPa)；
?1/ KG－ 总阻力,(m2.s.kPa)/kmol,此阻力的表达形式是与
总推动力 （ pG-pe） 相对应的，且由气膜阻力 1/kG与液膜阻力
1/(HkL)组成。
?气膜控制：
iGeG
iGGA
eGGA
GG
GL
pppp
)pp(kN
)pp(KN
kK
k
1
Hk
1
H
????
?
?
?
??
??
????值很大：易溶气体，
表明易溶气体吸收时，传质总阻力的绝大部分集中气膜
中，气膜阻力控制着整个吸收过程的速率；传质总推动
力的绝大部分集中在气膜中；吸收总推动力的绝大部分
用于克服气膜阻力，这种情况称为气膜控制。
?对于气膜控制的吸收过程，要提高吸收速率，在选择设
备型式及确定操作条件时应注意主要减小气膜阻力。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 32/105
2.以（ ce-cL） 表示总推动力的总吸收速率方程式
L
Le
LeLA
GLL
Le
GL
A
Li
L
A
LiLA
ie
G
Aie
GiGGA
iiGe
K
1
cc
)cc(KN
k
H
kK
1
cc)
k
H
k
(N
cc
k
N
)cc(kN
cc
k
HN
)
H
c
H
c
(k)pp(kN
Hpc;Hpc
?
???
?????
?
?
?
?
?
?
?
?
?????
????????
??
11
＝令
则：若系统符合亨利定律，
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 33/105
〖说明〗
?KL－ 总吸收系数,m/s；
?1/ KL－ 总阻力,s/m,此阻力的表达形式是与总推动力
（ ce-cL） 相对应的，且由气膜阻力 H/kG与液膜阻力 1/kL组成。
?液膜控制：
LiLe
LiLA
LeLA
LL
GL
cccc
)cc(kN
)cc(KN
kK
k
H
k
1
H
????
?
?
?
??
??
????值很小：难溶气体，
表明难溶气体吸收时，传质总阻力的绝大部分集中液膜
中，液膜阻力控制着整个吸收过程的速率；传质总推动
力的绝大部分集中在液膜中；吸收总推动力的绝大部分
用于克服液膜阻力，这种情况称为液膜控制。
?对于 液膜控制的吸收过程,要提高吸收速率，在选择设
备型式及确定操作条件时应注意 主要减小液膜阻力 。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 34/105
例题
【例】 110kPa下操作的氨吸收塔，某截面上，含氨 0.03摩
尔分率的气体与氨浓度为 1kmol/m3的氨水接触，已知气膜
传质系数 kG=5× 10-6kmol/(m2·s·kPa),液膜传质系数
kL=1.5× 10-4m/s,氨水的平衡关系可用亨利定律表示，
H=0.73kmol/(m3·kPa),试计算：
1.气液相界面上的两相组成；
2.以分压差和体积摩尔浓度差 表示的总推动力、总传质
系数、传质速率；
3.该吸收过程的控制因素；
4,气、液膜系数分别增加 10％时，总阻力的变化情况。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 35/105
【解】
)sm/(k m o l...)p-(pKN
)k P asm/(k m o l.
)
101, 50, 7 3
1
105
1
()
Hk
1
k
1
(K
m/k m o l..cc
k P a...pp
.
m/k m o l...Hpc
k P a.
.H
c
p.
eGA
1-
4-6-
1-
LG
G
e
e
e
e
???????
????
???
??
?
?
?
?
?
?
?
?
????
?????
?????
???
??
?
266
26
3
3
1023993110784
10784
4111412
9313710301 1 0
2
4120301 1 0730
371
730
1
1
传质速率：
＋＋总传质系数：
体积摩尔浓度差：
分压差：
总推动力
相界面液相组成：
相界面气相组成：
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 36/105
%.
.
K
KK
)k P asm/(k m o l.
)
.101, 50, 7 3
1
105
1
()
Hk
1
k
1
(K
10%
%.
.
K
KK
)k P asm/(k m o l.
)
101, 50, 7 3
1
.105
1
()
Hk
1
k
1
(K
10%.
).k().K(.
G
G
''
G
1-
4-6-
1-
'
LG
''
G
G
G
'
G
1-
4-6-
1-
L
'
G
'
G
GG
24
105
1
105
1
1084
1
1
11
1084
11
54
105
1
105
1
10245
1
1
11
10245
11
4
1005107843
6
66
26
6
66
26
66
?
?
?
?
?
?
?
????
????
??
??
?
?
?
?
?
?
????
????
??
??????
?
??
?
?
??
?
??
总阻力变化情况：
＋＋
时：液膜系数增加
总阻力变化情况：
＋＋
时：气膜系数增加
该吸收过程为气膜控制?
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 37/105
3.以（ y-ye） 表示总推动力的总吸收速率方程式
y
e
eyA
yxy
e
yx
A
i
y
A
iyA
ei
x
A
ei
x
ixA
i
i
e
K
1
yy
)yy(KN
kk
m
K
1
yy)
kk
m
(N
yy
k
N
)yy(kN
yy
k
mN
)yy(
m
k
)xx(kN
m
y
x;
m
y
x
?
???
?????
?
?
?
?
?
?
?
?
?????
????????
??
11
＝令
则：若系统符合亨利定律，
Ky－ 总吸收系数，
kmol/(m2.s)；
1/ Ky－ 总阻力，
(m2.s)/kmol,此阻
力的表达形式是与
总推动力（ y-ye）
相对应的。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 38/105
4.以（ xe-x） 表示总推动力的总吸收速率方程式
x
e
exA
yxx
e
yx
A
i
x
A
ixA
ie
y
A
ieyiyA
iie
K
1
xx
)xx(KN
mkkK
1
xx)
mkk
(N
xx
k
N
)xx(kN
xx
mk
N
)xx(mk)yy(kN
mxy;mxy
?
???
?????
?
?
?
?
?
?
?
?
?????
????????
??
1111
＝令
则：若系统符合亨利定律，
Kx－ 总吸收系数，
kmol/(m2.s)；
1/ Kx－ 总阻力，
(m2.s)/kmol,此阻
力的表达形式是与
总推动力（ xe-x）
相对应的。
yx
eyeyA
exA
mKK
)mxmx(K)yy(KN
)xx(KN
?
?
?
?
?
????
??
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 39/105
5.以（ Y-Ye） 表示总推动力的总吸收速率方程式
GYe
Y
e
eYA
e
G
Y
e
e
G
e
e
GeGGA
e
e
eeG
PKK,Y,Y
K
YY
)YY(KN
)Y)(Y(
PK
K
)YY(
)Y)(Y(
PK
)
Y
Y
P
Y
Y
(PK)pp(KN
Y
Y
PPyp;
Y
Y
PPyp
?????
?
???
??
?
?
??
?
?
?
?
????
?
??
?
??
故：低组成气体，
则令
据道尔顿分压定律：
1111
111
11
11
11
KY－ 总吸收系数，
kmol/(m2.s)；
1/ KY－ 总阻力，
(m2.s)/kmol,此阻
力的表达形式是与
总推动力（ Y-Ye）
相对应的。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 40/105
6.以（ Xe-X） 表示总推动力的总吸收速率方程式
LX
e
X
e
eXA
e
L
X
e
e
L
e
e
LLeLA
L
e
e
ee
KCK
,X,X
K
XX
)XX(KN
)X)(X(
CK
K
)XX(
)X)(X(
CK
)
X
X
C
X
X
(CK)cc(KN
X
X
CxCc;
X
X
CCxc
?
????
?
???
??
?
?
??
?
?
?
?
????
?
??
?
??
故：稀溶液，则
则令
1111
111
11
11
11
KX－ 总吸收系数，
kmol/(m2.s)；
1/ KX－ 总阻力，
(m2.s)/kmol,此阻
力的表达形式是与
总推动力（ Xe-X）
相对应的。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 41/105
2.3.3 吸收速率方程及吸收系数小结
1.推动力涉及范围及组成表示方法不同，吸收速率方程有
多种形式 (10)，归纳为两类：
?与膜系数相对应的速率式，采用一相主体组成与界面处
组成之差表示推动力；
?与总系数相对应的速率式，采用任一相主体组成与其相
平衡浓度之差表示推动力。
2.吸收系数应与推动力表示方法及其单位相一致。如
吸收速率方程 推动力 吸收系数
NA=kG(pG-pi) (pG-pi) kG,kmol/(m2.s.kPa)
NA=kL(ci-cL) (ci-cL) kL,m/s
NA=KL(ce-cL) (ce-cL) KL,m/s
NA=KG(pG-pe) (pG-pe) KG,kmol/(m2.s.kPa)
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 42/105
3.因为塔内不同横截面上气液相组成各不相同，因此吸收
速率也不同，故 吸收速率方程适用于塔内某一截面上稳态
吸收的过程,不能直接用来描述全塔的吸收速率。
4.总吸收速率方程适用于全部组成范围内平衡关系符合亨
利定律的溶液。
5.两种特殊情况：易溶气体吸收，气膜控制；难溶气体吸
收，液膜控制。
6.总吸收系数通过膜系数计算；各膜系数可相互换算；各
总系数可相互换算。
GLG
111
kHkK ?? GLL
11
k
H
kK ?? xyy k
m
kK ??
11
yxx mkkK
111 ??
GyY PKKK ?? LxX cKKK ?? LG HKK ?yx
mKK ?
Gy Pkk ? Lx Ckk ?
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 43/105
2.4 低组成气体吸收的计算
吸收塔的计算内容：
? 设计型：流向、流程、吸收剂用量、吸收剂组成、
溶质回收量或回收率、塔高、塔径
? 操作型：核算；操作条件与吸收结果的关系。
? 计算依据：物料恒算
相平衡
吸收速率方程
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 44/105
工业吸收过程既可采用板式塔又可采用填料塔, 本章主
要讨论填料塔 。
填料塔是在塔的筒体内填充某种特定形状的固体物 ——
即填料, 构成填料层 。 填料的作用：增大两相间的接触面
积和接触时间, 增加湍动程度 。
气液两相的流动方式：逆流, 并流 。
通常液体在塔内作为分散相, 依靠重力自上而下流动,
而气体则在压差的作用下, 以连续相的方式流过全塔 。
逆流特点：
?平均推动力比并流的大, 能有效地提高吸收速率；
?可提高出塔吸收液的组成；
?使出塔气体组成降至最低 。
?湍动程度高
?
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 45/105
2.4.1 物料衡算与操作线方程
2.4.1.1 物料衡算
1.逆流
对图中稳定操作状态的逆流吸收塔进行溶
质 A的物料衡算,
VY1+LX2=VY2+LX1
〖说明〗
?一般已知 V,Y1,Y2由生产工艺要求确定，
X2在选定吸收剂后为定值。未知量 L,X1。
?溶质回收量 GA=V(Y1-Y2)=L(X1-X2)
?溶质回收 (吸收 )率,（确定 Y2）
吸
收
塔
V,Y2
V,Y1
L,X2
L,X1
)(YY%Y YY AA ?? ?????? 11 0 0 12
1
21
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 46/105
?混和气体,Vh m3/s,y1
?纯溶剂,X2=0
2.并流
对图中稳定操作状态的并流吸收
塔进行溶质 A的物料衡算,
VY1+LX1=VY2+LX2
G= V(Y2-Y1)=L(X1-X2)
? ?1
0
0 1
422 yTP
PT
.
VV h ??
吸
收
塔
V,Y2
V,Y1
L,X2
L,X1
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 47/105
2.4.1.2 吸收塔的操作线方程与操作线
1.逆流
塔内任一截面 m-n至塔底处溶质 A的物料
衡算，如蓝框, V,Y
2
V,Y1
L,X2
L,X1
Y X
m n塔内任一截面 m-n至塔顶处溶质 A的物料
衡算，如红框,
11
11
Y)XX(
V
L
Y
LXVYLXVY
????
???
22
22
Y)XX(
V
L
Y
LXVYLXVY
????
???
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 48/105
〖说明〗
?操作线方程反映在塔的任一截面上，上升气相组成与下
降液相组成之间的关系。
X
Y1
Y2
X1X2
T
B )X(fY e ?
Y
A
? B点代表塔底组成,T点代表塔顶
组成,A点代表塔内任一截面的气、
液组成。
?从 A点引一垂线，与平衡线交与
一点，两点之间垂直距离代表以气
相表示的推动力 (Y-Ye)； 从 A点引一
水平线，与平衡线交与一点，两点
之间水平距离代表以液相表示的推
动力 (Xe-X)；
?吸收过程的操作线位于平衡线上
方，若位于下方，则为解吸过程。
?操作线离平衡线愈远吸收的推动
力愈大；
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 49/105
2.4.1.2 吸收塔的操作线方程与操作线（续）
2.并流
塔内任一截面 m-n至塔底处溶质 A的物料
衡算，如蓝框, V,Y
2
V,Y1
L,X2
L,X1
Y X
m n塔内任一截面 m-n至塔顶处溶质 A的物料
衡算，如红框,
11
11
Y)XX(
V
L
Y
LXVYLXVY
?????
???
22
22
Y)XX(
V
L
Y
LXVYLXVY
?????
???
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 50/105
〖说明〗
?操作线方程反映在塔的任一截面上，下降气相组成与下
降液相组成之间的关系。
X
Y2
Y1
X1X2
T
B
)X(fY e ?
Y
A
?B点代表塔底组成,T点代表塔
顶组成,A点代表塔内任一截面
的气、液组成。
?从 A点引一垂线，与平衡线交
与一点，两点之间垂直距离代表
以气相表示的推动力 (Y-Ye)； 从 A
点引一水平线，与平衡线交与一
点，两点之间水平距离代表以液
相表示的推动力 (Xe-X)；
?吸收过程的操作线位于平衡线
上方，若位于下方，则为解吸过
程。
无论并流、逆流，操作线方程与操作
线均由物料衡算得到，与系统的平衡
关系、操作条件及设备结构型式没有
关系。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 51/105
a b
Y2a
X2a
X2b Y2b
Y1bX1bY1a X1a
Y2b
Y1b=Y1a
Y2a
X2b X1b=X2a X1a
C
D
A
B
并流、逆流操作线练习（多塔联合操作）
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 52/105
2.4.2 吸收剂用量的确定
以逆流为例。
在 V,Y1,Y2,X2已知的情况下，吸收
塔的操作线的一个端点 T已确定，另一个
端点 B则可在 Y=Y1的水平线上移动，点 B
的横标取决于操作线的斜率 L/V。
2.4.2.1 最小液气比 (L/V)min
L/V,液气比，是吸收剂与惰性气体摩尔流量的比值，反
映单位气体处理量时的吸收剂耗用量的大小。
V确定,L↓,L/V↓,B点右移,X1↑。
当 L减小至使 B点右移至 Be点时,X1=Xe1,即吸收液与进塔
混和气相平衡，为理论上吸收液能达到的最高组成。此时操
作线 BeT的斜率称为最小液气比，用 (L/V)min表示，相应的吸
收剂用量称为最小吸收剂用量，用 Lmin表示。
X
Y1
Y2
X1X2
T
B
Y
A
Be
Xe1
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 53/105
最小液气比的计算
1.平衡发生在塔底
最小液气比定义：针对一定的分离任务，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。
X
Y1
Y2
X1X2
T
B
Y
A
Be
Xe1
21e
21
m i n
21e
21
m i n XX
YYVLOR
XX
YY
V
L
?
??
?
???
?
??
?
?
平衡关系符合亨利定律时：
2
1
21
m i n
2
1
21
m i n X
m
Y
YYVLOR
X
m
Y
YY
V
L
?
??
?
???
?
??
?
?
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 54/105
2
'
1
21
m i n
2
'
1
21
m i n
XX
YY
VL
OR
XX
YY
V
L
?
?
?
?
?
??
?
?
?
?
?
2.平衡发生在塔内
过 T作平衡线的切线，
交 Y=Y1水平线于 B’点。 1Y
2Y
2X 1X '1X
'BB
T
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 55/105
种极限情况实际不可行，只反映一
设备费时，＝
设备费
??????
?
?
?
?
?
?????
,Z,0Y
V
L
,Z,Y
V
L
m i n
?
?
??
?????
作费消耗、输送、再生等操超过一定限度时，溶剂
，并不总有效设备费
,Z,Y
V
L ?
?
3.操作液气比
m i n
m i n
L)0.21.1(LOR
V
L
)0.21.1(
V
L
～～
据经济衡算：
??
?
?
?
?
??
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 56/105
2.4.3 塔径的计算
根据圆形管路流量公式计算。
u
V4D s
?
?
式中,VS－ 操作条件下混和气体的流量,m3/s。 以入塔气
流量计（逆流：塔底，并流：塔顶）。
利用上式关键在于空塔气速 u的确定,u的确定取决于塔
的类型、操作条件、物系等因素，将在第 4章介绍。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 57/105
例题
【例】 在逆流吸收塔中，用洗油吸收焦炉气中的芳烃。
吸收塔压强为 105kPa, 温度为 300K, 焦炉气流量为
1000m3/h, 其中所含芳烃组成为 0.02（摩尔分率,下同），
吸收率为 95%，进塔洗油中所含芳烃组成为 0.005。若取吸
收剂用量为最小用量的 1.5倍，试求进入塔顶的洗油摩尔流
量及出塔吸收液组成。（操作条件下气液平衡关系为
Y*=0.125X ）
进入吸收塔的惰性气体摩尔流量为,
进塔气 组成：
出塔气 组成：
h4 1, 2 7 k m o l /)02.01(
3.1 0 1
1 0 5
272 7 3
2 7 3
4.22
1 0 0 0
)y1(
3.1 0 1
P
2 7 3t
2 7 3
4.22
V
V 1h
????
?
??
???
?
??
0 2 0 4.002.01 02.01
1
1
1 ????? y
yY
00 10 2.0)95.01(02 04.0)1(YY A12 ????? ?
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 58/105
吸收剂组成：
由于入塔洗油中含有少量芳烃, 则入塔的洗油量为：
L′ =L(1+X2)=7.59× (1+0.0053)=7.63kmol/h
0 0 5 0 3.0005.01 005.01
2
2
2 ????? x
xX
hk m o l
X
m
Y
YYVL /06.5
0 0 5 0 3.0
1 2 5.0
0 2 0 4.0
0 0 1 0 2.00 2 0 4.027.41
2
1
21
m i n ?
?
???
?
??
hk m o lLL /59.706.55.15.1 m i n ????
11.059.7 )0 0 1 0 2.00 2 0 4.0(27.410 0 5 0 3.0)( 2121 ???????? L YYVXX
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 59/105
2.4.4 填料层高度的计算
有传质单元数法和等板高度法。
2.4.4.1 传质单元数法
1.基本计算式
所以填料层高度计算 涉及物料衡算、传质速率和相平衡
关系 。我们前面介绍的所有传质速率方程都适用于稳定操
作的吸收塔中的 "某一横截面 ",而不能用于全塔。对于整个
吸收塔，气、液的浓度分布都沿塔高变化，吸收速率也在
变化。所以要在全塔范围应用吸收速率关系式，就要采用
微分方法，然后积分得到填料层的总高度 。
塔截面积
填料层体积?Z
) m/ m( m1
)m(
323
2
积填料提供的有效传质面
总传质面积填料层体积 ?
吸收速率方程传质速率
物料衡算吸收负荷总传质面积
??
??
) sm/ m o lk (
) s/ m o lk (
2
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 60/105
L dXdYVGd
]X)dXX[(LY]-dY )[ ( YVGd
A
A
???
?????
单位时间,dZ内吸收 A的量：
X+dX
)Zda(NAdNGd AAA ???
微元填料层内，因气液组成变化极小，
可认为吸收速率 NA为定值。
微元填料层内，吸收速率方程式：
)XX(K)YY(KN eXeYA ????
?
?
?
????
????
?
dZa)XX(KdZaNdGL d X
dZa)YY(KdZaNdGV d Y
eXAA
eYAA
??
??
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 61/105
积分上两式
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
??
1
2
1
2
1
2
1
2
0
0
X
X
eX
Y
Y
eY
Z
X
X
X
e
Z
Y
Y
Y
e
XX
dX
aK
L
Z
YY
dY
aK
V
Z
dZaK
XX
dX
L
dZaK
YY
dY
V
?
?
?
?
有效传质面积 a < 同体积填料的比表面积, a与填料的
形状、尺寸及充填状况 (整砌、乱堆 )有关，还受流体物
性 (m,s等 )及流动状况的影响，很难直接测定，所以和
吸收系数合在一起，作为一个完整的物理量看待，其乘
机称为体积吸收系数。
KYa－ 气相总体积吸收系数,kmol/(m3.s)；
KXa－ 液相总体积吸收系数,kmol/(m3.s)。
〖说明〗
KYa物理意义：单位推动力、单位时间、单位体积填料
层内吸收溶质 A的物质的量。
Z
G
Z
)YY(VaKYY A
Ye ?? ?
???? 211 时，当
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 62/105
2.传质单元高度和传质单元数 ?
??
1
2
Y
Y eY YY
dY
aK
VZ
?
?
?
?
?
?
?
?
1
2
1
2
23
Y
Y
e
OG
OG
e
Y
Y
e
Y
OG
OG
Y
Y
YY
dY
N
N
Y-YdY
YY
dY
aK
V
H
H
aK
V
]m[
]m) ] [s.m/(k m o l[
[ k m o l / s ]
aK
V
：，“气相总传质单元数”
，称为总传质单元高度的倍数填料层高度相当于气相
因次，理解为单位相同，故积分值无与中
，即：总传质单元高度”，此单元高度称为“气相
定的某种单元高度，理解为由过程条件所决因此可将
的单位：
?
?
?
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 63/105
同理,OLOL NHZ ??
GG NHZ ??
LL NHZ ??
?aK
LH
X
OL ? ? ??
1
2
X
X OL XXe
XdN
?ak
'VH
y
G ? ? ?? 1
2
y
y iG yy
ydN
?ak
'LH
x
L ? ? ??
1
2
x
x iL xx
xdN
OGOG NHZ ???
填料层高度可用下面的通式计算：
Z=传质单元高度×传质单元数
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 64/105
〖说明〗
①,传质单元高度
若吸收过程所需填料层高度恰等于一个气相总传质单元
高度时，即,Z=NOG,则：
整个填料层内,(Y-Ye)虽为变量，但总可以找到一个平均
值 (Y-Ye)m,代替积分式中的 (Y-Ye),而不改变积分值，即：
(Y1-Y2) =(Y-Ye)m。
HOG的物理意义：
气体流经一段填料，溶质组成变化 (Y1-Y2) 等于该段填料
层平均推动力 (Y-Ye)m时，该段填料层高度就是一个气相总
传质高度 。
HOG的指导意义：
反映了传质阻力的大小、填料性能的优劣及润湿情况的
好坏 。 KY↓(阻力 ↑),a↓→HOG↑
? ?????? 12YY
eY
OGOG YY
dY
aK
VNHZ
?
11
2
??? ? YY
e
OG YY
dYN
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 65/105
? ?? 1
2
Y
Y
e
OG YY
dYN
②,传质单元数
NOG的指导意义：
反映了取得一定吸收效果的难易程度。
dY↑,(Y-Ye)↓→NOG↑ （ 难 ↑）
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 66/105
3.传质单元数的计算
以逆流为例。
①脱吸因数法
适用情况：平衡关系符合线性关系。
1122
1122
X)YY(
L
V
XA N DX)YY(
L
V
XOR
Y)XX(
V
L
YA N DY)XX(
V
L
Y
bmXYOR bmXY
ee
??????
??????
????
操作关系：
平衡关系：
? ???
???
???
???? ??
?
?
?
?
?
?
????
?
?
?
?
?
?
?
????
?
??
?
?
?
? 1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
2
22
22
1
1
Y
Y
e2
OG
L
mV
SY
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y
e
OG
YYSYS
dY
N
b)mX(Y
L
mV
Y
L
mV
dY
b]X)YY(
L
V
m[Y
dY
b]mX[Y
dY
YY
dY
N
）（
令
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 67/105
? ?
? ?
? ?
? ?
? ?
? ?
? ? ]S
YY
)YY(
Sl n [
S
]
YY
YYS()YY(S
l n [
S
]
YY
SYSYYYSYS
l n [
S
]
YYSYS
YYSYS
l n [
S
YYSYS
]YYSYS[d
S
N
e2
e
e2
e2e
e2
eee2
e2
e2
Y
Y
e2
e2
OG
?
?
?
?
?
?
?
????
?
?
?
?????
?
?
???
???
?
?
???
???
?
?
?
2
21
2
221
2
2221
22
21
2
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1 1
2
）
）（
）（
）（
）（
）（
式中,S=mV/L－ 脱吸因数，是平衡线斜率 m与操作线斜
率 L/V的比值，无量纲。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 68/105
? ? ?
?
?
?
?
? ?
?
??
?
? S
YY
YYSln
S
N
e
e
OG
22
211
1
1
以 S为参数，在半对数坐标上标
绘 NOG~(Y1-Ye2)/(Y2-Ye2)关系。
横标 (Y1-Ye2)/(Y2-Ye2),反映吸收
率的大小。
参数 S,反映吸收推动力的大小。
22
21
e
e
YY
YY
?
?
????
??
OG
e22
e21
1A
A
N
Y-Y
Y-Y
Y
X,Y,
L
Vm
)(YY
，，，
一定时，
?
?
22
12
1
?????? OG1
e22
e21 N,)YeY(X,
V
L,
L
mV
Y-Y
Y-YX,Y,一定，已知时，
21
X
Y1
Y2
X1X2
T
B )X(fY e ?
Y
A
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 69/105
Y1
Y2
X1X2
T
B
Y
X
脱吸因数 S不同时对生产过程的指导意义：
希望得到高的吸收率：
力图使 Y2→Ye2
方法时增大液体量，改变操作
线方程，从而使 L/V>m,即：
在 S<1时才有可能。
)(YY A??? 112
希望得到高组成的吸收液：
力图使 X1→Xe1
方法时增大液体量，改变操作
线方程，从而使 L/V<m,即：
在 S>1时才有可能。
一般 S=0.7~0.8时，可兼顾上述两种情况。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 70/105
同理：
此式常用于解吸操作的计算
? ?
，无量纲；斜率与平衡线斜率比值
－吸收因数，操作线式中：
mV
L
A
A
YY
YY
Aln
A
N
e
e
OL
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
11
21
1
1
1
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 71/105
②对数平均推动力法
适用情况：平衡关系符合线性关系。
Y
Y1
Y2
X1X2
T
B
Y
X
22 X)YY(L
VX
bmXY e
???
??
操作关系：
平衡关系：
21
21
e
e111
e222
Y-Y
Y-Y
dY
Yd
YY
)bmXY
L
mV
(Y)
L
mV
(
b]X)YY(
L
V
[mY)bmX(Y
Y-YY
tt a nco n sY-YY
tt a nco n sY-YY
???
?
?
?
?
＝
率：作图，为一直线，其斜～以
塔内任一截面推动力：
塔底推动力：
塔顶推动力：
?
?????
????????
?
??
??
22
22
1
ΔY1
ΔY2
Y1Y2
ΔY
Y
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 72/105
2
1
2121
2
1
21
21
21
21
21
21
Y
Y
ln
YY
Y
Y
YY
N
Y
Y
ln
YY
YY
Y
Yd
YY
YY
YY
Yd
N
Yd
YY
YY
dY
m
m
OG
Y
Y
Y
Y
e
OG
1
2
1
2
?
?
??
?
?
?
?
??
?
?
??
?
??
?
?
?
?
?
??
?
?
?
?
?
?
?
?
??
?
?
?
??
式中：
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 73/105
同理：
2
1
21
XΔ
XΔln
XΔXΔ
XΔ m
?
?
222
111
XXXΔ
XXXΔ
e
e
??
??
m
OL X
XXN
?
21 ??
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 74/105
21 e2
21
e1
21
OG
e22e11e
YY
YY
YY
YY
N
YYYYYY
?
?
?
?
?
?
?????
〖说明〗
?对数平均推动力法适用于平衡线为直线，逆流、
并流吸收皆可。
?平衡线与操作线平行 时，
?当
22
21
2
1 YYY
Y
Y
2
1
m
???
?
? ???? 时，
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 75/105
③梯级图解法
适用情况：平衡关系为直线或弯曲率不大的曲线。
图解步骤,
?在 Y~X图上绘出 TB线及 OE线；
T
B
Y
X
F F’
O
E
?在 TB及 OE线之间画出若干 (Y-Ye)
的中点联成的曲线 MN；
?从塔顶 T出发，作水平线交 MN于
F,延长 TF至 F’,使 TF=FF’,从 F’
出发，重复绘制梯级过程，直至达
到或超过塔底 B点为止；
?NOG＝ 梯级数 (非整数 )
M
N
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 76/105
适用情况：平衡关系符合曲线
且无具体函数关系
步骤：
?根据已知条件在 Y~X图上作出
平衡线和操作线。
?在 Y1与 Y2之间任选若干个 Y值，
从图中读出相应的 Ye值，并计算
值。
?在直角坐标系中以
作图得曲线。
? 曲线与 Y=Y1,Y=Y2及恒轴所
包围的面积即为 NOG。
YYY
e
～?1
④ 图解积分法
eYY ?
1
Y
1Y
2Y
2X 1X X
O
EB
T
Y
eY
? ?? 12Y Y eOG YY YdN
Y1Y2
eYY ?
1
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 77/105
⑤数值积分法
适用情况：平衡关系符合曲线且已知函数关系
图解积分法虽为一种理论上严格的方法, 但计算起来特
别繁琐 。 可采用数值积分法进行计算, 例如采用辛普森
(Simpson)数值积分法 。
在 Y1和 Y2之间作偶数等分, 对每一个 Yi值计算出对应的
f(Yi), 并令 Y0=Y2(塔顶气相组成 ),Yn=Y1(塔底气相组成 )，
然后按下式进行求解
此外可采用龙贝格方法、高斯积分法等。
? ? ?
? ? ?
段区间的纵标；－第
等分区间的步长；－式中：
i
YY
)Y(f
n
n
YY
Y
)Y(f)Y(f)Y(f
)Y(f)Y(f)Y(f)Y(f)Y(f
Y
YY
Yd
N
eii
i
n
n
nn
Y
Y
e
OG
1
2
?
?
?
?
???
?????
?
?
?
??
1
2
4
3
0
242
1310
?
?
?
?
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 78/105
2.4.4.2 等板高度法
设填料层由 N级组成，吸收剂从塔顶进入
第 I级，逐级向下流动，最后从塔底第 N级流
出；原料气从塔底进入第 N级，逐级向上流
动，最后从塔顶第 1级排出。在每一级上，气
液两相的组成达到平衡，溶质组成由气相向
液相转移。 若离开某一级时，气液两相的组
成达到平衡，则称该级为一个理论级，或称
为一层理论板,NT。
等板高度：分离效果达到一个理论级所需
的填料层高度 。
Z=HETP× NT
NT—— 完成分离任务，所需的理论级数；
HETP—— 等板高度，由实验测定或经验公
式计算。
Y2=YI X2=X0
YI
Yi XI
I
i
i+1
N
XiYi+1
Xi+1YN
XN
Y1=YN+1 X1=XN
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 79/105
Y1
X0 X1
Y2
X2
Y3
X3
Y4
T
B
o
E
1,图解法求 NT
步骤：
?画平衡线 OE,操作
线 TB；
?从 T点出发画梯级，
直到越过 B点。
?梯级数为理论板数 NT。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 80/105
Aln
Y
Y
ln
NORS
YY
YY
)S(ln
Aln
N
NN;YY
A
A
YY
Y)AAA(Y)AAA(Y
Y)AA(Y)AA(Y)XX(
V
L
Y
m
bY
X
AYY)A(Y)XX(
V
L
Y
T
e
e
T
TN
N
N
e
NNNN
N
eIIIII
II
II
e
YY
III
I
2
1
22
21
11
1
21
2
1
2
1
1
2
2
2
2
22
2222
1
1
1
1
1
1
1
2
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
???
??
?
?
??
?????????
?????????
?
?
??????
?
?
?
??
?
?
?
??
?
2,解析法
逆流。
平衡线,Yi=mXi+b
操作线：
Y2=YI X2=X0
YI
Yi XI
I
i
i+1
N
XiYi+1
Xi+1YN
XN
Y1=YN+1 X1=XN
221 Y)XX(V
LY
ii ????
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 81/105
? ?
—克列姆塞尔方程—
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
Aln
Y
Y
ln
N
S
YY
YY
Sln
Aln
N
T
e
e
T
2
1
22
21
1
1
?
?
? ? 比较与 ?
?
?
?
?
? ?
?
??
?
? S
YY
YYSln
S
N
e
e
OG
22
211
1
1
AA
A
A
S
N
N
ln
1
ln
1
OG
T ????
当 A=1时 NT=NOG
A>1时 NT<NOG
A<1时 NT>NOG
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 82/105
2.4.5 吸收塔的设计型计算
吸收塔的计算包括设计型和操作型两类 。 设计型计算通
常是在物系, 操作条件一定的情况下, 计算达到指定分离
要求所需的吸收塔塔高 。
当吸收的目的是除去有害物质时, 一般要规定离开吸收
塔混合气中溶质的残余浓度 Y2； 当以回收有用物质为目的
时, 一般要规定溶质的回收率 。
吸收塔设计的优劣与吸收流程, 吸收剂进口浓度, 吸收
剂流量等参数密切相关 。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 83/105
1．流向的选择
逆流,气液流向相反 ；
并流,气液流向相同 。
逆流与并流的比较,
逆流操作与并流的气液两相进, 出口组成相等的条件下
逆流操作的优点：
?逆流操作可获得较大的吸收推动力, 从而提高吸收过程
的传质速率；
?可得到浓度较高的吸收液；
?可使出塔气体中溶质的含量降低, 提高溶质的吸收率 。
所以工业上多采用逆流吸收操作。
注意,在逆流操作过程中，液体在向下流动时受到上升
气体的曳力，这种曳力过大会妨碍液体顺利流下，因而限
制了吸收塔的液体流量和气体流量。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 84/105
2．吸收剂进口组成的选择及其最高允许组成
分析过程：
当气, 液两相流量及溶质吸收率一定时, 若吸收剂进口
组成过高, 吸收过程的推动力减小, 则吸收塔的塔高将增
加, 使设备投资增加；
若吸收剂进口组成太低, 吸收剂再生费用增加；
所以吸收剂进口浓度的选择是一个总费用的优化问题,
通常往往结合解吸过程确定 。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 85/105
2.4.6 吸收塔的操作型计算
吸收塔的操作型计算是指吸收塔塔高一定时, 吸收操作
条件与吸收效果间的分析和计算 。 例如已知塔高 Z,气, 液
流量, 混合气体中溶质进口组成, 吸收剂进口组成, 体积
吸收系数 KYa时, 核算指定设备能否完成分离任务 。 又如某
一操作条件 （ L,V,T,p,Y1,X2） 之一变化时, 计算吸
收效果如何变化 。
1,定性分析
定性分析步骤, （ 1） 常根据条件确定 HOG,S,然后用
Z=HOGNOG确定 NOG的变化；
（ 2） 用脱吸因数法图 2-13(P108)确定 Y2的变化趋势；
（ 3） 用全塔物料衡算分析 X1的变化 。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 86/105
例题
【例】在一填料塔中用清水吸收氨－空气中的低浓氨气，
若清水量适量加大，其余操作条件不变，则 Y2,X1如何变化？
（已知体积传质系数随气量变化关系为 kYa∝V 0.8）
【解】用水吸收混合气中的氨为气膜控制过程，故
KYa≈ kYa∝V 0.8
因气体流量 V不变，所以 KYa近似不变，所以 HOG不变。
因塔高不变，故根据 Z= HOGNOG可知 NOG不变。
当清水量加大时，因 S=mV/L,故 S降低，由图 2-13可以看
出 (Y1-Ye2)/(Y2-Ye2)会增大，故 Y2将减小 。
根据物料衡算 L(X1-X2)=V(Y1-Y2)≈VY 1可近似推出 X1将下
降。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 87/105
2、定量计算
在定量计算时, 由于传质单元数计算式的非线性, 因此,
计算需采用试差法及对比法求解 。
【 例 】 某填料吸收塔在 101.3 kPa,293K下用清水逆流吸
收丙酮 — 空气混合气中的丙酮, 操作液气比为 2.0,丙酮的
回收率为 95%。 已知该吸收为低浓度吸收, 操作条件下气
液平衡关系为, 吸收过程为气膜控制, 气相总体积吸收系
数与气体流率的 0.8次方成正比 。 （ 塔截面积为 1m2）
（ 1） 若气体流量增加 15%,而液体流量及气, 液进口组
成不变, 试求丙酮的回收率有何变化？
（ 2） 若丙酮回收率由 95%提高到 98%,而气体流量, 气,
液进口组成, 吸收塔的操作温度和压力皆不变, 试求吸收
剂用量提高到原来的多少倍 。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 88/105
【 解 】 （ 1） 设操作条件变化前为原工况, 气量增加 15%
时为新工况 。
59002 181,..LmVS ???
? ?
? ?? ?
3015
590205901
5901
1
1
1
1
20
9501
1
1
1
0
22
21
2
1
22
21
2
.
..ln
.
S
YY
YY
Sln
S
N
.Y
Y
YY
YY
,X
e
e
OG
Ae
e
?
???
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
?
?
?
?
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 89/105
OG
.
OG
.
'
OG
'
OG
.
.OG
.
Y
Y
OG
H..H
V
V
HH
V
V
V
H
VaK
a ΩK
V
H
0 2 81151
20
20
20
80
80
??
?
?
?
?
?
?
?
?
??
??
??
新工况下
故
，因
1575
0281
3015
0281
.
.
.
H.
HN
H
HN
N
HNHN
OG
OGOG
'
OG
OGOG'
OG
OGOGOG
'
OG
'
??
?
?
?
??
???因塔高未变，故
6 7 90590151,..S
V
V
S
L
mV
S,
L
mV
S
'
'
'
'
?????
???
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 90/105
? ? ?
?
?
?
?
? ?
?
??
?
? '
e
'
e'
'OG
' S
YY
YYSln
S
N
22
211
1
1
? ? ?
?
?
??
? ??
?? 67906790167901
11575
2
1,
Y
Y.ln
.,'
? ?
9 2, 9 5 %
..ln
.
.
'
A
'
A
变为解得丙 酮
6790
1
1
67901
67901
1
1575
?
?
的
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 91/105
(2) 当气体流量不变时，对于气膜控制的吸收过程,HOG不
变，故吸收塔塔高不变时,NOG也不变化，即将丙酮回收率
由 95%提高到 98%，提高吸收剂用量时，新工况下
3015,NN OGOG'' ??
，
''
''
L
mVS ? 980,'A ??
? ? ?
?
?
??
? ??
??
''
A
''
''
''OG
'' SSln
SN ?
11
1
1
? ?
倍。到原来的所以吸收剂用量应提高
用试差法解得
7461
7461
3380
590
3380
9801
1
1
1
1
3015
.
.
.
.
L
L
S
S
.S
S
.
Sln
S
.
''
''
''
''''
''
???
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 92/105
2.4.7 强化吸收过程的措施
强化吸收过程即提高吸收速率。 吸收速率为吸收推动力
与吸收阻力之比，故强化吸收过程从以下两个方面考虑：
提高吸收过程的推动力；）降低吸收过程的阻力。
1．提高吸收过程的推动力
（ 1）逆流操作
（ 2）提高吸收剂的流量
通常混合气体入口条件由前一工序决定，即气体流量 V、
气体入塔 组成 一定，如果吸收操作采用的吸收剂流量 L提高，
即 L/V提高，则吸收的操作线上扬，气体出口浓度下降，吸
收程度加大，吸收推动力提高，因而提高了吸收速率。
吸收阻力
吸收推动力吸收速率 ?
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 93/105
（ 3）降低吸收剂入口温度
当吸收过程其它条件不变，吸收剂温度降低时，相平衡
常数将增加，吸收的操作线远离平衡线，吸收推动力增加，
从而导致吸收速率加快。
（ 4）降低吸收剂入口溶质的浓度
当吸收剂入口浓度降低时，液相入口处吸收的推动力增
加，从而使全塔的吸收推动力增加。
2．降低吸收过程的传质阻力
（ 1）提高流体流动的湍动程度
吸收的总阻力包括：
?气相与界面的对流传质阻力；
?溶质组分在界面处的溶解阻力；
?液相与界面的对流传质阻力。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 94/105
通常界面处溶解阻力很小，故总吸收阻力由两相传质阻
力的大小决定。若一相阻力远远大于另一相阻力，则阻力
大的一相传质过程为整个吸收过程的控制步骤，只有降低
控制步骤的传质阻力，才能有效地降低总阻力。
降低吸收过程传质阻力的具体有效措施,
1）若气相传质阻力大，提高气相的湍动程度，如加大气
体的流速，可有效地降低吸收阻力；
2）若液相传质阻力大，提高液相的湍动程度，如加大液
体的流速，可有效地降低吸收阻力。
（ 2）改善填料的性能
因吸收总传质阻力可用 表示，所以通过采用新型
填料，改善填料性能，提高填料的相际传质面积 a,也可降
低吸收的总阻力。
aKY
1
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 95/105
2.5 吸收系数
吸收系数 是反映吸收过程物系及设备传质动力学特性的参数, 是设
计计算的基本数据, 其大小主要 受物系的性质, 操作条件及设备结构
等三方面的影响 。 由于影响因素十分复杂, 目前还无通用的计算方法和
计算公式 。 一般是针对具体的物系, 在一定的操作条件和设备条件下进
行实验, 将实验数据整理成相应的经验公式或准数关联式, 供计算时使
用 。
2.5.1 吸收系数的测定
吸收系数的测定是采用与生产条件相近的吸收塔以及操
作条件下进行,这种测定方法依据全塔内的吸收速率方程
式进行，因而得到的吸收系数值实际是全塔的平均值。
例如当吸收过程在所涉及的浓度范围内平衡关系为直线
时，只要测定出气液两相流量及其浓度组成，便可根据填
料层高度的计算公式得到平均的总体积吸收系数 Kya 。
m
Y YZ
)YY(VaK
??
21 ??
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 96/105
2.5.2 吸收系数的经验公式
吸收系数的经验公式是根据特定系统及一定条件下的实
验数据整理而来，因而运用范围较窄。
某些体积吸收系数经验公式如下。
式中符号含义及适用条件见教材 P121~122。
250704
960
390904
10819
572
10076
..
G2
.
L2
..
G
WG.akSO
U.akCO
WG.ak
?
?
??
?
??
：用水吸收
：常压下用水吸收
用水吸收氨：
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 97/105
2.5.3 吸收系数的准数关联式
对吸收过程进行理论分析, 将影响因素归纳为几个准数 。
然后进行实验, 确定准数之间的函数关系, 从而得到相应
的准数关联式, 使用时注意应用条件和范围 。
1.传质过程中常用的 4
① 施伍德 (Sherwood)准数 Sh
它包含待求的吸收膜系数，为反映吸收过程进行难易程
度的准数。
D
l
C
c
kSh
D
l
P
R T p
kSh
Sm
GG
Bm
GG
?
?
液相：
气相：
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 98/105
(Schmidt)准数 Sc
它反映物性对吸收过程影响的准数。
③ 雷诺 (Reynolds)准数 Re
反映流体流动时湍动程度的准数。
④ 伽利略 (Gallilio)准数 Ga
反映液体受重力作用而沿填料表面向下流动时，所受重
力与粘滞力相对关系的准数
DScSc LG ?
???
L
L
e
G
WReudRe
???
? 40 ?? 液相：气相：
2
23
L
LglGa
?
??
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 99/105
2.计算气膜吸收系数的准数关联式
3.计算液膜吸收系数的准数关联式
??
??
?
?
)Sc()( R e
lR T p
PDkGOR
)Sc()( R eSh
GG
Bm
GGG
?
?
3
1
3
1
3
2
3
1
3
1
3
2
0 0 5 9 50
0 0 5 9 50
)Ga()Sc()( R e
lc
CD
.kOR
)Ga()Sc()( R e.Sh
LL
Sm
L
LLL
?
?
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 100/105
2.6 其它吸收与解吸
2.6.1 高组成气体吸收
当混合气体中溶质含量大于 10%以上时, 而且被吸收的数
量又较多, 称为高组成气体的吸收 。 与低组成气体相比具
1, 因而操作线方程
式和吸收速率方程式中的组成采用摩尔分率表示 。
2, 使液体温度升高, 为非
等温吸收过程 。 液体的升温使溶质溶解度降低, 将直接影
响气液平衡关系 。
3, 不能再视为
常量 。
因而高组成气体吸收的计算相当复杂，必须同时联立物
料衡算式、热量衡算式、传质速率方程式和相平衡方程式，
通过数值计算方法求解。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 101/105
2.6.2 非等温吸收
气体吸收过程中，因溶解热、反应热得存在，使得液相温度随组成
得升高而升高，称为非等温吸收。
对吸收过程得影响：
? 气体的溶解度减小
? 吸收的推动力减小
故需较高的填料层或较多的理论板层数。
非等温吸收采用近似处理方法：假定所有释放出得热量均被液体吸
收，即忽略气体得温度变化及其它热损失。据此推算出液体浓度与温度
的对应关系，从而得到非等温吸收下的平衡曲线。
当吸收得热效应很大，必须设法排除热量，以控制吸收过程得温度。
通常采取的措施有：
? 在吸收塔内装置冷却元件。如板式塔可以在塔板上安全冷却蛇管或
在板间设置冷却器；
? 引出吸收剂到外部进行冷却；
? 采用边吸收边冷却得吸收装置；
? 采用大得喷淋密度。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 102/105
2.6.3 多组分吸收
气体混合物中若有两个或两个以上的组分同时被吸收的
操作, 称为多组分吸收 。
如用液态烃吸收石油裂解气中的 C2,C3,C4等烃类使之
与 H2,CH4分离；用洗油吸收焦炉气中的苯, 甲苯, 二甲苯
蒸汽回收粗苯都为典型的多组分吸收 。
多组分吸收中，由于其它组分的存在使得各溶质在气液
两相中的平衡关系、扩散系数等有所改变，因而其计算较
单组分复杂。但是，对于某些溶剂用量很大的低组成气体
吸收，所得稀溶液的平衡关系可认为服从亨利定律，而且
各组分的平衡关系互不影响，因而可分别对各溶质组分予
以单独考虑。
在进出吸收塔的气体中，各组分组成都不相同，因而每
一溶质组分都有自己的操作线方程式及相应的操作线,但
因液气比 L/V为常数，所以各操作线相互平行。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 103/105
2.6.4 化学吸收
化学吸收通常指溶质气体 A溶于溶液后, 即与溶液中不挥
发的反应剂 B组分进行化学反应的过程：
这是一种传质与反应同时进行的过程 。 由于在吸
收的同时液相伴有化学变化, 使其中的溶质转化为反应产
物, 因而具有下述几个主要的优点：
优点,① 化学反应提高了吸收的选择性；
② 加快吸收速率, 设备容积, 设备投资费；
③ 反应增加了溶质在液相中的溶解度, 吸收剂用量；
④ 反应降低了溶质在气相中的平衡分压, 可较彻底
地除去气相中很少量的有害气体 。
缺点：解吸困难，解吸能耗。若反应为不可逆，反应剂
不能循环使用，用途就大受限制。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 104/105
2.6.5 解吸
使溶解于液相中的溶质组分释放出来的操作称为解吸 (或脱吸 ),它是
吸收的逆过程 。 通常解吸操作既可获得较纯净的溶质组分, 又可使吸收
剂得以再生, 循环使用 。 解吸操作方法一般是在解吸塔底通入某种情性
气体或蒸汽, 目的在于提供与吸收液不相平衡的气相, 使其与由塔顶喷
淋而下的吸收液进行逆流接触 。 这样在解吸推动力的作用下, 溶质将不
断由液相传递至气相, 塔底得到较纯净的溶剂, 塔顶则得到溶质组分与
惰性气体或者蒸汽的混合物 。
采用惰性气体 (空气, N2,CO2等 )的解吸过程, 适用于脱除少量溶质
以回收溶剂, 一般难以同时得到纯净的溶质组分 。 采用蒸汽的解吸过程,
若溶质不溶于水, 则可用冷凝的方法将塔顶混合气体冷凝而分离出水层
的办法, 得到纯净的溶质组分 。
吸收操作的设备同样适用于解吸操作, 而且吸收过程的理论与计算
方法亦适用于解吸 。 在解吸过程, 由于溶质在液相中的实际浓度总是大
于与气相成平衡的浓度, 因而解吸的操作线位于平衡线的下方, 即其推
动力为吸收过程推动力的相反值 。 所以需将吸收速率的方程式中推动力
的前后项调换, 计算公式便可用于解吸 。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 105/105
基本原理
与概念
设计计算 强化吸收
指导操作
本章总结－联系图
扩展延伸
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 106/105
1.气液相平衡
2.物料衡算
稀溶液：亨利定律
Exp e ?
H
cp
e ?
mxy e ?
p
Em ?
mXYe ? S
S
EMH
??
V(Y1－ Y2)=L(X1－ X1) ?全塔
22 Y)XX(V
LY ???
11 Y)XX(V
LY ???
?塔顶与塔任一截面
?塔底与塔任一截面
基本原理与概念
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 107/105
)(YY
Y
YY
A
A
?
?
??
?
?
112
1
21
X1=V（ Y!－ Y2） /L+ X2
?回收率
?吸收液浓度
?液气比 定义：气体吸收操作中吸收剂流量和惰性气体流
量之比。它可影响吸收质量和操作成本。它是一
个技术指标，也是一个经济指标。
21
21
XX
YY
V
L
em i n ?
???
?
??
?
?
2
1
21
X
m
Y
YY
V
L
m i n ?
?
??
?
?
?
?
?
m i nV
L)..(
V
L ?
?
??
?
??? 0211
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 108/105
3.传质速率方程
、
Bmp
p
Smc
c —— 漂流因数
???????? D pDTpTDpTfD )(
75.1
，
???????? D DTTDTfD ??? )(,
气体：
液体：
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 109/105
)xx(kN ixA ??
)cc(kN LiLA ??
)pp(kN iGGA ??
)yy(kN iyA ??
)pp(KN eGGA ??
)yy(KN eyA ??
)cc(KN LeLA ??
)xx(KN exA ??
对流扩散：双膜理论（三个要点）
Gpkk y ?
Lckk x ?
LG HKK ?
yx mKK ?
GyY pKKK ??
LxX cKKK ??
)YY(KN eYA ??
)XX(KN eXA ??
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 110/105
4.传质系数
①分子扩散基本定律 (Fick定律 )
②单向扩散传递速率：
③传质系数求法：
?实验测定
?经验公式
?准数关联式
)p(ppR T zDPN iG
BmG
A ??
)cc(cz DcN Li
mSL
A ??
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 111/105
GLG
1 1 1
kHkK ??
GLL
1 1 kHkK ??
1 1
yxy kk
m
K ??
yxx mkkK
111 ??
—— 气相总体积吸收系数,kmol/（ m3·s ）aK
y
aKx —— 液相总体积吸收系数,kmol/（ m
3·s ）
体积吸收系数的物理意义：
在单位推动力下，单位时间，单位体积填料层内吸收的
溶质量。
分系数与总系数之间的关系：
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 112/105
1.塔径 D
2.填料层高度 Z
Z=传质单元高度×传质单元数
(1).传质单元高度
?定义：
?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
?aK
VH
Y
OG ?
设计计算
u
VsD
?
4?
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 113/105
(2).传质单元数：
? ?? 12YYOG YeY dYN
定义：
传质单元数的意义：一个传质单元，即气相流过一
段填料后，其组成变化等于该段填料的总的平均推
动力。
①平均推动力法（适合平衡线、操作线为直线）
?OGN
mY
YY
?
21 ?
2
1
21
YΔ
YΔ
ln
YΔYΔ
YΔ m
?
?
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 114/105
②脱吸因数法（适合平衡线、操作线为直线）
? ? ?
?
?
?
?
? ?
?
??
?
? S
YY
YYSln
S
N
e
e
OG 211
1
2
21
的意义,反映了 A吸收率的高低。
22
21
e
e
YY
YY
?
?
③图解积分法（适合平衡线为曲线）
④数值积分法（适合平衡线为曲线）
参数 S的意义：反映了吸收过程推动力的大小，
其值为平衡线斜率与吸收操作线斜率的比值。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 115/105
⑤等板高度法
? ? —克列姆塞尔方程—?
?
?
??
? ?
?
??? S
YY
YYSln
AlnN e
e
T
22
2111
AA
A
A
S
N
N
ln
1
ln
1
OG
T ????
当 A=1时 NT=NOG
A>1时 NT<NOG
A<1时 NT>NOG
Z=NTHETP
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 116/105
指导操作
?吸收塔经常和解吸塔联用。吸收后的溶剂需经过解吸塔再
生。为了使吸收效果好，必须要求解吸塔的解吸效果好；
?降低塔的操作温度，降低相平衡常数 m,提高操作压力，
可以增加传质推动力；
?降低吸收剂的进口组成 x2降低，可以增大传质推动力；
?增大液气比 L/V，可增大传质推动力；
?对液膜控制，要加强液相湍动，可加大液气比，加压吸收。
减少气膜阻力；对气膜控制，要注意减少气膜阻力。可用合
适的设备。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 117/105
?增加 L/V
?改变平衡关系,m?(T?,P?）；
? x2 ?（ 提高解吸程度）；
1.提高推动力
2.减少传质阻力：
? L ?
?V?
?采用新型填料，如环鞍型,Mellapak填料
强化吸收
提高吸收率的两种途径：
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 118/105
扩展延伸
1.解吸
定义：使溶解在液相中的气体释放出来的操作。
特点 (与吸收相比 )：
?所用设备相同。板式塔、填料塔；
?原理相同。均为物质单向扩散；
?计算填料高度的方法和计算步骤相同。
2.化学吸收
定义：溶质 A与溶剂进行化学反应的吸收过程。
特点：
?液相溶质平衡分压降低，甚至可以降到零，吸收推动力增大；
?液膜传质阻力下降，传质系数有所提高；
?可以使溶剂吸收更多的溶质，溶剂不易饱和，因而有些物理吸
收无效的情况下，化学吸收仍有效。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 119/105
3.多组分吸收
定义：气体混和物中几个组分同时被溶剂吸收的过程。
特点：
?多组成吸收的设计原则是根据其中某一组分 (称关键组分 )的吸收
要求，按单组分的计算方法，定出所需理论板层数，然后核算用
这么多理论板同时能把其它组分吸收多少，从而根据进塔的气液
相组成计算出塔的气液组成。
4.非等温吸收
定义：具有溶解热或反应热等热效应的吸收过程。
特点：
?由于热效应使溶液温度升高，平衡分压增大，平衡线向上移动，
不利于吸收，比等温吸收需要更大的液气比，或较高的填料层 (或
理论板数 )，因而通常要设法排除热量，尽量使吸收接近等温。
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 120/105
本章要求
了解：
2010年 5月 14日 第二章 气体吸收 121/105
THE END
Thanks
