第五章 吸收
第一节、概述
一、基本概念
1、传质过程：物质在相间的转移过程。
2、吸收与解吸
3、溶质与溶剂
二、吸收的分类
1、物理吸收、化学吸收
2、单组分吸收、多组分吸收
3、等温吸收、非等温吸收
第五章 吸收
第五章 吸收
三、吸收的目的
1、回收混合气体中的有用物质
2、净化有毒有害气体
3、制取液体产品
四、吸收操作应解决的问题
1、选择合适的溶剂
2、提供传质设备以供气液两相接触
3、溶剂的再生
第五章 吸收
五、吸收剂性能
六、吸收设备
1、板式塔
2、填料塔
第五章 吸收
第五章 吸收
第二节,吸收过程的气液平衡
一、气体在液相中的平衡溶解度
1、气体在液相中的溶解过程
物理吸收
化学吸收
2、溶解度（平衡溶解度）的概念
?溶解度是温度、总压和气相组分的函数，常压下、
温度 一定，溶解度是气相组分的函数，可表示如下：
第五章 吸收
)(* AA PfC ?
)(* AA CFP ?
若以组分 A在液相中的浓度为自变量
?特点
第五章 吸收
?示例
第五章 吸收
第五章 吸收
第五章 吸收
二、亨利定律
1、亨利定律的含义
2、亨利定律的适用范围
3、亨利定律的三种表示方法
第五章 吸收
EXP ?*
mXY ?*
HPC ?*
7— 12式
7— 13式
7— 14式
E：亨利系数
H：溶解度系数
m：相平衡常数
4、亨利定律各系数之间的关系,p242
第五章 吸收
三、相平衡与吸收过程的关系
第五章 吸收
第三节、气体扩散
一、分子扩散与费克定律
第五章 吸收
二、气体在气相中的扩散（等 mol逆向扩散）
条件：等温、总压相等。
第五章 吸收
三、双组分 A,B混合气体
在液相中的扩散
条件：组分 A溶于液相；
组分 B不溶于液相
第五章 吸收
—— 单向扩散传质速率方程
第五章 吸收
四、扩散系数
物质的物性常数之一，表示物质的扩散能力大小。
第五章 吸收
第四节、气体吸收
一、单向内的对流传质
1、条件：
流体与某一界面
之间的传质，右
分子扩散、也有
湍流扩散。
2、有效膜模型
第五章 吸收
二、气相传质速率方程
kG
第五章 吸收
三、液相传质速率方程
第五章 吸收
四、双膜理论
?气液两相接触，在相界面存在气、液两个层流
流动的稳定膜层。
?相界面上气液两相互成平衡。
?吸收主要在膜层内进行，浓度梯度主要集中在两
个膜层内。
第五章 吸收
第五章 吸收
五、总传质速率方程
1、总传质速率方程
KG：以气相推动力为基准的总传质系数
KL：以液相推动力为基准的总传质系数
G
AA
AAGA
K
pp
ppKN
1
)(
*?
??? ?
L
AA
AALA
K
cc
ccKN
1
)(
*
* ????
第五章 吸收
2、总传质系数与气膜、液膜传质系数的关系
在稳态传质过程中：
第五章 吸收
同理：两边同乘以 H得
两阻力系数的关系,KG=HKL
第五章 吸收
3、气、液两相界面浓度
第五章 吸收
?作图法
由气、液相传质速率方程：
第五章 吸收
?解析法
因界面上 ci与 pi成平衡关系,由亨利定律
pi = ci/H
联立下式求解
第五章 吸收
4、气膜控制与液膜控制
?当溶质溶解度很大时，
传质阻力集中于气膜，
为气膜控制。 KG=kG
第五章 吸收
?溶质溶解度很小时，
传质阻力集中于液膜，
为液膜控制。
KL=kL
第五章 吸收
六、传质速率方程
的各种形式
第五章 吸收
第五章 吸收
第五章 吸收
第五章 吸收
第五章 吸收
七、吸收塔的计算
1、概述
?低浓度气体吸收、逆流操作。
?等温、传质分系数、传质总系数为常数。
?任务：吸收剂用量、填料层高度和塔径的计算。
2、物料恒算与操作线方程
?操作线方程：描述塔内任意截面上气液两相浓度
之间的关系。
第五章 吸收
V,L：通过吸收塔的惰性气体流
量和溶剂流量,kmol/s
Y1,X1：分别为塔底（浓端）气相
和液相的摩尔比。
Y2,X2：分别为塔顶（稀端）气相
和液相的摩尔比。
Y,X：分别为塔内任意截面气相和
液相的摩尔比。
第五章 吸收
操作线方程：
第五章 吸收
A：顶端（稀端）
B：底端（浓端）
为什么操作线
在平衡线上方？
第五章 吸收
?全塔物料恒算
全塔物料恒算式：
对低浓度气体,X=x Y=y
操作线方程：
第五章 吸收
3、吸收剂用量与最小液气比
?吸收率（回收率）
?液气比：吸收单位气体所耗用的液体量。
?最小液气比
第五章 吸收
吸收塔的最小液气比
第五章 吸收
对应图 a的最小液气比：
对应图 b的最小液气比：
适宜的液气比：
第五章 吸收
例、矿石焙烧炉气体含 SO2 9%（体积分数、温度 200C），
其余可看成惰性气体（与空气性质相同）。炉气流量
1000m3/h，气温 200C，要求 SO2回收率为 90%，吸收剂
用量为最小用量的 1.3倍。已知操作条件为压力 101.325kpa，
温度 200C，在此条件下 SO2的溶解度见图，若吸收剂入塔
组成 X2=0.0003时，求（ 1）吸收剂用量（ kg/h），离塔溶
液组成 X1；（ 2）吸收剂为清水（ X2=0），回收率不变，
离塔溶液组成 X1为多少？此时吸收剂用量比（ 1）项用量
多还是少？
第五章 吸收
第五章 吸收
第五章 吸收
第五章 吸收
第五章 吸收
第五章 吸收
4、填料层高度的计算
?填料层高度的基本计
算公式推导
第五章 吸收
第五章 吸收
—— 体积传质系数,kmol/m3.s
对稳态吸收,V L 及塔的横截面积均为定值；体积
传质系数全塔也可看成常数。
—
第五章 吸收
X
填料层高度计算的基本公式：
第五章 吸收
?传质单元高度与传质单元数
将基本公式写成如下形式：
第五章 吸收
第五章 吸收
物理含义：
传质单元数的大小反映了传质的难易程度。
传质单元高度可视为传质阻力。
注：各种传质单元高度之间的关系见,P197
第五章 吸收
?传质单元数的计算
(1)对数平均推动力法
（平衡线为直线）
第五章 吸收
平衡线为直线、操作线为直线，则任意截面上的推
动力 为直线与 Y也呈直线关系。)( #YYY ???
气相对数平均推动力
第五章 吸收
第五章 吸收
(2)吸收因数法
平衡线为直线：
第五章 吸收
第五章 吸收
(3)图解积分与数值积分
平衡线为曲线,）
第五章 吸收
5、吸收塔操作计算
?操作线方程
?气、液相平衡关系
?传质速率方程
?填料层高度计算式
第五章 吸收
第五章 吸收
第五章 吸收
第五章 吸收
第五章 吸收
八、填料塔
1、结构与特性
?填料个数
?比表面积
?空隙率
?干填料因子与湿填料因子
第五章 吸收
第五章 吸收
第五章 吸收
2、填料塔内气液两相流动特性
?气体通过填料的压力降
?空塔气速、、喷淋密度、液泛气速、液泛点、载点
空塔气速：气体通过整个塔截面时的速度。
喷淋密度：单位面积、单位时间液体的喷淋量。
?压降与液泛气速的确定
第五章 吸收
第五章 吸收
第五章 吸收
3、塔径的计算
园整
最小喷淋密度
第五章 吸收
4、填料塔附件
?支撑装置
第五章 吸收
?液体分布装置
第五章 吸收
?液体再布器
第五章 吸收
九、化学吸收的气液平衡关系（ 补充 ）
1、化学吸收的基本概念
2、相平衡与化学平衡的关系
?相平衡与化学平衡的吸收关系
结论：浓度 [A]低于组分 A在液相中的总浓度，因此，
在 HA相同时，气体 A在液面上的平衡压力较 A
仅被物理吸收时低，因而相应的提高了吸收率。
第五章 吸收
?被吸收组分与吸收剂相互作用
6— 10式 6— 12式
?被吸收组分与吸收剂中的活性组分相互作用
6— 14式
第五章 吸收
十,伴有化学反应的吸收动力学
一、双膜理论
1、气液两相间物质传递过程的理论，即适合于物理吸收、
也适合于气液相反应。
2、基本论点
?存在相界面，分气膜、液膜，膜内均为层流态。
?被吸收组分从气态转为液态有五步过程 P298。
?气液两相主体中不存在浓度梯度，扩散阻力忽略不计。
第五章 吸收
?无论气液两相主体中是否达到平衡，在相界面处，
被吸收组分被认为在两相间已达到平衡。
?两层膜极薄，膜中没有吸收组分的积累，吸收过程看
作气液膜的均匀扩散。
3、总传质速率方程
?速率方程
)()( ** AALAAGA CCKPPKN ????
?总传质系数与分传质系数的关系
6— 19式 6— 20式
第五章 吸收
结论,a、易溶气体的传质属气膜控制。
b、难溶气体的传质属液膜控制。
c、中等溶解度的气体，气膜、液膜阻力属同
一数量级。
?各种系统的控制膜实例 P301。
第五章 吸收
二、化学吸收过程的传质速率
1、传质速率表达式
气相一侧：
)( AiAGA PPkN ??
液相一侧：
ALALA CkCkN ????? ')( ?
2、增强系数 α,
有化学反应时液相传质分系数 kL’与物理吸收
的 kL之比。
第五章 吸收
3、增强系数与扩算系数、反映速率的关系
菲克第二扩散定理,6— 22（ 23）
反应动力学方程式,6— 24
基于双膜理论的化学吸收（二级反应）：
R=A在液膜内的反应速率 /A通过液膜的扩算速率
M=B在液膜内的扩散速率 /A在液膜内的扩算速率
MRa
11 ??? ?
BA
L
CDkR 21 ??
第五章 吸收
?慢速反应 R<<1 (R<0.5)：当作物理吸收处理。
?快速反应 M>>R>>1 (M>5,R>2), P304
?极快速反应 R>>M (R>5M),P304
三、各类化学吸收的速率方程
1、快速（含极快速）不可逆化学反应：
增强的液相传质分系数 kL’：
)1('
AiA
BB
L
A
L CbD
CD
Z
Dk ??
第五章 吸收
传质速率方程,)(
BAGA CPKN ???
ALG
LB
A
B
GA
Ai Hkk
kC
D
D
b
kP
P
?
?
?
)(1
极快速反应：
AGA PkN ?
2、慢速化学反应的吸收过程
第一节、概述
一、基本概念
1、传质过程：物质在相间的转移过程。
2、吸收与解吸
3、溶质与溶剂
二、吸收的分类
1、物理吸收、化学吸收
2、单组分吸收、多组分吸收
3、等温吸收、非等温吸收
第五章 吸收
第五章 吸收
三、吸收的目的
1、回收混合气体中的有用物质
2、净化有毒有害气体
3、制取液体产品
四、吸收操作应解决的问题
1、选择合适的溶剂
2、提供传质设备以供气液两相接触
3、溶剂的再生
第五章 吸收
五、吸收剂性能
六、吸收设备
1、板式塔
2、填料塔
第五章 吸收
第五章 吸收
第二节,吸收过程的气液平衡
一、气体在液相中的平衡溶解度
1、气体在液相中的溶解过程
物理吸收
化学吸收
2、溶解度（平衡溶解度）的概念
?溶解度是温度、总压和气相组分的函数，常压下、
温度 一定，溶解度是气相组分的函数，可表示如下：
第五章 吸收
)(* AA PfC ?
)(* AA CFP ?
若以组分 A在液相中的浓度为自变量
?特点
第五章 吸收
?示例
第五章 吸收
第五章 吸收
第五章 吸收
二、亨利定律
1、亨利定律的含义
2、亨利定律的适用范围
3、亨利定律的三种表示方法
第五章 吸收
EXP ?*
mXY ?*
HPC ?*
7— 12式
7— 13式
7— 14式
E：亨利系数
H：溶解度系数
m：相平衡常数
4、亨利定律各系数之间的关系,p242
第五章 吸收
三、相平衡与吸收过程的关系
第五章 吸收
第三节、气体扩散
一、分子扩散与费克定律
第五章 吸收
二、气体在气相中的扩散（等 mol逆向扩散）
条件：等温、总压相等。
第五章 吸收
三、双组分 A,B混合气体
在液相中的扩散
条件：组分 A溶于液相；
组分 B不溶于液相
第五章 吸收
—— 单向扩散传质速率方程
第五章 吸收
四、扩散系数
物质的物性常数之一，表示物质的扩散能力大小。
第五章 吸收
第四节、气体吸收
一、单向内的对流传质
1、条件：
流体与某一界面
之间的传质，右
分子扩散、也有
湍流扩散。
2、有效膜模型
第五章 吸收
二、气相传质速率方程
kG
第五章 吸收
三、液相传质速率方程
第五章 吸收
四、双膜理论
?气液两相接触，在相界面存在气、液两个层流
流动的稳定膜层。
?相界面上气液两相互成平衡。
?吸收主要在膜层内进行，浓度梯度主要集中在两
个膜层内。
第五章 吸收
第五章 吸收
五、总传质速率方程
1、总传质速率方程
KG：以气相推动力为基准的总传质系数
KL：以液相推动力为基准的总传质系数
G
AA
AAGA
K
pp
ppKN
1
)(
*?
??? ?
L
AA
AALA
K
cc
ccKN
1
)(
*
* ????
第五章 吸收
2、总传质系数与气膜、液膜传质系数的关系
在稳态传质过程中：
第五章 吸收
同理：两边同乘以 H得
两阻力系数的关系,KG=HKL
第五章 吸收
3、气、液两相界面浓度
第五章 吸收
?作图法
由气、液相传质速率方程：
第五章 吸收
?解析法
因界面上 ci与 pi成平衡关系,由亨利定律
pi = ci/H
联立下式求解
第五章 吸收
4、气膜控制与液膜控制
?当溶质溶解度很大时，
传质阻力集中于气膜，
为气膜控制。 KG=kG
第五章 吸收
?溶质溶解度很小时，
传质阻力集中于液膜，
为液膜控制。
KL=kL
第五章 吸收
六、传质速率方程
的各种形式
第五章 吸收
第五章 吸收
第五章 吸收
第五章 吸收
第五章 吸收
七、吸收塔的计算
1、概述
?低浓度气体吸收、逆流操作。
?等温、传质分系数、传质总系数为常数。
?任务：吸收剂用量、填料层高度和塔径的计算。
2、物料恒算与操作线方程
?操作线方程：描述塔内任意截面上气液两相浓度
之间的关系。
第五章 吸收
V,L：通过吸收塔的惰性气体流
量和溶剂流量,kmol/s
Y1,X1：分别为塔底（浓端）气相
和液相的摩尔比。
Y2,X2：分别为塔顶（稀端）气相
和液相的摩尔比。
Y,X：分别为塔内任意截面气相和
液相的摩尔比。
第五章 吸收
操作线方程：
第五章 吸收
A：顶端（稀端）
B：底端（浓端）
为什么操作线
在平衡线上方？
第五章 吸收
?全塔物料恒算
全塔物料恒算式：
对低浓度气体,X=x Y=y
操作线方程：
第五章 吸收
3、吸收剂用量与最小液气比
?吸收率（回收率）
?液气比：吸收单位气体所耗用的液体量。
?最小液气比
第五章 吸收
吸收塔的最小液气比
第五章 吸收
对应图 a的最小液气比：
对应图 b的最小液气比：
适宜的液气比：
第五章 吸收
例、矿石焙烧炉气体含 SO2 9%（体积分数、温度 200C），
其余可看成惰性气体（与空气性质相同）。炉气流量
1000m3/h，气温 200C，要求 SO2回收率为 90%，吸收剂
用量为最小用量的 1.3倍。已知操作条件为压力 101.325kpa，
温度 200C，在此条件下 SO2的溶解度见图，若吸收剂入塔
组成 X2=0.0003时，求（ 1）吸收剂用量（ kg/h），离塔溶
液组成 X1；（ 2）吸收剂为清水（ X2=0），回收率不变，
离塔溶液组成 X1为多少？此时吸收剂用量比（ 1）项用量
多还是少？
第五章 吸收
第五章 吸收
第五章 吸收
第五章 吸收
第五章 吸收
第五章 吸收
4、填料层高度的计算
?填料层高度的基本计
算公式推导
第五章 吸收
第五章 吸收
—— 体积传质系数,kmol/m3.s
对稳态吸收,V L 及塔的横截面积均为定值；体积
传质系数全塔也可看成常数。
—
第五章 吸收
X
填料层高度计算的基本公式：
第五章 吸收
?传质单元高度与传质单元数
将基本公式写成如下形式：
第五章 吸收
第五章 吸收
物理含义：
传质单元数的大小反映了传质的难易程度。
传质单元高度可视为传质阻力。
注：各种传质单元高度之间的关系见,P197
第五章 吸收
?传质单元数的计算
(1)对数平均推动力法
（平衡线为直线）
第五章 吸收
平衡线为直线、操作线为直线，则任意截面上的推
动力 为直线与 Y也呈直线关系。)( #YYY ???
气相对数平均推动力
第五章 吸收
第五章 吸收
(2)吸收因数法
平衡线为直线：
第五章 吸收
第五章 吸收
(3)图解积分与数值积分
平衡线为曲线,）
第五章 吸收
5、吸收塔操作计算
?操作线方程
?气、液相平衡关系
?传质速率方程
?填料层高度计算式
第五章 吸收
第五章 吸收
第五章 吸收
第五章 吸收
第五章 吸收
八、填料塔
1、结构与特性
?填料个数
?比表面积
?空隙率
?干填料因子与湿填料因子
第五章 吸收
第五章 吸收
第五章 吸收
2、填料塔内气液两相流动特性
?气体通过填料的压力降
?空塔气速、、喷淋密度、液泛气速、液泛点、载点
空塔气速：气体通过整个塔截面时的速度。
喷淋密度：单位面积、单位时间液体的喷淋量。
?压降与液泛气速的确定
第五章 吸收
第五章 吸收
第五章 吸收
3、塔径的计算
园整
最小喷淋密度
第五章 吸收
4、填料塔附件
?支撑装置
第五章 吸收
?液体分布装置
第五章 吸收
?液体再布器
第五章 吸收
九、化学吸收的气液平衡关系（ 补充 ）
1、化学吸收的基本概念
2、相平衡与化学平衡的关系
?相平衡与化学平衡的吸收关系
结论：浓度 [A]低于组分 A在液相中的总浓度，因此，
在 HA相同时，气体 A在液面上的平衡压力较 A
仅被物理吸收时低，因而相应的提高了吸收率。
第五章 吸收
?被吸收组分与吸收剂相互作用
6— 10式 6— 12式
?被吸收组分与吸收剂中的活性组分相互作用
6— 14式
第五章 吸收
十,伴有化学反应的吸收动力学
一、双膜理论
1、气液两相间物质传递过程的理论，即适合于物理吸收、
也适合于气液相反应。
2、基本论点
?存在相界面，分气膜、液膜，膜内均为层流态。
?被吸收组分从气态转为液态有五步过程 P298。
?气液两相主体中不存在浓度梯度，扩散阻力忽略不计。
第五章 吸收
?无论气液两相主体中是否达到平衡，在相界面处，
被吸收组分被认为在两相间已达到平衡。
?两层膜极薄，膜中没有吸收组分的积累，吸收过程看
作气液膜的均匀扩散。
3、总传质速率方程
?速率方程
)()( ** AALAAGA CCKPPKN ????
?总传质系数与分传质系数的关系
6— 19式 6— 20式
第五章 吸收
结论,a、易溶气体的传质属气膜控制。
b、难溶气体的传质属液膜控制。
c、中等溶解度的气体，气膜、液膜阻力属同
一数量级。
?各种系统的控制膜实例 P301。
第五章 吸收
二、化学吸收过程的传质速率
1、传质速率表达式
气相一侧：
)( AiAGA PPkN ??
液相一侧：
ALALA CkCkN ????? ')( ?
2、增强系数 α,
有化学反应时液相传质分系数 kL’与物理吸收
的 kL之比。
第五章 吸收
3、增强系数与扩算系数、反映速率的关系
菲克第二扩散定理,6— 22（ 23）
反应动力学方程式,6— 24
基于双膜理论的化学吸收（二级反应）：
R=A在液膜内的反应速率 /A通过液膜的扩算速率
M=B在液膜内的扩散速率 /A在液膜内的扩算速率
MRa
11 ??? ?
BA
L
CDkR 21 ??
第五章 吸收
?慢速反应 R<<1 (R<0.5)：当作物理吸收处理。
?快速反应 M>>R>>1 (M>5,R>2), P304
?极快速反应 R>>M (R>5M),P304
三、各类化学吸收的速率方程
1、快速（含极快速）不可逆化学反应：
增强的液相传质分系数 kL’：
)1('
AiA
BB
L
A
L CbD
CD
Z
Dk ??
第五章 吸收
传质速率方程,)(
BAGA CPKN ???
ALG
LB
A
B
GA
Ai Hkk
kC
D
D
b
kP
P
?
?
?
)(1
极快速反应：
AGA PkN ?
2、慢速化学反应的吸收过程
