化工原理第五章吸收(传质理论之一)超详细讲解.pptx
合集下载
《化工原理吸收》课件
02 模拟方法可以预测不同操作条件下的吸收效果， 以及优化吸收设备的结构和操作参数。
03 常用的模拟方法包括物理模型模拟、数学模型模 拟和实验模拟等。
吸收过程的优化策略
01
吸收过程的优化策略是通过调整操作条件和设备参数
来提高吸收效果的方法。
02
优化策略通常包括选择合适的吸收剂、优化操作条件
、改进设备结构和操作参数等。
增加流速可以提高溶质的 传递速率，但同时会增加 设备的投资和能耗。
04
吸收设备与流程
吸收设备的类型与特点
填料塔
结构简单，易于制造， 适用于气体流量较小、 溶液组成较低的情况。
板式塔
传质效率高，处理能力 大，适用于气体流量较 大、溶液组成较高的情
况。
喷射器
结构简单，操作方便， 适用于气体流量较小、 溶液组成较低的情况。
THANK YOU
感谢各位观看
溶解度与相平衡的关系
物质在气液两相中的溶解度差异是吸收过程得以进行的驱动力。
亨利定律与相平衡
亨利定律：气体在液体中的溶解度与该气体在气液界 面上的分压成正比。
输标02入题
亨利定律的数学表达式：(Henry's Law)：(c = kP)
01
03
亨利定律的应用：通过测量气体的溶解度和气液界面 上的分压，可以计算出亨利常数，进而了解物质在特
03
优化策略的目标是提高吸收效果、降低能耗和减少环
境污染等。
06
吸收的实际应用
工业废气的处理
工业废气处理
吸收法可用于处理工业生产过程中产生的废气，如硫氧化物 、氮氧化物等有害气体。通过吸收剂的吸收作用，将有害气 体转化为无害或低害物质，达到净化废气的目的。
03 常用的模拟方法包括物理模型模拟、数学模型模 拟和实验模拟等。
吸收过程的优化策略
01
吸收过程的优化策略是通过调整操作条件和设备参数
来提高吸收效果的方法。
02
优化策略通常包括选择合适的吸收剂、优化操作条件
、改进设备结构和操作参数等。
增加流速可以提高溶质的 传递速率，但同时会增加 设备的投资和能耗。
04
吸收设备与流程
吸收设备的类型与特点
填料塔
结构简单，易于制造， 适用于气体流量较小、 溶液组成较低的情况。
板式塔
传质效率高，处理能力 大，适用于气体流量较 大、溶液组成较高的情
况。
喷射器
结构简单，操作方便， 适用于气体流量较小、 溶液组成较低的情况。
THANK YOU
感谢各位观看
溶解度与相平衡的关系
物质在气液两相中的溶解度差异是吸收过程得以进行的驱动力。
亨利定律与相平衡
亨利定律：气体在液体中的溶解度与该气体在气液界 面上的分压成正比。
输标02入题
亨利定律的数学表达式：(Henry's Law)：(c = kP)
01
03
亨利定律的应用：通过测量气体的溶解度和气液界面 上的分压，可以计算出亨利常数，进而了解物质在特
03
优化策略的目标是提高吸收效果、降低能耗和减少环
境污染等。
06
吸收的实际应用
工业废气的处理
工业废气处理
吸收法可用于处理工业生产过程中产生的废气，如硫氧化物 、氮氧化物等有害气体。通过吸收剂的吸收作用，将有害气 体转化为无害或低害物质，达到净化废气的目的。
化工原理第三版第五章吸收精品PPT课件
E小的，溶解度大，易溶气体
3）E的来源：实验测得；查手册
15
（二）亨利定律其它形式
1）pA*
cA H
H——溶解度系数， kmol/（m3·kPa）
cA——摩尔浓度，kmol/m3；
H与E的关系：
p
* A
cA H
c c
c H
x
E c H
16
c
S
M L M S (1 x) M A x M S
（一）亨利定律
总压不高时，在一定温度下，稀溶液上方 气相中溶质的平衡分压与溶质在液相中的摩尔 分数成正比，其比例系数为亨利系数。
pA* Ex
14
p
* A
——溶质在气相中的平衡分压，kPa；
x——溶质在液相中的摩尔分数；
E——亨利常数，单位同压强单位。
讨论： 1）E的影响因素：溶质、溶剂、T
物系一定，T E 2）E大的，溶解度小，难溶气体
D'c kL zLcBm
液相传质速率方程有以下几种形式：
N A kL (cAi cAL ) NA kx (xi x)
45
kL——以液相组成摩尔浓度表示推动力的液膜 传质系数，kmol/（m2·s·kmol/m3）；
k x——以液相组成摩尔分率表示推动力的液膜 传质系数，kmol/（m2·s）；
（1）分离混合气体以获得一定的组分。
（2）除去有害组分以净化或精制气体。 （3）制备某种气体的溶液。 （4）工业废气的治理。 吸收的依据 混合物各组分在某种溶剂中溶解度的差异。
3
二、吸收过程与设备
4
脱苯煤气 含苯煤气
冷却器 加热器
洗油 吸收与解吸流程
苯 水 过热蒸汽
5
3）E的来源：实验测得；查手册
15
（二）亨利定律其它形式
1）pA*
cA H
H——溶解度系数， kmol/（m3·kPa）
cA——摩尔浓度，kmol/m3；
H与E的关系：
p
* A
cA H
c c
c H
x
E c H
16
c
S
M L M S (1 x) M A x M S
（一）亨利定律
总压不高时，在一定温度下，稀溶液上方 气相中溶质的平衡分压与溶质在液相中的摩尔 分数成正比，其比例系数为亨利系数。
pA* Ex
14
p
* A
——溶质在气相中的平衡分压，kPa；
x——溶质在液相中的摩尔分数；
E——亨利常数，单位同压强单位。
讨论： 1）E的影响因素：溶质、溶剂、T
物系一定，T E 2）E大的，溶解度小，难溶气体
D'c kL zLcBm
液相传质速率方程有以下几种形式：
N A kL (cAi cAL ) NA kx (xi x)
45
kL——以液相组成摩尔浓度表示推动力的液膜 传质系数，kmol/（m2·s·kmol/m3）；
k x——以液相组成摩尔分率表示推动力的液膜 传质系数，kmol/（m2·s）；
（1）分离混合气体以获得一定的组分。
（2）除去有害组分以净化或精制气体。 （3）制备某种气体的溶液。 （4）工业废气的治理。 吸收的依据 混合物各组分在某种溶剂中溶解度的差异。
3
二、吸收过程与设备
4
脱苯煤气 含苯煤气
冷却器 加热器
洗油 吸收与解吸流程
苯 水 过热蒸汽
5
化工原理第四版课件(第五章吸收)
第五章：吸收 概述气液相平衡吸收过程的传质速率吸收塔的计算填料塔第一节：概述一、吸收吸收的定义：吸收是利用气态均相混合物中各组分在吸收剂中溶解度的差异来实现分离的单元操作。
吸收的目的：I.回收或捕获气体混合物中的有用物质，以制取产品II.除去工艺气体中的有害成分，使气体净化，以便进一步加工处理III.除去工业放空尾气中的有害气体，以免环境污染。
二、工业吸收了解工业生产中吸收及解吸过程、所需条件和典型设备例子工业上从合成氨原料混合气体中回收CO2乙醇胺脱硫法•需要解决的问题1.选择合适的溶剂2.提供适当的传质设备3.溶剂的再生三、溶剂的选择1.对溶质较大的溶解度；2.良好的选择性；3.温度变化的敏感性；4.蒸汽压要低；5.良好的化学稳定性；6.较低的黏度且不易生泡；7.廉价、无毒、易得、不易燃烧等经济和安全条件。
四、吸收的分类按有无化学反应：物理吸收和化学吸收按溶质气体的浓度：低浓度和高浓度吸收按溶质气体组分的数目：单组分和多组分吸收按有无热效应：等温和非等温吸收本章只讨论低浓度、单组分、等温的物理吸收过程。
五、吸收操作的经济性（费用）气液两相流经设备的能量损耗；溶剂的挥发及变质损失；溶剂的再生费用。
√六、吸收设备第二节：气液相平衡一、平衡溶解度恒温、恒压下，相互接触的气液两相的浓度不变时，气液两相之间的浓度关系。
气液两相组成的浓度分别用物质的摩尔分数来表示，即y= n i /Σn y 、x= n i /Σn x：气液两相中惰性组分的量不变,溶质与惰性组分摩尔比。
yy Y −=1xx X −=11.气体的溶解度气体在溶液中的溶解平衡是一个动态平衡，该平衡的存在是有条件的；平衡时气相中溶质的分压——平衡分压（或饱和分压），液相中溶质的浓度——平衡浓度（或饱和浓度），也即是气体在溶液中的溶解度；气体的溶解度是一定条件下吸收进行的极限程度；温度和压力对吸收操作有重要的影响；加压和降温对吸收有利；升温和降压对解吸有利。
化工原理第五章 吸收
y 1 y
x X ,y Y 1 X 1Y
20.3.18
由 y* mx得,
Y* 1Y*
mX 1 X
Y * mX 1 (1 m)X
当溶液浓度很低时，X≈0， 上式简化为：
Y * mX
20.3.18
亨利定律的各种表达式所描述的都是互
成平衡的气液两相组成间的关系，他们既
可以用来根据液相组成计算平衡的气相组
0.75
p* c H
c
0.5 /17 0.5 100
0.293kmol/ m3
1000
20.3.18
∴溶解度系数为：
H 0.293 7.33104 kmol/ m3 Pa 400
或由各系数间的关系求出其它系数
H s
EM s
1000 7.59 104 18
7.32104 kmol / m3 Pa
混合气体中能溶解的组分称为溶质，以A表示；
不被吸收的组分称为惰性组分， 以B表示；
吸收操作所用的溶剂称为吸收剂， 以S表示。
20.3.18
二、吸收在工业上的应用
1.分离混合气体以获得一定的组分;（液态烃处理 裂解气回收其中的乙烯、丙烯等）
2.除去有害组分以净化或精制气体;（用水或碱液 脱除合成氨原料气中的二氧化碳）
∴氨从气相转入液相，发生吸收过程。
若含氨0.02摩尔分数的混合气和 x=0.05的氨水接触，则
x* y / 0.94 0.02 / 0.94 0.021
20.3.18
x 0.05 x* 0.021
气液相接触时，氨由液相转入气相，发生解吸过程。 此外，用气液相平衡曲线图也可判断两相接触时的传质方向 具体方法： 已知相互接触的气液相的 实际组成y和x，在x-y坐标 图中确定状态点，若点在 平衡曲线上方，则发生吸 收过程；若点在平衡曲线 下方，则发生解吸过程。
化工原理课件第五章 吸收
η=
被吸收的溶质量 进塔气体的溶质量
Y1 Y 2 Y1
Y2=Y1(1-η)
qn,v Y1 Y2 条件所规定
X2 一般为吸收工艺
qn ,l ,m qn,v
Y1 Y2 X1* X 2
Y1 Y2
Y1 m
X
2
qn,l=（1.1～1.5）qn,l,m
2020/7/16
16
5-14 填料层高度的计算
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。溶质组分在两相中的组成服从 相平衡关系。
加压和降温有利于吸收操作，反之，升温和减压对解吸有利。 但加压、减压费用太高一般不采用。
2020/7/16
6
５－２ 亨利定律
亨利定律
当总压不高（一般小于500KPa）时，在一定温度下，稀溶液上 方气相中溶质的平衡分压与其在液相中的浓度之间存在着如下 的关系：
一、 填料层高度的基本计算式
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。
该微元内，吸收质的传递量dG为：
dG qn,vdY qn,ldX
由吸收速率方程可知，该微元内，气相
和液相吸收质的变化量dG为：
在相内（气相或液相）传质方式包括分子扩散和湍流扩散。
分子扩散：当流体内部某一组分存在浓度差时，因微观的分 子热运动使组分从浓度高处传递到较低处，这种现象称为分 子扩散。
湍流扩散：当流体流动或搅拌时，由于流体质点的宏观运动
（湍流），使组分从浓度高处向低处移动，这种现象称为湍
流扩散。在湍流状态下，流体内部产生旋涡，故又称为涡流
化工原理第五章吸收
化⼯原理第五章吸收第五章吸收第⼀节概述当⽓体混合物与适当的液体接触，⽓体中的⼀个或⼏个组分溶解于液体中，⽽不能溶解的组分仍留在⽓体中，使⽓体混合物得到了分离，吸收( absorption)操作就是利⽤⽓体混合物中各组分在液体中的溶解度不同束分离⽓体混合物的。
吸收操作所⽤的液体称为吸收剂或溶剂( solvcnt)；混合⽓中，被溶解的组分称为溶质( solute)或吸收质；不被溶解的组分称为惰性⽓体(inert gas)或载体；所得到的溶液称为吸收液，其成分⾜溶剂与溶质；排出的⽓体称为吸收尾⽓，如果吸收剂的挥发度很⼩，则其中主要成分为惰性⽓体以及残留的溶质。
⼀、吸收操作的应⽤吸收操作在⼯业⽣产中得到⼴泛应⽤，其⽬的有下列⼏项。
①制取液体产品。
例如⽤⽔吸收⼆氧化氮，制取硝酸；⽤硫酸吸收SO3，制取发烟硫酸等。
②回收混合⽓中有⽤组分。
例如⽤液态烃吸收⽯油裂解⽓中的⼄烯和丙烯；⽤硫酸吸收焦炉⽓中的氨。
③除去⼯艺⽓体中有害组分，以净化⽓体。
例如⽤⽔或⼄醇胺除去合成氨原料⽓中的C02。
④除去⼯业放卒尾⽓rti的有害组分。
例如除去尾⽓中的H2S、SO2等，以免⼤⽓污染。
随着⼯业的发展，要求⼯业尾⽓中有害组分的含量越来越少。
⼆、吸收设备吸收设备有多种类型，最常⽤的有填料塔与板式塔，如图5-1所⽰。
填料塔中装有诸如瓷环之类的填料，⽓液接触在填料中进⾏。
板式塔中安装有筛孔塔板，⽓液两相在塔板⼀E⿎泡进⾏接触。
混合⽓体从塔底引⼊吸收塔，向1流动；吸收剂从塔顶引⼊，向下流动。
吸收液从塔底引⼩，吸收尾⽓从塔顶引出。
填料塔与板式塔的计算⽅法不同，本章将介绍填料塔的计算。
板式塔的计算⽅法将在下⼀章介绍。
三、吸收过程的分类(1)物理吸收与化学吸收若溶质与吸收剂之间没有化学反应，⽽只靠溶质在吸收剂中的物理溶解度，则被吸收时称为物理吸收。
若溶质靠化学反应与吸收剂相结合，则被吸收时称为化学吸收。
物理吸收时，溶质在溶液上⽅的分压⼒较⼤，⽽且吸收过程最后只能进⾏到溶质在⽓相的分压，⼒略⾼于溶质在溶液上⽅的平衡分压为⽌化学吸收时，若为不可逆反腑，溶液上⽅的溶质平衡分压⼒极⼩，可以充分吸收；若为可逆反应⼀溶液上⽅存在明挂的溶质平衡分压⼒，但⽐物理吸收时⼩很多。
化工原理第五章吸收(传质理论之一)超详细讲解
上例用比摩尔分率计算： VNH3＝VB(YA1-YA2) 吸收前： YA1= yA1/yB2=yA1/(1-yA1 )=0.2/0.8=0.25 吸收后：YA2=yA2/yB2=yA2/(1-yA2)=0.05/0.95=0.053
被吸收NH3的体积： VNH3＝80*(0.25-0.053) =15.8 m3
传热过程
吸收过程
理论 将对流给热视为壁 实质 附近滞流层的热传
导过程—付立叶定
将吸收视为A穿过相界面附 近滞流双膜的分子扩散过 程—费克定律
At
T
T
t
t
A1 (T tw1 ) A2 (tw2 t )
N
DAC
DgP
RTpBg
A(
Dl (CA CS
CSl
p )
pi) A(Ci C)
作业： P185 7
§5-3 吸收速率
吸收速率决定吸收达到平衡的时间，决定吸收操作的 生产强度，是吸收设备选型和设备设计的重要依据。
一、吸收速率定义：NA= dnA/dτ 对于稳定吸收过程：NA=nA/τ mol(A)/s 吸收过程是物质的相转移过程，通过扩散方式进行。
二、扩散 1、分子扩散：物质以分子热运动方式穿过静止或滞流流 体的传递过程——特点：传递速率慢。 2 、对流扩散：物质以相对运动方式穿过湍流流体的传递 过程——特点：传递速率快。
A(Ci
C) =klA(Ci-C)
kl
DlCT
lCS
所以，可用界面附近气膜中的扩散速率：
NA=kgA(p-pi) 或液膜中的扩散速率：
计算吸收速率。
NA=klA(Ci-C)
作业： P185 12、13
六、吸收速率方程 1 气膜吸收分速率方程
被吸收NH3的体积： VNH3＝80*(0.25-0.053) =15.8 m3
传热过程
吸收过程
理论 将对流给热视为壁 实质 附近滞流层的热传
导过程—付立叶定
将吸收视为A穿过相界面附 近滞流双膜的分子扩散过 程—费克定律
At
T
T
t
t
A1 (T tw1 ) A2 (tw2 t )
N
DAC
DgP
RTpBg
A(
Dl (CA CS
CSl
p )
pi) A(Ci C)
作业： P185 7
§5-3 吸收速率
吸收速率决定吸收达到平衡的时间，决定吸收操作的 生产强度，是吸收设备选型和设备设计的重要依据。
一、吸收速率定义：NA= dnA/dτ 对于稳定吸收过程：NA=nA/τ mol(A)/s 吸收过程是物质的相转移过程，通过扩散方式进行。
二、扩散 1、分子扩散：物质以分子热运动方式穿过静止或滞流流 体的传递过程——特点：传递速率慢。 2 、对流扩散：物质以相对运动方式穿过湍流流体的传递 过程——特点：传递速率快。
A(Ci
C) =klA(Ci-C)
kl
DlCT
lCS
所以，可用界面附近气膜中的扩散速率：
NA=kgA(p-pi) 或液膜中的扩散速率：
计算吸收速率。
NA=klA(Ci-C)
作业： P185 12、13
六、吸收速率方程 1 气膜吸收分速率方程
化工原理第五章-气体吸收第节(PPT 精品)
积分数为9%，要求SO2的回收率为90%。若吸收剂用量
为理论最小用量的1.2倍，试计算：（1）吸收剂用量及塔 底吸收液的组成X1；（2）当用含SO2 0.0003（摩尔比）
的水溶液作吸收剂时，保持SO2回收率不变，吸收剂用量
为多少？塔底吸收液的组成？ 解： y1 0.09 进塔气体中 SO2的组成为 Y1 0.099 1 - y1 1 - 0.09 出塔气体中 SO2的组成为 Y2 Y （ 1 1 - ) 0.099(1 - 0.9) 0.0099
第5章 气体吸收
5.5.1 物料衡算与操作线方程 5.5.2 吸收剂用量的确定 5.5.3 塔径的计算 5.5.4 填料层高度的计算 5.5.5 高浓度气体的吸收 5.5.6 解吸过程及其计算
5.5 吸收塔的计算
2019/1/25
吸收塔的设计计算，一般的已知条件是： 1 ） 气 体 混合 物 中 溶质 A 的 组 成（ mol 分率）以及流量 kmol/(m2.s) 2）吸收剂的种类及T、P下的相平衡关系； 3）出塔的气体组成 需要计算： 1）吸收剂的用量kmol/(m2.s)； 2）塔的工艺尺寸，塔径和填料层高度
2019/1/25
L L Y X (Y1 X 1 ) V V
——逆流吸收塔操作线方程
在m—n截面与塔顶截面之间作组分A的衡算
VY LX 2 VY2 LX
L L Y X (Y2 X 2 ) V V
——逆流吸收塔操作线方程
2019/1/25
说明：
（1）定态连续操作时，若L、V一
单位时间内由气相转入液相的
A的物质量为：
dGA VdY LdX
dGA N AdA N A (adZ )
化工原理 第五章 吸收
Y mX
*
式中
X— 液相中溶质/溶剂的摩尔比 Y* — 与液相组成X相平衡的气相中溶质/惰性气体的摩尔比 m — 相平衡常数，无因次。
常数换算关系
E与m的换算
p* E * * y m y mx p* P y * ( P为总压 ) p* Ex P y* E * y m E m P
指明过程进行的极限
塔无限高、吸收溶剂量很小的情况下，吸收液的最大组成 塔无限高、吸收剂溶剂量很大的情况下，吸收尾气的最小组成
y2,min y mx2
* 2
y1 x1,max x m
* 1
确定过程的推动力
y y* 为以气相中溶质摩尔分数差表示吸收过程的推动力；
x* x
为以液相中溶质的摩尔分数差表示吸收过程的推动力；
传质速率：任一固定的空间位置上， 单位时间 内通过单位面积的物质量，记作N,
kmol/(m2·s) 。
物质在气液两相间的传递步骤：
1）物质从气相主体传递到气液两相界面的气相一侧； 2）在界面上溶解，物质从气相侧进入液相侧； 3）物质从液相侧界面向液相主体传递。
通常，界面上发生的溶解过程很容易进行，其阻力很小，这 样总过程的速率将由第一步气相和第三步液相内的传质速率 所决定。无论是气相还是液相，物质传递的机理包括以下两 种。
1
p A2 pB 2
2 气液 界面
P
pB 2
p B1
p A1 p A2
0
z
由于在联通管中除了浓 度差引起的分子扩散外， 流体的总体流动也引起 质量的传递，所以联通 管中的传质速率就等于 分子扩散速率与总体流 动引起的传质速率之和， 因此比等摩尔逆向扩散 的传递速率大。
《化工原理吸收》课件
化工原理吸收
本课件将全面介绍吸收过程的基本原理、吸收器的类型和吸收的应用，以及 如何进行建模和计算。
吸收的定义和目的
1 定义
2 目的
吸收是一种分离技术，通过将一种气体或 蒸汽置于另一种稀释剂或溶液中，从而将 其中溶解的组分分离出来。
吸收的主要目的是去除气体和蒸汽中的污 染物质和有害化学物质，以及对溶液中有 用组分进行富集。
展望
未来的吸收技术仍将面临许多新挑战，如高质 量、低能耗、低成本、多功能、可重复利用、 小型化、智能化等方面的需求。
吸收过程的应用
烟气处理
吸收技术可应用于较小的氮氧 化物、二氧化硫和氯化氢排放 源的处理。
成分分离
可用于将有机物和无机物中有 用成分进行分离，一些医药工 业中可用于制备纯药物。
能源行业
使用吸收技术深度处理二氧化 碳，达到减排工作的目标。
吸收的基本原理
气液平衡
根据热力学原理，气体向易溶于液体的物质分子扩散，溶质向气态分子扩散。
吸收建模和计算
塔设计参数
如污染物浓度、填料形状、液气流速、进出口口径等参数，关键点是设计吸收塔的高度和塔 板数目。
质量传递系数的估算
可采用拟合法、直接平衡法、平衡理论法等方法进行计算。
吸收过程的模拟和优化
涉及塔内相和质量传递过程的动态及静态模拟、计算等方面。
吸收的应用和工程实例
吸收应用 烟气处理
质量传递
气体成分从气相Байду номын сангаас液相传递的速率与气液相的传质速率有关。
相互作用
液相吸收剂对气相中各组分有特定的物理和化学作用。
吸收器的类型
1
塔式吸收器
顶部进料，下部排出产物的装置，连续自动运行。
本课件将全面介绍吸收过程的基本原理、吸收器的类型和吸收的应用，以及 如何进行建模和计算。
吸收的定义和目的
1 定义
2 目的
吸收是一种分离技术，通过将一种气体或 蒸汽置于另一种稀释剂或溶液中，从而将 其中溶解的组分分离出来。
吸收的主要目的是去除气体和蒸汽中的污 染物质和有害化学物质，以及对溶液中有 用组分进行富集。
展望
未来的吸收技术仍将面临许多新挑战，如高质 量、低能耗、低成本、多功能、可重复利用、 小型化、智能化等方面的需求。
吸收过程的应用
烟气处理
吸收技术可应用于较小的氮氧 化物、二氧化硫和氯化氢排放 源的处理。
成分分离
可用于将有机物和无机物中有 用成分进行分离，一些医药工 业中可用于制备纯药物。
能源行业
使用吸收技术深度处理二氧化 碳，达到减排工作的目标。
吸收的基本原理
气液平衡
根据热力学原理，气体向易溶于液体的物质分子扩散，溶质向气态分子扩散。
吸收建模和计算
塔设计参数
如污染物浓度、填料形状、液气流速、进出口口径等参数，关键点是设计吸收塔的高度和塔 板数目。
质量传递系数的估算
可采用拟合法、直接平衡法、平衡理论法等方法进行计算。
吸收过程的模拟和优化
涉及塔内相和质量传递过程的动态及静态模拟、计算等方面。
吸收的应用和工程实例
吸收应用 烟气处理
质量传递
气体成分从气相Байду номын сангаас液相传递的速率与气液相的传质速率有关。
相互作用
液相吸收剂对气相中各组分有特定的物理和化学作用。
吸收器的类型
1
塔式吸收器
顶部进料，下部排出产物的装置，连续自动运行。
化工原理第五章吸收过程的传质速率
注：DCO2=0.138（cm2/s）
2019/12/1
一些物质在水中的扩散系数（20℃，稀溶液）
注：DCO2=1.50×10-9（m2/s）
2019/12/1
（3）气体扩散系数的估算
①在简化条件下，经分子运动论的理论推导与实验
修正，Fuller（富勒）等人提出了如下半经验公式 ：
1.00107T1.75( 1 1 )
2019/12/1
气相
pA1
pA2
pB1
pB2
液相
p1=pA1+pB1
A
p2=pA2+pB2
p1>p2
A，B
总体流动
（3）单向扩散的质量传递特点
【说明】（1）整体流动将 B组分使得气液相界面附近 B组分分压增大，故B组分 将向主体扩散； （2）整体流动将A组分带 到了气液相界面，故气相 中A组分的传质量比单纯的 分子扩散过程多。
式中 JA——组分A在扩散方向z上的扩散通量，kmol/ m2·s dcA/dz——组分A在扩散方向z上的浓度梯度，kmol/m4； DAB——组分A在组分B中的扩散系数，m2/s。
【说明】负号表示扩散方向与浓度梯度方向相反， 扩散沿着浓度降低的方向进行。
2019/12/1
4、等摩尔（分子）逆（反）向扩散
2019/12/1
（2）单向扩散的特点——整（总、主）体流动
【说明】当A、B双组分气体 混合物与液体溶剂接触时， 气相主体中的组分A扩散到界 面，然后通过界面进入液相 ，造成在界面左侧附近总压 降低，使气相主体与界面产 生一小压差，促使A、B混合 气体由气相主体向界面处流 动，此流动称为总体流动。
D7.4108 (MS)0.5T v 0.6
2019/12/1
一些物质在水中的扩散系数（20℃，稀溶液）
注：DCO2=1.50×10-9（m2/s）
2019/12/1
（3）气体扩散系数的估算
①在简化条件下，经分子运动论的理论推导与实验
修正，Fuller（富勒）等人提出了如下半经验公式 ：
1.00107T1.75( 1 1 )
2019/12/1
气相
pA1
pA2
pB1
pB2
液相
p1=pA1+pB1
A
p2=pA2+pB2
p1>p2
A，B
总体流动
（3）单向扩散的质量传递特点
【说明】（1）整体流动将 B组分使得气液相界面附近 B组分分压增大，故B组分 将向主体扩散； （2）整体流动将A组分带 到了气液相界面，故气相 中A组分的传质量比单纯的 分子扩散过程多。
式中 JA——组分A在扩散方向z上的扩散通量，kmol/ m2·s dcA/dz——组分A在扩散方向z上的浓度梯度，kmol/m4； DAB——组分A在组分B中的扩散系数，m2/s。
【说明】负号表示扩散方向与浓度梯度方向相反， 扩散沿着浓度降低的方向进行。
2019/12/1
4、等摩尔（分子）逆（反）向扩散
2019/12/1
（2）单向扩散的特点——整（总、主）体流动
【说明】当A、B双组分气体 混合物与液体溶剂接触时， 气相主体中的组分A扩散到界 面，然后通过界面进入液相 ，造成在界面左侧附近总压 降低，使气相主体与界面产 生一小压差，促使A、B混合 气体由气相主体向界面处流 动，此流动称为总体流动。
D7.4108 (MS)0.5T v 0.6
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第五章 吸收（传质理论之一）
§1 概述
一、 传质：物质从一相转移到另一相的过程。 如：吸收、蒸馏、萃取、结晶、吸附、蒸发、
干燥、冷冻、升华、凝华等。
二、吸收：用某种液体(吸收剂—S)处理气体 混合物，使其中某个目标组分(吸收质—A)得 到分离的过程，不能被吸收的组分统称为惰性 组分—B。
吸收 解吸 互为逆过程。
VNH3后=VB*(VNH3后/VB)
若能求出每份惰性组分空气含NH3的分数VNH3残/ V空 气，则吸收后残存的VNH3残可求。
而 VNH3后/ V空气= (VNH3残/V后总)/ (V空气/V后总)=yA2/ yB2 =yA2/(1-yA2)=5%/(1-5%)=5/95 (份NH3/份空气)
1、 以pA～ xA表示的亨利定律
pA*=E xA 或 xA*=pA/ E 即 xA*∝pA pA*—A的气相平衡分压(与浓度为xA的液相平衡)， xA—液相A的摩尔分数 (实际浓度)。 xA*—A的液相平衡浓度(与分压为pA的气相平衡)， pA—气相A的分压 (实际浓度) 。 E—亨利系数—Pa或atm, E↑, xA*↓, 即吸收体系的亨利系数 越大, 气体越难溶。附表九可查E值。
解：由于吸收前后混合气体总体积变化，以吸收前 混合气体总体积100m3为基准计算：
VNH3吸收=VNH3前-VNH3后 吸收前：VNH3前=V总前*20 %(yA1)=100*20% = 20 m3 吸收后：VNH3后=V总后(无法求得)*5% (yA2) 而: VB =V空气=100-20 =80 m3 (吸收前后VB不变)
例5-1 解：空气-水体系，已知p空气=P总和E，求液相平衡浓度(以
x*A 和cm3/100g水溶液表示) x*A=pA/E=101325/6.73*109=1.51*10-5 (mol空气/mol水) 即水中空气含量≈0.00151 mol空气/100 mol H2O 即100mol(1800g)水中含空气0.00151mol 0.0015*22.4*103cm3=33.6 cm3(标态) 故水中空气含量33.6 cm3/1800g=1.86(标态) cm3/100g水
∴ VNH3后=5/95*80=4.2 m3 VNH3吸收=20-4.2=15.8m3
上例中利用惰性气体量在吸收前后不变的特点，求出 吸收后惰性气体中吸收质A的含量分率，再乘以惰气的量 (vB-m3B, or nB-molB)，即可求吸收后气体中残存A的量， 进而求A被吸收的量。
惰性气体B中吸收质A的含量分率：
§2 吸收相平衡
当物理吸收达到两相平衡A(g) A(l)时，溶质 A在气液两相中的浓度不变，且服从亨利定律关系。
NA(g→l)=NA(l→g) (NA—molA/molS)
亨利定律：在温度一定、总压不太高(＜5 atm)时, 大多数中等或难溶体系吸收平衡时的液相浓度与其 气相分压成正比。
∵气液两相浓度有多种表示法， ∴亨利定律有多种形式。
对一定的吸收体系(质A，剂S确定)，E和H为常数，都反映A 在S中的溶解度大小。E～H关系？先找CA～xA关系：
CA
ρS
p* A
=
=
xA = ExA
H HMS
即E∝1/ H ，E↑，H↓，气体在该吸收剂中越难溶。
xA～CA关系：
-
3 、 以yA ～pA/p总 = nA/ n总 ∴ y*A=p*A/P=(ExA)/P=mxA 或 x*A= yA/m 即 x*A∝yA m=E/P——相平衡系数(无因次)，E↑, m↑,气体越难溶。
三、吸收的应用：制取产品，净化气体，回收有用组分。
四、吸收分类：
物理吸收: 利用混合气体中各组分
特点：弱结合、游离、 可逆、易解吸
溶解度的差异分离气体 速率：g l扩散速率
极限：达g l相平衡
化学吸收： A—S发生化学反应而分离气体
(本章只讨论物理吸收)
特点：强结合，不可逆 速率：反应或扩散速率 极限：化学平衡
五、吸收流程： 在连续操作的立式吸收塔中，气↑，液↓逆流
接触进行传质。
1 要使气相中A被吸收完 全-净化气体：则采用 单程(单塔或多塔)吸 收。
2 希望液相A的浓度高制取产品：则采用液 相循环吸收。
3 要分离和回收A：则采用吸收—解吸 联合流程。
吸收 — 解吸 联合流程
喷淋塔：
气相连续
4 吸收塔 液膜塔(填料塔)：气相连续
吸收前1：nA1/nB=(nA1/n总1)/(nB/n总1)= yA1/yB1 =YA1
= yA1/(1-yA1) 吸收后2：nA2/nB=(nA2/n总2)/(nB/n总2)= yA2 /yB2 =YA2
= yA2/(1-yA2) 由此提示我们：要求A被吸收的量，要用到A在惰性气体 B中A的含量分率yA/yB，令为YA。 定义： YA –摩尔比/比摩尔分数(率)
2 、 以pA～ CA表示的亨利定律
p*A= CA/ H 或 C*A= H pA 即 C*A ∝ pA C（A—CA液=相nAA的/V物）质. 的量浓度(实际浓度)—kmol/m3 C*A—液相A的平衡浓度(与分压为pA的气相平衡)
H—溶解度系数—kmol/(m3*Pa) or kmol/(m3*atm), H↑, CA*↑,即 吸收体系的溶解度系数越大，气体越易溶。
例5-2 解：SO2-水体系,20℃时溶液的浓度为2.5%(质量百分比), 求气相SO2的平衡分压,查附表九知：E= 0.36×107 Pa， 将质量百分比ω→xA 。
∴p*A=ExA=0.36*107*0.00716=25.78 kPa
例5-3：含NH320%(yA1)的NH3-空气混合气体100m3, 用水恒温吸收至混合体中含氨5%(yA2),求NH3被吸收 的体积。
鼓泡塔：
液相连续
（1）喷淋塔
（2）填料塔
（3）鼓泡塔
六、吸收剂的选取原则：
高选择性、 低蒸气压、 低粘度、 低价格、 无毒无污染。
七、要解决的问题： 1. 吸收极限—相平衡理论 2. 吸收速率—双膜理论。 3. 填料塔吸收面积的计算。 4. 强化吸收的途径。
八、常见的吸收体系溶解度
易溶：NH3, SO3, NO2, HCl—H2O 中等： SO2 , Cl2 , H2S — H2O 难溶：O2, H2, CO, CO2 —H2O
§1 概述
一、 传质：物质从一相转移到另一相的过程。 如：吸收、蒸馏、萃取、结晶、吸附、蒸发、
干燥、冷冻、升华、凝华等。
二、吸收：用某种液体(吸收剂—S)处理气体 混合物，使其中某个目标组分(吸收质—A)得 到分离的过程，不能被吸收的组分统称为惰性 组分—B。
吸收 解吸 互为逆过程。
VNH3后=VB*(VNH3后/VB)
若能求出每份惰性组分空气含NH3的分数VNH3残/ V空 气，则吸收后残存的VNH3残可求。
而 VNH3后/ V空气= (VNH3残/V后总)/ (V空气/V后总)=yA2/ yB2 =yA2/(1-yA2)=5%/(1-5%)=5/95 (份NH3/份空气)
1、 以pA～ xA表示的亨利定律
pA*=E xA 或 xA*=pA/ E 即 xA*∝pA pA*—A的气相平衡分压(与浓度为xA的液相平衡)， xA—液相A的摩尔分数 (实际浓度)。 xA*—A的液相平衡浓度(与分压为pA的气相平衡)， pA—气相A的分压 (实际浓度) 。 E—亨利系数—Pa或atm, E↑, xA*↓, 即吸收体系的亨利系数 越大, 气体越难溶。附表九可查E值。
解：由于吸收前后混合气体总体积变化，以吸收前 混合气体总体积100m3为基准计算：
VNH3吸收=VNH3前-VNH3后 吸收前：VNH3前=V总前*20 %(yA1)=100*20% = 20 m3 吸收后：VNH3后=V总后(无法求得)*5% (yA2) 而: VB =V空气=100-20 =80 m3 (吸收前后VB不变)
例5-1 解：空气-水体系，已知p空气=P总和E，求液相平衡浓度(以
x*A 和cm3/100g水溶液表示) x*A=pA/E=101325/6.73*109=1.51*10-5 (mol空气/mol水) 即水中空气含量≈0.00151 mol空气/100 mol H2O 即100mol(1800g)水中含空气0.00151mol 0.0015*22.4*103cm3=33.6 cm3(标态) 故水中空气含量33.6 cm3/1800g=1.86(标态) cm3/100g水
∴ VNH3后=5/95*80=4.2 m3 VNH3吸收=20-4.2=15.8m3
上例中利用惰性气体量在吸收前后不变的特点，求出 吸收后惰性气体中吸收质A的含量分率，再乘以惰气的量 (vB-m3B, or nB-molB)，即可求吸收后气体中残存A的量， 进而求A被吸收的量。
惰性气体B中吸收质A的含量分率：
§2 吸收相平衡
当物理吸收达到两相平衡A(g) A(l)时，溶质 A在气液两相中的浓度不变，且服从亨利定律关系。
NA(g→l)=NA(l→g) (NA—molA/molS)
亨利定律：在温度一定、总压不太高(＜5 atm)时, 大多数中等或难溶体系吸收平衡时的液相浓度与其 气相分压成正比。
∵气液两相浓度有多种表示法， ∴亨利定律有多种形式。
对一定的吸收体系(质A，剂S确定)，E和H为常数，都反映A 在S中的溶解度大小。E～H关系？先找CA～xA关系：
CA
ρS
p* A
=
=
xA = ExA
H HMS
即E∝1/ H ，E↑，H↓，气体在该吸收剂中越难溶。
xA～CA关系：
-
3 、 以yA ～pA/p总 = nA/ n总 ∴ y*A=p*A/P=(ExA)/P=mxA 或 x*A= yA/m 即 x*A∝yA m=E/P——相平衡系数(无因次)，E↑, m↑,气体越难溶。
三、吸收的应用：制取产品，净化气体，回收有用组分。
四、吸收分类：
物理吸收: 利用混合气体中各组分
特点：弱结合、游离、 可逆、易解吸
溶解度的差异分离气体 速率：g l扩散速率
极限：达g l相平衡
化学吸收： A—S发生化学反应而分离气体
(本章只讨论物理吸收)
特点：强结合，不可逆 速率：反应或扩散速率 极限：化学平衡
五、吸收流程： 在连续操作的立式吸收塔中，气↑，液↓逆流
接触进行传质。
1 要使气相中A被吸收完 全-净化气体：则采用 单程(单塔或多塔)吸 收。
2 希望液相A的浓度高制取产品：则采用液 相循环吸收。
3 要分离和回收A：则采用吸收—解吸 联合流程。
吸收 — 解吸 联合流程
喷淋塔：
气相连续
4 吸收塔 液膜塔(填料塔)：气相连续
吸收前1：nA1/nB=(nA1/n总1)/(nB/n总1)= yA1/yB1 =YA1
= yA1/(1-yA1) 吸收后2：nA2/nB=(nA2/n总2)/(nB/n总2)= yA2 /yB2 =YA2
= yA2/(1-yA2) 由此提示我们：要求A被吸收的量，要用到A在惰性气体 B中A的含量分率yA/yB，令为YA。 定义： YA –摩尔比/比摩尔分数(率)
2 、 以pA～ CA表示的亨利定律
p*A= CA/ H 或 C*A= H pA 即 C*A ∝ pA C（A—CA液=相nAA的/V物）质. 的量浓度(实际浓度)—kmol/m3 C*A—液相A的平衡浓度(与分压为pA的气相平衡)
H—溶解度系数—kmol/(m3*Pa) or kmol/(m3*atm), H↑, CA*↑,即 吸收体系的溶解度系数越大，气体越易溶。
例5-2 解：SO2-水体系,20℃时溶液的浓度为2.5%(质量百分比), 求气相SO2的平衡分压,查附表九知：E= 0.36×107 Pa， 将质量百分比ω→xA 。
∴p*A=ExA=0.36*107*0.00716=25.78 kPa
例5-3：含NH320%(yA1)的NH3-空气混合气体100m3, 用水恒温吸收至混合体中含氨5%(yA2),求NH3被吸收 的体积。
鼓泡塔：
液相连续
（1）喷淋塔
（2）填料塔
（3）鼓泡塔
六、吸收剂的选取原则：
高选择性、 低蒸气压、 低粘度、 低价格、 无毒无污染。
七、要解决的问题： 1. 吸收极限—相平衡理论 2. 吸收速率—双膜理论。 3. 填料塔吸收面积的计算。 4. 强化吸收的途径。
八、常见的吸收体系溶解度
易溶：NH3, SO3, NO2, HCl—H2O 中等： SO2 , Cl2 , H2S — H2O 难溶：O2, H2, CO, CO2 —H2O