化工原理-5章气体吸收
化工原理-5-第八章-气体吸收
课后习题
P70页 5、6、7 下周上课前交
8.4.4填料塔的设计型计算和操作型分析 无论是设计型问题还是操作型问题，其求解的方法都是通过联立 求解全塔物料衡算和填料层高度计算式以及相平衡关系式。下面 分别讨论： 一、填料塔的设计型计算 设计型计算的特点：给定进口气体的溶质浓度yb、进塔混合气的 流率G、相平衡关系及分离要求，计算达到指定的分离要求所需 要的塔高度。 要完成设计型计算还要解决以下问题： ①确定传质系数； ②气液两相流向的选择，通常采取逆流操作； ③吸收剂进口浓度的确定； ④吸收剂用量的确定。
* 故： yb yb yb 0.05 0.14 0.224 0.01864
m 2 .s
* y a y a y a 4 10 4 0.14 0.002 0.00372
0.01864 0.00372 y m 9.258 10 3 0.01864 ln 0.00372
H 1.1508 4.96 5.65m
二、填料塔的操作型计算
特点：塔设备已给定（对填料塔高度h已知），基本类型有：
①校核现有的塔设备对指定的生产任务是否适用，如已知T、 P、H、G、L、xa、yb，校核ya是否满足要求； ②考察某一操作条件改变时，吸收结果的变化情况或为达到 指定的生产任务应采取的措施。如对给定的吸收塔，若气体处 理量增加（其余条件不变），分析ya、yb的变化趋势或此时应 采取什么措施才有可能使ya保持不变。
G y ya L
mG m 2G mG 1 y b mx a L y a L xa L 1 ln mG y a mx a 1 L
最后整理得：
mG y b mx a mG 1 ln 1 mG L y a mx a L 1 L L A ，A称为吸收因数 引入概念：令 mG 其几何意义为：操作线斜率L/G与平衡线斜率m之比；而 N OG
化工原理王志魁第五版-吸收最新版本
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5. 吸收
获取对流传质系数的方法
（1）数学模型法（仅适用于极少数情形） （2）量纲分析指导下的经验法
分析主要影响因素，归纳为若干无量纲数。
强制对流时，满足基本关系 Sh = f (Re, Sc)
Sc
DAB DAB
Sh kcL D AB
Re uL
假定其数学表达式，通过实验回归拟合参数。
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5. 吸收
分子扩散的两种简单情形
等分子反方向扩散
隔板两侧A、B总浓度相等 (密度相等)：
ccA 1cB 1cA 2cB 2
cA1
JA
cB1
cA1 cA2
cA2
JB
cB2
cB1 cB2
拿去隔板，A、B发生速率相等、方向相反的净扩散：
JA JB
NAJA，NBJB
NANB 等分子反方向扩散
NM
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5. 吸收
（3）单项扩散的传质速率方程
1 NA 1 yA JA
JA
D
dcA dz
NARTD pyAddyzA
D p dyA RT dz
分离变量： N A dzR D T pd yy A AR D T pd( yy A A )
积分：
提交
3
5. 吸收
5.3 吸收过程的传质速率
吸收过程中相际的传质包括3个串联步骤：
1. 从气相主体到气液界面气相一侧 2. 在相界面上溶解并进入其液相一侧 3. 从界面液相一侧到液相主体 总传质速率由速率最慢步骤（控制步骤）决定。
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5. 吸收
5.3 吸收过程的传质速率
化工原理之气体吸收
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。
化工原理答案-第五章--吸收
第五章 吸收 相组成的换算【5-1】 空气和2的混合气体中，2的体积分数为20%，求其摩尔分数y 和摩尔比Y 各为多少？解 因摩尔分数=体积分数，.02y =摩尔分数 摩尔比 ..020251102y Y y ===--． 【5-2】 20℃的l00g 水中溶解3, 3在溶液中的组成用摩尔分数x 、浓度c 及摩尔比X 表示时，各为多少？解 摩尔分数//117=0．010*******／18x =+浓度c 的计算20℃，溶液的密度用水的密度./39982skg m ρ=代替。
溶液中3的量为 /311017n kmol -=⨯溶液的体积 /.33101109982 V m -=⨯溶液中3的浓度//.33311017==0．581／101109982n c kmol m V --⨯=⨯ 或 . 3998200105058218s sc x kmol m M ρ==⨯=．．／ 3与水的摩尔比的计算//1170010610018X ==． 或 ..00105001061100105x X x ===--． 【5-3】进入吸收器的混合气体中，3的体积分数为10%，吸收率为90%，求离开吸收器时3的组成，以摩尔比Y 和摩尔分数y 表示。
吸收率的定义为122111Y Y Y Y Y η-===-被吸收的溶质量原料气中溶质量解 原料气中3的摩尔分数0.1y = 摩尔比 (11)10101111101y Yy ===-- 吸收器出口混合气中3的摩尔比为 () (2)11109011100111Y Y η=-=-⨯=（）摩尔分数 (22)200111=0010981100111Y yY ==++ 气液相平衡【5-4】 l00g 水中溶解lg 3NH ，查得20℃时溶液上方3NH 的平衡分压为798。
此稀溶液的气液相平衡关系服从亨利定律，试求亨利系数E(单位为kPa )、溶解度系数H[单位为/()3kmol m kPa ⋅]和相平衡常数m 。
化工原理 第五章 气体吸收
Y
*
mX 1 (1 m) X
当溶液浓度很低时,上式右端分母约等于1,于是上式可简化为:
Y*=mX
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三、 相平衡关系在吸收中的应用
（一）判断过程进行的方向
* pA pA * pA pA * pA pA
A由气相向液相传质，吸收过程 平衡状态
A由液相向气相传质，解吸过程
*或x* >x或 c * y
dc A —组分A在扩散方向z上的浓度梯度（kmol/m3）/m； dz
DAB——组分A在B组分中的扩散系数，m2/s。
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
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理想气体：
pA cA RT
dc A 1 dp A = dz RT dz
DAB dpA JA RT dz
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吸收过程： （1）A由气相主体到相界面，气相内传递； （2）A在相界面上溶解，溶解过程； （3）A自相界面到液相主体，液相内传递。
单相内传递方式：分子扩散；对流扩散 。
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一、 分子扩散与菲克定律
分子扩散：在静止或滞流流体内部，若某一组分存 在浓度差，则因分子无规则的热运动使
该组分由浓度较高处传递至浓度较低处，
物系一定， E T 2）E大的，溶解度小，难溶气体 E小的，溶解度大，易溶气体
3）E的来源：实验测得；查手册
对于理想溶液，亨利常数即为纯溶质的饱和蒸汽压。亨利常数E值较大表示溶解度 较小。一般E值随温度的升高而增大，常压下压力对E值影响不大。
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（二）亨利定律其它形式
cA 1）p H
体主体浓度线相交于一点E，则厚度zG为E到相界
面的垂直距离。
（二）气相传质速率方程
化工原理第五章吸收塔的计算
（1）吸收塔的塔径；
（2）吸收塔的塔高等。 2、操作型计算
（1）吸收剂的用量；
（2）吸收液的浓度；
（3）在物系、塔设备一定的情况下，对指定的生产
任务，核算塔设备是否合用。
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一、物料衡算和操作线方程
1、物料衡算 G——单位时间通过任一塔截
G, Y2 L, X2
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【特点】任一截面上的吸收的 推动力均沿塔高连续变化。
* N A KY (YA YA )
* NA K X ( X A X A)
逆流吸收塔内的吸收推动力
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（2）吸收塔填料层高度微分计算式 微分填料层的传质面积为：
Y2＝(1－η)Y1＝(1－0.95)×0.099＝0.00495
据 Y*＝31.13X 知： m＝31.13
据
Y1 Y2 L ( ) min G Y1 / m X 2
L 0.099 0.00495 ( ) min 29.6 0.099 G 0 31.13
∴
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过程中L、G为常数）。以单位时间为基准，在全塔
范围内，对溶质A作物料衡算得：
G , Y2
L, X2
GY1 LX 2 GY2 LX1
（进入量＝引出量） 或
G(Y1 Y2 ) L( X1 X 2 )
——全塔的物料衡算式
G, Y1 L, X1
物料衡算示意图
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【有关计算】 （1）吸收液的浓度 据
XXຫໍສະໝຸດ 吸收推动力2018/10/17
二、吸收剂用量与最小液气比
1、最小液气比
化工原理28气体吸收
煤气中的芳烃,可采用洗油吸收方法回收芳烃获得粗苯.
二、吸收操作分类
*物理吸收与化学吸收 *等温吸收与非等温吸收 *单组分吸收与多组分吸收 *定态吸收与非定态吸收（过程参数是否随时间而变） 本章讨论所作的基本假定： 单组分、低浓度、连续定态逆流、等温物理吸收
三、吸收操作的经济性
吸收操作费用主要包括： ①气、液两相流经吸收设备的能量消耗； ②溶剂的挥发损失和变质损失；
=
0
dz dz dz
—d —PA = - —d P—B
dz
dz
—d C—A= - —d —CB
dz
dz
DAB = DBA = D
若选择固定的，垂直扩散方向的截面为基准，观察 扩散传质的速率。对于定态分子扩散则有
NA= JA
同理有
NB= JB
由以上讨论可知，等摩尔逆向扩散过程传质速率的大小主
要是分子扩散的贡献。
有总体流动时的传质速率： 对于B组分有： NB = JB+NBM =0
即： JB= - NBM
且
NAM
PA
——— = ———
NBM
PB
JB= -NBM = - JA
对于A组分，其传递速率 ：
即：
NA = JA + NAM = JA + NBM PA / PB NA =（1+ PA / PB）JA
NA=
dCA JA= - DAB———
dZ 式中：
JA— 组分A沿Z方向的扩散通量kmol/m2 ·s； CA— 组分A在混合物中摩尔浓度kmol/ m3 ; DAB—组分A在A、B混合中的扩散系数，m2/s 。
同理，对B组分的扩散可表示为
dCB JB= - DBA———
化工原理--2-8气体吸收
④吸收操作的物料衡算
⑤填料层高度的计算方法
⑥解吸过程计算
⑦传质设备，填料吸收塔
.
6
重点内容： a.物理吸收过程 b.低浓度吸收过程设计计算
本章难点： a.吸收过程的传质机理 b.相平衡关系不同表达式间的换算
.
7
物质的量浓度（摩尔浓度）CA = nA / V 物质的量分数（摩尔分数）xA = nA / n 摩尔比 XA = nA / nB
1+（1-m ）XA
XA —— 液相摩尔比
或 YA* = m XA
*5 E、H、m之间关系 H =E xA/ CA ≈ E MS /ρS
m = E / P总压
E — 亨利系数，N/m2。
.
13
三、相平衡与吸收过程的关系
1、判别传质过程的方向
P
P
PA
A
PB*
PA*
PB
B
xA xA* x
xB* xB
x
上式也可写成：
DC
NA = —— ——（CA1 - CA2 ） Z CBm
式中：CBm—组分B浓度的对数平均值，kmol/m3。
C —混合物的总浓度，kmol/m3，（C =CA + CB ）
**该式同样适用于液相。 .
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4、分子扩散系数 D， m2/s
物性参数之一，表示物质在介质中的扩散能力。 影响因素：物质的种类
①气、液两相流经吸收设备的能量消耗；
②溶剂的挥发损失和变质损失；
③溶剂再生(解吸)费用，即解吸操作费用。
*以上三项费用中第③项所占比例最大。
.
5
本章基本内容：
本章基本内容:介绍物理吸收过程机理、传质速率方 程及吸收过程的设计计算和操作分析。
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课后习题及答案
第五章 吸收相组成的换算【5-1】 空气和CO 2的混合气体中，CO 2的体积分数为20%，求其摩尔分数y 和摩尔比Y 各为多少？解 因摩尔分数=体积分数，.02y =摩尔分数 摩尔比 ..020251102y Y y ===--． 【5-2】 20℃的l00g 水中溶解lgNH 3, NH 3在溶液中的组成用摩尔分数x 、浓度c 及摩尔比X 表示时，各为多少？解 摩尔分数//117=0．010*******／18x =+浓度c 的计算20℃，溶液的密度用水的密度./39982s kg m ρ=代替。
溶液中NH 3的量为 /311017n k m ol -=⨯ 溶液的体积 /.33101109982 V m -=⨯溶液中NH 3的浓度//.33311017==0．581／101109982n c kmol m V --⨯=⨯ 或 . 3998200105058218s sc x kmol m M ρ==⨯=．．／ NH 3与水的摩尔比的计算 或 ..00105001061100105x X x ===--． 【5-3】进入吸收器的混合气体中，NH 3的体积分数为10%，吸收率为90%，求离开吸收器时NH 3的组成，以摩尔比Y 和摩尔分数y 表示。
吸收率的定义为解 原料气中NH 3的摩尔分数0.1y = 摩尔比 (11101)01111101y Y y ===-- 吸收器出口混合气中NH 3的摩尔比为 摩尔分数 (22200111)=0010981100111Y y Y ==++ 气液相平衡【5-4】 l00g 水中溶解lg 3 NH ，查得20℃时溶液上方3NH 的平衡分压为798Pa 。
此稀溶液的气液相平衡关系服从亨利定律，试求亨利系数E(单位为kPa )、溶解度系数H[单位为/()3kmol m kPa ⋅]和相平衡常数m 。
总压为100kPa 。
解 液相中3NH 的摩尔分数/.//1170010511710018x ==+气相中3NH 的平衡分压 *.0798 P k P a ＝ 亨利系数 *./.0798*******E p x ===／ 液相中3NH 的浓度 /./.333110170581 101109982n c kmol m V --⨯===⨯／ 溶解度系数 /*./../(3058107980728H c p k m o l m kP a ===⋅液相中3NH 的摩尔分数 //1170010511710018x ==+．／气相的平衡摩尔分数 **.0798100y p p ==／／ 相平衡常数 * (079807610000105)y m x ===⨯ 或 //.76100076m E p === 【5-5】空气中氧的体积分数为21%，试求总压为.101325kPa ，温度为10℃时，31m 水中最大可能溶解多少克氧？已知10℃时氧在水中的溶解度表达式为*.6331310p x =⨯，式中*p 为氧在气相中的平衡分压，单位为kPa x ；为溶液中氧的摩尔分数。
(完整word版)“化工原理”第5章《吸收》复习题
《化工原理》第五章“吸收”复习题一、填空题1。
质量传递包括有＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿______＿＿＿等过程。
＊＊＊答案＊＊＊吸收、蒸馏、萃取、吸附、干燥。
2. 吸收是指＿＿＿__＿＿的过程,解吸是指＿＿＿＿＿的过程。
***答案＊＊＊用液体吸收剂吸收气体，液相中的吸收质向气相扩散.3. 对接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统，当总压增加时，亨利系数E＿＿＿＿，相平衡常数m＿＿＿＿，溶解度系数H＿＿_＿。
***答案*** 不变; 减少; 不变4. 指出下列组分，哪个是吸收质，哪个是吸收剂。
（1) 用水吸收HCl生产盐酸，H2O是＿_＿＿，HCｌ是＿___＿.(2）用98。
3％H2SO4吸收SO3生产H2SO4，SO3,是＿＿＿；H2SO4是＿＿＿。
（3)用水吸收甲醛生产福尔马林,H2O是＿＿＿＿；甲醛是＿＿＿。
＊**答案＊＊＊（1）吸收剂，吸收质。
（2）吸收质，吸收剂.（3）吸收剂,吸收质。
5. 吸收一般按有无化学反应分为＿＿＿＿＿，其吸收方法分为＿＿＿＿＿＿＿。
＊**答案**＊物理吸收和化学吸收；喷淋吸收、鼓泡吸收、膜式吸收。
6。
传质的基本方式有：__________和_________.＊*＊答案*** 分子扩散，涡流扩散。
7。
吸收速度取决于＿＿＿＿＿＿＿，因此，要提高气－液两流体相对运动速率，可以＿＿＿＿来增大吸收速率。
*＊答案＊＊＊双膜的扩散速率，减少气膜、液膜厚度。
8。
由于吸收过程气相中的溶质分压总＿＿＿＿液相中溶质的平衡分压，所以吸收操作线总是在平衡线的＿＿＿＿。
增加吸收剂用量,操作线的斜率＿＿＿＿，则操作线向＿＿＿＿平衡线的方向偏移，吸收过程推动力（y－y*）＿＿＿＿。
＊**答案*＊＊大于上方增大远离增大9。
在气体流量，气相进出口组成和液相进口组成不变时,若减少吸收剂用量,则传质推动力将＿＿＿＿,操作线将＿＿＿平衡线。
**＊答案*** 减少; 靠近；10。
对一定操作条件下的填料吸收塔，如将塔料层增高一些，则塔的H OG将＿＿＿＿＿，N OG将＿＿＿＿＿（增加，减少，不变）。
化工原理下册概念复习
第五章 气体吸收气体吸收操作的主要目的是分离气体混合物的组分。
气体吸收是气体溶解于液体的过程。
解吸操作中溶质气体的转移方向是自液相至气相。
吸收↔解吸对一定的气、液体系，温度升高，气体溶解度减小。
↓↑t p 有利于吸收↑↓t p 有利于解吸五、溶剂的选择p229吸收操作对吸收剂的要求是对欲吸收的溶质气体的溶解度大，选择性好，溶解度随温度改变的变化大，挥发度小，无毒，价廉易得。
5.2气液相平衡亨利定律稀溶液p *=Exp *=c/Hy *=mxm=E/P如总压1atm （绝压），20℃的空气与水长期接触，则水中O 2的摩尔分数x=5.24×10-6，E=4.01×104atm ，空气中O 2的摩尔分数y= 0.21如含有79％（体积）N 2的空气与水接触，温度为25℃，总压为100kP a ，查得亨利系数E ＝8.76×105kP a ,则液相中N 2的平衡浓度C *＝5.01×10-4 kmol/m 3。
5.2.2 相平衡与吸收过程的关系（y －y *）以气相浓度差表示的吸收推动力；若相平衡常数为m ，塔内某截面的气液相含易溶组分的摩尔分数为y 及x ，当以y-y*表示总推动力，y*= mx 。
（x *-x ）以液相浓度差表示的吸收推动力。
对塔内任一气液浓度分别为y,x 的截面，相际传质推动力为(x*-x)，x*＝y/m5.3 分子扩散费克定律T 、P 一定的一维定态:dZdC D J A AB A -= 对于二元物系，设A 为溶质气体，B 为惰气，二者摩尔浓度之和为常量，C A ＋C B ＝恒值，则分子扩散系数D AB 与D BA 的关系是D AB =D BA ，由费克定律算出A 与B 的分子扩散速率J A 与J B 。
二者关系是A J = BJ 。
非电解质稀溶液，液相分子扩散系数DAB 与绝对温度的1次方成正比对非电解质稀溶液，液相分子扩散系数D 与黏度μ的1次方成反比。
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
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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。
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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(传质理论之一)超详细讲解
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
化工原理气体吸收
化工原理气体吸收气体吸收是化学工程中一种常用的分离和纯化技术，用于从气体混合物中去除其中一种特定成分。
它广泛应用于石油、化工、环保等领域。
本文将介绍气体吸收的原理、装置和操作条件等方面的内容。
气体吸收的原理是利用溶剂与气体中的组分之间的化学或物理作用力，使目标组分从气相转移到液相中。
根据吸收剂的性质和反应过程的特点，气体吸收可分为物理吸收和化学吸收两种方式。
物理吸收是指目标组分在吸收剂中主要通过物理作用力，如分子间的范德华力、表面张力等，从气相吸附到液相中。
在物理吸收过程中，吸收剂的选择非常关键，常用的吸收剂包括水、有机溶剂（如乙醇、丙酮等）和离子液体等。
化学吸收是指目标组分在吸收剂中通过与吸收剂发生化学反应，形成溶解物而从气相吸附到液相中。
化学吸收通常需要在一定的温度、压力和pH值条件下进行。
化学吸收常用的吸收剂包括氨水、碱性溶液（如氢氧化钠溶液、氯化钠溶液等）和有机酸等。
气体吸收的装置主要由吸收器、进料装置、排气装置和再生装置等组成。
吸收器一般为塔状或柱状，内部设置填料或栅板，以增加气液接触的表面积，提高吸收效果。
进料装置用于将待吸收的气体引入吸收器，通常采用喷射装置或静态混合器。
排气装置用于将除去目标组分的废气排放到大气中。
再生装置用于将吸收剂中的目标组分进行回收或处理。
操作条件对气体吸收的效果有重要影响。
温度是其中的一个关键参数，一般情况下，吸收效果随着温度的升高而降低。
温度控制有利于提高吸收剂中目标组分的溶解度。
另外，压力、气体和液体的流动速度、吸收剂浓度和比表面积等，也会对气体吸收过程产生影响。
气体吸收在化工工艺中有着广泛的应用。
例如，气体吸收可用于去除工业废气中的有机物、硫化物、酸性气体等污染物。
此外，在炼油、气体处理和化学合成等过程中，气体吸收还常用于分离和提纯有机化合物、气体燃料的净化和升级等。
综上所述，气体吸收作为一种常见的分离和纯化技术，通过吸收剂与目标组分之间的化学或物理作用力，将气体中的特定成分从气相吸附到液相中。
化工原理气体吸收实验
一、实验名称气体吸收实验二、实验目的(1)观察气、液在填料塔内的操作状态，掌握吸收操作方法。
(2)测定在不同喷淋量下，气体通过填料层的压降与气速的关系曲线。
(3)测定在填料塔内用水吸收CO2的液相体积传质系数X K α。
(4) 对不同填料的填料塔进行性能测试比较。
三、实验原理液体吸收是运用混合气体中各组分在同一溶剂的溶解度差异，通过气液充分接触，溶解度较大的气体组分较多地进入液相而与其他组分分离的操作。
填料塔的流体力学特性是吸收设备的重要参数，可计算填料塔所需动力消耗和确定最佳操作气速。
流体力学特性用气体通过填料层产生的压降表示，在填料因子、填料层高度、液体喷淋密度一定时随气体速度的变化而变。
本实验采用水吸收CO2-空气混合气中的CO2，常压下CO2在水中溶解度较小，用水吸收CO2的操作为液膜控制，在低浓度吸收时填料层高度12a X X X LdXZ K X X*=Ω-⎰即12a X X X L dXK Z X X*=Ω-⎰; 气液平衡关系符合亨利定律，则12aX m X X L K Z X -=•Ω∆，121122111222()()ln ln m X X X X X X X X X X X X X ****∆-∆---∆==∆-∆-; 由亨利定律得Y X m*=，其中,1E ym Y P y ==-；由测定物性参数水温、大气压确定亨利常数。
同时测定CO2-空气混合气体进、出填料塔CO2含量（摩尔分率），即可获得X *。
通过气相色谱仪或CO2分析仪测塔底、塔顶气相中CO2摩尔分率，转子流量计测混合气体用量，涡轮流量计测吸收剂水用量，即可测定液体体积传质系数a X K 。
四、实验装置图及主要设备（包括名称、型号、规格）(1)吸收实验流程图如下图所示：1-气体调节阀；2-孔板流量计；3-闸阀；；4，12，13-空气切换阀；5-CO2流量计；6-混合气体流量计；7-涡轮流量计；8，10-水流量调节阀；9-拉西环填料塔；11-θ环填料塔；14-塔底液位调节阀(2)设备及仪表。
化工原理王志魁第五版-吸收5-1+5-2(郑州大学授课讲义)
x1, max ≤ x*1 = y1/m
x2 决定了吸收尾气的最低浓度 y1 决定了吸收液的最高浓度
3/4/2019
y1
x1
28
5. 吸收
5.2.3 相平衡关系在吸收中的应用
*吸收操作推动力和极限的图示
y y = f (x) x2 y y* x
3/4/2019
y2
塔内任一截面
吸 收 塔
(x, y)
气液两相流动过程的压头损失 吸收的操作费用 溶剂挥发损失和变质损失 溶剂再生费用（比例最大）
3/4/2019
11
5. 吸收
吸收剂的选择
溶解度大——吸收速率高、吸收剂用量少
选择性高——有利于实现较完全的分离 粘度低——有利于传质和传热 挥发度低——吸收剂损失少 再生能耗低（课下思考：怎样实现？） 尽量价廉、易得、无毒、不易燃烧
3/4/2019
5. 吸收
5.2.3 相平衡关系在吸收中的应用
*吸收剂中溶质含量的设计依据
若已规定尾气浓度 y2（分离要求）
y
0 ≤ x2 ≤ x *2
x2 ↓ ，塔顶推动力↑，吸收速率↑ ，传质面积和塔高↓，设备费↓ 但是否 x2 越小越好？ x2 ↓，解吸负担增加，操作费↑
y = f (x)
塔底
3/4/2019 7
5. 吸收 解吸——通过升温、减压、气提等方法使溶质从溶液中挥发
出来，用于再生吸收剂或回收溶质的过程。
注意：解吸常与吸收同时使用，但也可以是独立的单元操作
惰性气体气提——空气、N2 气提解吸 汽提—— 蒸汽（水蒸气） 提馏—— 一般蒸气
提馏，工程上特指位于塔釜到进料口 之间，利用上升蒸气提取易挥发组分 的分离过程
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液两相的浓度呈连续变化。如填
溶剂
料塔。
溶剂
规整填料
散装填料
塑料丝网波纹填料 塑料鲍尔环填料
级式接触：气、液两相逐级接 触传质，两相的组成呈阶跃变 化。 如板式塔。
气体
气体
a 微分接触
b 级式接触
图9-2 填料塔和板式塔
5.1.3 吸收操作的分类
物理吸收：吸收过程溶质与溶剂不发生显著的化学反应。如用水 吸收二氧化碳、用水吸收乙醇或丙醇蒸汽、用洗油吸收芳烃等。
硫回收
低温 甲 醇洗
甲醇 醋酸
CO分离
醋酐
低温甲醇洗装置
原气料体器气热I/交合换成 新醇鲜储甲槽 锅冷炉却给器水
原料气 冷却器
补充泵
洗氨器 原料气 体/热合交成换气器
原料气 /交废换气器热
地下 废液罐
地下 吸收器 废液泵
II
C02 甲 醇 级 间冷却器
H进2料S-冷吸却收器器
合成气 原料气
原 凝物料 气 冷
yA 1 yA
KmolA/ KmolB
在计算比质量分数或比摩尔分数的数值时， 通常以在操作中不转移到另一相的组分作为 B组分。在吸收中，B组分是指吸收剂或惰 性气，A组分是指吸收质.
2．质量浓度与物质的量浓度
质量浓度是指单位体积混合物内所含物质的质量。对于A组分,有
A
mA V
kg / m3
对于气体混合物，在压强不太高、温度不太低的情况下，可视为理
EM s 83.318
第八章 吸收
三、吸收平衡线
表明吸收过程中气、液相平衡关系的图线称吸收平衡线。在吸收操作 中，通常用图来表示。
吸收平衡线
YA
1
mX A (1 m) X
A
YA mX A
5.2.3 相平衡关系在吸收过程中的应用
①判断吸收能否进行。由于溶解平衡是吸收进行的极限，所以，在一定 温度下，吸收若能进行，则气相中溶质的实际组成YA必须大于与液相中 溶质含量成平衡时的组成YA* ，即 YA>YA*， 。若出现YA<YA* 时，则过 程反向进行，为解吸操作。图中的A点，为操作（实际状态）点，若A点 位于平衡线的上方， YA>YA*，为吸收过程；A点在平衡线上， YA=YA*， 体系达平衡，吸收过程停止；当 A点位于平衡线的下方时，则YA<YA* ， 为解吸过程。
1．比质量分数与比摩尔分数 如果混合物是双组分气体混合物时
WA
mA mB
wA wB
wA 1 wA
KgA/ KgB
比质量分数与比摩尔分数的换算关系
WA
mA mB
nAM A nBM B
XA
MA MB
M组分的千摩尔质量，kg/kmol
XA
nA nB
xA xB
xA 1 xA
KmolA/ KmolB
YA
yA yB
② 确定吸收推动力。 显然， YA>YA*，是吸收进行的必要条件，而差值 △YA= YA-YA*， 则是吸收 过程的推动力，差值越大，吸收速率越大。
例：在常压及20℃下，测得氨在水中的平衡数据为：0.5gNH3/100gH2O 浓度为的稀氨水上方的平衡分压为400Pa，在该浓度范围下相平衡关系 可用亨利定律表示，试求亨利系数E，溶解度系数H，及相平衡常数m。 （氨水密度可取为1000kg/m3）
气体
气相扩散 液相扩散
5.1.1 吸收操作在化工生产中的应用
吸收操作是分离气体混合物的一种重要方法，是传 质过程中的一种形式，在化工生产中有广泛的应用。
吸收的应用包括： 1.原料气净化; 2.回收混合气体中的有用组分。 3.制备气体的溶液作为产品; 4.环境保护，综合利用;
1.原料气净化 氨合成原料气中的CO2用乙醇胺水溶液吸收，以防止氨合 成催化剂中毒.
某些气体水溶液的亨利系数值（E×10-6/kPa）
讨论：
1）E 的影响因素：溶质、溶剂、T。
物系一定， T E 2）E 大，溶解度小，难溶气体
E 小，溶解度大，易溶气体 3）对于理想溶液，E即为该温度下的饱和蒸汽压 4）E 的来源：实验测得；查手册
二、亨利定律的其他表达形式 由于互成平衡的气、液两相组成各可采用不同的表示法，
废甲醇 补充甲醇
图例 备注
气体 水/蒸汽 液体 热功率 流号
来自煤项目的甲醇洗 装 工置 艺情 流况 程： 图基本情况
2.回收混合气体中的有用组分
洗油处理焦炉气以回收煤气中的苯。
洗油 脱苯煤气
加
热
含苯煤气
器
冷 却 器
苯 水 过热蒸汽
吸收与解吸流程
3.制备气体的溶液作为产品
将气体中需要的成份以指定的溶剂吸收出来，成为液态的产品或 半成品，如：从含HCl气体中盐酸 ，硫酸吸收SO3制浓硫酸，水 吸收甲醛制福尔马林液。
物理吸收(physical absorption)：吸收过程溶质与溶剂不发 生显著的化学反应，可视为单纯的气体溶解于液相的过 程。如用水吸收二氧化碳、用水吸收乙醇或丙醇蒸汽、 用洗油吸收芳烃等。
化学吸收(chemical absorption)：溶质与溶剂有显著的 化学反应发生。如用氢氧化钠或碳酸钠溶液吸收二氧化 碳、用稀硫酸吸收氨等过程。化学反应能大大提高单位 体积液体所能吸收的气体量并加快吸收速率。但溶液解 吸再生较难。
单组分吸收：混合气体中只有单一组分被液相吸收，其余 组分因溶解度甚小其吸收量可忽略不计。
多组分吸收：有两个或两个以上组分被吸收。
溶解热：气体溶解于液体时所释放的热量。化学吸收时， 还会有反应热。
非等温吸收：体系温度发生明显变化的吸收过程。
等温吸收：体系温度变化不显著的吸收过程。
气液两相的接触方式
连续接触(也称微分接触)：气、
H2(CO2)
低温甲醇洗工艺是德国Linde公司和Lurgi公司共同开发的一种酸性气体 净化工艺。该工艺采用物理吸收法，以甲醇作为酸性气体吸收液，利用 其在-60℃左右的低温下对酸性气体溶解度极大的物理特性，选择性地 吸收原料气中的H2S,CO2及各种有机硫等杂质。
煤制甲醇的生产工艺
空分 气化
水煤浆
pA pyA
cA
nA V
pA RT
课本例题
5.2.1 气体在液体中的溶解度
吸收的相平衡关系，是指气液两相达到平衡时，被吸收的组分（吸收 质）在两相中的浓度关系，即吸收质在吸收剂中的平衡溶解度。
气体溶解度曲线
平衡状态：一定压力和温度，一定量的吸 收剂与混合气体充分接触，气相 中的溶质 向溶剂中转移，长期充分接触后，液相中 溶质组分的浓度不再增加，此时，气液两 相达到平衡。
例： 1atm下，浓度为0.02（摩尔分数）的稀氨水在20℃时 氨的平衡分压为1.666kPa，其相平衡关系服从亨利定律， 氨水密度可近似取1000kg/m3。 求：E、 m 、 H 。
解： 已知：P 1atm 101.3kPa, x 0.02
pe 1.666kPa, ρS 1000kg/m3
WA
mA mB
wA wB
wA 1 wA
XA
nA nB
xA xB
xA 1 xA
xA
XA 1 X
A
WA
mA mB
nAM A nBM B
XA
MA MB
质量浓度与物质的量浓度
气液相平衡关系
YA
yA yB
yA 1 yA
yA
YA 1 YA
A
mA V
cA
nA V
PA RT
平衡状态 饱和浓度 平衡分压
工业操作原则：
氧气等为难溶气体，氨气等为易溶气体
工业操作： 加压和降温对吸收操作有利； 升温和减压则有利于解吸。
工业吸收过程
吸收和解吸
脱苯煤气 (<2g /m3)
洗油（常温） （170℃）
冷凝器
苯
吸
加
冷解
收 塔
热 器
却吸 器塔
水
含苯煤气 (~35g /m3)
富油
贮液槽
过热蒸汽
贮液槽
5.2.2 亨利定律
一、亨利定律
吸收速率=解吸速率
饱和浓度：平衡时溶质在液相中的浓度。
平衡分压：平衡时气相中溶质的分压，用 p A表 示
讨论：
（1）分压一定，温度下降，在同一溶剂中，溶质的溶解度x
随之增加，有利于吸收 。
（2）温度一定，分压增加，在同一溶剂中，溶质的溶解度x随
之增加，有利于吸收 。
（3）相同的总压及摩尔分率， cO2 < cCO2 < cSO2 < cNH3
M 剂 ——溶剂的千摩尔质量，kg/kmol。
②用摩尔分数表示
yA
E p
xA
mx A
m-相平衡常数
m E p m值越大，表明该气体的溶解度越小。
③用比摩尔分数表示
YA m X A
1 YA
1 XA
YA
1
mX A (1 m) X
A
当溶液很稀时，XA很小，则 YA mX A
比质量分数与比摩尔分数
吸收分离操作：利用混合气体中各组分在液体中溶解度差 异，使某些易溶组分进入液相形成溶液，不溶或难溶组分 仍留在气相，从而实现混合气体的分离。
吸收实质：
气体吸收是混 合气体中某些 组分在气液相 界面上溶解、 在气相和液相 内由浓度差推 动的传质过程。
吸收剂
气相主体 相界面 液相主体
y 界面
x
xi yi
非等温吸收：体系温度发生明显变化的吸收过程。
等温吸收：体系温度变化不显著的吸收过程。
本章主要讨论单组分、等温的物理吸收过程。
第二节 气液相平衡xA来自XA 1 XA
yA