《化工原理》第6章 气体吸收.
化工原理(管国锋主编_第三版)课后习题答案6_气体吸收
第6章 气体吸收1）总压100，温度25℃的空气与水长时刻接触，水中的的浓度为多少？别离用摩尔浓度和摩尔分率表示。
空气中 的体积百分率为。
解：将空气看做理想气体：y= p*=yp=79kPa查表得 E=×510kPa610/*-==E p xH=)./(10342.6)181076.8/(1000)/(65m kN kmoL EMS -⨯=⨯⨯=ρ C=p*.H=79××10-5=×10-4kmol/m 32）已知常压、25℃下某体系的平稳关系符合亨利定律，亨利系数E 为大气压，溶质A 的分压为大气压的混合气体别离与三种溶液接触：①溶质A 浓度为 的水溶液；②溶质A 浓度为的水溶液；③溶质A 浓度为 的水溶液。
试求上述三种情形下溶质A 在二相间的转移方向。
解： E=×104atm ，p=，P=1atm ，y=p/P=① m EP==⨯015104. x 135002110183610=⨯=⨯-.. ∴y mx 110054*.== ∴∆y y y =-=10*∴平稳② x 2350001110181810=⨯=⨯-.. ∴y mx 220027*.== ∴∆y y y =-20* ∴气相转移至液相 ③ x 3350003110185410=⨯=⨯-.. ∴y mx 330081*.== ∴∆y y y =-30*∴液相转移至气相④ P=3atm y= E=×104atm∴m=E/P=×104 x 4=x 3=×10-5∴y mx 440027*.== ∴∆y y y =-40* ∴气相转移至液相 3）某气、液逆流的吸收塔，以清水吸收空气～硫化氢混合气中的硫化氢。
总压为1大气压。
已知塔底气相中含%（摩尔分率），水中含的浓度为 （摩尔分率）。
试求塔底温度别离为5℃及30℃时的吸收进程推动力。
解：查表得（50C ） E1=×104kpa m 1=E 1/P=315 p*1=Ex=KPa 5724.0108.11055=⨯⨯⨯-6222222222225422224205111111111.111063.6/*0040.0*011.033.101/1106.1/**1106.1108.11017.6*609/,1017.6301096.2/*0093.0*015.00057.033.101/5742.0/**---⨯=-=-=∆=-=∆====⨯⨯⨯====⨯=⨯=-=-=∆=-=∆====x m y x x x y y y P p y kpa x E p p E m KPa E C x m y x x x y y y y P p y 液相推动力：气相推动力：）：查表得（液相推动力：气相推动力：4）总压为100 ，温度为15℃时 的亨利系数E 为 。
化工原理 第六章 吸收
由 y * mx得,
Y* mX 1 Y * 1 X
*
mX Y 1 (1 m)X
当溶液浓度很低时，X≈0， 分母约等于1. 上式简化为：
Y mX
*
亨利定律的几种表达形式也可改写为
P * x , c HP E y Y * ℃ 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
——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
表明 ： 塔内任一截面的气相浓度Y与液相浓度X之间成直线 关系，直线的斜率为L/V。
吸收操作线总是位于平衡线的上方，
s
EM s
1000 7.32 104 kmol / m3 Pa 7.59 10 4 18
E 7.59 10 4 m 3 0.749 P 101.33 10
三、用气液平衡关系分析吸收过程
1、判断过程的方向
例：在101.3kPa，20℃下,稀氨水的气液相平衡关系为 ：
L L Y1 X 1 Y2 X 2 V V
吸收率 A 混合气中溶质A 被吸收的百分率
Y2 Y1 (1 A )
2、吸收塔的操作线方程式与操作线
在 m—n截面与塔底截面之间作组分A的衡算
VY LX1 VY1 LX
L L Y X (Y1 X 1 ) V V
操作线位于平衡线下方，则应进行脱吸过程。
并流吸收塔的操作线：
第六章吸收化工原理
【例6-1】 总压为101.325kPa 、温度为20℃时，1000kg 水中溶解15kg NH 3，此时溶液上方气相中NH 3的平衡分压为2.266kPa 。
试求此时之溶解度系数H 、亨利系数E 、相平衡常数m 。
解：首先将此气液相组成换算为y 与x 。
NH 3的摩尔质量为17kg/kmol ，溶液的量为15kg NH 3与1000kg 水之和。
故0156.018/100017/1517/15=+=+==BA A A n n n n n x022403251012662...Pp y *A*===436.10156.00224.0*===x ym由式（6-11） E =P ·m =101.325×1.436=145.5kPa或者由式（6-1）3.1450156.0266.2*===xp E A kPa溶剂水的密度ρs =1000kg/m 3，摩尔质量M s =18kg/kmol ，由式（6-10）计算H382.0183.1451000=⨯=≈ssEMH ρkmol/（m 3·kPa ）H 值也可直接由式6-2算出，溶液中NH 3的浓度为 ()()869.01000/10001517/15//=+=+==ss A AA A A m m Mm V n c ρkmol/m 3所以 383.0266.2869.0*===AA p c H kmol/（m 3·kPa ）【例6-2】 在20℃及101.325kPa 下CO 2与空气的混合物缓慢地沿Na 2CO 3溶液液面流过，空气不溶于Na 2CO 3溶液。
CO 2透过厚1mm 的静止空气层扩散到Na 2CO 3溶液中。
气体中CO 2的摩尔分数为0.2。
在Na 2CO 3溶液面上，CO 2被迅速吸收，故相界面上CO 2的浓度极小，可忽略不计。
CO 2在空气中20℃时的扩散系数D 为0.18cm 2/s 。
问CO 2的扩散速率是多少？解：此题属单方向扩散，可用式6-17计算。
化工原理 第六章 吸收
M液 M剂
表6-1某些气体水溶液的亨利系数值（E×10-6/kPa）
由表6-1中的数值可知：不同的物系在同一个温度下 的亨利系数E值不同；当物系一定时，亨利系数随温度升 高而增大，温度愈高，溶解度愈小。所以亨利系数值愈大， 气体愈难溶。在同一溶剂中，难溶气体的值很大，而易溶 气体的值很小。
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体，则混气中的A组分有：
cA
nA V
pA RT
（6-5）
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第二节 吸收中的气液相平衡
二、气液相平衡关系 气液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。 1.气体在液体中的溶解度 在恒定的压力和温度下，用一定量的溶剂与混合气体 在一密闭容器中相接触，混合气中的溶质便向液相内转移， 而溶于液相内的溶质又会从溶剂中逸出返回气相。随着溶 质在液相中的溶解量增多，溶质返回气相的量也在逐渐增 大，直到吸收速率与解吸速率相等时，溶质在气液两相中 的浓度不再发生变化，此时气液两相达到了动态平衡。平 衡时溶质在气相中的分压称为平衡分压，用符号 表示； 溶质在液相中的浓度称为平衡溶解度，简称溶解度；它们 之间的关系称为相平衡关系。
化工原理
第六章 吸 收
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第一节 概 述
一、吸收综述 吸收就是分离气体混合物的单元操作,即是用适当的液体吸收剂处理 气体混合物,利用混合气中各组分在液体溶剂中溶解度的不同而分离气体 混合物的操作,其实质是一种典型的气、液相扩散传质过程。 吸收系统包括气、液两个相,气相由可溶于吸收剂的气体组分(称为吸 收质或溶质)和不溶或难溶于吸收剂的惰性组分(称为惰性气或载体)组成， 液相则是液体吸收剂(或称为溶剂)；吸收操作所得到的溶液称为吸收液, 其成分为吸收剂和溶解于其中的吸收质；排除的气体称为吸收尾气,其主 要成分应为惰性组分和残余的溶质。 吸收的原理：就是利用混气中,各组分在吸收剂中有不同的溶解度的 特点,选择适宜的吸收剂对混合气中组分进行选择性吸收，以达到从混合 气中分离或提纯组分之目的。 与吸收操作相反,使吸收质从吸收剂中分离出来的操作称为解吸或脱 吸。其目的是循环使用吸收剂或回收溶质,实际生产中吸收过程和解吸过 程往往联合使用。 吸收和蒸馏一样也牵涉到气、液两相间的质量传递,但蒸馏是依据混 液中各组分挥发度的不同而得以分离；吸收则基于混气中各组分在吸收剂 中的溶解度不同而得以分离；蒸馏属双向传质，吸收为单相传质。
化工原理第六章吸收
吸收
§1 §2 §3 §4 §5
气体吸收的相平衡关系 传质机理与吸收速率 吸收塔的计算 吸收系数 脱吸及其他条件下的吸收
概述
1、定义 吸收：利用混合气体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， 实现混合气体分离。 解吸：也称为脱吸，与吸收相反的过程，即 溶质从液利。
2.1.2 亨利定律
体系：单组分、低浓、恒温、物理吸收。 总压P<5×105Pa，一定温度下溶质在液相中 的溶解度（平衡）与其在气相中的分压成正比。
亨利系数（E）： （单位与分压单位一致） ① 理想溶液：P不高，T恒定，亨利定律 与拉乌尔定律一致，即：E=p0
② 非理想溶液： E≠p0，但在一定浓度范 围内（低浓），E=const. E=f(T)。
混合气中某些组分在气液相界面溶解、在气相和液
相内由浓度差推动的传质过程。
分离
气相 1.定义：
液相
气相 NH3 + 空气 水 NH3
2.依据：溶解度不同
吸 收
NH3: 气相
液相
٭吸收质(溶质)：A ٭惰性组分(载体)：B
٭吸收剂：S ٭吸收液：S+A
٭尾气：B+(A)
2、吸收分离操作的目的与任务 制取液体产品：如盐酸、硝酸，碳化氨水吸收CO2 制碳酸氢氨等。 分离混合气体吸收获得某些组分：如用液态烃吸收 裂解气中的乙烯、丙烯等。 气体净化除去混合气体中杂质：如合成氨原料气脱 CO2等； 尾气处理和废气净化：脱SO2、NOx等 分离基础：各组分溶解度的差异
例2: 已知20℃时，1atm下氨在水中的溶 解度数据（p85）。绘制p*～x及Y*～X曲 线，计算E、m，并指出服从亨利定律的范围。
化工原理 第六章 吸收-例题
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。
例：空气与氨的混合气体，总压为101.33kPa，其中氨的分
E 7.59 10 4 m 3 0.749 P 101.33 10
将其与实际组成比较 ： 0.05 x* 0.1 x ∴气液相接触时，氨将从气相转入液相，发生吸收过程。 或者利用相平衡关系确定与实际液相组成成平衡的气相组成
y * 0.94 x 0.94 0.05 0.047
0.0053 Y2 0.00533 1 0.0053
0.0128 X1 0.01297 1 0.0128
1）L/V为(L/V)min的倍数
0.0417 0.00533 Y1 Y2 L 2.804 0.01297 0 V X1 X 2
Y1 Y2 L Y2 ( ) min m(1 ) 2.5(1 0.00533 ) 2.18 Y1 V Y1 0.0417 X2 m
将其与实际组成比较：y 0.094 y * 0.047
∴氨从气相转入液相，发生吸收过程。
练习：
y 0.94 x
*
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
*
x 0.05 x* 0.021
c p H*Fra bibliotek0.5 / 17 c 0.293kmol / m3 0.5 100 1000
化工原理之六 吸收
吸收简介重要概念:⑴．吸收⑵．溶质、载体、吸收液和吸收尾气关于吸收的介绍：吸收过程常在吸收塔中进行，图2-1为逆流操作的吸收塔示意图。
气体的吸收是一种重要的分离操作，它在化工生产中主要用来达到以下目的：（1）分离混合气体以获得一定的组分。
例如用硫酸处理焦炉气以回收其中的氨，用洗洗油处理焦炉气以回收其中的芳烃，用液态烃处理裂解气以回收其中的乙烯、丙烯等。
（2）除去有害组分以净化气体。
例如用水或碱液脱除合成氨原料气中的二氧化碳，用丙酮脱除裂解气中的乙炔等。
（3）制备某种气体的溶液。
例如用水吸收二氧化氮以制造硝酸，用水吸收氯化氢以制取盐酸，用水吸收甲醛以制备福尔马林溶液等。
图2-1 吸收操作示意图在吸收过程中，如果溶质与溶剂之间不发生显著的化学反应，可以当作气体单纯地溶解于液相的物理过程，则称为物理吸收；如果溶质与溶剂发生显著的化学反应，则称为化学吸收。
前面提到的用水吸收二氧化碳、用洗油吸收芳烃等过程都属于物理吸收，用硫酸吸收氨、用碱液吸收二氧化碳等过程都属于化学吸收。
若混合气体中只有一个组分进入液相，其余组分皆可认为不溶解于吸收剂，这样的吸收过程称为单组分吸收；如果混合气体中有两个或多个组分进入液相，则称为多组分吸收。
例如合成氨原料气含有Ｎ２、Ｈ２、ＣＯ及ＣＯ２等几种成分，其中唯独ＣＯ２在水中有较为显著的溶解度，这种原料气用水吸收的过程即属于单组分吸收；用洗油处理焦炉气时。
气体中的苯。
甲苯、二甲苯等几种组分都在洗地中有显著的溶解度，这种吸收过程则应属于多组分吸收。
气体溶解于液体之中；常常伴随着热效应，当发生化学反应时，还会有反应热，其结果是使液相温度逐渐升高，这样的吸收过程称为非等温吸收。
但若热效应很小，或被吸收的组分在气相中浓度很低而吸收剂的用量相对很大则；温度升高并不显著，可认为是等温吸收。
如果吸收设备散热良好，能及时引出热量而维持液相温度大体不变，自然也应按等温吸收处理。
吸收过程进行的方向与限度取决于溶质在气液两相中的平衡关系。
化工原理讲稿 气体吸收
两相相内传质速率可用下面的形式表达为：
NA
DG
RT1
P pBm
p
pi
令kG
DG
RT1
P pBm
N A kG p piFra bibliotekNADL
2
cm cSm
(ci
c)
令kL
DL
2
cm cSm
N A kL (ci c)
DG、DL —— 溶质组分在气膜与液膜中的分子扩散系数； P/pBm —— 气相扩散漂流因子； cm/cBm —— 液相扩散漂流因子； 1、2 —— 界面两侧气液相等效膜层厚度，待定参数。
一、吸收过程的气液相平衡关系 二、亨利定律 三、传质过程的方向、限度及推动力
第二节 吸收过程的相平衡关系
一、吸收过程的气液相平衡关系
1.气体在液体中的溶解度 在一定的温度与压力下、当气体混合物与一定量的溶剂 接触时，气相中的溶质便向液相中转移，直至液相中溶质 达到饱和为止，这时，我们称之为达到了相平衡状态。达 到了相平衡状态时气相中溶质的分压，称平衡分压；液相 中溶质的浓度称为平衡浓度（或溶解度）。
气、液相浓度(y,x)在平衡线下方(M点)：
y
ye=f(x)
ye
溶质解吸
y
M
释放溶质
o
xe
xx
结论：若系统气、液相浓度(y,x)在平衡线下方，则体系将 发生从液相到气相的传质，即解吸过程。
第二节 吸收过程的相平衡关系
气、液相浓度(y,x)处于平衡线上(K点)：
y ye=f(x)
yye
K
o
xe x x
第一节 概述
2. 吸收操作实例：石油液化气脱除硫化氢
第一节 概述
化工原理 第六章 气体吸收
第六章气体吸收一、基本知识1．吸收的依据是。
①气体混合物中各组分在某种溶剂中溶解度的差异②液体均相混合物中各组分挥发能力的差异③液体均相混合物中各组分结晶能力不同④液体均相混合物中各组分沸点不同2．一个完整的工业吸收流程应包括。
①吸收部分②脱吸部分③吸收和脱吸部分④难以说明3. 吸收操作的作用是分离①气体混合物②液体均相混合物③互不相溶的液体混合物④气---液混合物4．评价吸收溶剂的指标包括有。
①对混合气中被分离组分有较大溶解度，而对其他组分的溶解度要小，即选择性要高②混合气中被分离组分在溶剂中的溶解度应对温度的变化比较敏感。
③溶剂的蒸气压、黏度要低，化学稳定性要好，此外还要满足价廉、易得、无毒、不易燃烧等经济和安全条件5．有关吸收操作的说法中正确的是。
①实际吸收过程常同时兼有净化与回收双重目的②吸收是根据混合物中各组分在某种溶剂中溶解度的不同而达到分离的目的③一个完整的吸收分离过程一般包括吸收和解吸两部分④常用的解吸方法有升温、减压和吹气。
其中升温与吹气特别是升温与吹气同时使用最为常见⑤用吸收操作来分离气体混合物应解决下列三方面问题：a．吸收剂的选择；b．吸收剂的再生；c．吸收设备⑥据不同的分类方法，吸收可分为物理吸收和化学吸收；也可分为单组分吸收和多组分吸收；又可分为等温吸收和非等温吸收⑦按气、液两相接触方式的不同，可将吸收设备分为级式接触与微分接触两大类6．由二氧化碳、空气、水构成的气液平衡体系，若总压及温度选定，那么当空气被视为不溶于水的惰性组分时，该体系的自由度数是。
①3 ②2 ③1 ④07．下列关于分子扩散与分子热运动的比较与分析中不正确的是。
①没有分子热运动就不可能有分子扩散运动②分子扩散与分子热运动都是一种无定向的运动③分子扩散只能发生在非平衡体系④无论体系平衡与否，分子热运动总是在进行8．费克定律可以解答的问题为。
①分子热运动方向及其速度大小②分子扩散方向及其扩散系数大小③分子扩散方向及其速率大小④扩散传质方向及其速率大小9．下列对扩散系数的理解和认识中不对的是。
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。
化工原理电子教案第六章气体吸收
化工原理电子教案第六章气体吸收9.1概述利用不同组分在溶剂中溶解度的差异，分离气体混合物的过程，称为吸取； 能被溶解的组分——溶质A ； 不能被溶解的组分——惰性组分〔载体〕B ；所用溶剂——吸取剂S 。
吸取液)(A S +。
一．工业生产中的吸取过程1．工业上的应用〔1〕 原料气的净化：如煤气中的H 2S 除去。
〔2〕 有用组分的回收：如合成氨厂的放空气中用水回收氨。
〔3〕 某些产品的制取：将气体中需要的成份以指定的溶剂吸取出来，成为液态的产品或半成品，如：从含HC ｌ气体中盐酸(4) 废气的治理：如含SO 2，NO ，NO 2等废气中，要除去这些有害成份。
2．吸取的分类 (1) 按性质划分物理吸取：溶质不发生明显的化学反应，如水吸取CO 2，SO 2等。
化学吸取：溶质与溶剂或溶液中其它物质进行化学反应。
〔如用NaOH 吸取 CO 2〕 (2) 温度是否变化等温吸取：当溶剂用量专门大，温升不明显时 非等温吸取：(3) 被吸取组分数目分单组分吸取：只吸取一种组分 多组分吸取二．吸取过程的极限及方向极限：气液两相呈平稳状态；方向或推动力：一相浓度与同另一相浓度呈平稳的该相浓度之差；比如：溶质A 在气相中的分压为A P ，液相中溶质浓度为A c ，与A c 呈平稳的气相分压为*AP ，那么推动力为〔*-A A P P 〕。
三．吸取的流程流程说明：1． 气液流向： ——逆流〔推动力大〕2． 多塔吸取：单塔所需太高时，可分解成几个塔串联使用。
3． 加压吸取： 提高总压，能够提高传质推动力，同时提高溶解度，有利于吸取。
4． 脱吸〔解吸〕过程：吸取的逆过程。
油〔A 〕 水四．吸取剂选择及要求１．具有选择性：对溶质Ａ的溶解度应尽可能大２．不易挥发性：减少溶剂的缺失及幸免在气体中引入新的杂质 ３．腐蚀性小：减少设备费和修理费 ４．粘度低：以利于传质及输送５．毒性小，不易燃，以利于保证安全生产 6．来源丰富，价格低廉，易于再生五．本章重点及学习方法本章要紧讨论单组分、等温、常压、物理吸取，以把握差不多原理和方法。
《化工原理》第6章 气体吸收.
Y mX
(6-16)
10
第6章 气体吸收
6.3 吸收机理与吸收速率
6.3.1 传质的基本方式
吸收过程是溶质从气相转移到液相的传质过程。由于溶质 从气相转移到液相是通过扩散进行的，因此传质过程也称为扩 散过程。扩散的基本方式有两种：分子扩散和涡流扩散。
物质通过静止流体或作层流流动的流体（且传质方向与流 体的流动方向垂直）时的扩散只是由于分子热运动的结果，这 种借分子热运动来传递物质的现象，称为分子扩散。
p Ex
(6-10)
式中 p*—溶质在气相中的平衡分压，kPa； x —溶质在液相中的摩尔分率； E —亨利系数，kPa。
7
第6章 气体吸收
2. p—C关系
当液相组成以摩尔浓度表示，而气相组成仍以分压表示 时，则亨利定律具有如下形式：
p C H
式中 C—溶质在液相中的摩尔浓度，kmol/m3； H—溶解度系数，kmol/m3﹒kPa。
3
第6章 气体吸收
5.质量浓度。单位体积中所含组分的质量，称为该组分的质 量浓度，以CW表示。 6. 摩尔浓度。单位体积中所含组分的千摩尔数，称为该组分 的摩尔浓度，以C表示。 7.气体混合物的组成。气体混合物中各组分的组成，除了可 用上述方法表示外，还可以用组分的分压和分体积来表示。
根据道尔顿分压定律和理想气体状态方程式可以证明， 理想气体混合物中某一组分的摩尔分率等于该组分的分压与 混合气体总压之比，即压力分率，也等于该组分的分体积与 混合气体总体积之比，即体积分率。
6.1.2 吸收过程的分类 6.1.3 吸收剂的选择
2
第6章 气体吸收
6.2 吸收过程的相平衡关系
6.2.1相组成的表示方法
1．质量分率。混合物中某组分的质量与混合物总质量的比值， 称为该组分的质量分率，以xW表示。 2．摩尔分率。混合物中某组分的千摩尔数与混合物总千摩尔 数的比值，称为该组分的摩尔分率，以x表示。 3．比质量分率。混合物中某两个组分的质量之比称为比质量 分率，以 XW(或YW)表示。 4．比摩尔分率。混合物中某两个组分的千摩尔数之比称为比 摩尔分率，以X(或Y)表示。
化工原理课件 气体吸收
> 0时，z=0（相界面处）： cA = cAi ：气液平
衡 τ延长，A通过非定态扩散方式不断地向流体单元 中渗透，时间越长，渗透越深，但τ有限 0时，旧的流体单元被新的所置换回到液相主 体中：（流体单元深处)：cA = cA0； 流体单元不断被更换，每批流体单元在界面更新 的时间都一样 界面无阻力，气液两相达平衡
NA=ky(y-yi)， NA=kx(x-xi) 定态过程：相界面无物质积累 则进出相界面的传质速率相等，浓度梯度 自动调整 且界面上无传质阻力：气液两相呈相平衡
N
A
y yi 1 ky
xi x 1 kx
当稀溶液遵循亨利定律：yi = mx
N
A
y y i ( xi x)m 1 ky m kx
2、对流传质：
（1）定义： 指壁面（或相界面）与运动流体之间，或 两个有限互溶的运动流体之间的传质
包括： 湍流主体与相界面之间的涡流扩散 分子扩散
（2）对流传质的类型：
a、根据流体的流动发生原因： 强制对流传质： 工业传质单元操作：蒸馏、吸收、萃取 又分强制层流、强制湍流
假定（要点）：
流动状态气液两相相互接触时，气液两相间存在 着稳定的相界面，两侧各有一个很薄的静止膜。 A分子通过两层膜的传质方式：定态的分子扩散 相界面处流体湍动消失，气液两相处于相平衡状 态，界面无阻力； 膜外的气液两相主体中，由于流体的强烈湍动， 各处浓度均匀一致； 重点：在于传质阻力集中在两个静止膜层内，可 用分子扩散理论进行数学描述，对是否存在主体 流动都微分方程，费克第二定律 平均对流传质系数：
化工原理下册第六章吸收习题答案解析
6-1 已知在101.3 kPa(绝对压力下)，100 g 水中含氨1 g 的溶液上方的平衡氨气分压为987 Pa 。
试求：(1) 溶解度系数H (kmol ·m -3·Pa -1)； (2) 亨利系数E(Pa)； (3) 相平衡常数m ；(4) 总压提高到200 kPa(表压)时的H ，E ，m 值。
（假设：在上述范围内气液平衡关系服从亨利定律，氨水密度均为10003/m kg ）解：（1）根据已知条件Pa p NH 987*3=3/5824.01000/10117/13m kmol c NH ==定义333*NH NH NH H c p =()Pa m kmol p c H NH NH NH ∙⨯==-34/109.5333（2）根据已知条件可知0105.018/10017/117/13=+=NH x根据定义式333*NH NH NH x E p =可得Pa E NH 41042.93⨯=（3）根据已知条件可知00974.0101325/987/**33===p p y NH NH于是得到928.0333*==NH NH NH x y m（4）由于H 和E 仅是温度的函数，故3NH H 和3NH E 不变；而p E px Ex px p x y m ====**，与T 和p 相关，故309.0928.031'3=⨯=NH m 。
分析（1）注意一些近似处理并分析其误差。
（2）注意E ，H 和m 的影响因素，这是本题练习的主要内容之一。
6-2 在25℃下，CO 2分压为50 kPa 的混合气分别与下述溶液接触：(1) 含CO 2为0.01 mol/L 的水溶液； (2) 含CO 2为0.05 mol/L 的水溶液。
试求这两种情况下CO 2的传质方向与推动力。
解： 由亨利定律得到*2250CO CO Ex kPa p == 根据《 化工原理》 教材中表 8-1 查出()kPa E CO 51066.1252⨯=℃ 所以可以得到4*1001.32-⨯=CO x 又因为()()34525/10347.3181066.11000222m kPa kmol EM H OH OH CO ∙⨯=⨯⨯=≈-ρ℃ 所以得34*/0167.05010347.3222m kmol p H c CO CO CO =⨯⨯==- 于是：（1）为吸收过程，3/0067.0m kmol c =∆。
6.1吸收过程概述与气液平衡关系
p∗ = Ex
(1)
E — 亨利系数，kPa。
易溶气体E小，难溶气体 E大。 溶解度 ～ 亨利系数
东南大学环境工程系《化工原理》课件
(2) p ～c关系
若溶质在气、液相中的组成以分压p 、
摩尔浓度c表示，
p∗ = c
(2)
H
H — 溶解度系。 溶解度 ～ 溶解度系数
表示气、液相组成，计算很不方便。
¾ 混合气体（液体）中，惰性组分（溶剂）摩尔 数不变——引入以惰性组分（溶剂）为基准的 摩尔比来表示气、液相的组成。
摩尔比的定义：
X
=
液相中溶质的摩尔数＝ x 液相中溶剂的摩尔数 1 − x
Y
=
气相中溶质的摩尔数 ＝ y 气相中惰性组分的摩尔数 1 − y
东南大学环境工程系《化工原理》课件
东南大学环境工程系《化工原理》课件
不发泡、冰点低、价廉易得，且化学性质稳定。
二、吸收过程的气液平衡关系
1. 气体在液体中的溶解度 ¾ 溶解度：指气体在液体中的饱和浓度。
一定T、p下，用一定量的吸收剂与混合气体 接触，气相中的溶质便向液相溶剂中转移，直 至液相中溶质组成达到饱和为止。 ¾ 溶解度曲线
由溶解度曲线看出：
① 在同一溶剂（水）中，相同的温度和溶质分压 下，不同气体的溶解度差别很大：氨在水中的 溶解度最大，氧最小。这表明：氨易溶于水， 氧难溶于水，而二氧化硫居中。
亨利定律表达式各系数之间的关系：
E～H关系： H = ρ
(7)
EM S
E～m关系： m = E
(8)
P
H～m关系：
H= ρ 1
PM S m
(9)
三、用气液平衡关系分析吸收过程
化工原理气体吸收分解课件
气体在液体中的溶解度
溶解度曲线：在一定温度、压力下，平衡时溶质在气相和液 相中的浓度的关系曲线。 图9-3
过程原理与装备
溶解度/[g(NH3)/1000g(H2O)] 溶解度/[g(SO2)/1000g(H2O)]
1000 500
0 oC
10 oC 20 oC 30 oC 40 oC 50 oC
0
y y
（y-y*） y*
传质推动力的表示方法 可以不同，但效果一样。 o
y*=f(x) P
（x*-x）
x
x* x
吸收传质理论与吸收速率方程
吸收传质理论
吸收过程是溶质由气相向液相转移的
相际传质过程，可分为三个步骤：
(1) 溶质由气相主体扩散至两相界面气相侧(气相内传质)； (2) 溶质在界面上溶解(通过界面的传质)； (3) 溶质由相界面液相侧扩散至液相主体(液相内传质)。
吸收操作的流程： 图9-1
过程原理与装备
概述（Introduction）
吸收剂的选择 选择良好的吸收剂对吸收过程至关重要。但受多种因素
制约，工业吸收过程吸收剂的选择范围也是很有限的，一般 视具体情况按下列原则选择。
(1) 对溶质有较大的溶解度。溶解度，溶剂用量，溶剂再 生费用；溶解度，对一定的液气比，吸收推动力， 吸收传质速率，完成一定的传质任务所需设备尺寸；
概述（Introduction）
吸收分离操作：利用混合气体中各组分(component)在液体 中溶解度(solubility)差异，使某些易溶组分进入液相形成溶 液(solution)，不溶或难溶组分仍留在气相(gas phase)，从而 实现混合气体的分离。
过程原理与装备
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。
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由此可见，吸收过程的总阻力等于气膜阻力和液膜阻力之和， 符合双膜理论这一当初的设想。
24
第6章 气体吸收
3. 气体溶解度对吸收在液相中的溶解度甚大时，
亨利系数E值很小，因此，当混合气体总压P一定时，相平衡常
数m＝E/P亦很小，由式(6-22)可知，当甚小时，
（3）溶解度适中的情况。在这种情况下，气、液两相阻力都 较显著，不容忽略。如符合亨利定律，可根据已知气膜及液 膜吸收系数求取吸收总系数。
26
第6章 气体吸收
6.4 吸收过程的计算
6.4.1 全塔物料衡算——操作线方程
则
NA
Y Y
1 KY
KY (Y
Y)
19
第6章 气体吸收
由此可得出，以气相比摩尔分率差（ΔY）表示推动力的吸收 速率总方程式：
用同样方法可得 令
N A KY (Y Y )
X X NA 1 1
kY m kX 1 1 1 K X kY m k X
（6-20）
Y Yi 1/ kY
(6-17)
式中
NA—吸收质A的分子扩散速率，kmol/m2.s； kY —气膜吸收系数，kmol/m2.s； Y、Yi—吸收质A在气相主体与相界面处的比摩尔分率。
16
第6章 气体吸收
2. 液膜吸收速率方程式
吸收质A以分子扩散方式通过液膜的吸收速率方程式，可 表示为
亦即 式中
（2）溶解度甚小的情况。当吸收质在液相中的溶解度甚小时，
亨利系数E值很大，相平衡常数m亦很大。由式(6-23)可知，
当m甚大时，
KX kX
或 1 1
KX kX
在这种情况下，液膜阻力构成了吸收阻力的主要矛盾，
气膜阻力可忽略不计，而液相吸收总系数可用液膜吸收系数 来代替，这种情况称为液膜阻力控制。
溶解度随物系、温度和压强的不同而异，通常由实验测 定。图6-1、图6-2、图6-3分别表示氨、二氧化硫和氧在水中 的溶解度与其气相平衡分压之间的关系(以温度为参数)。图 中的关系线称为溶解度曲线。
5
第6章 气体吸收
图6-1 氨在水中的溶解度 图6-2 二氧化硫在水中的溶解度 图6-3 氧在水中的溶解度
K Y kY 或
1 1 KY kY
1
1
即收吸质收的总吸阻收力速率KY 主主要要受由气气膜膜一吸方收的阻吸力收kY 阻所力构所成控。制这，就故是称说为，气吸
膜阻力控制。在这种情况下，气膜阻力是构成吸收阻力的主要
矛盾，液膜阻力就可以忽略不计，而气相吸收总系数可用气膜
吸收系数来代替。
25
第6章 气体吸收
12
第6章 气体吸收
6.3.2 吸收机理——双膜理论
双膜理论的模型如图6-4所示。
图6-4 气体吸收的双膜模型
13
第6章 气体吸收
其基本论点如下： 1.相互接触的气、液两流体间存在着稳定的相界面，相界面两 侧分别存在着作层流流动的气膜或液膜，吸收质以分子扩散方 式通过此二膜层。 2.无论气、液两相主体中吸收质的组成是否达到平衡，在相界 面上，吸收质在气、液两相中的组成关系都假设已达到平衡。 物质通过界面由一相进入另一相时，界面本身对扩散无阻力。 因此，在相界面上，液相组成Xi是和气相组成Yi成平衡的。 3.在两膜以外气、液两相的主体中，由于流体的充分湍动，吸 收质的浓度基本上是均匀的，因而没有任何传质阻力或扩散阻 力，即认为扩散阻力全部集中在两个膜层内。
21
第6章 气体吸收
6.3.4 吸收总系数
1.吸收系数的确定
吸收系数往往是通过实验直接测得的，也可以用经验公 式或用准数关联式的方法求算。实测数据是以生产设备或中 间实验设备进行实验而测得的数据；或从手册及有关资料中 查取相应的经验公式，计算出吸收膜系数后，再由公式求出 吸收总系数。这类公式应用范围虽较窄，但计算较准确；准 数关联式求得的数据，误差较大，计算也较为繁琐。工程上 多采用经验公式来确定，选用时应注意其适用范围及经验公 式的局限性。
6.1.2 吸收过程的分类 6.1.3 吸收剂的选择
2
第6章 气体吸收
6.2 吸收过程的相平衡关系
6.2.1相组成的表示方法
1．质量分率。混合物中某组分的质量与混合物总质量的比值， 称为该组分的质量分率，以xW表示。 2．摩尔分率。混合物中某组分的千摩尔数与混合物总千摩尔 数的比值，称为该组分的摩尔分率，以x表示。 3．比质量分率。混合物中某两个组分的质量之比称为比质量 分率，以 XW(或YW)表示。 4．比摩尔分率。混合物中某两个组分的千摩尔数之比称为比 摩尔分率，以X(或Y)表示。
6
第6章 气体吸收
6.2.3 气、液相平衡关系—亨利定律
亨利定律是描述互成平衡的气、液两相间组成关系的数 学表达式。它适用于溶解度曲线中低浓度的直线部分。由于 相组成有多种表示方法，致使亨利定律有多种形式。
1. p—x关系
当气相组成用分压p表示，液相组成用摩尔分率x表示时，吸 收质在液相中的组成与其在气相中的平衡分压成正比，其数 学表达式为：
4
第6章 气体吸收
6.2.2气体在液体中的溶解度
平衡状态下，溶液上方气相中溶质上的分压称为当时条 件下的平衡分压；而液相中所含溶质气体的组成，称为在当 时条件下气体在液体中的平衡溶解度，简称溶解度。习惯上， 溶解度是用溶解在单位质量的液体溶剂中溶质气体的质量来 表示，单位为：kg气体溶质/kg液体溶剂。
(6-11)
8
第6章 气体吸收
3. y—x关系
若溶质在气相与液相中的组成分别用摩尔分率y与x表示， 则亨利定律又可写成如下形式：
y mx
(6-13)
式中 y*—与液相组成平衡时溶质在气相中的摩尔分率； m —相平衡常数，无因次。
9
第6章 气体吸收
4. Y—X关系
若溶质在液相和气相中的组成分别用比摩尔分率X及Y表示
（6-22）
或
1 1m KY kY k X
（6-22a）
23
第6章 气体吸收
以及
KX
1 1
1
kY m kX
（6-23）
或
1 1 1 K X kY m kX
（6-23a）
式中 m—相平衡常数，由式6—14，m E 求出；
P
1 、1 KY KX
—与推动力（ΔY、ΔX）对应的总阻力。
11
第6章 气体吸收
物质在湍流流体中扩散时，主要是依靠流体质点的无规 则运动而产生的漩涡，引起各部分流体间的强烈混合，在有 浓度差存在的条件下，物质便朝其浓度降低的方向进行扩散。 这种借流体质点的湍动和漩涡来传递物质的现象，称为涡流 扩散。
分子扩散和涡流扩散的共同作用称为对流扩散。对流扩 散时，扩散物质不仅靠分子本身的扩散作用，并且依靠湍流 流体的携带作用而转移，而且后一种作用是主要的。对流扩 散速率比分子扩散的速率大得多。对流扩散速率主要决定于 流体的湍流程度。
NA kX (Xi X)
NA
Xi X 1/ kX
(6-18)
NA—吸收质A的分子扩散速率，kmol/m2·s；
kX—液膜吸收系数，kmol/m2·s；
Xi、X—吸收质A在相界面与液相主体的比摩尔分率。
17
第6章 气体吸收
3. 吸收速率总方程式
在吸收过程中，因吸收质从气相溶入液相，而使气相总量 和液相总量不断变化，这也使计算变得复杂。由于相界面上的 组成Yi、Xi不易直接测定，因而在吸收计算中很少应用气、液 膜的吸收速率方程式，而采用包括气液相的吸收速率总方程式。
则
NA
X X 1 KX
KX (X
X)
20
第6章 气体吸收
由此可得出，以液相比摩尔分率差（ΔX）表示推动力的吸 收速率总方程式：
NA KX (X X )
（6-21）
式中 Y*—与液相主体组成X平衡的气相组成（比摩尔分率）； X*—与气相主体组成Y平衡的液相组成（比摩尔分率）； KY—气相吸收总系数(kmol/m2·s)； KX—液相吸收总系数(kmol/m2·s)。
15
第6章 气体吸收
6.3.3 吸收速率方程
在吸收操作中，单位时间内单位相际传质面积上吸收的溶
质量称为吸收速率。表示吸收速率与吸收推动力之间的关系式 即为吸收速率方程式。
1. 气膜吸收速率方程式
吸收质A以分子扩散方式通过气膜的吸收速率方程式，可 表示为；
N A kY (Y Yi )
亦即
NA
(6-19)
18
第6章 气体吸收
由式(6-16)可知
Y mX ,Yi mX i
将上两式代入式(6-19)得，
NA
kY
(Y
Y i)
k
X
(Yi m
Y m
)
NA
Y Yi 1 kY
Yi Y m kX
Y Y
1 kY m kX
令
1 1m KY kY k X
第6章 气体吸收
6.1 概述 6.2 吸收过程的相平衡关系 6.3 吸收机理与吸收速率 6.4 吸收过程的计算 6.5 填料塔 6.6 解吸
第6章 气体吸收
6.1 概 述
6.1.1 气体吸收过程及其在工业上的应用
吸收是分离气体混合物的重要单元操作。这种操作是使 气体混合物与选择的某种液体相接触，利用混合气体中各组 分在该液体中溶解度的差异，有选择地使混合气体中一种或 几种组分溶于此液体而形成溶液，其他未溶解的组分仍保留 在气相中，以达到从气体混合物中分离出某些组分的目的。
22
第6章 气体吸收
2.吸收总系数与吸收膜系数的关系
在吸收计算中，要得到每一个具体过程中的吸收总系数是