气体吸收基本原理
气体吸收操作—吸收的基本原理认知(化工单元操作课件)
1. 相内传质：由于有浓度差，在一相内部发生的物质的传递； 2. 相际传质：从一相到另一相发生的物质的传递。
化工单元操作技术
二、相组成的表示方法
1. 易混淆的名词
例：75%空气-25%NH3 混合气体
（1）组分：混合物中的每种物质（溶质和惰性气体） （2）组成：混合物中组分的相对数量关系 用x(X)表示液相组成
传质过程也称为扩散过程，扩散的推动力是浓度差。
四、相内传质（扩散）的基本方式
化工单元操作技术
气液传质过程中，界面溶解即相际传质容易发生且速度很快，前后的相内传质很重要， 是如何进行物质传递的呢？
1. 扩散现象
（1）定义：由于浓度差，物质由高浓度向低浓度转移（最终各处浓度均相等）。
（2）推动力：浓度差
化工单元操作技术
2. 表示方法： （2）质量浓度和摩尔浓度
①质量浓度：混合物中某组分的质量mi与混合物的总体积V的比值，用符号 ρi表示。
ρi =mi/V
②摩尔浓度:混合物中某组分(溶质气体)的物质的量ni与混合物总体积V的比值， 用符号 ci表示。
ci= ni/V
化工单元操作技术
二、相组成的表示方法
②推动力：浓度差（唯一条件） （静止/层流/湍流）
是不是只有静止的 流体才会发生分子
扩散？
四、相内传涡流扩散：
在流体作湍流运动的主体区内，凭借流体的湍动造成流体质点相互碰撞和混合， 使组分从高浓度向低浓度方向传递，此现象称为涡流扩散。
①机理：流体的湍动造成流体质点相互碰撞和混合 ②推动力：浓度差、质点湍动
双膜理论的应用
任务：试用双膜理论分析工业吸收过程中，如何提高吸收过程的传质速
率以强化吸收效果？
（设法减小两膜的厚度，减小传质阻力——流速越大，气膜和液膜的厚度越薄， 增大流速，可以减小传质阻力，提高吸收速率。）
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。
气体吸收
第二章气体吸收第一节概述2.1.1 气体吸收过程一、什么是吸收：气体吸收是用液体吸收剂吸收气体的单元操作。
二、吸收基本原理：是利用气体混合物中各组分在某一液体吸收剂中溶解度的不同，从而将其中溶解度最大的组分分离出来。
三、吸收的特点：吸收是一种组分从气相传入夜相的单向扩散传质过程。
四、传质过程：借扩散进行物质传递的过程称为传质过程。
除吸收外，蒸馏.萃取.吸收.干燥等过程，也都属于传质过程。
五、S吸收剂（溶剂）S+液相吸收液（溶液）A扩散：由于微粒（分子.原子等）的热运动而产生的物质迁移现象。
可由一种或多种物质在气、液或固相的同一相内或不同相间进行。
主要由于温度差和湍流运动等。
微粒从浓度较大的区域向较小的区域迁移，直到一相内各部分的浓度达到一致或两相间的浓度达到平衡为止。
扩散速度在气相最大，液相次之，固相中最小。
吸收在化工生产中的应用极为广泛，其目的主要有四点：SO制98%的硫酸）。
一、制造成品（93%的硫酸吸收3二、回收有价值的气体，（焦化厂用洗油处理焦炉气以分离其中的苯等芳香烃）。
三、去掉有害气体（如合成氨厂用氨水或其它的吸收剂除去半水煤气中的硫化氢）。
四、三废处理：（如用吸收法除净硫酸生产尾气中的二氧化硫。
）总之吸收的目的可用四个字来概括：去害兴利。
2.1.2 气体吸收的分类一、物理吸收：吸收过程中吸收质只是简单地从气相溶入液相，吸收质与吸收剂间没有显著的化学反应或只有微弱的化学反应，吸收后的吸收质在溶液中是游离的或结合的很弱，当条件发生变化时，吸收质很容易从溶剂中解吸出来。
如用水吸收二氧化碳。
物理吸收是一个物理化学过程，吸收的极限取决于操作条件下吸收质在吸收剂中的溶解度、吸收速率则取决于吸收质从气相主体传递入液相主体的扩散速率。
物理吸收都是可逆的一般热效应较小。
二、化学吸收：吸收过程中吸收质与吸收剂之间发生显著的化学反应。
例如NaOH 吸收2CO 。
化学吸收时，吸收平衡主要取决于当时条件下吸收反应的化学平衡，吸收速率则取决于吸收质的扩散速率和化学发应速率，因为化学吸收降低了吸收质的浓度故吸收速率一般比同样条件下没有化学反应的物理吸收速率大。
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
20
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
28
理想气体：
pA cA RT
dc A 1 dp A = dz RT dz
DAB dpA JA RT dz
25
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 。
26
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。
16
（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
气体 吸收
例10-3 调整的净现值法的应用 假定已知某公司的信息如下：
营业收入：每年为500万元，永续年金； 营业成本：为营业收入的60%； 折旧：每年为50万元； 净营运资本增加额：每年为0元； 资本支出：每年为50万元； 所得税税率为25%，全权益融资公司的资本成本
R0为2
一、亨利定律的表达式
2. p～c关系 若溶质在气、液相中的组成分别以分压p、摩
尔浓度 c 表示，亨利定律为
p* c H
H — 溶解度系数，kmol/(m3·kPa)
一、亨利定律的表达式
3. y～x关系
若溶质在气、液相中的组成分别以摩尔分数
y、x表示 ，亨利定律为
y* mx
x* p E
c* Hp x* y
m
X* Y m
二、各系数间的关系
推导可得亨利定律表达式各系数间的关系如下：
E～H 关系 E～m 关系 H～m 关系
H EM S
m E P 1
H PM S m
溶液 密度
溶剂 S 的 摩尔质量
一、判断传质进行的方向
设某瞬时 气相中溶质的实际组成为Y
液相中溶质的实际组成为X
气体在 液体中 溶解度
pA f (xA)
平衡方程
pA ～ xA曲线 溶解度曲线
气体（A＋B）
A 溶解 A 逸出
液体 S
易溶
400 50
氨在水中的溶解度
中等溶解度
68 50
二氧化硫在水中的溶解度
难溶
0.002
50
氧在水中的溶解度
二、温度、压力对溶解度的影响
讨论
温度对溶解度的影响 压力对溶解度的影响
解度不同。
吸
收
原料气 A＋B
气体吸收实验
• 吸收剂的进口条件：流量L、温度T、浓度X2，是控制和调 节吸收操作的三要素。
• 改变吸收剂用量是对吸收过程进行调节最常用的方法。
2.吸收总传质系收塔的结构与流程； 2.了解吸收剂进口条件的变化对吸收操作结果 的影响； 3.掌握吸收总传质系数的测定方法。
二、基本原理
• 气体吸收过程是利用气体中个组分在同一种液体（溶剂） 中的溶解度的差异而实现组分分离的过程。
• 能溶解于溶剂中的组分为吸收质或溶质A，不溶解的组分 为惰性组分或载体B，吸收时采用的溶剂为吸收剂S。 1.吸收塔的操作和调节 • 吸收操作的结果最终表现在出口气体的组成Y2上，或组分 A的回收率η上。
化工原理教学课件第四章(吸收)第0节
是变化的。如用水吸收混于空气中氨的过程，氨作
为溶质可溶于水中，而空气与水不能互溶（称为惰
性组分）。随着吸收过程的进行，混合气体及混合
液体的摩尔数是变化的，而混合气体及混合液体中 的惰性组分的摩尔数是不变的。此时，若用摩尔分 率表示气、液相组成，计算很不方便。为此引入以 惰性组分为基准的摩尔比来表示气、液相的组成。
度的大小，m 值越大，则表明该气体的溶解度越小；反之，
则溶解度越大。
若系统总压为P，由理想气体分压定律可知
同理
p=Py
将上式代入式2-1可得
将此式与式2-5比较可得： (2-6) 将式2-6代入式2-4，即可得H～m的关系为： (2-7)
(4) Y ～X关系
式2-5是以摩尔分率表
示的亨利定律。在吸收过程中，混合物的总摩尔数
摩尔比的定义如下：
X＝(液相中溶质的摩尔数)/(液相中溶剂的摩尔数)＝ Y＝(气相中溶质的摩尔数)/(气相中惰性组分的摩尔数)＝ (2-8)
上述二式也可变换为:
(2-10) (2-11)
(2-9)
将式2-10和2-11代入式2-5可得：
整理得 (2-12) 当溶液组成很低时， <<1，则式2-12可简化为 (2-13)
的饱和组成。
气体在液体中的溶解度可通过实验测定。由实验结果 绘成的曲线称为溶解度曲线，某些气体在液体中的溶解度 曲线可从有关书籍、手册中查得。
图片2-3、图片2-4和图片2-5分别为总压不很高时氨、 二氧化硫和氧在水中的溶解度曲线。从图分析可知： （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，其中氨在水中的溶解度最大 ，氧在水中的溶解度最小。这表明氨易溶于水，氧难溶于 水，而二氧化硫则居中。 （2）对同一溶质，在相同的气相分压下，溶解度随温度 的升高而减小。 （3）对同一溶质，在相同的温度下，溶解度随气相分压 的升高而增大。
气体吸收知识点总结
气体吸收知识点总结一、气体吸收的基本原理气体吸收是一种物理与化学相结合的过程，其基本原理主要包括气体与溶剂之间的质传和能传。
质传是指气体分子在气-液界面附近的扩散传输，包括气体分子的渗透、重新吸附和溶解等过程。
能传是指气体分子在溶液中释放或吸收能量，从而参与到化学反应中。
对于溶液吸收来说，通常会发生溶解、吸附、反应等过程。
在气体吸收过程中，溶剂的选择是十分重要的。
常用的溶剂包括水、乙醇、甲醇、丙酮等。
不同的溶剂对于不同的气体有着不同的选择，具体的选择需要考虑其溶解度、选择性、毒性、成本等因素。
二、影响气体吸收的因素1. 气体性质气体的性质对气体吸收的影响十分显著。
例如，气体的溶解度、扩散系数、表面张力等均会影响气体在溶液中的吸收速率。
2. 溶剂性质不同的溶剂对气体的溶解度不同，对于不同的气体有不同的选择。
此外，溶剂的粘度、温度、酸碱性等也会影响气体的溶解和吸收速率。
3. 操作条件操作条件包括温度、压力、气体流量、溶液浓度等。
这些操作条件对气体吸收的速率、效率、能耗等方面都有着重要的影响。
4. 设备结构设备结构对气体吸收的效率、能耗、稳定性等都有很大的影响。
例如，吸收塔的塔板设计、填料结构、液体循环方式等都会对气体吸收过程产生影响。
5. 质量传递模式质量传递模式包括气体-液体相间的传递和气体在液相中的扩散传递。
传质速率和传质方式会对气体吸收过程产生影响。
6. 气液接触方式气液接触方式包括气液接触面积、气液接触时间等。
这些因素直接影响着气体分子与溶剂分子之间的相互作用过程。
三、气体吸收的工艺方法根据气体吸收过程中气体与溶剂之间的相互作用方式，气体吸收的工艺方法主要包括物理吸收、化学吸收和生物吸收等。
1. 物理吸收物理吸收是指气体分子在溶剂中的溶解和吸附过程。
物理吸收的主要方式包括分子间力作用（如范德华力、静电作用）和气液相间传递。
常见的物理吸收方法包括吸附、解吸、扩散等过程。
物理吸收主要应用于一些低气体浓度和不易发生化学反应的气体分离和净化。
2.1气体吸收基本原理
20
式中 NA—溶质A的对流扩散速率，kmol/（m2.s）； D—溶质A在气相的扩散系数，m2/s; ZG—气相有效滞流膜层厚度，m ； P—气相总压，Pa ； p—气相主体中溶质A分压，Pa ； pi—相界面处的溶质A分压，Pa ； pBm—惰性组分B在气相主体与相界面处的分压的 对数平均值，Pa；
在吸收过程中，当气相中溶质的实际分压p高于其与液相成平衡的 溶质分压时，即p＞p*时，溶质便由气相向液相转移，于是就发生了吸 收过程。p与p*的差别越大，吸收的推动力越大，吸收的速率也越大； 反之，如果p＜p*，溶质便由液相向气相转移，即吸收的逆过程， 称为解吸（或脱吸）。 因此，我们必须弄清吸收过程中的气液平衡规律。而要进行吸收过 24 程的计算，也必须弄清楚平衡关系。
可用亨利定律表示在一定温度下，吸收气体的平衡分压 与其在液相中浓度的关系。在一定温度下，则p*只是x的 函数。
P f ( x)
对于稀溶液，上列 平衡关系式可以是一条 通过原点的直线（见图 1-2中SO2的溶解度曲 线），即气液两相的浓 度成正比。
图1-2 气体在液体中的溶解度
25
在总压不很高（一般小于5×105Pa）时，在一定温度下， 当溶解达到平衡时，稀溶液上方溶质A的平衡分压与其在溶液 中的浓度成正比。
21
同理，有效滞流膜层的概念，也完全适用于相界面的液 相一侧，在液相一侧的对流扩散速率方程可写为：
D 'C NA (ci c) Z L cSm
式中 D`—溶质A在液相中的扩散系数,m2/s； ZL—液相有效滞流膜层厚度，m； c—液相主体中溶质A浓度，kmol/m3； ci—相界面处溶质A浓度，kmol/m3 ； csm—溶剂在液相主体中与相界面处的浓度对数平 均值，kmol/m3，（其它符号的意义与单位同前）。
第8章 化工原理气体吸收
8.3.1双组分混合物中的分子扩散
⑴费克定律 温度、总压一定，组分A在扩散方向上任 一点处的扩散通量与该处A的浓度梯度成正比。
dCA J A DAB d
JA——组分A扩散速率（扩散通量）， kmol/（m2· s）；
dCA ——组分A在扩散方向z上的浓度梯度（kmol/m3）/m； d DAB——组分A在B组分中的扩散系数，m2/s。
பைடு நூலகம்G L
8.3.5对流传质理论
②数学模型
DG p DG 1 ( pA pAi ) p ( y yi ) 气膜 N A RT G pBm RT G yBm
式中：
pBm yBm (1 y ) m p DG DG 1 DG p 1 kG RT G pBm RT G yBm RT G (1 y )m
pB1 pA1 pA2
0 扩散距离z
z
3）等分子反方向扩散发生在蒸馏过程中。
2．单向扩散及速率方程
JA
（1）总体流动：因溶质Ａ扩散到界面溶 解于溶剂中，造成界面与主体的微小压差， NMcA/c 使得混合物向界面处的流 动。 总体流 动NM NMcB/c （2）总体流动的特点： JB 1）因分子本身扩散引起的宏观流动。 2）A、B在总体流动中方向相同，流动 速度正比于摩尔分率。 1 2
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。 理想气体：
pA cA RT
dc A 1 dp A = dz RT dz
DAB dpA JA RT dz
8.3.1双组分混合物中的分子扩散
对双组分混合物，总浓度 CM CA CB ＝常数
dC A dC B d d
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。
化工原理第八章气体吸收
实验结果讨论与误差分析
03
分析实验过程中可能出现的误差来源，如测量误差、操作误差、环境误差等，并提出相应的改进措施。
误差分析
根据实验数据和分析结果，讨论气体吸收过程中的传质机理、影响因素以及优化措施。
实验结果讨论
总结实验结果和误差分析，得出关于气体吸收实验的结论，为后续研究和应用提供参考。
实验结论
过程模拟软件介绍
2
1
3
过程模拟软件是一种基于计算机技术的数值模拟工具，可以对化工过程进行建模和模拟，预测过程的性能和行为。
过程模拟软件可以用于气体吸收过程的建模和模拟，包括吸收塔的设计、操作条件的优化、过程性能的预测等。
在气体吸收中的应用
在使用过程模拟软件时，需要注意模型的准确性、数据的可靠性以及计算结果的合理性等方面。
第二小节
气体吸收设备类型及特点
填料塔结构与工作原理
填料塔结构
主要包括塔体、填料、液体分布器、气体进出口管等部分。塔内装有一定高度的填料，以增加气液接触面积，促进吸收过程。
工作原理
气体从塔底进入，通过填料层时与从塔顶喷淋下来的吸收液充分接触，完成吸收过程。填料的存在使得气液两相在较小的空间内得到充分混合，提高了吸收效率。
制定详细的实验步骤和操作规范，包括装置启动、气体和液体流量调节、温度控制、数据记录等。
实验操作规范
实验装置搭建
数据采集、处理和分析方法
使用流量计、压力表、温度计等测量仪器，实时记录气体和液体的流量、压力、温度等参数。
对实验数据进行整理、筛选和计算，得到气体吸收量、吸收速率、传质系数等关键指标。
采用图表、曲线等形式对实验数据进行可视化分析，探讨气体吸收过程中的影响因素和规律。
软件使用注意事项
化工原理下册气体吸收
第8章气体吸收dC A dz因为C MD C B2 C M D C A1 —A2N Aln ——CB1 5 C B 2 —'C B1DC ：m CA1C A2lnDPln P B2 RT P BIRT P BmP AI -P A2液膜中的传质速率 NA = kx ( X A,iX A)或NA = k l (C A,i - CA )111式中，KxFK y ，K x'x k y m11m------- = ----------------- "T -------------K ykyk xD C Al — C A2D AB ---------- 7 ----------O2、单向扩散和主体流动(分子扩散 +同方向上缓慢的总体流动)速率引起缓慢的总体流动的原因：溶质A 不断在气液相界面上发生溶解，自气相中消失，使得气液相界面附近的气相中产生空穴位，因此，引起缓慢的总体流动来补充所产生的空穴位。
如果是在气相中的传质，组分的浓度可以用分压表示，则3、对流传质 集总参数法表示传质速率气膜中的传质速率N A 二 k y (y A -y A,i )或 N A 二 k G (P A - P A,i )式中，k y =Pk G ，k x = Pk l 包括气膜和液膜的总传质速率N A =K y (y A - y A,e )或 N A = K x (X A,e - X A )解吸操作，包括气膜和液膜的总传质速率N A 二 K y (y A,e 一 Y A )或 N A 二 K X (X A - X A,e )4、传质控制如果m1 ————，则 K y k y ，传质过程为气膜阻力控制，k xk yNM - Nnet,ACB2CB1如果1 1- ，则K x k x，传质过程为液膜阻力控制。
mk y k x塔内任一横截面上气相组成 y 与液相组成x 之间的关系式，即操作线方程式:L八 G xy2- X 2L 和填料层高度H 。
化学气体吸收过程
化学气体吸收过程化学气体吸收过程化学气体吸收是一种常见的化学工程处理技术，常用于去除废气中的有毒有害气体，以及净化生产过程中的废气和废水，使其达到环境和安全要求。
化学气体吸收可以通过化学反应将气体转化为无害的物质，也可以将气体固定在吸收剂中，避免其释放到大气中造成污染。
本文将介绍化学气体吸收过程的基本原理、分类、影响因素、吸收剂及应用。
一、基本原理化学气体吸收是一种气液相的质量传递过程，即气体分子在被液体吸收剂接触后被相互作用吸附或溶解到溶液中的过程。
在化学气体吸收过程中，气体分子在其与吸收剂接触的过程中，会出现发生化学反应的可能性，从而转化为固体、液体或气体形式被吸收。
因此，化学气体吸收包含了物理吸附、化学吸附、化学反应和物化反应等多种吸收方式。
二、分类化学气体吸收根据吸收剂的不同可分为物理吸收、化学吸收和氧化吸收等几种方式。
1. 物理吸收物理吸收是通过物理机制使有害气体与液体吸收剂接触，并通过吸收剂的溶解作用来吸收气体。
一般是在吸收剂表面形成单分子层，所需吸收剂量较大，吸收条件较严格。
常用的物理吸收剂包括水、乙醇、乙二醇、甲醇和石油醚等。
2. 化学吸收化学吸收是指有毒气体在吸收剂中发生化学反应转化为无毒无害物质的过程。
化学吸收的运动学限制比物理吸收小，吸收能力较大，一般选择环境稳定的物质作为吸收剂。
常用的化学吸收剂包括碱式氢氧化物、浓酸、氨水、多羟基化合物等。
3. 氧化吸收氧化吸收是指通过氧化作用将有毒气体转化为无毒气体的过程。
氧化吸收使用较多的是一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物的吸收。
常用的氧化吸收剂包括過酸和過氧化氫等。
三、影响因素化学气体吸收过程的效果不仅受吸收剂的选择和气体的组成影响，还受到以下因素的影响：1. 温度一般情况下，温度升高会使气体分子在液体表面的扩散速度增快，从而提高了吸收剂的吸收能力。
但当温度过高时，吸收剂中的某些元素可能会溶解，对系统产生不利影响。
2. 流量气体流量是化学气体吸收过程中的另一个重要参数。
气体吸收的原理是利用能量
气体吸收的原理是利用能量气体吸收原理是指在气体分子与固体或液体界面发生相互作用时，气体分子会被吸附或吸附到固体或液体表面上的现象。
这种吸附实际上是能量的转移过程，气体分子在与固体或液体接触时，通过分子之间的相互作用，使得气体分子因受到吸附力的作用而留在固体或液体表面。
气体吸收的原理可以分为物理吸附和化学吸附两种不同的机制。
物理吸附又称为范德华吸附，其机理基于分子之间的范德华力（van der Waals 力）。
这种范德华力是由于分子之间的诸多作用力引起的，如分子之间的静电作用力和诱导力等。
当气体分子接近固体表面时，范德华力会使气体分子受到吸附力的作用而留在固体表面上。
物理吸附是可逆过程，受温度和压力等条件的影响较大。
化学吸附是指气体分子与固体或液体表面发生化学反应的吸附过程。
在化学吸附中，气体分子与固体表面的原子或分子发生相互作用，形成化学键或键合，使气体分子被吸附到固体表面上。
这种吸附是不可逆的，并且通常要求一定的温度和化学活性等条件才能进行。
气体吸附的原理中，能量起着重要的作用。
吸附过程中，固体表面吸附现象会释放吸附位能，而气体分子与固体表面接触的能量会发生转移，使气体分子获得一定的总能量，以克服其自身分子间的相互作用而留在固体表面。
相反，脱附过程中则需要外界能量，如热量或其它形式的能量输入，才能使被吸附的气体分子脱离固体表面。
因此，吸附是一个能量的传递过程。
吸附过程中能量的传递可以通过两种方式进行，一是通过表面活性中心的物理吸附或化学键的化学吸附，二是通过固体和气体分子之间的碰撞传递。
在物理吸附中，范德华力的作用使气体分子受到吸附力的作用而附着在固体表面，吸附位能被释放给气体分子，使其获得一定的能量。
在化学吸附中，化学键的形成释放出更多的吸附位能，使气体分子获得更多的能量。
总之，气体吸附的原理是通过能量的传递过程，使气体分子与固体或液体表面相互作用并被吸附或吸附到固体或液体表面上。
这种吸附过程可以是物理吸附或化学吸附，其中范德华力和化学键的形成是能量传递的重要机制。
气体吸收的原理
吸收速率方程
吸收速率方程是描述气体吸收速率的数学模型。它通常由实验数据拟合得到，反映了气体吸收速率与操作条件之 间的关系。
03
气体吸收的影响因素
温度与压力
温度
温度越高，气体分子的运动速度越快 ，有利于气体在吸收剂中的扩散和溶 解，提高吸收速率。
噪声控制
气体吸收技术也可用于噪 声控制，如消音器、隔音 罩等的设计和制造。
在能源领域的应用
燃料脱硫
在化石燃料的燃烧过程中，会产生大量的硫化物，气体吸收技术可用于燃料脱硫，以减 少硫化物对环境的污染。
氢能储存
气体吸收技术可用于氢能的储存和运输，通过特定的吸收剂将氢气储存于其中，并在需 要时进行释放。
吸收平衡
平衡常数
平衡常数是描述气体在液体中溶解达到平衡状态时的浓度比 值。平衡常数的大小取决于温度和压力，反映了气体在液体 中的溶解能力。
平衡移动
当气体的分压大于其在液体中的溶解度时，平衡状态向吸收 方向移动；反之，当气体的分压小于其在液体中的溶解度时 ，平衡状态向解吸方向移动。
吸收速率
扩散系数
吸收过程的重要性
01
02
03
环境保护
气体吸收在处理工业排放 和大气污染方面具有重要 作用，能够去除有害气体， 保护环境。
工业流程
在许多工业流程中，气体 吸收用于分离和纯化气体 混合物，生产高纯度气体 或液体产品。
科学研究
气体吸收是研究气体与液 体之间相互作用的重要手 段，有助于深入了解物质 的性质和化学反应机制。
基于气体与液体之间的物理性质的差异进行的吸收，而化学吸收则是基
化工原理-气体吸收_图文
• 气体的溶解度与温度有关，一般来说，温度下降则气体的 溶解度增高。
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。例：图2-2，2-3，2-4。
本章以分析单组分的等温物理吸收为重点，以便掌握最基本 的原理。
• 气体吸收是物质自气相到液相的转移，这是一种传质过程。 • 混合气体中某一组分能否进入溶液里，既取决于该组分的分压，
也取决于溶液里该组分的平衡蒸汽压。如果混合气体中该气体的 分压大于溶液的平衡蒸汽压，这个组分便可自气相转移至液相， 即被吸收。由于转移的结果，溶液里这个组分的浓度便增高，它 的平衡蒸汽压也随着增高，到最后，可以增高到等于它在气相中 的分压，传质过程于是停止，这时称为气液两相达到平衡。 • 反之，如果溶液中的某一组分的平衡蒸汽压大于混合气体中该组 分的分压，这个组分便要从溶液中释放出来，即从液相转移到气 相，这种情况称为解吸（或脱吸）。 • 所以根据两相的平衡关系可以判断传质过程的方向与极限，而且 ，两相的浓度距离平衡愈远，则传质的推动力愈大，传质速率也 愈大。 • 吸收操作的分析，应该从气液两相的平衡关系与传质速率关系着 手，本章各节即如此展开讨论。
y
相对于气相浓度而言实
际液相浓度过饱和
(x>x*)，故液相有释放
o
溶质 A 的能力。
y*=f(x)
吸收溶质
Q
释放溶质
x* x x
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。
传质过程的方向
气、液相浓度(y,x)处于
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
气体吸收的原理应用
气体吸收的原理应用1. 气体吸收的概述•气体吸收是一种常见的分离和纯化气体的方法。
•气体吸收的原理是通过气体分子在液体中的溶解来实现。
•气体吸收可以应用于多个工业领域，如环保、化工、制药等。
2. 气体吸收的原理•气体吸收的原理基于亨利定律，即气体在液体中的溶解度与气体的分压成正比。
•在气液界面，气体分子与液体分子发生相互作用，使气体分子从气相转移到液相。
•气体溶解度受到温度、压力和溶液性质的影响。
3. 气体吸收的应用3.1 环境保护•气体吸收在环境保护中起到重要作用。
•通过气体吸收可以去除大气中的污染物，如二氧化硫、氮氧化物等。
•采用适当的吸收剂，可以高效地将污染物吸收到液体中，减少对大气的污染。
3.2 化工工艺•在化工工艺中，气体吸收常用于纯化和分离气体。
•比如，酸碱气体可以通过吸收与液体中的酸碱反应来进行分离。
•气体吸收还可以用于去除废气中的有害物质，提高产品质量。
3.3 制药工业•在制药工业中，气体吸收常用于分离和纯化药品。
•比如，离子交换树脂可以通过吸收气体中的杂质来提高药品的纯度。
•气体吸收还可以用于去除反应过程中的副产物，提高产品的纯度和产率。
4. 气体吸收实验•进行气体吸收实验可以更好地理解气体吸收的原理和应用。
•实验材料包括气体源、吸收器、溶液和测量设备。
•实验步骤包括设定好实验条件、将气体通入吸收器、记录吸收效果等。
•实验结果可以通过计算和观察来获得。
5. 气体吸收设备•在实际应用中，气体吸收需要使用到特定的设备。
•常见的气体吸收设备有吸收塔、填料塔和液罐等。
•这些设备可以提供较大的气液接触面积，实现高效的气体吸收效果。
6. 气体吸收的优势和限制•气体吸收具有高效、灵活、节能等优势。
•然而，气体吸收也存在一些限制，如需要消耗大量的溶液、设备投资较大等。
7. 结论•气体吸收作为一种常见的气体分离和纯化方法，具有广泛的应用领域。
•进一步研究和应用气体吸收技术，有助于提高环境保护、化工工艺和制药工业的效率和效果。
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液态A物质
11
气体在气相中的扩散
• 扩散系数
– 物质的特性常数之一 – 影响因素：
• • • • 介质的种类 温度 压强 浓度
12
• 在气相中的扩散（Gilliland 方程）
DAB 1.8 104 T 0.5 [V
0.5 A 0.5 2 B
V ] A
MA
[
1 1 0.5 ] MA MB
能使组分之间几乎完全分离。这就是传质分离的物理基础。
3
传质是一个速率过程，其传质推动力是化学位差，包 括浓度差、温度差、压力差等，但常见的传质过程都是 由浓度差引起的。其传质阻力则须视具体情况而定，在 实际计算中，常把传质阻力看成是传质系数的倒数，即： 传质速率= 传质推动力/传质阻力=传质系数 × 浓度差
8
Fick定律
表示扩散方向与浓度梯度方向相反
J A, z DAB
扩散通量，kmol/m2s
dC A dz
相界面
气相
液相 传质方向
A 在 B 中的扩散系数 m2/s
Fick定律的其它表达形式：
J A, z DAB
dc A d p A RT DAB dp A DAB dz dz RT dz
p0 T 3 D D0 ( )2 p T0来自10扩散系数的测量
• Stephan过程
DAB
2 A1 L2 L RT 2 1 P ln( pB1 / pB 2 ) M A 2t
A1－液体A的密度，g/m3
L1－液体的初始高度，cm
L2 －液体的最终高度，cm
pB 2 －分别为L1、L2时空气分压 pB1、
2
在传质过程中，组分是从高浓度区传至低浓度区。当两 相接触的时间足够长，组分在两相间的传递将达到平衡， 此时两相的组成将维持恒定，但并不相同。在大多数传质 操作中，互相接触的两相往往只能部分互溶。当达到平衡 以后，两相的组成和接触之前相比会有改变。 把两相分开以后，组分就可以获得一定的分离效果。如 果将两相的接触与分离适当地组织起来反复进行，则有可
9
扩散系数D是物性参数，表示物质在某介质中的扩散 能力，其值与扩散物质与介质的种类有关，且随温度 的上升和压力的下降而增大。 扩散系数的数值应由实验方法求得，也可在相关手 册或文献中查得。若无可靠数据也可通过相应的经验 公式计算获得。若已知温度T0，压力为p0下的扩散系 数D0，也可通过下式计算条件为T、P时的D值：
J A D AB dcA dz
7
上式表示A与B的混合物中，A沿Z方向扩散的速率。 式中 JA—A的扩散速率或称扩散通量，kmol/m2.s ； dc A —A的浓度梯度； dz DAB—A在AB混合物中的扩散系数，m2/s ； “-”—负号表明扩散是沿浓度下降的方向进行的。 上式告诉我们，当物质A在A、B混合物中扩散时， 任一点处的扩散通量与该位置上的浓度梯度成正比，它是 对物质分子扩散现象基本规律的描述。
10
( M B )0.5 T
BV
0.5 A
B－液体的粘度，cp －溶剂的缔结因数，水2.6，甲醇1.9，乙醇1.5， 非缔结如苯、乙醚为1.0
– 扩散系数随溶液浓度变化很大 – 上式只适用于稀溶液
15
气体在液相中的扩散
• 某些物质在水中的扩散系数（20oC，稀溶液）
16
（2）对流扩散 对流扩散是湍流主体与相界面之间的涡流扩散和分 子扩散这两种传质作用的总称。 物质在湍流流体中传递，主要是依靠流体质点的无 规则运动，湍流中发生的旋涡，引起各部流体间的剧烈 混合，在有浓度差存在的条件下，物质便向其浓度降低 的方向传递。这种凭借流体质点的湍动和旋涡来传递物 质的现象，称为涡流扩散。 在流体的扩散研究中，由于涡流扩散，传质过程比 较复杂，常常把对流扩散中的涡流扩散进行简化，用分 子扩散来描述。
前者是发生在静止或滞流流体中，凭借流体分子的热运 动传递物质； 后者发生在湍流流体中，凭借流体质点的湍动和旋涡传 递物质。
将一勺糖投于一杯水中，稍候，整杯水就会变甜，这就是 分子扩散的表现；而如果用勺搅动，则将甜得更快更匀， 这便是对流扩散的效果。
气体扩散过程
分子扩散－分子运动引起 湍流扩散－流体质点运动引起
T－绝对温度，K
DAB－扩散系数，cm2/s M－气体的摩尔质量
3 V －气体在沸点下呈液态时的摩尔体积,cm /mol A－气体密度，g/cm3
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气体在气相中的扩散
• 部分气体在空气中的扩散系数（0oC，101.33kPa）
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气体在液相中的扩散
• 在液相中的扩散系数
– 估算方程
DAB 7.4 10
6
（1）菲克（Fick）定律 在静止或滞流流体中，分子的运动是漫无边际的， 若一处某种分子的浓度较邻近的另一处为高，则这种分 子离开的便比进入的多，其结果自然是物质从浓度较高 的区域扩散到浓度较低的区域，两处的浓度差，便成了 扩散的推动力。 用来描述分子扩散速率的定律是著名的菲克定律， 或称菲克第一扩散定律。即：
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研究一下湿壁塔中气 液的传质。图1-1(a) 示意 绘出湿壁塔的一段。考虑 稳定吸收中任何一横截面 m－n上相界面的气相一侧 溶质A浓度分布情况。在 图1-1（b）中，横轴表示 离开相界面距离Z，纵轴 表示溶质A的分压p 。气 体虽呈湍流流动，但靠近 相界面处仍有一个滞流内 层，其厚度以Z’G表示，湍 动程度愈高，Z’G愈小
气体吸收基本原理
马双忱
1
1.2.1吸收法气态污染物控制原理
燃煤电厂气态污染物的脱除过程，可以是一个烟气中混 合物分离的过程，一般主要采用气体吸收或吸附的方法， 这些方法皆涉及到气体扩散； 也可以不把污染物从混合物中分离，而采用化学转化 的方法将污染物转化为环境无害物，一般采用催化转化法。 这些基本都是化工行业通用的单元操作过程，其内容包括 流体输送、热量传递和质量传递。 其中气体吸收、吸附和催化转化都涉及到质量传递过 程，简称传质。
这样，确定传质速率的关键问题就在于如何求取不同 条件下的传质系数。
气体的传质过程是借助于气体扩散过程来实现的。
4
气态污染物控制技术基础
• 气体扩散
– 气体在气相中的扩散
– 气体在液相中的扩散
• 气体吸收
– 吸收机理
– 气液平衡
– 物理吸收
– 化学吸收
5
1.2.1.1气体扩散
气体扩散的方式有分子扩散和对流扩散。