化工原理第五章气体吸收
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 第五章 气体吸收
第五章气体吸收第一节概述§5.1.1概述一、传质过程从本章起,讨论化工生产中的传质过程及其典型设备。
传质过程是指物质通过相界面从一相迁移至另一相的过程，以下图示意：>，则A物质就会从相迁移至相。
迁移的结果使得相的A、B据热力学知识，两物质得以一定程度或完全分离，而相形成了A、B两物质的混合物。
因此相内进行的是A、B的分离过程，相内进行的是A、C的混合过程。
研究传质过程就是研究物质通过相界面的迁移过程的基本规律以及主要受这些基本规律支配的若干单元操作。
混合物系的分离对我们来说并不陌生，在上册中我们已经学习掌握了非均相物系的分离方法，相应单元操作如沉降、过滤等，从这一章起要来讨论均相物系的分离。
用下表来比较说明非均相、均相物系的分离情况：本学期的任务就是要掌握气体、液体蒸馏、液液萃取和固体干燥这四个单元操作的基本原理及其典型设备的设计。
二、气体吸收吸收操作是分离气体混合物的方法之一。
吸收操作的分离依据是混合物各组分在某种溶剂（吸收剂）中溶解度的差异，从而达到的目的。
例如：将含的空气通入水中，因、空气在水中溶解度差异很大，NH3很容易溶解于水中，形成氨水溶液，而空气几乎不溶于水中。
所以用水吸收混合气体中的能使、空气加以分离，并回收。
一般地，混合气体中能溶解的组份称为溶质或吸收质，用A表示（）；混合气体中不能溶解的组份称为惰性成分或载体，用B表示（空气）；吸收操作中所用的溶剂称为吸收剂或溶剂，用S表示（水）;吸收操作中所得的溶液称为吸收液，用S+A表示;吸收操作中排除的气体称为吸收尾气，用（A）+B表示;吸收的目的有三个：1．分离混合气体以获得一定的组分。
（例子：硫酸吸收焦炉气中的，洗油吸收焦炉气中的苯、甲苯蒸汽。
）2．除去有害组分以净化气体。
（例子：用水或钾碱液吸收合成氨原料气中的二氧化碳。
）3．制备某种气体的溶液。
（例子：用水吸收氯化氢、三氧化硫、二氧化氮制得酸。
）实际过程往往同时兼有净化和回收双重目的。
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。 .
28
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 PPT 气体吸收
cm
S
MS
c A cm x
cA
S
MS
x
H
S
EM S
化工与材料工程学院---Department of Chemical and Materials Engineering
（3）E与m的关系 由理想气体的分压定律:
p A * py* Ex
y mx
*
E y* x p
吸收剂应具有的特点： 溶解度：大 敏感性：好 选择性：高 蒸汽压：低（不易挥发，减少溶剂损失，避免在气体中引入新的杂质） 粘 度：低（利于传质及输送） 比 热：小（再生时耗热量小） 发泡性：低（以免过分限制气速而增大塔的体积） 腐蚀性：低（减少设备费和维修费） 安全性：好（避免易燃易爆） 经济性：易得到、易再生
5.1 概述（Introduction）
利用混合气体中各组分(component)在某液体溶剂中的溶解度 (solubility)的差异而分离气体混合物的单元操作称为吸收。吸 收操作时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。
化工与材料工程学院---Department of Chemical and Materials Engineering
（2）气、液相组成分别用溶质A的摩尔分数y、x表示：
y mx
*
y* —— 与组成为 x 的液相呈平衡的气相中溶质的摩尔分数；
m —— 相平衡常数，m值越大，表明该气体的溶解度越小；
如果把氨气和水共同封存在容器中，令 体系的压力和温度维持一定，由于氨易溶于 水，氨的分子便穿越两相界面进入水中，但 进到水中的氨分子也会有一部分返回气相， 只不过刚开始的时候进多出少。水中溶解的 氨量越多，浓度越大，氨分子从溶液逸出的 速率也就越大，直到最后，氨分子从气相进 入液相的速率便等于它从液相返回气相的速 率，氨实际上便不再溶解进水里，溶液的浓 气体溶解示意图 度也就不再变化，这种状态称为相际动平衡， 简称相平衡或平衡。
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。
化工原理第五章气体吸收
（二）不同气体在同一吸收剂中的溶解度 （1）
几x*N种H3气体x在S*O水2 中的x溶C*O解2 度曲xO*线2
13
• （2）不同气体用同一吸收剂吸收，所得溶液浓度相 同时，易溶气体在溶液上方的平衡分压低，而难溶 气体在溶液上方的平衡分压大。
14
（三）总压对溶解度的影响
y
A
P
pA
x*A
20℃下SO2在水中的溶解度
cA H
H——溶解度系数， kmol/（m3·kPa） cA——摩尔浓度，kmol/m3；
E与H的关系： H c E
19
H的讨论：1）H大，溶解度大，易溶气体 2）P对H影响小，
T H
20
2) y * mx
m——相平衡常数，无因次。
m的讨论：1）m大，溶解度小，难溶气体 2）T m
p m
气相
液相
41
讨论
1） N A p A1 p A2
2）组分的浓度与扩散距离z成直线关系。
pA1 pB1
0
p 扩散距离z
pB2 pA2 z
3）等摩尔逆向扩散发生在蒸馏过程中。
42
• 传动——第一章 流体流动
• 传热——第四章 传热
• 传质——
第五章 吸收 （组分A通过静止
组分B的扩散）
第六章 蒸馏 （等摩尔逆向扩散）
处的扩散速率与该处A的浓度梯度成正比。
理想气体，有：
JA
DAB
dcA dz
或
JA
DAB RT
dpA dz
JA——组分A扩散速率（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/m3）/m；
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。
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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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。
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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-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
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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
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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
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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。
化工原理讲稿气体吸收课件
ye
y
M
o
对解吸而言：
xe
xx
若保持液相浓度x不变，气相浓度y最高只能升到与之相平
衡的浓度ye，即 ymax=ye； 若保持气相浓度y不变，则液相浓度x最低也只能降到与气
相浓度y相平衡的浓度xe，即 xmin=xe。
第二节 吸收过程的相平衡关系
3.传质过程的推动力
未达平衡的两相接触会发生相际间传质(吸收或解吸)，离平衡浓度越远，
气, p2
液, x2
吸收塔
混合气体, p1
液, x1
例题3
含溶质A 且摩尔分率为x=0.2的溶液与压力为 2atm, y=0.15的气体等温接触,平衡关系为：pe=1.2x(atm)， 则此时将发生 过程。用气相组成和液相组成表示 的总传质推动力分别为Δy= ，Δx= （摩尔分 率）。如系统温度略有增高，则Δy将 。如系统总 压略有增高，则Δx将 。
大量实验表明，溶解度与平衡分压有关。
第二节 吸收过程的相平衡关系
2.溶解度曲线
第二节 吸收过程的相平衡关系
结论：
➢气体的气相分压（组成）越高，溶解度越大
➢气体的温度越高，溶解度越小
启示：吸收操作应在低温、高压下进行； 脱吸操作应在高温、低压下进行。
第二节 吸收过程的相平衡关系
二、亨利定律（Henry’s law）
第二节 吸收过程的相平衡关系
2.传质过程的限度
对吸收而言： 若保持液相浓度x不变，气相 y 浓度y最低只能降到与之相平
y
衡的浓度ye，即ymin=ye； 若保持气相浓度y不变，则液 相浓度x最高也只能升高到与 ye 气相浓度y相平衡的浓度xe，
o
即xmax=xe。
化工原理第五章吸收(传质理论之一)超详细讲解
xA、CA、XA与mA的关系： xA= n`A/ n`T= (mA/MA)/( mA/MA+100/MS) 4 长期X放A=置n`的A 吸/ n收S=体(系m是A/平M衡A)体/(1系0，0/在MS平) 衡体系中引入气 体或C溶A=液n,`平A/衡VT将= 被[ρ破T（坏溶,液可）能×再m吸A/收(1(0p0A>+pm*AA或)]/xMA<Ax*A) , km也o可l/能m解3 吸(pA<p*A 或 xA>x*A)。
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。
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)
C*A= H pA
即
C
* A
∝
pA
CA—液相A的物质的量浓度(实际浓度)— kmol/m3 （ CA = nA /V ）.
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。
传热过程
吸收过程
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 kmol -=⨯ 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 kPa ＝ 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 kmol m kPa ===⋅ 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。
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28
（2）在x～y相图上
y
y*=f(x) O
（y-y*）
y y* （y*-y） y
x*=f
o
x
x* x
o
x
x
a.吸收
b.解吸
图5-6
传质方向与推动力
29
（三）指明过程进行的极限
（吸收塔的吸收液及尾气的极限浓度）
过程极限：相平衡。
假设，逆流吸收，塔高无限。
dcA / dz —组分A在扩散方向z上的浓度梯度（kmol/m3）/m；
DAB——组分A在B组分中的扩散系数，m2/s。
37
分子扩散两种形式：
①等摩尔逆向扩散; ②组分A通过静止组分B的扩散。
38
二、等摩尔逆向扩散
A扩散的量nA=B扩散的量nB
T P pA1 pB1 1
JA
JB p
T P pA2 2 pB2
扩散
推动力( y y*) 推动力( y * y)
解吸
传质 扩散
25
用气相组成表示的推动力
相界面
气相 主体y
液相 主体x
吸收
x* x时 x* x时
扩散
推动力( x * x) 推动力( x x*)
解吸
传质 扩散
用液相组成表示的推动力
26
相平衡关系在吸收中的应用： （一）判断过程进行的方向
选择原则：经济、合理。
8
第二节 气液相平衡
一、 平衡溶解度
二、 亨利定律
三、 气液相平衡关系在吸收中的应用
9
一、平衡溶解度
气液平衡状态：
进入液相的溶质数量 = 逸出液相的溶质数量
平衡分压：平衡时气相中溶质的分压，又叫饱和分压。
溶解度：平衡时溶质在液相中的饱和浓度。
10
溶解度的表示方法：
kg溶质／kg溶剂
传质速率定义：单位时间通过单位面积传递的物质
扩散速率
量，记作N, 单位kmol/(m2· 。 s)
D dp A NA= J A RT dz
D D NA ( pA1 pA2 ) (cA1 cA2 ) RTZ Z
气相 液相
41
讨论
1） N A p A1 p A2 2）组分的浓度与扩散距离z成直线关系。
又叫溶剂
吸收剂S
吸收尾气
吸 收 塔
吸收的依据：
混合物各组分在某种溶 剂中溶解度的差异。
溶质 惰性气体
吸收液 （A+S) 吸收操作示意图
3
一、气体操作的应用
（1）制备液体产品。 例如：用水吸收NO2制造HNO3. （2）分离混合气体，是最主要的应用。 例如：用硫酸回收焦炉气中的NH3 （3）气体净化、处理工业废气，除去有害组分。 例如：用水脱除合成氨原料气中的CO2
常数，其值与流体流动状态及所处的位置有关 。
总扩散速率：
dcA J A (D De ) dz
54
（一）单相内对流传质的有效膜模型
单相内对流传质过程
热流体 冷流体 气相 液相
T TW tW t zT zt
pAG E
pAi
cAi cAL zG zL
对流传质有效膜模型
55
对流传热有效膜模型
1）靠近相界面处层流内层：传质机理仅为分
子扩散，溶质A的浓度梯度较大，pA随z的
变化较陡。
2）湍流主体：涡流扩散远远大于分子扩散，
溶质浓度均一化，pA随z的变化近似为水 平线。 3）过渡区：分子扩散+涡流扩散，pA随z的 变化逐渐平缓。
56
有效膜模型
单相对流传质的传质阻力全部集中在一层虚
拟的膜层（叫“有效层流膜” 或“虚拟膜”、 “气膜”）内，膜层内的传质形式仅为分子扩散 。 有效膜厚ZG由层流内层浓度梯度线延长线与流 体主体浓度线相交于一点E，则厚度zG为E到相界面
13
• （2）不同气体用同一吸收剂吸收，所得溶液浓度相
同时，易溶气体在溶液上方的平衡分压低，而难溶 气体在溶液上方的平衡分压大。
14
（三）总压对溶解度的影响
y A P pA x
* A
20℃下SO2在水中的溶解度
15
【讨论】
1）吸收温度T↑，溶解度x↓。 2）加压和降温对吸收有利；
4
二、吸收过程与设备
5
洗油 脱苯煤气
苯
含苯煤气
加 热 器
冷 却 器
水
过热蒸汽
吸收与解吸流程
6
三、吸收过程的分类
物理吸收*
按有无化学反应
化学吸收 按溶质气体的数目
单组分吸收*
多组分吸收
按有无明显热效应
等温吸收* 非等温吸收
7
四、吸收剂的选择
（1）溶解度大； （2）选择性高； （3）根据溶质含量，选择不同的吸收剂； （4）挥发性小； （6）粘度低； （8）腐蚀性低； （5）再生容易(解吸)； （7）化学稳定性高； （9）无毒、易得、价廉等。
p Ex
* A
* 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率； E——亨利常数，单位同压强单位。
17
E的讨论：
1）E大的，溶解度小，难溶气体 E小的，溶解度大，易溶气体 2）T↑，E ↑
3）E的来源：实验测得；查手册
18
（二）其它形式的亨利定律
* A
1)
p
cA H
V，y2
L，x2
（1）吸收液的最大组成x1,min
L x1,max
y1 x m
* 1
（2）吸收尾气的最小组成y2,min
V，y1
L，x1
30
L y2,min
* y2
mx 2
【例5-2】 书P192
31
作 业
• P231 5-9
32
第三节 吸收过程的传质速率 一、 分子扩散与菲克定律 二、 等摩尔逆向扩散 三、 组分A通过静止组分B的扩散 四、 分子扩散系数 五、 单相内对流传质
升温和减压对解吸有利。
3）对同样浓度的溶液，易溶气体溶液上方 的分压小，而难溶气体溶液上方分压大。 4）气相中溶质的摩尔分数y一定时，
总压p↑，溶质分压pA ↑，溶解度x ↑。
16
二、亨利定律
（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率成正比，其 比例系数为亨利系数。
Dp pB2 NA ln RTZ pB1
或
D p NA ( pA1 pA2 ) RTZ pBm
pBm pB2 pB1 pB2 ln pB1
45
在液相扩散：
D c NA (cA1 cA2 ) Z cBm
cBm cB2 cB1 cB2 ln cB1
pBm cBm RT pA cA RT p c RT
49
（1）在气相中扩散的D 范围：0.1～1.0cm2/s 经验公式
D f (T，p)
T D p
1.5
T D
p D
（2）在液相中扩散的D 范围：10-5～5×10-5cm2/s
D f (T， )
D
T
T D
D
50
【例5-3】 书P197
51
p pA1 pB1 0
扩散距离z
pB2 pA2
z
3）等摩尔逆向扩散发生在蒸馏过程中。
42
• 传动——第一章 流体流动
• 传热——第四章 传热
第五章 吸收 （组分A通过静止 • 传质——
组分B的扩散）
第六章 蒸馏 （等摩尔逆向扩散）
43
三、 组分A通过静止组分B的扩散
相界面
整体移动中
气 相 主 体 B的传递NBM
H——溶解度系数， kmol/（m3· kPa）
cA——摩尔浓度，kmol/m3；
E与H的关系：
c H E
19
H的讨论：1）H大，溶解度大，易溶气体 2）P对H影响小， T H
20
2)
y mx
*
m——相平衡常数，无因次。
m的讨论：1）m大，溶解度小，难溶气体
2） T m
第五章 气体吸收
第一节 概述
第二节 气液相平衡 第三节 吸收过程的传质速率
第四节 吸收塔的计算 第五节 填料塔
1
第一节 概述
一、吸收操作的应用 二、吸收过程与设备 三、吸收过程分类
四、吸收剂的选择
2
何为吸收 操作？
吸收操作
利用混合气体各组分在溶 剂中溶解度不同，来分离 气体混合物的操作。
混合气体 （A+B)
a.气相中A浓度高时，漂流因数大，总体流动的影响大。
b.气相中A低浓度时，漂流因数近似等于1，总体流动的 影响小。
3）单向扩散体现在吸收过程中。
48
四、分子扩散系数
扩散系数的意义：单位浓度梯度下的扩散系数，反映
某组分在一定介质中的扩散能力，是物质特性常
数之一；D，m2/s。 D的影响因素：介质种类、T、P、浓度 D的来源：查手册；半经验公式；测定
B扩散 JB A扩散 JA
整体移动：
液 相
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，使得混合物整体 向界面流动。
整体移动中
A的传递NAM
总压p
pB2 pB1 pA1
NBM J B
pA2
0
扩散距离z
z
N A N AM J A
44
A单方向扩散时的传质速率方程
在气相扩散:
kmol溶质／kmol溶剂