第四章气体 吸收
第四章气体吸收练习
• ⑵各组分的平衡常数；
看看答案?
计算题
• ⑶吸收因子、吸收率； • ⑷尾气的组成。 • 操作条件下各组分的平衡常数如下： • 乙烷： K = 0.13333t + 5.46667 • 丙烷: K = 0.06667t + 1.3333 • 正丁烷：K = 0.02857t + 0.08571(t的单位为
• 试计算：
• ⑴最小液气比；
• ⑵操作液气比为最小液气比的1.5倍时所需的理论 级数
• ⑶各组分的吸收率和塔顶尾气的数量和组成；
• ⑷塔顶应加入的吸收剂量。
看看答案?
计算题
• 3、某原料气组成如下：
组分 C01
C02
C03
iC04 nC04 iC05 nC05 nC06 ∑
Vn+1 0.765 0.045 0.035 0.025 0.045 0.015 0.025 0.045 1.00
• 13、在板式塔的吸收中，原料中的平衡常数小的 组分主要在（ ）被吸收
• a. 塔上部少数几块板；b. 塔下部少数几块板；c. 塔中部少数几块板；d. 全塔所有板。
看看答案?
选择题
• 14、在板式塔的吸收中，原料中关键组分组分主 要在（ ）被吸收
• a. 塔上部少数几块板；b. 塔下部少数几块板；c. 塔中部少数几块板；d. 全塔所有板。
C10
C20
C30
nC40
nC50
nC80
∑
0.03 0.22 1.82 4.47 8.59 84.87 100.0
进料为1000kmol/h，温度为121℃。蒸出用气体 为149 ℃和345kPa的过热水蒸气，其量为 100kmol/h。用平均蒸出因子法计算液体和富气
第4章气体吸收
25
单相中物质的分子扩散
什么是分子扩散？在一相内部有浓度差存在时， 由于分子无规则的热运动引起的物质传递，简 称扩散。扩散的快慢用扩散通量表示
扩散通量—在单位时间内单位截面积上扩散传 递的物质量；kmol/m2 s ，用 J表示。
33
4.2.3 填料吸收塔的计算
4.2.3.1 吸收塔的物料衡算 4.2.3.2 吸收剂用量 4.2.3.3 填料层高度的计算 4.2.3.4 吸收塔的操作调节
4.3 吸收塔理论板层数的计算
34
4.2.3 填料吸收塔的计算 4.2.3.1 吸收塔的物料衡算
全塔物料衡算（逆流吸收）
Gy 1 +Lx 2 =Gy 2+ Lx 1
13
五、解吸（脱吸）
解吸：将溶质从溶剂中释放出来的操作 常用的解吸方法：升温、减压、吹气，升温和吹气通
常同时进行。 与吸收的比较
1）设备通用 2）传质理论相同。但因为传质方向不同，推动力的表 现形式改变 3）当用吹气解吸时，与吸收中最小液气比对应，存在 最小气体用量问题。
14
六、吸收剂的选择
成氨生产的氮氢混合气中的CO2和CO的净化；在接触法生 产硫酸中二氧化硫的干燥等。 ②分离气体混合物 用以得到目的产物或回收其中一些组分， 如石油裂解气的油吸收，将C2以上的组分与甲烷、氢分开； 用N－甲基吡咯烷酮作溶剂，将天然气部分氧化所得裂解 气中的乙炔分离出来；焦炉气的油吸收以回收苯等。
12
工业生产中的吸收过程
体中一个或几个组分便溶解于液体中 形成溶液，而不溶解的组分则留在气 相中，从而实现其分离。
尾气V1 吸收剂 L0
吸收依据是混合气体中各组分在同一 溶剂中溶解度的不同。
第四章 净化气态污染物的方法
第四章 净化气态污染物的方法我们都知道，大气污染物分类为气态污染物和颗粒状污染物，本章是针对于气态污染物的处理方法进行学习。
工程上净化气态污染物的方法主要有以下几种：利用溶液的溶解作用所组成的气体吸收净化；利用固体表面吸附作用的吸附净化；利用某些催化剂的催化转化；有机物的高温焚烧等方法。
§1 吸收法净化气态污染物吸收法净化气态污染物是利用气体混合物中各种成分在吸收剂中的溶解度不同，或者与吸收剂中的组分发生选择性化学反应，从而将有害组分从气流中分离出来的操作过程。
吸收分为物理吸收和化学吸收两大类。
吸收过程无明显的化学反应时为物理吸收，如用水吸收氯化氢。
用水吸收二氧化碳的感。
吸收过程中伴有明显化学反应时为化学吸收，如用碱液吸收难以达到排放标准，因此大多数采用化学吸收。
吸收法不但能消除气态污染物对大气的污染，而且开可以使其还可以使其转化为有用的产品。
并且还有捕集效率高、设备简单、一次性投资低等优点，因此，广泛用于气态污染物的处理。
如处理含有SO 2、H 2S 、HF 和NO x 等废气的污染物。
一、吸收平衡理论物理吸收时，常用亨利定律来描述气液两相间的平衡，即i i i x E p =* 式中*i p ——i 组分在气相中的平衡分压，Pa ；i x ——i 组分在液相中的浓度，mol%；i E ——i 组分的亨利系数，Pa 。
若溶液中的吸收质（被吸收组分）的含量i c 以千摩尔/米3表示，亨利定律可表示为： i i i H c p =*或i i i p H c =i H ——i 气体在溶液中的溶解度，kmol/m 3·Pa 。
亨利定律适用于常压或低压下的溶液中，且溶质在气相及液相中的分子状态相同。
如被溶解的气体在溶液中发生某种变化（化学反应、离解、聚合等），此定律只适用于溶液中未发生化学变化的那部分溶质的分子浓度，而该项浓度决定于液相化学反应条件。
二、双膜理论吸收是气相组分向液向转移的过程，由于涉及气液两相间的传质，因此这种转移过程十分复杂，现已提出了一些简化模型及理论描述，其中最常用的是双膜理论，它不仅用于物理吸收，也适用于气液相反应。
第四章表面吸附ppt课件
0 exp(d )
q RT
吸附时间
v
吸附现象
表面吸附
物理吸附与化学吸附的差别
① 吸附热 物理吸附和化学吸附的吸附热差别很大。前者吸附热较小，与气体的液化热
相近；而后者的吸附热，与化学反应热相近，化学吸附比物理吸附要牢固；
② 吸附温度 物理吸附温度接近于气体的沸点，故对永久性气体物理吸附主要发生在低
表面覆盖度 固体表面吸附的气体分子数与表面可能吸附的总分子数目之比;
平均吸附时间 气体分子从被固体表面吸附到脱离固体表面(脱附)所经历的时间；
表面形成单分子层时间 单层气体分子布满固体表面所需要的时间
例如：1cm2固体表面上覆盖一层气体分子大约需要1015个气体分子，若入射到固体表 面的气体分子都被吸附，则形成单分子层的时间为：
表面吸附
C2A 化学吸附位能变化曲线 化学吸附-位阱 由C2A曲线表示的吸附力作用距离比物
理吸附范德瓦力的作用距离短，位阱Ec更深也更靠近表面。 位阱的位置zc就是被分解的原子化学吸附的位置（l～3埃）
吸附活化能 常态气体分子在接近表面时，首先沿PA2曲
线被吸引到Zp的位置作物理吸附。如果能够给它提供适当的 能量，以越过PA2和C2A曲线相交处的位垒Ea，就能进入Zc 处的位阱，形成离解状态的化学吸附。Ea称为吸附活化能， 其大小决定PA2和C2A线的形状(数值在0Edis之间)。
类别
A B1 B2 C D E F
Ta、Ti>Nb>W、Cr>Mo>Fe>Mn>Ni、Co>Rh>Pt、Pd>Cu、Au
金属
O2 Ca,Sr,Ba, Ti,Zr,Hf, V,Nb,Ta,Cr,Mo,W, Fe, Ni,Co Rh,Pd,Pt, Al, Mn, Cu, Au K Mg,Ag,Zn,Cd,In,Si,Ge, ,Pb,As,Sb,Bi Se,Te 有 有 有 有 有 有 无 C2H2 有 有 有 有 有 无 无 C2H4 有 有 有 有 无 无 无
第四章 吸收及吸附.
•
Ldx B ' GdYA rA adH b
' —宏观反应速度 A
15
• 其中 r
• b—B的反应系数与A的反应系数之比。
Ldx B ' GdYA rA adH b
16
当处理稀溶液时，Pt≈Pu CT≈CU 可得到微分物料平
衡方程
G L dpA — dcA B pt bCT
相，汽→液；液相中的轻组分汽化进入汽相，液→汽； 成立恒摩尔流的假设，使计算过程简化。 而吸收只是气相中的某些组分溶解到不挥发的吸收剂中 去的单相传质过程。一般沿塔从上往下，气体量、液 体量增加。∴除了贫气吸收（吸收质量很小）外不能
传质过程往两个方向进行。如果各组分的ΔHv 相近时，
视为恒摩尔流。
28
塔顶：
塔底：
气相传质控制
21
塔顶： 塔底：
液膜传质控制
22
塔顶： 塔底：
23
化学吸收 • 结论:
• 1．
k AG apA k B1aCB
气相反应速率较慢，由较慢的控制。
• 2．
k AG apA k B1aC B
反应在液相内进行，为液相控制。 化学吸收可以大大降低塔的高度，
而物理吸收塔过高，不能够实现。
4
分类
吸收剂与溶质之间相互作用不同，可分为
物理吸收：吸收过程纯属气体的溶解过程。
a 单组分吸收：
b 多组分吸收：
吸收过程有无热效应，可分为
等温吸收：贫气吸收（吸收微量气体）
非等温吸收：吸收量大时，一般放热，产生吸收热，T↗;
5
吸收过程的气液相平衡关系
气体在液体中的溶解度
气体吸收涉及到相际传质过程。
吸收操作
N A KG p p*
化工单元操作技术
KG:气相吸收总系数,单位kmol/（m2· s· kPa）
第四章 吸收操作技术
总吸收速率方程
（2） 以(c*-c)表示总推动力的总吸收速率方程
* p A pi ci c A HpA Hpi c* c c A i A cA NA 1 1 H H H 1 kG kL kG kG kG k L
废气治理，保护环境
第四章 吸收操作技术
化工单元操作技术
填料塔的结构与特点
（1）结构简单，便于安装，小直径的填料塔造价低。 （2）压力降较小，适合减压操作，且能耗低。 （3）分离效率高，用于难分离的混合物，塔高较低。 （4）适于易起泡物系的分离，因为填料对泡沫有限制和破碎作用。 （5）适用于腐蚀性介质，因为可采用不同材质的耐腐蚀填料。 （6）适用于热敏性物料，因为填料塔持液量低，物料在塔内停留时 间短。 （7）操作弹性较小，对液体负荷的变化特别敏感。当液体负荷较小 时，填料表面不能和好地润湿，传质效果急剧下降；当液体负 荷过大时，则易产生液泛。 （8）不宜处理易聚合或含有固体颗粒的物料。
N A K L c* c
KL:液相吸收总系数，单位m/s，KG=H · KL
同理可有：N A K X X * X
NA
K Y Y
* Y
第四章 吸收操作技术
化工单元操作技术
传质阻力的控制
对于易溶气体，吸收阻力主要集中在气膜中，这种吸收称为 气膜控制。
例如:用水吸收氨，氯化氢气体
线B:有液体喷淋，液体量小
线C:有液体喷淋，液体量大
第四章 吸收操作技术
化工单元操作技术
工程热力学第四章理想气体热力过程
03
CHAPTER
等容过程
等容过程是指气体在变化的整个过程中，其容积保持不变的过程。
定义
特点
适用场景
气体在等容过程中，气体温度和压力会发生变化，但容积保持不变。
等容过程常用于高压、高温或低温等极端条件下的气体处理。
03
02
01
等容过程定义
在等容过程中，气体吸收的热量等于气体所做的功和气体温度升高所吸收的热量之和。
多变过程的具体形式取决于气体所经历的压力和温度的变化规律。
多变过程定义热力学第一定律 Nhomakorabea热力学第二定律
理想气体状态方程
热效率
多变过程的热力学计算
01
02
03
04
能量守恒定律，用于计算多变过程中气体吸收或释放的热量。
熵增原理，用于分析多变过程中气体熵的变化。
描述气体压力、体积和温度之间的关系，可用于多变过程的计算。
衡量多变过程能量转换效率的指标，通过比较输入和输出的热量来计算。
提高热效率的方法
优化多变过程参数，如压力和温度的变化规律，以减少不可逆损失和提高能量转换效率。
热效率与熵增的关系
根据熵增原理，不可逆过程会导致熵的增加，从而降低热效率。因此，减少不可逆损失是提高多变过程热效率的关键。
热效率计算公式
$eta = frac{Q_{out}}{Q_{in}}$，其中$Q_{out}$为输出热量，$Q_{in}$为输入热量。
计算公式
通过优化气体的初态和终态，以及选择合适的加热和冷却方式，可以提高等容过程的热效率。同时，也可以通过改进设备结构和操作方式来提高热效率。
提高热效率的方法
等容过程的热效率
04
CHAPTER
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。
第四章 吸附
在硅胶上的吸附属于这
种类型。
p / ps
1.0
吸附等温线的类型 (Ⅳ) 多孔吸附剂发生
多分子层吸附时会有
这种等温线。在比压
Vad
较高时，有毛细凝聚
现象。
例如在323 K时，
苯在氧化铁凝胶上的 吸附属于这种类型。
p / ps
1.0
吸附等温线的类型
(Ⅴ)发生多分子层吸 附，有毛细凝聚现象。
Vad
例如373 K时，水 汽在活性炭上的吸附 属于这种类型。
自由能越低，体系越稳定。等温等压下要
使液体自由能降低，即
dG < 0
有两个途径：
1）缩小液体表面积：
dA 0；
2）降低液体表面张力：d 0。
4.4 溶液的表面吸附
溶液的表面吸附——Gibbs 吸附公式
溶液表面吸附——Gibbs吸附公式
表面浓度与本体浓度的差别，称 为表面过剩，或表面超量。
0.1
0.2
0.3
p / ps
吸附等温线
从吸附等温线画出等压线和等量线
100 25 10
150
100
75
50 100
p / k Pa
p / k Pa
10
75 50 20
q / (cm3 g1 )
5
50
50 25
0
300
400
300
350
400
450
T /K
T /K
吸附等温线的类型
从吸附等温线可以反映出吸附剂的表面性质、
表面超量的物理意义
单位面积的表面层中的溶质量，与含相
同溶剂量的本体溶液中的溶质量的差值。
a2 d Γ2 RT da2
环境工程原理-环境工程原理课后思考题解答4吸收
第四章 吸 收1、什么是分子扩散和涡流扩散？答：分子扩散是凭籍流体分子无规则热运动而传递物质的。
发生在静止或滞流流体里的扩散就是分子扩散。
在流动的流体中不仅有分子扩散，而且流体宏观流动也将导致物质的传递。
涡流扩散是凭籍流体质点的湍动和漩涡传递物质的。
2、简述菲克定律的物理意义和适用条件。
菲克定律是对物质分子扩散现象基本规律的描述，表示物质A 在介质B 中发生分子扩散时，任一点处物质A 的分子扩散速率J A 与该位置上组分A 的浓度梯度成正比。
3、简述温度、压力对气体和液体分子扩散速率的影响。
答：由于分子扩散速率与分子扩散系数相关，而分子扩散系数是物质的物性常数之一。
通常气体中的扩散系数与扩散系统温度T 的1.5次方成正比，与其分压p 成反比。
吸收质在液体中的扩散系数与物质的种类、温度有关，同时与溶液的浓度密切相关。
通常，液体中的扩散系数与温度T 成正比，与液体的粘度成反比。
4、对于双组分气体物系，当总压和温度提高1倍时，分子扩散速率将如何变化？ 答：对于气体扩散系数，但温度和压强改变时，可用下式估算：5.1000))((T T P P D D = 故，当温度和压强均增大一倍的时候，扩散速率应增大21.5/2=20.5。
5、分析湍流流动中组分的传质机理。
答：对于湍流流动来说，在流动的流体中不仅有分子扩散，而且流体宏观流动也将导致物质的传递。
dzdc D J A AB A -=6、什么是总体流动？分析总体流动和分子扩散的关系。
答：在吸收过程中，当气液界面上组分A 被溶剂S 溶解后，在界面上将留下空位，因溶剂S 不能逆向通过，只能由气相主体的混合气体来填补空位，因而产生趋向于相界面的“总体流动”。
总体流动是由于分子扩散本身所引起的，而不是由于外力（例如压强差）作用的结果。
7、在A 、B 双组分混合气体的单向分子扩散中，组分A 的宏观运动速度和扩散速度的关系？ 答：N A :传质速率，J A ，J B :扩散速率8、简述对流传质的机理和传质阻力的分布。
第四章第21讲常见气体的制备、净化和收集2025年高考化学一轮复习
第21讲 常见气体的制备、净化和收集[复习目标] 1.掌握常见气体的制备、净化、收集及尾气处理的方法。
2.能对整套气体制备及性质实验装置进行分析，并能处理相关问题。
考点一 常见气体的制备、净化、收集及尾气处理必备知识夯实1．常见气体的发生装置 (1)固体＋固体――→△气体发生装置如图：制备气体：□1O 2、□2NH 3等 (2)固体(液体)＋液体――→△气体发生装置如图：制备气体：□3Cl 2、CH 2===CH 2(需加温度计)等 (3)固体＋液体(不加热)→气体发生装置如图：制备气体：选择合适的试剂和装置能制取中学化学中常见的气体，如NH 3(□4生石灰、□5浓氨水)、O 2(MnO 2、□6H 2O 2溶液)、Cl 2(KMnO 4、□7浓盐酸)、SO 2(□8Na 2SO 3、较浓硫酸)等2．常见气体的除杂装置4.(1)实验室制取Cl2时，尾气的处理可采用□1b装置。
(2)制取CO时，尾气的处理可采用□2a、c装置。
(3)实验室制取NH3时，尾气的处理可采用□3d装置。
名师课堂点拨实验室中制取气体时实验装置的设计关键能力提升一、常见气体的制备和收集1．(2023·北京石景山区模拟)实验室制备下列气体所选试剂、制备装置及收集方法均正确的是()【解析】制取NO2可选用Cu和浓硝酸反应，不能选用稀硝酸，A错误；NH4Cl受热分解生成NH3和HCl，遇冷时NH3和HCl重新化合生成NH4Cl，不能用于制取NH3，B错误；H2O2在MnO2催化下分解生成H2O和O2，可用排水法收集O2，C正确；KMnO4和浓盐酸在常温下反应生成Cl2，Cl2的密度大于空气的密度，采用向上排空气法收集，选择装置c，D错误。
【答案】C2．实验室制取下列气体，所选反应试剂、制备装置与收集方法均合理的是()【解析】铜与稀硝酸生成NO且反应不需加热，NO与空气中的氧气反应生成NO2，不能用排空气法收集NO，A错误；乙醇在浓硫酸作用下迅速升高温度到170 ℃，乙醇生成乙烯气体，乙烯难溶于水，可以用排水法收集，B正确；氨的密度小于空气，应该使用向下排空气法收集，C错误；Na2SO3和硫酸反应不需要加热，且SO2能与水反应，不能用排水法收集，D错误。
化工分离过程
第四章气体吸收4.3 多组分吸收和解吸的简捷算法要点（1）概念吸收因子；有效吸收因子；解吸因子；有效解吸因子。
（2）简捷算法Horton—Franklin方程普适性；平均吸收因子法；平均有效吸收因子法；平均解吸因子法；平均有效解吸因子法；4.3 多组分吸收和解吸的简捷算法简捷算法常用于过程设计的初始阶段，对吸收操作作粗略分析，其结果亦可作为严格算法的初值。
4.3.1 吸收因子法模型塔介绍：ijij v V V ∑==Ln-1VnLnVn+1nn 板上的总气相摩尔流率Kmol/hn 板上的总液相摩尔流率Kmol/hijij l L L ∑==4.3.1 吸收因子法对n 板i 组分作物料衡算：Ln-1VnLnVn+1n11n n n nl l v v −+−=−（4-15）n 板上组分i的气相摩尔流率n 板上组分i的液相摩尔流率平衡关系为：ni n i x k y ,,)(⋅=即:v l K V L=(/)l L KV v A v=⋅=⋅（4-16）ijij v V V ∑==ijij l L L ∑==移项:定义吸收因子：VK LA ⋅=A 为综合考虑了塔内气液两相流率和平衡关系的一个无因次数。
L/V 大，K 小，A 大，有利于吸收。
4.3.1 吸收因子法注意: A ij 为组分i 在j 板上的吸收因子，简记为A j 。
11n n n nl l v v −+−=−（4-15）可改写为：111n n n n n n A v v A v v −−++=+移项:（4-17）n=1时，（4-18）即：（4-19）n=2时，（4-20）（4-15）把气相流率与吸收因子关联1111n n n n n v A v v A +−−+=+逐板向下直到N 板，得：（4-21）为了消去v N ，做全塔物料衡算：011n n l l v v +−=−011N n n A v l v v +−=−（4-22）（4-23）由于式(4-21)等于式(4-22)，联立得:(4-23)式关联了吸收率，吸收因子和理论板数，称为Horton-Franklin 方程，即：()ij f A N φ=⋅式（4-23）在推导中未作任何假设，是普遍适用的。
化工传质分离工程课后习题答案
目录第一章绪论 (1)第二章单级平衡过程 (6)第三章多组分精馏和特殊精馏 (19)第四章气体吸收 (24)第五章液液萃取 (27)第六章多组分多级分离的严格计算 (28)第七章吸附 (34)第八章结晶 (35)第九章膜分离 (36)第十章分离过程与设备的选择与放大 (37)第一章绪论1.列出5种使用ESA和5种使用MSA的分离操作。
答：属于ESA分离操作的有精馏、萃取精馏、吸收蒸出、再沸蒸出、共沸精馏。
属于MSA分离操作的有萃取精馏、液-液萃取、液-液萃取（双溶剂）、吸收、吸附。
2.比较使用ESA与MSA分离方法的优缺点。
答：当被分离组分间相对挥发度很小，必须采用具有大量塔板数的精馏塔才能分离时，就要考虑采用萃取精馏（MSA），但萃取精馏需要加入大量萃取剂，萃取剂的分离比较困难，需要消耗较多能量，因此，分离混合物优先选择能量媒介(ESA)方法。
3.气体分离与渗透蒸发这两种膜分离过程有何区别？答：气体分离与渗透蒸发式两种正在开发应用中的膜技术。
气体分离更成熟些，渗透蒸发是有相变的膜分离过程，利用混合液体中不同组分在膜中溶解与扩散性能的差别而实现分离。
4. 海水的渗透压由下式近似计算：π=RTC/M ，式中C 为溶解盐的浓度，g/cm 3；M 为离子状态的各种溶剂的平均分子量。
若从含盐0.035 g/cm 3的海水中制取纯水，M=31.5，操作温度为298K 。
问反渗透膜两侧的最小压差应为多少kPa? 答：渗透压π=RTC/M ＝8.314×298×0.035/31.5=2.753kPa 。
所以反渗透膜两侧的最小压差应为2.753kPa 。
5. 假定有一绝热平衡闪蒸过程，所有变量表示在所附简图中。
求： （1） 总变更量数Nv;（2） 有关变更量的独立方程数Nc ； （3） 设计变量数Ni;（4） 固定和可调设计变量数Nx ,Na ；（5） 对典型的绝热闪蒸过程，你将推荐规定哪些变量？思路1：3股物流均视为单相物流， 总变量数Nv=3(C+2)=3c+6 独立方程数Nc 物料衡算式 C 个热量衡算式1个 相平衡组成关系式C 个 1个平衡温度等式1个平衡压力等式 共2C+3个 故设计变量Ni=Nv-Ni=3C+6-(2C+3)=C+3固定设计变量Nx ＝C+2,加上节流后的压力，共C+3个 可调设计变量Na ＝0 解：（1） Nv = 3 ( c+2 )（2） Nc 物 c 能 1 相 cF ziT F P FV , yi ,T v , P vL , x i , T L , P L习题5附图内在(P ，T) 2 Nc = 2c+3 （3） Ni = Nv – Nc = c+3 （4） Nxu = ( c+2 )+1 = c+3 （5） Nau = c+3 – ( c+3 ) = 0 思路2：输出的两股物流看成是相平衡物流，所以总变量数Nv=2(C+2) 独立方程数Nc ：物料衡算式 C 个 ，热量衡算式1个 ,共 C+1个 设计变量数 Ni=Nv-Ni=2C+4-(C+1)=C+3固定设计变量Nx:有 C+2个加上节流后的压力共C+3个 可调设计变量Na ：有06. 满足下列要求而设计再沸汽提塔见附图，求： （1） 设计变更量数是多少？ （2） 如果有，请指出哪些附加变量需要规定？解： N x u 进料 c+2压力 9 c+11=7+11=18N a u 串级单元 1 传热 1 合计 2 N V U = N x u +N a u = 20 附加变量：总理论板数。
《化工分离工程》教案
@@＠＠大学
《化工分离工程》
教案
～学年第学期
课程学时65
学院化学工程
课程名称化工分离工程专业化工工艺
主讲教师
③反应增加了溶质在液相中的溶解度，吸收剂用量少；
④反应降低了溶质在气相中的平衡分压，可较彻底地除去气相中很少量的有害气体.
缺点:解吸困难，解吸能耗。
若反应为不可逆,反应剂不能循环使用，用途大受限制.
化学吸收（Chemical absorption)
溶质与吸收剂之间的化学反应对吸收过程具有显著影响。
主要特点:吸收过程中溶质进入液相后在扩散路径上不断被化学反应所消耗。
双膜理论
由W.K.Lewis 和W。
G。
Whitman 在上世纪二十年代提出，是最早出现的传质理论。
双膜理论基本论点
（1) 相互接触的两流体间存在着稳定的相界面，界面两侧各存在着一个很薄(等效厚度分别为 1 和2 ）的流体膜层。
溶质以分子扩散方式通过此两膜层。
(2) 相界面没有传质阻力，即溶质在相界面处的浓度处于相平衡状态。
（3) 在膜层以外的两相主流区由于流体湍动剧烈，传质速率高，传质阻力可以忽略不计，相际的传质阻力集中在两个膜层内。
教学方式、手段、媒介：以多媒体为主
黑板设计：左边幻灯，右边板书。
第四章 吸附
Gibbs吸附公式的推导
最好选定在此参照面上某一个组分的 表面过剩为零。对于只有两个组分的 体系，组分1代表溶剂，组分2代表溶 质。我们强调的是溶质的界面吸附， 因此选择 Γ1 = 0 处为参照面最合适。 若溶剂浓度C与高度h的关系如图a。 由于分界面选取在A1=A2的地方，因 此这一参照面就决定了溶质的过剩量 Γ2(1) 即图b中的A3，反映了溶质聚集 在相界面上。
化学位与活度a的关系为：
恒温时对上式全微分得： 在浓度不高时，活度a可用浓度C代替。因此
Gibbs吸附公式的推导
这就是通常见到的Gibbs等温吸附方程的近似式。 说明：
①此公式由相平衡推出，因此一切量是平衡量；
②此公式由相平衡推出，对具体相没有限制，因此可 应用于任何界面；
③对于具体何种溶质无溶液表面张力随溶质浓度的变化
4.1.1 溶液表面张力与溶质浓度的关系
第二类与第三类物质，γ均随C增加而减小，因此这 两类物质称为表面活性物质(surface active materials)
（2）γ随C增加而逐渐降低， 如有机醇、有机酸和有机胺等。 （3）少量的加入会使γ急剧下 降，而后几乎表面张力不随其 浓度而变化，我们称这类物质 为表面活性剂 (surfactant)。如 肥皂、洗涤剂等。
根据热力学第一定律，对一可逆过程：
其中δWR是除体积功以外的其他功
Gibbs吸附公式的推导
将式(5) 代入式(4)，得：
在表面化学中，
则可简化为：
Gibbs吸附公式的推导
根据热力学基本公式，对于多组分体系有：
单相：
多相： 比较式(7)和(8)得到： （9） （8）
Gibbs吸附公式的推导
若只存在一相（α或β相，因此不存在界面S）， 即会得到吉布斯-杜亥姆（Gibbs-Duhem）公式： (10) 此式既可用于α相也可用于β相。代入式(9)得：
- 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)。
哈顿-富兰克林方程
讨论：
⑴式的左端
v N 1 v1 i组分被吸收掉的量 吸收率 i v N 1 i组分加入量
⑵Horton-Franklin方程关联了吸收率、吸收因子(液 气比，K)和N
⑶该式适用于所有组分和所有平衡级，但因K=f（T、P、 x,y）、A、液气比和组成几个因素相互联系，又相互牵 制，须用试差法求解 。
1a
4.2吸收和解吸过程
4.2.1吸收和解吸过程流程 4.2.1.1单纯吸收工艺流程
4.2.1.2伴有吸收剂再生循环的吸收—解吸流程
用蒸汽或惰气的蒸出塔的吸收流程
尾气
吸收剂 吸 收 塔 蒸出气
原料 气体
蒸 出 塔
蒸出用 气体
吸收液
用再沸器的蒸出塔的吸收流程
尾气 补加吸 收剂 吸 收 塔 再 沸 蒸 出 塔
将之代入哈顿-富兰克林方程式并整理得：
vN 1 v1 A A N 1 vN 1 v0 A 1
vN 1 v1 — 实际被吸收量 vN 1 v0
N 1
A lg 1 N 1 lg A
— 最大吸收量(塔顶气液相达到平衡时 )
vN 1 v1 相对吸收率 vN 1 v0 vN 1 v1 当L0不含溶质时吸收率 vN 1
1） V , A 性，一般
L
i
i ，前提是吸收剂的价格，经济
L
虑设备问题和操作费用；
L 2） V 一定, T一定, P K i A i i ，但应考
V
(1.2 ~ 2) L
V ；
min
L 一定, P一定, T K i A i i V
yi , N 1 Ki
原料 VN+1 yN+1 N 吸收液LN xN
塔底 xi , N
4.3.1.3吸收过程的平衡级
若离开某级的气体混合物和吸收液达到平 衡，则此吸收塔级称为一个平衡级。 4.3.1.4吸收过程的计算内容 已知： N 1 , V 求：
y N 1 , TN 1 , x0 , T0 , p
li ,0 0
有vi ,0 0
vN 1 v1 vN 1 v1 i i vN 1 v0 vN 1
新鲜吸收液，
i i
③求解思路
关、A关 N i
(式428)或图412 （ 式426）或 图4-12
A关 L VK 关
Tn
判断 Tn Tn'
若不符，重新设值再行计算
4.3.2.2 平均吸收因子法 ⑴克雷姆塞尔方程的导出 假设： ①全塔温度变化不大（T取平均值），Ki 可视 为常数； ②V、L沿塔变化不大，取全塔平均值；
③溶液是理想溶液或接近理想溶液（稀溶液）
则有Ai,1 Ai,2 Ai,n Ai, N Ai，均
试差步骤：
①设：
T1 , T2 ,TN
相平衡
Ki ,n
V1,V2 ,VN 物料衡算
Ai L KiV
L1 , L2 , LN
Ki ,n ,Vn , Ln Ai ,n
②由
Ai ,n
vi , n
③校核：
vi,n Vn ? 由热量衡算计算各级
Vn yi,n Ln-1 xi,n-1
vn1 ln1 ln vn
②相平衡
yi ,n K i ,n xi ,n vi ,n Vn K i ,n li ,n Ln 整理得：
Vn+1 yi,n+1 Ln xi,n
n
Ln vi ,n Ai ,n vi ,n li ,n K V i ,n n
亨利定律只反映气相中P2与液相中未反应的溶 质浓度的关系。
化学反应的溶解度大于物理过程的溶解度
a a c c Ka HA K a a cc a aA bB m M nN
aA
m n M N a b A B m M a A n N b B
设溶质A与溶剂中的B发生反应
1个 1个
2个 5个
4.3. 多组分吸收和蒸出的简捷计算法
4.3.1吸收过程工艺计算的基本概念 4.3.1.1 吸收、解吸作用发生的条件
pi p
i
i
Hale Waihona Puke yi yi yi吸收 解吸
尾气 V1 y1
pi p
塔顶
yi
吸收剂 L0 x0 1
4.3.1.2 吸收过程的限度
yi ,1 Ki xi,0
蒸出气
原料 气体
吸收液
用蒸馏塔的吸收流程
尾气
补加吸 收剂
吸 收 塔 再 沸 蒸 出 塔 吸收质
原料 气体
吸收液
4.2.2 多组分吸收和蒸出过程分析
4.2.2.1吸收和蒸出过程的设计变量数和关键组分
吸收塔
蒸出塔
Nx：
吸收剂 C‵+ 2 原料气 C+2 压力等级数 N 和 C+C‵+4+N
Nx：
蒸出剂 C‵+ 2 吸收液 C+2 压力等级数 N 和 C+C‵+4+N
0 A 1
A1
A N 1 A A lim i lim N 1 A N N A 1 1
关 1
A N 1 A lim i lim N 1 1 N N A 1 lim 关 A关
N
④N一定，Ai↑ i 。
（3）吸收因子法在计算中的应用
①已知条件
VN 1、yi , N 1 VF、yi , F P、T，吸收剂的种类， 分离要求 y关，或关 。 1
②计算任务
求取：N、L0、V1、yi ,1、LN、xi , N 和i。
③ 步骤及概念 1）关键组分的吸收率 关 、K关的确定 可由分离要求直接得到或经简单计算求得 关 ；K关由给定操作温度压力通过查图或计算得到
此外：
1.若吸收剂挥发性明显，在塔底几块板上部分汽化，使
该汽化的吸收剂与进料气中吸收剂的含量趋于平衡。
于是有一个相反作用：吸收放出热量→加热液体→吸
收剂汽化→冷却液体——塔中部出现温度极大值
2. 溶解热的影响 溶解热大，温度变化大，对吸收率影响大 a、温度升高，相平衡常数大，吸收推动力小。 b、由于吸收过程要放热，使汽液温差大，除发生传 热过程外，还有传质过程发生。——复杂性大
关键组分的分离要求
V1 , y1 , LN , x N , L0 , N
Tn , Ln ,Vn
详细计算还求
吸收因子和蒸发因子
L 吸收因子定义式 A KV KV 1 蒸出因子定义式 ＝ S ＝ L A
4.3.2 吸收因子法 4.3.2.1哈顿-富兰格林方程的推导
（1）基本方程 ①物料平衡 Vn1 yi ,n1 Ln1 xi ,n1 Vn yi ,n Ln xi ,n
m n M N a b A B
理想溶液Kγ=1 相平衡关系
m n cM cN cA Kc b B
Ka c c K K c c
m n M N a b A B
p A H Ac A
1a
pA
m n cM cN H A Kc b B
吸收和精馏的对比 ：
操作类型
任务 分离依据
吸收
分离气体混合物 溶解度不同
精馏
分离液体混合物 相对挥发度不同 双向g↔l 气、液相为饱和状态 原料液塔中部加入
可在塔顶塔底分别得到产 品
传质过程 单向g→l 板上汽液状态 气相过热，液相过冷 气相自塔底入，液自 进料位置
塔顶入
产品
关键组分 Na
塔顶得产品，吸收液 需进一步分离
4.2.2.3 吸收塔内组分分布
分布曲线（图4-7 c、d）： 从物系挥发度看
C1、C2最大，进塔几乎不被吸收，塔顶稍有变化。
C5、C4最小，进塔立即吸收，上部几乎不变。 C3适中 ，上段吸收快，在塔某板出现最大值。
一般情况：
1.不同组分在不同段吸收程度不同 2.难溶组分（LNK），一般只在靠近塔顶几级被吸收，其 他级吸收较小；易溶组分（HNK），一般只在靠近塔釜 几级被吸收。 3.关键组分在全塔范围内被吸收。
4.2.2.4 吸收和解吸过程的热效应
吸收 g 放热 l 液体温度沿塔向下↑； 蒸出 l 吸热 g 使液体温度沿塔向下↓。 每板温度Tn 由于溶解热大，Tn与溶解吸收量有 关，难预测，不能用泡、露点方法计算Tn，要用 热量衡算求Tn。
吸收释放Q在液体和气体的分配与LMCP，L和 GMCP,V有很大关系。 （1）若LMCP，L>>GMCP,V，Q传给L，塔顶尾 气温度与进塔吸收剂温度相近，Q用于提高L 的温度；在塔底，高温吸收液加热进塔气体， 使部分Q返回塔内，气体T分布出现极大值。 （2）若LMCP，L≈GMCP,V，且有明显的热效应， 则出塔尾气和吸收液的温度分别大于其进口温 度。 （3）若LMCP，L<<GMCP,V，则Q大部分被气体 带走，吸收液出口温度接近于原料气进料温度。
二元系统，溶解平衡关系服从下方程
xi
pi
L 理想溶液 Vm, 2 0
L 0 ˆV Vm, 2 P P1 f2 ln ln H 2 x2 RT
ˆV H x f2 2 2
低压下
p2 H 2 x2 p 2 H 2 c 2
4.1.2伴有化学反应的吸收相平衡
溶质的溶解度既服从汽液平衡关系，又服从化 学平衡关系。
L 吸收因子 A KV
(2)推导过程（略）
v N 1 v1 A1 A2 AN A2 A3 AN AN v N 1 A1 A2 AN A2 A3 AN AN 1 l0 （ v N 1 A2 A3 AN A3 A4 AN AN 1 ） A1 A2 AN A2 A3 AN AN 1