化工基础概论第四章吸收
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化工原理吸收教学课件PPT
5.1.1 化工生产中的传质过程
一、均相物系的分离
均相混合物的分离，首先要设法制造另外一个相，
使得物质从一个相转移到另外一相。
根据不同组分
某种过程
均相物系
两相物系
在各相中物性 的差异，使某
组分从一相向
实现均相物系的分离
另一相转移： 相际传质过程
相际传质过程
均相物系分离
相际传质过程的推动力：浓度差
5
分离
均 相 混 合 物 非 均 相 混 合 物
动量传递 三传 热量传递
质量传递
-----在浓度差、温度差、压 力差等推动力作用下，物质从 一处向另一处的转移过程。包 括相内传质和相际传质两类。
利用某种性质差异
方法 加 加入 入能 另量 外一种分 物离 质剂 作为 加场，如浓度场、电 温场 度、磁场
4
13
5.1.7 吸收操作的分类
按被吸收 组分数目
单组分吸收
多组分吸收√ 气体混合物 液体
气体 吸收
按吸收有无 化学反应
按溶质组 成的高低
按吸收的 温度变化
物理吸收
化学吸收√
低浓度吸收
高浓度吸收√
等温吸收
非等温吸√收
溶质A S
惰性组分B 吸收剂
相界面
本章只讨论单组分、低浓度、等温、物理吸收过程 的有关原理和计算。
ExA p*A
y*Ap*A/ pxAE/ p
p*A ExA
∴
mE p
y*A mxA
26
在低浓度气体吸收计算中，通常采用基准不变
的比摩尔分数Y( 或 X)表示组成。
由yA*mxA
得
YA* 1YA*
mX*A 1 X*A
第四章 吸收课件
吸收剂(S)
吸 收 塔
吸收尾气 (A+B)
吸收液(A+S)
化工与材料工程学院---Department of Chemical and Materials Engineering
2、吸收操作的用途：
(1)分离混合气体 获得一个或几个组分 ， 例如石油馏分裂解生产出来的乙烯、丙烯等。
(2)净化气体 一类是原料气的净化，即除 去混合气体中的杂质，如合成氨原料气脱 H2S、脱CO2等；另一类是尾气处理和废气 净化以保护环境，如燃煤锅炉烟气，冶炼废 气等脱除SO2，硝酸尾气脱除NO2等。
物理吸收：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：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。
化工与材料工程学院---Department of Chemical and Materials Engineering
气体的溶解度
在温度和压力一定的条件下，平衡时的气、液相组成具有一一 气体的溶解度 对应关系。 平衡状态下气相中溶质的分压称为平衡分压或饱和分压，与之 对应的液相浓度称为平衡浓度或气体在液体中的溶解度。这时 溶液已经饱和，即达到了它在一定条件下的溶解度，也就是指 气体在液相中的饱和浓度，习惯上以单位质量（或体积）的液 体中所含溶质的质量来表示，也表明一定条件下吸收过程可能 达到的极限程度。 在一定温度下达到平衡时，溶液的浓度随气体压力的增加而增 加。如果要使一种气体在溶液中里达到某一特定的浓度，必须 在溶液上方维持较高的平衡压力。 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。
吸收化工原理
A 2
p p z
A1
A2
20 p ' 0.305 A 2
20 6.67 0.61
p ' 13.3kPa A2
体
气液界面
3.单向扩散
JA
(1)总体流动
N cA
C
N－－总体流动的通量(A+B)
N cB
总体流动中A的通量
NyA
N
cA C
NA
C
JB
NA
总体流动中B的通量
1.判断传质方向及推动力：
已知体系的 x1、y1
若 y1 y1 mx1 ——吸收， y1 y1
若
y1
y1
——平衡， 0
若
y1
y1
——解吸,
y1 y1
若
x1
x1
y1 m
——吸收,
x1 x1
若
x1
x1
——平衡，
0
若
x1
x1
——解吸,
x1 x1
38
第39页/共132页
P ٭漂流因数 pBm —— 总体流动对传质速率的影响；
٭漂流因数 1;
٭cA
P 不大时， pBm
1
。
39
第40页/共132页
例：一氨水贮槽直径为2m，槽内装有农业氨水，
浓度为10％(质量浓度)，敞口，氨以分子扩散
方式挥发而损失。假定扩散时是通过一层厚度
为5mm的静止空气层，平均温度为20℃。在
29
第30页/共132页
∵无气体的宏观运动
NA JA
D d cA D d pA const d z RT d z
化工基础理论概述PPT
式中 M A、M B ——分别为组分A、B的分子量。
2．质量比与摩尔比 质量比是指混合物中某组分A的质量与惰性组分B（不参加传质的组 分）的质量之比，其定义式为 mA A mB 摩尔比是指混合物中某组分A的摩尔数与惰性组分B（不参加传质的 组分）的摩尔数之比，其定义式为
nA YA nB
式中
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第四章 质量传递
4.1.1 概述
4.1.1.1化工生产中的传质过程
4.1.1.2.相组成表示法
4.1.1.1化工生产中的传质过程
动量传递 化工三传 热量传递 质量传递
是指物质在浓度差、温度差、压力差等推动力作用下，从 一处向另一处的转移，包括相内传质和相际传质两类。
1.传质分离过程：利用物系中不同组分的物理性质或化学性质的 差异来造成一个两相物系，使其中某一组分或某些组分从一相转移 到另一相，达到分离的目的，这一过程称为传质分离过程。 以传质分离过程为特征的基本单元操作在化工生产中很多，有：
pG 气相主体
相界面
水
pi
液相主体 传质方向
Ci CL 空气+氨气 吸收
板式塔 3. 汽液传质塔设备 填料塔
(1) 板式塔
无溢流塔板：结构简单 、压降小、塔板面积利 用率高、 弹性小、效率低 有溢流塔板： 气液两相在设备中要有良好的接触： 接触充分，接触面大，相界面不断更新 无溢流塔板
解： 混合气可视为理想气体，以下标2表示出塔气体的状态。
y A2 0.02
YA2 y A2 0.02 0.02 1 - y A2 1 0.02
pA2 pyA2 101.3 0.02 2.026kPa
cA2 nA2 p A2 2.026 8.018 104 kmol/m3 V RT 8.314 298
化工基础 第四章 传质过程.
注意！传质速率方程式有多种形式（浓度的表示方法有多 种 传质推动力和相应的传质系数）。传质比传热更复杂。
• 作业 • 1.2.3.4
kL
DL
L
c csm
N A p A1 p A 2
1
推动力 阻力
kG
N A cA1 cA 2
1
推动力 阻力
kL
过 程 进 行 的 速 率
推动力 阻力
显然，若流体气体中的湍流愈激烈Re，则δ ，传质阻力也 愈小，即1/k。
传质速率方程式能否用于计算？ (cA1-cA2)可求，但k=?（同传热的，k取决于流体物性、流动 状况等因素）实验测定经验公式（下一章）。
RT p p dl A
利用边界条件积分后
因整体流动而产生的传递速率分别为 :
N
D
ln
p p Ai
Dp ln Bi
N
N cA 和N
N
c B
A,M
Mc
B,M
Mc
A RTl p p RTl p
A1
B1
由于 p pA1 pB1 pA2 pB2 pA1 pA2 pB2 pB1
对流扩散
N D D dcA
AB
E dz
层流：D占主要地位； 湍流：DE占主要地位。
DE——涡流扩散系数。非物性常数，与湍动程度有关，且与流体 质点所处位置有关，很难测定。 D——扩散系数。在温度压力不变时为Const.
对流传质
膜模型
c cA1 F
层流底层 （DE ≈ 0，分子扩散）
作用物
流体分子
流体质点
作用方式
化工基础概论第四章吸收
化工基础概论第四章吸 收
2020年6月3日星期三
4.1吸收操作在工业生产中的应用
4.1吸收操作在工业生产中的应用
4.2吸收操作分类及吸收剂的选择
4.2.1吸收操作分类 4.2.2气体在液体中的溶解度 4.2.3吸收剂的选择
4.2.1吸收操作分类
4.2.1吸收操作分类
4.2.2气体在液体中的溶解度
4.3.1填料塔结构
4.3.1填料塔结构
4.3.2填料
4.3.2.1填料特性 4.3.2.2常见填料类型
4.3.2.1填料特性
4.3.2.2常见填料类型
1、拉西环填料 2、鲍尔环与阶梯环填料 3、弧鞍与矩鞍填料 4、波纹填料与波纹网填料
1、拉西环填料
2、鲍尔环与阶梯环填料
3、弧鞍与矩鞍填料
4.3.5.1吸收流程的确定 4.3.5.2常见吸收流程
4.3.5.1吸收流程的确定
4.3.5.2常见吸收流程
4.3.6操作工艺条件
1、吸收操作温度 2、液气比
1、吸收操作温度
1、吸收操作温度
4.2.2气体在液体中的溶解度
4.2.2气体在液体中的溶解度
•图4 -4 氧气在水中的溶解度
4.2.3吸收剂的选择
4.3吸收设备及其操作
4.3.1填料塔结构 4.3.2填料 4.3.3填料塔附件 4.3.4填料塔及板式塔的特性比较 4.3.5实际生产中的吸收操作流程 4.3.6操作工艺条件
4、波纹填料与波纹网填料
4.3.3填料塔附件
1、填料支承装置 2、液体分布装置 3、液体再分布装置 4、气液体进口及ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ口装置
1、填料支承装置
2、液体分布装置
2、液体分布装置
3、液体再分布装置
2020年6月3日星期三
4.1吸收操作在工业生产中的应用
4.1吸收操作在工业生产中的应用
4.2吸收操作分类及吸收剂的选择
4.2.1吸收操作分类 4.2.2气体在液体中的溶解度 4.2.3吸收剂的选择
4.2.1吸收操作分类
4.2.1吸收操作分类
4.2.2气体在液体中的溶解度
4.3.1填料塔结构
4.3.1填料塔结构
4.3.2填料
4.3.2.1填料特性 4.3.2.2常见填料类型
4.3.2.1填料特性
4.3.2.2常见填料类型
1、拉西环填料 2、鲍尔环与阶梯环填料 3、弧鞍与矩鞍填料 4、波纹填料与波纹网填料
1、拉西环填料
2、鲍尔环与阶梯环填料
3、弧鞍与矩鞍填料
4.3.5.1吸收流程的确定 4.3.5.2常见吸收流程
4.3.5.1吸收流程的确定
4.3.5.2常见吸收流程
4.3.6操作工艺条件
1、吸收操作温度 2、液气比
1、吸收操作温度
1、吸收操作温度
4.2.2气体在液体中的溶解度
4.2.2气体在液体中的溶解度
•图4 -4 氧气在水中的溶解度
4.2.3吸收剂的选择
4.3吸收设备及其操作
4.3.1填料塔结构 4.3.2填料 4.3.3填料塔附件 4.3.4填料塔及板式塔的特性比较 4.3.5实际生产中的吸收操作流程 4.3.6操作工艺条件
4、波纹填料与波纹网填料
4.3.3填料塔附件
1、填料支承装置 2、液体分布装置 3、液体再分布装置 4、气液体进口及ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ口装置
1、填料支承装置
2、液体分布装置
2、液体分布装置
3、液体再分布装置
化工基础ch4(吸收)(2)
K x —以△x为推动力的液相总吸收系数，kmol/(m2.s)
3）用摩尔比浓度为总推动力的吸收速率方程式 适用条件：溶质浓度很低时
a）以 (Y Y*) 表示总推动力的总吸收速率方程式
据分压定律 p Py
y Y 1Y
pP Y 1Y
2020/3/30
p* P Y * 1Y *
代入 N A KG ( p p*)
N A KG ( p p*), N A KY (Y Y *), N A K y ( y y*) N A KL (c* c), N A K X ( X * X ), N A K X (x* x)
2020/3/30
注意： 吸收系数的单位：kmol /(m2·s单位推动力) 吸收系数与吸收推动力的正确搭配 阻力的表达形式与推动力的表达形式的对应 吸收速率方程的适用条件 各种吸收系数间的关系 气膜控制与液膜控制的条件
第四章 吸收
第三节 传质机理与吸收速率
一、分子扩散与菲克定律 二、气相中的稳定分子扩散 三、扩散系数 四、对流传质 五、吸收机理——双膜理论 六、吸收速率方程式
2020/3/30
吸收过程涉及两相间的物质传递，包括三个步骤： •溶质由气相主体传递到两相界面，即气相内的物质传递； •溶质在相界面上的溶解，由气相转入液相，即界面上发生 的溶解过程； •溶质自界面被传递至液相主体，即液相内的物质传递。
当气相组成以摩尔比浓度表示时
N A kY (Y Yi )
kY —以 Y 表示推动力的气膜吸收系数，kmol / (m2∙s)。
2020/3/30
2、液膜吸收速率方程式
NA
DC z L c sm
(ci
c)
令
DC Z Lcsm
任务四吸收
一般情况下，平衡线如图所示的曲线， 由图读出与Y1相平衡的 后 ，用下式计 算
2、计算法
若平衡线为直线，并可以表示为 Y*=m X,可由下式计算：
第五节 填料塔
一、填料塔的构造 （一）结构：填料塔由塔体、填料、液
体分布装置、填料制成装置、液体在分 布装置、流体进出口等构成。
填料塔典型结构
2、在界面处气液两相互成平衡。 3、在气液两相主体中，由于流体充分湍动混合，吸收质浓度
均匀，没有浓度差，也没有传质阻力和扩散阻力，浓度差全部 集中在两个膜层中，即阻力集中在两膜层中。这样，双膜理论 把复杂的吸收过程，简化为通过气液两膜的分子扩散过程。
（一）气膜吸收速率方程式
吸收质从气相主体通过气膜传递到相界面时的吸收速率方程可表示为 NA=k气（YA-Yi） NA=
（一）吸收操作过程常用术语
1、吸收剂：吸收过程所用的液体，S； 2、吸收质：混合气中能被溶剂吸收组分，A； 3、惰性气：混合气中不能被溶剂吸收组分，B； 4、吸收液：吸收操作所得溶液，A+S； 5、吸收尾气：排除的气体，B+A
吸收过程简图
（二）吸收装置
（三）吸收操作的应用
1、分离气体混合物：用洗油处理焦炉 气以回收其中的芳烃
2、除去气体中有害的杂质：合成胺工 艺中，合成气中的净化脱碳
3、制取溶液：用水吸收氯化氢气体制 取盐酸
4、回收气体混合物中有用组分，以综 合利用，保护环境。
二、吸收剂的选择
1、溶解度 对溶质有较高溶解度； 2、选择性 对溶质有较好吸收能力； 3、挥发性 低挥发性 4、黏性 低黏性 5、化学稳定性 高稳定性 6、再生性 容易再生 7、其他 物美价廉，毒性、腐蚀性小。
三、吸收剂消耗量
1、最小液气比 当吸收剂的用量减少到A点落在平衡线
2、计算法
若平衡线为直线，并可以表示为 Y*=m X,可由下式计算：
第五节 填料塔
一、填料塔的构造 （一）结构：填料塔由塔体、填料、液
体分布装置、填料制成装置、液体在分 布装置、流体进出口等构成。
填料塔典型结构
2、在界面处气液两相互成平衡。 3、在气液两相主体中，由于流体充分湍动混合，吸收质浓度
均匀，没有浓度差，也没有传质阻力和扩散阻力，浓度差全部 集中在两个膜层中，即阻力集中在两膜层中。这样，双膜理论 把复杂的吸收过程，简化为通过气液两膜的分子扩散过程。
（一）气膜吸收速率方程式
吸收质从气相主体通过气膜传递到相界面时的吸收速率方程可表示为 NA=k气（YA-Yi） NA=
（一）吸收操作过程常用术语
1、吸收剂：吸收过程所用的液体，S； 2、吸收质：混合气中能被溶剂吸收组分，A； 3、惰性气：混合气中不能被溶剂吸收组分，B； 4、吸收液：吸收操作所得溶液，A+S； 5、吸收尾气：排除的气体，B+A
吸收过程简图
（二）吸收装置
（三）吸收操作的应用
1、分离气体混合物：用洗油处理焦炉 气以回收其中的芳烃
2、除去气体中有害的杂质：合成胺工 艺中，合成气中的净化脱碳
3、制取溶液：用水吸收氯化氢气体制 取盐酸
4、回收气体混合物中有用组分，以综 合利用，保护环境。
二、吸收剂的选择
1、溶解度 对溶质有较高溶解度； 2、选择性 对溶质有较好吸收能力； 3、挥发性 低挥发性 4、黏性 低黏性 5、化学稳定性 高稳定性 6、再生性 容易再生 7、其他 物美价廉，毒性、腐蚀性小。
三、吸收剂消耗量
1、最小液气比 当吸收剂的用量减少到A点落在平衡线
化工原理吸收知识点
① 传质单元数（以NOG为例）：
yj dy 1
y j1 y ye
亦即
yj （y
y j1 ye）j j1
1
可见，传质单元数决定于分离前后气、液相组成 和相平衡关系，其大小表示了分离任务的难易。
② 传质单元高度（以HOG 为例） 完成一个传质单元分离任务所需的填料层高度。
▲ 影响传质单元高度的因素：填料性能，流动情况
填料层高度 ：
h
y1 y2
Gdy K a( y
y
y e
)
G Ka
y
y1
(y2
y
dy y
e
)
同样可以推得以液相传质速率方程表示的计算式：
Ldx Kxa(xe x)dh
h x1
Ldx
L x1 dx
x2 K xa(xe x) K x a x2 (xe x)
h L x1 dx K x a x2 (xe x)
1 11KBiblioteka mk kxyx
1 1m
Kya kya kxa 1 1 1 K x a mk y a k x a
于是有:
mG HOG HG L H L
L
H H H
OL mG G
L
令
A L mG
—— 吸收因子
传质单元：通过一定高度填料层的传质，使一相组 成的变化恰好等于其中的平均推动力，这样一段填 料层的传质称为一个传质单元。
y1 y2 ln y1 y1 y2 y2
令
ym
y1 y2 Ln y1
— 对数平均推动力
y2
则
N OG
y1 y2
ym
同理：
N OL
x1 x2
化工基础吸收知识点总结
化工基础吸收知识点总结一、吸收的基本概念吸收是化工过程中常用的一种分离技术，通过将气体、液体或固体混合物中的一种或几种物质吸收到另一种物质中来实现分离和净化。
吸收的基本原理是在可逆或不可逆的化学反应或物理吸附作用下，将气体或液体中的一种或几种物质通过传质作用，吸附到用来吸收的溶剂中。
吸收通常是以溶剂为中介进行的，随着被吸收物质的浓度在溶剂中的增加，溶解度逐渐增大，在达到一定平衡后形成溶液。
吸收在化工生产中广泛应用，例如在石油化工、化学工程、环保等领域都有重要的作用。
二、物理吸收和化学吸收吸收可以分为物理吸收和化学吸收两种类型。
物理吸收是指在物理条件下，溶质分子在溶剂中通过相互作用形成溶液的过程。
物理吸收对于气体在溶液中的溶解有着重要的影响，常用于气体分离和净化的工艺中。
化学吸收是指通过发生化学反应将气体中的一种或几种物质吸收到液体中，常用于气体净化和废气处理的过程。
三、吸收的装置和设备吸收操作通常需要辅助装置和设备来进行，常见的吸收装置包括吸收塔、填料塔、板式吸收塔、直接接触吸收器等。
其中，吸收塔是常见的一种吸收装置，它通常是由塔筒、填料、进口、出口和料液分布器等组成。
在填料塔中，填料可以增加表面积，有利于气液传质和溶液形成，是提高吸收效率的关键。
而板式吸收塔是以板作为介质，通过气体和原液的接触和传质来实现吸收分离的一种装置。
直接接触吸收器则是由于气体和液体直接接触而形成的一种吸收设备，用于一些特殊的气体净化或气体液体传质操作。
四、吸收过程中的影响因素吸收过程受到很多因素的影响，包括气相浓度、液相浓度、温度、压力、塔内气流速度等。
气相浓度和液相浓度是影响吸收速率和效果的主要因素，其浓度大小会直接影响溶质在溶剂中的溶解度。
温度和压力也会对吸收过程产生影响，不同温度下溶质的溶解度会有所不同，由于气相浓度、液相浓度以及温度和压力等因素的相互影响，吸收过程通常是一个复杂的传质过程。
五、吸收设备的选择和设计在化工生产中，选择合适的吸收设备和设计合理的吸收工艺是非常重要的。
化工原理吸收
稳定性好：即 吸收剂在储存 和使用过程中 稳定性较好， 不易分解或变 质
吸收剂的选择
在实际应用中，常用的吸收剂包 括水、醇、酮、醚等有机溶剂以
及酸、碱等无机溶液
选择哪种吸收剂需要根据具体的 分离要求和条件来确定
PART 4
吸收设备
吸收设备
1 吸收设备是实现吸收过程的重要工具 2 常见的吸收设备有填料塔、板式塔和喷淋塔等 3 这些设备的主要区别在于塔内气液接触的方式和流动状态 4 填料塔内装有固体填料，液体从填料表面流下时形成薄膜，气体通过时与薄膜相接触而发生吸收 5 板式塔内装有多层塔板或筛板，气体通过塔板时形成鼓泡层，与液体充分接触 6 喷淋塔内液体从顶部喷淋而下，气体自下而上流动，气液在塔内逆流接触 7 根据不同的工艺要求和物料特性，可以选择适合的吸收设备
选择合适的吸收 剂是实现高效吸 收的关键。吸收 剂应具备以下特
点
吸收剂的选择
溶解度大：即 能够大量吸附 待分离的气体 组分
选择性好：即 对所需分离的 气体组分具有 较高的吸附能 力，而对其他 组分的吸附能 力较低
挥发性低：即 吸收剂不易挥 发，以减少损 失
无毒、无腐蚀 性：即不会对 设备造成腐蚀 或污染环境
与吸收剂分子发生相互作用，气体分子
被吸收剂分子吸附而溶解在吸收剂中
05
吸 收 剂 可 以a选a择a 性 地 吸 附 某 种 气 体 或 多
种气体，从而实现气体的分离和净化
03
溶 解 后 的 气a体a分a 子 在 吸 收 剂 中 扩 散 ， 最
终达到气液平衡状态
PART 3
吸收剂的选择
吸收剂的选择
20XX
化工原理吸收
-
1 吸收的定义 3 吸收剂的选择 5 吸收的应用
《化工原理吸收》课件
化工原理吸收
本课件将全面介绍吸收过程的基本原理、吸收器的类型和吸收的应用，以及 如何进行建模和计算。
吸收的定义和目的
1 定义
2 目的
吸收是一种分离技术，通过将一种气体或 蒸汽置于另一种稀释剂或溶液中，从而将 其中溶解的组分分离出来。
吸收的主要目的是去除气体和蒸汽中的污 染物质和有害化学物质，以及对溶液中有 用组分进行富集。
展望
未来的吸收技术仍将面临许多新挑战，如高质 量、低能耗、低成本、多功能、可重复利用、 小型化、智能化等方面的需求。
吸收过程的应用
烟气处理
吸收技术可应用于较小的氮氧 化物、二氧化硫和氯化氢排放 源的处理。
成分分离
可用于将有机物和无机物中有 用成分进行分离，一些医药工 业中可用于制备纯药物。
能源行业
使用吸收技术深度处理二氧化 碳，达到减排工作的目标。
吸收的基本原理
气液平衡
根据热力学原理，气体向易溶于液体的物质分子扩散，溶质向气态分子扩散。
吸收建模和计算
塔设计参数
如污染物浓度、填料形状、液气流速、进出口口径等参数，关键点是设计吸收塔的高度和塔 板数目。
质量传递系数的估算
可采用拟合法、直接平衡法、平衡理论法等方法进行计算。
吸收过程的模拟和优化
涉及塔内相和质量传递过程的动态及静态模拟、计算等方面。
吸收的应用和工程实例
吸收应用 烟气处理
质量传递
气体成分从气相Байду номын сангаас液相传递的速率与气液相的传质速率有关。
相互作用
液相吸收剂对气相中各组分有特定的物理和化学作用。
吸收器的类型
1
塔式吸收器
顶部进料，下部排出产物的装置，连续自动运行。
本课件将全面介绍吸收过程的基本原理、吸收器的类型和吸收的应用，以及 如何进行建模和计算。
吸收的定义和目的
1 定义
2 目的
吸收是一种分离技术，通过将一种气体或 蒸汽置于另一种稀释剂或溶液中，从而将 其中溶解的组分分离出来。
吸收的主要目的是去除气体和蒸汽中的污 染物质和有害化学物质，以及对溶液中有 用组分进行富集。
展望
未来的吸收技术仍将面临许多新挑战，如高质 量、低能耗、低成本、多功能、可重复利用、 小型化、智能化等方面的需求。
吸收过程的应用
烟气处理
吸收技术可应用于较小的氮氧 化物、二氧化硫和氯化氢排放 源的处理。
成分分离
可用于将有机物和无机物中有 用成分进行分离，一些医药工 业中可用于制备纯药物。
能源行业
使用吸收技术深度处理二氧化 碳，达到减排工作的目标。
吸收的基本原理
气液平衡
根据热力学原理，气体向易溶于液体的物质分子扩散，溶质向气态分子扩散。
吸收建模和计算
塔设计参数
如污染物浓度、填料形状、液气流速、进出口口径等参数，关键点是设计吸收塔的高度和塔 板数目。
质量传递系数的估算
可采用拟合法、直接平衡法、平衡理论法等方法进行计算。
吸收过程的模拟和优化
涉及塔内相和质量传递过程的动态及静态模拟、计算等方面。
吸收的应用和工程实例
吸收应用 烟气处理
质量传递
气体成分从气相Байду номын сангаас液相传递的速率与气液相的传质速率有关。
相互作用
液相吸收剂对气相中各组分有特定的物理和化学作用。
吸收器的类型
1
塔式吸收器
顶部进料，下部排出产物的装置，连续自动运行。
《化工单元过程操作》教学课件-03吸收过程及操作
2021年3月17日10时10分
任务3.1 吸收基础知识
亨利定律不同的表达形式 （1） y* = mx 式中： x —— 液相中溶质的摩尔分率
y* ——与液相组成成平衡的气相中溶质摩尔分率 m —— 相平衡常数 （2） Y* = mX 式中： Y*——相平衡时，每kmol惰性组分中含有气体溶质的kmol数 X ——每kmol吸收剂中含有气体溶质的kmol数 m —— 相平衡常数
吸收速率=推动力/阻力=传质系数×推动力
2021年3月17日10时10分
任务3.2 吸收过程分析
3.2.2 吸收速率方程式
（1） 气膜吸收速率方程式
NA=kY（Y-Yi）=
Y Yi 1/ kY
吸收质通过 气膜的扩散 阻力
kY —— 气膜吸收系数，kmol/（m2·s·kmol吸收质/ kmol惰性组分） 此气膜吸收系数须由实验测定、按经验公式计算或准数关联式确
H=
EM S
任务3.1 吸收基础知识
（2）亨利定律
吸收平衡线：描述吸收过程中气液相平衡关系的图线。
极稀溶液 Y
2021年3月17日10时10分
Y*=mx
吸收平衡线 X
任务3.1 吸收基础知识
例题：含氨３％（体积分数）的混合气体，在填料塔中被水吸收，试求氨溶液的最 大浓度。塔内操作压力为202.6kpa，气液相平衡关系为p*= 267x 。 解：气相中氨的分压：
2021年3月17日10时10分
任务3.1 吸收基础知识
3.1.1 吸收的概念及术语
吸收是分离气相混合物的最常用的单元操作，利用混合气体中各组分在 某溶剂中溶解度的差异，使一种或几种组分溶于溶剂中，其它组分仍保留在 气相，从而实现分离。
2021年3月17日10时10分
任务3.1 吸收基础知识
亨利定律不同的表达形式 （1） y* = mx 式中： x —— 液相中溶质的摩尔分率
y* ——与液相组成成平衡的气相中溶质摩尔分率 m —— 相平衡常数 （2） Y* = mX 式中： Y*——相平衡时，每kmol惰性组分中含有气体溶质的kmol数 X ——每kmol吸收剂中含有气体溶质的kmol数 m —— 相平衡常数
吸收速率=推动力/阻力=传质系数×推动力
2021年3月17日10时10分
任务3.2 吸收过程分析
3.2.2 吸收速率方程式
（1） 气膜吸收速率方程式
NA=kY（Y-Yi）=
Y Yi 1/ kY
吸收质通过 气膜的扩散 阻力
kY —— 气膜吸收系数，kmol/（m2·s·kmol吸收质/ kmol惰性组分） 此气膜吸收系数须由实验测定、按经验公式计算或准数关联式确
H=
EM S
任务3.1 吸收基础知识
（2）亨利定律
吸收平衡线：描述吸收过程中气液相平衡关系的图线。
极稀溶液 Y
2021年3月17日10时10分
Y*=mx
吸收平衡线 X
任务3.1 吸收基础知识
例题：含氨３％（体积分数）的混合气体，在填料塔中被水吸收，试求氨溶液的最 大浓度。塔内操作压力为202.6kpa，气液相平衡关系为p*= 267x 。 解：气相中氨的分压：
2021年3月17日10时10分
任务3.1 吸收基础知识
3.1.1 吸收的概念及术语
吸收是分离气相混合物的最常用的单元操作，利用混合气体中各组分在 某溶剂中溶解度的差异，使一种或几种组分溶于溶剂中，其它组分仍保留在 气相，从而实现分离。
2021年3月17日10时10分
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第四章 吸 收
4.1吸收操作在工业生产中的应用
吸收是分离气体混合物的重要单元操作。它利用混合气体中各组分在所选择的液体中溶解 程度的差异，有选择的使混合气体中一种或几种组分溶于此液体而形成溶液，其它未溶解 的组分仍保留在气相中，以达到从混合气体中分离出某组分的目的。吸收是一个单向传质 过程，即仅有气相中的易溶组分由气相向液相转移。在吸收操作过程中，能够溶解于液体 中的气体组分称为吸收质（或溶质）；而不能溶解的气体组分称为惰性组分（或载体）；所 用的液体称为吸收剂（或溶剂）；吸收操作所得到的液体称为溶液（或吸收液），其主要成 分为吸收剂和溶质；被吸收后的气体称为吸收尾气，其主要成分应为惰性气体，还有残余 的吸收质。
4.2.2气体在液体中的溶解度
在一定的温度下，使某一定量的可溶性气体溶质与一定量的液体溶剂在密闭的 容器内相接触，溶质便向溶剂转移。经过足够长的时间以后，就会发现气体的 压力和该气体在溶液中的浓度不再变化。此时并非没有气体分子进入液体，而 是由于在任何瞬间内，气体进入液体的分子数与从液体中逸出并返回到气体中 的气体分子数相等之故，所以宏观上过程就象停止一样，这种状况称为相际动 态平衡，简称相平衡。在此平衡状态下，溶液上方气相中溶质的压力称为当时 条件下的平衡压力，而液相中所含溶质气体的浓度即在当时条件下气体在液体 中的溶解度。习惯上溶解度是以在一定的温度和溶质气体的平衡压力下，溶解 在单位质量的液体溶剂中溶质气体的质量数表示，Kg 气体溶质/Kg 液体溶剂。
4.2.2气体在液体中的溶解度
显然：对应于同样浓度的气体溶液，易溶气体溶液上方的平衡压力小，而难溶 气体溶液上方的平衡压力大。换言之，如欲获得一定浓度的气体溶液，对于易 溶气体所需的平衡压力较低，而对于难溶气体所需的平衡压力则很高。 由图还可发现，这三种物质的溶解度曲线表现出同样的变化趋势：当压力一定 时，温度越低，溶解度越大，气体越容易被吸收；当温度一定时，压力越高， 溶解度越大,气体越容易被吸收。这说明加大压力和降低温度可以提高溶解度， 对吸收操作有利；反之，升温和减小压力则降低溶解度，对吸收操作不利。
4.2.2气体在液体中的溶解度
只有处于不平衡状态的气液相接触，才有可能发生吸收现象。在气液系统中，只要液相中 吸收质的实际浓度小于平衡浓度或气相中吸收质的分压大于平衡分压，吸收质就从气相转 入液相，吸收过程一直进行到相平衡为止。所以相平衡是物理吸收过程的极限，该极限取 决于溶解度。溶解度的大小是随物系、温度和压力而异，通常由实验测定。如图 4-2、4-3、 4-4 分别表示出氨气、二氧化硫和氧气在水中溶解度与其气相平衡压力之间的关系。图中 的关系线称为溶解度曲线。 将图 4-2、4-3、4-4 进行比较，可以发现：温度、压力一定时，氨的溶解度最大、二氧化 硫其次、氧溶解度最小。这说明氨易溶解于水、氧难溶解于水。我们都知道如果要使一种 气体在溶液中达到一定的浓度，必须在溶液上方维持较高的平衡压力，由图可见，温度一 定时，同样质量的氨、二氧化硫、氧各溶解于一定量的水，氨在其溶液上方的平衡压力最 小，二氧化硫的平衡压力居中，氧在其溶液上方的平衡压力最大。
图4 -4 氧气在水中的溶解度
4.2.3吸收剂的选择
工业上吸收操作通常在吸收塔中进行，如图 4-1 为在填料塔中进行的逆流吸收操作。吸收 剂自塔顶上部喷淋而下，混合气体由塔底进入，气、液两相在塔内进行逆流接触，由于气、 液两相中的吸收质存在浓度差，即气相中吸收质的浓度大于液相中吸收质的浓度，因此混 合气体内吸收质就转移到了吸收剂中，吸收尾气从塔顶排出，在塔底部得到了溶液。
4.2.1吸收操作分类
在吸收操作中为了得到较纯净的吸收质或回收吸收剂循环使用，常常需要将吸 收质从吸收剂中分离出来。使溶解于液相中的气体释放出来的操作称为解吸或 脱吸。解吸是吸收的逆过程，解吸的操作方法通常是使溶液与惰性气体或水蒸 汽在解吸塔中相遇，气体溶质则逐渐从溶液中释放出来，于塔底收取纯净的溶 剂，而塔顶则得到所脱出的溶质与惰性气体或与蒸汽的混合物。操作中通入的 惰性气体、水蒸气是分别通过在总压一定的情况下降低吸收质的分压、升高溶 液温度来达到解吸的目的的。
4.2吸收操作分类及吸收剂的选择
4.2.1吸收操作分类 4.2.2气体在液体中的溶解度 4.2.3吸收剂的选择
4.2.1吸收操作分类
在吸收过程中，如果吸收质与吸收剂之间不发生显著的化学反应，可认为仅是气体溶解于 液体的物理过程，则称为物理吸收。物理吸收操作的极限主要决定于当时条件下吸收质在 吸收剂中的溶解度。如果吸收质与吸收剂之间发生显著的化学反应，则称为化学吸收。化 学吸收操作的极限主要决定于当时条件下反应的平衡常数。 在吸收过程中，若混合气体中只有一个组分进入吸收剂，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更多个组分进入液相，则 称为多组分吸收。 吸收质溶解于吸收剂时，有时会释放出相当大的热，结果使液相温度逐渐升高。如果放热 量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时，温度变化并不明 显，则称为等温吸收。若放热量较大，所形成的溶液浓度又高，温度变化很剧烈，这样的 吸收过程称为非等温吸收。本章主要讨论低浓度、单组分的等温物理吸收。
4.1吸收操作在工业生产中的应用
吸收在化工生产中应用甚为广泛，主要有以下几个方面： 1、分离混合气体以获得一个或几个组分。如：从裂化气或天然气的高温裂解气 中分离乙炔，从乙醇催化裂解气中分离丁二烯等。 2、除去有害组分以净化气体。如：合成氨工业中用水或碱液脱除原料气中的二 氧化碳，用铜氨液除去原料气中的一氧化碳等。 3、制取成品。如：用水吸收氯化氢以制取盐酸，用水吸收甲醛以制取福尔马林 等。 4、废气处理、尾气回收。如：磷肥生产中，放出的含氟废气具有强烈的腐蚀性， 可采用水及其它盐类经吸收制成有用的氟硅酸钠、冰晶石等，硝酸尾气中含氮 的氧化物可以用碱吸收制成硝酸钠等有用物质。
4.1吸收操作在工业生产中的应用
吸收是分离气体混合物的重要单元操作。它利用混合气体中各组分在所选择的液体中溶解 程度的差异，有选择的使混合气体中一种或几种组分溶于此液体而形成溶液，其它未溶解 的组分仍保留在气相中，以达到从混合气体中分离出某组分的目的。吸收是一个单向传质 过程，即仅有气相中的易溶组分由气相向液相转移。在吸收操作过程中，能够溶解于液体 中的气体组分称为吸收质（或溶质）；而不能溶解的气体组分称为惰性组分（或载体）；所 用的液体称为吸收剂（或溶剂）；吸收操作所得到的液体称为溶液（或吸收液），其主要成 分为吸收剂和溶质；被吸收后的气体称为吸收尾气，其主要成分应为惰性气体，还有残余 的吸收质。
4.2.2气体在液体中的溶解度
在一定的温度下，使某一定量的可溶性气体溶质与一定量的液体溶剂在密闭的 容器内相接触，溶质便向溶剂转移。经过足够长的时间以后，就会发现气体的 压力和该气体在溶液中的浓度不再变化。此时并非没有气体分子进入液体，而 是由于在任何瞬间内，气体进入液体的分子数与从液体中逸出并返回到气体中 的气体分子数相等之故，所以宏观上过程就象停止一样，这种状况称为相际动 态平衡，简称相平衡。在此平衡状态下，溶液上方气相中溶质的压力称为当时 条件下的平衡压力，而液相中所含溶质气体的浓度即在当时条件下气体在液体 中的溶解度。习惯上溶解度是以在一定的温度和溶质气体的平衡压力下，溶解 在单位质量的液体溶剂中溶质气体的质量数表示，Kg 气体溶质/Kg 液体溶剂。
4.2.2气体在液体中的溶解度
显然：对应于同样浓度的气体溶液，易溶气体溶液上方的平衡压力小，而难溶 气体溶液上方的平衡压力大。换言之，如欲获得一定浓度的气体溶液，对于易 溶气体所需的平衡压力较低，而对于难溶气体所需的平衡压力则很高。 由图还可发现，这三种物质的溶解度曲线表现出同样的变化趋势：当压力一定 时，温度越低，溶解度越大，气体越容易被吸收；当温度一定时，压力越高， 溶解度越大,气体越容易被吸收。这说明加大压力和降低温度可以提高溶解度， 对吸收操作有利；反之，升温和减小压力则降低溶解度，对吸收操作不利。
4.2.2气体在液体中的溶解度
只有处于不平衡状态的气液相接触，才有可能发生吸收现象。在气液系统中，只要液相中 吸收质的实际浓度小于平衡浓度或气相中吸收质的分压大于平衡分压，吸收质就从气相转 入液相，吸收过程一直进行到相平衡为止。所以相平衡是物理吸收过程的极限，该极限取 决于溶解度。溶解度的大小是随物系、温度和压力而异，通常由实验测定。如图 4-2、4-3、 4-4 分别表示出氨气、二氧化硫和氧气在水中溶解度与其气相平衡压力之间的关系。图中 的关系线称为溶解度曲线。 将图 4-2、4-3、4-4 进行比较，可以发现：温度、压力一定时，氨的溶解度最大、二氧化 硫其次、氧溶解度最小。这说明氨易溶解于水、氧难溶解于水。我们都知道如果要使一种 气体在溶液中达到一定的浓度，必须在溶液上方维持较高的平衡压力，由图可见，温度一 定时，同样质量的氨、二氧化硫、氧各溶解于一定量的水，氨在其溶液上方的平衡压力最 小，二氧化硫的平衡压力居中，氧在其溶液上方的平衡压力最大。
图4 -4 氧气在水中的溶解度
4.2.3吸收剂的选择
工业上吸收操作通常在吸收塔中进行，如图 4-1 为在填料塔中进行的逆流吸收操作。吸收 剂自塔顶上部喷淋而下，混合气体由塔底进入，气、液两相在塔内进行逆流接触，由于气、 液两相中的吸收质存在浓度差，即气相中吸收质的浓度大于液相中吸收质的浓度，因此混 合气体内吸收质就转移到了吸收剂中，吸收尾气从塔顶排出，在塔底部得到了溶液。
4.2.1吸收操作分类
在吸收操作中为了得到较纯净的吸收质或回收吸收剂循环使用，常常需要将吸 收质从吸收剂中分离出来。使溶解于液相中的气体释放出来的操作称为解吸或 脱吸。解吸是吸收的逆过程，解吸的操作方法通常是使溶液与惰性气体或水蒸 汽在解吸塔中相遇，气体溶质则逐渐从溶液中释放出来，于塔底收取纯净的溶 剂，而塔顶则得到所脱出的溶质与惰性气体或与蒸汽的混合物。操作中通入的 惰性气体、水蒸气是分别通过在总压一定的情况下降低吸收质的分压、升高溶 液温度来达到解吸的目的的。
4.2吸收操作分类及吸收剂的选择
4.2.1吸收操作分类 4.2.2气体在液体中的溶解度 4.2.3吸收剂的选择
4.2.1吸收操作分类
在吸收过程中，如果吸收质与吸收剂之间不发生显著的化学反应，可认为仅是气体溶解于 液体的物理过程，则称为物理吸收。物理吸收操作的极限主要决定于当时条件下吸收质在 吸收剂中的溶解度。如果吸收质与吸收剂之间发生显著的化学反应，则称为化学吸收。化 学吸收操作的极限主要决定于当时条件下反应的平衡常数。 在吸收过程中，若混合气体中只有一个组分进入吸收剂，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更多个组分进入液相，则 称为多组分吸收。 吸收质溶解于吸收剂时，有时会释放出相当大的热，结果使液相温度逐渐升高。如果放热 量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时，温度变化并不明 显，则称为等温吸收。若放热量较大，所形成的溶液浓度又高，温度变化很剧烈，这样的 吸收过程称为非等温吸收。本章主要讨论低浓度、单组分的等温物理吸收。
4.1吸收操作在工业生产中的应用
吸收在化工生产中应用甚为广泛，主要有以下几个方面： 1、分离混合气体以获得一个或几个组分。如：从裂化气或天然气的高温裂解气 中分离乙炔，从乙醇催化裂解气中分离丁二烯等。 2、除去有害组分以净化气体。如：合成氨工业中用水或碱液脱除原料气中的二 氧化碳，用铜氨液除去原料气中的一氧化碳等。 3、制取成品。如：用水吸收氯化氢以制取盐酸，用水吸收甲醛以制取福尔马林 等。 4、废气处理、尾气回收。如：磷肥生产中，放出的含氟废气具有强烈的腐蚀性， 可采用水及其它盐类经吸收制成有用的氟硅酸钠、冰晶石等，硝酸尾气中含氮 的氧化物可以用碱吸收制成硝酸钠等有用物质。