第九章气体吸收
化工原理第九章 吸收
p
* A
cA H
或
cA* HpA
H——溶解度系数 ，单位：kmol/m3·Pa或kmol/m3·atm。
H是温度的函数，H值随温度升高而减小。
易溶气体H值大，难溶气体H值小。
溶解度系数H与亨利系数E间的关系
pA*
cA H
,
pA*
ExA, xA
cA c
E
c H
设溶液的密度为 kg / m3，浓度为 c kmol / m3 ，则
20.6.19
气相： 液相：
yA
nA n
xA
nA n
yA yB yN 1 xA xB xN 1
质量分数与摩尔分数的关系：
xA
nA n
mw A
/ MA
mw A / M A mw B / MB mw N
/ MN
wA/M A
wA/M A wB/MB wN/M N
20.6.19
第二节 气液相平衡
一、气体的溶解度 二、亨利定律 三、气液相平衡与吸收过程 的关系
20.6.19
一、气体的溶解度
1、气体在液体中溶解度的概念
气体在液相中的溶解度 ：气体在液体中的饱和浓度 cA*
表明一定条件下吸收过程可能达到的极限程度。
2、溶解度曲线
对于单组分物理吸收，由相律知
f c 2 322 3
2、质量比与摩尔比
质量比：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。 wA mA mB
摩尔比：混合物中某组分的摩尔数与惰性组分摩 尔数之比。
气相：
YA
nA nB
液相： X A
nA nB
20.6.19
下册-气体吸收
（3） 溶解度对操作条件的敏感性 溶质在吸收剂中的溶解度 对操作条件（温度、压力）要敏感，即随操作条件的变化溶解 度要显著的变化，这样被吸收的气体组分容易解吸，吸收剂再 生方便。
பைடு நூலகம்
w 式中
A——组分A的质量分率；
mA——混合物中组分A的质量，kg；
m——混合物总质量，kg。
w A w B w N 1 （9-2）
自强不息 知行合一
摩尔分率：摩尔分率是指在混合物中某组分的摩尔数
于混合物中的A组分有
n占A 混合物总摩尔数
的分n率。对
气相： yAnA/n
（9-3）
液相：
xA nA/n
• 吸收液(strong liquor)：吸收操作后得到的溶液 ，主要成分为溶剂S和溶质A。
• 吸收尾气(dilute gas)：吸收后排出的气体，主 要成分为惰性气体B和少量的溶质A。
• 吸收过程在吸收塔中进行，逆流操作吸收塔示
意图如右所示。
（4）吸收剂的选用
脱苯煤气 贫油
6 7
5
粗苯
水
1
焦炉煤气
（9-20）
式中 c—混合物在液相中的总摩尔浓度，kmol/m；3
—混合物液相的密度，kg/m 3。
自强不息 知行合一
（4）气体的总压与理想气体混合物中组分的分压
总压与某组分的分压之间的关系为 pA pyA
摩尔比与分压之间的关系为 摩尔浓度与分压之间的关系为
YA
pA p pA
cA
nA V
pA RT
分子扩散、菲克定律及其在等分子反向扩散和单向扩散的应用；对流传质概念；双膜理论要点；吸收的
气体吸收
2 以液膜传质分系数表示吸收速率方程式
NA
DL c总 Z L cBm
ci c (ci c) k L (ci c) 1 kL
N A kL (ci c )
kL——以浓度差为推动力的液膜传质分系数，ms-1；
N A k x ( xi x)
kx——以摩尔分数差为推动力的液膜传质分系数，molm-2s-1；
溶质的平衡分压 p与其在液相中的摩尔分率 x之间存在着如下的 关系：
p*=E· x
式中: p*---------溶质在气相中的平衡分压, Pa； x----------溶质在液相中的摩尔分数 E----------享利系数， Pa
上式表示溶液的组成低于一定数值时溶质的平衡分压与它
在溶液中的摩尔分率成正比。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。
m
y
m
某吸收过程，气相传质分系数，液相传质分系数, 由此可知方该过程为( )。 (A)液膜控制；(B)气膜控制； (C)气液双膜控制；(D)判断依据不足
积上被吸收的溶质量。表明吸收速率与吸收推动力之间
关系的数学式称为吸收速率方程。 1 以气膜传质分系数表示的吸收速率方程式
NA
Dp总 RTZG pB ,m
p pi ( p pi ) kG ( p pi ) 1 kG
N A kG ( p pi )
kG——以分压差为推动力的气膜传质分系数，molm-2s-1Pa-1；
浓度的差值来表示。
(1) 以（p-p*）表示总推动力 液膜吸收速率方程
N A kL (ci c)
代入
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。）
气体吸收
起因：浓度差
6.1.2 原理
2 为达到吸收分离气体混合物的目的， 如何分离？其分离的依据使什么？
人为地造成两相，故为相际传质。
气液两相、液 液相、汽液两 相 溶解度、相 对挥发度、 尺寸等不同
物理化学性质差异:
2 吸收术语
吸收剂：吸收过程中所 用的溶剂；（S） B A 溶质：混合气体中能显 A B 著被吸收剂吸收的组 分 ；（A） A B A 惰性组分：不能被吸收 剂吸收的组分；（B） B A A 富液 ：含有较高溶质 A 浓度的吸收剂； 贫液：从富液中将溶 质分离出来后得到的吸 收剂。
当塔高无限高，吸收剂用量很大 y 2 也不会无限减小
* y2,min y2 mx2
习题
1对低浓度溶质的气液平衡系统，当总压 降低时，亨利系数E将（ ），相平衡 常数m将（ ），溶解度常数H将（ ） 2亨利定律表达式p*=Ex,若某气体在水中 的E很小，说明该气体为（ ）
思考题： 1. 温度和压力对吸收过程的平衡关系有何影 响? 2. 亨利定律为何具有不同的表达形式? 3. 摩尔比与摩尔分数有何不同，它们之间的 关系如何?
3 吸收工业过程小结
选择合适的溶剂 选择合适的设备 选择合适的溶剂再生方法
–加热，因温度升高，溶解度降低；
–减压，因压力降低，溶解度降低； –惰性气体与溶液逆流接触，一般采
用过热蒸汽，一方面由于较高温度， 另一方面由于惰性气体可以降低溶 质气体的分压，从而带出溶质气体。
6.1.4 溶剂的选择原则
6.1.3 传质设备
1 塔设备 填料塔(packed tower),微分接触式 板式塔(tray tower),阶跃式
2 吸收过程流程
脱苯煤气 冷凝器 粗苯 冷却器 吸收塔 补充新 鲜洗油 换热器 水
第八章 传质过程导论 第九章 气体吸收
第八章传质过程导论第九章气体吸收1-1 吸收过程概述与气液平衡关系1-1 在25℃及总压为101.3kPa的条件下，氨水溶液的相平衡关系为p*=93.90x kPa。
试求(1) 100g水中溶解1g的氨时溶液上方氨气的平衡分压和溶解度系数H；(2) 相平衡常数m。
1-2 已知在20℃和101.3kPa下，测得氨在水中的溶解度数据为：溶液上方氨平衡分压为0.8kPa时，气体在液体中溶解度为1g (NH3)/1000g(H2O)。
试求在此温度和压力下，亨利系数E、相平衡常数m及溶解度系数H。
1-3 在总压为101.3kPa，温度为30℃的条件下，含有15%（体积%）SO2的混合空气与含有0.2%（体积%）SO2的水溶液接触，试判断SO2的传递方向。
已知操作条件下相平衡常数m=47.9。
1-2 传质机理1-4 组分A通过厚度为的气膜扩散到催化剂表面时，立即发生化学反应：，生成的B离开催化剂表面向气相扩散。
试推导稳态扩散条件下组分A、B的扩散通量及。
1-5 假定某一块地板上洒有一层厚度为1mm的水，水温为297K，欲将这层水在297K的静止空气中蒸干，试求所需时间为若干。
已知气相总压为101.3kPa，空气湿含量为0.002kg/（kg 干空气），297K时水的饱和蒸汽压为22.38 kPa。
假设水的蒸发扩散距离为5mm。
1-3 吸收速率1-6 采用填料塔用清水逆流吸收混于空气中的CO2。
已知25℃时CO2在水中的亨利系数为1.66×105kPa，现空气中CO2的体积分率为0.06。
操作条件为25℃、506.6kPa，吸收液中CO2的组成为。
试求塔底处吸收总推动力∆p、∆c、∆ X和∆ Y。
1-7 在101.3kPa及20℃的条件下，在填料塔中用清水逆流吸收混于空气中的甲醇蒸汽。
若在操作条件下平衡关系符合亨利定律，甲醇在水中的溶解度系数H＝1.995kmol/(m3·kPa)。
塔内某截面处甲醇的气相分压为6kPa，液相组成为2.5 kmol/m3，液膜吸收系数k L=2.08×10-5m/s，气相总吸收系数K G＝1.122×105 kmol/(m2·s·kPa)。
化工原理 第九章 气体吸收
第一节概述一、什么是吸收？吸收是利用气体混合物中各组分在某种溶剂中溶解度的差异，而将气体混合物中组分加以分离的单元操作。
溶质: 气体混合物中能溶解的组分称为溶质，以A表示；惰性组分: 不溶或微溶组分称为惰性组分或载体，以B表示；溶剂: 吸收过程所用的溶剂称为吸收剂，以S表示；吸收液: 所得的溶液称为吸收液。
二、吸收在石油化工中的应用(1)回收有用组分(2)制取液态产品(3)净化气体（废气治理）三、吸收的工艺流程四、吸收分类按溶质和溶剂之间是否发生明显的化学反应吸收按溶于溶剂的组分数吸收按吸收过程是否发生明显的温度变化吸收五、吸收剂的选择1．溶解度大；2．选择性好；3．挥发度低；4．粘度低；5．无毒、无腐蚀；6．吸收剂应尽可能不易燃、不易发泡、价廉易得、稳定。
第二节吸收过程的相平衡关系一、气体在液体中的溶解度在一定的温度与压力下、使气体混合物与一定量的溶剂接触，气相中的溶质便向液相中的溶质转移，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，成平衡分压；液相中溶质的浓度称为平衡浓度（或溶解度）。
大量实验表明，溶解度和气相中溶质的分压有关。
从图上可以看出：分压高，溶解度大温度高，溶解度小吸收操作应在低温高压下进行，脱吸应在高温、低压下进行二、亨利定律1．亨利定律在一定的温度下，当总压不很高（<500kpa）时，稀溶液上方溶质的平衡分压与该溶质在液相中的摩尔分率成正比，其表达式如下式中------溶质在气相中的平衡分压,KN/m2；------溶质在液相中的摩尔分率；E------亨利系数,。
式(9-1)称为亨利(Henry)定律。
亨利系数E值由实验测定，常见物系的E值可由有关手册查出。
当物系一定时，亨利系数随温度而变化。
一般说来，值随温度升高而增大，这说明气体的溶解度随温度升高而减小，易溶气体值小，难溶气体的值大。
2．用溶解度系数表示的亨利定律若将亨利定律表示成溶质在液相中的摩尔浓度与其在气相中的平衡分压之间的关系，则可写成如下形式(9-2)式中C──液相中溶质的摩尔浓度,kmol/m3H──溶解度系数，溶液中溶质的摩尔浓度和摩尔分率及溶液的总摩尔浓度之间的关系为(9-3)把上式代入式(9-2)可得将上式与式(9-1)比较，可得(9-4)溶液的总摩尔浓度可用1m3溶液为基准来计算，即(9-5)式中──溶液的密度(kg／m3)──溶液的摩尔质量。
9气体吸收.
在两个膜层内。
双膜模型
气相
δ’ δ
液相
E’
pA
p ’
A
pAi
山 东
cAi F
轻
工
业
学 院
NA
DG
RT G
P PBm
( pA
pAi )
cA’ G
H cA
E
δG
δL
NA
DL
L
c csm
(cAi
cA)
气相有效层流膜厚 液相有效层流膜厚
双膜理论
双膜理论将两流体相际传质过程简化为经两膜层的稳定分 子扩散的串联过程。对吸收过程则为溶质通过气膜和液膜 的分子扩散过程。
向气相转移。 相对于气相浓度而言实
y
轻 际液相浓度过饱和
工 (x>x*)，故液相有释放
o
业 溶质 A 的能力。 学
Q
释放溶质
x* x x
院 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
平衡线上(R点)：
y
y*=f(x)
院
P/pBm —— 气相扩散漂流因子；
c/cSm —— 液相扩散漂流因子；
G 、L —— 界面两侧气液相等效膜层厚度，待定参数。
双膜理论
按双膜理论，传质系数与扩散系数成正比，这与实验所
得的关联式地结果相差较大；
由此理论所得的传质系数计算式形式简单，但等效膜层
厚度 1 和 2 以及界面上浓度 pi 和 ci 都难以确定；
双膜理论存在着很大的局限性，例如对具有自由相界面
第九章吸收
第九章吸收本章学习要求1.掌握的内容相组成的表示方法及换算；气体在液体中的溶解度，亨利定律各种表达式及相互间的关系；相平衡的应用；分子扩散、菲克定律及其在等分子反向扩散和单向扩散的应用；对流传质概念；双膜理论要点；吸收塔的物料衡算、操作线方程及图示方法；最小液气比概念及吸收剂用量的确定；填料层高度的计算，传质单元高度与传质单元数的定义、物理意义、传质单元数的计算。
2.熟悉的内容各种形式的传质速率方程、传质系数和传质推动力的对应关系；各种传质系数间的关系；气膜控制与液膜控制；吸收剂的选择。
3.了解的内容分子扩散系数及影响因素。
第1节概述9.1.1．气体吸收过程和工业应用1．吸收吸收~利用混合气体中各组份在同一种液体（溶剂）中溶解度差异而实现组分分离的过程称为气体吸收。
2．吸收操作在化工生产中的应用(1)分离混合气体以获得一定的组分。
(2)除去有害组分以净化气体。
(3)制备某种气体的溶液。
(4)保护环境。
3．吸收与脱吸作为一种完整的分离方法，吸收过程应包括“吸收”和“脱吸”两个步骤。
“吸收”仅起到把溶质从混合气体中分出的作用，在塔底得到的是由溶剂和溶质组成的混合液，此液相混合物还需进行“脱吸”才能得到纯溶质并回收溶剂。
9.1.2 吸收过程的分类吸收过程可按多种方法分类1．按过程有无化学反应分类(1) 物理吸收～在吸收过程中，如果溶质与溶剂之间不发生明显的化学反应，可看做是气体中可溶组分单纯溶解于液相的物理过程，称为物理吸收。
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。
(2) 化学吸收～如果溶质与溶剂发生显著的化学反应，则称为化学吸收。
用硫酸吸收氨、用碱液吸收二氧化碳等过程均为化学吸收。
2．按被吸收的组分数目分类(1) 单组分吸收～混合气体中只有一个组分进入液相，其余组分不溶解于溶剂中，称为单组分吸收。
例如合成氨原料气中含有N2、H2、CO、CO2等组分，而只有CO2一个组分在高压水中有较为明显的溶解度，这种吸收过程属于单组分吸收过程。
气体吸收
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
理想气体：
pA cA RT
dc A 1 dp A = dz RT dz
DAB dpA JA RT dz
8.3.2 单相分子扩散
分子扩散两种形式：等分子反向扩散，单向扩散。 1．等分子反向扩散及速率方程 (1)等分子反向扩散
水
过热蒸汽
吸收与解吸流程
5．吸收分类
（1）物理吸收和化学吸收 （2）单组分吸收和多组分吸收 （3）等温吸收和非等温吸收 （4）高浓度吸收和低浓度吸收
6．吸收剂的选择要求
（1）溶解度大；
（2）选择性高； （3）再生容易； （4）挥发性小； （5）粘度低； （6）化学稳定性高； （7）腐蚀性低； （8）无毒、无害、价廉等。 选择原则：经济、合理。
分子扩散 涡流扩散
2．有效膜理论 （1）单相内对流传质过程
气液相界面
讲解难点: 1 总传质系数与分传质系数; 2 界面浓度与平衡浓度; 3 有效膜理论及有效膜模型; 4 主体流动与微小压差; 5 传质速率与扩散通量
有效膜基本理解:
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
气相主体
无浓度梯度,无阻力
气 膜
液 膜
液相主体 无浓度梯度,无阻力
溶解平衡,亨利定律 总传质阻力=气膜传质阻力+液膜传质阻力
2．有效膜理论的基本论点（三点假设）
（1）气液两相存在一个稳定的相界面，界面两侧存
在稳定的气膜和液膜。膜内为层流，组分以分子扩
散方式通过气膜和液膜。 （2）相界面处两相达平衡，无扩散阻力。 （3）有效膜以外主体中，充分湍动，溶质主要以 涡流扩散的形式传质。
化工原理第九章气体吸收的基本概述
1 11
K x mk y kx
1 1 m Ky ky kx
mK y K x
吸收传质理论与传质速率方程
吸收传质理论与传质速率方程
相平衡关系为曲线
设平衡曲线段 PQ 与 QR 的割线的斜率分别为 mL 和 mG
y
斜率
=-kx/ky y*=f(x)
y A
R
mG
yi
mL
Q
y*
P
o
x
xi x* x
[例题]
气相传质阻力占总阻力的比例
1
1
ky 5.31104 89.3%
1
1
K y 4.74104
液相传质阻力占总阻力的比例
m
1.2
kx 5.33103 10.7%
1
1
K y 4.74104
作业
第56页： 9.4
和比摩尔分数。
吸收传质理论与传质速率方程
注意：气相传质系数虽然单位不同，数值也不同，但可根 据组成表示法的相互关系进行换算。 例：根据 p=Py，有
N A kg ( p pi ) kg P( y yi ) k y ( y yi )
k y Pk g
kY
ky (1 Y )(1 Yi )
X)
Xi 1
X kX
吸收传质理论与传质速率方程
同样，根据各种表示法的相互关系可推得
kX cmkc
kX
(1
kx X )(1 X i )
式中 cm 为液相的总摩尔浓度。 液相浓度很低时：
kX kx kx cmkc
对流传质系数
Sh f (Re,Sc )
9-气体吸收全解
2018年10月20日
化工传质与分离过程－气体吸收
10/105
2. pe=c/H
式中： c－溶液中溶质的物质的量浓度(体积摩尔浓度)，kmol(A)/m3； H－ 称为溶解度系数，kmol/(m3· kPa)
表明：当气液两相达到平衡时，稀溶液上方气相中溶质的 平衡分压与液相中溶质的体积摩尔浓度成正比。
2018年10月20日
化工传质与分离过程－气体吸收
9/105
〖说明〗
理想溶液：拉乌尔定律： pe pA x E pA 非理想溶液： E p A 低浓度气体吸收：E=常量 难溶物系：E≠常量，但当P<0.1MPa时，E可视为常量 P<0.1MPa时，E=f(t)；P>0.1MPa时，E=f(P,t) E由实验测定确定：以pe/x对x作图，当x→0， pe/x的值即 为E。常见物系的E可查有关手册。 对于一定的气体和一定的溶剂，E值随温度变化：t↑，E↑， x↓，体现气体溶解度随温度升高而减小的变化趋势。 同一溶剂中： 易溶气体的E值很小 难溶气体的E值相对较大。
设溶液组成为ckmol(A)/m3，密度为ρkg/m3；溶质和溶剂的分子量分别 为MA kg/kmol 、MS kg/kmol －cM A 1m 3溶液中所含溶质 A为c km ol ，溶剂S为 km ol. MS
液相中溶质A的摩尔分率为： cM S c x －cM A c( M S M A ) c MS EM S c EM S 1 c( M S M A ) H c( M S M A ) c pe H 化工传质与分离过程－气体吸收 2018年10月20日 pe Ex
2018年10月20日
化工传质与分离过程－气体吸收
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。
第九章气体吸收
第九章⽓体吸收第九章⽓体吸收⼀、本章学习的⽬的、应掌握的内容和学习注意事项1. 本章学习的⽬的通过本章的学习，掌握⽓体吸收与解吸的基本概念和⽓体吸收过程的基本计算⽅法。
2. 本章重点掌握的内容（1）⽓体吸收过程的平衡关系（2）⽓体吸收过程的速率关系（3）低浓度⽓体吸收过程的计算本章应掌握的内容（1）费克定律和分⼦传质问题的求解⽅法（2）双膜模型本章⼀般了解的内容（1）溶质渗透模型和表⾯更新模型（2）吸收系数3. 本章学习应注意的问题（1）表⽰吸收过程的平衡关系为亨利定律，亨利定律有不同的表达形式，学习中应注意把握它们之间的联系。
（2）表⽰吸收过程的速率关系为吸收速率⽅程，吸收速率⽅程有不同的表达形式，学习中应注意把握它们之间的联系。
（3）学习分⼦传质，不要机械地记忆各过程的求解结果，应注意把握求解的思路和应⽤背景。
（4）学习中应注意把握传质机理和吸收过程机理之间的联系，注意体会讲述传质机理和吸收过程机理的⽬的和意义。
⼆、例题解析9-1 惰性⽓与CO 2的混合⽓中CO 2体积分数为30％，在表压1MPa 下⽤⽔吸收。
设吸收塔底⽔中溶解的CO 2达到饱和，此吸收液在膨胀槽中减压⾄表压20kPa ，放出⼤部分CO 2，然后再在解吸塔中吹⽓解吸。
设全部操作范围内⽔与CO 2的平衡关系服从亨利定律，操作温度为25℃。
求1kg ⽔在膨胀槽中最多能放出多少千克CO 2⽓体。
解：依题意，在全部操作范围内⽔与CO 2的平衡关系服从亨利定律，查附录⼆得25℃下CO 2溶于⽔时的亨⼒系数为MPa 1066.12?=E ⽅法⼀：对膨胀槽作CO 2物料平衡(以1kg ⽔为衡算基准) ⼊膨胀槽吸收液中CO 2的组成321110990.11066.1/3.01013.1/-?=??==E p x设此液1kg ⽔中溶解CO 2的kg 数为W 1，则有：kg 10875.410990.118/144/44/313111--?=??=+=W W W x出膨胀槽吸收液中CO 2的组成422210307.71066.1/)020.01013.0(/-?=?+==E p x设此液1kg ⽔中溶解CO 2的kg 数为W 2，则有：kg 10788.110307.718/144/44/324222--?=??=+=W W W x故1kg ⽔在膨胀槽中最多能释放出CO 2的kg 数为O /kgH kgCO 1009.310)788.1875.4(223321--?=?-=-=W W W⽅法⼆：不考虑⽓流夹带⾛的⽔量，则膨胀槽内⽔的量恒定不变，于是1kg ⽔在膨胀槽中最多能放出CO 2⽓体的的千克数为O/kgH kgCO 00308.010*******)3.1213.03.1101(1/)()()(223CO 21CO 21CO 21222=-??=-=-≈-=E M p p L M x x L M X X L m s s s9-2 某⽔杯中初始⽔⾯离杯上缘1cm ，⽔温30℃，⽔汽扩散进⼊⼤⽓。
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：
浙大化工原理第九章-气体吸收-第五次课
化学吸收 (Chemical absorption)
1 C pA H 1 K eC B
pA CA H
反应平衡常数 Ke越大，气相平衡分压 pA越低。 当化学反应为不可逆时，气相平衡分压为零或者说 相平衡常数m=0。 因此，可以说化学反应的存在，增加了可容组分的 溶解度。传质推动力增大。
4W Re L a L
Ga
3 gl3 L 2 L
a —填料比表面积m2/m3 ；kc — 液膜传质系数，m/s； cSm/c —液相漂流因子； l — 特征尺寸，取填料直径m； G —重力加速度，m/s2； L — 液体的粘度，N· s/m2； L —液体的密度 kg/m3； D’ —溶质在液相中的分子扩散系数 m2/s； W —液体的空塔质量速度，kg/(m2· s)。
化学吸收 (Chemical absorption) 化学吸收历程
气相中可溶组分向气液界面传递（此与物理吸收相 同），溶质在界面上溶解，溶质 A在液相中传递并与 液相中组分 相界面 p 气相主体 液相主体 B发生反应。 吸收剂
A
pA cA
pAi
界面
cAi cA 物理吸收 化学吸收
气体
气相扩散
液相扩散
解吸塔的计算
解吸方法
降低气体溶解度（减压、加温）和降低气相主体的 溶质分压（如气提或汽提）都有利于解吸过程的进行。 减压解吸 应用解吸剂进行解吸 气提：惰性气体 汽提：水蒸气
解吸塔的计算
浓端
工业解吸过程通常是将 溶液由塔顶引入，惰性气 体或蒸汽由塔底引入，使 两相在塔内逆流接触传质。 适用于吸收操作的设备同 样适用于解吸操作。 前述的气液传质理论和 吸收过程的计算方法均可 用于解吸过程，相对应的 计算式形式也类似。
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第九章 气体吸收一、本章学习的目的、应掌握的内容和学习注意事项1. 本章学习的目的通过本章的学习，掌握气体吸收与解吸的基本概念和气体吸收过程的基本计算方法。
2. 本章重点掌握的内容（1）气体吸收过程的平衡关系 （2）气体吸收过程的速率关系 （3）低浓度气体吸收过程的计算 本章应掌握的内容（1）费克定律和分子传质问题的求解方法 （2）双膜模型本章一般了解的内容（1）溶质渗透模型和表面更新模型 （2）吸收系数3. 本章学习应注意的问题（1）表示吸收过程的平衡关系为亨利定律，亨利定律有不同的表达形式，学习中应注意把握它们之间的联系。
（2）表示吸收过程的速率关系为吸收速率方程，吸收速率方程有不同的表达形式，学习中应注意把握它们之间的联系。
（3）学习分子传质，不要机械地记忆各过程的求解结果，应注意把握求解的思路和应用背景。
（4）学习中应注意把握传质机理和吸收过程机理之间的联系，注意体会讲述传质机理和吸收过程机理的目的和意义。
二、例题解析9-1 惰性气与CO 2的混合气中CO 2体积分数为30％，在表压1MPa 下用水吸收。
设吸收塔底水中溶解的CO 2达到饱和，此吸收液在膨胀槽中减压至表压20kPa ，放出大部分CO 2，然后再在解吸塔中吹气解吸。
设全部操作范围内水与CO 2的平衡关系服从亨利定律，操作温度为25℃。
求1kg 水在膨胀槽中最多能放出多少千克CO 2气体。
解：依题意，在全部操作范围内水与CO 2的平衡关系服从亨利定律，查附录二得25℃下CO 2溶于水时的亨力系数为MPa 1066.12⨯=E 方法一：对膨胀槽作CO 2物料平衡(以1kg 水为衡算基准) 入膨胀槽吸收液中CO 2的组成321110990.11066.1/3.01013.1/-⨯=⨯⨯==E p x设此液1kg 水中溶解CO 2的kg 数为W 1，则有：kg 10875.410990.118/144/44/313111--⨯=⇒⨯=+=W W W x出膨胀槽吸收液中CO 2的组成422210307.71066.1/)020.01013.0(/-⨯=⨯+==E p x设此液1kg 水中溶解CO 2的kg 数为W 2，则有：kg 10788.110307.718/144/44/324222--⨯=⇒⨯=+=W W W x故1kg 水在膨胀槽中最多能释放出CO 2的kg 数为O /kgH kgCO 1009.310)788.1875.4(223321--⨯=⨯-=-=W W W方法二：不考虑气流夹带走的水量，则膨胀槽内水的量恒定不变，于是1kg 水在膨胀槽中最多能放出CO 2气体的的千克数为O/kgH kgCO 00308.010*******)3.1213.03.1101(1/)()()(223CO 21CO 21CO 21222=⨯⨯⨯-⨯⨯=-=-≈-=E M p p L M x x L M X X L m s s s9-2 某水杯中初始水面离杯上缘1cm ，水温30℃，水汽扩散进入大气。
杯上缘处的空气中水汽分压可设为零，总压101.3kPa 。
求水面下降4cm 需要多少天?解：本题因水温、大气温度和大气压力恒定，故分子扩散的推动力)(2A 1A p p -恒定，但因停滞空气层厚度随杯中水面的下降而增厚，分子扩散阻力逐渐增大，传质速率逐渐下降，故此题为一维拟定态单向分子扩散问题，其传质速率仍可表示为)(2A 1A Bmtp p p p RTz D N A -=式中：D 为水气在空气中的扩散系数，查教材P11中表8-1得/s cm 260.02=D （25℃），需将其换算至30℃下的值为/s m 1068.23.1013.10129830310260.02581.14081.100--⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫⎝⎛=p p T T D D 又查附录二、3.得30℃时水的饱和蒸汽压为4242P a ＝4.242kPa 。
于是kPa 164.99)]242.43.101/()03.101ln[(0242.4)]/()ln[()()(A1A2A1A2Bm =---=-----=p p p p p p p p p t t t ts)kmol/(m 1061.4)0242.4(164.993.101303314.81068.2)(2852A 1A Bmt⋅⨯=-⨯⨯=-=--zz p p p p RTz D N A设水杯的截面积为A ，在任意时刻θ时，杯中水面距杯口的高度为z ，经过时段dθ后水面高度下降了dz ，作时段dθ内的微分物料衡算有：zdzd dz d z M dz A d A N 98AA 1020.118/7.9951061.4/⨯==⨯=-θθρθ 积分得： 16.7ds 1044.1)01.005.0(5.01020.11020.1622905.001.09=⨯=-⨯⨯⨯=⨯=⎰zdzθ9-3 采用图9-3所示的双塔流程以清水吸收混合气中的SO 2，气体经两塔后SO 2总的回收率为0.91，两塔的用水量相等，且均为最小用水量的1.43倍，两塔的传质单元高度H OG 均为1.2m。
在操作范围内物系的平衡关系服从亨利定律。
试求两塔的塔高。
解：因是低浓度气体吸收，故两塔气相摩尔流率相可视为近似相等，又二塔液相摩尔流率也相等，故两塔操作的液气比相等，于是有232232232min,121121221min ,0/)()(0/)()(y y y m m y y y x x y y G L G L y y y m m y y y x x y y G L G L B B B B A A A A -=--=--=⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=--=--=⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛**ββββββββ⎪⎩⎪⎨⎧===-=⇒-=-⇒⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛13121132321213.009.0)1(y y y y y y y y y y y y y G L G L B A η 因7.0/)(7.0/)(232B 121A =-==-=y y y y y y ηη，，即ηηη==B A ，又43.1B A ==ββ。
于是0.17.043.111=⨯===βηB A S S即A 、B 二塔的操作线与平衡线平行，于是有3B 2)()(y y y y m A m ==∆∆，（可参考图示），故有 m8.23/72.137)()(3709.009.03.0)()(373.03.0)()(OG OG 11132OG 11121OG =⨯=⋅====⇒⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫=-=-==-=-=OG OG B A B A B m B A m A N H H H N N y y y y y y N y y y y y y N ∆∆说明：关于操作线与平衡线平行的问题对吸收而言，当1=S 时，无论采用何种方法计算OG N ，都会出现一个0/0型的不定式，此时应牢记21y y y y i m ∆∆∆∆===，因为此时在塔的任何截面上，传质的对数平均推动力都相等，现证明如下：不妨设x a y x a y -=+=21∆∆，，当0→x 时，则有a y y ==21∆∆。
而)0()()())((2)())(()()()2()()]/()ln[(2)]/()ln[()()()/ln(2102002121lim limlim →==∴=++--+=-'-+--'++-'=-+=-+--+=-=→→→x y y y a x a x a x a x a x a x a x a x a x a x a x a x y x a x a xx a x a x a x a y y y y y m x x m x m ∆∆∆∆∆∆∆∆∆此结论不仅适用于传质，同样也适用于传热的计算。
9-4 一逆流操作吸收塔如图所示．混合气体由塔底引入，其中可溶组分的浓度05.01=y （摩尔分率，下同），单位塔截面上的气相流率s)km ol/(m 014.02⋅=G ，吸收剂分两处加入。
由塔顶加入的为纯溶剂，单位塔截面上的流率s)km ol/(m 0112.021⋅=L 。
从塔顶往下，经2米填料层高度后，又加入一股01.02='x 的吸收剂，单位塔截面上的流率s)km ol/(m 0112.022⋅=L ，再经6m 填料层高度后，液体由塔底引出。
全塔各处的a K y 均为s)8kmol/(m 02.02⋅，物系平衡关系为x y 8.0=，试求：（1）第二股吸收剂L 2加入后，塔内该截面上的液相浓度2x ''（2）塔底排出的液相浓度1x（3）为使出塔气相浓度2y 降低，第二股吸收剂的加入口是向上移还是向下移？为什么？ 解：依题意，塔上下两段的传质单元高度相同，且有：5m .0028.0014.0===a K G H y OG 全塔物料衡算：008.06.105.0)()(12222112121-=-⇒'--+=-x y x L x L x L L y y G设第二股吸收液与上塔段流下来的液相流混合后的浓度为3x ，与之对应的气相组成为3y ，对上下两塔段作物料衡算有：上塔：008.06.1))(()(32322232123-=-⇒'--+=-x y y x L x x L L y y G下塔：)(6.105.0))(()(313312131x x y x x L L y y G --=⇒-+=-两塔段的传质单元数因上塔段的操作线与平衡线平行（8.0/==m G L ），22221y mx y y y m =-==∆∆，故有 塔上段：2312231231545.02y y H h y y y y y y N OG m OG =⇒===-=-=∆ （4）塔下段：125.06ln 11233112212===--'-=-=OG m OG H h mx y mx y S y y y N ∆ )(43.4036ln33113311mx y mx y mx y mx y -=-⇒=-- （5）式中 5.0)/(21=+='L L mG S（1）联立求解方程组，将式（4）代入式（2）可得：005.05.223+=y x ，由式（1）得21625.003625.0y x -=，再利用式（5），将331,,y x x 均表示成2y 的等式，即可求解出2y ，所得结果如下：001351.02=y ，008378.03=x ，035405.01=x ，006755.03=y即本题中的008378.032==''x x （2）前已解出：035405.01=x（3）为使出塔气体的浓度2y 降低，第二股物流应在塔内液相浓度01.0=x 处所处的截面加入，这样才不致因第二股物流的进入产生返混，使塔的吸收效率发挥到最大。