化工原理第八章气体吸收
化工原理重要概念和公式
《化工原理》重要概念第八章气体吸收吸收的目的和基本依据吸收的目的是分离气体混合物，吸收的基本依据是混合物中各组份在溶剂中的溶解度不同。
主要操作费溶剂再生费用，溶剂损失费用。
解吸方法升温、减压、吹气。
选择吸收溶剂的主要依据溶解度大，选择性高，再生方便，蒸汽压低损失小。
相平衡常数及影响因素m 、 E 、 H 均随温度上升而增大， E 、 H 与总压无关， m 反比于总压。
漂流因子P/P Bm 表示了主体流动对传质的贡献。
( 气、液 ) 扩散系数的影响因素气体扩散系数与温度、压力有关；液体扩散系数与温度、粘度有关。
传质机理分子扩散、对流传质。
气液相际物质传递步骤气相对流，相界面溶解，液相对流。
有效膜理论与溶质渗透理论的结果差别有效膜理论获得的结果为k ∝ D ，溶质渗透理论考虑到微元传质的非定态性，获得的结果为k ∝ D 0.5 。
传质速率方程式传质速率为浓度差推动力与传质系数的乘积。
因工程上浓度有多种表达，推动力也就有多种形式，传质系数也有多种形式，使用时注意一一对应。
传质阻力控制传质总阻力可分为两部分，气相阻力和液相阻力。
当 mky<<kx 时，为气相阻力控制；当 mky>>kx 时，为液相阻力控制。
低浓度气体吸收特点① G 、 L 为常量，② 等温过程，③ 传质系数沿塔高不变。
建立操作线方程的依据塔段的物料衡算。
返混少量流体自身由下游返回至上游的现象。
最小液气比完成指定分离任务所需塔高为无穷大时的液气比。
NOG 的计算方法对数平均推动力法，吸收因数法，数值积分法。
第九章液体精馏蒸馏的目的及基本依据蒸馏的目的是分离液体混合物，它的基本依据 ( 原理 ) 是液体中各组分挥发度的不同。
主要操作费用塔釜的加热和塔顶的冷却。
双组份汽液平衡自由度自由度为 2(P 一定， t ～ x 或 y ； t 一定， P ～ x 或 y) ； P 一定后，自由度为 1 。
泡点泡点指液相混合物加热至出现第一个汽泡时的温度。
化工原理-5-第八章-气体吸收
课后习题
P70页 5、6、7 下周上课前交
8.4.4填料塔的设计型计算和操作型分析 无论是设计型问题还是操作型问题，其求解的方法都是通过联立 求解全塔物料衡算和填料层高度计算式以及相平衡关系式。下面 分别讨论： 一、填料塔的设计型计算 设计型计算的特点：给定进口气体的溶质浓度yb、进塔混合气的 流率G、相平衡关系及分离要求，计算达到指定的分离要求所需 要的塔高度。 要完成设计型计算还要解决以下问题： ①确定传质系数； ②气液两相流向的选择，通常采取逆流操作； ③吸收剂进口浓度的确定； ④吸收剂用量的确定。
* 故： yb yb yb 0.05 0.14 0.224 0.01864
m 2 .s
* y a y a y a 4 10 4 0.14 0.002 0.00372
0.01864 0.00372 y m 9.258 10 3 0.01864 ln 0.00372
H 1.1508 4.96 5.65m
二、填料塔的操作型计算
特点：塔设备已给定（对填料塔高度h已知），基本类型有：
①校核现有的塔设备对指定的生产任务是否适用，如已知T、 P、H、G、L、xa、yb，校核ya是否满足要求； ②考察某一操作条件改变时，吸收结果的变化情况或为达到 指定的生产任务应采取的措施。如对给定的吸收塔，若气体处 理量增加（其余条件不变），分析ya、yb的变化趋势或此时应 采取什么措施才有可能使ya保持不变。
G y ya L
mG m 2G mG 1 y b mx a L y a L xa L 1 ln mG y a mx a 1 L
最后整理得：
mG y b mx a mG 1 ln 1 mG L y a mx a L 1 L L A ，A称为吸收因数 引入概念：令 mG 其几何意义为：操作线斜率L/G与平衡线斜率m之比；而 N OG
第八章 气体吸收-第五节-低浓度气体吸收
上两式为低浓度气体吸收过程的基本方程式
西北大学化工原理
5、传质单元数与传质单元高度
N OG = ∫ H OG
y1
y2
dy y − ye
or or
N OL = ∫ H OL
x1
x2
dx xe − x
G = K ya
L = K xa
H = N OG ⋅ H OG
（xe-x）—以液相组成表示的吸收推动力 （y-ye）—以气相组成表示的吸收推动力 结论：在吸收塔内推动力的变化规律是由操作线与平衡线 共同决定的。 逆流吸收操作线具有如下特点： 1）定态，L、G、Y1、X2恒定，操作线x～Y坐标上为一直线， 斜率为L/G 。L/G为吸收操作的液气比； 2）操作线通过塔顶（稀端） A （ X2 ， Y2）及塔底（浓端） B （X1， Y1）; 3）操作线仅与液气比、浓端及稀端组成有关，与系统的平 衡关系、塔型及操作条件T 、p无关。
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4）吸收操作线在平衡线的上方，解吸操作线在平 衡线下方。 5）平衡线与操作线共同决定吸收推动力。操作线 离平衡线愈远吸收的推动力愈大；
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（2）并流吸收
G，y1 x1
Gy1 + Lx1 = Gy + Lx L y = y 1 − ( x − x1 ) G
y x
Y y1 y2
HOG y2 M yF
0 A A1
F C M1 F1 C1 D
M2
x2
x1
请看下叶的演示：
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图解计算法
以H=HOG.NOG计算塔高时，可将全塔看作由NOG个传质 单元所组成；而气体流经一个传质单元所产生的浓度变 化等于该单元内的平均推动力;而阶梯个数即为传质单元 数NOG。
化工原理下册(陈敏恒)思考题(整理版)
第八章气体吸收1、吸收的目的和基本依据是什么?吸收的主要操作费用花费在哪?吸收的目的是分离气体混合物。
基本依据是气体混合物中各组份在溶剂中的溶解度不同。
操作费用主要花费在溶剂再生，溶剂损失。
2、选择吸收溶剂的主要依据是什么?什么是溶剂的选择性?溶解度大，选择性高，再生方便，蒸汽压低损失小。
溶剂对溶质溶解度大，对其他组份溶解度小。
3、E、m、H三者各自与温度、总压有何关系?m=E/P=HC M/P，m、E、H均随温度上升而增大，E、H基本上与总压无关，m反比于总压。
4、工业吸收过程气液接触的方式有哪两种?级式接触和微分接触。
5、扩散流J A,净物流N,传递速率N A相互之间有什么联系和区别?N A=J A+NC A/C M，N=N M+J A+J B。
(主体流动N M)J A、J B浓度梯度引起；N M微压力差引起；N A溶质传递，考察所需。
6、漂流因子有什么含义?等分子反向扩散时有无漂流因子?为什么？P/PBm（漂流因子）表示了主体流动对传质的贡献。
无漂流因子。
因为没有主体流动。
7、气体分子扩散系数与温度、压力有何关系?液体分子扩散系数与温度、粘度有何关系?D气∝T1.81/P，D液∝T/μ。
8、修伍德数、施密特数的物理含义是什么?（P14）Sh=kd/D表征对流传质速率与扩散传质速率之比。
Sc=μ/(ρD)表征动量扩散系数与分子扩散系数之比。
9、传质理论中，有效膜理论与表面更新理论有何主要区别?表面更新理论考虑到微元传质的非定态性，从k∝D推进到k∝D0.5。
10、传质过程中，什么时侯气相阻力控制?什么时侯液相阻力控制?mK y<<K x时，气相阻力控制；mK y>>K x时，液相阻力控制。
11、低浓度气体吸收有哪些特点?①G、L为常量，②等温过程，③传质系数沿塔高不变。
12、吸收塔高度计算中，将N OG与H OG分开,有什么优点?分离任务难易与设备效能高低相对分开，便于分析。
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--第八章 气体吸收
第八章气体吸收1.在温度为40℃、压力为101.3kPa 的条件下，测得溶液上方氨的平衡分压为15.0kPa 时，氨在水中的溶解度为76.6g (NH 3)/1000g(H 2O)。
试求在此温度和压力下的亨利系数E 、相平衡常数m 及溶解度系数H 。
解：水溶液中氨的摩尔分数为76.6170.07576.610001718x ==+由*p Ex=亨利系数为*15.0kPa 200.00.075p E x ===kPa 相平衡常数为t 200.0 1.974101.3E m p ===由于氨水的浓度较低，溶液的密度可按纯水的密度计算。
40℃时水的密度为992.2ρ=kg/m 3溶解度系数为kPa)kmol/(m 276.0kPa)kmol/(m 180.2002.99233S ⋅=⋅⨯==EM H ρ2.在温度为25℃及总压为101.3kPa 的条件下，使含二氧化碳为3.0%（体积分数）的混合空气与含二氧化碳为350g/m 3的水溶液接触。
试判断二氧化碳的传递方向，并计算以二氧化碳的分压表示的总传质推动力。
已知操作条件下，亨利系数51066.1⨯=E kPa ，水溶液的密度为997.8kg/m 3。
解：水溶液中CO 2的浓度为33350/1000kmol/m 0.008kmol/m 44c ==对于稀水溶液，总浓度为3t 997.8kmol/m 55.4318c ==kmol/m 3水溶液中CO 2的摩尔分数为4t 0.008 1.4431055.43c x c -===⨯由54* 1.6610 1.44310kPa 23.954p Ex -==⨯⨯⨯=kPa气相中CO 2的分压为t 101.30.03kPa 3.039p p y ==⨯=kPa <*p故CO 2必由液相传递到气相，进行解吸。
以CO 2的分压表示的总传质推动力为*(23.954 3.039)kPa 20.915p p p ∆=-=-=kPa3.在总压为110.5kPa 的条件下，采用填料塔用清水逆流吸收混于空气中的氨气。
第八章 气体吸收-第二节-汽液相平衡
m——相平衡常数，无因次。
ye = mx ⇒ Pe = Ex Pe = mx P
m与E的关系：
E m= P
m的讨论：1）m大，溶解度小，难溶气体
2） T ↑ ⇒ m ↑
p↓ ⇒ m ↑
西北大学化工原理
【例5-1】某系统温度为10℃，总压101.3kPa， 试求此条件下在与空气充分接触后的水中，每立 方米水溶解了多少克氧气？ 查得10℃时，氧气在水中的亨利系数E为 3.31×106kPa。
y1 x1<x1e
y1
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3、计算过程的推动力
相接触的气、液两相的溶质摩尔分率分别是y、x， 该处的吸收推动力即是：以气相浓度表示时为
以液相浓度表示时为
y y x A
线
y − ye= y − m x xe − x = y/m − x
Ⅰ
ye x
平衡
Ⅱ
xe
I区—吸收 II区—解吸
图 8-8
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二、相平衡与吸收过程的关系
1、判断过程进行的方向，（吸收还是解吸） 1atm，20℃下，稀MH3水的相平衡方程式为 ye = 0.94 x 含氨y=10％和x=0.05的氨水接触
X=0.05 y>ye x<xe
ye = 0.94 × 0.05 = 0.047
y=0.1＞ye=0.047
两相接触时部分氨将会从气相转入 液相。实际发生的是吸收过程。
y=0.1
吸收
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y 0 .1 xe = = = 0.106 m 0.94
x=0.05＜xe=0.106， 两相接触发生的是吸收过程。 若y=0.05，x=0.1气液两相接触 ye = 0.94 × 0.1 = 0.094
化工原理-第8章 气体吸收
8.3 扩散和单相传质
① 溶质由气相主体传递到两相界面，即气相内的物质传递；
② 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
③ 溶质自界面被传递至液相主体，即液相内的物质传递。 通常，第②步即界面上发生的溶解过程很容易进行，其阻力很小
( 传质速率 小，
=
传质推动力 传质阻力
)故认为相界面上的溶解推动力亦很
8.1概述
①溶剂应对被分离组分（溶质）有较大的溶解度，或者说在 一定的温度与浓度下，溶质的平衡分压要低。这样，从平衡角度 来说，处理一定量混合气体所需溶剂量较少，气体中溶质的极限 残余浓度亦可降低；就过程数率而言，溶质平衡分压↓，过程推 动力大，传质数率快，所需设备尺寸小。
②溶剂对混合气体中其他组分的溶解度要小，即溶剂应具备 较高的选择性。若溶剂的选择性不高，将同时吸收混合物中的其 他组分，只能实现组分间某种程度的增浓而不能实现较为完全的 分离。
⑷工业吸收流程（见旧讲稿） 由流程图可见，采用吸收操作实现气体混合物的分离必须解决下 列问题： ①选择合适的溶剂，使能选择性比溶解某个（或某些）被分离组 分； ②提供适当的传质设备（多位填料塔，也有板式塔）以实现气液 两相的接触，使被分离组分得以从气相转移到液相（吸收）或气相 (解吸)；
8.1概述
注意：此时并非没有溶质分子继续进入液相，只是任何瞬间 进入液相的溶质分子数与从液相逸出的溶质分子数恰好相等，在 宏观上过程就象是停止了。这种状态称为相际动平衡，简称相平 衡。
8.2.1平衡溶解度
⑴溶解度曲线
对 单 组 分 物 理 吸 收 的 物 系 ， 根 据相律 ，自 由度数F 为F=CΦ+2=3-2+2=3(C=3,溶质A，惰性组分B,溶剂S，Φ＝2，气、液两 相)，即在温度 t ，总压 p ，气、液相组成共4个变量中，由3个自 变量（独立变量），另1个是它们的函数，故可将平衡时溶质在气
新版化工原理习题答案(08)第八章--气体吸收[1]
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第八章 气体吸收1. 在温度为40 ℃、压力为101.3 kPa 的条件下，测得溶液上方氨的平衡分压为15.0 kPa 时，氨在水中的溶解度为76.6 g (NH 3)/1 000 g(H 2O)。
试求在此温度和压力下的亨利系数E 、相平衡常数m 及溶解度系数H 。
解：水溶液中氨的摩尔分数为76.6170.07576.610001718x ==+ 由 *p Ex =亨利系数为*15.0kPa 200.00.075p E x ===kPa 相平衡常数为 t 200.0 1.974101.3E m p === 由于氨水的浓度较低，溶液的密度可按纯水的密度计算。
40 ℃时水的密度为992.2ρ=kg/m 3溶解度系数为 kPa)kmol/(m 276.0kPa)kmol/(m 180.2002.99233S ⋅=⋅⨯==EM H ρ2. 在温度为25 ℃及总压为101.3 kPa 的条件下，使含二氧化碳为3.0%（体积分数）的混合空气与含二氧化碳为350 g/m 3的水溶液接触。
试判断二氧化碳的传递方向，并计算以二氧化碳的分压表示的总传质推动力。
已知操作条件下，亨利系数51066.1⨯=E kPa ，水溶液的密度为997.8 kg/m 3。
解：水溶液中CO 2的浓度为 33350/1000kmol/m 0.008kmol/m 44c == 对于稀水溶液，总浓度为 3t 997.8kmol/m 55.4318c ==kmol/m 3 水溶液中CO 2的摩尔分数为4t 0.008 1.4431055.43c x c -===⨯ 由 54* 1.6610 1.44310kPa 23.954p Ex -==⨯⨯⨯=kPa气相中CO 2的分压为t 101.30.03kPa 3.039p p y ==⨯=kPa < *p故CO 2必由液相传递到气相，进行解吸。
以CO 2的分压表示的总传质推动力为*(23.954 3.039)kPa 20.915p p p ∆=-=-=kPa3. 在总压为110.5 kPa 的条件下，采用填料塔用清水逆流吸收混于空气中的氨气。
化工原理 第八章 吸收
等摩尔相互扩散
N A, z dz D
z1
z2
c A2
c A1
dcA
N A, z
c A1 c A2 推动力 D c A1 c A2 z 2 z1 z D 阻力
cA1
NB NA A
相界面
B
cD D y A1 y A2 p A1 p A2 z 2 z1 RT z 2 z1
由JA,z＋ JB,z＝0可证得。
菲克定律
说明： （3）DA,B是物性。
D A, B f ( P , T , x )
DA,B（气） 10-5m2/s DA,B（液） 10-9m2/s DA,B（固） <10-10m2/s
每cm3 所具有的分子个数： 氧气：2.5×1019 水：3.3×1022 铜：7.3×1022
双组分均相物系中，x与X的关系？w与的 关系？
X x 1 X x X 1 x
w
w w 1 w
xA与cA的关系？wA与A的关系？
c A x Ac
A wA
cA与A的关系？
cA
A
MA
对理想气体，c与 p的关系？y与p？与p？
nA pA cA V RT
nA pA yA n P
H2O
H2O NH3
298
332 273
0.256
0.305 0.198
正丁醇
苯 甲苯
273
298 298
0.0703
0.0962 0.0844
三、小结
(一)重要概念
分子扩散、对流传质、扩散通量、绝对扩散通量、总体流 动通量、漂流因数、膜模型要点、对流传质机理、影响对 流传质的因素。
化工原理下册(第三版-陈敏恒)习题解答
第八章气体吸收1.解：查引忙水的P£=4_24K：pa p=P-P3=lC1.3~4J4=97.0l5KPa 用十警=筮=歳riS笫xg®込解：査25兀，COa-HaO系统£ = 1,661x1"樹加i设当地大气压为I atm SP 1.033at,且不计S剂分压n巧=10+ 1.033= 11.033^2 =1.08^10^（绝）= 0.2+1.033= 1.23S3fi = 1.21xl0Wf^^ （绝）对稀濬痕其比质量分率代九.金1 0气址10今.'.X] = 44x ---------- =47弘訂艇禺。
187 >Cyin7& = 44K --------- = 1.73x10T辰Cq /炫禺018爪解1邓忙时，总二4.06x1^朋玖二406x1（/脸勺=1.38x10-^x32x10^ =4』27蛾£4> 解;筋0—Cb系统，2邙C时，^1 = 0.537xW^A?Pa = 0.537xl0W（2皆竺=竺沁竺曲"2仆计P101.3(q - jf) = 1.09x10'^ (y-儿)二0,005764UC, ^2 = 0 80x10^= 0.8x10^% _空-更迪込"如计PlOlJ兀-A =0.47x10"^ y-” = 0.003685、解：= fn^x= 50x2x10 "^= 0,01^-y^)j = 0.025-0.01 = 0.015(兀7)1 = (5-2)x10 Y= 3x10^丁 =坷乜=50 X— = 25P Q 2儿=??j2；c = 25x2x10 "=50x10**"話詈"2(y-儿L = 0 025-0.005 = 0,02(心-x)2 =(10-2)x10, = 8x10」说備2倍於=辟5& 解：査20忙水，Pa = 23346KPa, p& = 101.3-23346= 989654畑P 型=101.3-1・33 = 99・97级0OCQo = Q220xlL//s 辿工Q= O・252X1OY//S6K吸="F以呢0 =——=——91 D（严-仙W/6W =以羽=旳991 9 >9 0,孑叭刀% 诫弟宓"莎+而=百+-=^+T=〒⑴'鶴曲z/yifoixkt/ih< Z 、Z0lP8・[£x 01X89乙•0X81（昨丁皿回0恥他吨逊o心66二, 乙、/%用（迢严W）惫k, ■ or "d测0泌"e%J藍而"匕善5烽4宀1JV甲十I g=E^ = 3^N .*.BE 陀ef——W B W2护气兄 =-- =-= ---- 才=叫£H巾乙82£-09£^d-^d另肿域3乙厶= Z8T£-O9L = "d钟朋乙8 L£ W列L储吐觀°严/^匚966=旷$/严囚9?0=（7 5战S 常V吗6丁0 = $厶口乙=」7Vg L万=2厂険（吆-叱（〒）〒二可巩丁万/N9、解J (1) —=—+— T 疋=2.2x10*R«0"(s /) Ky 上y kxM =儿)=2・2xl0」x(0・05-2xa01) = 6・6"0"j^o/G ・M2) ⑵降螟培上回=0.0232〔空）0•气上_尸33d A pD・.・Q « P,D 8 —dkg g —斗y =上占与P 无关EP洛=—=M = —m = 1-25P p "F?+忌 nK 尸"281*1°厂 y ； = 0.05-1.25x0.01 "1 =疋；Cx-儿 riaxio"眄= 577%、〒" 1 1 W210、证明 5 '<* -- =—H -----Hy 上y &上占+竺心 C a 匕 a Lak,jf/HSP % =眩+ -% X而用=%叫=%叫 两式相除得%=轨闲Na=-MoG 证毕•J 411、证昵 由物料衡算得 "鬲十2®-儿）L底浓度吸收儿=mx ・》咛竽小2）G mG-L得3訂=寻訂=汕了 __________ 1 _________ / __________________ 变 _________如G-J-J”沁 严-」％加、丄严G 、y 八 歹-牴--0-乃） G--）歹十（可丁2 ■也巧）“pnG1（1-- ）M +J —In _______ ________ L ________空 乃-叨心L•••丄("一©) = GO,— ”)wzG mO一厂片_ 一匸儿+刑叫a 給（討款F1 _ wCJ _ ?w _ 1 A Z 剛旳的21=丄必1_715、解：(1)比=X (1-7)= 0・02X (1・0.95) = 0・001A = 1.50,-J 2)/(^-A2)= 1.5X (0.02-0.001)/(^^-0.0004) = 1.75 G广 jK] = ¥%-}^) + E = ；p^x(0.02-aCJ01)+00004 = 0.0113 (2) A/1 =yj-wx, = 0.02-12x0.0113= 6.44x10-3场=乃一加心=0 001-1-2x0.0004 = 5.2x10^咲。
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
化工原理第八章 气体吸收
平衡关系与上式联立可求解界面浓度 xi 与 yi 。在用作图
3
三、工业吸收过程
工业的吸收过程常在吸收塔中进行。生产中除少部分直 接获得液体产品的吸收操作外，一般的吸收过程都要求 对吸收后的溶剂进行再生，即在另一称之为解析他的设 备中进行于吸收相反的操作－解吸。因此，一个完整地 吸收分离过程一般包括吸收和解吸两部分。
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8.2 吸收过程相平衡基础
对于单组分物理吸收，组分数c=3（溶质A、惰性 气体B、溶剂S），相数（气、液），自由度数F应为
F c23223
即在温度、总压和气、液组成共四个变量中，有三个是 自变量，另一个是它们的函数。
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在一定的操作温度和压力下，溶质在液相中的溶解 度由其相中的组成决定。在总压不很高的情况下，可以 认为气体在液体中的溶解度只取决于该气体的分压pA ， 而与总压无关。于是，cA*与 pA 得函数关系可写成
ky P kG
Ky m Kx KG HKL
13
二、界面浓度的求取
当ｍ随浓度变化时，用分传质速率方程式计算更加方 便，界面浓度 xi 与 yi 存在关系有：
（1）有双膜模型理论，yi 与 xi 在平衡线上。如果平衡线以
y f (x) 表示，则 yi 。 f (xi )
（2）可导出
y yi kx x xi ky
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不同的推动力所对应的不同传质系数和速率方程。
浓度组成表示法
表8—1 传质速率方程的各种形式
摩尔分率
物质得量浓度或分压
传质速率方程 总传质系数
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N A ky ( y yi ) kx (xi x) ky (y y*) kx (x* x)
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 。
第八章 气体吸收-第三节-扩散和单相传质
西北大学化工原理
P JA 主体流 动 气 夜 界 面 N(净物流）
NM JB Q
扩散方向Z
图 8-10 主体流动与扩散流
西北大学化工原理
③ 扩散流与主体流动的区别 扩散流：分子微观运动的宏观结果，传递的是纯组分A或纯组 分B。 主体流动：指宏观运动，同时携带组分A与B流向界面。主体 流动所带组分B的量必定恰好等于组分B的反向扩散，这样CBi 保持定态。 主体流动的特点： 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 cA 尔分率。 cB N MA = N M N MB = N M c c
西北大学化工原理
3、分子扩散的速率方程 对平面PQ做总物料衡算，可的通过平面PQ的净物流
N = NM + J A + J B
∵JA=-JB
∴N=NM
结论：主体流动的速率等于净物流速率，等分子反向扩 散时，无净物流，也无主体流动。 对组分A做物料衡算得
NA = JA + NM A ......... ( N = J + N ⋅ x ) A A x1 A C M C
西北大学化工原理 式中 CA——A组分的浓度kmol/m3 JA——组分A的扩散通量。亦叫扩散速率kmol/s·m2 DAB——组分A在组分B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 dp A JA = − RT dz
西北大学化工原理
动量传递： τ = − μ ⎫ ⎪ ⎬物性参数， dT 热量传递： q = −λ dn ........λ ⎪ ........ ⎭ D AB也是物性参数， D AB要有实验测定。
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(
ci C
cL C
)
令
kx kLC
得
N A kx (xi x)
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8.3.2传质速率方程
一、传质速率方程
如图所示，吸收塔一截面气 液两相主体浓度在 y x 上可用一点a表示。此点一般 不在平衡线上。如双膜模型 假设成立，表示界面上两相 组成关系的点Ｐ必位于平衡
E
a
y
A
斜率
yi
P
y*
B
0 x xi x*
法求解时，从气、液两相的实际浓度点ａ出发，作斜率为
kx / ky 的一条直线，此直线与平衡线的交点即为所 求的界面浓度（ xi , yi ）。
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三、传质阻力分析 总传质阻力为气相分传质阻力与液相分传质阻力之和。若 分力传集质中阻于力气相k1y ?，kmx 称中为，气则相总阻传力质控阻制力（K1亦y k1称y 。气此膜时控的制传）质。阻气 相阻力控制的条件是： （１）kkxy ? 1 或 ky = kx 。此时若描绘于图上，则连接气、液实 际浓度点ａ（x，y）与界面浓度点ｂ（ xi, yi ）的直线ab很 陡。 （２）溶质在吸收剂中的溶解度很大，即平衡线斜率ｍ很 小，相平衡曲线平坦。
第八章 气体吸收
8.1 概述 8.2 吸收过程相平衡基础 8.3 吸收过程模型及传质速率方程 8.4 吸收（或脱吸）塔计算 8.5 其他类型吸收
1
一、气体吸收在化工中的应用 吸收是将气体混合物与适当的液体接触，利用个组
分在液体中溶解度的差异而使气体中不同组分分离的操 作。混合气体中，能够溶解于液体中的组分称为吸收质 或溶质；不能溶解的组分称为惰性气体；吸收操作所用 的溶剂称为吸收剂；溶有溶质的溶液称为吸收液或简称 溶液；派出的气体称为吸收尾气。
对于单组分物理吸收，组分数c=3（溶质A、惰性 气体B、溶剂S），相数（气、液），自由度数F应为
F c23223
即在温度、总压和气、液组成共四个变量中，有三个是 自变量，另一个是它们的函数。
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在一定的操作温度和压力下，溶质在液相中的溶解 度由其相中的组成决定。在总压不很高的情况下，可以 认为气体在液体中的溶解度只取决于该气体的分压pA ， 而与总压无关。于是，cA*与 pA 得函数关系可写成
吸收剂 y
yi N
xi
气 (a)吸 收 塔
yi
xi
x N （ b)浓 度 分 布
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由膜模型传质理论，气相传质速率可表示为
NA
kG ( pG
pi )
kG P(
pG P
pi ) P
令
ky kG P
得
N A ky ( y yi )
同理，由膜模型理论，液相传质速率式为
NA
kL (ci
cL )
kLC
图 8－ 4 主 体 浓 度 与 截 面 浓 度 示 意 图
线上。若在Ｐ点附近两项组成x，y所涉及的范围内，平衡 县可近似看成斜率为m的直线（若服从亨利定律，则ｍ为 相平衡常数）则 m(xi x) yi y*
或
( y yi ) / m x* xi
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不同的推动力所对应的不同传质系数和速率方程。
浓度组成表示法
表8—1 传质速率方程的各种形式
摩尔分率
物质得量浓度或分压
传质速率方程 总传质系数
N A ky ( y yi ) kx (xi x) ky (y y*) kx (x* x)
1 Ky 1 m
ky kx 1
KL H 1 kG kL
N A kG ( pG pi )
pA* ExA
若溶质在液相中的浓度用物质的量浓度ｃ表示，则亨
利定律可表示成：
pA*
cA H
若溶质在液相和气相中的浓度分别用摩尔分率x与y表
示，则亨利定律可表示成
y* mx
8
• 8.3 吸收过程模型及传质速率方程
9
8.3.1双膜模型在吸收中的应用
气体吸收是把气相中的溶质传到液相的过程，即相际 间的传质。它由气相与界面的对流传质、界面上溶质组 分的溶解、界面与液相的对流传质三个步骤串联而成。
4
8.2 吸收过程相平衡基础
5
8.2.1气液相平衡关系 气体混合物与溶剂S相接触时，将发生溶质气体向
液相的转移，使得溶液中溶质（A）的浓度增加。充分 接触后的气液两相，液相中溶质达到饱和，此时瞬间内 进入液相的溶质分子数与从液相逸出的溶质分子数恰好 相抵，在宏观上过程就像停止一样，这种状态称为相际 动平衡，简称相平衡或平衡。
吸收操作是气体混合物的主要分离方法，化工生产 中它有以下几种具体的应用：
１．化工产品 ２．分离气体混合物 ３．从气体中回收有用组分 ４．气体净化(原料气的净化和尾气、废气的净化) ５．生化工程
2
二、吸收过程分类
按照吸收过程是否伴有化学反应将吸收区分为化学 吸收和物理吸收两大类。
在气体吸收中，若混合气体中只有一个组分在吸收 剂中有一定的溶解度，其余的组分的溶解度可以忽略， 这样的吸收过程称为单组分吸收。如果有两个或更多的 组分能溶解于吸收剂中，这一过程称为多源自分吸收。kx (ci cL )
kG ( pG pL* )
kL (cG* cL ) 其中 cG* HpG , cL HpL*
KL
1
1
1
kG HkL
1 Kx 1 1
kym kx
Kx CgKL K y PgKG kx CgkL
ky PgkG
K y gm Kx KG HKL
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二、界面浓度的求取
在吸收过程中，当气体溶解于液体中时，通常有溶 解热产生，若进行伴有放热的化学吸收时，还要放出反 应热，因此随着吸收过程的进行液相温度要逐渐增高， 这样的吸收称为非等温吸收。但若热效应很小，或被吸 收的组分浓度很低，且吸收剂的用量较大，则温度的变 化不显著，此时吸收过程可认为是等温吸收。
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三、工业吸收过程 工业的吸收过程常在吸收塔中进行。生产中除少部分直 接获得液体产品的吸收操作外，一般的吸收过程都要求 对吸收后的溶剂进行再生，即在另一称之为解析他的设 备中进行于吸收相反的操作－解吸。因此，一个完整地 吸收分离过程一般包括吸收和解吸两部分。
cA* f ( pA )
当然，也可以选择液相的浓度cA 作自变量，这时，在 一定温度下的气相平衡分压 pA* 和 cA 的函数：
pA* f (cA )
气液平衡关系一般通过实验方法对具体物系进行测定。
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8.2.2亨利定律 亨利定律是稀溶液重要的经验定律，在低压（通常
指总压小于0.5MPa）和一定温度下，气液相达到平衡状 态时，其数学表达式如下：
当ｍ随浓度变化时，用分传质速率方程式计算更加方 便，界面浓度 xi 与 yi 存在关系有：
（1）有双膜模型理论，yi 与 xi 在平衡线上。如果平衡线以
y f (x) 表示，则 yi 。 f (xi )
（2）可导出
y yi kx x xi ky
平衡关系与上式联立可求解界面浓度 xi 与 yi 。在用作图