浙大化工原理第九章-气体吸收-第二次课
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
化工原理课件-气体吸收
101.3
当温度、气相中溶质组成一定，
若总压增加，则在同一溶剂中，溶质的
202.6
溶解度随之增加，有利于吸收。
℃下在水中的溶解度曲线
5.2 吸收过程的汽液相平衡关系
结论3：
当相同的总压及摩尔分数，温度
一定时，不同种的气体在水中的溶解度
的差别为：
2 < 2 < 2 < 3
（2）吸收溶质：（气相）
相对于液相浓度AB 而言，气相浓度AB
∗
为未饱和状态（AB < AB
），此时气相有吸
收溶质A的能力。
（3）释放溶质：（液相）
相对于气相浓度AB 而言，液相浓度AB
∗
为过饱和状态（AB
< AB ），故液相有释放
溶质A的能力
（4）若气液相浓度（A ，A ）在平衡线的下
混合物中组分A的质量，kg
=
组分A的质量比
混合物中组分B的质量，kg
质量分数和质量比之间的关系：
组分A的质量分数
=
+
3.摩尔比
摩尔比是指混合物中组分A的物质的量与惰性组分B（不参加传质的组分）的物质
的量之比。
组分A在液相
组分A在气相
=
=
中的摩尔比
中的摩尔比
（3）过程平衡条件不同
低温
流体
传热：两侧流体的温度相等。
吸收：溶质在气液两相达到平衡
5.2 吸收过程的汽液相平衡关系
5.2.2
气液相平衡关系
1.基本概念
（1）平衡状态
在一定压力和温度下，一定量的液体吸收剂与混合气体 + 充分接触，气相
化工原理气体吸收共39页文档
化工原理气体吸收
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
浙大化工原理第九章-气体吸收-第五次课
yAi
xB=0 xA=0
中等反应速率，不可 逆反应的化学吸收
化学吸收 (Chemical absorption) 化学吸收历程 （2）反应速率快、不可逆
气液 界面
yA xAi
气液 界面
yA
xB
xB
yAi
xB=0 xA=0
yAi =0
快速反应的化学吸收
液 相 中 xB 足够高、
传递速率
又快时
化学吸收 (Chemical absorption) 化学吸收历程
适用范围: ReG = 2×103~3.5×104,ScG = 0.6~2.5,P = 101~303 kPa(绝压)
模型参数:
应用场合
湿壁塔
0.023
0.83
0.44
填料塔
0.066
0.8
0.33
传质系数
D — 溶质在气相中的分子扩散系数 m2/s； P/pm— 气相漂流因子； kg — 气相传质系数 kmol/(m2skPa) ； R — 通用气体常数 kJ/ (kmolK ) ； l — 特征尺寸 m ；
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
B发生反应。 吸收剂
pA 气相主体
液相主体
pA
界面
cA
pAi cAi
cA 物理吸收
气体
气相扩散
化学吸收 液相扩散
化学吸收 (Chemical absorption) 化学吸收历程 （1）反应速率中等、不可逆
气液
界面
PQ
yA
反应区
xAi
xB
DAB
cAi cA
气速 m/s）；
传质系数
化工原理(第三版)习题解(谭天恩)第九章习题解
第九章 吸收9-1 总压为kPa 3.101、含3NH %5（体积分数）的混合气体，在C 25下与浓度为3.71.1-m kmol 的氨水接触，试判别此过程的进行方向，并在c p -图上示意求取传质推动力的方法。
解 氨—水平衡关系列在本章附录二中，需将题中组成化为其中的单位，以便比较。
气相氨分压 kPa p 065.505.03.101=⨯=液相组成换算要用到密度ρ，暂取3.990-=m kg ρ（参考例9-2，温度较高ρ较小）。
对3.71.1-=m kmolc 氨水，每立方米含氨kg 1.291771.1=⨯，含水kg 9.9601.29990=-；故kg 100水中含氨kg 03.3)9.960/1.26(100=⨯。
与附录二比较，氨水组成为kg 3氨.1-100(水）kg ，C 25下的平衡氨分压为kPa 13.3，比题给氨分压低，故知过程方向应为吸收。
（注：虽然氨水密度的估计稍有误差，但不影响过程方向。
作图从略）9-2 含%32CO （体积分数）的2CO —空气混合气，在填料塔中用水进行逆流吸收，操作压力为（绝）为kPa 200、温度为C25，试求出塔的g 100水中最多可溶解多少克2CO ？其浓度又为多少？解 出塔水的最大浓度系与逆流进塔的气体平衡，此时2CO 的分压kPa Py p 603.0200=⨯==，查本章附录一，C 25下2CO 溶于水的亨利系数MPa E 166=。
按式（9-5），液相平衡组成为[]153)(.1061.3101666--*+⨯=⨯==B A mol A mol E p x 而 155max ).(1084.81061.3)1844()()(---**⨯=⨯⨯=≈=gS gA x M M x M M S A L A ω 即 123100.(1084.8--⨯）g gCO浓度 335max .1001.2)1061.3()18/1000()(---**⨯=⨯⨯≈≈=m kmol x M sCx c s ρ9-3 总压kPa 3.101、含%62CO （体积分数）的空气，在C 20下与2CO 浓度为3.3-m kmol 的水溶液接触，试判别其传质方向。
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。
化工原理吸收课后习题及答案
化工原理吸收课后习题及答案The latest revision on November 22, 2020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 。
化工原理chapter-9--气体吸收自测题
气体吸收单元自测题一、填空题1、吸收操作的依据是,以达到分离气体混合物的目的。
2、Henry定律的表达式为p e=E·x，若某气体在水中的亨利系数E值很大，说明该气体为气体。
3、由于吸收过程中气相中溶质分压总是溶质的平衡分压，因此吸收操作线总是在平衡线的。
4、在1atm、20℃下某低浓度气体混合物被清水吸收，若气膜传质系数为k G=0。
1kmol/（m2.h。
atm)，液膜传质系数k L=0。
25kmol/（m2。
h。
atm),溶质的溶解度系数H=150kmol/（m3。
atm），则该溶质为气体，气相总传质系数K Y= kmol/(m2。
h。
△Y).5、解吸时，溶质由向传递，压力温度将有利于解吸。
6、双膜理论的基本论要点.对气膜控制体系，传质阻力主要集中在相中，对液膜控制体系，传质阻力主要集中在相中。
7、在吸收过程中，若提高吸剂用量，对气膜控制的物系，体积总传质系数K Y a,对液膜控制的物系，体积总传质系数K Y a.8、吸收操作中增加吸收剂用量，操作线的斜率，吸收推动力。
9、当吸收剂用量为最小用量时,则所需填料层高度将为。
10、在常压逆流操作的填料塔中，用纯溶剂吸收混合气中的溶质。
已知进塔气相组成Y1为0.02（摩尔比)，操作液气比为(L/G)=0.9，气液平衡关系为Y=1.0X，则溶质组分的回收率最大可达.11、脱吸因数可表示为，吸收因数可表示为。
12、低浓度逆流吸收操作中，当气体进口含量y1下降，其它条件不变时，则气体出口含量y2，液体出口含量x1，被吸收溶质总量，回收率η，平均推动力△y m，N OL。
（增大、减小、不变、不确定)13、低浓度逆流吸收操作中，其它条件不变而入塔液体含x2下降，则N OL，出塔液体x1，出塔气体y2.(增大、减小、不变、不确定）14、低浓度逆流吸收塔设计中，若气体流量、进出口组成及液体进口组成一定，减小吸收剂用量，传质推动力将,设备费用将。
(增大、减小、不变)二、选择题1、吸收操作的作用是分离( )。
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 )
化工原理下册第二章吸收2
解：令p代表CO2在气相中的分压，那么由分压定律可知： p＝Py＝＝
在此题的浓度范围内亨利定律适用。 根据式2-2可知：c*=Hp 其中H为30℃时CO2在水中的溶解度系数。 由式2-4可知：
H EM S
故
c* p EM S
查表2-1可知30℃时CO2在水中的亨利系数E＝1.88×105kPa，又因CO2为难溶于水的 气体，故知溶液浓度甚低，所以溶液密度可以按纯水计算。Ρ＝1000kg/m3，那么
苯
加 热 器 含苯煤气
冷 却
水
器
过热蒸汽
煤气脱苯的吸收与解吸流程
h
6
2、气体吸收的工业应用
•净化或精制气体
例：合成氨工艺中，合成气中的净化脱碳
•制取某种气体产品的液态产品
例：用水吸收氯化氢气体制取盐酸
•回收混合气体中所需的组分
例：用洗油处理焦炉气以回收其中的芳烃，硫酸回收焦炉气中的氨
•工业废气的制理
吸收操作所得到的溶液称为吸收液成分为吸收操作所得到的溶液称为吸收液成分为和溶质和溶质排出的气体称为吸收尾气排出的气体称为吸收尾气主要成分主要成分为惰性气体为惰性气体还含有剩余的溶质还含有剩余的溶质吸收剂吸收尾气混合气吸收液逆流吸收操作示意图气体溶剂被吸收气体板式塔气体溶剂填料被吸收气体填料塔吸收设备流程填料塔板式塔吸收设备解吸流程吸收剂在吸收塔内再循环流程吸收煤气脱苯的吸收与解吸流程含苯煤气脱苯煤气净化或精制气体例
h
2
吸收操作所得到的溶液称为吸收液〔成分为S和溶质A〕，排出的气体称为吸收尾气(主 要成分为惰性气体B，还含有剩余的溶质A)。
吸收操作的逆过程〔即含溶质气体的液体，受到另一汽〔气〕相的作用使溶质与溶剂别离 的过程〕称为解吸。
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CH9 吸收
气体 液体
气膜 液膜
气体侧的对流传质
pG
组成
界面溶解 液体侧的对流传质
NAG
气相主体
pi NAL
Ci
传质方向 液相主体
《化工原理》电子教案/第五章
CL
G
L
z
距离
双膜模型 17/97
二、吸收速率方程
N AG kG
pG pi
pG pi 1
一、物料衡算和操作线方程 二、吸收剂用量的确定 三、塔径的计算 四、填料层高度的计算
2
《化工原理》电子教案/目录
目录
第九章 吸收
习题课 第四节 二元低浓气体吸收（或脱吸）的计算
五、高浓气体吸收 六、解吸
第五节 其他类型的吸收简介 第九章小结
第三版第18次印刷的教材更正
3
《化工原理》电子教案/目录
第九章 吸收
1.0
O2
0.9 pA=723cA
0.8
0.7
0.6 难溶体系
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
CO2
pA=25.5cA
说明：
（1）不同气体的溶解 度差异很大
SO 2
溶解度适中体系
（2）对于稀溶液或极 稀溶液，溶解度曲线近 似为直线，即
pA=0.36cA pA=0.0136cA
易溶NH体3 系
c
A
H
pA
获取方法： 通常由实验测定。可从有关手册中查得。
影响因素： T，H
P在几个大气压范围内 对H影响可忽略。其他 情况下，一般P ，H 思考：H越大，表明越易溶还是越难溶？ 如 图 ， H 越 大 ， 表 明 在 相 同 的 pA 下 cA*越大，故越易溶。
气体吸收教程-PPT课件
2.1.5 吸收流程（略）
2.2 气体吸收的相平衡关系
2.2.1 气体在液体中的溶解度 在一定温度和压强下，当气体混合物与一定量的液体吸收剂 接触时，溶质组分便不断进入液相中，这一过程称为溶解即吸收。 而同时已被溶解的溶质也将不断摆脱液相的束缚重新回到气相， 该过程称为解吸。这两个过程互为逆过程并具有各自的速率，当 气液两相经过长时间的接触后，溶质的溶解速率与解吸速率达到 相等时，气液两相中溶质的浓度就不再因两相间的接触而变化， 这种状态称为相际动平衡，简称相平衡或平衡。
2.2.2 亨利定律
随着对相平衡关系的研究，发现很多气体在浓度较小时其溶 解度曲线为通过坐标原点的直线，这一规律用亨利 (Henry) 定 律进行描述。 1. pe=Ex
称为吸收过程的相平衡方程 —— 亨利定律。 式中： pe— 溶质A在气相中的平衡分压，kPa
x —— 溶质A
E —— 亨利系数，kPa。
4 E 0 .167 10 y mx x 0 . 01 0 . 16 e P 101 .33 yy 传质过程为吸收， SO 由气相向液相转 e 2
3 . 查 P18 表 2 - 1 ， 得 SO2 在 1 0 1 . 3 3 kPa、30℃ 时 亨 利 系 数 E=0.485×104kPa，则：
xe x x xe/x xe x
2.确定传质的推动力
当传质进行时，其速率与传质的推动力大小有关，传质过程 是否容易进行取决于实际组成偏离平衡组成的程度，因而推动 力可用一相的实际组成与其对应的平衡组成之差来表示 。
〖说明〗 y 实际组成偏离平 A m 衡组成的程度愈大， y ye 过程的推动力愈大， ye C 其传质速率愈大，吸 y 收 / 解吸过程愈容易 进行。 xe x x xe x
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：
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对稳定的吸收过程，气液两相内传质速率应相等，
y yi xi x m NA 1 m ky kx y yi xi x m NA 1 m k y kx
yi mxi y mx
吸收传质理论与传质速率方程
y y* NA 1 m k y kx
NA Ky y y
*
Ky
1 1 m k y kx
以气相为基准的总 传质速率方程
Ky 是以(y-y*) 为推动力的总传质系数，单位 kmol/(m2 s)，其倒数 1/Ky 为气、液两相传质总阻力。
1 1 m K y k y kx
总阻力
气相阻 力
液相阻 力
吸收传质理论与传质速率方程
y yi xi x NA 1 1 ky kx
N A K x x x
*
1 1 1 K x k x mG k y
平衡线为曲线时，总传质阻力仍等于气、液相内传质阻力 之和，所不同的是气、液两相传质阻力的换算系数不再是 相平衡常数m，而是与平衡曲线段有关的 mL 或 mG。
吸收传质理论与传质速率方程
界面浓度与传质阻力
界面浓度 解析法：
[例题] 在总压为101.3kPa、温度为303K下用水吸收混 合气体中的氨 , 操作条件下的气液平衡关系为 y=1.20x。 已知气相传质分系数ky=5.3110-4kmol/m2s，液相传质 分系数kx=5.3310-3kmol/m2s，并在塔的某一截面上测 得氨的气相浓度y为0.05，液相浓度x为0.012（均为摩 尔分数）。试求该截面上的传质速率及气液界面上两 相的浓度。
相界面 气相主体 溶解 液相主体
吸收过程的速率问题
气相传质
液相传质
吸收传质理论与传质速率方程
相内传质 相内传质的机理 （1）分子扩散：由分子的微观运动而产生的物质传递。 （2）对流传质：流体宏观运动引起的物质传递。这里指 流动流体与相界面之间的传质。 分子传质
对于双组分混合物（ A + B ），如不考虑主体流动的 影响，则由浓度梯度所引起的扩散通量可表示为
N
A
ci pi
液相
N
A
气相
c
吸收传质理论与传质速率方程
气相传质速率方程常用的表达形式有三种
N A k g p pi N A k y y yi
N A kY Y Yi
kg— 推动力为分压差的气相传质系数，kmol/(sm2kPa)； ky— 推动力为摩尔分数差的气相传质系数，kmol/(sm2)； kY— 推动力为比摩尔分数差的气相传质系数， kmol/(sm2)； p、y、Y — 溶质A在气相主体的分压(kPa)、摩尔分数和比 摩尔分数； pi 、yi、Yi — 溶质A在界面气相侧的分压(kPa)、摩尔分数 和比摩尔分数。
y
xi
吸收传质理论与传质速率方程
相际传质速率方程 相平衡关系为直线
气相主体
yi
相 界 面
液相主体
x
气相
N A k y y yi
y yi xi x NA 1 1 ky kx
y y NA 1 m k y kx
液相
N A k x xi x
界面
yi mxi
液相
y* o
x
xi
x*
x
吸收传质理论与传质速率方程
吸收过程的阻力分析
1 1 m K y k y kx 1 1 1 总传质阻力等于气相阻 K x k y m k x 力和液相阻力之和。 1 1 或K y k y K y ky
气相阻力控制
1 m 当 时 ky kx
《化工原理》
Principles of Chemical Engineering
任课教师：周勇 Dr. Zhou Yong
第九章 气 体 吸 收 Gas Absorption
概述（Introduction）
吸收操作的依据 气体混合物中各组分在液体溶剂中溶解度的差异 吸收操作的分类 吸收操作须解决的问题 吸收剂的选择 吸收操作的经济性 气液两相的接触方式
此时的传质阻力集中于气相，称为气相阻力控制。 条件： （1）ky<<kx或kx/ky>>1。 （2）m很小（溶解度很大）；易溶气体。 V ，Ky 。
吸收传质理论与传质速率方程
y
y yi y* o y*=f(x) y 相 界 面
xi
x
x xi
x*
x
yi 气相 液相
这时，
xi x 界面浓度接近与液相主体浓度
N A k y ( y yi ) y yi 1 ky
yi y yi y N A k x ( xi x ) k x mL mL k x
1 1 mL K y k y kx
以气相为基准的 N K y y A y 总传质速率方程
同理，以液相为基准 的总传质速率方程为
Kx 1 1 1 k y m kx
Kx 是以 ( x*-x) 为推动力的总传 质系数，单位为 kmol/(m2s)。
1 1 m K y k y kx
1 1 1 K x m ky k x
mKy 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
吸收传质理论与传质速率方程
y y yi y* y*=f(x) 相 界 面 xi
y yi x 液相 x xi x*
o
x
气相
这时，
yi y 界面浓度接近与气相主体浓度
xi x x x 液相传质推动力接近于总推动力
吸收传质理论与传质速率方程
易溶气体溶解度很大，平衡线的斜率 m小，其吸收过 程通常为气相阻力控制，例如用水吸收 NH3、HCl 等。 难溶气体溶解度很小，平衡线的斜率m大，其吸收过 程多为液相阻力控制，例如用水吸收CO2、O2等。 分析气、液两相中传质阻力所占的比例，对于强化 传质过程，提高传质速率有重要的指导意义。例如， 以气相阻力为主的吸收操作，增加气体流速，可减薄 界面处气膜层的厚度，从而降低气相传质阻力，有效 地提高吸收速率；而增加液体流速吸速率则不会有明 显改变。
NA
y yi / m xi x
1 ky m 1 kx
x x NA 1 1 k y m kx
yi m xi N y yi / m xi x A y m x
1 1 k y m kx
N A K x x x 以液相为基准的总传质速率方程
N A k y ( y yi )
y yi kx x xi ky
N A k x ( xi x)
yi f e xi
yi f e xi
上两式联立求解就可求得当气、液相主体摩尔分数为 y、x 时所对应的界面处气、液相摩尔分数 yi、xi。
吸收传质理论与传质速率方程
J A DAB dc A dz
JA：组分A的摩尔扩散通量kmol/m2· s； dcA/dz：组分A在扩散方向的浓度梯度。
吸收传质理论与传质速率方程
对流传质速率 气相与界面的传质速率 N A k g p pi 液相与界面的传质速率 N A kc ci c kg— 推动力为分压差的气 相 传 质 系 数 ， p kmol/(sm2kPa)； kc — 推动力为摩尔浓度差 的液相传质系数，m/s；
y y A
斜率
=-kx/ky
mG mL
y*=f(x) R
yi y* o
Q x
P x
xi x*
由图可得：
yi y* mL , xi x
y yi mG * , x xi
yi y* xi x mL
y yi mG x* xi
吸收传质理论与传质速率方程
气相 液相
吸收传质理论与传质速率方程
液相传质速率方程常用的表达形式也有三种
N A k c (ci c) N A k x ( xi x) NA kX (Xi X )
kc — 推动力为摩尔浓度差的液相传质系数，m/s； kx — 推动力为摩尔分数差的液相传质系数，kmol/(sm2)； kX — 推动力为比摩尔分数差的液相传质系数，kmol/(sm2)； c、x、X — 溶质A在液相主体的摩尔浓度、摩尔分数和比 摩尔分数； ci、xi、Xi — 溶质A在界面液相侧的摩尔浓度、摩尔分数 和比摩尔分数。
y yi y y 气相传质推动力接近于总推动力
吸收传质理论与传质速率方程
液相阻力控制
当 1 1 时 m ky kx
1 1 或K y k x K y kx
此时的传质阻力集中于液相，称为液相阻力控制。 条件： （1）ky>>kx或kx/ky<<1。 （2）m很大（溶解度很小），难溶气体。 L ，Kx 。
吸收传质理论与传质速率方程
三个液相传质系数的倒数也分别为传质推动力以不同组成 表示法表达时的液相传质阻力。
ci c N A kc (ci c) 1 kc xi x N A k x ( xi x) 1 kx Xi X N A kX ( Xi X ) 1 kX
解：总传质系数
Ky 1 1 m k y kx 1 1 1.2 4 5.3110 5.33103 4.74104 km ol/ m 2 s
y mx 1.2 0.012 0.0144
[例题] 传质速率
N NH 3 K y y y 4.74104 0.05 0.0144 1.69105 km ol/ m 2 s