化工原理下册第二章吸收2
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《化工原理吸收》课件
02 模拟方法可以预测不同操作条件下的吸收效果， 以及优化吸收设备的结构和操作参数。
03 常用的模拟方法包括物理模型模拟、数学模型模 拟和实验模拟等。
吸收过程的优化策略
01
吸收过程的优化策略是通过调整操作条件和设备参数
来提高吸收效果的方法。
02
优化策略通常包括选择合适的吸收剂、优化操作条件
、改进设备结构和操作参数等。
增加流速可以提高溶质的 传递速率，但同时会增加 设备的投资和能耗。
04
吸收设备与流程
吸收设备的类型与特点
填料塔
结构简单，易于制造， 适用于气体流量较小、 溶液组成较低的情况。
板式塔
传质效率高，处理能力 大，适用于气体流量较 大、溶液组成较高的情
况。
喷射器
结构简单，操作方便， 适用于气体流量较小、 溶液组成较低的情况。
THANK YOU
感谢各位观看
溶解度与相平衡的关系
物质在气液两相中的溶解度差异是吸收过程得以进行的驱动力。
亨利定律与相平衡
亨利定律：气体在液体中的溶解度与该气体在气液界 面上的分压成正比。
输标02入题
亨利定律的数学表达式：(Henry's Law)：(c = kP)
01
03
亨利定律的应用：通过测量气体的溶解度和气液界面 上的分压，可以计算出亨利常数，进而了解物质在特
03
优化策略的目标是提高吸收效果、降低能耗和减少环
境污染等。
06
吸收的实际应用
工业废气的处理
工业废气处理
吸收法可用于处理工业生产过程中产生的废气，如硫氧化物 、氮氧化物等有害气体。通过吸收剂的吸收作用，将有害气 体转化为无害或低害物质，达到净化废气的目的。
03 常用的模拟方法包括物理模型模拟、数学模型模 拟和实验模拟等。
吸收过程的优化策略
01
吸收过程的优化策略是通过调整操作条件和设备参数
来提高吸收效果的方法。
02
优化策略通常包括选择合适的吸收剂、优化操作条件
、改进设备结构和操作参数等。
增加流速可以提高溶质的 传递速率，但同时会增加 设备的投资和能耗。
04
吸收设备与流程
吸收设备的类型与特点
填料塔
结构简单，易于制造， 适用于气体流量较小、 溶液组成较低的情况。
板式塔
传质效率高，处理能力 大，适用于气体流量较 大、溶液组成较高的情
况。
喷射器
结构简单，操作方便， 适用于气体流量较小、 溶液组成较低的情况。
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溶解度与相平衡的关系
物质在气液两相中的溶解度差异是吸收过程得以进行的驱动力。
亨利定律与相平衡
亨利定律：气体在液体中的溶解度与该气体在气液界 面上的分压成正比。
输标02入题
亨利定律的数学表达式：(Henry's Law)：(c = kP)
01
03
亨利定律的应用：通过测量气体的溶解度和气液界面 上的分压，可以计算出亨利常数，进而了解物质在特
03
优化策略的目标是提高吸收效果、降低能耗和减少环
境污染等。
06
吸收的实际应用
工业废气的处理
工业废气处理
吸收法可用于处理工业生产过程中产生的废气，如硫氧化物 、氮氧化物等有害气体。通过吸收剂的吸收作用，将有害气 体转化为无害或低害物质，达到净化废气的目的。
化工原理吸收
Yi* mXi
由气相组成求液相组成：
x
* i
pi E
ci* Hpi
x
* i
yi m
X
* i
Yi m
亨利定律适用条件：理想溶液或稀溶液（一般<5%）, 总压< 101.33MPa。
17
例2-1： 含有30%（体积）CO2的某种混合气与水接触，系统 温度为30℃，总压为101.33kPa，试求液相中CO2的平衡浓度 为若干kmol/m3. 解：pi=pyi=101.33 ×0.3=30.4kPa<101.33kPa, 故亨利定律适用
截面２处放一层膜，只允许Ａ通过，
不允许Ｂ通过。
此时仍存在分子扩散，仍有ＪＡ＝－ＪＢ 但此时还存在总体流动，即两种分子并
溶解度一般以单位质量或体积液体中所含溶质的质量来表示。
10
气体在液体中的溶解度
溶解度曲线：在一定温度、压力下，平衡时溶质在气相和液 相中的浓度的关系曲线。溶解度曲线由实验得来。
用水作吸收剂时，称 NH3 为易溶气体，SO2为中等溶解气体， 溶解度更小的O2则为难溶气体。 从溶解度曲线可知： 对同一溶质，其溶解度随温度的升高而减少； ➢加压和降温有利于吸收过程； ➢升温和减压则有利于脱吸过程。
溶解热：气体溶解于液体时所释放的热量。化学吸收时，还 会有反应热。
非等温吸收：体系温度发生明显变化的吸收过程。 等温吸收：体系温度变化不显著的吸收过程。
7
吸收操作的用途
(1) 制取产品
用吸收剂吸收气体中某些组分而获得产品。如硫酸吸收 SO3 制 浓 硫 酸 ， 水 吸 收 甲 醛 制 福 尔 马 林 液 ， 氨 水 吸 收 CO2制碳酸氢氨等。 (2) 分离混合气体
化工原理(天大版)---(下册)第二章 吸收
c P 常数 RT dc A dc B dz dz J A J B
c c A c B 常数
根据菲克定律：
DAB DBA
dc A J A D AB dc z
dcB J B ห้องสมุดไป่ตู้BA dcz
1.
2-2-2 气相中的稳态分子扩散
等分子反方向扩散 pB1<pB2
第二章 吸收
• 吸收定义
利用组成混合气体各组分在溶剂中溶解度不同，来分离 气体混合物的操作，称为吸收操作。 溶质A 惰性组分B 溶剂S 吸收溶液 吸收尾气
• 吸收操作示意图 • 吸收在工业上的用途
分离混合气体以回收所需的组分 除去有害组分以净化气体 制备某种气体的溶液 工业废气的治理
• 吸收的分类
按有无化学反应 按溶质气体的数目
物理吸收 化学吸收
按有无明显热效应，
分单组分吸收 多组分吸收 等温吸收 非等温吸收
• 吸收与蒸馏的不同
原理不同 蒸馏可获得较纯的产品，而吸收则不能
2.1气体吸收的相平衡关系
2-1-1 气体的溶解度
• 相平衡 • 平衡分压（饱和分压） • 平衡浓度（饱和浓度） • 气体的溶解度：指气体在液相中的饱和浓度，用单位质
3. 指明传质过程进行的极限 yi2min≥y*i2=m xi2
xi1max≤x*i1=yi1/m
2.2 传质机理与吸收速率
2.2.1分子扩散与菲克定律
•
2.2.1分子扩散与菲克定律
扩散通量
J A D AB dc A dc z
菲克(Fick) 定律
JA：物质A在z方向上的分子扩散通量，kmo1/（m2· s） dcA/dcz：物质A的浓度梯度，kmol／ m4 DAB：物质A在介质B中的分子扩散系数， m2/s 当系统总压不高且各处温度均匀
c c A c B 常数
根据菲克定律：
DAB DBA
dc A J A D AB dc z
dcB J B ห้องสมุดไป่ตู้BA dcz
1.
2-2-2 气相中的稳态分子扩散
等分子反方向扩散 pB1<pB2
第二章 吸收
• 吸收定义
利用组成混合气体各组分在溶剂中溶解度不同，来分离 气体混合物的操作，称为吸收操作。 溶质A 惰性组分B 溶剂S 吸收溶液 吸收尾气
• 吸收操作示意图 • 吸收在工业上的用途
分离混合气体以回收所需的组分 除去有害组分以净化气体 制备某种气体的溶液 工业废气的治理
• 吸收的分类
按有无化学反应 按溶质气体的数目
物理吸收 化学吸收
按有无明显热效应，
分单组分吸收 多组分吸收 等温吸收 非等温吸收
• 吸收与蒸馏的不同
原理不同 蒸馏可获得较纯的产品，而吸收则不能
2.1气体吸收的相平衡关系
2-1-1 气体的溶解度
• 相平衡 • 平衡分压（饱和分压） • 平衡浓度（饱和浓度） • 气体的溶解度：指气体在液相中的饱和浓度，用单位质
3. 指明传质过程进行的极限 yi2min≥y*i2=m xi2
xi1max≤x*i1=yi1/m
2.2 传质机理与吸收速率
2.2.1分子扩散与菲克定律
•
2.2.1分子扩散与菲克定律
扩散通量
J A D AB dc A dc z
菲克(Fick) 定律
JA：物质A在z方向上的分子扩散通量，kmo1/（m2· s） dcA/dcz：物质A的浓度梯度，kmol／ m4 DAB：物质A在介质B中的分子扩散系数， m2/s 当系统总压不高且各处温度均匀
化工原理(下)第2章吸收
向传递，这种现象称为涡流扩散。
J A ,e
dc A De dz
J A ,e——涡流扩散速率，kmol/(m2·s)；
De ——涡流扩散系数，m2/s。
注意：涡流扩散系数与分子扩散系数不同，不是物性 常数，其值与流体流动状态及所处的位置有 关。
总扩散通量：
dc A J A (D De ) dz
Dc dc A NA c c A dz
——微分式
在气相扩散
pA cA RT
c p RT
dpA Dp NA RT ( p pA ) dz
z
0
N A dz
pA2
p A1
Dp dpA RT ( p - pA )
p p A2 Dp NA ln RTz p p A1
液相：
NA= J A DAB
dc A dz
D N A (c A1 c A2 ) z
（3）讨论
1） N A p A1 p A2
2）组分的浓度与扩散距离z成直线关系。
p
p
pB1 pA1
pB2
pA2
0 扩散距离z
z
2．单向扩散及速率方程 （1）总体流动：因溶质Ａ扩散
JA NMcA/c
易溶气体 难溶气体
一、亨利定律的表达式
4. Y ～ X关系
X x 1 X
由
得
Y y 1 Y
Y* X m 1 Y * 1 X
整理得
简化得
mX Y* 1 1 m X
对于低组成吸收
Y * mX
1 m X
1
一、亨利定律的表达式
亨利定律表达式可改写为以下形式：
化工原理下册第二章吸收1027教材
Z H O G N O G 2 .5 9 2 2 .5 m
26
5、 某吸收塔在101.325kpa,293k下用清水吸收空气中丙酮。当采 用2.1液气比时，丙酮回收率为95％。今拟在操作中将气体流量增加20 ％，而液气进口浓度不变。试估计该塔此时的回收率。
已知系统符合Y=1.18X关系，且Kya与气体流率的0.8次方成正比。 已知：
P 1 0 1 . 1 K P a , T 2 9 3 K , V L 2 . 1 , X 2 0 , 9 5 % , Y 1 . 1 8 X , K Y a V 0 . 8
求，当其它条件不变，V’=1.2V时，则φ’？
27
解：因V变化后，而塔高不变
ZH O G N O GH O 'GN O 'G
7
5、吸收速率方程
N A kG (p A G p A i) NAky(yyi) N AkL (cA icA)L NAkx(xi x)
ky pkG kx ckL
8
N AK G(pA GpA * )L
NAKy(yy*)
N AK L(cA * GcA)L NAKx(x*x)
NAK Y YAYA
23
4、某吸收系统y＝2x，入塔气含组分6％（体积），回收率90％ （摩尔比），用清水吸收，用水量为1800kg/h。
求1）液气比（V/L）。2）如果操作线与平行线平行，且知塔D ＝1m，KYa＝25.5Kmol/m3.h 。求出塔液X，及塔填料层Z。 已知： y=2x, y1=6%, X2=0,φ=90%, L=1800Kg/h, D=1m,
（1）出塔尾气的摩尔组成； （2）吸收剂的用量，Kg/h
(1)出塔尾气组成 已知y1=0.055，X2=0，φA=0.95
化工原理 PPT 第2章 吸收
m
202 .6 p
从气相分析 y*=mx=23.94×0.01=0.24<y=0.3 故SO2必然从气相转移到液相，进行吸收过程。 y 0.3 x* 0.0125 m 23.94 以液相摩尔分数表示的吸收推动力为: ∆x=x*－x=0.0125－0.01=0.0025 以气相摩尔分数表示的吸收推动力为: ∆y= y － y*=0.3－0.24=0.06
1.判断传质进行的方向
①气、液相组成(yi，xi)在平衡线上方(P点)： 相对于液相组成xi 而言， 气相浓度为过饱和 ( yi yi* )，溶质 A 由气 相向液相转移。 相对于气相组成yi 而言， 液 相 浓 度 欠 饱 和 ( xi xi* )，故液相有吸 收溶质 A 的能力。
y yi
V，yi2 L，xi2
yi 2,min y mxi 2
* i2
2）逆流吸收，塔高无限，
xi1,min
y i1 x m
* i1
V，yi1
L，xi1
31
【例】
在总压101.3kPa，温度30℃的条件下, SO2摩尔分率为0.3的混合气体与SO2摩尔分 率为0.01的水溶液相接触，试问： (1) 从液相分析SO2的传质方向； (2) 从气相分析，其它条件不变，温度降到 0℃时SO2的传质方向； (3) 其它条件不变，从气相分析，总压提高 到202.6kPa时SO2的传质方向，并计算以 液相摩尔分率差及气相摩尔率差表示的传 质推动力。
7
４.吸收分类 1）物理吸收和化学吸收 物理吸收：吸收过程溶质与溶剂之间不发生显著 的化学反应，可以当作是气体单纯地 溶解于液相的物理过程。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：溶质与溶剂发生显著的化学反应。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。
化工原理第二章 吸收.
2.1概述
若吸收了溶质以后得溶液是产品，此时不再需要溶剂的再生， 这种吸收过程自然是最经济的。 提高吸收操作经济性的一种措施是对吸收系统进行优化设计 ( 使系统的总费用最低 )，单塔吸收优化设计较容易，解题指南中 有介绍（课程优化设计要做），吸收—解吸系统优化设计较难， 许多问题有待研究解决（感兴趣的同学可去解决） ⑺物理吸收和化学吸收 ①物理吸收：吸收时溶质与溶剂不发生明显的化学反应，如 上述洗油吸收苯，水吸收CO2、SO2等。 ②化学吸收：吸收时溶质与溶剂或溶液中的其它物质发生化 学反应。如CO2在水中的溶解度甚低，但若用K2CO3水溶液吸收CO2， 则在液相中发生下列反应：
y1
m
图2-5
2.2.2相平衡吸收过程的关系
⑶计算过程的推动力
推动力 ( y ye ) 或 ( xe x) 注意推动力 ( y x)!
2.3 扩散和单相传质
在分析任一化工过程时都需要解决两个基本问题：过程的极 限和过程的数率。吸收过程的极限决定于吸收的相平衡常数，在 2.2节中作了讨论。本节将讨论吸收的速率问题。吸收过程涉及两 相间的物质传递，它包括三个步骤： 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
2.2.1平衡溶解度
2.2.1平衡溶解度
同一 pe 下 x ↑。 pe ～ x 图直接反映了相平衡的本质（气相组成用 分压表示直观），可直截了当地用以思考与分析。后面在讨论吸 收塔的计算问题时所涉及到的许多关系式如物料衡算关系式、填 料层高度计算式等其中的气液组成均用摩尔分数 y (气相)、 x(液 x 表示的相平衡关系可以方便地与吸 相)表示，故以摩尔分数 y 、 收的上述关系一起对整个吸收过程进行数学描述。图2-4为SO2在 101.3Kpa下在水中的溶解度曲线，图中气、液组成用摩尔分数 y 、 x表示。图2-3 pe ～ x 关系曲线为何不指定总压？（ p <0.5Mpa时 总压对 pe～ x 的对应关系的影响可略去）图2-4 y ～ x 关系曲线为 p 何要指定总压？（ p 变，y A 变，y ～ x 溶解度曲线的位置不 P 同）。
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。
化工原理下册第二章 吸收
CA C C C dCA ) J A (1 A ) J A M DAB M CB CB CB CB dZ
NA
D
CM ln
CB 2 D C A1 C A2 D C A1 C A2 CM ln CM C C C B1 (C A1 C A2 ) / ln B 2 (C B1 CB 2 ) / ln B 2 CB1 CB1 D CM (C A1 C A2 ) CBM
* 在气体吸收操作中，由气相较易转移至液相的组分为溶质 气体(solute gas)，不易由气相转移至液相的组分为惰性气体 (stagnant gas)；吸收了溶质气体的吸收剂(inert or stagnant liquid/ or solvent)称为溶液。当溶质气体为多种组分时，吸 收为多组分吸收 * 按混合溶质浓度高低，低浓度吸收(low concentration) 为（y1<10%）的吸收，高浓度(high concentration)吸收为 (y1>10%)的吸收
漂流因子
气相可视为理想气体，则：
分子扩散系数-Prediction of Diffusivities
气体分子扩散系数(Diffusion in gases)
依据分子运动理论导出，（假定分子为刚性）修正后得：
பைடு நூலகம்
液体中的分子扩散系数 (Diffusion in liquids)
* α— 溶剂缔合因子,对于水,甲 醇,乙醇分别为2.6,1.9和1.5,苯, 乙醚等非缔合溶剂取为1
亨利定律的其他表现形式： Pe=C/H C-溶质组分在液相中的摩尔浓度（Koml/m3） ye=mx ye- A在气相中的mol分数 x - A在液相中的mol分数（Koml/ Koml）
化工原理 天大出版社 第二章吸收第二节
p A1 − p A 2 = pB 2 − pB1
p Bm = p B 2 − p B1 p ln B 2 p B1
NA =
令：
D P ( pA1 − pA2 ) NA = RTz pBm
P/PBM 称为漂流因数
一氨水贮槽，直径为2m，槽内装有农业氨水，浓度为10%， 例、一氨水贮槽，直径为 ，槽内装有农业氨水，浓度为 ， 如果没有加盖，则氨水将以分子扩散方式挥发而损失， 如果没有加盖，则氨水将以分子扩散方式挥发而损失，假定扩 散时时通过一层厚度为 厚度为5mm的静止空气层，平均温度为 ℃， 的静止空气层， 散时时通过一层厚度为 的静止空气层 平均温度为20℃ 在 1atm下， 氨的扩散系数为 下 氨的扩散系数为0.0647m2/h。试计算一昼夜内氨的 。 挥发损失量。设体系服从亨利定律，且E=268kN/m2。 挥发损失量。设体系服从亨利定律，
2
P
（2）z=z时，cA=cA2。
积分： 积分：
N A ∫ dz = − DAB ∫
0
z
cA2
c A1
dc A
NA = JA =
DAB (c A1 − c A2 ) z
当扩散系统处于低压时，气相可按理想气体混合物处理， 当扩散系统处于低压时，气相可按理想气体混合物处理，于是
cA =
pA RT
DAB ( p A1 − p A2 ) NA = JA = RTz
DAB P dp A NA = − RT P − p A dz
DAB P dp A NA = − RT P − p A dz
边界条件： 边界条件： （1）z=0时，pA=pA1 ） 时 （2）z=z时，pA=pA2 ） 时
NA = DP p B 2 ln RTz pB1
化工原理--吸收(课件版)
二、摩尔比
1.定义：
X
x 1
x
液相中溶质的摩尔数 液相中溶剂的摩尔数
Y
y 1
y
气相中溶质的摩尔数 气相中惰性气体的摩尔
数
2.摩尔比表示的亨利定律
由
X x 1 x
，
得
x X
，
1 X
Y y 1 y
y Y 1Y
代入 y* mx 得 Y * m X
1Y * 1 X
所以 mX (1 Y*) Y * (1 X )
所以
cA
f (T ,
p
A
)
或
p
A
f (T , cA )
溶解度曲线：表示该函数的曲线。（图2-2、图23、图2-4）
• 溶解度特性： T↑，cA↓
•
p
A
↑，cA↑
• 所以： 低温高压有利吸收
•
高温低压有利解（脱）吸
2-1-2 亨利定律
一、亨利定律：在一定的温度和压力（不太高）下， 稀溶液中溶质在气相中的平衡分压与其在液相 中的溶解度成正比，即：
二、分类 • 物理吸收，H2O吸收CO2 • 化学吸收，NaOH溶液吸收CO2
• 单组分吸收，H2O吸收乙醇 • 多组分吸收，液态烃吸收气态烃
• 等温吸收，H2O吸收丙酮 • 非等温吸收，H2O吸收SO3
• 低浓度吸收，氨水吸收SO2 • 高浓度吸收，H2O吸收NH3
三、用途 (1)回收混合气体中的有用物质，用硫酸吸收焦炉
代入
p
A
Ex
得
pA
L
EcAM S cA(MS
M A)
又
pA
cA H
得
1
EM S
化工原理下册 第二章吸收
0
20
40
60 80 pNH3/kPa
100
120
20
100
120
在相同条件下，NH3 在水中的溶解度较 SO2 大得多。 用水作吸收剂时，称 NH3 为易溶气体，SO2为中等溶解气体，溶解度更 小的气体则为难溶气体(如O2 在 30℃ 和溶质的分压为 40kPa 的条件下， 1kg 水中溶解的质量仅为 0.014g)。
溶解度曲线：
P*—x关系曲线：
直接反映了相平衡的本质，用于思考与分析问题 y—x关系曲线： 可方便地与物料衡算式等其它关系式一起对整个吸收过程进行数学描述
（一）平衡分压与溶解度的关系
氨在水中的溶解度 随氨分压的增大而
增大，随温度的降
低而增大。
结论：温度一定时，
溶质在溶剂中的溶 解度只取决于溶质 在气相中的分压。
度应迅速下降，平衡分压应迅速上升。这样，被吸收的气体容
易解吸，溶剂再生方便。
④溶剂的蒸汽压要低，不易挥发。一方面是为了减少溶剂在吸收 和再生过程的损失，另一方面也是避免在气体中引入新的杂质。 ⑤溶剂应有较好的化学稳定性，以免使用过程中发生变质。 ⑥溶剂应有较低的粘度，不易产生泡沫，以实现吸收塔内良好的 气液接触和塔顶的气液分离。 ⑦溶剂应尽可能满足价廉、易得、无毒、不易燃烧等经济和安 全条件。
单 组 分 吸 收 吸收 多 组 分 吸 收
3、按吸收过程有无温度变化分类： 吸 收
等温吸收 非 等 温 吸 收
4、按溶质组成高低分类： 低 组 成 吸 收 （0.1） 吸收
高 组 成 吸 收
低组成单组分等 温物理吸收过程
六、溶剂选择
吸收操作的成功与否在很大程度上决定于溶剂的性质，选择 吸收剂时一般应考虑以下几点： ①溶剂应对被分离组分（溶质）有较大的溶解度。处理一定 量混合气体所需溶剂量减少，气体中溶质的极限残余浓度亦可 降低。 ②溶剂对混合气体中其他组分的溶解度要小，即应具备较高 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。 ③溶质在溶剂中的溶解度应对温度的变化比较敏感，即不仅在 低温下溶解度要大，平衡分压要小，而且随着温度升高，溶解
化工原理吸收课后答案解析
第二章 吸收习题解答1从手册中查得、25℃时,若100g 水中含氨1g,则此溶液上方的氨气平衡分压为。
已知在此组成范围内溶液服从亨利定律,试求溶解度系数H(kmol/ (m 3·kPa))及相平衡常数m 。
解: (1)求H 由33NH NH C P H*=.求算.已知:30.987NH a P kP *=.相应的溶液浓度3NH C 可用如下方法算出:以100g 水为基准,因为溶液很稀.故可近似认为其密度与水相同.并取其值为31000/kg m .则:333331170.582/100110000.5820.590/()0.987NH NH a NH C kmol m C H kmol m kP P *==+∴===⋅ (2).求m .由333333330.9870.00974101.331170.0105110017180.009740.9280.0105NH NH NH NH NH NH NH NH y m x P y Px y m x ****======+===2: 、1O℃时,氧气在水中的溶解度可用p o2=×106x 表示。
式中:P o2为氧在气相中的分压,kPa 、x 为氧在液相中的摩尔分数。
试求在此温度及压强下与空气充分接触后的水中,每立方米溶有多少克氧. 解:氧在空气中的摩尔分数为0.21.故222266101.330.2121.2821.28 6.43103.31106 3.3110O O a O O P Py kP P x -==⨯====⨯⨯⨯ 因2O x 值甚小,故可以认为X x ≈ 即:2266.4310O O X x -≈=⨯所以:溶解度6522322()()6.4310321.141011.4118()()kg O g O kg H O m H O --⎡⎤⨯⨯==⨯=⎢⎥⨯⎣⎦3. 某混合气体中含有2%(体积)CO 2,其余为空气。
混合气体的温度为30℃,总压强为。
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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，还含有残余的溶质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分 离的过程）称为解吸。
吸收和解吸常是一对相伴的操作，吸收用以提取所需的物质，而解吸用以分离所需的 物质与吸收剂，并使吸收剂再生而重复使用。
H——溶解度系数， kmol/（m3·kPa） ci——溶质的摩尔浓度，kmol/m3；
H与E的关系：
pi*Leabharlann ci Hc cc H
xi
亨利定律
E c H
W c n n M
VW W M
c
M MS (1 x) M A x MS
E c
H HM S
H EM S
H的讨论
CA Hp*A T H
吸收设备、流程
吸收设备-----塔设备
板 式 塔 填 料 塔
吸收剂
气体
溶剂
吸收尾气 吸 收 塔 混合气
吸收液
逆流吸收操作示意图
1 n 被吸收气体
板式塔
气体
溶剂
填料
被吸收气体
填料塔
吸收剂在吸收塔内再循环流程 吸收-解吸流程
吸
解
收
吸
塔
塔
吸收剂再循环流程
吸收-解吸流程
吸收与解吸流程
洗油 脱苯煤气
苯
加 热 器 含苯煤气
摩尔比的定义：
液相中溶质的摩尔数 Xi 液相中溶剂的摩尔数
气相中溶质的摩尔数 Yi 气相中惰性组分的摩尔数
Xi
xi 1 xi
Yi
yi 1 yi
xi
Xi 1 Xi
yi
Yi 1 Yi
由 y* mx
得 Yi 1 Yi
m Xi 1 Xi
整理得 Yi
1
mX i (1 m)Xi
当溶液浓度很低时：
产品： 蒸馏操作可以直接获得较纯净的轻重组分； 吸收不能直接得到较纯净的溶质组分，还需经过再 次的分离操作----解吸
传递方式：精馏操作每层塔板上的液体和蒸汽都处于接近饱和 的温度下，在相界面两侧，轻重组分同时向彼此相 反的方向传递； 吸收操作，液相温度远远低于沸点，溶剂没有汽化 ，溶质分子由气相进入液相的单向传递，而气相中 的惰性组分及液相中的溶剂组分处于停滞状态。
讨论：
•吸收剂、温度T、P 一定时，不同物质的溶解度不同。 •温度、溶液的浓度一定时，溶液上方分压越大的物质越难溶。 •对于同一种气体，分压一定时，温度T越高，溶解度越小。 •对于同一种气体，温度T一定时，分压P越大，溶解度越大。
结论
•加压和降温有利于吸收操作 •减压和升温有利于解吸操作
减压、升温
3、吸收过程的分类
按被吸收组分数目
气体
吸收
按吸收有无化学反应
按溶质浓度高低
按吸收的温度变化
单组分吸收 多组分吸收
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
4.气体的吸收与液体的蒸馏的区别
第二相：蒸馏操作采用改变状态参数的办法，使混合物内部出 现第二个相 吸收操作采用从外界引入另一相物质形成两相系统 。
吸收 解吸
加压、降温
2.1.2 亨利定律
一、pi－xi关系
总压不高时，在一定温度下，稀溶液上方气相中溶质的平衡分压与溶质在液相中的摩尔 分率成正比，其比例系数为亨利系数。
pi* Exi
亨利定律
p* i ——溶质在气相中的平衡分压，kPa； xi——溶质在液相中的摩尔分率； E——亨利系数，单位同压强单位，随物系的特性和温度而异。
讨论： 5
1）E的影响因素：溶质、溶剂、T、p< 10 Pa
物系一定，
T E
2）E大的，溶解度小，难溶气体 E小的，溶解度大，易溶气体
3）理想溶液：拉乌尔定律和亨利定律一致 此时E为该温度下纯溶质饱和蒸汽压
4）E的来源：实验测得；查手册
二、pi－ci关系
pi*
ci H
Pi*——气相中溶质的平衡分压kPa
2.1.1气体的溶解度
1、气体在液体中溶解度的概念
在一定温度和压力下，使一定量吸收剂与混合气体接触，气相中的溶质便向液相中转移， 直至液相中溶质组成达到饱和为止。
气体在液相中的溶解度 ：
气体在液体中的饱和浓度
表明一定条件下吸收过程可能达到的极限程度。
C
* A
2、溶解度曲线
对于单组分物理吸收，由相律知
f c 2 322 3
Cx AA
f f
(T , P, PA ) (T , P, yA )
在总压不高，P<5atm时
Cx AA
f (T , PA ) f (T , yA )
一定温度下液相组成是气相组成的单值函数
CA f (PA ), xA f ( yA )
同理，
PA f (CA ), yA f (xA )
说明：
• 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。这表明氨溶于水，而氧难溶于水
• 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。 • 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。
配制相同组成的溶液使易溶气体所需的分压较低，而难溶气体所需的分压较高
第二章 吸 收
2.1. 概述
2.1. 概述
1、气体吸收的原理
利用气体混合物中各组分在液体溶剂中溶解度的差异来分离气体混合物的操作称为吸收。
分离物系：气体混合物 形成两相体系的方法：引入液相(吸收剂)
(液相+气相) 传质原理：各组分在溶剂中溶解度不同
吸收操作中所用的溶剂称为吸收剂（或溶剂），用S表示；能溶解的组分称为溶质气体 或吸收质，以A表示，不被吸收的组分称为惰性气体，以B表示。
溶解度
H
三、xi-yi关系
yi* mxi
m与E的关系 ：
pi* pyi*
溶解度
m——相平衡常数，无因次。
pyi* Exi
m E p
相平衡常数
四、Xi－Yi关系
在吸收过程中，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 体及混合液体中惰性组分的摩尔数是不变的。此时若用摩尔分率表示气流相组成，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。
冷 却
水
器
过热蒸汽
煤气脱苯的吸收与解吸流程
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
废气中含有二氧化硫、硫化氢、CO2等有害气体的脱除