第九章 吸收 化工原理

m ( A S)
(m 3混合气体)
（2）摩尔分率 气相 y A
液相 x A
kmolA kmol( A B) kmolA kmol( A S)
kmolA kmolB
（3）摩尔比 气相 YA
yA 1 yA 液相 X A x A 1 xA
kmolA
10
kmolS
特点： 同 T : 若 p A x A ; 同 pA : 若 T x A ; 若 T 、 p A 利于吸收 ； 若 T 、 pA 利于脱吸 。
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Principles of Chemical Engineering
同T同 p A 下， x A 大，易溶
E m P
E x 即p* Py * Py* Ex y* P
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Principles of Chemical Engineering
说明：‫٭‬同S中 E (易溶) E ( 难溶)
H (易溶) H ( 难溶)
m(易 溶) m( 难 溶)；
‫ ٭‬E E (T ) H H (T ) m m(T , P ) T E , H , m ;
p 30.4 1.617 10 x* E 1.88 10
5
4
23
Principles of Chemical Engineering
x* 1.617 10 4
H

s
EM S
1000 4 3 2 . 955 10 kmol /( kPa m ) 5 1.88 10 18
第九章 吸 收
Absorption
Principles of Chemical Engineering
第一节 概述
一、吸收过程：
分离
气相 1.定义：
液相
气相 NH3 + 空气 水 NH3
2.依据： 不同气体组分在液 体中的溶解度差异
吸 收
NHຫໍສະໝຸດ Baidu: 气相
液相
2
Principles of Chemical Engineering
mX Y* 1 (1 m ) X
X很 小
Y * mX
21
Principles of Chemical Engineering
5.其他表示法：
p x* (√) E
y x* m
(√)
c* Hp
Y X* m
(√)
(√)
y* mx

( X )
平衡 关系为：y 0.7 x (√)
P m,
E、H不变 ;
‫ ٭‬T &P 利 于 吸 收 。
20
Principles of Chemical Engineering
4. Y * ~ X 表达式(气液均用摩尔比表示) x y 液相 X 气相 Y 1 x 1 y Y* X y* x 1Y * 1 X
6
Principles of Chemical Engineering
六、吸收设备：
分类 微分接触式 ——填料塔 ——处理量小
(连续)
逐级接触式 ——板式塔 ——处理量大
7
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8
Principles of Chemical Engineering
第三节 传质机理与吸收速率
1.吸收传质步骤： 气相主体 → 气液相界面； 相界面上的溶解（阻力≈0）；服从气液平衡关系 相界面
→
液相主体。
（静止、滞流）
浓度高→低
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2.传质形式：
分子扩散——分子的热运动 涡流扩散——质点的宏观运动
（湍流）
Principles of Chemical Engineering
c p* H
kmolA
cM S c x cM A c( M S M A ) c MS
溶液的密度
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EM S c p* c( M S M A )
EM S 1 H c( M S M A )
四、吸收的分类：
物理：无明显化学反应 ‫٭‬性质 — 化学：有明显化学反应 等温：温变小 ‫٭‬热效应 — 非等温：温变大 单组分：A为1个 ‫٭‬溶质数目 — 多组分：A为多个
5
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五、吸收剂的选择依据： 溶解度（大）& 对温度敏感； 吸收选择性（高）--选择系数 挥发度（小）； 粘性（小）； 稳定性高、腐蚀性小等 。
3.相关概念： ‫٭‬吸收质(溶质)：A ‫٭‬惰性组分(载体)：B ‫٭‬吸收剂：S
‫٭‬吸收液：S+A
‫٭‬尾气：B+(A)
3
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二、吸收的应用：
‫٭‬回收 ‫٭‬净化
A有用；
A有害；
‫٭‬制备A的S溶液。
三、解吸：
液相 气相
4
Principles of Chemical Engineering
3 3
24
18
Principles of Chemical Engineering
三、相平衡与吸收过程的关系
1.判断传质方向及推动力： 已知体系的 x1、y1
y1 y1 若 y1 y1 mx1 ——吸收， 若 y1 y1 ——平衡， 0 若 y1 y1 ——解吸, y1 y1
c* Hp 2.955 104 30.4 8.98 103
另一解法
kmol m3
c 18c c x 1000 c 44 s cM A 18 c 1000 44 c c c 18 MS 18c 1000x * 1000 c* 8.98 10 kmol / m
DAB
J A J B dc
A
d cA d cB dz dz
d cB ( DBA ) dz dz
DAB DBA D
30
说明：不稳定的分子扩散
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2.等分子反向扩散 ①稳定 ②等分子 J A J B
例：设在1atm，20℃下氨气在水中的E=95.25kPa. (1)使含氨y=0.1的混合气和x=0.05的氨水相接触, 判断传质过程为吸收还是解吸?
x1 *
E 95.25 0.94 解: (1) m P 101.33

y1 *

y1 0.1 x1 0.106 x1 0.05 x1 0.106 吸收 m 0.94

y1 x1 x1 ——吸收, x1 x1 若 m x x ——平衡， 0 若 1 1

若 x1 x1 ——解吸, x1 x1
25
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第二节 气液相平衡
一、溶解度曲线 研究目的： 吸收的推动力？ 1.气液平衡 气相 液相：CA* 气相：pA* 气体溶解度： T和P一定,平衡时的浓度——极限程度
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吸收的极限？
液相
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平衡浓度的不同表达方法
（1）摩尔浓度 kmolA 3 cA
H
说明：

EM S
同S中 H (易溶) H ( 难溶)。
H H (T )
T E H ;
18
Principles of Chemical Engineering
3.
y* ~ x 表达式(气液均用摩尔分率表示)
y* mx
相平衡常数(分配系数)
m ~ E 关系式： 道尔顿定律： p Py
0
说明： 理想溶液，T一定， P<5atm， E pA
p* pA x
15
0
非理想溶液，E pA
0
Principles of Chemical Engineering
同S中 E (易溶) E ( 难溶) 。
E E (T ) T E ; p ~ x 互成平衡
同T同
x A下， p A 大，难溶
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Principles of Chemical Engineering
二、气液相平衡关系式——亨利定律
1. p* ~ x 表达式：(液相浓度用摩尔分率表示) 平衡状态时： T一定， P<5atm，稀溶液，
p* Ex
kPa 或 atm、mmHg
无因次
亨利系数,单位同 p *
* p 已知气相实际分压 ： x p/ E
已知液相实际浓度
x
：
p Ex
*
16
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2. p* ~ C 表达式：(液相浓度用摩尔浓度表示)
m3 ( A S ) kmol 溶解度系数, 3 m [ p*] H ~ E 关系式：
y1 mx1 0.94 0.05 0.047 y1 0.1 y1 0.047 吸收
过程的极限为
x1max
y1 0.1 x1 0.106 0.94 0.94
*
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(2)若以y=0.05的含氨混合气与x=0.1的氨水接触时,结果?
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Principles of Chemical Engineering
33
Principles of Chemical Engineering
一、传质机理
(一)分子扩散：
1.菲克（Fick）定律：
J A DAB
扩散通量
kmol 2 (m s)
d cA dz
k m ol 浓度变化率, m4
2 m A在B中的分子扩散系数，
s 29
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（P不太高，T均匀）
P C c A cB const RT
22
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例:二氧化碳的体积分数为30％的某种混合气体与水 充分接触，系统温度为 30℃, 总压为 101.33kPa 。 试求液相中二氧化碳的平衡组成，分别以摩尔分 数和物质的量浓度表示。在操作范围内亨利定律 可适用。
解：道尔顿定律： p Py 101 .33 0.3 30.4kPa 查表得：30℃ E 1.88 10 5 kPa
(1)传质速率( N A )
——总传质速率
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∵无气体的宏观运动
NA JA
z
d cA D d pA D const dz RT d z
D NA d z 0 RT

pA2 p A1
d pA
D D NA ( p A2 p A1 ) ( p A1 p A2 ) RTz RTz D (C A 1 C A 2 ) z
T一 定
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T一定： 已知气相实际分压 p A ： 已知液相实际浓度
x A f ( pA )
x A ： pA f ( x A )
3.溶解度曲线
溶解度（平衡浓度）和平衡分压关系曲线——
x～pA
c～p
A
X～p
A
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x2 *
y2 *
y2 mx2 0.94 0.1 0.094 y2 0.05 y2 0.1 解吸 y2 0.05 x2 0.053 m 0.94 x2 0.1 x1 0.053 解吸
27
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2、影响平衡溶解度的因素 参数：P、T、y( p A )、x
相律： f C P 2
C＝3，P=2， ∴f = 3
x A f (T , P , pA )
xA
P不 太 高

f (T , p A )
11

x A f ( pA )