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第八章 气体吸收

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p 或 c 气
相 主 体
p
气膜 液膜
pi ci
A
液 相 主 体
c 距离 z
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相际传质双膜模型
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模型要点：
① 气液相间存在稳定的相界面； ② 相界面两侧各有一层停滞膜(虚拟膜或有效膜)， 膜内以分子扩散方式传质； ③ 传质阻力全部集中在虚拟膜内；膜外相主体中 高度湍流，传质阻力为零，即无浓度梯度； ④ 相界面上气液处于平衡状态，无传质阻力存 在。
称为气膜控制过程

pi p
N A kG ( p p )
水吸收NH3、HCl 气膜控制：增加kG，吸收速率提高更为显著。
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2 液膜阻力控制
溶解度小(H小，难溶)
K L kL
此时： c
i
1 H kL kG
称为液膜控制过程
c

N A k L (c c )
气相 液相
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1 溶解度曲线 a) p﹡=f(x)
相平衡曲线
气相中氨的平衡分压 p﹡ /133.32Pa
8.2.2 相平衡表示方法
80 0 60 0 40 0 20 0
60 ℃
(T、P 恒定)
▲ 分压：p﹡增加，x 增加(T 一定)； ▲ 温度： T 增加，x下降( P﹡ 一定)。
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（3）吸收设备 △ 设备形式： 板式塔、填料塔。 △ 塔设备尺寸： 塔高、塔径； 塔内件结构、尺寸。
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8.2 气液相平衡
8.2.1 8.2.2 气液相平衡 相平衡表示方法
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8.2.1
气液相平衡
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可见：低浓度条件下，y-x 为一条直线； 以
q nL T(x2，y2 ) y﹡=mx y1
操作线
平衡线
y2 x2
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逆流吸收
x1 x﹡1
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(3) 最小液气比和吸收剂用量 吸收塔设计中，气体处理量 qnV 、组成 y1 、 y2 及 液相初始组成x2为工艺条件，设计、确定吸收剂用量 (取决于适宜的液气比)。
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M
xM x1
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操作液气比：一般取
qnL / qnV (1.1 ~ 2.0)(qnL / qnV ) min
吸收剂用量：
qnL (1.1 ~ 2.0)qnL min
实际设计时：
qnL (1.4 ~ 1.7)qnL min
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（2）单塔和多塔 (塔设备数目) （3）逆流吸收和并流吸收 (塔内气液流向)
净化气 贫液 混合气体
贫液
混合气体 富液
净化气 富液
逆流 并流 逆流和并流吸收过程
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（4）溶剂是否循环
净化气
贫液
混合气体
去解吸 富液
部分溶剂循环流程
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8.3 吸收过程的速率
8.3.1 8.3.2 8.3.3 8.3.4 相际传质方向与传递极限 相际传质的双膜模型 相际传质速率方程 相际传质速率分析
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8.3.1 相际传质方向与传递极限
组成为 y、x的气、液相接触，进行传质： 1 判断过程方向
, E , x
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3 享利定律的其他表示方法
p c / H
溶解度系数 [c为kmol(溶质)/m3溶液] 相平衡常数
y mx
Y mX
x为摩尔分数 X为摩尔比
y Y 1 y
x X 1 x
浓度表示方法不同，享利定律形式不同。
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4
8.3.3 相际传质速率方程
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① 气膜和液膜传质速率方程 P总 D 气相： N A RTZ p p A p Ai G Bm
N A kG p A p Ai
N A k y y yi
液相：
D C0 c Ai c A NA Z L cBm
气体出塔组成 (2) 操作线方程
从塔顶到任意塔截面，对溶质进行物料衡算，有：
y2 y1 (1 )
qnV ( y y2 ) qnL ( x x2 )
qnL qnL y x y x 2 2 qnV qnV
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逆流吸收塔 操作线方程
qnV , y2
qnL , x2
qnV ( y1 y2 ) qnL (x1 x2 )
qnV , y
qnL , x
qnV , y1
qnL , x1
逆流吸收塔物料衡算
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溶质吸收率(或回收率)：
qnV y1 qnV y2 y1 y2 qnV y1 y1
8.1.2 吸收过程基本原理
依据：气体混合物中各组分在吸收剂 中的溶解度的差异。 实质：溶质由气相到液相的传质过程
过程：（1）溶质从气相主体传递到相界面； 解吸过程 （2）在相界面上溶质溶解到液相表面； 吸收及解析传质方向 （3）溶质从相界面传递到液相主体。
气相主体
液 相 主 体
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总压不高 (P小于 0.51MPa)时，溶质在稀溶液中的溶解曲线通 过原点，且为直线, 可表示为：
p Ex
E—亨利系数，kPa b）不同气体： E 大，难溶。 c）同种气体： t
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亨利定律
a）若液相为理想溶液，则上式在全部浓度范围内均成立，且亨 利定律与拉乌尔定律一致，E=P0。
50 ℃ 40 ℃ 30 ℃
0.0 0.0 0.1 液相中氨的摩尔分数 4 8 2 x
0.1 6
氨在水中的溶解度
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b）y﹡-x曲线
▲ P 对x-y曲线影响：y一定，P变化则p﹡变化，而p﹡是影响溶解 度的直接原因。
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2 气液相平衡方程
N A k x xi x
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N A k L c Ai c A
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② 总传质速率方程
N A kG p pi k L (ci c)
ci c P ，Pi H H

p p NA 1 1 kG Hk L
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8.1.3 吸收过程分类
（1） 物理吸收与化学吸收(依有无化学反应)； （2） 单组分吸收与多组分吸收(依吸收组分数)； （3）等温吸收与非等温吸收(依温度是否变化)； （4）低浓度气体吸收与高浓度气体吸收(依浓度高低) ； （5）常规吸收与膜基吸收(依气液接触方式) 。
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8.4.2 吸收塔高度计算
(1) 填料层高度计算的基本关系式
过程的操作线方程 ● 传质速率方程 ● 相平衡方程 dZ 微元段溶质A物料衡算：
●
qnV , Y2
先求出吸收过程的最小液气比； 再根据工程经验，确定适宜液气比。
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y﹡=mx
qnL qnV
y1
qnL q nV
min
y2 x2 x1 x﹡1
qnL/qnV对操作线的影响
qnL 最小液气比
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吸收 —— 苯吸收塔 吸收工艺过程 解吸 —— 苯解吸塔
脱苯煤气 冷凝器
粗苯 冷却器 吸收塔 补充新 鲜洗油 换热器 解吸塔 水
含苯煤气 富油 贫油 过热蒸汽
吸收剂再生的连续吸收流程
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（4）名词术语 吸收剂：吸收过程中所用的溶剂； 溶质：混合气体中能显著被吸收剂吸收的组分 ； 惰性组分：不被吸收剂吸收的组分； 富液 ：溶质浓度较高的吸收剂； 吸收过程 贫液：溶质浓度较低的吸收剂。
N A K L (c c )
其中：
K Y K y p总 K G
K x mK y
K X K x c总 K L
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K G HK L
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8.3.4 相际传质速率分析
1 气相阻力控制
溶解度很大(H大，易溶)
K G kG
此时：
1 1 kG Hk L
q nV min
y1 y2 y1 y2 x1 x2 y1 / m x2
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最小吸收剂用量 qnL min
y1 y2 qnV y /mx 2 1
注意：平衡线上凸时，应利用切点坐标求取最小液气比。 y1 yM y2 x2
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8.1.1 吸收过程及应用
（1）吸收: 从气体混合物中分离出一种或几种组分的单元操作 （2）应用： ● 产品制备：硝酸、盐酸的制备
● ●
回收有用物质：氮肥厂回收尾气中NH3 净化气体：原料气、排放尾气的净化； 气体产品的精制。
（3）典型的工业吸收过程: 洗油吸收煤气中的粗苯
E 、 H、m间的关系 ◆ E与H

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化工原理--第八章 气体吸收

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。

化工原理-3-第八章-气体吸收精品PPT课件

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解：求H
PA*
CA H
C A 0.582 kmol m3 ，PA 800Pa
故：H
CA PA*
0.582 0.8
0.7275 kmol m3.kPa
求E E PA* xA
xA
CA CA CS
E
0.8 0.01048
0.582
0.582
1000 0.582 17 18.02
76.33 kPa
0.01048求mFra bibliotekm y x
y PA 0.8 7.897 103 P 101.3
m 0.761
8.3 吸收过程模型及传质速率方程 8.3.1双膜模型
一、吸收过程 吸收过程物理模型：
图（b）中y、x分别表示气相、液相主体浓度；yi、xi分别 表示在相界面处气、液两相的浓度。
以气、液相界面为准，A在相际间的传质过程由以下三步串联而成：
E的含义：
①其数值大小由物系特性和温度决定； ②当物系（溶质、溶剂）一定时，其值随温度的上升而增大； ③由实验测定。
二、不同表达形式
由于气、液两相组分浓度可有不同的表示方法，因而亨利定律也有 不同的形式。
1、溶解度系数H
如溶质在液相中的浓度用物质的量浓度CA表示，则亨利定律：
PA*
CA H
式中：CA为单位体积溶液中的溶质的物质量，kmol/m3； H称为溶解度系数，kmol/m3.Pa。
①一般易溶气体，如NH3、HCl等气体，平衡线斜率m 较小，吸收过程通常呈现气相阻力控制；
②难溶气体，如CO2、O2等，由于其溶解度小，平衡 线斜率m大，吸收过程多呈现液相阻力控制
4、改变阻力大小的方法
实际吸收过程的阻力通常多是气相和液相各占一定的比例，且受 气、液两相流动状态影响甚大。通常：
第8章 气体吸收

第8章 气体吸收

第8章气体吸收8.1、概述Introduction8.1.1吸收的目的和依据目的：分离气体混合物①净化或精制气体：除去混合气中的杂质如：用碳酸丙烯酯（或碳酸钾溶液）吸收合成气中的；用丙酮吸收石油裂解气中的乙炔；②制取某种气体的液态产品：水吸收—→硝酸，水吸收—→盐酸，水吸收甲醛—→福尔马林③分离混合气体以回收所需组分：洗油处理焦炉气中的芳烃；液态烃处理石油裂解气以回收乙烯、丙烯。

④工业废气的治理：环保工程除，，等酸性气体，用碱性吸收剂实际过程：净化、回收之双重目的依据：混合气体中各组分在某液体溶剂中的溶解度的不同，来将气体混合物分离。

8.1.2、工业吸收过程：任务：焦炉煤气中苯、甲苯蒸汽回收。

吸收剂：生产过程的副产物，煤焦油的精制品，称为洗油或贫油。

吸收过程：常温焦炉煤气从吸收塔底部进入，洗油从塔顶淋入，在两相接触过程中，苯蒸汽溶解在洗油中。

溶质：气相—→液相脱苯煤气在塔顶得到，在塔底得到含苯较多的富油。

解吸过程：将富油加热后送入解吸塔，与塔底进入的过热水蒸汽进行接触，苯蒸汽转移进入水蒸气中。

在塔顶设置冷凝器，经冷凝分层除去水后可得到粗笨液体。

同时使塔底得到含苯较少的洗油，经冷却后返回吸收塔循环使用。

名词解释：溶剂：吸收剂solvent(S)如：洗油能显著溶解的组分：吸收物质或溶质solute(A)苯几乎不能溶解的组分：惰性组分inert gas(B)煤气吸收操作后得到的溶液：吸收液富油被吸收后排除设备的气体：吸收尾气脱苯煤气小结：（1）吸收操作中溶质由气相进入液相，实现了气体分离；（2）为了将溶质从吸收液中分离出来，需要解吸过程来完成；（3）多数工业过程是吸收解吸联合进行（吸收液为产品的情况除外）。

提问：富油进入解吸塔前要加热，洗油进入吸收塔前要冷却，原因何在？采用吸收操作实现其体混合物的分离必须解决的几个问题（1）选择合适的溶剂，使其能够选择性的吸收其体混合物中的某个（或某些）组分；（2）提供适当的传质设备，实现气液两相的充分接触，使溶质从气象中转移到液相；（3）溶剂（吸收剂）的再生，以便循环使用。

化工原理-第8章 气体吸收

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