化工基础吸收81页PPT

5.1.1 化工生产中的传质过程
一、均相物系的分离
均相混合物的分离，首先要设法制造另外一个相，
使得物质从一个相转移到另外一相。
根据不同组分
某种过程
均相物系
两相物系
在各相中物性 的差异，使某
组分从一相向
实现均相物系的分离
另一相转移： 相际传质过程
相际传质过程
均相物系分离
相际传质过程的推动力：浓度差
5
分离
均 相 混 合 物 非 均 相 混 合 物
动量传递 三传 热量传递
质量传递
-----在浓度差、温度差、压 力差等推动力作用下，物质从 一处向另一处的转移过程。包 括相内传质和相际传质两类。
利用某种性质差异
方法 加 加入 入能 另量 外一种分 物离 质剂 作为 加场，如浓度场、电 温场 度、磁场
4
13
5.1.7 吸收操作的分类
按被吸收 组分数目
单组分吸收
多组分吸收√ 气体混合物 液体
气体 吸收
按吸收有无 化学反应
按溶质组 成的高低
按吸收的 温度变化
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
溶质A S
惰性组分B 吸收剂
相界面
本章只讨论单组分、低浓度、等温、物理吸收过程 的有关原理和计算。
ExA p*A
y*Ap*A/ pxAE/ p
p*A ExA
∴
mE p
y*A mxA
26
在低浓度气体吸收计算中，通常采用基准不变
的比摩尔分数Y( 或 X)表示组成。
由yA*mxA
得
YA* 1YA*
mX*A 1 X*A

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1-1 吸收操作的类型
吸收的工业应用 （1）分离混合气体。是最主要的应用。 （2）气体净化。例如某厂放空气体中含有有毒有害
气体A，不符合环境保护的排放标准，则选用合适 溶剂将有害气体吸收，使该厂放空气体达到排放标 准。 （3）制备液体产品。例如用水吸收氯化氢气体制备 盐酸，用93%硫酸吸收SO3制备硫酸等等。
X液 液相 相中 中吸 吸收 收剂 质 km 的 的 吸 o量 量 l 收/k质 m吸 ol 收剂
Y气 气相 相中 中吸 吸收 收剂 质 km 的 的 吸 o量 量 l 收/k质 m惰 ol 性气体
XA
xA 1xA
YA
yA 1yA
或 或
xA
XA 1XA
yA
YA 1YA
代入：
y
A
mx A
得：
吸收速率可以表示为：
吸收速 传 传 度 质 质推 阻 吸 动 力收 力 系 传数 质推动
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3-1 分吸收速率方程
分子扩散——流体内某一组分存在浓度差时， 则由于分子运动使组分从浓度高处传递至浓度低处， 这种现象称为分子扩散。
费克定律——单位时间通过单位面积物质的扩 散量与浓度梯度成正比。
3. 假定气—液界面处无传质阻力，且界面处的气— 液组成达于平衡。
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• 填料与分离的物系性质有关。某溶剂对某溶质的溶 解度越大，越易吸收，填料高度会越小。这与分子 间的力有关，即物系的相平衡关系。
• 与传质相界面的面积有关。单位体积填料提供的有 效传质面积越大，达到相同分离要求的填料高度会 越小。此即与填料的形状有关。衡量填料形状的因 素，可用传质速率与传质系数表达。

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。

第2章 吸收
2.1 气体吸收的相平衡关系 2.2 传质机理与吸收速率 2.3 吸收塔的计算 2.4 吸收系数
2.5 脱吸及其他条件下的吸收
1
1. 吸收的原理
分离物系 气体混合物
尾气 B(含微量A)
吸收剂 S
形成两相体系的方法
引入一液相（吸收剂） 传质原理 各组分在吸收剂中溶 解度不同。 A：溶质（吸收物质） B：惰性组分（载体）
p*
NH3 10℃
0
x
14
2.亨利定律的表达式
1） p － x关系
p Exi
式中：E——亨利系数，k pa。 E的讨论： 表示气体溶解能力的常数； 溶解度，亨利系数↓；
i
E随温度变化而变化， T↓，E↓；
E的来源：实验测定或从手册中查得。
15
2.亨利定律的表达式
2） p － c关系
45
2. 一组分通过另一停滞组份的扩散
Dp NA RTz pA1 pA2 pB2 pB1 ln pB 2 pB1
NA p pA2 Dp p ln B2 A1 RTz pB1 pB2 pB1
令
pBm
pB2 pB1 pB2 ln pB1
Nm N
2
42
1
JA
N NcA/c NcB/c JB 1 2 NB
NA
N NA N B NB 0 N NA
对组分A
cA NA J A N c
cA dcA NA (1 ) J A D c dz
Dc dcA NA c c A dz
在气相扩散
pA cA RT
液相主体
溶解

E小的，溶解度大，易溶气体
3）E的来源：实验测得；查手册
15
（二）亨利定律其它形式
1）pA*
cA H
H——溶解度系数， kmol/（m3·kPa）
cA——摩尔浓度，kmol/m3；
H与E的关系：
p
* A
cA H
c c
c H
x
E c H
16
c
S
M L M S (1 x) M A x M S
（一）亨利定律
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 分数成正比，其比例系数为亨利系数。
pA* Ex
14
p
* A
——溶质在气相中的平衡分压，kPa；
x——溶质在液相中的摩尔分数；
E——亨利常数，单位同压强单位。
讨论： 1）E的影响因素：溶质、溶剂、T
物系一定，T E 2）E大的，溶解度小，难溶气体
D'c kL zLcBm
液相传质速率方程有以下几种形式：
N A kL (cAi cAL ) NA kx (xi x)
45
kL——以液相组成摩尔浓度表示推动力的液膜 传质系数，kmol/（m2·s·kmol/m3）；
k x——以液相组成摩尔分率表示推动力的液膜 传质系数，kmol/（m2·s）；
（1）分离混合气体以获得一定的组分。
（2）除去有害组分以净化或精制气体。 （3）制备某种气体的溶液。 （4）工业废气的治理。 吸收的依据 混合物各组分在某种溶剂中溶解度的差异。
3
二、吸收过程与设备
4
脱苯煤气 含苯煤气
冷却器 加热器
洗油 吸收与解吸流程
苯 水 过热蒸汽
5

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第五章 吸 收
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2、扩散系数D
化工基础
College of Chemistry & Materials
单位：m2ּs-1
物理意义：浓度梯度为1mol ּm-4时，1m2面积上1s所传 递的物质的量。
D是物质的物理性质之一，表明其扩散能力的大小。 D的影响因素
扩散质和扩散介质的种类：分子小，D大
➢易溶气体，E较小，~103
➢如：HCl、NH3等
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第五章 吸 收
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化工基础
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第五章 吸 收
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第三节
化工基础
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吸收速率
吸收操作的推动力是偏离平衡的浓度差或分压差， 吸收速率可写成：
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第五章 吸 收
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化工基础
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例 含氨为φ氨 =0.20的氨-空气混合气100m3，用水吸收至混合
气中含氨为φ氨 =0.05。设吸收过程中有中间冷却使前后温度不 变，试求氨被吸收的体积数，并用摩尔比的计算作对比。
解：吸收前 氨 100×20%=20m3 空气 100×80%=80m3
吸收后空气比例降为95%，且氨只占5%，氨的体积为
80 0.05 4.21m3 0.95
吸收的氨为：20-4.21=15.79 m3
若以摩尔比计算，则y1=0.20，y2=0.05
Y1
0.20 1 0.20

CA*＝f ( t、P总、PA） 低压下,t一定 CA*＝f ( PA）
＝3－2＋2＝3
三、不同气体溶解度差异（同一溶剂）
举例： NH3、SO2、O2在 水中的溶解度与pA* 之间关系。
溶液浓度一定，易溶气体pA*
难溶气体pA*
同种溶质，T
而溶解度
结论：加压、降温对吸收有利。
2.1.2 亨利定律
kL—液膜吸收系数，kmol/(m2.s.kmol/m3)或m/s。 1／kL为液膜阻力，＊ 1／kL与（ci-c)相对应。
(2)液相组成以摩尔分率表示时：
NA kx (xi - x)
(2 - 38)
(3)kL～kx关系
因为 ci C xi (c C x) kx CkL
第2章 吸收
一、吸收及其依据 1、吸收：分离气体混合物的传质单元操作。 2、吸收依据：各组份在液相中的溶解度不同。 二、吸收过程
吸收质（溶质）A；惰性组分（载体）B； 吸收剂（溶剂）S； 吸收液（A＋S）； 尾气B ＋A。
三、应用 1、分离气体混合物，获得某一组分；
2、净化气体； 3、制备溶液。
四、吸收分类 1、物理吸收； 2、化学吸收；
c - ci kx
(3)求出界面浓度
o
c
ci
液相浓度
4、总吸收系数及其相应的吸收速率方程式
(1）为避开界面浓度，仿效间壁传热的处理方法。用主体浓度差表示推动力。
②pA (pB )
P p Bm
使NA
pA
P≈pBm
P 1 p Bm
总体流动≈0
③ (2-16)式适于精馏； （2－20）式适于吸收。
(2 -16)
2.2.3 液相中的稳定分子扩散

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