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《化工原理》第二章 吸收第二次课

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《吸收第二次》PPT课件

《吸收第二次》PPT课件

➢静止或层流运动的流精体选PPT
7
b. 费克定律
Fick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。与傅立叶定律 相似
JA
DAB
dcA dZ
JA—组分A沿Z方向的扩散通量kmol/m2·s； CA—组分A在混合物中摩尔浓度kmol/m3 ; DAB—组分A在A、B混合物中的扩散系数，m2 /s。
对于稳态扩散则有：
N AJA D d dA C Z D ZC A 1 C A 2
对于气相： C P
RT
NARDTZpA1pA2
传质速率的大小主要是分子扩散的贡献。
JANAJBNB
体现在精馏过程中：
1mol A 气 液
1mol B 液
气
精选PPT
11
（3）单向扩散与主体流动
❖ 在气体吸收过程中，由于液相中不存在物质B，故不可能向 界面提供组分B。（不再是等分子反向扩散），而是组分A 的单向扩散
2.1.3 相平衡在吸收过程中的应用
1． 判断过程进行的方向 因自发进行过程总是趋向体系的平衡方向的，如图 中A、B点所示。
A点: y>ye; x<xe 溶质向液体转移:
吸收过程
B点: y<ye; x>xe 溶质向气相转移
解吸过程
精选PPT
1
2． 确定传质过程的推动力
组成为 y，x的气液相接触，传质推动力如图所示：
精选PPT
5
第二节 吸收速率
两个基本问题：一是过程的极限，取决于吸收的相平衡关系； 另一是过程的速率。
气液传质过程: 三个基本步骤 ①溶质由气相主体 相界面，（相内传质） ②溶质组分在界面上发生溶解进入液相。 （相际传质） ③由界面 液体主体传递。（相内传质）

《化工原理吸收》课件

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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。

化工原理第二章 吸收.

化工原理第二章 吸收.

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
pe g t、p、x
有关气液相平衡关系的理论还不够完善，故上述平衡关系的 具体函数形式还不能从理论上推出，一般时针对具体物系进行实 验测定。实验表明，当总压不太高（一般p <0.5Mpa）时，p 对平 衡的影响可以忽略，而温度 t 对平衡的影响颇大。图2-3为不同温 度下氨在水中的溶解度曲线。从此图可以看出，t ↑同一pe 下x ↓ 或
2.1概述
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。 实际上很难找到一个理想得溶剂能够满足上述所有要求，应 对可供选择得溶剂做全面得评价，以便作出经济、合理得选择。 ⑹吸收操作得经济性 吸收总费用＝设备(塔、换热器等)折旧费＋操作费(占比重大)

化工原理吸收

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

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

化工原理吸收课后答案解析

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101.33KPa 、25℃时,若100g 水中含氨1g,则此溶液上方的氨气平衡分压为0.987KPa 。

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: 101.33kpa 、1O℃时,氧气在水中的溶解度可用p o2=3.31×106x 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。

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-吸收课后答案

化⼯原理-吸收课后答案第⼆章吸收习题解答1从⼿册中查得101.33KPa 、25℃时,若100g ⽔中含氨1g,则此溶液上⽅的氨⽓平衡分压为0.987KPa 。

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: 101.33kpa 、1O ℃时,氧⽓在⽔中的溶解度可⽤p o2=3.31×106x 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()()6.431032 1.141011.4118()()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506.6kPa 。

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
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A点： y y ye； x xe x B点： y ye yx x xe
表示吸收推动力。 表示解吸推动力。
若气、液相浓度分别以p,c 表示，
则推动力为 p p pe c ce c
推动力＝ 实际组成－平衡组成
（3）判断过程进行的极限limitation Y2 X2
过程进行的极限：最终达平衡， 平衡浓度为极限状态
通过界面向气相补充，导致界面处气相总浓度下降， 即总压下降 使气体与界面之间产生微小的压差， 从而产生混合气主体向界面递补的流动，这种递补 流动称之为主体流动main body flow
v 主体流动使A、B组分向截面扩散通量提高，分别是
Nb,A、Nb,B,即：Nb=Nb,A&#贡献
Ø 其扩散通量：JA=-JB
对双组分混合物，稳定扩散条件下： 因混合物中各点总浓度不变：Cm=CA+CB
DAB=DBA=D 双组分物系中当各处的浓度相等时，有A的扩散，必然伴有B的分 子扩散，二者扩散速率相等，方向相反。 扩散方向上没有流体的宏观运动，通过PQ面的净物质量为零。 前提：气液界面能等速率地向气相提供组分B
N b,A
N byA
Nb
CA Co
N b ,B
N b yB
Nb
CB Co
v 当有主体流动存在时传质速率由两部分组成，即分
n 用亨利系数E表达的亨利定律表达式为 _______________.在常压下,20℃时, 氨在空气中 的分压为69.6mmHg, 与之平衡的氨水浓度为10(kg NH3·(100kg)-1H2O).此时亨利系数E=________,相平 衡常数m=______.
n 在常压下,测定水中溶质A的摩尔浓度为 0.56Kmol/m3,此时气相中A的平衡摩尔分率为0.02, 则此物系的相平衡常数m=______。当其他条件不 变，而总压增加一倍时，相平衡常数m=_____，此 时的亨利系数E=_____，而溶解度系数H≈______。
溶质气体是凭借扩散完成吸收的。
扩散=分子扩散Molecular diffusion 涡 流扩散Eddy current diffusion
2.2.1分子扩散与传质
（1）分子扩散 费克定律（Fick）
.分子扩散 是在相内部因浓度梯度Concentration
gradient的存在，由于分子的无规则热运动而产生的 物质传质现象 1.分子运动向各方向是无规则的 2.分子微观运动的结果 3.在浓度高处的分子向浓度低方向 扩散，和浓度梯度有关，表现为数 量大，效率高
在总压p=500KN/m²，温度t=27℃下使含 CO23.0％（体积％）的气体与含CO2370g/m³ 的水相接触，试判断是发生吸收还是解吸？并计算 以CO2的分压差表示传质总推动力。 已知：在操作条件下，亨利系数E=1.73×105KN/m² 。水溶液的密度可取1000Kg/ m³，CO2的分子量44。
对于稳态扩散则有：
NA
JA
D
dC A dZ
D Z
C A1 C A 2
对于气相： C P
RT
NA
D RTZ
p A1
pA2
传质速率的大小主要是分子扩散的贡献。
J A NAJB NB
体现在精馏过程中： 1mol A 气 液 1mol B 液 气
（3）单向扩散与主体流动
v 在气体吸收过程中，由于液相中不存在物质B，故不可能 向界面提供组分B。（不再是等分子反向扩散），而是组 分A的单向扩散One-way diffusion
2.1.3 相平衡在吸收过程中的应用
1． 判断过程进行的方向 因自发进行过程总是趋向体系的平衡方向的，如图 中A、B点所示。
A点: y>ye; x<xe 溶质向液体转移:
吸收过程
B点: y<ye; x>xe 溶质向气相转移
解吸过程
2． 确定传质过程的推动力driving force
组成为 y，x的气液相接触，传质推动力如图所示：
Ø静止或层流运动的流体
b. 费克定律
Fick定律：单位时间通过单位面积物质的扩散量 Diffusion与浓度梯度成正比。与傅立叶定律 相似
JA
D AB
dc A dZ
JA—组分A沿Z方向的扩散通量kmol/m2·s； CA—组分A在混合物中摩尔浓度kmol/m3 ; DAB—组分A在A、B混合物中的扩散系数，m2 /s。 负号－扩散方向沿A浓度降低的方向进行
v 单向扩散：一组分通过另一个静止组分的扩散
v 在相界面处，A可溶于液相，B不溶于液相。 v A在浓度梯度作用下从气相主体向界面i-i处扩散，
在界面发生溶解，进入液相，其通量为JA v 界面处A溶于液相中，B在界面处积累。如图（b)所
示, 产生反向扩散 其通量JA=-JB v 界面处A组分的溶解和B组分的反扩散，无液相分子
吸收过程极限y降至最小为ye, 解吸过程x′降至最小为xe′。
（4）相平衡限制了离开吸收塔时的
气相最低浓度Y2min和 液相最高浓度X1max
X 1 max
Y1 m
Y 2 min mX 2
Y1
X1
思考题
n 含SO2为10％（体积）的气体混合物与浓度C为 0.020kmol.m-3的SO2水溶液在一个大气压下相接触。 操作条件下两相的平衡关系为pe＝1.62C（大气 压） ，则SO2将从＿＿＿相向＿＿＿相转移， 以 气相组成表示的传质总推动力为＿＿____＿＿＿ 大气压.
Ø 只要存在浓度差，必然会产生分子扩散 Ø 是描述分子扩散的基本规律
（2）等分子反向扩散
由A、B组成均相混合物中，若维持各点T,p,C=constant, 当其内部存在A、B组分浓度分布时，则就会发生A、B两 组分的等分子反向扩散equal molecules reverse diffusion.
第二节 吸收速率absorption rate
取决于吸收的相平衡关系 另一是过程的速率。 气液传质过程: 三个基本步骤 ①溶质由气相主体 相界面phase interface，（相内传质） ②溶质组分在界面上发生溶解进入液相。 （相际传质） ③由界面 液体主体传递。（相内传质） 溶解过程易进行的，其阻力很小。通常认为界面上气液两相 的溶质浓度满足平衡关系。 总传质过程速率将由相内传质速率所决定