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第六章吸收化工原理

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【例6-1】 总压为101.325kPa 、温度为20℃时，1000kg 水中溶解15kg NH 3，此时溶液上方气相中NH 3的平衡分压为2.266kPa 。

试求此时之溶解度系数H 、亨利系数E 、相平衡常数m 。

解：首先将此气液相组成换算为y 与x 。

NH 3的摩尔质量为17kg/kmol ，溶液的量为15kg NH 3与1000kg 水之和。

故0156.018/100017/1517/15=+=+==BA A A n n n n n x022403251012662...Pp y *A*===436.10156.00224.0*===x ym由式（6-11） E =P ·m =101.325×1.436=145.5kPa或者由式（6-1）3.1450156.0266.2*===xp E A kPa溶剂水的密度ρs =1000kg/m 3，摩尔质量M s =18kg/kmol ，由式（6-10）计算H382.0183.1451000=⨯=≈ssEMH ρkmol/（m 3·kPa ）H 值也可直接由式6-2算出，溶液中NH 3的浓度为 ()()869.01000/10001517/15//=+=+==ss A AA A A m m Mm V n c ρkmol/m 3所以 383.0266.2869.0*===AA p c H kmol/（m 3·kPa ）【例6-2】 在20℃及101.325kPa 下CO 2与空气的混合物缓慢地沿Na 2CO 3溶液液面流过，空气不溶于Na 2CO 3溶液。

CO 2透过厚1mm 的静止空气层扩散到Na 2CO 3溶液中。

气体中CO 2的摩尔分数为0.2。

在Na 2CO 3溶液面上，CO 2被迅速吸收，故相界面上CO 2的浓度极小，可忽略不计。

CO 2在空气中20℃时的扩散系数D 为0.18cm 2/s 。

问CO 2的扩散速率是多少？解：此题属单方向扩散，可用式6-17计算。

扩散系数 D =0.18cm 2/s=1.8×10-5m 2/s扩散距离 Z=1mm=0.001m ，气相总压力P =101.325kPa 气相主体中CO 2的分压力p A1=P y A1=101.325×0.2=20.27kPa 气液界面上CO 2的分压力p A2=0气相主体中空气（惰性气体）的分压力p B1为 06.8127.20325.10111=-=-=A B p P p kPa气液界面上空气的分压力 p B2=101.325kPa 空气在气相主体和界面上分压力的对数平均值为8.9006.81325.101ln 06.81325.101ln 1212=-=-=B B B B Bm p p p p p kPa代入式（6-17），得()21A A BmA p p p p RTZD N -⋅⋅=()027.208.90325.101001.0293314.8108.15-⋅⋅⨯⨯⨯=-41067.1-⨯=kmol/（m 2·s ）【例6-3】 含氨极少的空气于101.33kPa ，20℃被水吸收。

已知气膜传质系数k G =3.15×10-6kmol/（m 2·s ·kPa ），液膜传质系数k L =1.81×10-4kmol/（m 2·s ·kmol/m 3），溶解度系数H =1.5kmol/（m 3·kPa ）。

气液平衡关系服从亨利定律。

求：气相总传质系数K G 、K Y ；液相总传质系数K L 、K X 。

解：因为物系的气液平衡关系服从亨利定律，故可由式（6-37）求K G5461024.31081.15.111015.31111⨯=⨯⨯+⨯=+=--L G GHk k KK G =3.089×10-6kmol/（m 2·s ·kPa ）由计算结果可见 K G ≈k G此物系中氨极易溶于水，溶解度甚大，属“气膜控制”系统，吸收总阻力几乎全部集中于气膜，所以吸收总系数与气膜吸收分系数极为接近。

依题意此系统为低浓度气体的吸收，K Y 可按式（6-36）来计算。

()s m k m o l101331008933310146⋅⨯=⨯⨯==--...PK K G Y根据式（6-37）求K L56410815.41015.35.11081.1111⨯=⨯+⨯=+=--GLLk H k K6L 1008.2K -⨯=kmol/（m 2·s ·3mkmol ）同理，对于低浓度气体的吸收，可用式（6-36）求K XK X =K L ·c由于溶液浓度极稀，c 可按纯溶剂——水来计算。

6.55181000===ssMc ρkmol/m 3K X =K L ·c =2.08×10-6×55.6=1.16×10-4kmol/（m 2·s ）【例6-4】 由矿石焙烧炉出来的气体进入填料吸收塔中用水洗涤以除去其中的SO 2。

炉气量为1000m 3/h ，炉气温度为20℃。

炉气中含9%（体积分数）SO 2，其余可视为惰性气体（其性质认为与空气相同）。

要求SO 2的回收率为90%。

吸收剂用量为最小用量的1.3倍。

已知操作压力为101.33kPa ，温度为20℃。

在此条件下SO 2在水中的溶解度如附图所示。

试求： （1）当吸收剂入塔组成X 2=0.0003时，吸收剂的用量（kg/h ）及离塔溶液组成X 1。

（2）吸收剂若为清水，即X 2=0，回收率不变。

出塔溶液组成X 1为多少？此时吸收剂用量比（1）项中的用量大还是小？解：将气体入塔组成（体积分数）9%换算为摩尔比09.0109.011-=-=y yY =0.099kmol （二氧化硫）/kmol （惰性气体）根据回收率计算出塔气体浓度Y 2回收率%Y Y Y 90121=-=η所以Y 2=Y 1（1－η）=0.099（1－0.9） =0.0099kmol （二氧化硫）/kmol （惰性气体）惰性气体流量V()85.3709.01202732734.221000=-+=V kmol （惰性气体）/h=0.0105kmol （惰性气体）/s从例6-4附图查得与Y 1相平衡的液体组成 X 1*=0.0032kmol （SO 2）/kmol （H 2O ） （1）（1）X 2=0.0003时，吸收剂用量L根据式（6-44）可求得min⎪⎭⎫ ⎝⎛V L7.300003.00032.00099.0099.02*121min =--=--=⎪⎭⎫⎝⎛X X Y Y V L 91.397.303.13.1min =⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛=V L V L271551891.3985.373.1min =⨯⨯=⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯=V L V L kg/h因为 2121X X Y Y VL--=所以0003.091.390099.0099.0/2211+-=+-=X VL Y Y X=0.00253kmol （二氧化硫）/kmol （水） （2）X 2=0，回收率η不变时回收率不变，即出塔炉气中二氧化硫的组成Y 2不变，仍为 Y 2=0.0099kmol （二氧化硫）/kmol （惰性气体）84.270032.00099.0099.00*121min=-=--=⎪⎭⎫⎝⎛X Y Y V L吸收剂用量L246301884.2785.373.13.1min=⨯⨯⨯=⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯=V L V L kg/h出塔溶液组成X 12.360099.0099.0/2211+-=+-=X VL Y Y X=0.00246kmol（SO2）/kmol（H2O）由（1）、（2）计算结果可以看到，在维持相同回收率的情况下，吸收剂所含溶质浓度降低，溶剂用量减少，出口溶液浓度降低。

所以吸收剂再生时应尽可能完善，但还应兼顾解吸过程的经济性。

【例6-5】用SO2含量为0.4g/100gH2O的水吸收混合气中的SO2。

进塔吸收剂流量为37800kgH2O/h，混合气流量为100kmol/h，其中SO2的摩尔分率为0.09，要求SO2的吸收率为85%。

在该吸收塔操作条件下SO2－H2O系统的平衡数据如下：x 5.62×10-5 1.41×10-4 2.81×10-4 4.22×10-4 5.62×10-4y* 3.31×10-47.89×10-4 2.11×10-3 3.81×10-3 5.57×10-3x 8.43×10-4 1.40×10-3 1.96×10-3 2.80×10-3 4.20×10-3 6.98×10-3 y*9.28×10-3 1.71×10-2 2.57×10-2 3.88×10-2 6.07×10-2 1.06×10-1求气相总传质单元数N OG。

解：吸收剂进塔组成3 21013.118/10064/4.0-⨯==X吸收剂进塔流量L≈37800/18=2100kmol/h气相进塔组成2 11089.909.0109.0-⨯=-=Y气相出塔组成Y2=9.89×10-2×（1－0.85）=1.48×10-2进塔惰气流量V=100×（1－0.09）=91 kmol/h出塔液相组成()2211XLYYVX+-==()3321077.41013.121001048.189.991---⨯=⨯+⨯-由X2与X1的数值得知，在此吸收过程所涉及的浓度范围内，平衡关系可用后六组平衡数据回归而得的直线方程表达。

回归方程为Y*=17.80X－0.008 即m=17.80，b=－0.008与此式相应的平衡线见本例附图中的直线ef。

操作线斜率为08.23912100==VL与此相应的操作线见附图中的直线ab。

脱吸因数77.008.2380.17===LmVS依式6-61计算N OG：Y1*=mX1+b=17.80×0.00477－0.008=0.0769Y2*=mX2+b=17.80×0.00113－0.008=0.0121ΔY1=Y1－Y1*=0.0989－0.0769=0.0220ΔY2=Y2－Y2*=0.0148－0.0121=0.00270092.00027.00220.0ln0027.00020.0=-=m Y ∆1.90092.00148.00989.021=-=-=mOG Y Y Y N ∆或依式6-59计算N OG ：()⎥⎦⎤⎢⎣⎡+----=S Y Y Y Y S S N OG*22*211ln 11()1.977.00027.00121.00989.077.01ln77.011=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+---=【例6-6】 含NH 31.5%（体积）的气体通过填料塔用清水吸收其中的NH 3，气液逆流流动。

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制药化工原理：第六章第六节脱吸及其它条件下的吸收

制药化工原理：第六章第六节脱吸及其它条件下的吸收


H OG
V K G aP
180.9 0.987 101.33
1.809m
用对数平均推动力求NOG
NOG Y2 Y1 Ym Y1 0
Ym
(Y2*
Y2 ) (Y1* ln Y2* Y2
Y1)
Y1* Y1
2020/11/10
Y1* Y1 0.526 0.0014 0 0.001262 Y2* Y2 0.526 0.0498 0.0131 0.01309
过塔内的摩尔流率为50kmol/(m2.h)（以纯有机剂计）。水蒸
气用量为最小用量的2倍，所以填料在操作条件下吸收系数
2020/11/10
KGa 0.987kmol /(m3 h kPa) ，试求所需填料层高度。
已知物系的平衡关系为：Y 0.526X
解：
进塔溶液浓度
X2
4 /113 100 4
2）传质单元数的计算
NOL
1 lБайду номын сангаас[(1 1 A
A) Y1 Y1
Y2* Y1*
A]
例：由石蜡系碳氢化合物（分子量113）与另一不挥发
的有机溶剂（分子量135）组成的溶液，其中碳氢化合物的
质量百分数为4%，要在100℃及101.33下用过热水蒸汽进行
脱吸，使脱吸后溶液中残存的浓度在0.2%以内，若溶液通
将各已知数值代入，得：
50(0.0498 0.0024) Vmin(0.0262 0)
Vmin 90.46kmol /(m2 h)
V 2Vmin 180.9kmol /(m2 h)
L /V 50 /180.9 0.276
Y2
Y2* 2
0.0262 0.0131 2
化工原理 第六章 吸收

化工原理 第六章 吸收


不同的溶质在同一个溶剂中的溶解度不同，溶解度很大的
气体称为易溶气体，溶解度很小的气体称为难溶气体；同
一个物系，在相同温度下，分压越高，则溶解度越大；而
分压一定，温度越低，则溶解度越大。这表明较高的分压
和较低的温度有利于吸收操作。在实际吸收操作过程中，
溶质在气相中的组成是一定的，可以借助于提高操作压力
.
第二节 吸收中的气液相平衡
相平衡关系随物系的性质、温度和压力而异，通常由
实验确定。图6-3是由实验得到的SO2和NH3在水中的溶解度
曲线，也称为相平衡曲线。图中横坐标为溶质组分(SO2、
NH3)在液相中的摩尔分数
x
，纵坐标为溶质组分在气相中
A
的分压 p A 。从图中可见：在相同的温度和分压条件下，
体，该值很小。
2.2注意事项
①亨利定律只适用于稀溶液,如常压下难溶或少溶气体的吸收， 否则就有偏差；
②只适用于与溶剂不发生化学反应的气体的吸收；
③溶解度系数随温度升高而降低,即T↑，H↓；
④应用于较高压强时,如5atm以上，分压应以逸度代替；
⑤为了使用方便,亨利定律可以改写成以下形式:
pA ExA, yA mxA,
图6-4 吸收平衡线
.
第二节 吸收中的气液相平衡
2.相平衡线在吸收过程中的应用 2.1判断吸收能否进行。由于溶解平衡是吸收进行的极限,所以， 在一定温度下，吸收若能进行，则气相中溶质的实际组成 Y A 必须大 于 则与过液程相反中向溶进质行含，量为成解平吸衡操时作的。组图成6-4Y中A ，的即A点YA 为 Y实A。 际若操出作现点Y,A 若 AY 点A 时位， 于平衡线的上方，则 YA为吸Y A 收过程；若A点在平衡线上,YA=YA*,体 系达平衡，吸收过程停止；当A点位于平衡线的下方时,则YA<YA*,为解 吸过程。 2.2 确定吸收推动力。显然,YA>YA*是吸收进行的必要条件，而差 值 △YA=YA-YA* 则是吸收过程的推动力，差值△YA越大，则吸收速率必 然越大。 2.3同理,若以液相为研究对象,在一定条件下,要让吸收过程能进 行,则液相中溶质的实际组成XA必须小于与实际气相中溶质含量YA成平 衡时的液相组成XA*,即XA<XA*,差值△XA=XA* -XA即为吸收过程的推动力, 该值越大,吸收速率也就越大。否则,过程必为解吸操作。
《化工原理吸收》课件

《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。
化工原理下册 第六章吸收习题答案

化工原理下册 第六章吸收习题答案

6-1 已知在101.3 kPa(绝对压力下)，100 g 水中含氨1 g 的溶液上方的平衡氨气分压为987 Pa 。

试求：(1) 溶解度系数H (kmol ·m -3·Pa -1)； (2) 亨利系数E(Pa)； (3) 相平衡常数m ；(4) 总压提高到200 kPa(表压)时的H ，E ，m 值。

（假设：在上述范围内气液平衡关系服从亨利定律，氨水密度均为10003/m kg ）解：（1）根据已知条件Pa p NH 987*3=3/5824.01000/10117/13m kmol c NH ==定义333*NH NH NH H c p =()Pa m kmol p c H NH NH NH •⨯==-34/109.5333（2）根据已知条件可知0105.018/10017/117/13=+=NH x根据定义式333*NH NH NH x E p =可得Pa E NH 41042.93⨯=（3）根据已知条件可知00974.0101325/987/**33===p p y NH NH于是得到928.0333*==NH NH NH x y m（4）由于H 和E 仅是温度的函数，故3NH H 和3NH E 不变；而p E px Ex px p x y m ====**，与T 和p 相关，故309.0928.031'3=⨯=NH m 。

分析（1）注意一些近似处理并分析其误差。

（2）注意E ，H 和m 的影响因素，这是本题练习的主要内容之一。

6-2 在25℃下，CO 2分压为50 kPa 的混合气分别与下述溶液接触：(1) 含CO 2为0.01 mol/L 的水溶液； (2) 含CO 2为0.05 mol/L 的水溶液。

试求这两种情况下CO 2的传质方向与推动力。

解： 由亨利定律得到*2250CO CO Ex kPa p == 根据《 化工原理》 教材中表 8-1 查出()kPa E CO 51066.1252⨯=℃ 所以可以得到4*1001.32-⨯=CO x 又因为()()34525/10347.3181066.11000222m kPa kmol EM H OH OH CO •⨯=⨯⨯=≈-ρ℃ 所以得34*/0167.05010347.3222m kmol p H c CO CO CO =⨯⨯==- 于是：（1）为吸收过程，3/0067.0m kmol c =∆。