第8章气体吸收 §8.1概述
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化工原理8.1 气体的吸收-1课件解析

吸收液
10
吸收的相平衡(phase equilibrium)
? ? 气相 A
A
吸收 液相 相平衡 A S
B
解吸
A
11
亨利定律(Henry’s law)
在一定温度下,对于稀溶液,当气液两相达到平衡时,吸收 质在液相中的浓度与它在气相中的分压成正比。
用吸收质在溶液中的摩尔分数x表示:
p* Ex p *——平衡时吸收质在气相中的平衡分压,pa
作为生产的辅助环节:如氨碱法生产中用饱和盐水吸收氨以制 备原料氨盐水等。
5
吸收的类型
物理吸收(physical absorption):吸收质只是简单地从气相溶 入液相,吸收质与吸收剂间没有显著的化学反应或只有微弱 的化学反应,吸收质在溶液中是游离的或结合得很弱。
物理化学过程
吸收的极限取决于当时条件下吸收质在吸收剂中的溶解度 (dissolvability)。
用摩尔比表示亨利定律:
Y mX 1 (1 m) X
对稀溶液,X值较小,上式简化为:
Y mX
NOTE: 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。
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亨利定律(Henry’s law)
在一定温度下,对于稀溶液,当气液两相达到平衡时,吸收 质在液相中的浓度与它在气相中的分压成正比。
低浓度吸收:吸收质在气液两相中摩尔分数均小于0.1 高浓度吸收:吸收质在气相中浓度大(>0.1) ,且被吸收的数
量多
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吸收剂的选择
吸收剂应有良好的选择性;
吸收操作 的关键
当吸收剂需要回收或要求吸收剂不污染被吸收的气体时,其蒸 气压应尽量低; 尽可能选用无毒、难燃、腐蚀性小的吸收剂; 吸收剂的粘度要较低,便于输送和有利于气液接触; 化学性质稳定,以免变质和在过程中析出污垢,影响操作;
化工原理-3-第八章-气体吸收精品PPT课件

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:
化工原理 第八章 气体吸收

吸收剂
•气体吸收是混合气 体中某些组分在气液 相界面上溶解、在气 相和液相内由浓度差 推动的传质过程。
气相主体 y x 界面
相界面 xi
液相主体
yi 气相扩散 液相扩散
气体
石油化工学院---Department of Petrochemical Engineering
吸收质或溶质(solute):混合气体 中的溶解组分,以A表示。 惰性气体(inert gas)或载体:不溶 或难溶组分,以B表示。 吸收剂(absorbent):吸收操作中 所用的溶剂,以S表示。 吸收液(strong liquor):吸收操作 后得到的溶液,主要成分为溶剂S 和溶质A。 吸收尾气(dilute gas):吸收后排 出的气体,主要成分为惰性气体B 和少量的溶质A。 吸收过程在吸收塔中进行,逆流 操作吸收塔示意图如右所示。
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8.2 吸收过程的相平衡关系
气体吸收是一种典型的相际间的传质过
程,气液相平衡关系是研究气体吸收过程的
基础,该关系通常用气体在液体中的溶解度
及亨利定律表示。
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从液相分析
x*=y/46.5=0.105/46.5=0.0023>x=0.02 结论同上。
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亨利定律其它表示方法
当气、液相溶质浓度用其它组成表示法表示时,通过浓度 换算可得其它形式的亨利定律。常用的形式有
•气体吸收是混合气 体中某些组分在气液 相界面上溶解、在气 相和液相内由浓度差 推动的传质过程。
气相主体 y x 界面
相界面 xi
液相主体
yi 气相扩散 液相扩散
气体
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吸收质或溶质(solute):混合气体 中的溶解组分,以A表示。 惰性气体(inert gas)或载体:不溶 或难溶组分,以B表示。 吸收剂(absorbent):吸收操作中 所用的溶剂,以S表示。 吸收液(strong liquor):吸收操作 后得到的溶液,主要成分为溶剂S 和溶质A。 吸收尾气(dilute gas):吸收后排 出的气体,主要成分为惰性气体B 和少量的溶质A。 吸收过程在吸收塔中进行,逆流 操作吸收塔示意图如右所示。
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8.2 吸收过程的相平衡关系
气体吸收是一种典型的相际间的传质过
程,气液相平衡关系是研究气体吸收过程的
基础,该关系通常用气体在液体中的溶解度
及亨利定律表示。
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从液相分析
x*=y/46.5=0.105/46.5=0.0023>x=0.02 结论同上。
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亨利定律其它表示方法
当气、液相溶质浓度用其它组成表示法表示时,通过浓度 换算可得其它形式的亨利定律。常用的形式有
气体吸收

m=E/p总 E=p总m
上式中p总为系统总压,m值越大,表示溶解度越小。
m是温度和压力的函数, 随着压力增大而减小,随着 温度增大而增大。
(3) 对于低浓度气体吸收,两相的组成通常用物质的量比来表示
液相中溶质的摩尔数 X A 液相中溶剂的摩尔数
xA 1 xA
YA
气相中溶质的摩尔数 气相中惰性组分的摩尔
亨利定律的其它形式
(1) 气相用平衡分压 p,液相用物质的量浓度 c 表示
p*= c/H
式中: c——液相中溶质的摩尔浓度, mol·m-3 ; H——溶解度系数, mol·m-3·Pa-1;
在亨利定律适用的范围内, H是温度的函数,而与p*或c无关。
对于一定的溶质和溶剂,H 值一般随温度升高减小。易溶气体 H值较大,难溶气体H值较小。
1 以气膜传质分系数表示的吸收速率方程式
NA
Dp 总 RTZ G pB,m
(p
pi )
kG ( p
pi )
p pi 1
kG
N A kG ( p pi )
kG——以分压差为推动力的气膜传质分系数,molm-2s-1Pa-1;
N A ky y yi
kY——以摩尔分数差为推动力的气膜传质分系数,molm-2s-1;
扩散系数将
;当系统的温度增加时,扩散系
数将
,当b组分分子量增大时,扩散系数
将
。
扩散适合于描述精馏过程,
适
合描述吸收和解吸过程。
下述说法中错误的是_____。 A. 液体中的扩散系数与压力成正比,与粘度成反比; B. 气体中的扩散系数与压力成反比,与温度的1.75次方成正比; C. 液体中的扩散系数与温度成正比,与粘度成反比; D. 发生在静止或滞流流体中的扩散属于分子扩散
上式中p总为系统总压,m值越大,表示溶解度越小。
m是温度和压力的函数, 随着压力增大而减小,随着 温度增大而增大。
(3) 对于低浓度气体吸收,两相的组成通常用物质的量比来表示
液相中溶质的摩尔数 X A 液相中溶剂的摩尔数
xA 1 xA
YA
气相中溶质的摩尔数 气相中惰性组分的摩尔
亨利定律的其它形式
(1) 气相用平衡分压 p,液相用物质的量浓度 c 表示
p*= c/H
式中: c——液相中溶质的摩尔浓度, mol·m-3 ; H——溶解度系数, mol·m-3·Pa-1;
在亨利定律适用的范围内, H是温度的函数,而与p*或c无关。
对于一定的溶质和溶剂,H 值一般随温度升高减小。易溶气体 H值较大,难溶气体H值较小。
1 以气膜传质分系数表示的吸收速率方程式
NA
Dp 总 RTZ G pB,m
(p
pi )
kG ( p
pi )
p pi 1
kG
N A kG ( p pi )
kG——以分压差为推动力的气膜传质分系数,molm-2s-1Pa-1;
N A ky y yi
kY——以摩尔分数差为推动力的气膜传质分系数,molm-2s-1;
扩散系数将
;当系统的温度增加时,扩散系
数将
,当b组分分子量增大时,扩散系数
将
。
扩散适合于描述精馏过程,
适
合描述吸收和解吸过程。
下述说法中错误的是_____。 A. 液体中的扩散系数与压力成正比,与粘度成反比; B. 气体中的扩散系数与压力成反比,与温度的1.75次方成正比; C. 液体中的扩散系数与温度成正比,与粘度成反比; D. 发生在静止或滞流流体中的扩散属于分子扩散
第8章 化工原理气体吸收

8.3.1双组分混合物中的分子扩散
⑴费克定律 温度、总压一定,组分A在扩散方向上任 一点处的扩散通量与该处A的浓度梯度成正比。
dCA J A DAB d
JA——组分A扩散速率(扩散通量), kmol/(m2· s);
dCA ——组分A在扩散方向z上的浓度梯度(kmol/m3)/m; d DAB——组分A在B组分中的扩散系数,m2/s。
பைடு நூலகம்G L
8.3.5对流传质理论
②数学模型
DG p DG 1 ( pA pAi ) p ( y yi ) 气膜 N A RT G pBm RT G yBm
式中:
pBm yBm (1 y ) m p DG DG 1 DG p 1 kG RT G pBm RT G yBm RT G (1 y )m
pB1 pA1 pA2
0 扩散距离z
z
3)等分子反方向扩散发生在蒸馏过程中。
2.单向扩散及速率方程
JA
(1)总体流动:因溶质A扩散到界面溶 解于溶剂中,造成界面与主体的微小压差, NMcA/c 使得混合物向界面处的流 动。 总体流 动NM NMcB/c (2)总体流动的特点: JB 1)因分子本身扩散引起的宏观流动。 2)A、B在总体流动中方向相同,流动 速度正比于摩尔分率。 1 2
负号:表示扩散方向与浓度梯度方向相反,扩散沿 着浓度降低的方向进行。 理想气体:
pA cA RT
dc A 1 dp A = dz RT dz
DAB dpA JA RT dz
8.3.1双组分混合物中的分子扩散
对双组分混合物,总浓度 CM CA CB =常数
dC A dC B d d
陈敏恒 化工原理 第八章(吸收)1

解:(1) m
E p
1 .2
1 .2
y
0 .08
x x e x 0.0147
(3)达到极限时气体浓度最低为
y min y e 0.006
8.3 扩散和单向传质 一、相际传质过程 (1)溶质由气体主体扩 散至两相界面 (2)溶质在界面上溶解
y i f ( xi )
N 0
N A J A D
定态时 :
dc A dz
NA C D D p A1 p A 2 N A c A1 c A 2 RT nA pA ( 理想气体 c A ) V RT
(2)单向扩散 NB 0
cA dc A N A 1 D dz cM D cM D p c A1 c A 2 p A1 p A 2 NA c BM RT p BM
8.2.2 相平衡与吸收关系 一、判断过程的方向
y ye 或 x xe
吸收
y ye 或 x xe
解吸
二、指明过程的极限 吸收过程的极限为平衡状态.即 y y e 或 x x e
x1 max x1e
y1 m
y 2 min y 2 e mx 2
三、计算过程推动力 过程推动力为实际状态与平衡状态的偏离程度
cM c A cB c Ai cBi C
c A c Ai 必有 cB cBi
A, B 反向扩散
(1)等分子反向扩散 当液相能以同一速率向界面供应组分 B 时, c Bi 保持恒定: J A J B 或 J A J B 0 通过截面 PQ 的净物量为零. (2)单向扩散 当液相不能向界面提供组分 B 时,发生的是 组分 A 的单向扩散。例如:吸收 在单向扩散中将产生主体流动 扩散流:分子微观运动的宏观结果,纯组分 主体流动:宏观运动,同时带有组分 A 和 B 注意:在单向扩散中依然存在 J A J B
高中物理 第八章 气体吸收

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。
⑺物理吸收和化学吸收 ①物理吸收:吸收时溶质与溶剂不发生明显的化学反应,如 上述洗油吸收苯,水吸收CO2、SO2等。 ②化学吸收:吸收时溶质与溶剂或溶液中的其它物质发生化 学反应。如CO2在水中的溶解度甚低,但若用K2CO3水溶液吸收CO2, 则在液相中发生下列反应:
8.1概述
K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3 从而使K2CO3水溶液具有较高的吸收CO2的能力,作为化学吸收可 被利用的化学反应一般都满足以下条件:
第八章 气体吸收
8.1概述
⑴ 吸收的目的 在化学工业种,将气体混合物种的各组分加以分离,其目的是: ①回收或捕获气体混合物中的有用物质,以制取产品; ②除去工艺气体中的有害成分,使气体净化,以便进一步加工处理, 如有害气体会使催化剂中毒,必须除去;或除去工业放空尾气中的有害 物,以免污染大气。 ⑵ 吸收的依据 为达到吸收分离气体混合物的目的,要用什么物质(溶剂,吸收剂), 其分离的依据使什么?(气体混合物中各组分在溶剂中的溶解度不同, 若各组分在吸收剂中的溶解度差异越大,吸收的选择性越好)例如欲分 离氨气+空气的混合物,可选择水做溶剂,因为氨水在水中的溶解度最 大,而空气几乎不溶于水。
③溶质在溶剂中的溶解度应对温度的变化比较敏感,即不仅 在低温下溶解度要大,平衡分压要小,而且随着温度升高,溶解 度应迅速下降,平衡分压应迅速上升。这样,被吸收的气体容易 解吸,溶剂再生方便。
化工原理之气体吸收

一、气体吸收的分类
气体 吸收
按吸收的 温度变化
等温吸收
非等温吸√收
按气液接 触方式
常规吸收
膜基吸收√
本章讨论重点 单组分低组成的常规等温物理吸收过程。
二、气体吸收的工业应用
气体吸收的应用场合
❖净化或精制气体
示例:合成氨工艺中合成气中的净化脱碳。
❖制取某种气体的液态产品
示例:用水吸收氯化氢气体制取盐酸。
一、气体吸收的原理
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
吸 收
原料气 塔 A+B
各组分在吸收剂中溶
溶液
解度不同。
S+A
二、气体吸收的流程
气体吸收过程在吸收塔中进行。
吸收过程
逆流操作 并流操作
吸收过程:溶质溶解于吸收剂中 解吸过程:溶质从溶液中释放出
m大
一、亨利定律的表达式
4. Y ~ X关系
由
x X
1 X
y Y 1Y
得
Y* m X
1Y * 1 X
整理得
Y*
1
mX
1 mX
简化得 Y* mX
对于低组成吸收
1 m X 1
一、亨利定律的表达式
亨利定律表达式可改写为以下形式:
x* p E
c* Hp x* y
m
X* Y m
二、各系数的换算关系
第八章 气体吸收
学习目的 与要求
通过本章学习,应掌握吸收的基本概念和吸收过 程的平衡关系与速率关系;掌握低组成气体吸收的计 算方法;了解吸收系数的获取途径和解吸过程的概念 与计算方法;掌握填料塔的结构、填料的类型、填料 塔的流体力学性能与操作特性。
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虽然扩散的一般 原因是浓度梯度, 原因是浓度梯度,但 能动梯度也能引起扩 散如反渗透过程, 散如反渗透过程,压 力梯度、 力梯度、温度梯度和 外场力都可引起扩散, 外场力都可引起扩散, 如离心分离。 如离心分离。
Molecular diffusion induced by temperature is thermal diffusion, and that from an external field is forced diffusion. Both are uncommon in chemical engineering. Only diffusion under a concentration gradient is considered in this chapter.
扩散并不局 限于分子通过固 体或液体停滞膜 的传递。当不同 的传递。 组成的流体相混
of different compositions 合时也会发生扩 散。
The first step in mixing is often mass transfer caused by the eddy motion characteristic of turbulent flow. This is called eddy diffusion. The second step is molecular diffusion between and inside the very small eddies.
在所有的质量传 递操作中, 递操作中,扩散 至少在一相中发 生,更多则是在 两相中发生。 两相中发生。蒸 馏时, 馏时,低沸物由 液相扩散至界面, 液相扩散至界面, 离开界面进入汽 相。
The high boiler diffuses in the reverse direction and passes through the vapor into the liquid. In leaching, diffusion of solute through the solid phase is followed by diffusion into the liquid.
液~液萃取 时,溶质从萃余 相扩散至液~ 相扩散至液~液 界面, 界面,然后进入 萃取相。结晶时, 萃取相。结晶时, 溶质由母液扩散 到晶体, 到晶体,然后积 淀于晶体表面。 淀于晶体表面。
In humidification or dehumidification there is no diffusion through the liquid phase because the liquid phase is pure and no concentration gradient through it can exist; but the vapor diffuses to or from the liquid-gas interface into or out of the gas phase.
第17章 17章
相际扩散与传质原理
概
述
扩散是一种 在物理驱动下单 组分通过混合物 的运动。 的运动。扩散最 通常的原因是扩 散组分浓度梯度 的存在。 的存在。
Diffusion is the movement, under the influence of a physical stimulus, of an individual component through a mixture. The most common cause of diffusion is a concentration gradient of the diffusing component.
由温度引起的分子 扩散称为热扩散, 扩散称为热扩散, 由外场力引起的扩 散称为强制扩散。 散称为强制扩散。 这两种扩散方式在 化学工程中并不常 见。本章仅讨论由 浓度梯度引起的质 量扩散。 量扩散。
Diffusion is not restricted to molecular transfer through stagnant layers of solid or fluid. It also takes place when fluids are mixed.
当不断地向 高浓度一端提供 扩散组分, 扩散组分,从低 浓度一端除去扩 散组分时,扩散 散组分时, 组分便具有稳定 的传质通量。 的传质通量。这 就是许多传质操 作的特点。 作的特点。
For example, when ammonia is removed from a gas by absorption in water in a packed column, at each point in the column a concentration gradient in the gas phase causes ammonia to diffuse to the gas-liquid interface, where it dissolves, and a gradient in the liquid phase causes it to diffuse into the bulk liquid.
高沸物逆向扩 散从汽相进入液 浸取时, 相。浸取时,溶 质扩散穿过固相, 质扩散穿过固相, 然后再扩散进入 液相。 液相。
In liquid extraction, the solute diffuses through the raffinate phase to the interface and then into the extract phase. In crystallization, solute diffuses through the mother liquor to the crystals and deposits on the solid surfaces.
当从吸收液中 解吸溶质时, 解吸溶质时, 浓度梯度与吸 收过程相反。 收过程相反。 在此, 在此,扩散作 用使溶质从液 相主体移至界 面,再从界面 移至气相。 移至气相。
In some other masstransfer operations such as leaching and adsorption, unsteadystate diffusion takes place, and the gradients and fluxes decrease with time as equilibrium is approached.
When the gradient is maintained by constantly supplying the diffusing component to the highconcentration end of the gradient and removing it at the low concentration end, there is a steady-state flux of the diffusing component. This is characteristic of many mass-transfer operations.
在其它一些诸如 浸取和吸咐操作 中发生的是不稳 定扩散, 定扩散,随着过 程趋于平衡, 程趋于平衡,扩 散组分的浓度梯 度和通量随时间 而降低。 而降低。
Although the usual cause of diffusion is a concentration gradient, diffusion can also be caused by an activity gradient, as in reverse osmosis, by a pressure gradient, by a temperature gradient, or by the application of an external force field, as in a centrifuge.
例如, 例如,当在填料塔 中用水吸收气体中 的NH3时,在塔内的 任意一点上, 任意一点上,在气 相浓度梯度的驱使 下,NH3由气相主体 扩散至气~液界面, 扩散至气~液界面, 在界面上溶解, 在界面上溶解,然 后,在液相浓度梯 度驱使下, 度驱使下,扩散至 液相主体。 液相主体。
In stripping a solute from a liquid the gradients are reversed; here diffusion brings solute from the bulk liquid to the interface and from there into the gas phase.
A concentration 浓度梯度驱使扩 gradient tends to move the component in such a direction as to equalize concentrations and destroy the gradient. 散组分朝着使浓 度均匀化的方向 扩散, 扩散,从而使浓 度梯度趋于消失。 度梯度趋于消失。
混合过程首先 是因湍流的涡流特 性引起的质量传递。 性引起的质量传递。 这一过程被称为涡 流扩散。 流扩散。其次是在 微小的漩涡间及其 内部的分子扩散。 内部的分子扩散。
Sometimes the diffusion process is accompanied by bulk flow of the mixture in a direction parallel to the direction of diffusion. 有时扩散过程 还伴随着与扩散 方向相平行的混 合物主体流动。 合物主体流动。
增湿和减湿时, 增湿和减湿时, 因液相是纯液体, 因液相是纯液体, 无浓度梯度存在。 无浓度梯度存在。 故液相无扩散。 故液相无扩散。但 增湿时,蒸汽离开 增湿时, 气液界面, 气液界面,扩散进 入气相;而减湿时, 入气相;而减湿时, 则为蒸汽朝向气液 界面,扩散离开气 界面, 相。