化工原理(天大版)---(下册)第二章 吸收
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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(下)第2章吸收
向传递，这种现象称为涡流扩散。
J A ,e
dc A De dz
J A ,e——涡流扩散速率，kmol/(m2·s)；
De ——涡流扩散系数，m2/s。
注意：涡流扩散系数与分子扩散系数不同，不是物性 常数，其值与流体流动状态及所处的位置有 关。
总扩散通量：
dc A J A (D De ) dz
Dc dc A NA c c A dz
——微分式
在气相扩散
pA cA RT
c p RT
dpA Dp NA RT ( p pA ) dz
z
0
N A dz
pA2
p A1
Dp dpA RT ( p - pA )
p p A2 Dp NA ln RTz p p A1
液相：
NA= J A DAB
dc A dz
D N A (c A1 c A2 ) z
（3）讨论
1） N A p A1 p A2
2）组分的浓度与扩散距离z成直线关系。
p
p
pB1 pA1
pB2
pA2
0 扩散距离z
z
2．单向扩散及速率方程 （1）总体流动：因溶质Ａ扩散
JA NMcA/c
易溶气体 难溶气体
一、亨利定律的表达式
4. Y ～ X关系
X x 1 X
由
得
Y y 1 Y
Y* X m 1 Y * 1 X
整理得
简化得
mX Y* 1 1 m X
对于低组成吸收
Y * mX
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：
化工原理下册第二章吸收1027教材
Z H O G N O G 2 .5 9 2 2 .5 m
26
5、 某吸收塔在101.325kpa,293k下用清水吸收空气中丙酮。当采 用2.1液气比时，丙酮回收率为95％。今拟在操作中将气体流量增加20 ％，而液气进口浓度不变。试估计该塔此时的回收率。
已知系统符合Y=1.18X关系，且Kya与气体流率的0.8次方成正比。 已知：
P 1 0 1 . 1 K P a , T 2 9 3 K , V L 2 . 1 , X 2 0 , 9 5 % , Y 1 . 1 8 X , K Y a V 0 . 8
求，当其它条件不变，V’=1.2V时，则φ’？
27
解：因V变化后，而塔高不变
ZH O G N O GH O 'GN O 'G
7
5、吸收速率方程
N A kG (p A G p A i) NAky(yyi) N AkL (cA icA)L NAkx(xi x)
ky pkG kx ckL
8
N AK G(pA GpA * )L
NAKy(yy*)
N AK L(cA * GcA)L NAKx(x*x)
NAK Y YAYA
23
4、某吸收系统y＝2x，入塔气含组分6％（体积），回收率90％ （摩尔比），用清水吸收，用水量为1800kg/h。
求1）液气比（V/L）。2）如果操作线与平行线平行，且知塔D ＝1m，KYa＝25.5Kmol/m3.h 。求出塔液X，及塔填料层Z。 已知： y=2x, y1=6%, X2=0,φ=90%, L=1800Kg/h, D=1m,
（1）出塔尾气的摩尔组成； （2）吸收剂的用量，Kg/h
(1)出塔尾气组成 已知y1=0.055，X2=0，φA=0.95
化工原理下册课件第二章 吸收第1课时吸收过程的气-液平衡
2、依据：依各组分在溶剂中的溶解度的差异实现 组分分离。
如：用水吸收空气中的氨气 吸收剂—液体-溶剂 solvent--- S 水 溶质---能溶于溶剂的组分 solute--- A 氨气 惰性气体—载体,不能溶于和微溶于溶剂的组分
B 空气
3、典型吸收解吸流程
原料气：含苯煤气；产品：脱苯煤气；吸收剂：洗油 解吸的目的：回收溶质、溶剂的再生―使之循环使用
3、单组分吸收: 混合气中只有单一组分进入液相，称 单组分吸收
4、多组分吸收: 有两个或多个组分进入进入液相，为 多组分吸收。
5、等温吸收：吸收过程没有溶解热或反应热的释放； 或对于有热效应但没有导致体系温度显著升高的过 程。
6、非等温吸收：吸收过程有溶解热或反应热的释放， 导致吸收液相温度升高的过程。
（吸收过程的操作性问题） 主要涉及溶质在气-液两相中的平衡关系、物料衡算、 吸收机理与吸收过程速率
2.1 气液相平衡
2.1.1 气体在溶剂中的溶解度
一、气液相平衡 气-液相长时间充分接触，达到平衡时，其气相浓 度与液相浓度之间的关系为相平衡关系。
平衡状态下，气相中溶质的分压称为平衡分压， 液相中溶质的浓度称为平衡浓度或饱和浓度，或 称溶解度。
X 液 液相 相中 中溶 溶剂 质 m m的 的 ooll1xx Y 气气 相相 中中 惰溶 性质 气 m的 om体 lo的 l1yy
2.1.2 相平衡关系
一、 亨利定律
相平衡关系与体系的温度、压力以及物性相关， 对采用稀溶液吸收混合气中低浓度溶质组分时， 其溶解度曲线通过原点，并为一直线。
用亨利定律描述。
四、吸收过程主要研究内容
主要介绍单组分低浓度等温物理吸收的原理与计算。 1、了解吸收过程的方向与极限；（平衡关系） 2、确定完成一定分离任务所需要的吸收剂用量；（操
如：用水吸收空气中的氨气 吸收剂—液体-溶剂 solvent--- S 水 溶质---能溶于溶剂的组分 solute--- A 氨气 惰性气体—载体,不能溶于和微溶于溶剂的组分
B 空气
3、典型吸收解吸流程
原料气：含苯煤气；产品：脱苯煤气；吸收剂：洗油 解吸的目的：回收溶质、溶剂的再生―使之循环使用
3、单组分吸收: 混合气中只有单一组分进入液相，称 单组分吸收
4、多组分吸收: 有两个或多个组分进入进入液相，为 多组分吸收。
5、等温吸收：吸收过程没有溶解热或反应热的释放； 或对于有热效应但没有导致体系温度显著升高的过 程。
6、非等温吸收：吸收过程有溶解热或反应热的释放， 导致吸收液相温度升高的过程。
（吸收过程的操作性问题） 主要涉及溶质在气-液两相中的平衡关系、物料衡算、 吸收机理与吸收过程速率
2.1 气液相平衡
2.1.1 气体在溶剂中的溶解度
一、气液相平衡 气-液相长时间充分接触，达到平衡时，其气相浓 度与液相浓度之间的关系为相平衡关系。
平衡状态下，气相中溶质的分压称为平衡分压， 液相中溶质的浓度称为平衡浓度或饱和浓度，或 称溶解度。
X 液 液相 相中 中溶 溶剂 质 m m的 的 ooll1xx Y 气气 相相 中中 惰溶 性质 气 m的 om体 lo的 l1yy
2.1.2 相平衡关系
一、 亨利定律
相平衡关系与体系的温度、压力以及物性相关， 对采用稀溶液吸收混合气中低浓度溶质组分时， 其溶解度曲线通过原点，并为一直线。
用亨利定律描述。
四、吸收过程主要研究内容
主要介绍单组分低浓度等温物理吸收的原理与计算。 1、了解吸收过程的方向与极限；（平衡关系） 2、确定完成一定分离任务所需要的吸收剂用量；（操
化工原理下册课件第二章 吸收第6次课解吸及其他条件下的吸收
V
6k 7m h -1ol
Z K ya N O G 1.0 3 k2 m m 3h o 1 l 0 .8 2 m 2 6 .3 7 8 .3m 2
4
点评：此题是对吸收章节的全面复习， 涉及到下面五个重要的知识点。 1．吸收平衡关系——亨利定律，涉及了m与H的换算
公式，H的单位，也复习到了。 2．操作线方程和最小液气比的计算。 3．传质系数及其关系的换算， 4．平均推动力法求算填料层高度。 5．吸收因数法求算填料层高度。还有吸收率和理想
L
思路就是由所求目标推至已知条件。
（ 1） 求 x1
L y1 y2 V x1 x2
y1 y2 y1
或
y2
1 y 1
L 1 .5 L 1 .5 y 1 y 2
V
V min
y1 / m x2
y1
x1
mE
s
P M s H P
解题过程是由已知到未知。即求出 m
L V
y2
已知：在操作条件下，亨利系数E=1.73×105kN/m²。水溶
液的密度取1000kg/ m³，CO2的分子量44。
7. 常压25℃下，气相溶质A的分压为0.054atm的混 合气体分别与
– 溶质A浓度为0.002mol/l的水溶液； – 溶质A浓度为0.001mol/l的水溶液； – 溶质A浓度为0.003mol/l的水溶液； 接触，求以上三种情况下，溶质A在二相间的转移
2. 对于难溶气体，吸收时属于＿＿＿＿＿＿控制 的吸收，强化吸收的手段是＿＿＿＿＿。
3. 物理吸收的极限取决于当时条件下＿＿＿＿＿＿ ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，吸收速率取决于吸收质 从气相主体传入液相主体的＿＿＿＿＿＿＿。
4. 用Δp为推动力的气膜传质速率方程有两种,以气相 传质膜系数表达的传质速率方程为 ________________,以总传质系数表达的传质速率 方程为__________________。
化工原理下册课件第二篇 章 吸收第6次课解吸及其他条件下的吸收
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------1 / 10化工原理下册课件第二篇 章 吸收第6次课解吸及其他条件下的吸收2. 6 解 吸 2. 6 解 吸 一、概述 1 、作用: ① ① 吸收剂的再生，以便循环使用; ② 回收溶质，得到分离后气体。
2 、解吸常用的方法：压力低，温度高，有利于脱吸 加热溶液（加热解吸） ，增大溶液中溶质的 平衡分压 用水蒸汽（气提） ，加热、降低气相中溶质的 分压 ；适用于溶质为不凝性气体，或溶质冷凝液不溶于水 通惰性气体（惰性气体气提） ，降低操作压力，主要用于吸收剂的再生，不能直接得到纯净的溶质组分。
Y=mX B A X 1 X 2 Y 2 * Y 2 Y 1 1、 、 物料衡算：－＝－＝二 、解吸塔的计算 解吸过程的操作线总是在平衡线的下方， 解吸过程的推动力是吸收的相反值。
2 、操作线方程：3 、最小气液比：4 、填料层高度的求法：Z=H OG N OG =H OL N OL （（1 ）对数平均推动力法（（2 ）吸收因数法：－＝AY YY YAANOL *1 1*2 1) 1 ( ln11－＝2.7 强化吸收过程的途径从从可以看出，影响吸收的主要因素: K Y 、吸收推动力和相接触面积。
吸收过程的主要阻力集中在滞流膜上。
要提高吸收总系数, 必须设法降低气膜和液膜的厚度。
通过加大流体的流动速度，增加流体的湍动程度，则可减小滞流膜层的厚度。
一、提高吸收总系数K Y ( 或K G ) 或K X ( 或K L ) 三、增大单位吸收传质面积面积主要由设备来决定，对于填料塔，应该注意：填料的选型，应尽量选比表面积大的填料。
增大气液分散度，液体喷淋均匀，填料充分润湿，保证上升气泡和液层充分接触，达到传质目的。
化工原理(下册)吸收
O
kg / m3 ,
溶质和溶剂的摩尔质量分别为 以 V 1m 质的量为:
3
M
和 MO kg / kmol
，
溶液为基准，则溶液中含溶质A的物
nA cAV cA 1 cA (kmol )
MO
含吸收剂S的物质的量为: n T 1 cA M (kmol ) S
则由摩尔分数的定义知: cA M O nA cA xA nA nS c T cA M T cA ( M O M ) A MO T 整理得：
YA Y
摩尔比与摩尔分数的关系
yA 气相： YA＝ 1 yA
或
或
YA y A＝ 1 YA
xA 液相： X A＝ 1 xA
YA XA m 1 YA 1 X A
XA xA＝ 1 X A
A
将上式代入亨利定律相平衡表达式 y mxA 得：
整理得：
--------亨利定律的摩尔比表达式
六
吸收和蒸馏的差别
1、第二物相产生的方式不同
蒸馏是通过加热或冷却的方法，使混合物系产生第二个物相； 吸收则是从外界引入另一相物质（吸收剂），形成两相系统。 2、传质机理不同 蒸馏是进行的等分子反向扩散过程，吸收进行的是单向扩 散过程 。
2.1 气体吸收的相平衡关系
2.1.1吸收过程的相平衡和气体的溶解度
A(吸收) 液相 气相 A(解吸)
气相 平衡分压（P） 相际动态 平衡（相 液相---平衡浓度或平衡溶解度 （C A , x A , X A ) 平衡）
p80-81氨、二氧化 硫、氧气在水中的 溶解度
吸收过程进行的方向和限度判据
吸收过程进行的方向和限度取决于吸收质在气液两相间的平衡 关系: 当气相中吸收质的分压 PA 大于平衡分压 P 吸收过程将继续进行下去，直至 PA PA ，即达到相平衡状态为止;
化工原理下册第二章吸收10.8
z
0
N A dz
pA2
p A1
Dp dpA RT ( p - pA )
p pA2 Dp NA ln RTz p pA1
p B2 Dp NA ln RTz p B1
28
——积分式
p pA1 pB1 pA2 pB2
pB2 pB2 pB1 Dp NA ln RTz pB1 pB2 pB1 Dp pA1 pA2 RTz pB2 pB1 ln ( pB2 pB1 )
pA1 pA2 pB2 pB1
pBm
pB 2 pB1 pB 2 ln pB1
Dp NA ( pA1 pA2 ) RTzp Bm
单向扩散速率方程
29
D NA ( pA1 pA2 ) RTz
双向扩散速率方程
p p Bm
——漂流因数，无因次
漂流因数意义： 其大小反映了总体流动对传质速率的影响程度，其值为总 体流动使传质速率较单纯分子扩散增大的倍数。
解：
D 2.30 105 NA ( pA1 pA2 ) (20 6.67) RTz 8.315 298 0.61 N A 2.03 107 kmol / m 2 s
19
4 4 7 4 11 N A A (2.03 10 ) 4.68 10 9.50 10 kmol / s
总压一定
p p A pB
dp A dpB dz dz
JA=－JB DAB=DBA=D
16
（2）等分子反向扩散传质速率方程 传质速率定义：任一固定的空间位置上，单位时间内通过单位面积 的物质量，记作N，kmol/(m2· s) 。 对于单纯的扩散过程，N＝J 气相： NA= J A
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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
另z=z2-z1
PD P p A2 PD pB 2 ln ln ( 3) RT ( z1 z2 ) P p A1 RTz pB1 p p B1 pBm B 2 另pBm为初、终截面处PB的对数平均值： p ln B 2 p B1 p p pB1 p p A2 ln B 2 B 2 A1 带入（3）式得： pB1 pBm pBm NA
量（或体积）的液体中所含溶质的质量来表示
2-1-1 气体的溶解度
温度 该溶质在气相中的浓度（分压） 物系的特性
在相同温度和分压下，不同物质的溶 解度有很大差异 对同一种溶质，溶解度随T而，随 分压而 T 、分压有利于吸收，而T 而分 压，有利于脱吸 欲得到一定浓度的溶液，易溶气体所需 分压较低，而对难溶气体所需分压较高
图5-12 双膜理论示意图
（3）在气膜和液膜以外的气液主体中，由于流体的充分湍动，溶质A 的浓度均匀。
2.2.7吸收速率方程式
一、气膜吸收速率方程式
NA DP ( PA PAi ) RTz G PBm 令 DP kG RTz G PBm
N A k G (PA PAi )(2 33)
cSm——溶剂S在液相主体与相界面处的浓度的对数平均值， kmol/m3
一、双膜理论 （双阻力理论）
基本假设：
2.2.6 吸收过程的机理
（1）相互接触的气液两相存在一个稳定的相 界面，界面两侧分别存在着稳定的气膜 和液膜。溶质A以分子扩散方式通过气膜 和液膜，由气相主体传递到液相主体。 （2）相界面处，气液两相达到相平衡。
y i mxi
*
在Yi—Xi坐标系中的图形总是曲线
Yi * mXi
当溶液浓度很低时，
• 溶解度 • 选择性 • 挥发度 • 粘性 • 其它
2-1-3 吸收剂的选择
无毒性 无腐蚀性 不易燃 不发泡 冰点低 价廉易得 具有化学稳定性
1. 判断传质进行的方向
气液相平衡关系为 y> y*i或xi<xi*进行吸收 反之，解吸（或脱吸） y*i=mxi
z N A z dz
2 1
pA P P cA J ( 1 ) J ( ) J A( ) N A J A (1 ) A A p P p pB cB B A
积分限：z=z1时pA=pA1， z=z2时pA=pA2
PD p dPA RT p P p A
A2 A1
在稳定情况下，总体流动通量等于A的传质通量
由（2）得：N
cB c J B A J A 带入（1）式得： c c c cA cA c J J NA JA N J A (1 A ) A A cB c c cB
•
2-2-2 气相中的稳态分子扩散
D dPA RT d z P D dPA N A ( )( ) P p A RT d z 又J A
Dc 令 kL z LcSm
kL——液膜吸收系数，m/s
液膜吸收速 率方程式 写成推动力/阻力的形式： N A c Ai c A 以液相摩尔分率 表示时：
1 kL
N A k x (x Ai x A )
2.1.4相平衡关系在吸收过程中的应用
y2 y y N x y* O y1 x1
图 5-7 吸收推动力示意图
x2 E A P
或xi*=yi/mM
x
x*
2. 确定传质的推动力
以气相组成差表示的推动力为Δyi = yi -y*i 以液相组成差表示的推动力为Δxi = x*i - xi 以气相分压差表示的推动力为Δpi = pi -p*i 以液相组成表示的推动力为Δci = c*i - ci
亨利系数
对理想溶液，亨利定律与拉乌尔定律一致，E=P° 与物系的特性、T、溶质的分压有关 当溶质分压不超过1x105Pa，恒定温度下E值可视为常数 T ， E
在同一溶剂中，难溶气体的E值很大，而易溶气体的E值很小
2-l-2 亨利定律
2. Pi-ci关系
pi * ci H
ci：单位体积溶液中溶质的摩尔数，Kmol/m3 Pi*：气相中溶质的平衡分压，kPa H：溶解度系数，kmol／(kN· m)
pA1 pB1 P B A pA2 pB2 P
pA1>pA2 定态扩散
传质速率（传质通量）：单位时间内通过单位面积的A的物质的量
dc A D dPA N A J A D RT dz dc z
定态过程中，通过连通管内各截面的NA都相等，为一常数
dPA 为常数 dz
z N A 0 dz
•
2-2-3 液相中的稳定分子扩散
液相中的稳定分子扩散属于一组分通过另一停滞组 分的扩散
Dc NA (c A1 c A 2 ) zcSm
N´A——溶质A在液相中的传质速率，kmol/（m2· s） D´——溶质A在溶剂S中的扩散系数，m2/s c——溶液的总浓度，c=cA+cS， kmol/m3 z——1、2截面间的距离，m cA1 、cA2——1、2截面上溶质浓度，kmol/m3 cSm——1、2截面上溶剂S浓度的对数平均值，kmol/m3
PAi——相截面处A的分压，kPa
PBm——B在气相主体与相界面处的分压的对数平均值，kPa
2.2.5 对流传质
由液相主体至相界面的对流传质速率关系式为：
Dc NA (c Ai c A ) z LcSm
zL——液相有效层流膜层厚度，m cA——主体中溶质A浓度，kmol/m3 cAi——相截面处溶质A浓度，kmol/m3
p* Ex
Ec i M s ci (M s M A )
1 EM s H ci (M s M A )
1 EM s H
H
EM s
在同一溶剂中，易溶气体 的H值很大，而难溶气体 的H值很小
3.
2-l-2 亨利定律
xi—yi关系
y i mx i
*
xi：液相中溶质的摩尔分率 yi*：与该液相成平衡的气相中溶质的摩尔分率 m：相平衡常数，或分配系数，无因次
2.2.5 对流传质
发生在运动着的流体与相界面间的传
质过程是湍流主体与相界面间的涡流 扩散与分子扩散两种作用的总和
zG ：分子扩散
气相有效 膜层厚度
由气相主体至相界面的对流传质速率关系式为：
NA DP ( PA PAi ) RTz G PBm
NA——溶质A的对流传质速率，kmol/（m2· s） zG——气相有效层流膜层厚度，m PA——气相主体中A的分压，kPa
1. 涡流扩散
2.2.5 对流传质
凭借流体质点的湍动和旋涡来传递物质的现象
dc A J A ( D DE ) dz
JA：扩散通量，kmo1/（m2· s） dcA/dcz：物质A的沿z方向的浓度梯度，kmol／ m4 D：分子扩散系数， m2/s DE：涡流扩散系数， m2/s
2. 对流传质
由于P=pA1+pB1= pA2+pB2 所以pB2 -pB1=pA1-pA2
•
2-2-2 气相中的稳态分子扩散
NA D P ( PA1 PA2 ) RTz PBm
D 等摩尔扩散 NA ( p A1 p A2 ) RTz
P 1 PBm
漂流因数
讨论： 当混合气中A的分压越高，漂流因数就越大 当混合气中A的分压越低，漂流因数就越接近1，总体流动的 因素可以忽略，单向扩散和等摩尔扩散就无差别了
•
亨利定律: 当总压不高(不超过5xl05Pa)时，在恒定的温度下，稀
溶液上方的气体溶质平衡分压与该溶质在液相中的浓度之间存在如 下的关系
2-l-2 亨利定律
p i * Ex i
1. pi-xi关系
Pi*：溶质在气相中的平衡分压，kPa
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
另z=z2-z1
PD P p A2 PD pB 2 ln ln ( 3) RT ( z1 z2 ) P p A1 RTz pB1 p p B1 pBm B 2 另pBm为初、终截面处PB的对数平均值： p ln B 2 p B1 p p pB1 p p A2 ln B 2 B 2 A1 带入（3）式得： pB1 pBm pBm NA
量（或体积）的液体中所含溶质的质量来表示
2-1-1 气体的溶解度
温度 该溶质在气相中的浓度（分压） 物系的特性
在相同温度和分压下，不同物质的溶 解度有很大差异 对同一种溶质，溶解度随T而，随 分压而 T 、分压有利于吸收，而T 而分 压，有利于脱吸 欲得到一定浓度的溶液，易溶气体所需 分压较低，而对难溶气体所需分压较高
图5-12 双膜理论示意图
（3）在气膜和液膜以外的气液主体中，由于流体的充分湍动，溶质A 的浓度均匀。
2.2.7吸收速率方程式
一、气膜吸收速率方程式
NA DP ( PA PAi ) RTz G PBm 令 DP kG RTz G PBm
N A k G (PA PAi )(2 33)
cSm——溶剂S在液相主体与相界面处的浓度的对数平均值， kmol/m3
一、双膜理论 （双阻力理论）
基本假设：
2.2.6 吸收过程的机理
（1）相互接触的气液两相存在一个稳定的相 界面，界面两侧分别存在着稳定的气膜 和液膜。溶质A以分子扩散方式通过气膜 和液膜，由气相主体传递到液相主体。 （2）相界面处，气液两相达到相平衡。
y i mxi
*
在Yi—Xi坐标系中的图形总是曲线
Yi * mXi
当溶液浓度很低时，
• 溶解度 • 选择性 • 挥发度 • 粘性 • 其它
2-1-3 吸收剂的选择
无毒性 无腐蚀性 不易燃 不发泡 冰点低 价廉易得 具有化学稳定性
1. 判断传质进行的方向
气液相平衡关系为 y> y*i或xi<xi*进行吸收 反之，解吸（或脱吸） y*i=mxi
z N A z dz
2 1
pA P P cA J ( 1 ) J ( ) J A( ) N A J A (1 ) A A p P p pB cB B A
积分限：z=z1时pA=pA1， z=z2时pA=pA2
PD p dPA RT p P p A
A2 A1
在稳定情况下，总体流动通量等于A的传质通量
由（2）得：N
cB c J B A J A 带入（1）式得： c c c cA cA c J J NA JA N J A (1 A ) A A cB c c cB
•
2-2-2 气相中的稳态分子扩散
D dPA RT d z P D dPA N A ( )( ) P p A RT d z 又J A
Dc 令 kL z LcSm
kL——液膜吸收系数，m/s
液膜吸收速 率方程式 写成推动力/阻力的形式： N A c Ai c A 以液相摩尔分率 表示时：
1 kL
N A k x (x Ai x A )
2.1.4相平衡关系在吸收过程中的应用
y2 y y N x y* O y1 x1
图 5-7 吸收推动力示意图
x2 E A P
或xi*=yi/mM
x
x*
2. 确定传质的推动力
以气相组成差表示的推动力为Δyi = yi -y*i 以液相组成差表示的推动力为Δxi = x*i - xi 以气相分压差表示的推动力为Δpi = pi -p*i 以液相组成表示的推动力为Δci = c*i - ci
亨利系数
对理想溶液，亨利定律与拉乌尔定律一致，E=P° 与物系的特性、T、溶质的分压有关 当溶质分压不超过1x105Pa，恒定温度下E值可视为常数 T ， E
在同一溶剂中，难溶气体的E值很大，而易溶气体的E值很小
2-l-2 亨利定律
2. Pi-ci关系
pi * ci H
ci：单位体积溶液中溶质的摩尔数，Kmol/m3 Pi*：气相中溶质的平衡分压，kPa H：溶解度系数，kmol／(kN· m)
pA1 pB1 P B A pA2 pB2 P
pA1>pA2 定态扩散
传质速率（传质通量）：单位时间内通过单位面积的A的物质的量
dc A D dPA N A J A D RT dz dc z
定态过程中，通过连通管内各截面的NA都相等，为一常数
dPA 为常数 dz
z N A 0 dz
•
2-2-3 液相中的稳定分子扩散
液相中的稳定分子扩散属于一组分通过另一停滞组 分的扩散
Dc NA (c A1 c A 2 ) zcSm
N´A——溶质A在液相中的传质速率，kmol/（m2· s） D´——溶质A在溶剂S中的扩散系数，m2/s c——溶液的总浓度，c=cA+cS， kmol/m3 z——1、2截面间的距离，m cA1 、cA2——1、2截面上溶质浓度，kmol/m3 cSm——1、2截面上溶剂S浓度的对数平均值，kmol/m3
PAi——相截面处A的分压，kPa
PBm——B在气相主体与相界面处的分压的对数平均值，kPa
2.2.5 对流传质
由液相主体至相界面的对流传质速率关系式为：
Dc NA (c Ai c A ) z LcSm
zL——液相有效层流膜层厚度，m cA——主体中溶质A浓度，kmol/m3 cAi——相截面处溶质A浓度，kmol/m3
p* Ex
Ec i M s ci (M s M A )
1 EM s H ci (M s M A )
1 EM s H
H
EM s
在同一溶剂中，易溶气体 的H值很大，而难溶气体 的H值很小
3.
2-l-2 亨利定律
xi—yi关系
y i mx i
*
xi：液相中溶质的摩尔分率 yi*：与该液相成平衡的气相中溶质的摩尔分率 m：相平衡常数，或分配系数，无因次
2.2.5 对流传质
发生在运动着的流体与相界面间的传
质过程是湍流主体与相界面间的涡流 扩散与分子扩散两种作用的总和
zG ：分子扩散
气相有效 膜层厚度
由气相主体至相界面的对流传质速率关系式为：
NA DP ( PA PAi ) RTz G PBm
NA——溶质A的对流传质速率，kmol/（m2· s） zG——气相有效层流膜层厚度，m PA——气相主体中A的分压，kPa
1. 涡流扩散
2.2.5 对流传质
凭借流体质点的湍动和旋涡来传递物质的现象
dc A J A ( D DE ) dz
JA：扩散通量，kmo1/（m2· s） dcA/dcz：物质A的沿z方向的浓度梯度，kmol／ m4 D：分子扩散系数， m2/s DE：涡流扩散系数， m2/s
2. 对流传质
由于P=pA1+pB1= pA2+pB2 所以pB2 -pB1=pA1-pA2
•
2-2-2 气相中的稳态分子扩散
NA D P ( PA1 PA2 ) RTz PBm
D 等摩尔扩散 NA ( p A1 p A2 ) RTz
P 1 PBm
漂流因数
讨论： 当混合气中A的分压越高，漂流因数就越大 当混合气中A的分压越低，漂流因数就越接近1，总体流动的 因素可以忽略，单向扩散和等摩尔扩散就无差别了
•
亨利定律: 当总压不高(不超过5xl05Pa)时，在恒定的温度下，稀
溶液上方的气体溶质平衡分压与该溶质在液相中的浓度之间存在如 下的关系
2-l-2 亨利定律
p i * Ex i
1. pi-xi关系
Pi*：溶质在气相中的平衡分压，kPa