气体吸收基本原理
气体吸收操作—吸收的基本原理认知(化工单元操作课件)
1. 相内传质：由于有浓度差，在一相内部发生的物质的传递； 2. 相际传质：从一相到另一相发生的物质的传递。
化工单元操作技术
二、相组成的表示方法
1. 易混淆的名词
例：75%空气-25%NH3 混合气体
（1）组分：混合物中的每种物质（溶质和惰性气体） （2）组成：混合物中组分的相对数量关系 用x(X)表示液相组成
传质过程也称为扩散过程，扩散的推动力是浓度差。
四、相内传质（扩散）的基本方式
化工单元操作技术
气液传质过程中，界面溶解即相际传质容易发生且速度很快，前后的相内传质很重要， 是如何进行物质传递的呢？
1. 扩散现象
（1）定义：由于浓度差，物质由高浓度向低浓度转移（最终各处浓度均相等）。
（2）推动力：浓度差
化工单元操作技术
2. 表示方法： （2）质量浓度和摩尔浓度
①质量浓度：混合物中某组分的质量mi与混合物的总体积V的比值，用符号 ρi表示。
ρi =mi/V
②摩尔浓度:混合物中某组分(溶质气体)的物质的量ni与混合物总体积V的比值， 用符号 ci表示。
ci= ni/V
化工单元操作技术
二、相组成的表示方法
②推动力：浓度差（唯一条件） （静止/层流/湍流）
是不是只有静止的 流体才会发生分子
扩散？
四、相内传涡流扩散：
在流体作湍流运动的主体区内，凭借流体的湍动造成流体质点相互碰撞和混合， 使组分从高浓度向低浓度方向传递，此现象称为涡流扩散。
①机理：流体的湍动造成流体质点相互碰撞和混合 ②推动力：浓度差、质点湍动
双膜理论的应用
任务：试用双膜理论分析工业吸收过程中，如何提高吸收过程的传质速
率以强化吸收效果？
（设法减小两膜的厚度，减小传质阻力——流速越大，气膜和液膜的厚度越薄， 增大流速，可以减小传质阻力，提高吸收速率。）
化工原理之气体吸收
化工原理之气体吸收气体吸收是化工过程中常用的一种物理操作，它指的是将气体从气相吸收到液相中。
气体吸收广泛应用于环境工程、化工工艺、能源工程等领域，例如废气处理、石油炼制、烟气脱硫等。
一、气体吸收的基本原理气体吸收的基本原理是气体和液体之间的质量传递过程。
气体吸收的过程中，气体溶质分子通过气相和液相之间的传质界面传递到溶液中，从而实现气体从气相到液相的转移。
气体吸收的速度由以下几个因素决定：1.液相溶剂的性质：液相溶剂的挥发性、表面张力、黏度和溶解度等性质都会影响气体吸收的速度。
通常情况下，挥发性较强的溶剂对气体的吸收速率较快。
2.溶剂和气体溶质之间的亲和力：溶剂和气体溶质之间的亲和力越强，气体吸收速度越快。
3.传质界面的面积和传质界面的厚度：传质界面的面积越大，气体吸收速度越快；传质界面的厚度越薄，气体吸收速度越快。
4.溶解度：气体的溶解度越高，气体吸收速度越快。
5.气体浓度梯度：气体浓度梯度越大，气体吸收速度越快。
二、气体吸收的设备常见的气体吸收设备包括吸收塔、吸收柱和吸附塔等。
1.吸收塔：吸收塔是最常用的气体吸收设备之一，它主要由一个塔体和填料层组成。
气体通过底部进入吸收塔，液体从塔顶滴入塔体中。
在填料层的作用下，气体和液体之间的接触面积增加，从而促进气体的传质。
通过提供充分的接触时间和表面积，吸收塔可以实现高效的气体吸收。
2.吸收柱：吸收柱通常用于含有反应过程的气体吸收。
与吸收塔类似，吸收柱也包含一个塔体和填料层。
区别在于，吸收柱还包括一个液相反应器，用于在吸收气体的同时进行反应。
3.吸附塔：吸附塔是另一种常用的气体吸收设备，主要用于吸附分离等工艺中。
吸附过程通过吸附剂将目标气体吸附在其表面上实现。
吸附塔通常由多个吸附层和吸附剂床组成，气体从底部进入吸附塔，经过吸附剂床后，被吸附物质从气相转移到固相中，从而实现气体吸附。
三、气体吸收的应用气体吸收在化工工艺中有着广泛的应用。
1.废气处理：气体吸收是一种有效的废气处理方法，可用于去除废气中的有害污染物，如二氧化硫、氮氧化物等。
气体吸收
第二章气体吸收第一节概述2.1.1 气体吸收过程一、什么是吸收：气体吸收是用液体吸收剂吸收气体的单元操作。
二、吸收基本原理：是利用气体混合物中各组分在某一液体吸收剂中溶解度的不同，从而将其中溶解度最大的组分分离出来。
三、吸收的特点：吸收是一种组分从气相传入夜相的单向扩散传质过程。
四、传质过程：借扩散进行物质传递的过程称为传质过程。
除吸收外，蒸馏.萃取.吸收.干燥等过程，也都属于传质过程。
五、S吸收剂（溶剂）S+液相吸收液（溶液）A扩散：由于微粒（分子.原子等）的热运动而产生的物质迁移现象。
可由一种或多种物质在气、液或固相的同一相内或不同相间进行。
主要由于温度差和湍流运动等。
微粒从浓度较大的区域向较小的区域迁移，直到一相内各部分的浓度达到一致或两相间的浓度达到平衡为止。
扩散速度在气相最大，液相次之，固相中最小。
吸收在化工生产中的应用极为广泛，其目的主要有四点：SO制98%的硫酸）。
一、制造成品（93%的硫酸吸收3二、回收有价值的气体，（焦化厂用洗油处理焦炉气以分离其中的苯等芳香烃）。
三、去掉有害气体（如合成氨厂用氨水或其它的吸收剂除去半水煤气中的硫化氢）。
四、三废处理：（如用吸收法除净硫酸生产尾气中的二氧化硫。
）总之吸收的目的可用四个字来概括：去害兴利。
2.1.2 气体吸收的分类一、物理吸收：吸收过程中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，吸收后的吸收质在溶液中是游离的或结合的很弱，当条件发生变化时，吸收质很容易从溶剂中解吸出来。
如用水吸收二氧化碳。
物理吸收是一个物理化学过程，吸收的极限取决于操作条件下吸收质在吸收剂中的溶解度、吸收速率则取决于吸收质从气相主体传递入液相主体的扩散速率。
物理吸收都是可逆的一般热效应较小。
二、化学吸收：吸收过程中吸收质与吸收剂之间发生显著的化学反应。
例如NaOH 吸收2CO 。
化学吸收时，吸收平衡主要取决于当时条件下吸收反应的化学平衡，吸收速率则取决于吸收质的扩散速率和化学发应速率，因为化学吸收降低了吸收质的浓度故吸收速率一般比同样条件下没有化学反应的物理吸收速率大。
化工原理 第五章 气体吸收
Y
*
mX 1 (1 m) X
当溶液浓度很低时,上式右端分母约等于1,于是上式可简化为:
Y*=mX
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三、 相平衡关系在吸收中的应用
（一）判断过程进行的方向
* pA pA * pA pA * pA pA
A由气相向液相传质，吸收过程 平衡状态
A由液相向气相传质，解吸过程
*或x* >x或 c * y
dc A —组分A在扩散方向z上的浓度梯度（kmol/m3）/m； dz
DAB——组分A在B组分中的扩散系数，m2/s。
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
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理想气体：
pA cA RT
dc A 1 dp A = dz RT dz
DAB dpA JA RT dz
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吸收过程： （1）A由气相主体到相界面，气相内传递； （2）A在相界面上溶解，溶解过程； （3）A自相界面到液相主体，液相内传递。
单相内传递方式：分子扩散；对流扩散 。
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一、 分子扩散与菲克定律
分子扩散：在静止或滞流流体内部，若某一组分存 在浓度差，则因分子无规则的热运动使
该组分由浓度较高处传递至浓度较低处，
物系一定， E T 2）E大的，溶解度小，难溶气体 E小的，溶解度大，易溶气体
3）E的来源：实验测得；查手册
对于理想溶液，亨利常数即为纯溶质的饱和蒸汽压。亨利常数E值较大表示溶解度 较小。一般E值随温度的升高而增大，常压下压力对E值影响不大。
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（二）亨利定律其它形式
cA 1）p H
体主体浓度线相交于一点E，则厚度zG为E到相界
面的垂直距离。
（二）气相传质速率方程
气体 吸收
例10-3 调整的净现值法的应用 假定已知某公司的信息如下：
营业收入：每年为500万元，永续年金； 营业成本：为营业收入的60%； 折旧：每年为50万元； 净营运资本增加额：每年为0元； 资本支出：每年为50万元； 所得税税率为25%，全权益融资公司的资本成本
R0为2
一、亨利定律的表达式
2. p～c关系 若溶质在气、液相中的组成分别以分压p、摩
尔浓度 c 表示，亨利定律为
p* c H
H — 溶解度系数，kmol/(m3·kPa)
一、亨利定律的表达式
3. y～x关系
若溶质在气、液相中的组成分别以摩尔分数
y、x表示 ，亨利定律为
y* mx
x* p E
c* Hp x* y
m
X* Y m
二、各系数间的关系
推导可得亨利定律表达式各系数间的关系如下：
E～H 关系 E～m 关系 H～m 关系
H EM S
m E P 1
H PM S m
溶液 密度
溶剂 S 的 摩尔质量
一、判断传质进行的方向
设某瞬时 气相中溶质的实际组成为Y
液相中溶质的实际组成为X
气体在 液体中 溶解度
pA f (xA)
平衡方程
pA ～ xA曲线 溶解度曲线
气体（A＋B）
A 溶解 A 逸出
液体 S
易溶
400 50
氨在水中的溶解度
中等溶解度
68 50
二氧化硫在水中的溶解度
难溶
0.002
50
氧在水中的溶解度
二、温度、压力对溶解度的影响
讨论
温度对溶解度的影响 压力对溶解度的影响
解度不同。
吸
收
原料气 A＋B
气体吸收实验
• 吸收剂的进口条件：流量L、温度T、浓度X2，是控制和调 节吸收操作的三要素。
• 改变吸收剂用量是对吸收过程进行调节最常用的方法。
2.吸收总传质系收塔的结构与流程； 2.了解吸收剂进口条件的变化对吸收操作结果 的影响； 3.掌握吸收总传质系数的测定方法。
二、基本原理
• 气体吸收过程是利用气体中个组分在同一种液体（溶剂） 中的溶解度的差异而实现组分分离的过程。
• 能溶解于溶剂中的组分为吸收质或溶质A，不溶解的组分 为惰性组分或载体B，吸收时采用的溶剂为吸收剂S。 1.吸收塔的操作和调节 • 吸收操作的结果最终表现在出口气体的组成Y2上，或组分 A的回收率η上。
化工原理教学课件第四章(吸收)第0节
是变化的。如用水吸收混于空气中氨的过程，氨作
为溶质可溶于水中，而空气与水不能互溶（称为惰
性组分）。随着吸收过程的进行，混合气体及混合
液体的摩尔数是变化的，而混合气体及混合液体中 的惰性组分的摩尔数是不变的。此时，若用摩尔分 率表示气、液相组成，计算很不方便。为此引入以 惰性组分为基准的摩尔比来表示气、液相的组成。
度的大小，m 值越大，则表明该气体的溶解度越小；反之，
则溶解度越大。
若系统总压为P，由理想气体分压定律可知
同理
p=Py
将上式代入式2-1可得
将此式与式2-5比较可得： (2-6) 将式2-6代入式2-4，即可得H～m的关系为： (2-7)
(4) Y ～X关系
式2-5是以摩尔分率表
示的亨利定律。在吸收过程中，混合物的总摩尔数
摩尔比的定义如下：
X＝(液相中溶质的摩尔数)/(液相中溶剂的摩尔数)＝ Y＝(气相中溶质的摩尔数)/(气相中惰性组分的摩尔数)＝ (2-8)
上述二式也可变换为:
(2-10) (2-11)
(2-9)
将式2-10和2-11代入式2-5可得：
整理得 (2-12) 当溶液组成很低时， <<1，则式2-12可简化为 (2-13)
的饱和组成。
气体在液体中的溶解度可通过实验测定。由实验结果 绘成的曲线称为溶解度曲线，某些气体在液体中的溶解度 曲线可从有关书籍、手册中查得。
图片2-3、图片2-4和图片2-5分别为总压不很高时氨、 二氧化硫和氧在水中的溶解度曲线。从图分析可知： （1）在同一溶剂（水）中，相同的温度和溶质分压下， 不同气体的溶解度差别很大，其中氨在水中的溶解度最大 ，氧在水中的溶解度最小。这表明氨易溶于水，氧难溶于 水，而二氧化硫则居中。 （2）对同一溶质，在相同的气相分压下，溶解度随温度 的升高而减小。 （3）对同一溶质，在相同的温度下，溶解度随气相分压 的升高而增大。
气体吸收知识点总结
气体吸收知识点总结一、气体吸收的基本原理气体吸收是一种物理与化学相结合的过程，其基本原理主要包括气体与溶剂之间的质传和能传。
质传是指气体分子在气-液界面附近的扩散传输，包括气体分子的渗透、重新吸附和溶解等过程。
能传是指气体分子在溶液中释放或吸收能量，从而参与到化学反应中。
对于溶液吸收来说，通常会发生溶解、吸附、反应等过程。
在气体吸收过程中，溶剂的选择是十分重要的。
常用的溶剂包括水、乙醇、甲醇、丙酮等。
不同的溶剂对于不同的气体有着不同的选择，具体的选择需要考虑其溶解度、选择性、毒性、成本等因素。
二、影响气体吸收的因素1. 气体性质气体的性质对气体吸收的影响十分显著。
例如，气体的溶解度、扩散系数、表面张力等均会影响气体在溶液中的吸收速率。
2. 溶剂性质不同的溶剂对气体的溶解度不同，对于不同的气体有不同的选择。
此外，溶剂的粘度、温度、酸碱性等也会影响气体的溶解和吸收速率。
3. 操作条件操作条件包括温度、压力、气体流量、溶液浓度等。
这些操作条件对气体吸收的速率、效率、能耗等方面都有着重要的影响。
4. 设备结构设备结构对气体吸收的效率、能耗、稳定性等都有很大的影响。
例如，吸收塔的塔板设计、填料结构、液体循环方式等都会对气体吸收过程产生影响。
5. 质量传递模式质量传递模式包括气体-液体相间的传递和气体在液相中的扩散传递。
传质速率和传质方式会对气体吸收过程产生影响。
6. 气液接触方式气液接触方式包括气液接触面积、气液接触时间等。
这些因素直接影响着气体分子与溶剂分子之间的相互作用过程。
三、气体吸收的工艺方法根据气体吸收过程中气体与溶剂之间的相互作用方式，气体吸收的工艺方法主要包括物理吸收、化学吸收和生物吸收等。
1. 物理吸收物理吸收是指气体分子在溶剂中的溶解和吸附过程。
物理吸收的主要方式包括分子间力作用（如范德华力、静电作用）和气液相间传递。
常见的物理吸收方法包括吸附、解吸、扩散等过程。
物理吸收主要应用于一些低气体浓度和不易发生化学反应的气体分离和净化。
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液态A物质
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气体在气相中的扩散
• 扩散系数
– 物质的特性常数之一 – 影响因素：
• • • • 介质的种类 温度 压强 浓度
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• 在气相中的扩散（Gilliland 方程）
DAB 1.8 104 T 0.5 [V
0.5 A 0.5 2 B
V ] A
MA
[
1 1 0.5 ] MA MB
能使组分之间几乎完全分离。这就是传质分离的物理基础。
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传质是一个速率过程，其传质推动力是化学位差，包 括浓度差、温度差、压力差等，但常见的传质过程都是 由浓度差引起的。其传质阻力则须视具体情况而定，在 实际计算中，常把传质阻力看成是传质系数的倒数，即： 传质速率= 传质推动力/传质阻力=传质系数 × 浓度差
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Fick定律
表示扩散方向与浓度梯度方向相反
J A, z DAB
扩散通量，kmol/m2s
dC A dz
相界面
气相
液相 传质方向
A 在 B 中的扩散系数 m2/s
Fick定律的其它表达形式：
J A, z DAB
dc A d p A RT DAB dp A DAB dz dz RT dz
p0 T 3 D D0 ( )2 p T0来自10扩散系数的测量
• Stephan过程
DAB
2 A1 L2 L RT 2 1 P ln( pB1 / pB 2 ) M A 2t
A1－液体A的密度，g/m3
L1－液体的初始高度，cm
L2 －液体的最终高度，cm
pB 2 －分别为L1、L2时空气分压 pB1、
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在传质过程中，组分是从高浓度区传至低浓度区。当两 相接触的时间足够长，组分在两相间的传递将达到平衡， 此时两相的组成将维持恒定，但并不相同。在大多数传质 操作中，互相接触的两相往往只能部分互溶。当达到平衡 以后，两相的组成和接触之前相比会有改变。 把两相分开以后，组分就可以获得一定的分离效果。如 果将两相的接触与分离适当地组织起来反复进行，则有可
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扩散系数D是物性参数，表示物质在某介质中的扩散 能力，其值与扩散物质与介质的种类有关，且随温度 的上升和压力的下降而增大。 扩散系数的数值应由实验方法求得，也可在相关手 册或文献中查得。若无可靠数据也可通过相应的经验 公式计算获得。若已知温度T0，压力为p0下的扩散系 数D0，也可通过下式计算条件为T、P时的D值：
J A D AB dcA dz
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上式表示A与B的混合物中，A沿Z方向扩散的速率。 式中 JA—A的扩散速率或称扩散通量，kmol/m2.s ； dc A —A的浓度梯度； dz DAB—A在AB混合物中的扩散系数，m2/s ； “-”—负号表明扩散是沿浓度下降的方向进行的。 上式告诉我们，当物质A在A、B混合物中扩散时， 任一点处的扩散通量与该位置上的浓度梯度成正比，它是 对物质分子扩散现象基本规律的描述。
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( M B )0.5 T
BV
0.5 A
B－液体的粘度，cp －溶剂的缔结因数，水2.6，甲醇1.9，乙醇1.5， 非缔结如苯、乙醚为1.0
– 扩散系数随溶液浓度变化很大 – 上式只适用于稀溶液
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气体在液相中的扩散
• 某些物质在水中的扩散系数（20oC，稀溶液）
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（2）对流扩散 对流扩散是湍流主体与相界面之间的涡流扩散和分 子扩散这两种传质作用的总称。 物质在湍流流体中传递，主要是依靠流体质点的无 规则运动，湍流中发生的旋涡，引起各部流体间的剧烈 混合，在有浓度差存在的条件下，物质便向其浓度降低 的方向传递。这种凭借流体质点的湍动和旋涡来传递物 质的现象，称为涡流扩散。 在流体的扩散研究中，由于涡流扩散，传质过程比 较复杂，常常把对流扩散中的涡流扩散进行简化，用分 子扩散来描述。
前者是发生在静止或滞流流体中，凭借流体分子的热运 动传递物质； 后者发生在湍流流体中，凭借流体质点的湍动和旋涡传 递物质。
将一勺糖投于一杯水中，稍候，整杯水就会变甜，这就是 分子扩散的表现；而如果用勺搅动，则将甜得更快更匀， 这便是对流扩散的效果。
气体扩散过程
分子扩散－分子运动引起 湍流扩散－流体质点运动引起
T－绝对温度，K
DAB－扩散系数，cm2/s M－气体的摩尔质量
3 V －气体在沸点下呈液态时的摩尔体积,cm /mol A－气体密度，g/cm3
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气体在气相中的扩散
• 部分气体在空气中的扩散系数（0oC，101.33kPa）
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气体在液相中的扩散
• 在液相中的扩散系数
– 估算方程
DAB 7.4 10
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（1）菲克（Fick）定律 在静止或滞流流体中，分子的运动是漫无边际的， 若一处某种分子的浓度较邻近的另一处为高，则这种分 子离开的便比进入的多，其结果自然是物质从浓度较高 的区域扩散到浓度较低的区域，两处的浓度差，便成了 扩散的推动力。 用来描述分子扩散速率的定律是著名的菲克定律， 或称菲克第一扩散定律。即：
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研究一下湿壁塔中气 液的传质。图1-1(a) 示意 绘出湿壁塔的一段。考虑 稳定吸收中任何一横截面 m－n上相界面的气相一侧 溶质A浓度分布情况。在 图1-1（b）中，横轴表示 离开相界面距离Z，纵轴 表示溶质A的分压p 。气 体虽呈湍流流动，但靠近 相界面处仍有一个滞流内 层，其厚度以Z’G表示，湍 动程度愈高，Z’G愈小
气体吸收基本原理
马双忱
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1.2.1吸收法气态污染物控制原理
燃煤电厂气态污染物的脱除过程，可以是一个烟气中混 合物分离的过程，一般主要采用气体吸收或吸附的方法， 这些方法皆涉及到气体扩散； 也可以不把污染物从混合物中分离，而采用化学转化 的方法将污染物转化为环境无害物，一般采用催化转化法。 这些基本都是化工行业通用的单元操作过程，其内容包括 流体输送、热量传递和质量传递。 其中气体吸收、吸附和催化转化都涉及到质量传递过 程，简称传质。
这样，确定传质速率的关键问题就在于如何求取不同 条件下的传质系数。
气体的传质过程是借助于气体扩散过程来实现的。
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气态污染物控制技术基础
• 气体扩散
– 气体在气相中的扩散
– 气体在液相中的扩散
• 气体吸收
– 吸收机理
– 气液平衡
– 物理吸收
– 化学吸收
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1.2.1.1气体扩散
气体扩散的方式有分子扩散和对流扩散。