吸收操作的基本理论
吸收操作技术—吸收工艺计算(化工原理课件)
示的传质推动力。
y* （x*-x）
传质推动力的表示方法可以不同 o ，但效果一样。
x
x* x
【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：⑴从液相分析SO2的传质方向；⑵从气相分析，其它条 件不变，温度降到0℃时SO2的传质方向；⑶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。
在一定温度下，吸收达到平衡时，气液相 组成符合亨利定律。
亨利定律表达式： pA* Ex 意义：在一定温度下，稀溶液上方 气相中溶质的平衡分压与溶质在液相中 的摩尔分数成正比，其比例系数为亨利 系数。
pA* Ex
讨论：E来源：实验测得，查手册，其单位
同压力。
E值的影响因素：溶质、溶剂、温度、压 力。
扩散的基本方式有分子扩散和涡流 扩散两种，而实际操作中多为对流扩散。
传质过程也称为扩散过程。 扩散的推动力是浓度差。
1、 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， 这种现象称为分子扩散。
2. 涡流扩散： 在流体作湍流运动的主体区时，流体
nA n
mwA
/MA
mwA / M A mwB / M B mwN
/MN
wA /M A
wA /M A wB /M B wN /M N
两组分
w A/M A
w A/M A w B/MB
2.比质量分数与比摩尔分数
质量比：
WA
mA mB
wA wB
wA 1 wA
吸收操作
N A KG p p*
化工单元操作技术
KG:气相吸收总系数,单位kmol/（m2· s· kPa）
第四章 吸收操作技术
总吸收速率方程
（2） 以(c*-c)表示总推动力的总吸收速率方程
* p A pi ci c A HpA Hpi c* c c A i A cA NA 1 1 H H H 1 kG kL kG kG kG k L
废气治理，保护环境
第四章 吸收操作技术
化工单元操作技术
填料塔的结构与特点
（1）结构简单，便于安装，小直径的填料塔造价低。 （2）压力降较小，适合减压操作，且能耗低。 （3）分离效率高，用于难分离的混合物，塔高较低。 （4）适于易起泡物系的分离，因为填料对泡沫有限制和破碎作用。 （5）适用于腐蚀性介质，因为可采用不同材质的耐腐蚀填料。 （6）适用于热敏性物料，因为填料塔持液量低，物料在塔内停留时 间短。 （7）操作弹性较小，对液体负荷的变化特别敏感。当液体负荷较小 时，填料表面不能和好地润湿，传质效果急剧下降；当液体负 荷过大时，则易产生液泛。 （8）不宜处理易聚合或含有固体颗粒的物料。
N A K L c* c
KL:液相吸收总系数，单位m/s，KG=H · KL
同理可有：N A K X X * X
NA
K Y Y
* Y
第四章 吸收操作技术
化工单元操作技术
传质阻力的控制
对于易溶气体，吸收阻力主要集中在气膜中，这种吸收称为 气膜控制。
例如:用水吸收氨，氯化氢气体
线B:有液体喷淋，液体量小
线C:有液体喷淋，液体量大
第四章 吸收操作技术
化工单元操作技术
吸收单元操作的基本原理和目的
吸收单元操作的基本原理和目的
吸收单元操作是一种常用的化工过程，其基本原理是利用吸收剂与气体混合物中各组分在某种溶剂中的溶解度差异，将气体中不同组分从气相转移到液相中。
吸收单元操作的目的主要包括以下几个方面：
1.分离气体混合物
吸收剂可以将气体混合物中的不同组分进行选择性吸收，使其从气相转移到液相中，从而实现气体混合物的分离。
例如，用碳酸钾溶液吸收二氧化碳，从混合气体中分离出二氧化碳后，剩余的气体则主要为氧气。
2.提纯和浓缩
吸收剂可以选择性吸收混合物中的某一组分，同时将其他组分留在气相中。
通过控制吸收剂的浓度、温度等条件，可以将被吸收组分从液相中释放出来，从而实现提纯和浓缩的目的。
例如，用稀硫酸吸收氨气，可以将氨气从混合气体中分离出来并浓缩成浓氨水。
3.化学反应
吸收剂可以与气体混合物中的某些组分发生化学反应，从而将其转化为液相中的化合物。
例如，用碱性溶液吸收二氧化碳，可以将其转化为碳酸盐类化合物。
4.回收和利用
吸收剂可以将气体混合物中的有用组分回收并加以利用。
例如，用有机溶剂回收天然气中的乙烷、丙烷等组分，可以将它们用于化工生产或其他领域。
5.环境保护
吸收剂可以去除气体混合物中的有害组分，从而减少对环境的污染。
例如，用碱性溶液吸收烟气中的二氧化硫，可以减少二氧化硫对大气的污染。
总之，吸收单元操作是一种有效的气体混合物处理方法，可以用于分离、提纯、浓缩、化学反应、回收和环境保护等领域。
通过选择合适的吸收剂和控制操作条件，可以实现不同的目的和应用。
化工原理之有关吸收的基本理论
化工原理之有关吸收的基本理论吸收是化工工艺中常用的操作之一，其基本原理是利用溶液中组分的亲和力，使其被吸附到吸收剂表面或内部而从气相或液相中去除。
本文将介绍吸收的基本原理、影响吸收效率的因素以及常用的吸收剂和吸收塔设计等方面的内容。
一、吸收原理吸收是一种质量传递过程，化学吸收可以分为气液吸收和液液吸收两种类型。
1.气液吸收气液吸收是利用气体和液体之间的相互作用，从气相中去除有害或有用的组分，使气相在液态吸收剂中被溶解或被吸附到其表面上。
气体在液体中的溶解度和化学平衡有关，也与吸收液体的物理、化学性质有关，主要包括吸收液体的pH值、粘度、表面张力、渗透性、活性、极性等。
2.液液吸收液液吸收是一种纯化分离和萃取的操作过程。
一般是利用两种不相溶的液体之间的界面质量传递过程，从一种溶液中分离、去除有害或有用的化学性质不同的组分，例如萃取精制中间体、脱色、脱酸等。
吸收过程中，液体中吸收剂与吸收物之间的反应确定了吸收的效率。
吸收反应可以分为化学吸收和物理吸收。
化学吸收是指吸收剂与dissolved phase 中的吸收物之间发生反应，例如H2SO4 与SO2 的反应：SO2 ＋H2O + 1/2O2 →H2SO4物理吸收是指吸收剂通过对分子间力的作用力将吸收物与吸收剂分子吸附在一起，例如气体分子通过范德华力来作用于吸收剂分子。
二、影响吸收效率的因素吸收效率受许多因素的影响，其中包括吸收剂的物理和化学特性、进料浓度和流量、温度、压力和气液物理化学性质等。
1.吸收剂性质吸收剂的物理和化学特性对吸收效率有着重要影响。
吸收剂的表面张力、极性、分子量和黏度等属性都会影响它与气体或液体相互作用及吸附的能力。
吸收剂的HFAC值（Henry气液分配系数）是衡量吸收效率的重要参考指标。
2.浓度和流量吸收剂的浓度和进料流量在吸收过程中扮演着关键的角色。
当进料浓度较高或流量过大时，吸附剂不能迅速吸收吸收物，从而限制了吸收过程中的质量传递速率。
化工原理吸收教案
化工原理吸收教案第八章吸收第一节概述一、基本概念：吸收：利用各组分的不同溶解度分离气体混合物的单元操作。
二、吸收过程如下三、吸收操作的应用四、吸收操作分类五、吸收：溶质a从气相转移到液相；脱吸传质：溶质a从液相转移到气相；除了制取溶液产品等少数情况只需单独进行吸收外，一般都需要对吸收后的溶液继续脱吸，使溶剂再生，能够循环使用，同时也得到有价值的溶质。
六、吸收与解吸的操作流程吸收剂的选择：高溶解性和良好的选择性第二节吸收的基本理论溶解度曲线：当溶质的平衡气体和液体含量分别用分压和浓度表示时，该平衡曲线也称为溶解度曲线；1.低温有利于吸收；2.高压有利于吸收图9－3293k时几种气体在水中的溶解度曲线亨利定律在一定的温度和平衡状态下，稀溶液中气体溶质在气相中的平衡分压与其在液相中的摩尔分率成正比；用公式表示；p*=ex1亨利系数e与温度t有关↑ E↑, 溶解度↓, 这不利于吸收。
2可溶性气体e＜不溶性气体e溶质在液相中的含量用摩尔浓度表示时（x=ca/c)：P*=Ca/h可溶性气体h>>不溶性气体h溶质的平衡气、液相组成均用摩尔分率表示：y=mx亨利定律适用于低浓气体。
六、思考题工程中如何从吸收剂中释放溶质？第二节、吸收传质速率方程（一）双膜理论1、气液两相之间存在稳定的相界面，两侧各有一个停滞膜，a以分子扩散的方式通过此两膜；2.在相界面，气液两相处于平衡状态；3、两相之间传质阻力全部集中在滞流膜内。
（一）相间传质速率方程1．气膜吸收速率方程以分压表示推动力kg―以分压差为推动力dp（p？pi）？千克（p？pi）？（P？PI）/（1/kg）气相传质系数，na？rtzgpbmkmol/m2？s千帕；kg?dprtzgpbm表示为摩尔分数差na=ky(y-yi)=(y-yi)/(1/ky)KY——由摩尔分数差驱动的气相传质系数，KMOL/m2？s2．液膜吸收速率方程以摩尔浓度表示推动力dcna？（ci？c）？吉隆坡（ci？c）？（ci？c）/（1/kl）zlcsm吉隆坡？Dczlcsmkl——摩尔浓度差驱动的液相传质系数，M/S；以摩尔分率表示推动力na=kx（xi-x）=（xi-x）/（1/kx）kx―以摩尔分数差为推动力的液相给质系数，kmol/m2?s;3.界面浓度Na=kg（p-pi）=KL（ci-c）的平衡关系：pi=f(ci)作图确定界面浓度在低浓度的情况下，亨利定律适用，Yi=MXI和ky(y-yi)＝kx(xi-x)联立，可解出界面浓度yi与xi4．总吸收系数及总吸收速率方程1）、以p-p*表示总推动力的总吸收速率方程na=kg(p-p*)=(p-p*)/(1/kg)气相吸收速率方程：娜娜？千克（p？pi）？（P？PI）/（1/kg）液相吸收速率方程：na?kl(ci?cl)?(ci?cl)/(1/kl)平衡关系符合亨利定律：不？？吉隆坡（ci？c）？？klh（pi？p*）？（Pi？P*）/（1/hkl）根据串联工艺的特点：111??kgkghkl1/对易溶气体，h值很大，1/hkl<<1/kgkg?kg;传质阻力主要集中在气膜中，吸收过程称为“气膜控制”。
化工原理之有关吸收的基本理论
化工原理之有关吸收的基本理论-----------------------作者：-----------------------日期：9.吸收9.1概述利用不同组分在溶剂中溶解度的差异，分离气体混合物的过程，称为吸收； 能被溶解的组分——溶质A ； 不能被溶解的组分——惰性组分（载体）B ；所用溶剂——吸收剂S 。
吸收液)(A S 。
一．工业生产中的吸收过程1．工业上的应用（1） 原料气的净化：如煤气中的H 2S 除去。
（2） 有用组分的回收：如合成氨厂的放空气中用水回收氨。
（3） 某些产品的制取：将气体中需要的成份以指定的溶剂吸收出来，成为液态的产品或半成品，如：从含HC ｌ气体中盐酸(4) 废气的治理：如含SO 2，NO ，NO 2等废气中，要除去这些有害成份。
2．吸收的分类 (1) 按性质划分物理吸收：溶质不发生明显的化学反应，如水吸收CO 2，SO 2等。
化学吸收：溶质与溶剂或溶液中其它物质进行化学反应。
（如用NaOH 吸收 CO 2） (2) 温度是否变化等温吸收：当溶剂用量很大，温升不明显时 非等温吸收：(3) 被吸收组分数目分单组分吸收：只吸收一种组分 多组分吸收二．吸收过程的极限及方向极限：气液两相呈平衡状态；方向或推动力：一相浓度与同另一相浓度呈平衡的该相浓度之差；比如：溶质A 在气相中的分压为A P ，液相中溶质浓度为A c ，与A c 呈平衡的气相分压为*A P ，则推动力为（*-A A P P ）。
三．吸收的流程流程说明：1． 气液流向： ——逆流（推动力大）2． 多塔吸收：单塔所需太高时，可分解成几个塔串联使用。
3． 加压吸收： 提高总压，可以提高传质推动力，同时提高溶解度，有利于吸收。
4． 脱吸（解吸）过程：吸收的逆过程。
１．具有选择性：对溶质Ａ的溶解度应尽可能大２．不易挥发性：减少溶剂的损失及避免在气体中引入新的杂质 ３．腐蚀性小：减少设备费和维修费 ４．粘度低：以利于传质及输送５．毒性小，不易燃，以利于保证安全生产 6．来源丰富，价格低廉，易于再生五．本章重点及学习方法本章主要讨论单组分、等温、常压、物理吸收，以掌握基本原理和方法。
吸收
NA
p pi 1 kg y yi NA 1 ky Y Yi 1 Ky
NA
kg 、ky、kY — 与不同推动力对应的气相传质 系数； p、y、Y — 溶质A在气相主体的分压(kPa)、 摩尔分率和摩尔比； pi 、yi、Yi — 溶质A在界面气相侧的分压 (kPa)、摩尔分率和摩尔比。
V , Y2
L, X 2
V—惰气流量，kmol(B)/s
L—纯吸收剂流量， kmol(S)/s
Y—气体中溶质的比摩尔浓度, kmol(A)/kmol(B) X—液体中溶质的比摩尔浓度, kmol(A)/kmol(S)
V , Y1
L, X 1
吸收率
被吸收的溶质量 Y1 Y2 A 随气体进塔的溶质量 Y1
吸收速率 是指单位传质面积上单位时间内吸收的溶质量。 表明吸收速率与吸收推动力之间关系的数学式即为 吸收速 率方程。
过程推动力 吸收速率 = = 吸收系数 过程推动力 过程阻力
其中：
1 吸收系数 = 过程阻力
23
1、气相（膜）传质速率方程
三种表达形式：
N A k g p pi
N A k y y yi
* NA K（ X X A XA）
总阻力：
1 1 1 K X mky k x
对难溶气体，平衡常数 m 值大，平衡线很陡，这时：
1 1 kx m ky 1 1 K x kx K x kx
因此，难易气体的传质阻力主要集中在液相，称为“液相 阻力控制”，或“液膜控制”。
11
2、亨利定律
PA = Ex A
三种形式
CA PA = H
y A = mx A
华南理工大学化工原理课件 第六章 吸收
图6-2 两类气液传质设备
4
第一节 概 述
三、吸收过程的分类 1.物理吸收与化学吸收 对于CO2气体的吸收, 用水做吸收剂而主要发生物理溶解过程, 用碱液做 吸收剂而主要发生化学反应过程。前者的本质是吸收质与吸收剂间无化 学反应,或者只有微弱的化学反应，吸收主要依靠吸收质在吸收剂中的物 理溶解度。后者是吸收质与吸收剂之间发生了明显的化学反应,由此将吸 收分为物理吸收与化学吸收。二者的特点如下： (1)物理吸收:是可逆的,其逆过程就是解吸过程；吸收的极限是吸收质的 溶解度；吸收速率为吸收质的扩散速率；热效应小；外加条件的影响是 ①加压有利于吸收,减压有利于解吸；②降温可增大吸收质溶解度,有利 于吸收,但扩散速率减慢,有可能降低速率,故温度要适中。 (2)化学吸收：其吸收平衡取决于化学平衡；吸收速率取决于扩散速率或 反应速率中最慢的一步；热效应大；既有可逆的又有不可逆的。 2.单组分吸收与多组分吸收:若混气中只有一个组分进入液相而被吸收, 则称为单组分吸收,否则为多组分吸收。
11
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xA，纵坐标为溶质组分在气相中
的分压 p。A 从图中可见：在相同的温度和分压条件下，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
2
第一节 概 述
二、吸收在化工生产中的应用
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8
气体吸收过程的基本概念
• 吸收过程：利用混合气中各组分在溶液中溶解度差异而使 气体混合物中各组分分离的单元操作称为吸收过程。
• 吸收操作的依据：混合物各组分在某种溶剂（吸收剂）中 溶解度（或化学反 应活性）的差异。
• 溶质：混合气体中，显著溶解的组分称为溶质或吸收质； • 惰性组分：不被溶解的组分为惰性组分（惰气）或载体； • 吸收剂：吸收操作中所用的溶剂称为吸收剂或溶剂； • 吸收液：吸收操作中所得到的溶液称为吸收液，其成分为
什么是平衡溶解度？
在 P、T一定的条件下，气相中的溶质在 液相中溶解并达到一最大值，此时气、液两 相达到了平衡。气液平衡时溶质在单位液体 体积或质量中的溶解量称为平衡溶解度，而 溶质在气相中的分压则称为平衡分压或饱和 分压。
在平衡状态下，溶质组分在两相中的浓 度服从相平衡关系。由此可判断溶质在相间 传质的方向和极限，以及确定传质过程推动 力的大小。
吸收
重点： 溶解度、平衡状态、平衡分压、亨利定律 难点： 相平衡的影响因素及相平衡关系在吸收过程 中的应用
化学与环境工程学院李强
1 概述
一、什么是吸收
利用气体混合物中各组分 在液体溶剂中溶解度的差异来 分离气体混合物的操作称为吸 收。
相界面
G A 溶质
B 惰性组分
L
S 吸收剂
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5 吸收 （84）
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5 吸收 （84）
3
三、吸收分类
物理吸收 化学吸收 等温吸收 非等温吸收 单组分吸收 多组分吸收
低浓度吸收 高浓度吸收
本章要介绍的
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5 吸收 （84）
4
四．吸收设备及流程
气体
溶剂
板 式 塔 填 料 塔
气体
1
溶剂 填料
n
被吸收气体
板式塔
被吸收气体
填料塔
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y2
n2 n
v2 v
22.4 22.4
0.02
Y2
y2 1-y 2
0.02 1 0.02
0.02
pA 2 py2 101 .3 0.02 2.026 kPa
cA2
nA2 V
pA2 RT
2.026 8.314 298
8.018104 kmol/m3
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维修费。 （8） 其它 所选用吸收剂应尽可能满足价廉、易得、易再
生、无毒、无害、不易燃烧、不易爆等要求。
• 对吸收剂作全面评价后做出经济、合理、恰当的选择。
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2 气液相平衡关系
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5 吸收 （84）
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5 吸收--独立变量只有3个，例如：T、P、pA
自由度F=3；说明在此吸收体系下，只要确定三个独立变量即可确定该 体系。一般来说，P、T是确定量，则气相组成和液相组成两个变量是彼 此的单值函数。有：
pA f (xA) pA f (cA)
y
A
f (xA)
YA f ( X A )
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2
二、吸收的目的
1．制取产品
例如，用98%的硫酸吸收SO3气体制取98%硫酸；用水吸收氯化 氢制取31%的工业盐酸；用氨水吸收CO2生产碳酸氢铵等。
2．从气体中回收有用的组分
例如，用硫酸从煤气中回收氨生成硫胺；用洗油从煤气中回收粗 苯等。
3．除去有害组分以净化气体
主要包括原料气净化和尾气、废气的净化以保护环境。 例如用水或碱液脱除合成氨原料气中的二氧化碳； 燃煤锅炉烟气、 冶炼废气等脱SO2等。
溶质和溶剂；
• 吸收尾气：吸收操作中排出的气体称为吸收尾气，其主要 成分是惰性气体及残余的溶质。
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吸收剂的选用
吸收剂性能往往是决定吸收效果的关键。在选择吸收剂 时，应从以下几方面考虑： （1）溶解度 溶质在溶剂中的溶解度要大，即在一定的温 度和浓度下，溶质的平衡分压要低，这样可以提高吸收速率 并减小吸收剂的耗用量，气体中溶质的极限残余浓度亦可降 低。当吸收剂与溶质发生化学反应时，溶解度可大大提高。 但要使吸收剂循环使用，则化学反应必须是可逆的。 （2） 选择性 吸收剂对混合气体中的溶质要有良好的吸收 能力，而对其它组分应不吸收或吸收甚微，否则不能直接实 现有效的分离。 （3）溶解度对操作条件的敏感性 溶质在吸收剂中的溶解 度对操作条件（温度、压力）要敏感，即随操作条件的变化 溶解度要显著的变化，这样被吸收的气体组分容易解吸，吸 收剂再生方便。
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（4） 挥发度 操作温度下吸收剂的蒸气压要低，因为离开 吸收设备的气体往往被吸收剂所饱和，吸收剂的挥发度愈 大，则在吸收和再生过程中吸收剂损失愈大。
（5） 粘性 吸收剂粘度要低，流体输送功耗小。 （6） 化学稳定性 吸收剂化学稳定性好可避免因吸收过
程中条件变化而引起吸收剂变质。 （7） 腐蚀性 吸收剂腐蚀性应尽可能小，以减少设备费和
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单一吸收塔流程：
吸
解
收
吸
塔
塔
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吸收-解吸流程
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多塔吸收流程
（a）气、液串联（逆流）
（b）气体串联、液体并联（逆流）
多塔吸收流程
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煤气脱苯吸收操作流程
用洗油吸收苯系物质的吸收与解吸流程
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【例5-1】 在一常压、298K的吸收塔内，用水吸收混合气中的SO2。 已知混合气体中含SO2的体积百分比为20%，其余组分可看作惰性气体， 出塔气体中含SO2体积百分比为2%，试分别用摩尔分率、摩尔比和摩 尔浓度表示出塔气体中SO2的组成。 解： 混合气可视为理想气体，以下标2表示出塔气体的状态。
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气液达到相平衡时，液相中的溶质浓度称为溶解度，记作
c
A
根据相律可知， 相平衡时
自由度数 F 组分数C 相数 2
A
322 3
对双组分气体吸收，所有变量共4个： 温度 T、总压 P、气相组成、溶解度
A+B （气体）
（cS液A 体）
c
A
f
T, P, pA