第五章吸收解析
化工原理第五章吸收过程的传质速率
2019/12/1
一些物质在水中的扩散系数（20℃，稀溶液）
注：DCO2=1.50×10-9（m2/s）
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（3）气体扩散系数的估算
①在简化条件下，经分子运动论的理论推导与实验
修正，Fuller（富勒）等人提出了如下半经验公式 ：
1.00107T1.75( 1 1 )
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气相
pA1
pA2
pB1
pB2
液相
p1=pA1+pB1
A
p2=pA2+pB2
p1>p2
A，B
总体流动
（3）单向扩散的质量传递特点
【说明】（1）整体流动将 B组分使得气液相界面附近 B组分分压增大，故B组分 将向主体扩散； （2）整体流动将A组分带 到了气液相界面，故气相 中A组分的传质量比单纯的 分子扩散过程多。
式中 JA——组分A在扩散方向z上的扩散通量，kmol/ m2·s dcA/dz——组分A在扩散方向z上的浓度梯度，kmol/m4； DAB——组分A在组分B中的扩散系数，m2/s。
【说明】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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4、等摩尔（分子）逆（反）向扩散
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（2）单向扩散的特点——整（总、主）体流动
【说明】当A、B双组分气体 混合物与液体溶剂接触时， 气相主体中的组分A扩散到界 面，然后通过界面进入液相 ，造成在界面左侧附近总压 降低，使气相主体与界面产 生一小压差，促使A、B混合 气体由气相主体向界面处流 动，此流动称为总体流动。
D7.4108 (MS)0.5T v 0.6
第五章吸收
5.2 吸收的相平衡 相平衡---相际间传质的最终状态
与热平衡的不同之处：
※达到相平衡时，一般两相浓度不相等。
※达到相平衡时，传质过程仍在进行，只不过通过相
界面的某一组分的净传质量为零，因此属于动态平衡。
相界面
水
pG
气相主体
pi 液相主体
传质方向 Ci
CL
空气+氨气
二、亨利定律 吸收操作一般用于分离低浓度的气体混合物，因此时吸 收操作较为经济，低浓度气体混合物吸收时液相的浓度 通常也较低，即在稀溶液范围内，气液间的平衡关系可 用亨利定律来表示。亨利定律的不同表示形式：
1、
p
* A
ExA ,
E-亨利系数，单位Pa，E越大，表明溶解度越小。 E随温度、压力变化而变化，一般 T , E ; P , E
吸收
y 0.05
y ye , x xe
解吸
2、指明过程的极限
y2 y2e
x2
y1
x1 x1e
吸收过程的极限
3、计算过程的推动力
y
A
y
推动力y ye或xe x
x
ye
x
xe
吸收推动力
5.3 吸收过程的速率
传质方式
分子扩散:静止或层流流动的流体中，靠分 子运动来进行传质。
cBm
cm
pB2 pB1 ln pB2
pB1
由于实际的扩散层并不是全部由惰性组分B组成，扩散 途径中有A分子，B分子只占全量的 pBm / p ，使得实际 的扩散层厚度变小。
二、对流传质 在湍流流体中,物质传递包 括两部分:分子扩散和涡流 扩散.其传递速率为
化工原理第五章吸收题说课讲解
化⼯原理第五章吸收题说课讲解化⼯原理第五章吸收题六吸收浓度换算2.1甲醇15%(质量)的⽔溶液, 其密度为970Kg/m3, 试计算该溶液中甲醇的:(1)摩尔分率; (2)摩尔⽐; (3)质量⽐; (4)质量浓度; (5)摩尔浓度。
分⼦扩散2.2 估算1atm及293K下氯化氢⽓体(HCl)在(1)空⽓,(2)⽔(极稀盐酸)中的扩散系数。
2.3⼀⼩管充以丙酮,液⾯距管⼝1.1cm,20℃空⽓以⼀定速度吹过管⼝,经5 ⼩时后液⾯下降到离管⼝2.05cm,⼤⽓压为750[mmHg],丙酮的蒸汽压为180[mmHg] , 丙酮液密度为7900[kg/m3],计算丙酮蒸汽在空⽓中的扩散系数。
2.4 浅盘内盛⽔。
⽔深5mm,在1atm⼜298K下靠分⼦扩散逐渐蒸发到⼤⽓中。
假定传质阻⼒相当于3mm厚的静⽌⽓层,⽓层外的⽔蒸压可忽略,求蒸发完所需的时间。
2.5 ⼀填料塔在常压和295K下操作，⽤⽔除去含氨混合⽓体中的氨。
在塔内某处，氨在⽓相中的组成y a=5%(摩尔百分率)。
液相氨的平衡分压P=660Pa,物质通量N A= 10 - 4[kmol/m2·S],⽓相扩散系数D G=0.24[cm2/s],求⽓膜的当量厚度。
相平衡与亨利定律2.6 温度为10℃的常压空⽓与⽔接触，氧在空⽓中的体积百分率为21%，求达到平衡时氧在⽔中的最⼤浓度, （以[g/m3]、摩尔分率表⽰）及溶解度系数。
以[g/m3·atm]及[kmol/m3·Pa]表⽰。
2.7 当系统服从亨利定律时，对同⼀温度和液相浓度，如果总压增⼤⼀倍则与之平衡的⽓相浓度(或分压) (A)Y增⼤⼀倍; (B)P增⼤⼀倍;(C)Y减⼩⼀倍; (D)P减⼩⼀倍。
2.8 25℃及1atm下,含CO220%,空⽓80%(体积%)的⽓体1m3，与1m3的清⽔在容积2m3的密闭容器中接触进⾏传质,试问⽓液达到平衡后,(1)CO2在⽔中的最终浓度及剩余⽓体的总压为多少?(2)刚开始接触时的总传质推动⼒ΔP,Δx各为多少？⽓液达到平衡时的总传质推动⼒⼜为多少？仅供学习与交流，如有侵权请联系⽹站删除谢谢1362.9 在填料塔中⽤清⽔吸收⽓体中所含的丙酮蒸⽓,操作温度20℃,压⼒1atm。
化工原理第四版课件(第五章吸收)
第五章：吸收 概述气液相平衡吸收过程的传质速率吸收塔的计算填料塔第一节：概述一、吸收吸收的定义：吸收是利用气态均相混合物中各组分在吸收剂中溶解度的差异来实现分离的单元操作。
吸收的目的：I.回收或捕获气体混合物中的有用物质，以制取产品II.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III.除去工业放空尾气中的有害气体，以免环境污染。
二、工业吸收了解工业生产中吸收及解吸过程、所需条件和典型设备例子工业上从合成氨原料混合气体中回收CO2乙醇胺脱硫法•需要解决的问题1.选择合适的溶剂2.提供适当的传质设备3.溶剂的再生三、溶剂的选择1.对溶质较大的溶解度；2.良好的选择性；3.温度变化的敏感性；4.蒸汽压要低；5.良好的化学稳定性；6.较低的黏度且不易生泡；7.廉价、无毒、易得、不易燃烧等经济和安全条件。
四、吸收的分类按有无化学反应：物理吸收和化学吸收按溶质气体的浓度：低浓度和高浓度吸收按溶质气体组分的数目：单组分和多组分吸收按有无热效应：等温和非等温吸收本章只讨论低浓度、单组分、等温的物理吸收过程。
五、吸收操作的经济性（费用）气液两相流经设备的能量损耗；溶剂的挥发及变质损失；溶剂的再生费用。
√六、吸收设备第二节：气液相平衡一、平衡溶解度恒温、恒压下，相互接触的气液两相的浓度不变时，气液两相之间的浓度关系。
气液两相组成的浓度分别用物质的摩尔分数来表示，即y= n i /Σn y 、x= n i /Σn x：气液两相中惰性组分的量不变,溶质与惰性组分摩尔比。
yy Y −=1xx X −=11.气体的溶解度气体在溶液中的溶解平衡是一个动态平衡，该平衡的存在是有条件的；平衡时气相中溶质的分压——平衡分压（或饱和分压），液相中溶质的浓度——平衡浓度（或饱和浓度），也即是气体在溶液中的溶解度；气体的溶解度是一定条件下吸收进行的极限程度；温度和压力对吸收操作有重要的影响；加压和降温对吸收有利；升温和降压对解吸有利。
化工原理第五章吸收课后习题及答案
第五章 吸收相组成的换算【5-1】 空气和CO 2的混合气体中，CO 2的体积分数为20%，求其摩尔分数y 和摩尔比Y 各为多少？解 因摩尔分数=体积分数，.02y =摩尔分数 摩尔比 ..020251102y Y y ===--． 【5-2】 20℃的l00g 水中溶解lgNH 3, NH 3在溶液中的组成用摩尔分数x 、浓度c 及摩尔比X 表示时，各为多少？解 摩尔分数//117=0．010*******／18x =+浓度c 的计算20℃，溶液的密度用水的密度./39982s kg m ρ=代替。
溶液中NH 3的量为 /311017n k m ol -=⨯ 溶液的体积 /.33101109982 V m -=⨯溶液中NH 3的浓度//.33311017==0．581／101109982n c kmol m V --⨯=⨯ 或 . 3998200105058218s sc x kmol m M ρ==⨯=．．／ NH 3与水的摩尔比的计算 或 ..00105001061100105x X x ===--． 【5-3】进入吸收器的混合气体中，NH 3的体积分数为10%，吸收率为90%，求离开吸收器时NH 3的组成，以摩尔比Y 和摩尔分数y 表示。
吸收率的定义为解 原料气中NH 3的摩尔分数0.1y = 摩尔比 (11101)01111101y Y y ===-- 吸收器出口混合气中NH 3的摩尔比为 摩尔分数 (22200111)=0010981100111Y y Y ==++ 气液相平衡【5-4】 l00g 水中溶解lg 3 NH ，查得20℃时溶液上方3NH 的平衡分压为798Pa 。
此稀溶液的气液相平衡关系服从亨利定律，试求亨利系数E(单位为kPa )、溶解度系数H[单位为/()3kmol m kPa ⋅]和相平衡常数m 。
总压为100kPa 。
解 液相中3NH 的摩尔分数/.//1170010511710018x ==+气相中3NH 的平衡分压 *.0798 P k P a ＝ 亨利系数 *./.0798*******E p x ===／ 液相中3NH 的浓度 /./.333110170581 101109982n c kmol m V --⨯===⨯／ 溶解度系数 /*./../(3058107980728H c p k m o l m kP a ===⋅液相中3NH 的摩尔分数 //1170010511710018x ==+．／气相的平衡摩尔分数 **.0798100y p p ==／／ 相平衡常数 * (079807610000105)y m x ===⨯ 或 //.76100076m E p === 【5-5】空气中氧的体积分数为21%，试求总压为.101325kPa ，温度为10℃时，31m 水中最大可能溶解多少克氧？已知10℃时氧在水中的溶解度表达式为*.6331310p x =⨯，式中*p 为氧在气相中的平衡分压，单位为kPa x ；为溶液中氧的摩尔分数。
化工原理吸收解析
X2 0
Lmin
G(Y1 Y2 )
Y1 m
X
2
3.125 0.096 0
869kmol / h
26.7
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L 1.65Lmin 1.65869 1434kmol / h
2）出塔吸收液浓度：
G(Y1 Y2 ) L(X1 X2 )
X1
X2
G(Y1 Y2 L
)
0
3.125 1434
X2 0
m 0.757
Lmin
G(Y1 Y2 )
Y1 m
X
2
34.5(0.0133 0.000133) 0.0133 0 0.757
25.8kmol/ h
L 2Lmin 2 25.8 51.6kmol/ h
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三、填料层高度的计算
1、填料层高度的基本计算式
对组分A作物料衡算 单位时间内由气相转入液相的 A的物质量为：
dY Y
*
Z
dZ
0
G Y1 dY Y2 KY a Y Y *
LdX KX (X * X )adZ
dZ L dX KX a X * X
Z
dZ
X1
L
dX
0
X2 K X a X * X
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低浓度气体吸收时填料层的基本关系式为
Z G
KY a
Y1 dY Y2 Y Y *
GdY LdX
NAdA NA(adZ )
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微元填料层内的吸收速率方程式为：
N A KY (Y Y * )及N A K X ( X * X )
dG KY (Y Y *)adZ dG KX (X * X )adZ
化工原理课件第五章 吸收
η=
被吸收的溶质量 进塔气体的溶质量
Y1 Y 2 Y1
Y2=Y1(1-η)
qn,v Y1 Y2 条件所规定
X2 一般为吸收工艺
qn ,l ,m qn,v
Y1 Y2 X1* X 2
Y1 Y2
Y1 m
X
2
qn,l=（1.1～1.5）qn,l,m
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5-14 填料层高度的计算
溶解度随温度和溶质气体的分压不同而不同，平衡时溶质在 气相中的分压称为平衡分压。溶质组分在两相中的组成服从 相平衡关系。
加压和降温有利于吸收操作，反之，升温和减压对解吸有利。 但加压、减压费用太高一般不采用。
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５－２ 亨利定律
亨利定律
当总压不高（一般小于500KPa）时，在一定温度下，稀溶液上 方气相中溶质的平衡分压与其在液相中的浓度之间存在着如下 的关系：
一、 填料层高度的基本计算式
填料层高度计算涉及物料衡算、传质 速率和相平衡关系。我们前面介绍的 所有传质速率方程都适用于稳定操作 的吸收塔中的"某一横截面",而不能用 于全塔。
该微元内，吸收质的传递量dG为：
dG qn,vdY qn,ldX
由吸收速率方程可知，该微元内，气相
和液相吸收质的变化量dG为：
在相内（气相或液相）传质方式包括分子扩散和湍流扩散。
分子扩散：当流体内部某一组分存在浓度差时，因微观的分 子热运动使组分从浓度高处传递到较低处，这种现象称为分 子扩散。
湍流扩散：当流体流动或搅拌时，由于流体质点的宏观运动
（湍流），使组分从浓度高处向低处移动，这种现象称为湍
流扩散。在湍流状态下，流体内部产生旋涡，故又称为涡流
化工原理第五章吸收
化⼯原理第五章吸收第五章吸收第⼀节概述当⽓体混合物与适当的液体接触，⽓体中的⼀个或⼏个组分溶解于液体中，⽽不能溶解的组分仍留在⽓体中，使⽓体混合物得到了分离，吸收( absorption)操作就是利⽤⽓体混合物中各组分在液体中的溶解度不同束分离⽓体混合物的。
吸收操作所⽤的液体称为吸收剂或溶剂( solvcnt)；混合⽓中，被溶解的组分称为溶质( solute)或吸收质；不被溶解的组分称为惰性⽓体(inert gas)或载体；所得到的溶液称为吸收液，其成分⾜溶剂与溶质；排出的⽓体称为吸收尾⽓，如果吸收剂的挥发度很⼩，则其中主要成分为惰性⽓体以及残留的溶质。
⼀、吸收操作的应⽤吸收操作在⼯业⽣产中得到⼴泛应⽤，其⽬的有下列⼏项。
①制取液体产品。
例如⽤⽔吸收⼆氧化氮，制取硝酸；⽤硫酸吸收SO3，制取发烟硫酸等。
②回收混合⽓中有⽤组分。
例如⽤液态烃吸收⽯油裂解⽓中的⼄烯和丙烯；⽤硫酸吸收焦炉⽓中的氨。
③除去⼯艺⽓体中有害组分，以净化⽓体。
例如⽤⽔或⼄醇胺除去合成氨原料⽓中的C02。
④除去⼯业放卒尾⽓rti的有害组分。
例如除去尾⽓中的H2S、SO2等，以免⼤⽓污染。
随着⼯业的发展，要求⼯业尾⽓中有害组分的含量越来越少。
⼆、吸收设备吸收设备有多种类型，最常⽤的有填料塔与板式塔，如图5-1所⽰。
填料塔中装有诸如瓷环之类的填料，⽓液接触在填料中进⾏。
板式塔中安装有筛孔塔板，⽓液两相在塔板⼀E⿎泡进⾏接触。
混合⽓体从塔底引⼊吸收塔，向1流动；吸收剂从塔顶引⼊，向下流动。
吸收液从塔底引⼩，吸收尾⽓从塔顶引出。
填料塔与板式塔的计算⽅法不同，本章将介绍填料塔的计算。
板式塔的计算⽅法将在下⼀章介绍。
三、吸收过程的分类(1)物理吸收与化学吸收若溶质与吸收剂之间没有化学反应，⽽只靠溶质在吸收剂中的物理溶解度，则被吸收时称为物理吸收。
若溶质靠化学反应与吸收剂相结合，则被吸收时称为化学吸收。
物理吸收时，溶质在溶液上⽅的分压⼒较⼤，⽽且吸收过程最后只能进⾏到溶质在⽓相的分压，⼒略⾼于溶质在溶液上⽅的平衡分压为⽌化学吸收时，若为不可逆反腑，溶液上⽅的溶质平衡分压⼒极⼩，可以充分吸收；若为可逆反应⼀溶液上⽅存在明挂的溶质平衡分压⼒，但⽐物理吸收时⼩很多。
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0.014g)。
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影响吸收过程的因素有温度、总压、气液相组成。 在一定温度下达到平衡时，溶液的浓度随气体压力
的增加而增加。如果要使一种气体在溶液中达到某 一特定的浓度，必须在溶液上方维持较高的平衡压 力。 气体的溶解度与温度有关，一般来说，温度下降则 气体的溶解度增高。 气体在液相中的溶解度，随温度和吸收质在气相的 组成而变化。下图为SO2、NH3、HCl的气液相平衡 关系。
系服从亨利定律： PA* = E xA
式中 PA*—与稀溶液相平衡的吸收质气相平衡分压； xA—吸收质在溶液中的摩尔分数；
E—亨利系数，Pa。 吸收质在稀溶液上方的气相平衡分压与其在液相中
5
吸收设备与吸收操作
连续接触(也称微分接触)：气、液 两相的浓度呈连续变化。如填料塔。
溶剂 溶剂
规整填料
散装填料
塑料丝网波纹填 塑料鲍尔环填
料
料
级式接触：气、液两相逐级接 触传质，两相的组成呈阶跃变 化。 如板式塔。
气体
气体
a 微分接触
b 级式接触
图9-2 填料塔和板式塔
6
吸收操作的分类
物理吸收(physical absorption)：吸收过程溶质与溶剂不发 生显著的化学反应，可视为单纯的气体溶解于液相的过程。 如用水吸收二氧化碳、用水吸收乙醇或丙醇蒸汽、用洗油 吸收芳烃等。
溶解度/[g(NH3)/1000g(H2O)] 溶解度/[g(SO2)/1000g(H2O)]
500
0 oC
10 oC 20 oC 30 oC 40 oC 50 oC
200 150 100 50
0 oC 10 oC
20 oC 30 oC 40 oC
50 oC
0
20 40 60 80 100 120
pNH3/kPa
第五章 吸收
1
5.1 概述（Introduction）
原理: 利用混合气体中各组分(component)在液体中溶 解度(solubility)的差异而分离气体混合物的单元操作。
吸收操作时某些易溶组分进入液相形成溶液 (solution)，不溶或难溶组分仍留在气相(gas phase)， 从而实现混合气体的分离。
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。
吸收剂
气相主体 相界面 液相主体
y 界面
x
xi yi
气体
气相扩散 液相扩散 2
吸收操作的应用：
制取产品 用吸收剂吸收气体中某些组分而获得 产福尔品马。林如液硫，酸用吸水收吸SO收3制氯浓化硫氢酸制，盐水酸吸等收。甲醛制
0
20 40 60 80 100 120
pSO2/kPa
在相同条件下，NH3 在水中的溶解度较 SO2 大得多。 用水作吸收剂时，称 NH3 为易溶气体，SO2为中等溶解气 体，溶解度更小的气体则为难溶气体(如O2 在 30℃ 和溶质 的分压 为 40kPa 的条件下 ， 1kg 水中溶解的质量仅为
分离混合气体 吸收剂选择性地吸收气体中某些 组分以达到分离目的。例如石油馏分裂解生产出 来的乙烯、丙烯，还与氢、甲烷等混在一起，可 用分子量较大的液态烃把乙烯、丙烯吸收，使与 甲烷、氢分离开来 。
气体净化 一类是原料气的净化，即除去混合气 体中的杂质，如合成氨原料气脱H2S、脱CO2等； 另一类是尾气处理和废气净化以保护环境，如燃 煤除锅NO炉2等烟。气，冶炼废气等脱除SO2，硝酸尾气脱
化学吸收(chemical absorption)：溶质与溶剂有显著的化学 反应发生。如用氢氧化钠溶液吸收二氧化碳、用稀硫酸吸 收氨等过程。化学反应能大大提高单位体积液体所能吸收 的气体量并加快吸收速率。但溶液解吸再生较难。
溶解热：气体溶解于液体时所释放的热量。化学吸收时， 还会有反应热。
非等温吸收：体系温度发生明显变化的吸收过程。
气
吸收尾气(dilute gas)：吸收后排 (A+B)
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。
吸收剂 (S)
吸收尾 吸气 收 (A+B) 塔
吸收液 (A+S)
4
工业生产中的吸收过程通常包括吸收与解吸两部 分。如用炼焦过程的副产物煤焦油(洗油)回收焦炉 煤气内含有的少量苯、甲苯类低碳氢化合物，如图 所示。
8
物质的量比是指混合物中某组分 A的摩尔数与惰性组分 B（不 参加传质的组分）的摩尔数之比，其定义式为 式中YA 、XA 分别为组分 A 在气相和液相中的物质的量比； 摩尔分数与物质的量比的关系为
9
2-1 溶解度曲线：在一定温度、压力下，平衡时溶质在
气相和液相中的浓度的关系曲线。见下图。
1000 250
3
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 混 合 尾
和溶质A。
等温吸收：体系温度变化不显著的吸收过程。
单组分吸收：混合气体中只有单一组分被液相吸收，其余 组分因溶解度甚小其吸收量可忽略不计。
多组分吸收：有两个或两个以上组分被吸收。
7
5.2 吸收过程中的相平：在一定压力和温度下，使一定量的吸收剂与混合 气体充分接触， 气相中的溶质便向液相溶剂中转移或液相溶 剂中的溶质向气相中转移，经长时间充分接触之后，液相中 溶质组分的浓度不再增加或减少，此时，气液两相达到平 衡，此状态为平衡状态。 饱和浓度：气液平衡时，溶质在液相中的浓度为饱和浓度 （溶解度）。 平衡分压：气液平衡时，气相中溶质的分压为平衡分压。 相平衡关系：平衡时溶质组分在气液两相中的浓度关系为相 平衡关系。
11
对于同样浓度的溶液， 易溶气体在溶液上方的平 衡分压小，难溶气体在溶 液上方的平衡分压大。
加压和降温都可以提 高气体的溶解度，尤其是 温度改变，溶解度变化较 大。吸收操作尽量维持在 较高压力和较低温度下进 行。
12
2 亨利定律
吸收操作处理的气体为低浓度气体(10%),形成的是稀
溶液。当总压不太高时(0.5Mpa)，稀溶液的相平衡关