第八章 气体吸收

第八章气体吸收

8.1教学基本要求：（10学时）

概述工业吸收过程；气体吸收的目的、原理及实施方法；吸收过程的经济性与吸收剂的选择原则。

气液相平衡亨利定律，温度、总压对平衡的影响。

扩散与单相传质分子扩散、对流传质与双膜理论。

相际传质相际传质速率方程，传质分系数和总系数的关系；溶解度对两相传质阻力分配的影响。

吸收过程数学描述低浓度气体吸收的假定；物料衡算、传质速率；传质单元高度和传质单元数的计算。

吸收过程设计吸收过程设计中参数的选择，最小液气比。

吸收操作影响吸收结果的操作因素分析。

8.2基本概念：

吸收的目的和基本依据吸收的目的是分离气体混合物，吸收的基本依据是混合物中各组份在溶剂中的溶解度不同。

主要操作费溶剂再生费用，溶剂损失费用。

解吸方法升温、减压、吹气。

选择吸收溶剂的主要依据溶解度大，选择性高，再生方便，蒸汽压低损失小。

相平衡常数及影响因素 m、E、H均随温度上升而增大，E、H与总压无关，m反比于总压。

漂流因子 P/P Bm表示了主体流动对传质的贡献。

(气、液)扩散系数的影响因素气体扩散系数与温度、压力有关；液体扩散系数与温度、粘度有关。

传质机理分子扩散、对流传质。

气液相际物质传递步骤气相对流，相界面溶解，液相对流。

有效膜理论与溶质渗透理论的结果差别有效膜理论获得的结果为k∝D，溶质渗透理论考虑到微元传质的非定态性，获得的结果为k∝D0.5。

传质速率方程式传质速率为浓度差推动力与传质系数的乘积。因工程上浓度有多种表达，推动力也就有多种形式，传质系数也有多种形式，使用时注意一一对应。

传质阻力控制传质总阻力可分为两部分，气相阻力和液相阻力。当mky<>kx时，为液相阻力控制。

低浓度气体吸收特点①G、L为常量，②等温过程，③传质系数沿塔高不变。

建立操作线方程的依据塔段的物料衡算。

返混少量流体自身由下游返回至上游的现象。

最小液气比完成指定分离任务所需塔高为无穷大时的液气比。

NOG的计算方法对数平均推动力法，吸收因数法，数值积分法。

HOG的含义塔段为一个传质单元高，气体流经一个传质单元的浓度变化等于该单元内的平均推动力。

常用设备的HOG值 0.15～1.5 m。

吸收剂三要素及对吸收结果的影响吸收剂三要素是指t、x2、L。t↓，x2↓，L↑均有利于吸收。

化学吸收与物理吸收的区别 溶质是否与液相组分发生化学反应。 增强因子 化学吸收速率与物理吸收速率之比。 容积过程 慢反应使吸收成容积过程。 表面过程 快反应使吸收成表面过程。

8.3基本内容：

一、概述

一个完整的吸收过程包括吸收和溶剂再生，而溶剂再生的最简单方法就是解吸。 1．吸收的目的

吸收的目的是分离气体混合物、除去气体中的有害成分(气体净化)。 2．吸收过程的依据(原理)

气体中各组分在溶剂中的溶解度的不同。

吸收过程必须解决的问题：1）选合适的溶剂—选择性吸收；2）提供适当的传质设备—气→液；3）溶剂的再生—往往要解吸、精馏。 3．溶剂选择

选择溶剂的主要要求是：1）对溶质的溶解度要大；2）选择性要高；3）再生方便。 4．吸收设备

按接触方式可分为两种： 级式接触，如板式塔；微分接触，如填料塔。 5．常用解吸方法

升温、减压、吹气。

二、气液相平衡

1．溶解度曲线

纯水可以吸收空气中的氨，因为氨在水中有一定的溶解度。那么，溶解度与哪些主要因素有关呢？溶解度与气相分压、温度有关。通常，将它表达成气相分压与温度、液相浓度的关系。由物化中所学相平衡l V f f =，可得

0i i i i i P r x Py =φ

或 i

i i i

i P r x Py φ=0

分压与温度、浓度有关。低浓度时，近似为直线，服从亨利定律：

Ex p e = 8-1 式中x 为液相摩尔分率。也可表达为

mx y e = 8-2

式中y 为气相摩尔分率，P

E m =

。也可表达为HC p e =，其中C 为摩尔浓度，S S E M H ρ≈。

E,H,m 都称为亨利常数。温度上升，E,H,m 均随之上升。总压上升，E,H 不变，m 下降。

2．过程进行的方向、极限和推动力

气液相平衡指出了过程进行的极限。如果气液两相不平衡，高逸度相向低逸度相传质。所以，根据相平衡可以确定过程进行的方向，如吸收还是解吸。过程的推动力可以用同一相

的浓度与平衡浓度差(如y-y e )来表示。

例1 含氨气体y=0.10，在101.3kPa ，20℃下与稀氨水x=0.05接触，试求过程的方向、推动力。已知x y e 94.0=。

解1：由047.005.094.0=×=e y 1.0=

y y e <气相向液相传质，吸收。推动力y-y e =0.1-0.047=0.053。

解2：另一种判别方向的方法。由106.094

.01.0===

m y x e 05.0=>x x x e >气相向液相传质，吸收。推动力x e -x =0.106-0.05=0.056。 三、扩散和单相传质

1．分子扩散(两组分)

分子扩散速率可以用Fick 定律表示

dz dC D J A

AB

A ?= 8-3 对于气体，当压力、温度一定时，总浓度不变

RT

P C C C B A M =

+= 这样

dz

dC

dz dC B A ?= 而 dz

dC D J B

BA

B ?= 对于双组分D D D BA AB == 所以，扩散速率 B A J J ?=

当存在主体流动N M 时，如图8.1所示。此时， 图8.1 分子扩散 净物流为 B A M J J N N ++= 由于B A J J ?=，所以M N N = 而 B A N N N +=

对于A 组分，传递速率N A 为扩散流J A 与净物流N 中夹带x A 之和，即 A A A A A N J Nx J N (+=+=M

A

B C C N ) 8-4 此式为扩散速率方程。 2．扩散速率方程应用 ①等分子反向扩散B A N N ?=

如煤的燃烧，2O 从气相扩散至固体表面，2CO 从固体表面扩散至气相。这时 dz

dC D J N A

A A ?== 浓度线性分布 )(21A A A C C D

N ?δ

=

8-5 ②单向扩散0=B N

如气液吸收，溶质A 从气相扩散至液相，惰性组分B 没有传递。这时

M

A

A

A A C C N J N += 即 dz

dC D C C N A M A A ?=?

)1( 浓度非线性分布，积分后 )(21A A BM

M

A C C C C D N ?δ=

8-6

式中1

212ln B B B B BM C C C C C ?=

，BM M

C C 为漂流因子≥1。漂流因子体现了主体流动对传质的贡献。对于A 组分低含量吸收，有1≈BM

M

C C 。 3．扩散系数

气体扩散系数P

T D 81

.1∝， 量级10-5m 2/s

液体扩散系数μ

T

D ∝

，量级10-9~-10m 2/s

4．对流传质

类似于传热中的牛顿冷却定律，对流传质速率为 )(C C k N i L A ?= 8-7 )(i g A p p k N ?= 8-8

)(i y A y y k N ?= 8-9 图8.2 传质步骤 )(x x k N i x A ?= 8-10

注意推动力与传质(分)系数的一一对应。 5．传质理论

①有效膜理论认为，气液两相传质阻力可以看作两层有效静滞膜，分子定态扩散通过这两层膜，结论为传质系数D k ∝

②溶质渗透理论、③表面更新理论引入了非定态扩散的概念，结论为传质系数

5.0D k ∝。这与实际情况比较接近。 四、相际传质

溶质从气相到液相的传质，经历三个步骤：①从气相主体对流传质到界面；②在界面上溶解；③从界面对流传质到液相主体。 1．相际传质速率方程

气相对流传质)(i y A y y k N ?=；界面相平衡i i mx y =；液相对流传质)(x x k N i x A ?=。将上述三式消去界面浓度i i y x ,，如 x i y i A k x x k y y N 11?=?=

x y i i k m k x x m y y +?+?=1)

()(1e y x

y e y y K k m

k y y ?=+

?= 8-11 则x

y y k k K +=

1为总传质系数。同样)(x x K N e x A ?=，可得y x

y x mK k mk K =+=

1。

2．阻力控制

式8-11中，y-ye 为总推动力，总阻力

x y y k m k K +=11，即由两部分阻力组成。当x

y k m

k >>

1时，气相阻力控制，可得y y k K ≈，y x mk K ≈，e i y y ≈。例如，水吸收NH 3,HCl 等易溶物系都是气相阻力控制。当

x

y k m

k <<1时，液相阻力控制，m k K x y /≈，x x k K ≈，e i x x ≈。例如，水吸收H 2,CO 2,O 2等难溶物系都是液相阻力控制。

五、低含量气体吸收

1．低含量气体吸收的特点

当气体混合物中溶质含量低于5~10%时，可认为是低含量气体吸收。它有三个基本特点:①气液相流率G,L 沿塔为常量；②吸收过程是等温的，不必要进行热量衡算，相平衡关系视作不变；③传质系数为常量，y x k k ,沿塔不变。这三个特点也即数学描述的基本假定。 2．过程的基本方程式

经数学描述获得 ∫∫

?=

=

120

y y e

y H

y y dy

a K G dh H OG OG N H = 8-12

式中a K G

H y OG

=为传质单元高度，∫?=12y y e

OG y y dy N 为传质单元数。工业常用填料的OG

H 一般为0.15~1.5m 。OG N 的含义为平均推动力

2

1y y ?表示分离任务难易。

3．操作线和平均推动力

操作线表示同一塔截面上气液相浓度关系，它是塔段物料衡算的结果，见图8.3中控制体

图8.3 吸收操作线

11Lx Gy Lx Gy +=+ 得操作线 11x G

L

y x G L y ?+=

8-13 操作线上任意一点到平衡线的垂直距离为局部传质推动力e y y ?。将式8-13代入式8-12，并积分得 ∫

?=

1

2

y y e OG y y dy N 2

12121ln y y y y y y ??????=m y y y ??=2

1 8-14

式中2

2112211ln

)

()(mx y mx y mx y mx y y m ?????=

?为对数平均推动力。

这样 m

y y y y a K G H ??=

2

1 8-15

4．传质单元数的计算方法

传质单元数的计算方法有①对数平均推动力法；②吸收因数法；③数值积分法。 对数平均推动力法见式8-15，当平衡线b mx y +=时也适用。 吸收因数法适用于mx y =的情况，它的结果为 )

1ln[(11

L mG L

mG N OG ??=

2221L mG mx y mx y +?? 8-16

记mG

L

A =

为吸收因数，则 11ln[(111A A

N OG ??=]1

2221A mx y mx y +?? 8-17

数值积分法适用于平衡线是曲线，可用数值描述时。对∫

?=1

2

y y e

OG y y dy

N 进行数值积分，

即可获得N OG 值。

5．吸收塔的设计型计算

物料衡算 )()(2121x x L y y G ?=? 相平衡 mx y = 过程基本方程 m

y y y y a K G H ??=

2

1

通常，吸收塔高度设计的给定条件是：m y G ,,1，分离要求2y 或回收率)(1

2

1y y y ?=

η。需要选择L x ,2。对于新鲜溶剂，主要是选L 。选择的要求：技术上可行，经济上合理。技术上限制：相平衡和物料衡算。最小液气比 2

121min )(

x x y y G L e ??= 8-18 通常，取

min )(2~1.1G L G L =。min (G L 为设计型计算专有，实际操作时，若min )(G

L

G L <，则2y 达不到要求。

例2 用清水吸收氨和空气混合气中的氨，在填料塔中逆流操作，已知：

=G 0.0318kmol/sm 2

, 02.01=y ,001.02=y ,相平衡服从亨利定律，取min 2.1L L =，0522.0=a K y kmol/sm 3,

求所需塔高H 。 解：清水02=x ，1

21y y ?

=η95.002.0001

.01=?=

η=??=m m y y y G L 0/12

1min

η==m G

L

G L 2.12.1min

877.095

.02.112.11=×=η=L mG

02=x 时，

)1ln[(11L mG L mG N OG ??=

11

L mG +η? )877.01ln[(877.011??=8.9]877.095

.011=+? 61.00522

.00318

.0===

a K G H y OG m 8.961.0×==OG OG N H H =6.0 m

6．解吸塔计算

原则上与吸收塔计算相同，不同之处有①操作线在平衡线下方；②有min G 的问题。

图8.4 解吸

2

12

1

min x x y mx G L ??= 8-19 实际min G G >。③为免符号混乱，用m

OG y y y N ??=

2

1较好。 例3 用过热水蒸汽吹出洗油中的苯，如图8.5所示。 已知：OG H =0.5m,相平衡x y 3=，取min 2.1G G = 求：H 解：

005

.005.005

.032121min ?×=

??=x x y mx G L 33.3=

78.22

.133.32.1min ===G L G L 图8.5 例3附图 78.20)(2121+=?+

=x x G

L

y y 125.0)005.005.0(=?×

125.005.03111?×=?=?y mx y 025.0= 005.03222×=?=?y mx y 015.0=

2

121ln

y y y y y m ?????=

?0196.0015.0025

.0ln 015

.0025.0=?= 38.60196

.0125.02

1==??=

m OG y y y N 19.338.65.0=×==OG OG N H H m

7．吸收塔的操作型问题

1）操作型问题计算的基本公式与设计型计算一样。

例3 一逆流操作吸收塔，相平衡x y 2=，10.01=y ，003.02=x 得回收率80.0=η。 试求：(1)因解吸不良，0075.0'2=x ，?'=η

(2)若

2=G

L

，则1x 和1'x 各为多少？ 解：(1) a K G H y =1ln[(11L mG L

??2221L mG

mx y mx y +??

两工况比较，其他均不变，则

2

22

12221'''mx y mx y mx y mx y ??=??

1.01=y , )8.01(1.0)1(12?×=η?=y y 0

2.0=,代入上式

0075

.02'0075

.021.0003.0202.0003.021.02×?×?=×?×?y

得0244.0'2=y ，756.0'1'1

2

=?=ηy y (2) )(2121y y L G

x x ?+

=)02.01.0(5.0003.0?×+=043.0= )'(''2121y y L

G

x x ?+=)0244.01.0(5.00075.0?×+=0453.0=

用图表示结果如下

图8.6 工况比较

2）吸收塔的调节主要是吸收溶剂入塔的三要素t 、x 2、L 。吸收剂进塔条件对吸收操作结果的影响：

A ．L ↑，y 2 ，x 1 。显然，L 增大，出口液相浓度x 1降低，有利于吸收，使y 2下降。 B. t ↑,m ，y 2 ，x 1 。温度上升，m 增大，不利于吸收，y 2增大，x 1降低。 C. y 1↑，y 2 ，x 1 。根据输入输出的线性顺变关系，y 1增大，y 2增大，x 1增大。

若P ↑,结果如何? G ↑,结果如何？读者可以自己分析。 3）极限问题

即使塔高不限，出塔的气体浓度y 2、液体浓度x 1都有极限。y 2min 、x 1max 受到相平衡和物料衡算的限制。当H →∞时，由m

OG y y y H H ??=2

1可知，必定0→?m y ，有一端推动力为零。

逆流条件下，当

m G L <或1

L 时，操作线斜率小于平衡线斜率。当操作线往平衡线

a b

图8.7 极限问题

靠时，由11mx y =得m y x 11=，而)(2112x x G L

y y ??=。当m G L >或1>mG

L 时，操作线斜率大于平衡线斜率。当操作线往平衡线靠时，得22mx y =，而)(2121y y L

G

x x ?+=。

8.4教材习题答案：

1 E=188.1Mpa;偏差0.21%

2 G=3.07×10-3kgCO2/kgH2O

3 C min=44.16mg/m3水；C min=17.51mg/m3水

4 （x e-x）=1.09×10-5；（y-y e）=5.76×10-3 ;(x e-x)=4.7×10-6 ;(y-y e)=3.68×10-3

5 (y-y e)2/(y-y e)1=1.33 ; (x e-x)2/(x e-x)1=2.67

6 τ=0.58hr

7 τ=1.44×106s

8 K y a=54.9kmol/m3?h ; H OG=0.291m ;液相阻力分率15.1%

9 N A=6.66×10-6kmol/s?m2，k y不变，K y↑，(y-y e)↑；N A’=1.05×10-5kmol/sm2

10 略

11 略

12 N OG=

1

1

1

)

1

1

ln[(

1

1

1

βη

η

βη

βη

+

?

?

?

?

13 略

14 略

15 x1=0.0113;

m

y?=2.35×10-3; H=2.18m

16 (1)H=4.61m; (2)H=11.3m; (3)L’/L=1.1

17 G min=0.489kmol/m2?h ; x2=5.43×10-6

18 H A=2.8m ; H B=2.8m

19 (1)H OG=0.695m;K y a=0.0467kmol/m3s;(2)w=253kg/h

20 y2=0.002

21 η’=0.87；x1’=0.00325

22 y2’=0.000478

8.5教材思考题解：

1．吸收的目的是分离气体混合物。

基本依据是气体混合物中各组份在溶剂中的溶解度不同。

操作费用主要花费在溶剂再生，溶剂损失。

2．溶解度大，选择性高，再生方便，蒸汽压低损失小。

溶剂对溶质溶解度大，对其他组份溶解度小。

3．m=E/P=HC M/P，m、E、H均随温度上升而增大，E、H基本上与总压无关，m反比于总压。4．级式接触和微分接触。

5．N=N M+J A+J B, N A=J A+N M C A/C M。

J A、J B浓度梯度引起；N M微压力差引起；N A溶质传递，考察所需。

6．P/P Bm 表示了主体流动对传质的贡献。

无漂流因子。因为没有主体流动。

7．D气∝T1.81/P，D液∝T/μ。

8．Sh=kd/D表征对流传质速率与扩散传质速率之比。

Sc=μ/ρD表征动量扩散系数与分子扩散系数之比。

9．表面更新理论考虑到微元传质的非定态性，从k∝D推进到k∝ D0.5。10．mky<>kx时，液相阻力控制。

11．①G、L为常量，②等温过程，③传质系数沿塔高不变。

12．分离任务难易与设备效能高低相对分开，便于分析。

13．塔段的物料衡算。

14．返混是少量流体自身由下游返回至上游的现象。

15．完成指定分离任务所需塔高为无穷大时的液气比。

无。

16．通常，x2max=y2/m，(L/G)min=(y1-y2)/(x1e-x2)。

相平衡和物料衡算。

17．对数平均推动力法，吸收因数法，数值积分法。

相平衡分别为直线和过原点直线。

18．气体流经这一单元高度塔段的浓度变化等于该单元内的平均推动力。

0.15～1.5 m。

19． t、x2、L。

t↓，x2↓，L↑均有利于吸收。

20．传热过程数学描述可视作 m=1 时的吸收过程的情况。

21．①G、L沿程变化，②非等温，③传质分系数与浓度有关。

22．溶质是否与液相组分发生化学反应。

高的选择性，较高的吸收速率，降低平衡浓度y e。

23．快反应使吸收成表面过程；慢反应使吸收成容积过程。

第四章 气体吸收

第四章气体吸收 Chapter4 Gas Absorption §4-1多组分吸收和解吸过程分析 Analysis of Multicomponent Absorbing and Desorbing Process 吸收是化工生产中分离气体混合物的重要方法之一，在化工生产中，无论是原料的精制或产品的分离，常常需要从气体混合物中分出一种或若干种组分，因而吸收的应用十分广泛。吸收在化工原理中曾接触这个概念，现在不是旧曲重弹，而是赋予新的内容，在原来的基础上更进一步的研究，由原来的单组分吸收，扩展到现在的多组分吸收。 1、吸收和解吸 吸收是利用液体处理气体混合物，根据气体混合物中各组分在液体中溶解度的不同，而达到分离目的传质过程。 吸收是一个分离过程，且分离的是气体混合物，分离的介质是某一种液体溶剂称之为吸收剂，被吸收的气体混合物称为溶质。 当吸收过程用于中间产物分离时，离开吸收塔的吸收液需进行解吸操作，其作用是将溶质从吸收液中驱赶出来，并使吸收剂获得再生，所以解吸是吸收的逆过程。 2、工业生产中的吸收过程 ①净化或精制气体 为除去原料气中所含的杂质，吸收是最常用的方法。如用乙醇胺液脱出石油裂解气或天然气中的硫化氢，乙烯直接氧化制环氧乙烷生产中原料气的脱硫、脱卤化 ，二氯乙烷生产过程中用水去除氯化氢等。物，合成甲烷工业中的脱硫、脱CO 2 ②分离气体混合物 以上的用以得到目的产物或回收其中一些组分，如石油裂解气的油吸收，将C 2 组分与甲烷、氢分开；用N－甲基吡咯烷酮作溶剂，将天然气部分氧化所得裂解气中的乙炔分离出来；焦炉气的油吸收以回收苯以及乙烯直接氧化制环氧乙烷生产中用吸收法分离反应气体中的环氧乙烷等。 ③将最终气态产品制成溶液或中间产品 将气体中需用的组分以指定的溶剂吸收出来，成为液态的产品或半成品，如用水吸收氯化氢气体制成盐酸；在甲醇蒸汽氧化后用水吸收甲醛蒸汽制甲醛溶液；用水吸收丙烯腈作为中间产物等。

气体吸收习题+答案

第五章 吸收 气液平衡 1、向盛有一定量水的鼓泡吸收器中通入纯的CO 2气体，经充分接触后，测得水中的CO 2平衡浓度为2.875×10－2kmol/m 3，鼓泡器内总压为101.3kPa ，水温30℃，溶液密度为1000 kg/m 3。试求亨利系数E 、溶解度系数H 及相平衡常数m 。 解： 查得30℃，水的kPa 2.4=s p k P a 1.972.43.101*=-=-=s A p p p 稀溶液：3 kmol/m 56.5518 1000== ≈ S M c ρ 4 2 10 17.556.5510875.2--?=?= = c c x A k P a 10876.110 17.51.975 4 * ?=?= =-x p E A )m k m o l /(k P a 10 96.21 .9710 875.23 4 2 * ??=?= =--A A p c H 18523 .10110876.15 =?= = p E m 2、在压力为101.3kPa 的吸收器内用水吸收混合气中的氨，设混合气中氨的浓度为0.02（摩尔分数），试求所得氨水的最大物质的量浓度。已知操作温度20℃下的相平衡关系为x p 2000* A =。 解：混合气中氨的分压为 03 .233.10102.0A =?==yp p 与混合气体中氨相平衡的液相浓度为 3 A * 10 02.12000 3..22000 -?== = p x 3 3 * A *kmol/m 0564.018 100010 02.1=?==-c x c 3、在压力为101.3kPa ，温度30℃下，含CO 220％（体积分数）空气-CO 2混合气与水充分接

第六章吸收

六、在直径为1.2m的填料吸收塔中，拟装填3m高的DN25塑料阶梯环填料，该填料的比表面积为228m2/m3，在该填料吸收塔中用纯溶剂吸收某混合气体中的溶质组分。已知入塔混合气体的流量为40kmol/h，溶质的含量为0.06（摩尔分数）；溶质的吸收率为95％；操作条件下的气液平衡关系为Y＝2.2X（X、Y均为摩尔比）；溶剂用量为最小用量的1.5倍；气相总吸收系数为0.35kmol/(m3·h)。试通过计算判断拟装填的填料高度能否达到分离要求。（注：填料的有效比表面积可近似取为填料比表面积的90％）（15分）（天大2003） 五、【吸收】（共11分）在一直径为1.2m、填料层高度为5m的吸收塔中，用纯溶剂吸收某气体混合物中的溶质组分。已知入塔混合气中惰性组分的摩尔流量为40kmol/h，气相总体积吸收系数为62.5kmol/(m3·h)；在操作条件下，平衡线和操作线均为直线，且平衡线与操作线的斜率之比为0.7。试计算该吸收塔的吸收率φA。（11分）（天大2002） 六、在填料层高度为8.5m的吸收塔中，用纯溶剂吸收某气体混合物中的溶质组分。已知进塔混合气体中溶质的含量为0.05（摩尔比）；单位塔截面上惰性气体流量为50kmol/(m2·h)；气相总吸收系数为0.34 kmol/(m2·h)；溶质的吸收率为98%；在操作条件下，该系统的平衡关系为Y=2.2X（X、Y均为摩尔比）；溶剂用量为最小用量的1.5倍。试计算：（天大2001） （1）出塔液相组成； （2）所有填料的比表面积。（11%） 3、拟用内径为1.8 m逆流操作的吸收塔，在常温常压下吸收氨—空气混合气中的氨。已知空气的摩尔流量为0.14kmol·s-1，进口气体中含氨的体积分数为0.020，出口气体中含氨的体积分数为0.0010，喷淋的稀氨水溶液中氨的摩尔分数为5.0×10-4，喷淋量为0.25kmol·s-1。在操作条件下，物系服从亨利定律Y*=1.25X，体积吸收总系数K Y a=4.8×10-2 kmol·m-3·s-1。试求：（山东科技大学2007） （1）塔底所得溶液的浓度； （2）全塔的平均推动力△Y m； （3）吸收塔所 需的填料层高 度。 浙大2008 3、吸收传质中的双膜理论的基本点是什么? （山东科技大学2007） 12、加压和降温可以提高气体的溶解度，故加压降温有利于吸收操作。（）（山东科技大学2007） 11、对于大多数气体的稀溶液，气液平衡关系服从亨利定律。亨利系数随温度的升高而增大，而溶解度系数随温度的升高而减小。( ) （山东科技大学2007）

化工原理--第八章 气体吸收

第八章气体吸收 1.在温度为40℃、压力为101.3kPa 的条件下，测得溶液上方氨的平衡分压为15.0kPa 时，氨在水中的溶解度为76.6g (NH 3)/1000g(H 2O)。试求在此温度和压力下的亨利系数E 、相平衡常数m 及溶解度系数H 。解：水溶液中氨的摩尔分数为 76.6 170.07576.610001718 x ==+由*p Ex =亨利系数为*15.0kPa 200.00.075 p E x ===kPa 相平衡常数为t 200.0 1.974101.3E m p = ==由于氨水的浓度较低，溶液的密度可按纯水的密度计算。40℃时水的密度为992.2ρ=kg/m 3溶解度系数为 kPa)kmol/(m 276.0kPa)kmol/(m 18 0.2002.99233S ?=??==EM H ρ 2.在温度为25℃及总压为101.3kPa 的条件下，使含二氧化碳为 3.0%（体积分数）的混合空气与含二氧化碳为350g/m 3的水溶液接触。试判断二氧化碳的传递方向，并计算以二氧 化碳的分压表示的总传质推动力。已知操作条件下，亨利系数51066.1?=E kPa ，水溶液的密 度为997.8kg/m 3。 解：水溶液中CO 2的浓度为 33 350/1000kmol/m 0.008kmol/m 44 c ==对于稀水溶液，总浓度为3t 997.8kmol/m 55.4318c = =kmol/m 3水溶液中CO 2的摩尔分数为 4 t 0.008 1.4431055.43 c x c -===?由54* 1.6610 1.44310kPa 23.954p Ex -==???=kPa 气相中CO 2的分压为 t 101.30.03kPa 3.039p p y ==?=kPa <* p

气体吸收习题-答案.

第五章 吸收 气液平衡 1、向盛有一定量水的鼓泡吸收器中通入纯的CO 2气体，经充分接触后，测得水中的CO 2平衡浓度为×10－2 kmol/m 3 ，鼓泡器内总压为，水温30℃，溶液密度为1000 kg/m 3 。试求亨利系数E 、溶解度系数H 及相平衡常数m 。 解： 查得30℃，水的kPa 2.4=s p kPa 1.972.43.101*=-=-=s A p p p 稀溶液：3kmol/m 56.5518 1000 == ≈ S M c ρ 42 1017.556.5510875.2--?=?==c c x A kPa 10876.110 17.51 .9754 *?=?==-x p E A )m kmol/(kPa 1096.21.9710875.2342 *??=?==--A A p c H 18523 .10110876.15 =?==p E m 2、在压力为的吸收器内用水吸收混合气中的氨，设混合气中氨的浓度为（摩尔分数），试求所得氨水的最大物质的量浓度。已知操作温度20℃下的相平衡关系为x p 2000* A =。 解：混合气中氨的分压为 kPa 03.233.10102.0A =?==yp p 与混合气体中氨相平衡的液相浓度为 3A *1002.12000 3 ..22000 -?== = p x 33 *A *kmol/m 0564.018 1000 1002.1=?==-c x c 3、在压力为，温度30℃下，含CO 220％（体积分数）空气-CO 2混合气与水充分接触，试求

液相中CO 2的物质的量浓度。 解： 查得30℃下CO 2在水中的亨利系数E 为×105 kPa CO 2为难溶于水的气体，故溶液为稀溶液 kPa)kmol/(m 1096.218 1088.110003 45 ??=??= = -S S EM H ρ kPa 3.2033.10120.0* A =?==yp p 334 *km ol/m 1001.63.2010 96.2--?=??==A A Hp c 4、含CO 230％（体积分数）空气－CO 2混合气，在压力为505kPa ，温度25℃下，通入盛有1m 3 水的2 m 3 密闭贮槽，当混合气通入量为1 m 3 时停止进气。经长时间后，将全部水溶液移至膨胀床中，并减压至20kPa ，设CO 2 大部分放出，求能最多获得CO 2多少kg 。 设操作温度为25℃，CO 2 在水中的平衡关系服从亨利定律，亨利系数E 为×105 kPa 。 解： Ex p =* A （1） x p 5*A 1066.1?= 气相失去的CO 2物质的量＝液相获得的CO 2物质的量 x cV RT V p p L G =-)(*A A x p ??=??-?118 1000 298314.81)5053.0(* A x p 56.551004.40612.0* A 4=?-- （2） （1）与（2）解得：4 105-?=x 减压后： 830020 1066.15 =?==p E m 411102.18300 1-?=== m y x

气体吸收

第六章吸收 一、名词解释(每题2分) 1、吸收：利用各组分溶解度不同而分离气体混合物的操作称为吸收。 2、分子扩散：是凭借流体分子无规则热运动而传递物质的，发生在静止或层流流体里的扩散就是分子扩散。 3、扩散通量：单位面积上单位时间内扩散传递的物质量称为扩散通量，其单位为kmol/m2.s。 4、涡流扩散：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。 5、体积吸收系数：是在单位推动力下，单位时间、单位体积填料层内吸收的溶质量。 6、脱吸因数：是平衡线斜率与操作线斜率的比值，量纲为1，S=mV/L。 7、吸收因数：是操作线斜率与平衡线斜率的比值，量纲为1，A=L/mV。 8、喷淋密度：单位时间内喷淋在单位塔截面积上的液相体积，m3/（m2h）即m/h。 9、脱吸：使溶解于液相的气体释放出来的操作称为脱吸。 二、选择题（每题2分） １、对极易溶的气体，气相一侧的界面浓度y i__________y e。 A 大于 B 等于 C 接近于 D 小于 C 2、在吸收塔设计中，当吸收剂用量趋于最小用量时，____________________。 A 回收率趋向最高； B 吸收推动力趋向最大 C 操作最为经济； D 填料层高度趋向无穷大 D 3、选择题：（按A 增加 B减少C 不变 D 不定填入括号内） 随温度增加，气体的溶解度（），亨利系数E（）。 B A 4、选择题：（请按A 增加 B 减少C 不变填入括号内） 对接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统，当温度和压力不变，而液相总浓度增加时其溶解度系数H 将（），亨利系数Ｅ将（）。 C C 5、选择题：（请按A增加 B 减少 C 不变填入括号内） 在常压下用水逆流吸空气中的CO2，若将用水量增加，则出口气体中的CO2含量将（）气相总传质系数Ky将（），出塔液体中CO2浓度将（）。 B A B 6、选择题：（按 A增加 B减少C 不变填入括号内） 含低浓度溶质的气体在逆流吸收塔中进行吸收操作，若其他操作条件不变，而入口气体量增加，则对于气膜控制系统：其出口气体组成y2将（）；出口液体组成x1将（）；溶质回收率将（）。 A A B 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。 C 8、对含低浓度溶质的气体与溶液的平衡系统，溶质在气相中的摩尔浓度与其在液相中摩 尔浓度的差值是__________。

柴诚敬习题答案(08)第八章气体吸收

第八章 气体吸收 1. 在温度为40 ℃、压力为101.3 kPa 的条件下，测得溶液上方氨的平衡分压为15.0 kPa 时，氨在水中的溶解度为76.6 g (NH 3)/1 000 g(H 2O)。试求在此温度和压力下的亨利系数E 、相平衡常数m 及溶解度系数H 。 解：水溶液中氨的摩尔分数为 76.6 170.07576.610001718 x ==+ 由 *p Ex = 亨利系数为 *15.0kPa 200.00.075 p E x ===kPa 相平衡常数为 t 200.0 1.974101.3 E m p === 由于氨水的浓度较低，溶液的密度可按纯水的密度计算。40 ℃时水的密度为 992.2ρ=kg/m 3 溶解度系数为 kPa)kmol/(m 276.0kPa)kmol/(m 180.2002.99233S ?=??==EM H ρ 2. 在温度为25 ℃及总压为101.3 kPa 的条件下，使含二氧化碳为 3.0%（体积分数） 的混合空气与含二氧化碳为350 g/m 3的水溶液接触。试判断二氧化碳的传递方向，并计算以二氧化碳的分压表示的总传质推动力。已知操作条件下，亨利系数5 1066.1?=E kPa ，水溶液的密度为997.8 kg/m 3。 解：水溶液中CO 2的浓度为 33350/1000kmol/m 0.008kmol/m 44 c == 对于稀水溶液，总浓度为 3t 997.8kmol/m 55.4318c = =kmol/m 3 水溶液中CO 2的摩尔分数为

4t 0.008 1.4431055.43 c x c -===? 由 54* 1.6610 1.44310kPa 23.954p Ex -==???=kPa 气相中CO 2的分压为 t 101.30.03kPa 3.039p p y ==?=kPa < *p 故CO 2必由液相传递到气相，进行解吸。 以CO 2的分压表示的总传质推动力为 *(23.954 3.039)kPa 20.915p p p ?=-=-=kPa 3. 在总压为110.5 kPa 的条件下，采用填料塔用清水逆流吸收混于空气中的氨气。测得 在塔的某一截面上，氨的气、液相组成分别为0.032y =、3 1.06koml/m c =。气膜吸收系数 k G =5.2×10-6 kmol/(m 2·s ·kPa)，液膜吸收系数k L =1.55×10-4 m/s 。假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，溶解度系数H ＝0.725 kmol/(m 3·kPa)。 （1）试计算以p ?、c ?表示的总推动力和相应的总吸收系数； （2）试分析该过程的控制因素。 解：(1) 以气相分压差表示的总推动力为 t 1.06*(110.50.032)kPa 2.0740.725c p p p p y H ?=-=- =?-=kPa 其对应的总吸收系数为 246G L G 11111()(m s kPa)/kmol 0.725 1.5510 5.210 K Hk k --=+=+????? 35252(8.89910 1.92310)(m s Pa)/kmol 2.01210(m s Pa)/kmol =?+???=??? 6G 1097.4-?=K kmol/(m 2·s ·kPa) 以液相组成差表示的总推动力为 33*(110.50.0320.725 1.06)kmol/m 1.504kmol/m c c c pH c ?=-=-=??-= 其对应的总吸收系数为 m/s 10855.6m/s 102.5725.01055.11111664G L L ---?=?+?=+=k H k K （2）吸收过程的控制因素 气膜阻力占总阻力的百分数为 %58.95%10010 2.51097.4/1/166G G G G =???==--k K K k 气膜阻力占总阻力的绝大部分，故该吸收过程为气膜控制。 4. 在某填料塔中用清水逆流吸收混于空气中的甲醇蒸汽。操作压力为10 5.0 kPa ，操

气体吸收

《化工原理》任课教师：杨雪峰Prof. Dr. Yang Xuefeng Principles of Chemical Engineering

第九章 气体吸收Gas Absorption

概述（Introduction ） 吸收分离操作：利用混合气体中各组分(component)在液体中溶解度(solubility)差异，使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。吸收剂 气体 y x 界面 气相主体液相主体 相界面 气相扩散 液相扩散 y i x i 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。

吸收分离操作实例：乙醇胺水溶液吸收二氧化碳气体 图9-3 乙醇胺水溶液吸收CO 2 流程 原料气 (CO 2 ) 吸 收 塔 解 吸 塔 换热器 冷却器 再沸器 CO 2 冷却器

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。 解吸或脱吸(desorption)：与吸收相反的过程，即溶质从液相中分离而转移到气相的过程。 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。

第八章气体吸收过程考核试题

第八章气体吸收 一、选择与填空（30分） 1. 吸收操作的原理是气体混合物中各组分在溶剂中溶解度不同。 2. 对接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统，当总压增大时，亨利系数将_B__，相平衡常数将__C_，溶解度系数将__B___。 A. 增大； B. 不变； C. 减小； D. 不确定。 3. 在吸收操作中，以液相浓度差表示的吸收塔某一截面上的总推动力为__A___。 A. ； B. ； C. ； D. 。 4. 等分子反方向扩散通常发生在_蒸馏_单元操作过程中；一组分通过另一停滞组分的扩散通常发生在 _吸收__单元操作过程中。 5. 双膜模型、溶质渗透模型和表面更新模型的模型参数分别是_ZG,ZL__、_QC__和__S__。 6. 增加吸收剂用量，操作线的斜率__增大_，吸收推动力_增大。 7. 脱吸因数的定义式为__，它表示_ 平衡线斜率与操作线___

之比。 8. 在逆流吸收塔中，吸收过程为气膜控制，若进塔液体组成增大，其它条件不变，则气相总传质单元高度将__A__。 A. 不变； B. 不确定； C. 减小； D. 增大。 9. 推动力（）与吸收系数_ D_相对应。 A. ； B. ； C. ； D. 。 二、计算题（70分） 1. 在压力为101.3kPa 、温度为30℃的操作条件下，在某填料吸收塔中用清水逆流吸收混合气中的NH3。已知入塔混合气体的流量为 220 kmol/h，其中含NH3为1.2% ( 摩尔分数)。操作条件下的平衡关系为Y =1.2X（X、Y均为摩尔比），空塔气速为1.25m/s；气相总体积吸收系数为0.06 kmol / (m3·s)；水的用量为最小用量的1. 5倍；要求NH3的回收率为95%。试求： （1）水的用量； （2）填料塔的直径和填料层高度。（25分） 解： （1）220

第八章 传质过程导论 第九章 气体吸收

第八章传质过程导论 第九章气体吸收 1-1 吸收过程概述与气液平衡关系 1-1 在25℃及总压为101.3kPa的条件下，氨水溶液的相平衡关系为p*=93.90x kPa。试求 (1) 100g水中溶解1g的氨时溶液上方氨气的平衡分压和溶解度系数H； (2) 相平衡常数m。 1-2 已知在20℃和101.3kPa下，测得氨在水中的溶解度数据为：溶液上方氨平衡分压为0.8kPa时，气体在液体中溶解度为1g (NH3)/1000g(H2O)。试求在此温度和压力下，亨利系数E、相平衡常数m及溶解度系数H。 1-3 在总压为101.3kPa，温度为30℃的条件下，含有15%（体积%）SO2的混合空气与含有0.2%（体积%）SO2的水溶液接触，试判断SO2的传递方向。已知操作条件下相平衡常数m=47.9。 1-2 传质机理 1-4 组分A通过厚度为的气膜扩散到催化剂表面时，立即发生化学反应：，生成的B离开催化剂表面向气相扩散。试推导稳态扩散条件下组分A、B的扩散通量及。 1-5 假定某一块地板上洒有一层厚度为1mm的水，水温为297K，欲将这层水在297K的静止空气中蒸干，试求所需时间为若干。已知气相总压为101.3kPa，空气湿含量为0.002kg/（kg 干空气），297K时水的饱和蒸汽压为22.38 kPa。假设水的蒸发扩散距离为5mm。 1-3 吸收速率 1-6 采用填料塔用清水逆流吸收混于空气中的CO2。已知25℃时CO2在水中的亨利系数为1.66×105kPa，现空气中CO2的体积分率为0.06。操作条件为25℃、506.6kPa，吸收液中CO2的组成为。试求塔底处吸收总推动力?p、?c、? X和? Y。 1-7 在101.3kPa及20℃的条件下，在填料塔中用清水逆流吸收混于空气中的甲醇蒸汽。若在操作条件下平衡关系符合亨利定律，甲醇在水中的溶解度系数H＝1.995kmol/(m3·kPa)。塔内某截面处甲醇的气相分压为6kPa，液相组成为2.5 kmol/m3，液膜吸收系数k L=2.08×10-5m/s，气相总吸收系数K G＝1.122×105 kmol/(m2·s·kPa)。求该截面处

化工原理下册(第三版-陈敏恒)习题解答

第八章气体吸收 1.解：查引忙水的P￡=4_24K：pa p=P-P3=lC1.3~4J4=97.0l5KPa 用十警=筮=歳riS 笫xg?込 解：査25兀，COa-HaO系统￡ = 1,661x1"樹加i设当地大气压为I atm SP 1.033at,且不计S剂分压n 巧=10+ 1.033= 11.033^2 =1.08^10^（绝） = 0.2+1.033= 1.23S3fi = 1.21xl0Wf^^ （绝） 对稀濬痕其比质量分率代九.金 1 0气址10今 .'.X] = 44x ---------- =47弘訂艇禺。 18 7 >Cyin7 & = 44K --------- = 1.73x10T辰Cq /炫禺0 18 爪解1邓忙时，总二4.06x1^朋玖二406x1（/脸勺 =1.38x10-^x32x10^ =4』27蛾￡ 4> 解;筋0—Cb系统，2邙C时，^1 = 0.537xW^A?Pa = 0.537xl0W（2

皆竺=竺沁竺曲"2仆计P 101.3 (q - jf) = 1.09x10'^ (y-儿)二0,00576 4UC, ^2 = 0 80x10^= 0.8x10^ % _空-更迪込"如计P lOlJ 兀-A =0.47x10"^ y-” = 0.00368 5、解：= fn^x= 50x2x10 "^= 0,01 ^-y^)j = 0.025-0.01 = 0.015 (兀7)1 = (5-2)x10 Y= 3x10^ 丁 =坷乜=50 X— = 25 P Q 2 儿=??j2；c = 25x2x10 "=50x10**

气体吸收(化工原理)习题及答案

气体吸收（化工原理）习题及答案 气液平衡 1．在常压、室温条件下，含溶质的混合气的中，溶质的体积分率为10％，求混合气体中溶质的摩尔分率和摩尔比各为多少？ 解： 当压力不太高，温度不太低时，体积分率等于分摩尔分率，即 y=0.10 根据 y -1y Y ＝，所以0.110.1-1 0.1Y =＝ 2．向盛有一定量水的鼓泡吸收器中通入纯的CO 2气体，经充分接触后，测得水中的CO 2平衡浓度为2.875×10－2kmol/m 3，鼓泡器内总压为101.3kPa ，水温30℃，溶液密度为1000 kg/m 3。试求亨利系数E 、溶解度系数H 及相平衡常数m 。 解： 查得30℃，水的kPa 2.4=s p kPa 1.972.43.101*=-=-=s A p p p 稀溶液：3kmol/m 56.5518 1000==≈S M c ρ 421017.556 .5510875.2--?=?==c c x A kPa 10876.110 17.51.9754*?=?==-x p E A )m kmol/(kPa 1096.21 .9710875.2342*??=?==--A A p c H 18543 .10110876.15 =?==p E m 3．在压力为101.3kPa ，温度30℃下，含CO 2 20％（体积分率）空气－CO 2混合气与水充分接触，试求液相中CO 2的摩尔浓度、摩尔分率及摩尔比。 解： 查得30℃下CO 2在水中的亨利系数E 为1.88×105 kPa

CO 2为难溶于水的气体，故溶液为稀溶液 kPa)kmol/(m 1096.218 1088.11000345??=??==-S S EM H ρ kPa 3.2033.10120.0* A =?==yp p 334*km ol/m 1001.63.201096.2--?=??==A A Hp c 18523 .1011088.15 =?==p E m 4-101.081852 0.20m y x ?=== 4-4--4 101.0810 1.081101.08x -1x X ?=??=－＝ 4．在压力为505kPa ，温度25℃下，含CO 220％（体积分率）空气－CO 2混合气，通入盛有1m 3水的2 m 3密闭贮槽，当混合气通入量为1 m 3 时停止进气。经长时间后，将全部水溶液移至膨胀床中，并减压至20kPa ，设CO 2 大部分放出，求能最多获得CO 2多少kg ？。 解： 设操作温度为25℃，CO 2 在水中的平衡关系服从亨利定律，亨利系数E 为1.66×105kPa 。 解： Ex p =*A （1） x p 5*A 1066.1?= 气相失去的CO 2摩尔数＝液相获得的CO 2摩尔数 x cV RT V p p L G =-)(*A A x p ??=??-?118 1000298314.81)5052.0(*A x p 56.551004.44080.0*A 4=?-- （2） （1）与（2）解得：4103.33-?=x 减压后： 830020 1066.15 =?==p E m

噶米第八章气体吸收习题集

第8章气体吸收 —. 填空题 1.亨利定律表达式p e=Ex, 若某气体在水中的亨利系数E很小, 说明气体为 _______ 气体. 2.在吸收过程中, K y、k y是以___________和____________为推动力的吸收系数. 3.若总吸收系数和吸收分系数间的关系可表示为: 1/K G=1/k G+H/k L, 其中1/k g表 示_______________, 当__________项忽略的, 表示该吸收过程为气膜控制. 4.双膜理论的要点是____________________, ____________________________, _________________________, _______________________________________. 5.吸收塔的操作线方程和操作线是通过___________________________得到的, 它们与______________, ___________________等无关. 6.在气体流量及气相进出口组成和液相进口组成不变时, 减少吸收剂用量, 则 传质推动力____________, 操作线将_______________. 7.压力_________, 温度_________, 将有利于解吸的进行. 吸收因数A表示___ 与_______之比. 8.当代表体系组成的点A中落在气液平衡曲线____________________时, 说明 溶质组份在气相的分压___________平衡分压, 溶质组分由______________________相转入_____________相, 这种过程称为吸收. 二. 选择题 1. 在双组分理想气体混合物中, 组分A的扩散系数是( ). A.组分A的物性参数 B.组分B的物性参数 C.系统的物性参数 D.仅取决于系统的状态 2. 在吸收操作中, 吸收塔某一截面上的总推动力(以气相组成表示)为( ). A.Y-Y e B.Y e-Y C.Y i-Y D.Y-Y i 3. 含低浓度溶质的气液平衡系统中, 溶质在气相中的摩尔组成与其在液相中的摩尔组成的差值为( ). A.负值 B.正值 C.零 D.不确定 4. 某吸收过程, 己知气膜吸收系数k y=2kmol/m2h, 液膜传质系数为k x=4kmol/m2h, 由此可判断该过程为( ). A.气膜控制 B.液膜控制 C.不能确定 D.双膜控制 5. 在逆流操作的填料塔中, 当吸收因数A小于1时, 且填料层为无限高时, 则气

化工原理-气体吸收作业(含答案)

气体吸收 1.向盛有一定量水的鼓泡吸收器中通入纯的CO 2气体，经充分接触后，测得水中的CO 2平衡浓度为 2.875×10－2 kmol/m 3 ，鼓泡器内总压为101.3kPa ，水温30℃，溶液密度为1000 kg/m 3 。试求亨利系数E 、溶解度系数H 及相平衡常数m 。 解： 查得u30℃，水的kPa 2.4=s p kPa 1.972.43.101*=-=-=s A p p p 稀溶液：3kmol/m 56.5518 1000 == ≈ S M c ρ 42 1017.556 .5510875.2--?=?==c c x A kPa 10876.110 17.51.975 4*?=?==-x p E A )m kmol/(kPa 1096.21 .9710875.2342 *??=?== --A A p c H 18543 .10110876.15 =?= =p E m 2．在总压101.3kPa ，温度30℃的条件下, SO 2摩尔分率为0.3的混合气体与SO 2摩尔分率为0.01的水 溶液相接触，试问： （1） 从液相分析SO 2的传质方向； （2） 从气相分析，其他条件不变，温度降到0℃时SO 2的传质方向； （3） 其他条件不变，从气相分析，总压提高到202.6kPa 时SO 2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。 解：(1)查得在总压101.3kPa ，温度30℃条件下SO 2在水中的亨利系数E =4850kPa 所以 == p E m =3 .1014850 47.88 从液相分析 00627.088 .473.0*=== m y x < x =0.01 故SO 2必然从液相转移到气相，进行解吸过程。

化工分离第四章教案

第四章气体吸收 主要教学目标：通过本章的学习，使学生掌握吸收、解吸过程的基本原理、流程及其简捷计算。 教学方法及教学手段：采用板书和教学课件及多媒体课件相结合，课堂上师生互动，采用启发式和提问式的教学方式，并且课堂上学习的表现记入学生的平时成绩。 教学重点及难点：吸收过程的流程特点；吸收过程设计变量和关键组分；吸收因子、平均吸收因子、吸收率的含义；多组分吸收的简捷计算法。 第一节多组分吸收和解吸过程分析 吸收是化工生产中分离气体混合物的重要方法之一，在化工生产中，无论是原料的精制或产品的分离，常常需要从气体混合物中分出一种或若干种组分，因而吸收的应用十分广泛。吸收在化工原理中曾接触这个概念，现在不是旧曲重弹，而是赋予新的内容，在原来的基础上更进一步的研究，由原来的单组分吸收，扩展到现在的多组分吸收。 1、吸收和解吸 吸收是利用液体处理气体混合物，根据气体混合物中各组分在液体中溶解度的不同，而达到分离目的传质过程。 吸收是一个分离过程，且分离的是气体混合物，分离的介质是某一种液体溶剂称之为吸收剂，被吸收的气体混合物称为溶质。 当吸收过程用于中间产物分离时，离开吸收塔的吸收液需进行解吸操作，其作用是将溶质从吸收液中驱赶出来，并使吸收剂获得再生，所以解吸是吸收的逆过程。 2、工业生产中的吸收过程 ①净化或精制气体 为除去原料气中所含的杂质，吸收是最常用的方法。如用乙醇胺液脱出石油裂解气或天然气中的硫化氢，乙烯直接氧化制环氧乙烷生产中原料气的脱硫、脱卤化物，合成甲烷工业中的脱硫、脱，二氯乙烷生产过程中用水去除氯化氢等。 CO 2 ②分离气体混合物 以上的组分与甲烷、氢用以得到目的产物或回收其中一些组分，如石油裂解气的油吸收，将C 2 分开；用N－甲基吡咯烷酮作溶剂，将天然气部分氧化所得裂解气中的乙炔分离出来；焦炉气的油吸收以回收苯以及乙烯直接氧化制环氧乙烷生产中用吸收法分离反应气体中的环氧乙烷等。 ③将最终气态产品制成溶液或中间产品 将气体中需用的组分以指定的溶剂吸收出来，成为液态的产品或半成品，如用水吸收氯化氢气

化工原理气体吸收题目

一．考察传质的推动力（较易） 1在一吸收塔内，用含苯为0.5%（摩尔分数，下同）的再生循环洗油逆流吸收煤气中的苯。进塔煤气中含苯2.5%，要求出塔煤气中含苯不超过0.1%，已知气液平衡方程为x y 065.0*=。试计算： （1）塔顶处的推动力△y 2和△x 2； （2）塔顶排出煤气中苯的含量最低可降到多少； （3）塔低排出洗油中苯的含量最高可达到多少。 解：（1）△y 2=y 2-y *2=y 2-mx 2 =0.001-0.065?0.005=0.000675 △x 2=222*2x m y x x -=- =0104.0005.0065.0001.0=- （2）22*min ,2mx y y == =000325.0005.0065.0=? （3）m y x x 1*1max ,1== =385.0065 .0025.0= 二．亨利定律等的应用（较易） 2.在温度为40 ℃、压力为101.3 kPa 的条件下，测得溶液上方氨的平衡分压为15.0 kPa 时，氨在水中的溶解度为76.6 g (NH 3)/1 000 g(H 2O)。试求在此温度和压力下的亨利系数E 、相平衡常数m 及溶解度系数H 。 解：水溶液中氨的摩尔分数为 76.6 170.07576.610001718 x ==+ 由 *p E x = 亨利系数为 *15.0k P a 200.00.075 p E x ===kPa 相平衡常数为 t 200.0 1.974101.3 E m p === 由于氨水的浓度较低，溶液的密度可按纯水的密度计算。40 ℃时水的密度为

992.2ρ=kg/m 3 溶解度系数为 k P a )k m o l /(m 276.0k P a )k m o l /(m 18 0.2002.99233S ?=??==EM H ρ 三吸收系数的综合应用（中等难度） 3. 在某填料塔中用清水逆流吸收混于空气中的甲醇蒸汽。操作压力为105.0 kPa ，操作温度为25 ℃。在操作条件下平衡关系符合亨利定律，甲醇在水中的溶解度系数为2.126 kmol/(m 3·kPa)。测得塔内某截面处甲醇的气相分压为7.5 kPa ，液相组成为2.85 kmol/m 3，液膜吸收系数k L =2.12×10-5 m/s ，气相总吸收系数K G ＝1.206×10-5 kmol/(m 2·s ·kPa)。求该截面处（1）膜吸收系数k G 、k x 及k y ；（2）总吸收系数K L 、K X 及K Y ；（3）吸收速率。 解：(1) 以纯水的密度代替稀甲醇水溶液的密度，25 ℃时水的密度为 0.997=ρkg/m 3 溶液的总浓度为 3t 997.0kmol/m 55.3918 c ==kmol/m 3 5232x t L 55.39 2.1210k m o l /(m s ) 1.17410k m o l /(m s ) k c k --=???=??＝ 255G G L 11111()(m s kPa)/ kmol 1.20610 2.126 2.1210k K Hk --=-=-????? 426.07310(m s kPa)/ kmol =??? 52G 1.64710kmol (m s kPa)k -=??? 5232y t G 105.0 1.64710k mo l /(m s ) 1.72910k mo l /(m s )k p k --==???=?? （2）由65 G L 10673.5m/s 126 .210206.1--?=?==H K K m/s 248.018 0.105126.20.997S =??==M Hp m 总ρ 22233y y x 1110.248()(m s)/kmol 7.89610(m s)/kmol 1.72910 1.17410 m K k k --=+=+?=???? 32y 1.26610kmol (m s)K -=?? 3242x y 0.248 1.26610kmol/(m s) 3.14010kmol/(m s)K mK --==???=?? 因溶质组成很低，故有 6242X t L 55.39 5.67310kmol/(m s) 3.14210kmol/(m s)K c K --≈=???=?? 5232Y t G 105.0 1.20610k m o l /(m s ) 1.26610k m o l /(m s )K p K --≈=???=?? （3）吸收速率为

第六章 吸收

第六章 吸收 一．填空 1.吸收操作用于分离 混合物，其依据是 。 2.在常压下，20℃时氨在空气中的分压为50mmHg ，此时氨在混合气体中的摩尔分数y= ， 摩尔比Y= 。 3.吸收中，温度不变，压力增大，可使相平衡常数 ，传质推动力 。（增大、减小、不变） 4.在吸收塔内用清水吸收空气中的氨气，若提高混合气体的流量，则气相吸收总系数将 。 5.双膜理论认为，吸收阻力主要集中于界面两侧的 和 之中。 6.易溶气体溶液上方的分压 ，难溶气体溶液上方的分压 。 7.亨利定律的表达式Ex p =* ，若某气体在水中的亨利系数E 值很大，说明该气体为____气体。 8.对接近常压的低溶质浓度的气液平衡系统，当总压增大时，亨利系数E ______，相平衡常数m ，溶解度系数H 。 （增大、减小或不变） 9.压力 ,温度 ,将有利于解吸的进行。 10.由于吸收过程中，气相中的溶质组分分压总是______溶质的平衡分压，因此吸收操作线总是在平衡线的________。 11.溶解度很大气体，吸收时属于 控制，强化吸收的手段是 。 12.若总吸收系数和分吸收系数间的关系可表示为 G L L k H k K +=11，其中L k 1表示 ， 当______项可忽略时，表示该吸收过程为液膜控制。 13.某低浓度气体吸收过程，已知相平衡常数m=1，气膜和液膜体积吸收系数分别为k y a=2×10-4 kmol/m 3 .s, k x a =0.4 kmol/m 3 .s, 则该吸收过程中气膜阻力占总阻力的百分数为 ；该气体为 溶气体。 14.在吸收塔某处，气相主体浓度y=0.025，液相主体浓度x=0.01，气相传质分系数k y =2kmol/m 2 ·h ，气相传质总K y =1.5kmol/m 2 ·h ，则该处气液界面上气相浓度y i 应为?? ???。平衡关系y=0.5x 。 15.吸收操作中增加吸收剂用量，操作线的斜率 ，吸收推动力 。 16.当吸收剂用量为最小用量时，完成一定的吸收任务所需填料层高度将为 。 17.气体吸收计算中，表示设备（填料）效能高低的一个量是 ，而表示传质 任务难易程度的一个量是 。 18.在填料塔中用清水吸收混合气中HCl ，当水量减少时气相总传质单元数N OG 。 19.对一定操作条件下的填料吸收塔，如将填料塔层增高一些，则塔的H OG 将 ，N OG 将 。（增加，减少，不变） 20.逆流操作的吸收塔，当吸收因素A<1且填料为无穷高时，气液两相将在 达到平衡。 21．在填料塔中用清水吸收混合气体中的氨，当水量增大时，气相总传质单元数N OG 将_______（增加，减少或不变）。 二．选择 1.根据双膜理论，当被吸收组分在液相中溶解度很小时，以液相浓度表示的总传质系数 。 A 大于液相传质分系数 B 近似等于液相传质分系数 C 小于气相传质分系数 D 近似等于气相传质分系数 2.在化工生产中，要提高吸收效果，可以设法提高气相总体积传质系数K y a,必须采取（ ） A.降低气膜和液膜的厚度 B 增加气膜和液膜的厚度 C 降低流体流动速度 3.下列说法错误的是：__________ A.溶解度系数H 值很大，为易溶气体 B.相平衡常数m 值很大，为难溶气体 C.亨利系数E 值很大，为易溶气体 D.亨利系数E 值很大，为难溶气体 4.最大吸收率ηmax 与 无关。 A.液气比 B.液体入塔浓度X 2 C.相平衡常数m D.吸收塔型式 5.已知SO 2水溶液在三种温度t 1、t 2、t 3下的亨利系数分别为E 1=0.0035atm 、E 2=0.011atm 、E 3=0.00625atm ，则 。 A t 1t 2 C t 1>t 2 D t 3