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。
④废气治理
很多工业废气中含2SO 、x NO （主要是NO 及2NO ），汞蒸汽等有害成分，虽然浓度一般很低，但对人体和环境的危害甚大，而必须进行治理，这类环境保护问题在我国已愈来愈受重视。选择适当的工艺和溶剂进行吸收，是废气处理中应用较广的方法。
3、吸收过程的分类
由于处理的气体混合物的性质不同，所采用的设备不同，吸收可分为许多类，根据讨论问题的方法和着眼点不同，吸收过程可以有许多分类方法：
①按组分的相对溶解度的大小
⑴单组分吸收
气体吸收过程中只有一个组分在吸收剂中具有显著的溶解度，其它组分的溶解度均小到可以忽略不计，如制氢工业中，将空气进行深冷分离前，用碱液脱出其中的二氧化碳以净化空气，这时仅2CO 在碱液中具有显著的溶解度，而空气中的氮、氧、氩等气体的溶解度均可忽略。
⑵多组分吸收
气体混合物中具有显著溶解度的组分不止一个，如用油吸收法分离石油裂解气，除氩以外，其它组分都程度不同的从气相溶到吸收剂中。
②吸收过程有无化学反应
⑴物理吸收
所溶组分与吸收剂不起化学反应，如VCM 生产中的水洗塔。
⑵化学吸收
所溶组分与吸收剂起化学反应，如VCM 生产中的碱洗塔。
③吸收过程温度变化是否显著
⑴等温吸收
气体吸收相当于由气态变液态，所以会产生近于冷凝热的溶解热，在吸收过程中，有溶解热+反应热，其量往往较大，故温度总有上升，所以没有绝对的等温，只有当溶剂用量相对大，温升不明显。
⑵非等温吸收
吸收过程温度变化明显。
④按吸收量的多少
⑴贫气吸收
吸收量不大，对吸收塔内的吸收剂和气体量影响不大。
⑵富气吸收
吸收量大的情况。
⑤按汽液两相接触方式和采用的设备形式
⑴喷淋吸收
填料塔或空塔：气、液两相都连续。
淋降板塔：气相连续，液相分散。
⑵鼓泡吸收
鼓泡塔或泡罩塔：使气相分离在液相中，即液相保持为连续相，气相分离为小气泡通过液层。
⑶降膜吸收
降膜式吸收器，使气、液两相均连续，用于吸收热效应大的情况，吸收剂顺着管壁形成一层液膜，由于重力作用而往下流动，原料气以一定的流率逆流向上，两相在管壁中进行传质过程，产生的吸收热通过管壁传给冷凝剂，不断被冷凝剂带走。
每一具体的吸收过程以采用哪一种分类方法为宜，完全视何种分类方法能较准确的反映出该具体过程的特点来衡量，如采用油吸收法分离石油气，在进行吸收计算时，应突出说明它是多组分吸收，在计算进行过程中，应考虑到它是一个非等温吸收，在比较采用何种设备时，应考虑到使用鼓泡吸收还是喷淋吸收或其它等。
4、吸收过程的特点
①原理不同。
吸收是根据各组分溶解度不同进行分离的。
精馏利用组分间相对挥发度不同使组分分离。
②塔式不同。
精馏有简单塔和复杂塔。
最简单的吸收为精馏中的复杂精馏，即两股进料，两股出料。被分离的气体混合物均是从吸收塔的下部进入，在塔内自下而上的运动过程中与从塔顶喷淋下来的液体吸收剂中去，溶解度较低的气体（亦称为惰性气体）不被吸收而从吸收塔顶部排出，吸收剂从塔顶喷入后，在与气体混合物的接触过程中不断吸收易溶解的组分，最后吸收剂与被吸收的易溶组分一起从吸收塔底排出。
③传质形式不同。
吸收是单向传质，精馏是双向传质。
在精馏操作中，汽液两相接触，汽相中的较重组分向液相中传质（冷凝），液相中的较轻组分向汽相中传质（汽化），所以传质过程是在两相中交替进行。当轻、重组分的分子汽化潜热相近时，塔内可以近似看作恒摩尔流，而不至于引起太大的误差。而对于吸收系统，一般吸收剂是不易挥发的液体，气相中的某些组分不断溶解
到不易挥发的吸收剂中，属于单向传质。在吸收过程中，气相的量是不断减少，而液相的量在不断的增加，除非是贫气吸收，气液相流量在塔内不能视为常数，不能用恒摩尔流的假设，从而就增加了吸收计算的复杂性。
④温度范围、变化不同。
在精馏过程中沸点范围相对窄，而多组分吸收中，各溶质组分的沸点范围很宽，有的在操作条件下已接近或超过其临界状态（不能冷凝），所以多组分吸收不能视为理想系统来处理。
在精馏过程中，由于气化潜热与冷凝潜热相互利用，在整个塔内的温度变化范围不是很大，而且从塔顶向下，温度逐渐升高。每块板上由于组成改变而引起的温度变化，可用泡露点方程定出。而吸收过程由于气相中易溶组分溶解到溶剂中，会放出溶解热，这一热效应会使液相和气相的温度都升高，而温度升高又将影响到溶解的量，而溶解量又与溶质的溶解量有关系，因而气相中各组分沿塔高的溶解量分布不均衡，这就导致了溶解热的大小以至吸收温度变化是不均匀的，所以不能用精馏中常用的泡露点方程来确定吸收塔中温度沿塔高的分布，通常要采用热量衡算来确定温度的分布。
⑤物料的预分布不同。
精馏可按清晰分割和不清晰分割进行物料的预分布。
由于吸收每端既有进料，又有出料。所以吸收塔的端点条件，即吸收液和尾气的组成温度，比常规的多组分精馏更难分配。
⑥精馏有两个关键组分，吸收只有一个关键组分。
在精馏中，有轻、重两个关键组分，这两个关键组分由分离要求来确定。这主要是精馏是在两相传质。而对吸收而言，因为各个组分在同一塔内进行吸收，所有
L，但是它们各自的溶解度不组分面临的客观条件都一样，p
T,、塔板数、塔高、V
同，所以吸收量不同，吸收量的多少由各自的平衡常数决定，而且相互之间存在一定的关系，所以不能对所有的组分规定分离要求，而只能指定某一个组分的分离要求，根据对此组分的分离要求计算出所需的理论板数，然后再根据此理论板数计算出其它组分的分离程度。这个首先被指定的组分通常是选取在吸收操作中起关键作用的组分，也就是必须控制其分离要求的组分，称之为关键组分。吸收只有一个关键组分，是因为吸收是单向传质的缘故。
⑦组分分布不同
精馏过程，关键组分的浓度分布有极大值，非关键组分在进料板上下形成几乎
恒浓的区域。吸收过程，不同组分和不同塔段的吸收程度是不同的，轻组分（即难溶组分）一般只在靠近塔顶的几级被吸收，而在其余级上变化很小。重组分（易溶组分）主要在塔底附近的若干级上被吸收，而关键组分才在全塔范围内被吸收。
§4-2吸收和解吸过程流程(Absorbing and Desorbing Process)
吸收剂与被吸收的易溶组分一起从吸收塔底排出后一般要把吸收剂与易溶组分分离开，即解吸过程，解吸过程一般可采用的方法有：加热升温；减压闪蒸；精馏解吸。分离后易溶组分单独作为一种气体产品送出，而吸收剂则再送回吸收塔内循环使用。
一、单纯吸收工艺流程。
二、吸收—解吸法
该法用于气体混合物通过吸收方法将其分离为惰性气体和易溶气体两部分的情况。解吸的常用方法是使溶液升温，以减小气体溶质的溶解度，所以在解吸塔底部没有加热器，可用直接蒸汽和再沸器的形式，通过加热器提供热量使易溶组分蒸出并从解吸塔顶排出，解吸塔底的吸收剂经冷却再送往吸收塔循环使用。解吸塔也可采用精馏塔，可起到提高蒸出溶质的纯度和回收吸收剂的作用。
三、吸收蒸出塔
当吸收尾气中某些组分在吸收剂中有一定的溶解度，为保证关键组分的纯度采用吸收蒸出塔，即将吸收塔与精馏塔的提馏段组合在一起，原料气从塔中部进入，进料口上面为吸收段，下部为蒸出段，当吸收液（含有关键组分和其它组分的溶质）与塔釜再沸器蒸发上来的温度较高的蒸汽相接触，使其它组分从吸收液中蒸出，塔釜的吸收液部分从再沸器中加热蒸发以提供蒸出段必须的热量，大部分则进入蒸出塔内部使易溶组分与吸收剂分离开，吸收剂经冷却后再送入吸收塔循环使用。
一般只适用关键组分为重组分的场合。
§4-3多组分吸收和解吸过程简捷计算
4.3 Short-cut Calculation method about multicomponent absorbing and desorbing process
一、吸收过程工艺计算的基本概念
1、吸收、解吸作用发生的条件
根据相平衡的概念，可判断气液接触时吸收和解吸的条
件。
吸收：溶质由气相溶于液相 *i i p p >，*i i y y >
解吸：溶质由液相转入气相 *i i p p <，*i i y y <
2、吸收过程的限度
进料气体混合物中易溶组分i 的组成为i F y ,，出塔吸收液中i 组分含量为i N x ,，显然：i i N K y ,1+≥i N x ,。
从塔顶加入的吸收剂中i 组分含量为i x ,0，离开塔顶气相中i 组分的含量为i y ,1，显然：i y ,1≥i i x K ,0。
由此规定了设计吸收塔的限度，i x ,0是解吸过程分离后吸收剂中i 组分的含量，它与i y ,1由密切的关系，在设计时要将吸收和解吸一起考虑。一般按照规定的分离要求先确定吸收塔的气体组成，根据已知选定的出塔气体组成再考虑气液相平衡数据
来确定吸收剂在解吸后易溶组分的含量。
3、吸收过程的理论板
吸收过程吸收液沿塔逐板下流时，易溶组分的含量不断升高，气体混合物在沿塔高上升过程中易溶组分的含量不断降低。在吸收过程中为了计算方便起见，像精馏过程一样引入了理论板的概念。
在每一块理论板上，气液两相充分接触，离开n 板的气体混合物与离开n 板的吸收液达到相平衡，即i i i x K y =。溶解量的多少由每个组分的平衡常数来决定，未被吸收的气体（干气或惰性气体）由塔顶排出，摩尔流率为V ，而吸收了溶质的吸收剂即吸收液以N L 的流率从塔釜排出，每板上的气相流率，液相流率都在变化。
4、计算内容
已知：p T x T y V N N N ,,,,,00111+++和关键组分的分离要求。
求：N L x L y V N N ,,,,,011。
详细计算为n n n V L T ,,。
吸收塔板数的计算也是先求出完成预定分离要求所需的理论板数，然后再由板效率确定实际的吸收塔板数。
二、吸收因子（吸收因素）
吸收因子是综合考虑了塔内气液两相流率和平衡关系的一个无因次数群。
i 组分的吸收因子 i
i VK L A = 1、不同组分平衡常数不同，则吸收因子A 不同，吸收因子对某个组分而言。 2、A 值的大小可以说明在某一具体的吸收塔中过程进行的难易程度，V L 值大，相平衡常数K 小都有利于组分从气相转入液相，利于吸收，即A 值大，达到同样的分离要求所需的理论板数就少，反之，所需的理论板数就多，如果板数固定，则A 值大的吸收得好，A 值小的就差。
3、吸收因子不仅是组分本身的特性，而与操作条件有关。
T ↓→i k ↓→i A ↑， p ↑→i K ↓→i A ↑
(E K i ∝，E ：亨利系数，T ↑，E ↑，溶解度↓)
4、对解吸过程，相应有一个解吸因子，以S 表示，因为解吸是吸收的逆过程，所以吸收因子的倒数即为解吸因子。
L KV A
S ==1 四、吸收因子法的基本方程
对于多组分混合物的吸引，虽然采用了选择性较好的吸收剂，但就吸收目的组分的同时，总是程度不同地吸收了一些其它的组分。因此针对每个组分可通过A 值，再借助于相平衡，物料衡算式，热量平衡的逐板关联来确定吸收它的端点条件和流率分布，从而对吸收塔进行具体的计算。
1、相平衡关系方程
根据理论板的概念，任一组分离开塔板n 的气液两相组成达到平衡。
i n i n i n x K y ,,,?=， 或n n n x K y ?=
如果用l v ,表示任一组分的气相和液相流率，而l v ,分别为离开同一板的气相和液相流率。 则n n n n n L l K V v =；n n n n
n n n v A v K V L l ==∴ 或Av l =
看到A 时，应该时刻想到A 值是因组分而异的，每一组分有各自的A 值，切勿粗心大意，造成差错。
同理：l S v ?=
S 也因组分而异，每一组分都有各自的S 值。
2、物料平衡方程
对i 组分作全塔物料平衡：N N N N x L y V x L y V +=+++110011
用小写字母表示i 组分的量：N N l v l v +=++101
N N N A v v l v +=++101；N N N A v l v v 101-+=
∴+
对n 板i 组分作物料衡算：11-++=+n n n n l v l v
111--++=+n n n n n n v A v v A v ； 1
111++=∴--+n n n n n A v A v v n v 表示第n 板上升气相中i 组分的摩尔量。
1
1110210021++=++==A l v A v A v v n
1
11221021321132++++=++==A A l v A v A v A v v n ； 1)1(22101312++++=∴A A A l A v A v 1
1)1(1332210
1312432243++++++=++==A A A A l A v A A v A v A v v n 1
)1(33232102142213++++++=∴A A A A A A l A A v A A A v ……………
1
)1(2101211112121+++++++++==-+---N N N N N N N N N A A A A A l A A A v A A A A A A v N n ┉┉┉┉┉┉┉ ???? ??++++++++-+++++++=-∴+++1112132102121111N N N N N N N N N N N N N N N A A A A A A A A A A v l A A A A A A A A A A v v v ┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉ ——吸收因子法的基本方程，称为哈顿—富兰格林方程
讨论： ⑴式的左端，i N N i i v v v α===-++吸收率组分加入量
组分被吸收掉的量111 ⑵式的右端，包括了各塔板数的相平衡常数，液气比和塔板数，也就是说Horton —Franklin 方程关联了吸收率、吸收因子和理论板数。 ()N A f i n i ,,=α
⑶在推导上式时，没作任何简化，但要求出通过吸收塔后任一组分被吸收量较困难，
因为每块板上的A 值视该板的V L 比值以及相平衡常数K 而定，然而V
L 比值和K 又因吸收量的大小而异，可是求吸收量又要用到A ，这几个因素相互联系，又相互牵制，显然必须用试差法求解，步骤：
1）设：各板的温度（N T T T ┉,,21）??→?相平衡各板上各组分i K
各板上的气相流率（N V V ┉,1）???→?物料衡算各板上的液相流率n L
由n n i L V K ,,得i n A ,
2）由i n A ,求i n v ,
3）校核：∑=n i n V v ,；热量衡算→各板温度n T →'n n T T -≤ε
如果不符，则要重新设值再进行计算，显然这样的计算是非常繁复的，特别是第一次假设，数值很难确定，然而对试差法来说这初值假设数字是非常重要的，假设合理。试差次数可减少，因此在作精确计算之前，需近似估计一下，这时速度是重要的，而精度则在其次，在这种思想指导下，出现了一些简捷计算法，各种方法的主要区别在于对吸收因子的简化不同。
四、平均吸收因子法（Kremser —Brown 克雷姆塞尔—布朗）
1、基本思想。
该法假设各板的吸收因子是相同的，即采用全塔平均的吸收因子来代替各板的吸收因子，有的采用塔顶和塔底条件下液气比的平均值，也有的采用塔顶吸收剂流率和进料气流率来求液气比，并根据塔的平均温度作为计算相平衡常数的温度来计算吸收因子。因为该法只有在塔内液气比变化不大，也就是溶解量甚小，而气液相流率可以视为定值的情况下才不至于带来大的误差，所以该法用于贫气吸收计算有相当的准确性。
2、吸收因子方程。
假设全塔各段的A 值均相等的前提下，Horton —Franklin 方程变为：
???
? ??+++++++-+++++++=---+--++11111011111A A A A A A Av l A A A A A A v v v N N N N N N N N N N N ┉┉┉┉ 由等比数列前n 项和的公式：
10102000--=n n n q a a q a q a q a a 。 通项：，┉，，，
q
q a S n
n --=110 A
A A A Av l A A A A v v v N N N N N N N -----------=-∴+++++++111111111111
101
1111 11111011-----=+++++N N N N N A A A Av l A A A ???? ?
?--???? ??-=+++111110N N N A A A Av l ∵ 00Av l =，代入上式整理为
1110111--=--=++++N N N N i A A A v v v v ? 克雷姆塞尔方程
讨论：
⑴0v 式与吸收剂或平衡的气相中i 组分的量，当出口气体中i 组分与入口吸收剂成平衡时，则 i 组分达到最大吸收量（由相平衡关系计算）。
i i i ?===∴相对吸收量的量
组分最大可能被吸收掉组分被吸收掉的量 方程的左端 i ?或i α均表示吸收强度。
⑵当吸收剂本身不挥发，且不含溶质时，则00=l ，即00=v 。
i N N i v v v ?α=-=++1
11 且0≤i α≤1 ⑶根据克雷姆塞尔方程，可知()N A f i ,=α。在该方程中只要知道了其中任意两个量就可以求的第三个量。
1lg 1lg -???? ??--=A
A N ??
⑷对解吸塔，可利用类似的方法推导出：
01101111C S S S l l l l N N N N =--=--++++ 相对蒸出率
⑸为了使用方便，克雷穆塞尔等将上列方程绘制成曲线，称为吸收因子图或克雷姆塞尔图。利用这一图线，当规定了组分的吸收率以及吸收温度和液气比等操作条件时，可以查得所需的理论板数，或者规定了吸收率和理论板数，可求得吸收因子和液气比。P161.图5-9，图的横坐标：吸收因子A 或解吸因子S ，纵坐标为相对吸收率和蒸出率，以板数作为参变量，不同的曲线代表不同的板数。
1）当∞=N 时，由图可知：0≤A ≤1时，A =α（对角线上∞=N ）；A ＞1时，1=α
由克雷姆塞尔方程也可以求得：
A A A A A N N N i N =--=--=++∞→∞→1
1lim lim 11α 0≤A ≤1 11lim lim 11=∞
∞=--=++∞→∞→罗必塔法则N N N i N A A A α A ＞1 在精馏时，我们知道当∞=N 时，所对应的回流比为最小回流比m R ，在吸收中也同样。当∞=N 时，V L 为最小液气比()min V L ，而吸收因子与V L 有关，则当∞=N 时得吸收因子α=min A 。
2）当N 一定时，则A ↑，即VK
L A =中V L ↑，↑α，则吸收效果越好，但i A 超过2时，i α增加缓慢，再考虑经济因素（如吸收剂的回收）。一般()min )2~1.1(V L V L
=。 3）当A 一定时，即V L 一定时，则N ↑? α↑，即随着板数的增加，吸收率增加，但增加的越来越慢，特别是N 超过10块以后，也就是说在实际生产中，仅靠提高N 来提高α是不科学的，还要考虑其它因素。
3、计算步骤：
已知：关?,,,,,011x T P y V N N ++；求：i N N i x L L y V N ,0,11,,,,,
⑴确定关键组分的吸收率。
在多组分精馏塔设计计算时，根据分离要求确定轻重关键组分，其它组分在塔
顶、塔釜的分配是根据轻重关键组分在塔顶、塔釜的分配以及各组分的相对挥发度而决定的。
在多组分吸收过程中，设计吸收塔时，只能确定一个对分离起关键作用的组分，由关键组分的分离要求，求吸收分率关?，而其它组分的吸收分率就随之被确定。
⑵由关?求N ：
1）由关?确定()min V L 。
∵∞=N ，关关关?=???? ????? ??=K V L A 1min min ；()关关K V L ?=∴?min
关K 由全塔的平均温度、压力确定。
2）实际()min )2~2.1(V L V L =；关关VK L A =
3）由关关，?A 查图或用公式计算N 。
由克雷姆塞尔图横轴上的关A 引一垂线和引自纵轴上的关?值水平相交，交点即
为所求的N 。 或1lg 1
lg
---=A A N ??
⑶其它组分吸收率的确定
∵各组分在同一塔内吸收，∴非关键组分具有相同的理论板数和液气比。
i i i K K K V L K V L A A 关关
关=??=11； 或i i i VK L K K A A ==关关 i i K A ,为其它任意组分的吸收因子及相平衡常数，
在图上由某一组分的i A 引垂线与板数N 相交，交点的纵坐标便是i ?。
或111--=++N i i
N i i A A A ?
⑷求尾气的组成及量。
当0,0=i l 时， i N i
i N i i v v v ,1,1,1++-==α?
∴()i N i i N i i N i v v v v ,1,1,1,11+++-=-=αα；∑=i v V ,11；1,1,1V v y i i =
⑸吸收液的量及组成以及应加入的吸收剂量
∵)(110V V L L N N -+=+
（A ） ∴N
N N L l v v x 011+-=+ 气体的平均流率 ()1121V V V N +=+均；()()均均均V V L L L L N =+=021 （B ）
1
1)()(ln )()()(V L V L V L V L V L N N -=均 求解思路：N N A A x L L L V →?→????→?→0B 联立代均均
P163例5-2。
五、平均有效吸收因子法
1、平均有效吸收因子
埃迪密斯特提出，以某一不变的A 值代替N A A A ,,,21┈，而使最终计算出来的吸收率保持相同， 这一A 值称为有效吸收因子e A ， ()5.002511-++=A A A N e
对解吸 ()5.025.011-++=S S S N e
Edmister 的假设，是考虑在一吸收塔中，吸收过程主要是由塔顶一块和塔釜一块理论板完成，因此计算有效吸收因子时也只着眼于塔顶和塔釜两块板，这一设想与
马多克斯（Maddox ）通过一些多组分轻烃吸收过程逐板计算结果的研究得出吸收过程主要是吸收塔的顶、釜两块理论板完成的结果一致，显然对于一个只有两块板的吸收塔而言，总吸收量的100%将在塔顶釜这两块板完成，而对具有三块板的吸收塔，则塔顶釜两块板约完成中吸收量的88%，当具有四块以上理论板时，顶釜两块板约完成总吸收量的80%，正由于这一原因，通常吸收塔的理论板数不需要很多。因为增加塔板并不能显著改善吸收效果，相反却使设备费用和操作费用大幅度上升，要提高吸收率，比较有效的方法时增加压力和降低吸收温度。
2、计算步骤：
⑴用平均吸收因子法计算1V 和N L 。
⑵假设1T ，由热量衡算确定N T 。
Q H V h L H V h L N N N N ++=+++111100
⑶由经验式估算1L 和N V 。
N N n n v v v v 1111???? ??=++；N n N N N n V V V V -+++???? ??=1111
N n N N N n V V V V -+++=1111)(；101V L V L n n -+=+
对解吸塔 n n N N l l l l 110+=??? ??
⑷计算每一组分的N A A ,1，e A 。
⑸由图5-9确定各组分的吸收率。
⑹作物料衡算，再计算1V 和N L ，并用热量衡算核算N T ，若结果相差较大，需重新设1T ，直到相符为止。
P168例5-3。
7.4气体问题的综合分析 考情分析 五年考情分析 考查内容 2009年 2010年 2011年 2012年 2013年 题号 分值 题号 分值 题号 分值 题号 分值 题号 分值 玻璃管 9 21 17 10 3 31 12 29 7 活塞 30 10 动态分析 15 8 31 12 温度计的设计 直击高考 （上海2013高考30）如图，柱形容器内用不漏气的轻质绝热活塞封闭一定量的理想气体，容器外包裹保温材料。开始时活塞至容器底部的高度为H1，容器内气体温度与外界温度相等。在活塞上逐步加上多个砝码后，活塞下降到距容器底部H2处，气体温度升高了△T ；然后取走容器外的保温材料， 活塞位置继续下降，最后静止于距容器底部H3处：已知大气压强为p0。求：气体最后的压强与温度． （上海2013高考29）利用如图装置可测量大气压强和容器的容积。步骤如下： ①将倒U 形玻璃管A 的一端通过橡胶软管与直玻璃管B 连接，并注入适量的水，另一端插入橡皮塞，然后塞住烧瓶口，并在A 上标注此时水面的位置K ；再将一活塞置于10ml 位置的针筒插入烧瓶，使活塞缓慢推移至0刻度位置；上下移动B ，保持A 中的水面位于K 处，测得此时水面的高度差为17.1cm 。 ②拔出橡皮塞，将针筒活塞置于0ml 位置，使烧瓶与大气相通后再次塞住瓶口；然后将活塞抽拔至10ml 位置，上下移动B ，使A 中的水面仍位于K ，测得此时玻璃管中水面的高度差为16.8cm 。(玻璃管A 内气体体积忽略不计，ρ＝1.0×103kg/m3，取g ＝10m/s2) 【解题方法】 对于气体中的动态变化问题,可以使用假设法去判定其变化.
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。
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
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）
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
高考物理力学知识点之理想气体难题汇编附解析(4) 一、选择题 1．如图所示，长L＝34 cm的粗细均匀的长直玻璃管竖直放置，上端开口，用长h=15 cm 的水银将一定质量的气体封闭在管的下端，稳定后气体长度l=10 cm。已知外界大气压 p0=75cmHg，现保持温度不变的情况下从管的上端开口处缓慢加入水银，则加入水银的最大长度为 A．9 cm B．10 cm C．14 cm D．15 cm 2．对于一定质量的理想气体，下列四个论述中正确的是（） A．当分子热运动变剧烈时，压强必变大 B．当分子热运动变剧烈时，压强可以不变 C．当分子间的平均距离变大时，压强必变小 D．当分子间的平均距离变大时，压强必变大 3．对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是 ( ) A．当气体温度升高，气体的压强一定增大 B．当气体温度升高，气体的内能可能增大也可能减小 C．当外界对气体做功，气体的内能一定增大 D．当气体在绝热条件下膨胀，气体的温度一定降低 4．下列说法正确的是 A．外界对气体做功，气体的内能一定增大 B．气体从外界吸收热量，气体的内能一定增大 C．气体的温度越低，气体分子无规则运动的平均动能越大 D．温度一定，分子密集程度越大，气体的压强越大 图象如图所示，5．一定质量的理想气体从状态A变化到状态B再变化到状态C，其p V 已知该气体在状态A时的温度为27℃，则（） A．该气体在状态B时的温度300K B．该气体在状态C时的温度600K
C．该气体在状态A和状态C内能相等 D．该气体从状态A经B再到C的全过程中从外界吸热 6．如图，一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容过程ab到达状态b，再经过等温过程bc到达状态c，最后经等压过程ca回到初态a.下列说法正确的是() A．在过程ab中气体的外界对气体做功 B．在过程ab中气体对外界做功 C．在过程ca中气体从外界吸收热量 D．在过程bc中气体从外界吸收热量 7．下列说法中正确的是（） A．已知阿伏加德罗常数和某物质的摩尔质量，一定可以求出该物质分子的质量 B．布朗运动就是液体分子的运动，它说明分子做永不停息的无规则运动 C．当分子间距离增大时，分子间的引力和斥力同时减小，分子势能一定增大 D．用打气筒的活塞压缩气体很费力，说明分子间有斥力 8．如图所示，粗细均匀的玻璃管竖直放置且开口向上，管内由两段长度相同的水银柱封闭了两部分体积相同的空气柱．向管内缓慢加入少许水银后，上下两部分气体的压强变化分别为Δp1和Δp2，体积减少分别为ΔV1和ΔV2．则（） A．Δp1<Δp2B．Δp1>Δp2 C．ΔV1<ΔV2D．ΔV1>ΔV2 9．如图所示，两个容器A、B，用截面均匀的水平细玻璃管相连，A、B所装气体的温度分别为17℃和27℃，水银柱在管中央平衡，如果两边气体温度都升高10℃，则水银柱将() A．向右移动B．向左移动 C．不动D．条件不足，不能确定 10．如图，两端开口的弯管，左管插入水银槽中，管内外水银面高度差为1h，右侧管有一段水银柱，两端液面高度差为2h，中间封有一段空气。()
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
测量气体体积的装置深度解析 个个击破2010-12-09 09:01:00 阅读294 评论0 字号：大中小订阅 1．（15分）不同浓度的硫酸与锌反应时，硫酸可以被还原为SO2，也可被还原为氢气。为了验证这一事实，某同学拟用下图装置进行实验（实验时压强为10lkPa，温度为0℃）。 （1）若在烧瓶中放入1.30g锌粒，与c mol／L H2SO4反应，为保证实验结论的可靠，量气管的适宜规格是_____________ 。 A．200 mL B．400 mL C．500mL （2）若1.30g锌粒完全溶解，氢氧化钠洗气瓶增重l.28g ，则圆底烧瓶中发生反应的化学方程式为：_______________________________________。 （3）若烧瓶中投入a g锌且完全反应，氢氧化钠洗气瓶增重b g．量气瓶中收集到VmＬ气体，则有：ag／65g·mol－1＝bg／64g·mol－1＋V mL / 22400 mL·mol－1，依据的原理是____________________________。 （4）若在烧瓶中投入d g锌，加入一定量的c mol／L 浓硫酸V L，充分反应后锌有剩余，测得氢氧化钠洗气瓶增重mg，则整个实验过程产生的气体中，n（H2）/n（SO2）＝_______________（用含字母的代数式表示）。若撤走盛有无水氯化钙的U型管，n（H2）/n（SO2）的数值将（填偏大、偏小或无影响） （5）反应结束后，为了准确地测量气体体积，量气管在读数时应注意： ①； ②； ③。 2．（16分）实验室有一瓶Na2SO3。固体，可能含有NaCl、Na2SO4、BaCl2、K2CO3、K2SO4中的一种或几种杂质，通过下列实验确定该样品的成分及Na2S03的质量分数。请回答下列问题： 已知： ①取少量样品于试管中，加水振荡，未见沉淀生成： ②通过元素分析仪器的检测，得知该样品中不含K元素； ③用下图所示仪器进行合理组装，测定产生气体的体积（SO2在硫酸中的溶解忽略不计） （1）按气流从左到右方向，正确的连接顺序为：A接____，接，接B。（2）利用所组装置，由分液漏斗向烧瓶中滴加l0mL水，理论上将排入量筒中mL液体。 （3）液体X是，其作用是
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__________。
《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 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
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
气体教学分析典型例题（补习用） 玻璃管的问题： 6．两端封闭玻璃管水平放置，一段水银把管内同种气体分成两部分，V 左>V 右，如右图。当温度为t 1时，水银柱静止不动，现把两边都加热到t 2，则管内水银柱将（ ） A ．向左移动 B ．向右移动 C ．保持静止 D ．无法判断 引申：假如把其倒立再加温，又如何移动？ （上海物理）10. 如图，玻璃管内封闭了一段气体，气柱长度为l ，管内外水银面高度差为h ，若温度保守不变，把玻璃管稍向上提起一段距离，则 （A ）,h l 均变大 （B ）,h l 均变小 （C ）h 变大l 变小 （D ）h 变小l 变大 解析：根据c l =p ，l 变大，p 变小，根据gh p p ρ-=0，h 变大，选D 。 本题考查气体状态方程。难度：中等。 7．如右图所示，有一根足够长的上端开口的玻璃细管，玻璃管中用h=10cm 的水银柱封闭了一段气体，当温度为27℃时，气体的长度为l=20cm 。现给气体加热，使水银柱上升5cm ，此时玻璃管中气体的温度为 K （设大气压强p 0=76cmHg ）。 27．如图所示，一端开口的L 型细玻璃管是由粗细不同的两部分组成的，粗管的横截面积是细管横截面积的两倍，封闭端水平放置，开口端竖直放置。细管内用长为12cm 的水银柱封闭着80cm 长的空气柱，气体的温度为27℃，大气压相当于75cm 高水银柱，玻璃管各部分尺寸图中已标明。现对气体缓慢加热，(1)当温度上升到119℃时，管内空气柱多长？(2)至少加热到多少℃水银可以全部排出管外？ 例14．如图所示，长12cm 的汞柱在玻璃管封住一定质量气体，若试管在倾角30°的光滑斜面上自由滑下，则A 气体压强为（C ） 30cm 100cm
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
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
1. 什么在真实气体的恒温PV－P曲线中当温度足够低时会出现PV值先随P的增加而降低，然后随P的增加而上升，即图中T1线，当温度足够高时，PV值总随P的增加而增加，即图中T2线？ 答：理想气体分子本身无体积，分子间无作用力。恒温时pV=RT，所以pV-p线为一直线。真实气体由于分子有体积且分子间有相互作用力，此两因素在不同条件下的影响大小不同时，其pV-p曲线就会出现极小值。真实气体分子间存在的吸引力使分子更靠近，因此在一定压力下比理想气体的体积要小，使得pV＜RT。另外随着压力的增加真实气体中分子体积所点气体总体积的比例越来越大，不可压缩性越来越显著，使气体的体积比理想气体的体积要大，结果pV＞RT。 当温度足够低时，因同样压力下，气体体积较小，分子间距较近，分子间相互吸引力的影响较显著，而当压力较低时分子的不可压缩性起得作用较小。所以真实气体都会出现pV 值先随p的增加而降低，当压力增至较高时，不可压缩性所起的作用显著增长，故pV值随压力增高而增大，最终使pV＞RT。如图中曲线T1所示。 当温度足够高时，由于分子动能增加，同样压力下体积较大，分子间距也较大，分子间的引力大大减弱。而不可压缩性相对说来起主要作用。所以pV值总是大于RT。如图中曲线T2所示。 2．为什么温度升高时气体的粘度升高而液体的粘度下降？ 答：根据分子运动理论，气体的定向运动可以看成是一层层的，分子本身无规则的热运动，会使分子在两层之间相互碰撞交换能量。温度升高时，分子热运动加剧，碰撞更频繁，气体粘度也就增加。但温度升高时，液体的粘度迅速下降，这是由于液体产生粘度的原因和气体完全不同，液体粘度的产生是由于分子间的作用力。温度升高，分子间的作用力减速弱，所以粘度下降。 3．压力对气体的粘度有影响吗？ 答：压力增大时，分子间距减小，单位体积中分子数增加，但分子的平均自由程减小，两者抵消，因此压力增高，粘度不变。 4．两瓶不同种类的气体，其分子平均平动能相同，但气体的密度不同。问它们的温度是否相同？压力是否相同？为什么？ 答：温度相同。因为气体的温度只取决于分子平移的动能，两种不同的气体若平移的动能相同则温度必然相同。但两种气体的压力是不同的，因为气体的压力与气体的密度是成正比的。两种气体的密度不同，当然它们的压力就不同。
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
高考物理力学知识点之理想气体经典测试题含答案解析(4) 一、选择题 1．如图所示，长L＝34 cm的粗细均匀的长直玻璃管竖直放置，上端开口，用长h=15 cm 的水银将一定质量的气体封闭在管的下端，稳定后气体长度l=10 cm。已知外界大气压 p0=75cmHg，现保持温度不变的情况下从管的上端开口处缓慢加入水银，则加入水银的最大长度为 A．9 cm B．10 cm C．14 cm D．15 cm 2．如图所示，一导热性能良好的气缸吊在弹簧下，缸内被活塞封住一定质量的气体（不计活塞与缸壁摩擦），当温度升高到某一数值时，变化了的量有：（） A．活塞高度h B．气体压强p C．缸体高度H D．弹簧长度L 3．用打气筒将压强为1atm的空气打进自行车胎内，如果打气筒容积△V=500cm3，轮胎容积V=3L，原来压强p=1.5atm．现要使轮胎内压强变为p′=4atm，问用这个打气筒要打气几次（设打气过程中空气的温度不变）（） A．5次B．10次C．15次D．20次 4．对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是 ( ) A．当气体温度升高，气体的压强一定增大 B．当气体温度升高，气体的内能可能增大也可能减小 C．当外界对气体做功，气体的内能一定增大 D．当气体在绝热条件下膨胀，气体的温度一定降低 5．某自行车轮胎的容积为V，里面已有压强为p0的空气，现在要使轮胎内的气压增大到p，设充气过程为等温过程，空气可看做理想气体，轮胎容积保持不变，则还要向轮胎充入温度相同、压强也是p0的空气的体积为( ) A． V B．V
C ．(＋1)V D ．(－1)V 6．如图所示，一定质量的氢气(可看作理想气体)由状态A 经状态B 变化到状态C ，设由A 到B 、由B 到C 的过程外界对气体做的功分别为W 1、W 2，气体从外界吸收的热量分别为Q 1、Q 2，则 A ．10W >，20W > B ．10Q >，20Q > C ．1212W W Q Q +=+ D ．1212W W Q Q +>+ 7．如图，一定质量的理想气体从状态a 出发，经过等容过程ab 到达状态b ，再经过等温过程bc 到达状态c ，最后经等压过程ca 回到初态a .下列说法正确的是( ) A ．在过程ab 中气体的外界对气体做功 B ．在过程ab 中气体对外界做功 C ．在过程ca 中气体从外界吸收热量 D ．在过程bc 中气体从外界吸收热量 8．如图所示，两端开口的U 型管中装有水银，在右管中用水银封闭着一段空气，要使两侧水银面高度差h 曾大，应该( ) A ．从左管滴入水银 B ．让气体升温 C ．从右管滴入水银 D ．增大大气压强 9．下列关于热学问题的说法正确的是( ) A ．一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，熵值较大代表着较为有序