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化工原理 第8章 吸收作业 吸收塔的计算

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化工原理-5-第八章-气体吸收

化工原理-5-第八章-气体吸收

课后习题
P70页 5、6、7 下周上课前交
8.4.4填料塔的设计型计算和操作型分析 无论是设计型问题还是操作型问题，其求解的方法都是通过联立 求解全塔物料衡算和填料层高度计算式以及相平衡关系式。下面 分别讨论： 一、填料塔的设计型计算 设计型计算的特点：给定进口气体的溶质浓度yb、进塔混合气的 流率G、相平衡关系及分离要求，计算达到指定的分离要求所需 要的塔高度。 要完成设计型计算还要解决以下问题： ①确定传质系数； ②气液两相流向的选择，通常采取逆流操作； ③吸收剂进口浓度的确定； ④吸收剂用量的确定。
* 故： yb yb yb 0.05 0.14 0.224 0.01864
m 2 .s

* y a y a y a 4 10 4 0.14 0.002 0.00372
0.01864 0.00372 y m 9.258 10 3 0.01864 ln 0.00372
H 1.1508 4.96 5.65m
二、填料塔的操作型计算
特点：塔设备已给定（对填料塔高度h已知），基本类型有：
①校核现有的塔设备对指定的生产任务是否适用，如已知T、 P、H、G、L、xa、yb，校核ya是否满足要求； ②考察某一操作条件改变时，吸收结果的变化情况或为达到 指定的生产任务应采取的措施。如对给定的吸收塔，若气体处 理量增加（其余条件不变），分析ya、yb的变化趋势或此时应 采取什么措施才有可能使ya保持不变。
G y ya L
mG m 2G mG 1 y b mx a L y a L xa L 1 ln mG y a mx a 1 L
最后整理得：
mG y b mx a mG 1 ln 1 mG L y a mx a L 1 L L A ，A称为吸收因数 引入概念：令 mG 其几何意义为：操作线斜率L/G与平衡线斜率m之比；而 N OG

2.5.吸收塔的计算

2.5.吸收塔的计算

(1) 对溶质有较大的溶解度。溶解度，溶剂用量，溶剂再 生费用；溶解度，对一定的液气比，吸收推动力， 吸收传质速率，完成一定的传质任务所需设备尺寸； (2) 良好的选择性，即对待吸收组分的溶解度大，其余组分 溶解度小；
(3) 稳定不易挥发，以减少溶剂损失； (4) 粘度低，有利于气液接触与分散，提高吸收速率； (5) 无毒、腐蚀性小、不易燃、价廉等。
线上任一点的坐标(Y，X) 代表了塔内该截面上气、 液两相的组成。
Y
A Y1 P B X*-X Y- Y*
Y*=f(X)
Y
Y2 Y* o X2
X
X1 X*
X
操作线上任一点 P 与平衡线间的垂直距离 (Y-Y*) 为塔内该 截面上以气相为基准的吸收传质推动力；与平衡线的水平 距离 (X*-X) 为该截面上以液相为基准的吸收传质推动力。 两线间垂直距离（Y-Y*）或水平距离（X*-X）的变化显示了 吸收过程推动力沿塔高的变化规律。
上两式均称为吸收操作线方程，代表逆流操作时塔内任一截 面上的气、液两相组成 Y 和 X 之间的关系。 （L/V）称为吸收塔操作的液气比。
操作线方程与操作线
当 L/V 一定，操作线方程 在 Y-X 图上为以液气比 L/V 为斜率，过塔进、出 口的气、液两相组成点(Y1， X1) 和 (Y2 ， X2) 的直线，称 为吸收操作线。
V X 1 Y1 Y2 X 2 L
吸收剂用量的确定 不同液气比 L/V 下的操作线 图直观反映了这一关系。
Y
L/V (L/V)’ (L/V)min A A’ C
Y1
Y2
B
Y- Y* Y*=f(X) X
最小液气比(L/V)min
o
X2
X1

化工原理第八章第三节吸收过程的计算复习教案

化工原理第八章第三节吸收过程的计算复习教案
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
2、总结：溶解度系数H、亨利系数E、相平衡常数m值的大小与温度、气体溶解度的关系
【复习要点】
一、吸收塔的物料衡算
1、写出全塔物料衡算式：
2、以塔内任一截面m-n与塔底为衡算范围写出物料衡算式：
3、确定吸收操作线方程
4、吸收率ΨA指的是
定义式为
A.气膜B.相界面上C.气相主体D.液膜
4、实验室用水吸收NH3，该吸收过程属于（）
A.液膜控制B.气膜控制C.两相扩散控制D.不能确定
5、下列不属于填料特性的有（）
A.比表面积B.空隙率C.填料因子D.填料密度
6、当吸收过程为液膜控制时，要想提高吸收速率必须（）
A.气膜吸收阻力B.液膜吸收阻力C.气膜阻力和液膜阻力D.无法确定
10、在吸收操作的物料衡算式中，V是表示单位时间所处理的（）
A.混合气体的体积；B.混合气体的摩尔流率；
C.惰性气体的摩尔流率；D.惰性气体的体积
11、依据“双膜理论”，下列判断中可以成立的是（）
A可溶组分的溶解度小，吸收过程的速率为气膜控制；
B可溶组分的亨利系数大，吸收过程的速率为液膜控制；
C可溶组分的相平衡常数大，吸收过程的速率为气膜控制；
2、用气相浓度△y为推动力的传质速率方程有两种,以传质分系数表达的速率方程为_________________________,以传质总系数表达的速率方程为
3、某气体用水吸收时，在一定浓度范围内，其气液平衡线和操作线均为直线，其平衡线的斜率可用＿＿＿＿＿＿常数表示，而操作线的斜率可用＿＿＿＿表示。
4、用△y,△x为推动力的传质速率方程中,当平衡线为直线时传质总系数KY与分系数kX ,kY的关系式为_________________,KX与kX ,kY的关系式为__________________.

第四节 吸收塔的计算

第四节 吸收塔的计算

中南林业科技大学化工原理
例2-8：在逆流吸收塔中，用洗油吸收焦炉气中的芳烃。吸收 塔压强为105kPa ，温度为300K ，焦炉气流量为1000m3/h ， 其中所含芳烃组成为0.02（摩尔分率,下同），回收率为95% ，进塔洗油中所含芳烃组成为0.005。若取吸收剂用量为最小 用量的1.5倍，试求进入塔顶的洗油摩尔流量及出塔吸收液组 成。（操作条件下气液平衡关系为Y*=0.125X ）。 解:进入吸收塔的惰性气体摩尔流量为
中南林业科技大学化工原理
溶液浓度变稀，溶剂再生所需设备费和操作费增大。 若减小吸收剂用量则情况正相反。当吸收剂用量减小到使操 作线由TB变 TB*，此时传质的推动力为零，所需的相际接触面 积为无穷，此时吸收剂用量为最小,用Lmin表示。
吸收塔的最小液气比
中南林业科技大学化工原理
Lmin时B*点是平衡线与操作线在Y=Y1处的交点
Y1
N oG
Y1 Y2 Ym
Y1 Y2 Ym Y1 Ln Y2
1/ 2
Y 1 2 Y 2
参数S反映推动力的 大小。在气液进口浓度
及溶质吸收率已知的条
件下， Y1 Y2 * 确定,S增
Y2 Y2 *
大，则液气比减少，出
口浓度提高而塔内吸收 推动力变小，NOG必然 增大。
中南林业科技大学化工原理
若要获得最高吸收率，必须采用较大的液体量，使
操作线的斜率大于平衡线斜率，即S<1才有可能。
Y1
dY Y2 (1 S )Y (SY2 Y2* )
Y1
中南林业科技大学化工原理
* * Y Y Y Y 1 2 1 2 N OG Ln(1 S ) 1 S f ( S , ) * * 1 S Y2 Y2 Y2 Y2 L 操作线与平衡线斜率之比定义为吸收因数, A= mV

化工原理-第8章 气体吸收

化工原理-第8章 气体吸收

8.3 扩散和单相传质
① 溶质由气相主体传递到两相界面，即气相内的物质传递；
② 溶质在相界面上的溶解，由气相转入液相，即界面上发生 的溶解过程
③ 溶质自界面被传递至液相主体，即液相内的物质传递。 通常，第②步即界面上发生的溶解过程很容易进行，其阻力很小
( 传质速率 小，
=
传质推动力 传质阻力
)故认为相界面上的溶解推动力亦很
8.1概述
①溶剂应对被分离组分（溶质）有较大的溶解度，或者说在 一定的温度与浓度下，溶质的平衡分压要低。这样，从平衡角度 来说，处理一定量混合气体所需溶剂量较少，气体中溶质的极限 残余浓度亦可降低；就过程数率而言，溶质平衡分压↓，过程推 动力大，传质数率快，所需设备尺寸小。
②溶剂对混合气体中其他组分的溶解度要小，即溶剂应具备 较高的选择性。若溶剂的选择性不高，将同时吸收混合物中的其 他组分，只能实现组分间某种程度的增浓而不能实现较为完全的 分离。
⑷工业吸收流程（见旧讲稿） 由流程图可见，采用吸收操作实现气体混合物的分离必须解决下 列问题： ①选择合适的溶剂，使能选择性比溶解某个（或某些）被分离组 分； ②提供适当的传质设备（多位填料塔，也有板式塔）以实现气液 两相的接触，使被分离组分得以从气相转移到液相（吸收）或气相 (解吸)；
8.1概述
注意：此时并非没有溶质分子继续进入液相，只是任何瞬间 进入液相的溶质分子数与从液相逸出的溶质分子数恰好相等，在 宏观上过程就象是停止了。这种状态称为相际动平衡，简称相平 衡。
8.2.1平衡溶解度
⑴溶解度曲线
对 单 组 分 物 理 吸 收 的 物 系 ， 根 据相律 ，自 由度数F 为F=CΦ+2=3-2+2=3(C=3,溶质A，惰性组分B,溶剂S，Φ＝2，气、液两 相)，即在温度 t ，总压 p ，气、液相组成共4个变量中，由3个自 变量（独立变量），另1个是它们的函数，故可将平衡时溶质在气

化工原理 第八章 气体吸收

化工原理 第八章 气体吸收

5.11
Z H OG NOG 1.5 5.11 7.67
•对数平均推动力法
N OG
Y1 Y2 Ym
0.0417 0.00533 Ym
第八章 气体收
Y1 Y2 Ym Y1 ln Y2
(Y1 Y1* ) (Y2 Y2* ) Y1 Y1* ln Y2 Y2*
0.0033 0.00331 尾气浓度 Y2 1 0.0033
Y1 1 NOG ln[(1 S ) S ] 1 S Y2
Y1 0.0417 0.00331 12.6 Y2
1 NOG ln[(1 0.892) 12.6 0.892] 7.52 1 0.892
第八章 气体吸收
解 ：
0.04 Y1 0.0417 1 0.04
0.0053 0.00533 Y2 1 0.0053
0.0128 0.01297 X1 1 0.0128
1） qn,L/qn,V为(qn,L/qn,V)min的多少倍
qn, L qn,V
Y1 Y2 0.0417 0.00533 2.804 0.01297 0 X1 X 2
(0.0417 2.5 0.01297) (0.00533 0) 0.0417 2.5 0.01297 ln 0.0053
0.007117
N OG
0.0417 0.00533 Y1 Y2 5.11 0.007117 Ym
第八章 气体吸收
3）尾气浓度下降后所需的填料层高度
第八章 气体吸收
例：某生产车间使用一填料塔，用清水逆流吸收混合气
中有害组分A，已知操作条件下，气相总传质单元高度为

化工原理第八章气体吸收

化工原理第八章气体吸收

实验结果讨论与误差分析
03
分析实验过程中可能出现的误差来源，如测量误差、操作误差、环境误差等，并提出相应的改进措施。
误差分析
根据实验数据和分析结果，讨论气体吸收过程中的传质机理、影响因素以及优化措施。
实验结果讨论
总结实验结果和误差分析，得出关于气体吸收实验的结论，为后续研究和应用提供参考。
实验结论
过程模拟软件介绍
2
1
3
过程模拟软件是一种基于计算机技术的数值模拟工具，可以对化工过程进行建模和模拟，预测过程的性能和行为。
过程模拟软件可以用于气体吸收过程的建模和模拟，包括吸收塔的设计、操作条件的优化、过程性能的预测等。
在气体吸收中的应用
在使用过程模拟软件时，需要注意模型的准确性、数据的可靠性以及计算结果的合理性等方面。
第二小节
气体吸收设备类型及特点
填料塔结构与工作原理
填料塔结构
主要包括塔体、填料、液体分布器、气体进出口管等部分。塔内装有一定高度的填料，以增加气液接触面积，促进吸收过程。
工作原理
气体从塔底进入，通过填料层时与从塔顶喷淋下来的吸收液充分接触，完成吸收过程。填料的存在使得气液两相在较小的空间内得到充分混合，提高了吸收效率。
制定详细的实验步骤和操作规范，包括装置启动、气体和液体流量调节、温度控制、数据记录等。
实验操作规范
实验装置搭建
数据采集、处理和分析方法
使用流量计、压力表、温度计等测量仪器，实时记录气体和液体的流量、压力、温度等参数。
对实验数据进行整理、筛选和计算，得到气体吸收量、吸收速率、传质系数等关键指标。
采用图表、曲线等形式对实验数据进行可视化分析，探讨气体吸收过程中的影响因素和规律。
软件使用注意事项

夏清《化工原理》(第2版)(下册)课后习题-第8章 蒸馏和吸收塔设备【圣才出品】

夏清《化工原理》(第2版)(下册)课后习题-第8章 蒸馏和吸收塔设备【圣才出品】

分别为
液体密度的校正系数
，所以泛点气速为
空塔气速 塔径（取较小 u2 计算）
（2）流动阻力
纵坐标
横坐标
根据以上两数值在教材下册图 3-8 中确定塔的操作点，此点位于
和
之间，插值求得每米填料层的压强降约为 125×9.81Pa／m。
总流动阻力
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3．评价塔板性能的指标有哪些方面？ 解：评价塔板性能指标主要有：塔板效率（包括总板效率、单板效率和点效率），通量 和操作弹性等。
4．填料塔的流体力学性能包括哪些？对塔的传质性能有何影响？
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解：填料塔的流体力学性能包括持液量、填料层的压强降、液泛以及填料的湿润性能。 填料塔的流体力学性能直接影响到塔内的传质效果和塔的生产能力。
3．在直径为 0.8m 的填料塔中，装填 25mm×25mm×2.5mm 的瓷拉西环，用于常压 及 20℃下气体吸收操作。若液、气性质分别与水和空气相同，按质量计的液、气流量比为 5。核算上升气量达 3000m3／h 时，是否会发生液泛现象？
若改用 25mm×25mm×0.6mm 的金属鲍尔环，上升气量提高到多少才会液泛？ 解：（1）先求液泛气速 umax 由题意可知 并查得 20℃空气和水的密度及水的粘度
2．聚氯乙烯生产过程中，需要将乙炔发生器送出来的粗乙炔气体净化，办法是在填料 塔中用次氯酸钠稀溶液除去其中的硫、磷等杂质。粗乙炔气体通入填料塔的体积流量为 700m3／h，密度为 1.16kg／m3；次氯酸钠水溶液的用量为 4000kg／h，密度为 1050kg ／m3，黏度为 1.06mPa·s。所用填料为陶瓷拉西环，其尺寸有 50mm×50mm×4.5mm 及 25mm×25min×2.5mm 两种。大填料在下层，小填料在上层，各高 5m，乱堆。若取空塔 气速为液泛气速的 80％，试求此填料吸收塔的直径及流动阻力。

新版化工原理习题答案(08)第八章 气体吸收

新版化工原理习题答案(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76.6170.07576.610001718x ==+ 由 *p E x =亨利系数为*15.0kPa 200.00.075p 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 180.2002.99233S ⋅=⋅⨯==EM H ρ2. 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51066.1⨯=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 44c == 对于稀水溶液，总浓度为 3t 997.8k m o l /m 55.4318c ==kmol/m 3 水溶液中CO 2的摩尔分数为4t 0.008 1.4431055.43c 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 ∆=-=-=kPa3. 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。

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第8章 吸收（吸收塔的计算）
一、填空题:

1. 计算吸收塔的填料层高度，必须运用如下三个方面的知识关联计算：＿＿＿＿＿＿、
＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿。
2. 吸收过程物料衡算时的基本假定是：
(1)＿＿＿＿＿＿＿＿__＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
(2)＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

3. 由于吸收过程气相中的溶质分压总＿＿＿＿液相中溶质的平衡分压， 所以吸收操
作线总是在平衡线的＿＿＿＿。增加吸收剂用量， 操作线的斜率＿＿＿＿，则操作线
向＿＿＿＿平衡线的方向偏移，吸收过程推动力（y－ye）＿＿＿＿＿。

4. 在气体流量，气相进出口组成和液相进口组成不变时，若减少吸收剂用量，则传
质推动力将＿＿＿＿，操作线将＿＿＿平衡线。

5.
一般吸收塔中常采用逆流操作，其目的是
____________________________________________________________。
5. 某吸收塔中,物系的平衡线方程为y=2.0x,操作线方程为y=3.5x+0.001,当
y1=0.06,y2=0.0030时,x1=_______,x2=_____________,L/V=______,气相传质单元数

OG
N
=_______.

6. 某逆流吸收塔， 用纯溶剂吸收混合气中易溶组分，设备高为无穷大，入塔Y1=8％
（体积），平衡关系Y=2X。试问:
⑴.若液气比（摩尔比，下同）为2.5时，吸收率= ______％
⑵.若液气比为1.5 时，吸收率=________％

7. 对一定操作条件下的填料吸收塔，如将塔料层增高一些，则塔的OGH将＿＿＿＿＿，

OG
N
将＿＿＿＿＿(增加，减少，不变)。
8．用纯溶剂逆流吸收混合气中的溶质,符合亨利定律。当入塔气体浓度上升（属低浓度
范围）其他入塔条件不变,则气体出塔浓度2y______________和吸收率


______________。(增大，减少，不变)

9． 正常操作的逆流吸收塔,因故吸收剂入塔量减少,以致使液气比小于原定的最小液气
比, 1x将会______________，2y将会______________。(增大，减少，不变)
10． 在解吸操作中,总压P______________，和温度T______________,将有利于解吸的
进行。

二、计算题
1. 一逆流操作的常压填料吸收塔，用清水吸收混合气中的溶质A ，入塔气体 中含A 1%
（摩尔比），经吸收后溶质A 被回收了80% ，此时水的用量为最小用量的1.5倍，平衡
线为 Y=X , 气相总传质单元高度为1m,试求填料层所需高度。

2. 设计一填料塔，在常温常压下用清水吸收空气一丙酮混合气中的丙酮，混合气入塔
流量为80kmol.h1,含丙酮5%（体积%）,要求吸收率达到95%。已知塔径0.8m，操作条件

下的平衡关系可以用y=2x表示，气相体积总传质系数aKy150kmol.m3.h1.而出塔
溶液中丙酮的浓度为饱和浓度的70%。试求：
(1)耗水量为多少m3.h1；(2)所需填料层高度；(3)用水量是最小用水量的多少
倍？

3. 在一内径为0.8m,填料层高度为4m的吸收塔中,用清水吸收混合气中的溶质组分A.
塔内操作压强为101.33Kpa,温度为20℃,混合气体积流量为1000m3/h,进塔气相中A的
组成为0.05,出塔气相中A的组成为0.01(均为摩尔分数),吸收剂用量为96Kmol/h.操作
条件下平衡关系为Y*=2X,求:⑴吸收剂用量为最少用量的倍数;⑵气相体积吸收总系数

aK
y
。

4. 某厂吸收塔填料层高4m，用水吸收尾气中的公害组分A。在此情况下，测得的浓度如
图所示。已知平衡关系为y=1.5x，求：（1） 气相总传质单元高度；（2） 操作液气
比为最小液气比的多少倍； （3） 由于法定排放浓度y2必须≤0.002所以拟将填料层
加高；若液气比不变，问填料层应加高多少；
一、填空题:
1. 平衡线、操作线、传质系数。 或者 平衡关系、物料衡算、传质速率。
2. ⑴气相中惰性气体不溶于液相 ⑵吸收剂不挥发
3. 大于 上方 增大 远离 增大
4. 减少； 靠近；
5. 使两相传质平均推动力大，从而可减小设备尺寸；提高吸收效率和吸收剂使用率。
5. 0.01685 0.0005714 3.5 6.18
6. 100％ 75％
7. 不变； 增加
8． 增大，不变
9． 增大，增大
10． 增大，增大

二、计算题
1. 解: 低浓度气体吸收XxYy,
Y1=0.01； Y2=Y1(1-η)=0.01(1-0.8)=0.002； m=1；
L/G=1.5(L/G)min=1.5(Y1-Y2)/(Y1/m)=1.5mη =1.5×1×0.8=1.2

833.02.1/11LmGA；06.3]1)11ln[(1112221AmxymxyAANOG；

06.3OGOGNHH

2.解: 低浓度气体吸收XxYy,
①耗水量：0025.0)1(12yy ；0175.0/7.011myx ；

hkmolxyyGL/1.217)(121
②所需填料层高度：
737.01LmGA
；8.6]1)11ln[(1112221AmxymxyAANOG；

mHOG115048.0*14.3802
；8.6OGOGNHH
③用水量是最小用水量的倍数9.1)(121minmyyyGL；43.1)()(minminGLGLLL
3. 解: 低浓度气体吸收XxYy,
⑴求吸收剂用量为最少用量的倍数L/Lmin.
y10.05
Y10.05261-y110.05

y20.01
Y20.01011-y210.01

由题知：X2=0，m=2
惰性气体摩尔流量

Lmin=V×Y1Y20.05260.010139.563.8Kmol/hY10.0526x20m2

L/Lmin=96/63.8=1.5
⑵求气相体积吸收总系数
aK
y


2
22
D0.80.502m44


V39.5
X1Y1-Y2+X20.05260.010100.0175L96

ΔY1=Y1-mx1=0.0526-2×0.0175=0.0176;
ΔY2=Y2-mx2=Y2=0.0101

0139.0)21ln(21YYYYYm

)*/(15.60213hmKmolYmYYHGaKy
4.解:低浓度气体吸收XxYy,
① 77.2]1)11ln[(1112221AmxymxyAANOG；

mNHHOGOG44.1；

② 22121xxyyGL；2.1)(121minmyyyGL；67.1)()(minGLGL
③ 009.0)(211yyLGx ；71.4]1)11ln[(1112221AmxymxyAANOG

mNHHOGOG8.6