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化工原理--第八章 气体吸收

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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

第八章 气体吸收-第五节-低浓度气体吸收

第八章 气体吸收-第五节-低浓度气体吸收
L x1 dx H= Kxa ∫x2 xe − x
上两式为低浓度气体吸收过程的基本方程式
西北大学化工原理
5、传质单元数与传质单元高度
N OG = ∫ H OG
y1
y2
dy y − ye
or or
N OL = ∫ H OL
x1
x2
dx xe − x
G = K ya
L = K xa
H = N OG ⋅ H OG
（xe-x）—以液相组成表示的吸收推动力 （y-ye）—以气相组成表示的吸收推动力 结论：在吸收塔内推动力的变化规律是由操作线与平衡线 共同决定的。 逆流吸收操作线具有如下特点： 1）定态，L、G、Y1、X2恒定，操作线x～Y坐标上为一直线， 斜率为L/G 。L/G为吸收操作的液气比； 2）操作线通过塔顶（稀端） A （ X2 ， Y2）及塔底（浓端） B （X1， Y1）; 3）操作线仅与液气比、浓端及稀端组成有关，与系统的平 衡关系、塔型及操作条件T 、p无关。
西北大学化工原理
4）吸收操作线在平衡线的上方，解吸操作线在平 衡线下方。 5）平衡线与操作线共同决定吸收推动力。操作线 离平衡线愈远吸收的推动力愈大；
西北大学化工原理
（2）并流吸收
G，y1 x1
Gy1 + Lx1 = Gy + Lx L y = y 1 − ( x − x1 ) G
y x
Y y1 y2
HOG y2 M yF
0 A A1
F C M1 F1 C1 D
M2
x2
x1
请看下叶的演示：
西北大学化工原理
图解计算法
以H=HOG.NOG计算塔高时，可将全塔看作由NOG个传质 单元所组成；而气体流经一个传质单元所产生的浓度变 化等于该单元内的平均推动力;而阶梯个数即为传质单元 数NOG。

第八章 气体吸收-第二节-汽液相平衡

第八章 气体吸收-第二节-汽液相平衡

m——相平衡常数，无因次。
ye = mx ⇒ Pe = Ex Pe = mx P
m与E的关系：
E m= P
m的讨论：1）m大，溶解度小，难溶气体
2） T ↑ ⇒ m ↑
p↓ ⇒ m ↑
西北大学化工原理
【例5-1】某系统温度为10℃，总压101.3kPa， 试求此条件下在与空气充分接触后的水中，每立 方米水溶解了多少克氧气？ 查得10℃时，氧气在水中的亨利系数E为 3.31×106kPa。
y1 x1<x1e
y1
西北大学化工原理
3、计算过程的推动力
相接触的气、液两相的溶质摩尔分率分别是y、x， 该处的吸收推动力即是：以气相浓度表示时为
以液相浓度表示时为
y y x A
线
y − ye= y − m x xe − x = y/m − x
Ⅰ
ye x
平衡
Ⅱ
xe
I区—吸收 II区—解吸
图 8-8
西北大学化工原理
二、相平衡与吸收过程的关系
1、判断过程进行的方向，（吸收还是解吸） 1atm，20℃下，稀MH3水的相平衡方程式为 ye = 0.94 x 含氨y=10％和x=0.05的氨水接触
X=0.05 y>ye x<xe
ye = 0.94 × 0.05 = 0.047
y=0.1＞ye=0.047
两相接触时部分氨将会从气相转入 液相。实际发生的是吸收过程。
y=0.1
吸收
西北大学化工原理
y 0 .1 xe = = = 0.106 m 0.94
x=0.05＜xe=0.106， 两相接触发生的是吸收过程。 若y=0.05，x=0.1气液两相接触 ye = 0.94 × 0.1 = 0.094

《化工原理》第八章 吸收

《化工原理》第八章 吸收
AБайду номын сангаас
中一
Y A mX A

（8-11）
第二节 吸收过程的相平衡关系
（3）吸收平衡线 表明吸收过程中气、液相平衡关系 的图线称吸收平衡线。在吸收操作中，通常用图来表示。
图8-2吸收平衡线
第二节 吸收过程的相平衡关系
式（8-10）是用比摩尔分数表示的气液相平衡关系。 它在坐标系中是一条经原点的曲线，称为吸收平衡线，如 图8-2（a）所示；式（8-11）在图坐标系中表示为一条经 原点、斜率为m的直线。如图8-2（b）所示。 （4）相平衡在吸收过程中的应用 ①判断吸收能否进行。由于溶解平衡是吸收进行的极 限，所以，在一定温度下，吸收若能进行，则气相中溶质 的实际组成 Y A 必须大于与液相中溶质含量成平衡时的组 成 Y ，即YA Y 。若出现 YA Y 时，则过程反向进行，为 解吸操作。图8-2中的A点，为操作（实际状态）点，若A Y 点位于平衡线的上方， A Y 为吸收过程；点在平衡线上，
yB 1 yA
（3）比质量分数与比摩尔分数的换算关系
WA mA nAM A M XA A mB nB M B MB
（8-3）
第二节 吸收过程的相平衡关系
M 式中 M 、B 分别为混合物中、组分的千摩尔质量， kg/kmol 。 在计算比质量分数或比摩尔分数的数值时，通常以在 操作中不转移到另一相的组分作为组分。在吸收中，组分 是指吸收剂或惰性气，组分是指吸收质。 2．质量浓度与物质的量浓度 质量浓度是指单位体积混合物内所含物质的质量。对 于组分,有 m V （8-4） 式中 A ——混合物中组分的质量浓度，㎏/m3； V ——混合物的总体积，m3。
二、气液相平衡关系
吸收的相平衡关系，是指气液两相达到平衡时，被吸 收的组分（吸收质）在两相中的浓度关系，即吸收质在吸 收剂中的平衡溶解度。 1．气体在液体中的溶解度 在恒定的压力和温度下，用一定量的溶剂与混合气体 在一密闭容器中相接触，混合气中的溶质便向液相内转移， 而溶于液相内的溶质又会从溶剂中逸出返回气相。随着溶 质在液相中的溶解量增多，溶质返回气相的量也在逐渐增 大，直到吸收速率与解吸速率相等时，溶质在气液两相中 的浓度不再发生变化，此时气液两相达到了动平衡。平衡 p A 表示； 时溶质在气相中的分压称为平衡分压，用符号 溶质在液相中的浓度称为平衡溶解度，简称溶解度；它们 之间的关系称为相平衡关系。

《化工原理》第八章-吸收章练习

《化工原理》第八章-吸收章练习

mG L
) 1
1
mG ] L
L
1
1 0.926
ln[(1
0.926) 1
1 0.9
0.926]
6.9
H OG
H OL
mG L
1.2 0.926
1.11m
H=HOGNOG=1.11×6.9=7.66m
(2) 当NOG→∞时，由于
mG 1 , x2=0
L
y2min=mx2=0, ηmax=100%
mG ] L
L
↑；不变
二、作图题
以下各小题y~x图中所示为原工况下的平衡线与操 作线，试画出按下列改变操作条件后的新平衡线 与操作线：
1．吸收剂用量增大
2．操作温度升高
1．吸收剂用量增大
2．操作温度升高
3．吸收剂入口浓度降低
3．吸收剂入口浓度降低
三、用清水逆流吸收除去混合物中的有害气体， 已知入塔气体组成，y1=0.1，η=90%，平衡关系： y=0.4x，液相传质单元高度HOL=1.2m，操作液气 比为最小液气比的1.2倍。试求：
8．GL m , y2min=mx2=0；
L m,
G
x1
y1 m
y2
y1
L ( y1 Gm
x2 )
0.1 0.1 1.5 2
0.025
9． L m
G
，NOG
y1 y2 ym
y1 y2 y2 mx2
1
9
10．N OG
1 1 mG
ln[(1
mG ) L
y1 y2
mx 2 mx 2
8．设计时，用纯水逆流吸收有害气体，平衡关系 为y=2x，入塔y1=0.1，液气比(L/G)=3，则出塔气 体浓度最低可降至 ，若采用(L/G)=1.5，则出 塔气体浓度最低可降至 。

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

新版化工原理习题答案(08)第八章--气体吸收[1]

新版化工原理习题答案(08)第八章--气体吸收[1]

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 Ex =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 997.8kmol/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。

化工原理重要概念和公式

化工原理重要概念和公式

《化工原理》重要概念第八章气体吸收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∝D 0.5。

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，为气相阻力控制；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。

第九章液体精馏蒸馏的目的及基本依据蒸馏的目的是分离液体混合物，它的基本依据(原理)是液体中各组分挥发度的不同。

主要操作费用塔釜的加热和塔顶的冷却。

双组份汽液平衡自由度自由度为2(P一定，t～x或y；t一定，P～x或y)；P一定后，自由度为1。

泡点泡点指液相混合物加热至出现第一个汽泡时的温度。

露点露点指气相混合物冷却至出现第一个液滴时的温度。

非理想物系汽液相平衡关系偏离拉乌尔定律的成为非理想物系。

第8章 化工原理气体吸收

第8章 化工原理气体吸收

8.3.1双组分混合物中的分子扩散
⑴费克定律 温度、总压一定，组分A在扩散方向上任 一点处的扩散通量与该处A的浓度梯度成正比。
dCA J A DAB d
JA——组分A扩散速率（扩散通量）， kmol/（m2· s）；
dCA ——组分A在扩散方向z上的浓度梯度（kmol/m3）/m； d DAB——组分A在B组分中的扩散系数，m2/s。
பைடு நூலகம்G L
8.3.5对流传质理论
②数学模型
DG p DG 1 ( pA pAi ) p ( y yi ) 气膜 N A RT G pBm RT G yBm
式中：
pBm yBm (1 y ) m p DG DG 1 DG p 1 kG RT G pBm RT G yBm RT G (1 y )m
pB1 pA1 pA2
0 扩散距离z
z
3）等分子反方向扩散发生在蒸馏过程中。
2．单向扩散及速率方程
JA
（1）总体流动：因溶质Ａ扩散到界面溶 解于溶剂中，造成界面与主体的微小压差， NMcA/c 使得混合物向界面处的流 动。 总体流 动NM NMcB/c （2）总体流动的特点： JB 1）因分子本身扩散引起的宏观流动。 2）A、B在总体流动中方向相同，流动 速度正比于摩尔分率。 1 2
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。 理想气体：
pA cA RT
dc A 1 dp A = dz RT dz
DAB dpA JA RT dz
8.3.1双组分混合物中的分子扩散
对双组分混合物，总浓度 CM CA CB ＝常数
dC A dC B d d

陈敏恒 化工原理 第八章(吸收)1

陈敏恒 化工原理 第八章(吸收)1

解：（1） m
E p

1 .2
1 .2
y
0 .08
x x e x 0.0147
（3）达到极限时气体浓度最低为
y min y e 0.006
8.3 扩散和单向传质 一、相际传质过程 （1）溶质由气体主体扩 散至两相界面 （2）溶质在界面上溶解
y i f ( xi )
N 0
N A J A D
定态时 ：
dc A dz
NA C D D p A1 p A 2 N A c A1 c A 2 RT nA pA （ 理想气体 c A ） V RT
（2）单向扩散 NB 0
cA dc A N A 1 D dz cM D cM D p c A1 c A 2 p A1 p A 2 NA c BM RT p BM
8.2.2 相平衡与吸收关系 一、判断过程的方向
y ye 或 x xe
吸收
y ye 或 x xe
解吸
二、指明过程的极限 吸收过程的极限为平衡状态.即 y y e 或 x x e
x1 max x1e
y1 m
y 2 min y 2 e mx 2
三、计算过程推动力 过程推动力为实际状态与平衡状态的偏离程度
cM c A cB c Ai cBi C
c A c Ai 必有 cB cBi
A, B 反向扩散
（1）等分子反向扩散 当液相能以同一速率向界面供应组分 B 时, c Bi 保持恒定： J A J B 或 J A J B 0 通过截面 PQ 的净物量为零. （2）单向扩散 当液相不能向界面提供组分 B 时，发生的是 组分 A 的单向扩散。例如：吸收 在单向扩散中将产生主体流动 扩散流：分子微观运动的宏观结果，纯组分 主体流动：宏观运动，同时带有组分 A 和 B 注意：在单向扩散中依然存在 J A J B

化工原理第八章 气体吸收

化工原理第八章 气体吸收

平衡关系与上式联立可求解界面浓度 xi 与 yi 。在用作图
3
三、工业吸收过程
工业的吸收过程常在吸收塔中进行。生产中除少部分直 接获得液体产品的吸收操作外，一般的吸收过程都要求 对吸收后的溶剂进行再生，即在另一称之为解析他的设 备中进行于吸收相反的操作－解吸。因此，一个完整地 吸收分离过程一般包括吸收和解吸两部分。
2024/3/25
4
8.2 吸收过程相平衡基础
对于单组分物理吸收，组分数c=3（溶质A、惰性 气体B、溶剂S），相数（气、液），自由度数F应为
F c23223
即在温度、总压和气、液组成共四个变量中，有三个是 自变量，另一个是它们的函数。
2024/3/25
6
在一定的操作温度和压力下，溶质在液相中的溶解 度由其相中的组成决定。在总压不很高的情况下，可以 认为气体在液体中的溶解度只取决于该气体的分压pA ， 而与总压无关。于是，cA*与 pA 得函数关系可写成
ky P kG
Ky m Kx KG HKL
13
二、界面浓度的求取
当ｍ随浓度变化时，用分传质速率方程式计算更加方 便，界面浓度 xi 与 yi 存在关系有：
（1）有双膜模型理论，yi 与 xi 在平衡线上。如果平衡线以
y f (x) 表示，则 yi 。 f (xi )
（2）可导出
y yi kx x xi ky
2024/3/25
12
不同的推动力所对应的不同传质系数和速率方程。
浓度组成表示法
表8—1 传质速率方程的各种形式
摩尔分率
物质得量浓度或分压
传质速率方程 总传质系数
2024/3/25
N A ky ( y yi ) kx (xi x) ky (y y*) kx (x* x)

化工原理气体吸收

化工原理气体吸收

化工原理气体吸收气体吸收是化学工程中一种常用的分离和纯化技术，用于从气体混合物中去除其中一种特定成分。

它广泛应用于石油、化工、环保等领域。

本文将介绍气体吸收的原理、装置和操作条件等方面的内容。

气体吸收的原理是利用溶剂与气体中的组分之间的化学或物理作用力，使目标组分从气相转移到液相中。

根据吸收剂的性质和反应过程的特点，气体吸收可分为物理吸收和化学吸收两种方式。

物理吸收是指目标组分在吸收剂中主要通过物理作用力，如分子间的范德华力、表面张力等，从气相吸附到液相中。

在物理吸收过程中，吸收剂的选择非常关键，常用的吸收剂包括水、有机溶剂（如乙醇、丙酮等）和离子液体等。

化学吸收是指目标组分在吸收剂中通过与吸收剂发生化学反应，形成溶解物而从气相吸附到液相中。

化学吸收通常需要在一定的温度、压力和pH值条件下进行。

化学吸收常用的吸收剂包括氨水、碱性溶液（如氢氧化钠溶液、氯化钠溶液等）和有机酸等。

气体吸收的装置主要由吸收器、进料装置、排气装置和再生装置等组成。

吸收器一般为塔状或柱状，内部设置填料或栅板，以增加气液接触的表面积，提高吸收效果。

进料装置用于将待吸收的气体引入吸收器，通常采用喷射装置或静态混合器。

排气装置用于将除去目标组分的废气排放到大气中。

再生装置用于将吸收剂中的目标组分进行回收或处理。

操作条件对气体吸收的效果有重要影响。

温度是其中的一个关键参数，一般情况下，吸收效果随着温度的升高而降低。

温度控制有利于提高吸收剂中目标组分的溶解度。

另外，压力、气体和液体的流动速度、吸收剂浓度和比表面积等，也会对气体吸收过程产生影响。

气体吸收在化工工艺中有着广泛的应用。

例如，气体吸收可用于去除工业废气中的有机物、硫化物、酸性气体等污染物。

此外，在炼油、气体处理和化学合成等过程中，气体吸收还常用于分离和提纯有机化合物、气体燃料的净化和升级等。

综上所述，气体吸收作为一种常见的分离和纯化技术，通过吸收剂与目标组分之间的化学或物理作用力，将气体中的特定成分从气相吸附到液相中。

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

化工原理下册气体吸收

化工原理下册气体吸收

第8章气体吸收dC A dz因为C MD C B2 C M D C A1 —A2N Aln ——CB1 5 C B 2 —'C B1DC ：m CA1C A2lnDPln P B2 RT P BIRT P BmP AI -P A2液膜中的传质速率 NA = kx ( X A,iX A)或NA = k l (C A,i - CA )111式中，KxFK y ，K x'x k y m11m------- = ----------------- "T -------------K ykyk xD C Al — C A2D AB ---------- 7 ----------O2、单向扩散和主体流动(分子扩散 +同方向上缓慢的总体流动)速率引起缓慢的总体流动的原因：溶质A 不断在气液相界面上发生溶解，自气相中消失，使得气液相界面附近的气相中产生空穴位，因此，引起缓慢的总体流动来补充所产生的空穴位。

如果是在气相中的传质，组分的浓度可以用分压表示，则3、对流传质 集总参数法表示传质速率气膜中的传质速率N A 二 k y (y A -y A,i )或 N A 二 k G (P A - P A,i )式中，k y =Pk G ，k x = Pk l 包括气膜和液膜的总传质速率N A =K y (y A - y A,e )或 N A = K x (X A,e - X A )解吸操作，包括气膜和液膜的总传质速率N A 二 K y (y A,e 一 Y A )或 N A 二 K X (X A - X A,e )4、传质控制如果m1 ————，则 K y k y ，传质过程为气膜阻力控制，k xk yNM - Nnet,ACB2CB1如果1 1- ，则K x k x，传质过程为液膜阻力控制。

mk y k x塔内任一横截面上气相组成 y 与液相组成x 之间的关系式，即操作线方程式:L八 G xy2- X 2L 和填料层高度H 。

化工原理 第八章 吸收

化工原理 第八章 吸收
(1) ky＜＜kx。直线ab的斜率 － kx/ky。 直线ab很陡。 (2) m很小，相平衡线OE平坦，表明 溶质在吸收剂中的溶解度很大，如
水吸收NH3、HCl。
三、传质阻力分析
1 1 1 K x mk y k x
液相阻力控制(液膜控制)：当 1/mky＜＜1/kx，则 1/Kx≈1/kx。 此时传质阻力集中于液相。 液膜控制的条件：
分在液体溶剂中溶解度的差异来 分离气体混合物的操作。
溶质A（吸收质）：能溶于液体的组分 惰性组分B：不能溶于液体的组分 吸收剂S：吸收操作所用的溶剂
吸收液（溶液）：溶有溶质的溶液
吸收尾气：排出的气体，主要成分为惰性气体，还含有残余溶 质
8.1 概述
吸收在化工中的应用： 1．制取化工产品 将气体中需要的成分用指定的溶剂吸收出来，成为液态产 品。如：用水吸收HCl、NO2制取工业盐酸和硝酸。 2．分离气体混合物 工业上利用吸收分离气体混合物。热甲碱法吸收二氧化碳。 3．从气体中回收有用组分 用洗油回收粗苯或二氯乙烷。 4．气体净化 ①原料气的净化。 ②尾气、废气的净化以保护环境。 5．生化工程 菌体在发酵罐中培养。发酵罐中要给予大量的空气以维持 微生物的正常代谢，要应用空气中的氧在水中吸收这一过程。
总传质速率方程
N A K y ( y y*) N A K x ( x* x ) N A K G ( p A p* A) N A K L (C * A CA)
总传质系数与分传质系数的关系
1 1 1 K G kG HkL 1 1 1 m K y k y kx 1 H 1 K L kG k L
（3）挥发性 （4）黏性 （5）其它
不易挥发 粘度要低 无毒，无腐蚀性，不易燃烧，不发泡。 价廉易得，化学稳定性等

化工原理第八章气体吸收

化工原理第八章气体吸收

LS Yb − Ya = X ∗− X G b a B min
费 用
t c o
理论上应综合设备大小、能量消耗等因素, 以生产利润(或费用)为 目标函数确定最适宜液气比 Lopt。实际设计时 , 根据生产经验 , 实际液 气比取：
LS =(1.1～1.5) GB
三. 低浓度吸收计算
y+dy x+dx G L yb xb
π
4
DT2G(y+dy) DT2Gy
(输出量)=
π
4
图8-8:填料塔微分物料衡算
(消失量)=NAdA' = (积累量)=0
π
4
DT2 NAadh～在 dh 内,由气相进入液相
代入物料衡算方程,整理得： Gdy= NAadh 若取速率方程为： NA= Ky(y-y*) 则：Kya(y-y*)dh=Gdy B.C.： h～ 0→h0
工艺条件：T、P、G、yb 工艺要求：ya 工程决策：xa、L 计算目标：h0(或 N)、DT
G L y x
二. 物料衡算
⒈ 填料塔吸收过程分析(如图)
假设连续稳态流动, G～气体摩尔通量
GB LS yb xb Yb X b
图8-5 ： 填料塔流程图
kmol m2 ⋅ s
化学工程与工艺专业本科教学用
y A*=mxA →m=E/P～相平衡常数,无因次 ⑶ 非线性相平衡 对于高浓度或非理想溶液,用相平衡曲线或经验式来描述相平衡关系 二. 传质速率方程
⒈ 传质机理与双膜理论
⑴ 吸收传质机理 溶质 A ：气相对流传质→相界面传质→液相对流传质 ⑵ 有效膜理论～双膜理论 双膜理论假设： Ⅰ：在相界面两侧存在着稳 定 的 气 膜 和 液 膜(即浓度边界层),形成传质的主要阻力; Ⅱ：相界面传质阻力为零,即相界面始终处 于相平衡。 pAi= f(CAi) 那么： 气膜传质速率：NA=kG(pA-pAi) 相界面传质： pAi= f(CAi) (1) (2)

化工原理-第八章-吸收

化工原理-第八章-吸收

化工原理-第八章-吸收一、填空题1、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___________________________。

N A = k y (y-y i) N A = K y (y-y e)2、吸收速度取决于_______________，因此，要提高气－液两流体相对运动速率，可以_______________来增大吸收速率。

双膜的扩散速率减少气膜、液膜厚度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－y e）_________。

大于上方增大远离增大4、用清水吸收空气与A的混合气中的溶质A，物系的相平衡常数m=2，入塔气体浓度y = 0.06，要求出塔气体浓度y2 = 0.006，则最小液气比为_________。

1.805、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。

减少靠近6、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。

相平衡液气比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H OG将_________，N OG将_________ (增加，减少，不变)。

不变增加8、吸收剂用量增加，操作线斜率_________，吸收推动力_________。

（增大，减小，不变）增大增大9、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：_________、_________、_________。

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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76.6170.07576.610001718x ==+由*p Ex=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101.3kPa 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33350/1000kmol/m 0.008kmol/m 44c ==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 1.4431055.43c 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110.5kPa 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 =、31.06koml/m c =。

气膜吸收系数k G =5.2×10-6kmol/(m 2·s ·kPa)，液膜吸收系数k L =1.55×10-4m/s 。

假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，溶解度系数H ＝0.725kmol/(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 2.0740.725c p p p p y H ∆=-=-=⨯-=kPa 其对应的总吸收系数为246G L G 11111(s kPa)/kmol 0.725 1.5510 5.210K 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/s10855.6m/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%100102.51097.4/1/166G 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105.0kPa ，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2.126kmol/(m 3·kPa)。

测得塔内某截面处甲醇的气相分压为7.5kPa ，液相组成为2.85kmol/m 3，液膜吸收系数k L =2.12×10-5m/s ，气相总吸收系数K G ＝1.206×10-5kmol/(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 55.3918c ==kmol/m 35232x t L 55.39 2.1210kmol/(m s) 1.17410kmol/(m s)k c k --=⨯⨯⋅=⨯⋅＝255G G L 11111()(m s kPa)/ kmol 1.20610 2.1262.1210k K Hk --=-=-⋅⋅⨯⨯⨯426.07310(m s kPa)/ kmol=⨯⋅⋅52G 1.64710kmol (m s kPa)k -=⨯⋅⋅5232y t G 105.0 1.64710kmol/(m s) 1.72910kmol/(m s)k p k --==⨯⨯⋅=⨯⋅（2）由65G L 10673.5m/s 126.210206.1--⨯=⨯==H K K m/s 248.0180.105126.20.997S =⨯⨯==M Hp m 总ρ22233y y x 1110.248()(m s)/kmol 7.89610(m s)/kmol 1.72910 1.17410m K k k --=+=+⋅=⨯⋅⨯⨯32y 1.26610kmol 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 105.01.20610kmol/(m s) 1.26610kmol/(m s)K p K --≈=⨯⨯⋅=⨯⋅（3）吸收速率为()()62A L * 5.67310 2.1267.5 2.85kmol/(m s)N K c c -=-=⨯⨯⨯-⋅521.31010kmol/(m s)-=⨯⋅5.在101.3kPa 及25℃的条件下，用清水在填料塔中逆流吸收某混合气中的二氧化硫。

已知混合气进塔和出塔的组成分别为y 1=0.04、y 2=0.002。

假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，亨利系数为4.13×103kPa ，吸收剂用量为最小用量的1.45倍。

（1）试计算吸收液的组成；（2）若操作压力提高到1013kPa 而其他条件不变，再求吸收液的组成。

解：（1）1110.040.0417110.04y Y y ===--2220.0020.002110.002y Y y ==≈--3t 4.131040.77101.3E m p ⨯===吸收剂为清水，所以02=X n,L 12n,V 12min0.04170.00238.81/0.0417/40.770q Y Y q Y m X ⎛⎫--=== ⎪ ⎪--⎝⎭所以操作时的液气比为n,L n,L n,V n,Vmin 1.45 1.4538.8156.27q q q q ⎛⎫==⨯= ⎪ ⎪⎝⎭吸收液的组成为()()n,V 41122n,L 10.04170.00207.0541056.27q X Y Y X q -=-+=⨯-+=⨯（2）3t 4.1310 4.0771013E m p ⨯'==='n,L 12n,V 12min 0.04170.002 3.8810.0417/04.077q Y Y q Y m X '⎛⎫--=== ⎪ ⎪'-⎝⎭-n,L n,L n,V n,V min1.45 1.45 3.881 5.627q q q q ''⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭()()n,V 31122n,L 10.04170.00207.055105.627q X Y Y X q -'⎛⎫'=-+=-+=⨯ ⎪ ⎪⎝⎭6.在一直径为0.8m 的填料塔内，用清水吸收某工业废气中所含的二氧化硫气体。

已知混合气的流量为45kmol/h ，二氧化硫的体积分数为0.032。

操作条件下气液平衡关系为34.5Y X =，气相总体积吸收系数为0.0562kmol/(m 3·s)。

若吸收液中二氧化硫的摩尔比为饱和摩尔比的76%，要求回收率为98%。

求水的用量（kg/h ）及所需的填料层高度。

解：1110.0320.0331110.032y Y y ===--()()21A 10.033110.980.000662Y Y ϕ=-=⨯-=4110.0331*9.5941034.5Y X m -===⨯44110.76*0.769.594107.29110X X --==⨯⨯=⨯惰性气体的流量为n,V 45(10.032)kmol/h 43.56kmol/hq =⨯-=水的用量为()n,V 123n,L 412()43.560.03310.000662kmol/h 1.93810kmol/h7.291100q Y Y q X X --⨯-===⨯-⨯-34m,L 1.9381018kg/h 3.48810kg/hq =⨯⨯=⨯求填料层高度m 429.0m 8.0785.00562.03600/56.432Y Vn,OG =⨯⨯=Ω=a K q H 4111*0.033134.57.291100.00795Y Y Y -∆=-=-⨯⨯=222*0.00066234.500.000662Y Y Y ∆=-=-⨯=12m 120.007950.0006620.002930.00795ln ln 0.000662Y Y Y Y Y ∆-∆-∆===∆∆07.1100293.0000662.00331.0m 21OG =-=∆-=Y Y Y Nm749.4m 429.007.11OG OG =⨯==H N Z 7.某填料吸收塔内装有5m 高，比表面积为221m 2/m 3的金属阶梯环填料，在该填料塔中，用清水逆流吸收某混合气体中的溶质组分。

已知混合气的流量为50kmol/h ，溶质的含量为5％（体积分数％）；进塔清水流量为200kmol/h ，其用量为最小用量的1.6倍；操作条件下的气液平衡关系为 2.75Y X =；气相总吸收系数为42310kmol/(m s)-⨯⋅；填料的有效比表面积近似取为填料比表面积的90％。