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。

解：求H
PA*
CA H
C A 0.582 kmol m3 ，PA 800Pa
故：H
CA PA*
0.582 0.8
0.7275 kmol m3.kPa
求E E PA* xA
xA
CA CA CS
E
0.8 0.01048
0.582
0.582
1000 0.582 17 18.02
76.33 kPa
0.01048求mFra bibliotekm y x
y PA 0.8 7.897 103 P 101.3
m 0.761
8.3 吸收过程模型及传质速率方程 8.3.1双膜模型
一、吸收过程 吸收过程物理模型：
图（b）中y、x分别表示气相、液相主体浓度；yi、xi分别 表示在相界面处气、液两相的浓度。
以气、液相界面为准，A在相际间的传质过程由以下三步串联而成：
E的含义：
①其数值大小由物系特性和温度决定； ②当物系（溶质、溶剂）一定时，其值随温度的上升而增大； ③由实验测定。
二、不同表达形式
由于气、液两相组分浓度可有不同的表示方法，因而亨利定律也有 不同的形式。
1、溶解度系数H
如溶质在液相中的浓度用物质的量浓度CA表示，则亨利定律：
PA*
CA H
式中：CA为单位体积溶液中的溶质的物质量，kmol/m3； H称为溶解度系数，kmol/m3.Pa。
①一般易溶气体，如NH3、HCl等气体，平衡线斜率m 较小，吸收过程通常呈现气相阻力控制；
②难溶气体，如CO2、O2等，由于其溶解度小，平衡 线斜率m大，吸收过程多呈现液相阻力控制
4、改变阻力大小的方法
实际吸收过程的阻力通常多是气相和液相各占一定的比例，且受 气、液两相流动状态影响甚大。通常：

第8章气体吸收8.1、概述Introduction8.1.1吸收的目的和依据目的：分离气体混合物①净化或精制气体：除去混合气中的杂质如：用碳酸丙烯酯（或碳酸钾溶液）吸收合成气中的；用丙酮吸收石油裂解气中的乙炔；②制取某种气体的液态产品：水吸收—→硝酸，水吸收—→盐酸，水吸收甲醛—→福尔马林③分离混合气体以回收所需组分：洗油处理焦炉气中的芳烃；液态烃处理石油裂解气以回收乙烯、丙烯。

④工业废气的治理：环保工程除，，等酸性气体，用碱性吸收剂实际过程：净化、回收之双重目的依据：混合气体中各组分在某液体溶剂中的溶解度的不同，来将气体混合物分离。

8.1.2、工业吸收过程：任务：焦炉煤气中苯、甲苯蒸汽回收。

吸收剂：生产过程的副产物，煤焦油的精制品，称为洗油或贫油。

吸收过程：常温焦炉煤气从吸收塔底部进入，洗油从塔顶淋入，在两相接触过程中，苯蒸汽溶解在洗油中。

溶质：气相—→液相脱苯煤气在塔顶得到，在塔底得到含苯较多的富油。

解吸过程：将富油加热后送入解吸塔，与塔底进入的过热水蒸汽进行接触，苯蒸汽转移进入水蒸气中。

在塔顶设置冷凝器，经冷凝分层除去水后可得到粗笨液体。

同时使塔底得到含苯较少的洗油，经冷却后返回吸收塔循环使用。

名词解释：溶剂：吸收剂solvent(S)如：洗油能显著溶解的组分：吸收物质或溶质solute(A)苯几乎不能溶解的组分：惰性组分inert gas(B)煤气吸收操作后得到的溶液：吸收液富油被吸收后排除设备的气体：吸收尾气脱苯煤气小结：（1）吸收操作中溶质由气相进入液相，实现了气体分离；（2）为了将溶质从吸收液中分离出来，需要解吸过程来完成；（3）多数工业过程是吸收解吸联合进行（吸收液为产品的情况除外）。

提问：富油进入解吸塔前要加热，洗油进入吸收塔前要冷却，原因何在？采用吸收操作实现其体混合物的分离必须解决的几个问题（1）选择合适的溶剂，使其能够选择性的吸收其体混合物中的某个（或某些）组分；（2）提供适当的传质设备，实现气液两相的充分接触，使溶质从气象中转移到液相；（3）溶剂（吸收剂）的再生，以便循环使用。