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![新版化工原理习题答案(08)第八章__气体吸收[1]](https://img.taocdn.com/s1/m/b48b997c2e3f5727a5e962e8.png)
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由 *p E x =亨利系数为*15.0kPa 200.00.075p E x ===kPa 相平衡常数为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。
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 =5.2×10-6 kmol/(m 2·s ·kPa)，液膜吸收系数k L =1.55×10-4 m/s 。
化工原理目录：第8章气体吸收8.1概述8.2气液相平衡8.2.1平衡溶解度8.2.2相平衡与吸收过程的关系8.3扩散和单相传质8.3.1双组分混合物中的分子扩散8.3.2扩散系数8.3.3对流传质8.3.4物质传递与动量、热量传递的类比8.3.5对流传质理论8.4相际传质8.4.1相际传质速率8.4.2传质阻力的控制步骤与界面含量8.5低含量气体吸收8.5.1吸收过程的数学描述8.5.2传质单元数的计算方法8.5.3吸收塔的设计型计算8.5.4吸收塔的操作型计算8.6高含量气体吸收8.6.1高含量气体吸收的特点8.6.2高含量气体吸收过程的数学描述8.6.3高含量气体吸收过程的计算8.7化学吸收习题思考题本章主要符号说明参考文献第9章液体精馏9.1蒸馏概述9.2双组分溶液的气液相平衡9.2.1理想物系的气液相平衡9.2.2非理想物系的气液相平衡9.3平衡蒸馏与简单蒸馏9.3.1平衡蒸馏9.3.2简单蒸馏9.4精馏9.4.1精馏过程9.4.2精馏过程数学描述的基本方法9.4.3塔板上过程的数学描述9.4.4精馏塔的逐板计算9.5双组分精馏的设计型计算9.5.1理论板数的计算9.5.2回流比的选择9.5.3加料热状态的选择9.5.4双组分精馏过程的其他类型9.5.5平衡线为直线时理论板数的解析计算9.6双组分精馏的操作型计算9.6.1精馏过程的操作型计算9.6.2精馏塔的温度分布和灵敏板9.7间歇精馏9.7.1间歇精馏过程的特点9.7.2保持馏出液组成恒定的间歇精馏9.7.3回流比保持恒定的间歇精馏9.8恒沸精馏与萃取精馏9.8.1恒沸精馏9.8.2萃取精馏9.9多组分精馏基础9.9.1多组分精馏流程方案的选择9.9.2多组分的气液相平衡9.9.3多组分精馏的关键组分和物料衡算9.9.4多组分精馏理论板数的计算习题思考题本章主要符号说明参考文献第10章气液传质设备10.1板式塔10.1.1概述10.1.2筛板上的气液接触状态10.1.3气体通过筛板的阻力损失10.1.4筛板塔内气液两相的非理想流动10.1.5板式塔的不正常操作现象10.1.6板效率的各种表示方法及其应用10.1.7提高塔板效率的措施10.1.8塔板型式10.1.9筛板塔的设计10.2填料塔10.2.1填料塔的结构及填料特性10.2.2气液两相在填料层内的流动10.2.3填料塔的传质10.2.4填料塔的附属结构10.2.5填料塔与板式塔的比较习题思考题本章主要符号说明参考文献第11章液液萃取11.1概述11.1.1液液萃取过程11.1.2两相的接触方式11.2液液相平衡11.2.1三角形相图11.2.2部分互溶物系的相平衡11.2.3液液相平衡与萃取操作的关系11.3萃取过程计算11.3.1萃取级内过程的数学描述11.3.2单级萃取11.3.3多级错流萃取11.3.4多级逆流萃取11.3.5完全不互溶物系萃取过程的计算11.3.6回流萃取11.3.7微分接触式逆流萃取11.4萃取设备11.4.1萃取设备的主要类型11.4.2液液传质设备的液泛与两相极限速度11.4.3液液传质设备中的传质速率11.4.4液液传质设备的选择11.5超临界萃取和液膜萃取11.5.1超临界萃取11.5.2液膜萃取习题思考题本章主要符号说明参考文献第12章其他传质分离方法12.1结晶12.1.1概述12.1.2溶解度与溶液的过饱和12.1.3结晶机理与动力学12.1.4结晶过程的物料和热量衡算12.1.5结晶设备12.1.6其他结晶方法12.2吸附分离12.2.1概述12.2.2吸附相平衡12.2.3传质及吸附速率12.2.4固定床吸附过程分析12.2.5吸附分离设备12.3膜分离12.3.1概述12.3.2反渗透12.3.3超滤12.3.4电渗析12.3.5气体混合物的分离12.3.6膜分离设备12.4常规分离方法的选择习题思考题本章主要符号说明参考文献第13章热、质同时传递的过程13.1概述13.2气液直接接触时的传热和传质13.2.1过程的分析13.2.2极限温度——湿球温度与绝热饱和温度13.3过程的计算13.3.1热、质同时传递时过程的数学描述13.3.2逐段计算法13.3.3以焓差为推动力的近似计算法习题思考题本章主要符号说明参考文献第14章固体干燥14.1概述14.1.1固体去湿方法和干燥过程14.1.2对流干燥流程及经济性14.2干燥静力学14.2.1湿空气的状态参数14.2.2湿空气状态的变化过程14.2.3水分在气一固两相间的平衡14.3干燥速率与干燥过程计算14.3.1物料在定态空气条件下的干燥速率14.3.2间歇干燥过程的计算14.3.3连续干燥过程的一般特性14.3.4干燥过程的物料衡算与热量衡算14.3.5干燥过程的热效率14.3.6连续干燥过程设备容积的计算方法14.4干燥器14.4.1干燥器的基本要求14.4.2常用对流式干燥器14.4.3非对流式干燥器习题思考题本章主要符号说明参考文献附录一、气体的扩散系数二、几种气体溶于水时的亨利系数三、某些二元物系的汽一液平衡组成四、某些三元物系的液液平衡数据五、填料的特性。
801化工原理801化工原理是指801化工的基本工作原理和原理解析。
801化工是一种常见的化学工艺，广泛应用于工业生产中。
本文将从801化工的基本原理、工作过程和应用领域等方面进行介绍和解析。
一、801化工的基本原理801化工是一种通过化学反应来改变物质性质的工艺。
它的基本原理是利用化学反应，将原料物质转化为所需产品。
在801化工过程中，通常需要控制反应条件，如温度、压力、pH值等，以促进反应的进行和产物的生成。
此外，还需要选择适当的催化剂和反应器，以提高反应效率和产物纯度。
二、801化工的工作过程801化工通常包括以下几个基本步骤：原料准备、反应器装载、反应进行、产物分离和纯化。
在原料准备阶段，需要对原料进行处理和提纯，以符合反应的要求。
然后，将准备好的原料装入反应器中，进行化学反应。
在反应过程中，需要控制反应条件，如温度、压力和反应时间等。
完成反应后，需要对产物进行分离和纯化，以得到所需的最终产品。
三、801化工的应用领域801化工广泛应用于各个工业领域。
例如，在石油化工行业中，801化工可用于炼油、催化裂化、聚合等过程，用于生产石油产品和石化产品。
在化学制药行业中，801化工可用于合成药物和医药中间体。
此外，801化工还应用于农药、染料、涂料、塑料等行业，用于生产各种化工产品。
四、801化工的优势和挑战801化工具有以下几个优势：首先，可以通过化学反应来实现对物质性质的改变，使得原料得到更高的附加值。
其次，801化工可以实现大规模生产，满足市场需求。
此外，801化工还可以通过反应条件的调节和催化剂的选择，实现对反应过程的控制和优化。
然而，801化工也面临一些挑战。
首先，化学反应过程中可能会产生废物和污染物，对环境造成影响。
因此，需要采取措施来减少废物的产生和污染物的排放。
其次，801化工的生产过程需要高度的技术和设备支持，对人力、物力和资金的要求较高。
因此，需要加强技术研究和设备改进，提高生产效率和产品质量。
831化工原理
831化工原理是指在化工生产过程中使用的一种原理和技术。
该原理主要包括8、3、1三个方面的内容。
8代表的是化工原理中的物理性质。
物理性质是指物质在不改变其化学组成的情况下所表现出来的性质，包括密度、熔点、沸点、导电性、溶解度等。
这些物理性质对于化工生产过程中的物质筛选、分离、提纯等起着重要的作用。
例如，在制药工业中，根据药物的熔点、溶解度等物理性质可以选择合适的工艺条件，提高药物的纯度和质量。
3代表的是化工原理中的化学反应。
化学反应是指物质之间发生化学变化的过程。
在化工生产过程中，通过控制化学反应的条件，可以实现对物质的合成、转化和分解等。
例如，通过酸碱中和反应可以制备盐类化合物；通过氧化反应可以制备氧化物等。
化学反应的控制和优化对于提高化工产品的产率和质量具有重要意义。
1代表的是化工原理中的工艺流程。
工艺流程是指将化工原理应用于实际生产中的过程。
在化工生产过程中，需要根据化学反应的特点和物理性质的要求，设计和优化工艺流程，使其能够高效、安全地完成化工产品的制备。
工艺流程的设计需要考虑反应器的选择、反应条件的控制、反应物料的输送和分离等因素。
831化工原理是化工生产中的重要原理和技术。
通过对物理性质、
化学反应和工艺流程的研究和应用，可以实现化工产品的高产、高质和高效制备。
化工工程师在实际工作中需要熟悉和掌握831化工原理，以便能够正确地设计和操作化工生产过程，提高化工产品的质量和效益。
因此，对于化工行业的从业人员来说，深入理解和应用831化工原理是至关重要的。
1
第八章 气体吸收
第一节 概述
8-1-1 概述
在化学工业中，经常需将气体混合物中的各个组分加以分离，分离的目的不外是：
（一）回收或捕获气体混合物中的有用物质，以制取产品；
（二）除去工艺气体中的有害成分，使气体净化以便进一步加工处理；或除去工业放空
尾气中的有害物以免污染大气。
实际过程往往同时兼有净化与回收双
重目的。
气体混合物的分离，总是根据混合物
中各组分间某种物理和化学性质的差异而
进行的。根据不同性质上的差异，可以开
发出不同的分离方法。吸收操作仅为其中
之一，它根据混合物各组分在某种溶剂中
溶解度的不同而达到分离的目的。
工业吸收过程 今以煤气脱苯为例，
说明吸收操作的流程(图8-1)。
图8-1 吸收与解吸流程
在炼焦及制取城市煤气的生产过程中，焦炉煤气内含有少量的苯、甲苯类低碳氢化合物
的蒸汽(约35g/m
3
)应予以分离回收。所用的吸收溶剂为该工艺生产过程的副产物，即煤焦油
的精制品称为洗油。
回收苯系物质的流程包括吸收和解吸两大部分。含苯煤气在常温下由底部进入吸收塔，
洗油从塔顶淋入，塔内装有木栅等填充物。在煤气与洗油的接触过程中，煤气中的苯蒸汽溶
解于洗油，使塔顶离去的煤气苯含量降至某允许值(﹤2g/m
3
)，而溶有较多苯系溶质的洗油(称
富油)由吸收塔底排出。为取出富油中的苯并使洗油能够再次使用(称溶剂的再生)，在另一个
称为解吸塔的设备中进行与吸收相反的操作——解吸。为此，可先将富油预热至170℃左右
由解吸塔顶淋下，塔底通入过热水蒸汽。洗油中的苯在高温下逸出而被水蒸汽带走，经冷凝
分层将水除去，最终可得苯类液体(粗苯)，而脱除溶质的洗油(称贫油)经冷却后可作为吸收
溶剂再次送入吸收塔循环使用。
由此可见，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，使能选择性地溶解某个(或某些)被分离组分；
（2）提供适当的传质设备以实现气液两相的接触，使被分离组分得以自气相转移至液
相；
（3）溶剂的再生，即脱除溶解于其中的被分离组分以便循环使用。
总之，一个完整的吸收分离过程一般包括吸收和解吸两个组成部分。
溶剂的选择 吸收操作是气液两相之间的接触传质过程，吸收操作的成功与否在很大程
度上决定于溶剂的性质，特别是溶剂与气体混合物之间的相平衡关系。根据物理化学中有关
相平衡的知识可知，评价溶剂优劣的主要依据应包括：
（1）溶剂应对混合气中被分离组分(下称溶质)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的溶剂
量较少，气体中溶质的极限残余浓度亦可降低；就过程速率而言，溶质平衡分压低，过程推
动力大，传质速率快，所需设备的尺寸小。
2
（2）溶剂对混合气体中其它组分的溶解度要小，即溶剂应具有较高的选择性。如果溶
剂的选择性不高，它将同时吸收气体混合物中的其他组分，这样的吸收操作只能实现组分间
某种程度的增浓而不能实现较为完全的分离。
（3）溶质在溶剂中的溶解度应对温度的变化比较敏感，即不仅在低温下溶解度要大，
平衡分压要小，而且随温度升高，溶解度应迅速下降，平衡分压应迅速上升。这样，被吸收
的气体容易解吸，溶剂再生方便。
（4）溶剂的蒸汽压要低，以减少吸收和再生过程中溶剂的挥发损失。
除上述诸点以外，溶剂还应满足：
（5）溶剂应有较好的化学稳定性，以免使用过程中发生变质。
（6）溶剂应有较低的粘度，且在吸收过程中不易产生泡沫，以实现吸收塔内良好的气
液接触和塔顶的气液分离。在必要时，可在溶剂中加入少量消泡剂。
（7）溶剂应尽可能满足价廉、易得、无毒、不易燃烧等经济和安全条件。
实际上很难找到一个理想的溶剂能够满足所有这些要求，因此，应对可供选用的溶剂作
全面的评价以作出经济合理的选择。
物理吸收和化学吸收 气体中各组分因在溶剂中物理溶解度的不同而被分离的吸收操
作称为物理吸收，上述煤气脱苯即为一例。在物理吸收中的溶质与溶剂的结合力较弱，解吸
比较方便。
但是，一般气体在溶剂中的溶解度不高。利用适当的化学反应，可大幅度地提高溶剂对
气体的吸收能力。例如，CO
2在水中的溶解度甚低，但若以K2CO3水溶液吸收CO2
时，则
在液相中发生下列反应：
K
2CO3＋CO2＋H2O == 2KHCO3
从而使K2CO3水溶液具有较高的吸收CO2的能力。同时，化学反应本身的高度选择性必定
赋予吸收操作以高度选择性。可见，利用化学反应大大扩展了吸收操作的应用范围，此种利
用化学反应而实现吸收的操作称为化学吸收。
作为化学吸收可被利用的化学反应一般应满足以下条件：
（1）可逆性 如果该反应不可逆，溶剂将难以再生和循环使用。例如，用NaOH吸收
CO
2时，因生成Na2CO3而不易再生，势必消耗大量NaOH。因此，只有当气体中CO2
浓度
甚低，而又必须彻底加以清除时方才使用。自然，若反应产物本身即为过程的产品时又另当
别论。
（2）较高的反应速率 若所用的化学反应其速度较慢，则应研究加入适当的催化剂以
加快反应速率。
吸收操作的经济性 吸收的操作费用主要包括：
（1）气、液两相流经吸收设备的能量消耗；
（2）溶剂的挥发损失和变质损失；
（3）溶剂的再生费用，即解吸操作费。
此三者中尤以再生费用所占的比例最大。
常用的解吸方法有升温、减压、吹气，其中升温与吹气特别是升温与吹气同时使用最为
常见。溶剂在吸收与解吸设备之间循环，其间的加热与冷却、泄压与加压必消耗较多的能量。
如果溶剂的溶解能力差，离开吸收设备的溶剂中溶质浓度低，则所需的溶剂循环量必大，再
生时的能量消耗也大。同样，若溶剂的溶解能力对温度变化不敏感，所需解吸温度较高，溶
剂再生的能耗也将增大。
若吸收了溶质以后的溶液是过程的产品，此时不再需要溶剂的再生，这种吸收过程自然
是最经济的。
3
吸收过程中气、液两相的接触方式 吸收设备有多种形式，但以塔式最为常用。按气、
液两相接触方式的不同可将吸收设备分为级式接触与微分接触两大类。图8-2为这两类设备
中典型的吸收塔示意图。
(a) 级式接触 (b) 微分接触
图8-2 两类吸收设备
在图8-2(a)所示的板式吸收塔中，气体与液体为逐级逆流接触。气体自下而上通过板上
小孔逐板上升，在每一板上与溶剂接触，其中可溶组分被部分地溶解。在此类设备中，气体
每上升一块塔板，其可溶组分的浓度阶跃式地降低；溶剂逐板下降，其可溶组分的浓度则阶
跃式地升高。但是，在级式接触过程中所进行的吸收过程仍可不随时间而变，为定态连续过
程。
在图8-2(b)所示设备中，液体呈膜状沿壁流下，此为湿壁塔或降膜塔。更常见的是在塔
内充以诸如瓷环之类的填料，液体自塔顶均匀淋下并沿填料表面下流，气体通过填料间的空
隙上升与液体作连续的逆流接触。在这种设备中，气体中的可溶组分不断地被吸收，其浓度
自下而上连续地降低；液体则相反，其中可溶组分的浓度则由上而下连续地增高，此乃微分
接触式的吸收设备。
级式与微分接触两类设备不仅用于气体吸收，同样也用于液体精馏、萃取等其它传质单
元操作。两类设备可采用完全不同的计算方法。本书将以气体吸收为例说明微分接触设备的
计算方法，而以精馏、萃取为例叙述级式接触的计算方法，并在气液传质设备一章中扼要说
明两种方法之间的关系。
定态和非定态操作 上述两种不同接触方式的传质设备中所进行的吸收或其它传质过
程可以是定态的连续过程，即设备内的过程参数都不随时间而变；也可以是非定态的，即间
歇操作或脉冲式的操作。以下除特别说明外，均指连续定态操作。
本章所作的基本假定 为便于说明问题，本章讨论的气体吸收限于下列较为简单的情
况：
（1）气体混合物中只有一个组分溶于溶剂，其余组分在溶剂中的溶解度极低而可忽略
不计，因而可视为一个惰性组分。
（2）溶剂的蒸汽压很低，其挥发损失可以忽略，即气体中不含溶剂蒸汽。
这样，在气相中仅包括一个惰性组分和一个可溶组分；在液相中则包含着可溶组分(溶
质)与溶剂。
