浙大化工原理第九章-气体吸收-第四次课
化工原理第九章 吸收
p
* A
cA H
或
cA* HpA
H——溶解度系数 ，单位：kmol/m3·Pa或kmol/m3·atm。
H是温度的函数，H值随温度升高而减小。
易溶气体H值大，难溶气体H值小。
溶解度系数H与亨利系数E间的关系
pA*
cA H
,
pA*
ExA, xA
cA c
E
c H
设溶液的密度为 kg / m3，浓度为 c kmol / m3 ，则
20.6.19
气相： 液相：
yA
nA n
xA
nA n
yA yB yN 1 xA xB xN 1
质量分数与摩尔分数的关系：
xA
nA n
mw A
/ MA
mw A / M A mw B / MB mw N
/ MN
wA/M A
wA/M A wB/MB wN/M N
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第二节 气液相平衡
一、气体的溶解度 二、亨利定律 三、气液相平衡与吸收过程 的关系
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一、气体的溶解度
1、气体在液体中溶解度的概念
气体在液相中的溶解度 ：气体在液体中的饱和浓度 cA*
表明一定条件下吸收过程可能达到的极限程度。
2、溶解度曲线
对于单组分物理吸收，由相律知
f c 2 322 3
2、质量比与摩尔比
质量比：混合物中某组分A的质量与惰性组分B
（不参加传质的组分）的质量之比。 wA mA mB
摩尔比：混合物中某组分的摩尔数与惰性组分摩 尔数之比。
气相：
YA
nA nB
液相： X A
nA nB
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(完整版)化工原理习题第四部分吸收答案
第四部分气体吸收一、填空题1．物理吸收操作属于传质过程。
理吸收操作是一组分通过另一停滞组分的单向扩散。
2．操作中的吸收塔，若使用液气比小于设计时的最小液气比，则其操作结果是达不到要求的吸收分离效果。
3．若吸收剂入塔浓度X2降低，其它操作条件不变，吸收结果将使吸收率增大。
4．若吸收剂入塔浓度X2降低，其它操作条件不变，则出口气体浓度降低。
5．含SO2为10%(体积)的气体混合物与浓度c为0.02 kmol/m3的SO2水溶液在一个大气压下相接触。
操作条件下两相的平衡关系为p*=1.62c （大气压），则SO2将从气相向液相转移。
6．含SO2为10%(体积)的气体混合物与浓度c为0.02 kmol/m3的SO2水溶液在一个大气压下相接触。
操作条件下两相的平衡关系为p*=1.62c (大气压)，以气相组成表示的传质总推动力为0.0676 atm 大气压。
7．总传质系数与分传质系数之间的关系为l/K L=l/k L+H/k G，其中l/k L为液膜阻力。
8．总传质系数与分传质系数之间的关系为l/K L=l/k L+H/k G，当气膜阻力H/k G 项可忽略时，表示该吸收过程为液膜控制。
9．亨利定律的表达式之一为p*=Ex，若某气体在水中的亨利系数E值很大，说明该气体为难溶气体。
10．亨利定律的表达式之一为p*=Ex，若某气体在水中的亨利系数E值很小，说明该气体为易溶气体。
11．低浓度气体吸收中，已知平衡关系y*=2x，k x a=0.2 kmol/m3.s，k y a =2 l0-4 kmol/m3.s，则此体系属气膜控制。
12．压力增高，温度降低，将有利于吸收的进行。
13．某操作中的吸收塔，用清水逆流吸收气体混合物中A组分。
若y1下降，L、V、P、T等不变，则回收率减小。
14．某操作中的吸收塔，用清水逆流吸收气体混合物中A组分。
若L增加，其余操作条件不变，则出塔液体浓度降低。
15．吸收因数A 在Y-X 图上的几何意义是 操作线斜率与平衡线斜率之比 。
浙大化工原理第九章-气体吸收-第五次课
yAi
xB=0 xA=0
中等反应速率，不可 逆反应的化学吸收
化学吸收 (Chemical absorption) 化学吸收历程 （2）反应速率快、不可逆
气液 界面
yA xAi
气液 界面
yA
xB
xB
yAi
xB=0 xA=0
yAi =0
快速反应的化学吸收
液 相 中 xB 足够高、
传递速率
又快时
化学吸收 (Chemical absorption) 化学吸收历程
适用范围: ReG = 2×103~3.5×104,ScG = 0.6~2.5,P = 101~303 kPa(绝压)
模型参数:
应用场合
湿壁塔
0.023
0.83
0.44
填料塔
0.066
0.8
0.33
传质系数
D — 溶质在气相中的分子扩散系数 m2/s； P/pm— 气相漂流因子； kg — 气相传质系数 kmol/(m2skPa) ； R — 通用气体常数 kJ/ (kmolK ) ； l — 特征尺寸 m ；
同），溶质在界面上溶解，溶质A在液相中传递并与
液相中组分
相界面
B发生反应。 吸收剂
pA 气相主体
液相主体
pA
界面
cA
pAi cAi
cA 物理吸收
气体
气相扩散
化学吸收 液相扩散
化学吸收 (Chemical absorption) 化学吸收历程 （1）反应速率中等、不可逆
气液
界面
PQ
yA
反应区
xAi
xB
DAB
cAi cA
气速 m/s）；
传质系数
化工原理吸收塔的计算
填料层高度＝传质单元高度×传质单元数
（1）传质单元数（以NOG为例）
•定义：NOG
Y1 dY Y2 Y Y *
气相总传质单元数
NOG
Y1 dY Y2 Y Y *
Y1 Y2 (Y Y *)m
气相组成变化 平均传质推动力
• 传质单元数的意义：
反映了取得一定吸收效果的难易程度。
当所要求的(Y1-Y2)为一定值时，平均吸收推动力(YY*)m越大，NOG就越小，所需的填料层高度就越小。
（2）传质单元高度
•定义：
H OG
G Kya
气相总传质单元高度，m。
•传质单元高度的意义:
完成一个传质单元分离效果所需的填料层高度，
反映了吸收设备效能的高低。
•传质单元高度影响因素：
填料性能、流动状况
四、吸收塔的操作计算 1.吸收过程的强化
Y1
Y*1
Y2
T △Y2
Y*2
O X2
B △Y1
X1
吸收推动力 NA 吸收阻力
目标：提高吸收过程的推动力； 降低吸收过程的阻力。
从L、G、m、X2、Y1、Y2着手。
其它因素： 1）降低吸收剂入口温度； 2）提高吸收的压力； 3）提高流体流动的湍动程度； 4）改善填料的性能。
Y1 dY Y2 Y
NOG
Y1 Y1
Y2 Y2
ln
Y1 Y2
X1
NOG
Y1 Y2 Ym
Ym （Y1 Y2）/ ln Y1 / Y2
注意： •平均推动力法适用于平衡线为直线，逆流、并流 吸收皆可。 •平衡线与操作线平行时，
Ym Y1 Y2 X m X1 X 2
化工原理 第九章 气体吸收
第一节概述一、什么是吸收？吸收是利用气体混合物中各组分在某种溶剂中溶解度的差异，而将气体混合物中组分加以分离的单元操作。
溶质: 气体混合物中能溶解的组分称为溶质，以A表示；惰性组分: 不溶或微溶组分称为惰性组分或载体，以B表示；溶剂: 吸收过程所用的溶剂称为吸收剂，以S表示；吸收液: 所得的溶液称为吸收液。
二、吸收在石油化工中的应用(1)回收有用组分(2)制取液态产品(3)净化气体（废气治理）三、吸收的工艺流程四、吸收分类按溶质和溶剂之间是否发生明显的化学反应吸收按溶于溶剂的组分数吸收按吸收过程是否发生明显的温度变化吸收五、吸收剂的选择1．溶解度大；2．选择性好；3．挥发度低；4．粘度低；5．无毒、无腐蚀；6．吸收剂应尽可能不易燃、不易发泡、价廉易得、稳定。
第二节吸收过程的相平衡关系一、气体在液体中的溶解度在一定的温度与压力下、使气体混合物与一定量的溶剂接触，气相中的溶质便向液相中的溶质转移，直至液相中溶质达到饱和为止，这时，我们称之为达到了相平衡状态。
达到了相平衡状态时气相中溶质的分压，成平衡分压；液相中溶质的浓度称为平衡浓度（或溶解度）。
大量实验表明，溶解度和气相中溶质的分压有关。
从图上可以看出：分压高，溶解度大温度高，溶解度小吸收操作应在低温高压下进行，脱吸应在高温、低压下进行二、亨利定律1．亨利定律在一定的温度下，当总压不很高（<500kpa）时，稀溶液上方溶质的平衡分压与该溶质在液相中的摩尔分率成正比，其表达式如下式中------溶质在气相中的平衡分压,KN/m2；------溶质在液相中的摩尔分率；E------亨利系数,。
式(9-1)称为亨利(Henry)定律。
亨利系数E值由实验测定，常见物系的E值可由有关手册查出。
当物系一定时，亨利系数随温度而变化。
一般说来，值随温度升高而增大，这说明气体的溶解度随温度升高而减小，易溶气体值小，难溶气体的值大。
2．用溶解度系数表示的亨利定律若将亨利定律表示成溶质在液相中的摩尔浓度与其在气相中的平衡分压之间的关系，则可写成如下形式(9-2)式中C──液相中溶质的摩尔浓度,kmol/m3H──溶解度系数，溶液中溶质的摩尔浓度和摩尔分率及溶液的总摩尔浓度之间的关系为(9-3)把上式代入式(9-2)可得将上式与式(9-1)比较，可得(9-4)溶液的总摩尔浓度可用1m3溶液为基准来计算，即(9-5)式中──溶液的密度(kg／m3)──溶液的摩尔质量。
化工原理chapter9气体吸收自测题
气体吸收单元自测题一、填空题1、吸收操作的依据是，以达到分离气体混合物的目的。
2、Henry定律的表达式为p e=E·x，若某气体在水中的亨利系数E值很大，说明该气体为气体。
3、由于吸收过程中气相中溶质分压总是溶质的平衡分压，因此吸收操作线总是在平衡线的。
4、在1atm、20℃下某低浓度气体混合物被清水吸收，若气膜传质系数为k G=0.1kmol/(m2.h.atm)，液膜传质系数k L=0.25kmol/(m2.h.atm)，溶质的溶解度系数H=150kmol/(m3.atm)，则该溶质为气体，气相总传质系数K Y= kmol/(m2.h.△Y)。
5、解吸时，溶质由向传递，压力温度将有利于解吸。
6、双膜理论的基本论要点。
对气膜控制体系，传质阻力主要集中在相中，对液膜控制体系，传质阻力主要集中在相中。
7、在吸收过程中，若提高吸剂用量，对气膜控制的物系，体积总传质系数K Y a，对液膜控制的物系，体积总传质系数K Y a。
8、吸收操作中增加吸收剂用量，操作线的斜率，吸收推动力。
9、当吸收剂用量为最小用量时，则所需填料层高度将为。
10、在常压逆流操作的填料塔中，用纯溶剂吸收混合气中的溶质。
已知进塔气相组成Y1为0.02(摩尔比)，操作液气比为(L/G)=0.9，气液平衡关系为Y=1.0X，则溶质组分的回收率最大可达。
11、脱吸因数可表示为，吸收因数可表示为。
12、低浓度逆流吸收操作中，当气体进口含量y1下降，其它条件不变时，则气体出口含量y2，液体出口含量x1，被吸收溶质总量，回收率η，平均推动力△y m，N OL。
（增大、减小、不变、不确定）13、低浓度逆流吸收操作中，其它条件不变而入塔液体含x2下降，则N OL，出塔液体x1，出塔气体y2。
（增大、减小、不变、不确定）14、低浓度逆流吸收塔设计中，若气体流量、进出口组成及液体进口组成一定，减小吸收剂用量，传质推动力将，设备费用将。
（增大、减小、不变）二、选择题1、吸收操作的作用是分离( )。
化工原理各章节知识点总结
第一章流体流动质点含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比起分子自由程却要大得多。
连续性假定假定流体是由大量质点组成的、彼此间没有间隙、完全充满所占空间的连续介质。
拉格朗日法选定一个流体质点,对其跟踪观察，描述其运动参数(如位移、速度等)与时间的关系。
欧拉法在固定空间位置上观察流体质点的运动情况，如空间各点的速度、压强、密度等，即直接描述各有关运动参数在空间各点的分布情况和随时间的变化。
定态流动流场中各点流体的速度u、压强p不随时间而变化。
轨线与流线轨线是同一流体质点在不同时间的位置连线，是拉格朗日法考察的结果。
流线是同一瞬间不同质点在速度方向上的连线，是欧拉法考察的结果。
系统与控制体系统是采用拉格朗日法考察流体的。
控制体是采用欧拉法考察流体的。
理想流体与实际流体的区别理想流体粘度为零，而实际流体粘度不为零。
粘性的物理本质分子间的引力和分子的热运动。
通常液体的粘度随温度增加而减小，因为液体分子间距离较小，以分子间的引力为主。
气体的粘度随温度上升而增大，因为气体分子间距离较大，以分子的热运动为主。
总势能流体的压强能与位能之和。
可压缩流体与不可压缩流体的区别流体的密度是否与压强有关。
有关的称为可压缩流体，无关的称为不可压缩流体。
伯努利方程的物理意义流体流动中的位能、压强能、动能之和保持不变。
平均流速流体的平均流速是以体积流量相同为原则的。
动能校正因子实际动能之平均值与平均速度之动能的比值。
均匀分布同一横截面上流体速度相同。
均匀流段各流线都是平行的直线并与截面垂直,在定态流动条件下该截面上的流体没有加速度,故沿该截面势能分布应服从静力学原理。
层流与湍流的本质区别是否存在流体速度u、压强p的脉动性，即是否存在流体质点的脉动性。
稳定性与定态性稳定性是指系统对外界扰动的反应。
定态性是指有关运动参数随时间的变化情况。
边界层流动流体受固体壁面阻滞而造成速度梯度的区域。
边界层分离现象在逆压强梯度下，因外层流体的动量来不及传给边界层，而形成边界层脱体的现象。
化工原理吸收
说明：1、 p*、x 、E（亨利系数，压强单位 ）
推导：1m3：
2、适用于 t 一定，理想溶液。E为该 t 下纯溶质p°;
溶质［kmol/m3]
3、用于难溶、较难溶气体（或易溶稀溶液）；
溶剂
4、难溶气体，E为常数；
则
5、E由实验测定，查手册（P78）； 6、E＝f （T），T E （即T CA* ),
等分子反向扩散：NA＝JA 单向扩散： NA＝JA＋总体流动 2、NA计算式 N－总体流动的通量，［A、B总物质量／m2.s］； 其中，A、B的通量各为：
若扩散在气相：
积分:
z
0
解得：
则：
pB2 pB1
故
式中：
1、2两截面上物质B分压的对数平均值，kpa。
－漂流因数，无因次。
说明：①与(2-16)比较,多P/PBm , ②pA (pB )
(3)kG～ky关系 P总压不高时， p=Py 及pi=Pyi
ky= PkG (2-35)
2、液膜吸收速率方程式
yi-溶质A在相界面处的摩尔分率。
ky-气膜吸收系数 ［kmol/(m2.s)] 1／ky为气膜阻力， ＊ 1／ky与（y-yi)相对应。
令
(1)
kL—液膜吸收系数，kmol/(m2.s.kmol/m3)或m/s。
5、 小结 1、两类吸收速率方程式
膜系数相对应的速率式 总系数相对应的速率式
膜吸收速率方程式 总吸收速率方程式
方程式
吸收系数
推动力
膜系数：kG［kmol/(m2.s.kpa)］ kL［kmol/(m2.s.kmol/m3)或m/s。］
ky ［kmol/(m2.s)] Kx［kmol/(m2.s)］
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HOG
V KY a
NOG111ln11AY Y12 Y Y22**1A
A
5
吸收塔的计算
吸收塔的设计型计算
设计型计算的命题
设计要求：求达到指定分离要求所需的塔高
给定条件：Y1，V，相平衡关系，分离要求（Y2或）
设计条件的选择
（1）流向选择 一般选择逆流，Ym较 大。
（2）吸收剂进口浓度的选择 技 术 上 ： X 2 m a x =X2* ， Ym=0，H→∞。
大家好
1
第九章 气体吸收 Gas Absorption
2
吸收塔的计算
高浓度气体吸收填料层高度的计算 高浓度气体吸收的特点
➢ 气、液相流率沿塔高是变化的 ➢ 吸收过程是非等温的
吸收的溶质量大，产生的溶解热能使两相温度显著 升高，相平衡关系也将沿塔高变化。温度升高， 对吸收不利，但可以增加传质分系数。 ➢ 传质系数沿塔高变化大。
Y Y1
Y2
o
X2 X2*
Y*=f(X)
X1 X
6
吸收塔的计算
吸收塔的设计型计算
（2）吸收剂进口浓度的选择 经济上：X2↓，Z↓，设备 费↓，但解吸操作费↑。 须优化选择。
（3）吸收剂用量的选择
L1.1~2.0L
V
Vmin
L Y1Y2 Vmin X1,maxX2
Y Y1
Y2 o X2’ X2
Y*=f(X) X1 X
Y*=f(X)，流动方式，KYa或KXa。 计算目的：L，X1。
13
吸收塔的计算
计算方法
联立求解上节所列方程（计算公式）。 一般情况下，由于相平衡方程和吸收过程方程（填 料层高度计算式）的非线性，须试差或迭代。 当相平衡方程在操作范围内可视为直线时，第一类 命题可将基本方程线性化，但第二类命题仍须试差。
14
吸收塔的计算
【例9-7】某填料吸收塔用溶质含量为0.02（比摩尔分数， 下同）的溶剂吸收混合气中的可溶组分，采用的液气比为 3.2，气体入塔溶质的含量为2.0%，回收率可达95%。已 知在操作范围内物系的平衡关系为Y=2X，吸收过程为气 膜控制，总体积传质系数KYa与气体摩尔流率的0.8次方成 正比。受前后工序操作状况的影响，该吸收塔的工艺参数 也常有波动，试对以下几种情况进行计算。 （1）当解吸不良使吸收剂入塔含量增高至0.04时，溶质 的回收率下降至多少？塔内传质推动力有何变化？ （2）气体流率增加20%，而溶剂量以及气、液进口组成 不变，溶质的回收率有何变化？单位时间被吸收的溶质量 增加多少？ （3）入塔气体溶质含量增高至2.5%时，为保证气体出塔 组成不变，吸收剂用量应增加为原用量的多少倍？ 15
解：空塔气速为0.8m/s时，塔内径为
D 4 V u S3 4 . 10 .5 4 0.8 50 7.94 m 20.9m 4
8
吸收塔的计算
塔的横截面积 D 20.9240.69 m 24
44
进塔惰性气体摩尔流率
V0 .55 277 （ 1 3 0 .0） 50 .02 k1 m /6 sol 2.4 2298
Ym
(Y1
Y1）(Y2 Y2*
lnY1 Y2
Y1* Y2*
)
（0.052l6n01..0658206.011.698） 5（ 0.00.109051050）0.00639 0.001050
11
吸收塔的计算 传质单元数
N OG Y 1 Ym Y20.00 5 .0 2 0 0 .066031 9 80 .05 .05
出塔气体的丙酮含量
Y 2 Y 1 1 0 .0 5 1 0 2 .9 6 0 8 .009 105
吸收塔的计算 最小液气比
V L mi nX Y 1 1 * Y X 220.0 0.05 52 0 /.1 0 2 .6 60 681 1.0 65 5
实际液气比
L1.6L 1.61.652.64 V Vmin
塔底排出水中丙酮的含量
X 1V (Y 1L Y 2)(0.05 2 .6 0 2 .0 4 60)1 0 0 .05 195
10
吸收塔的计算
传质单元高度
H OG KY V a0.00.2 01 0 2.65 19 61 4.4m 5
对数平均推动力
7
吸收塔的计算
【例9-5】设计一瓷环填料塔，以吸收混合气中的丙酮， 吸收剂为清水。进塔气在操作条件下（101.3kPa， 25ºC）的流量为0.557m3/s，其丙酮含量为5% （mol%），要求塔内吸收率达98%，设计可取液气 比为最小液气比的1.6倍。操作条件下，物系相平衡关 系为Y=1.68X，气相总体积传质系数KYa为 0.0215kmol/(s·m3)。若气体空塔速度为0.8m/s，求塔 径及所需填料层高度。
填料层高度 Z H O N O G G 1 .4 8 5 .0 1 6 .7 m 1
12
吸收塔的计算
吸收塔的操作型计算
操作型计算的命题 （1）第一类命题（求操作结果）
给定条件：Z（及其他有关尺寸），V，L，Y1，X2， Y*=f(X)，流动方式，KYa或KXa。
计算目的：Y2（），X1。
（2）第二类命题（求操作条件） 给定条件：Z（及其他有关尺寸），V，Y1，Y2，X2，
4
吸收塔的计算
计算公式（低浓度气体吸收）
全塔物料衡算式
L
V Y 1 Y 2 L X 1 X 2 V
1.1~2.0L
Vmin
相平衡关系
YfX
填料层高度计算式
L Y1Y2 Vmin X1,maxX2
ZHON GOG KY V aY Y 21Yd Y Y*
ZHON LOL KX L aX X21X* dX X
3
吸收塔的计算
吸收过程为组分A通过停滞组分B的扩散过程。按双 膜理论，气相传质系数
液相传质系数
kyR DT p P P Bm ky 0p P Bm ky 01 1 ym
kx
kx0
1
1 xm
低浓度吸收时，漂流因子近似等于1，因而传质系数与浓 度无关。高浓度吸收时，漂流因子的影响不可忽略，因而 传质系数与浓度有关，而浓度是沿塔高变化的，所以传质 系数亦沿塔高变化。液相漂流因子常可忽略。 另外，沿塔高流动状态的变化也将导致传质系数的变化。
吸收塔的计算
【例9-7】
已知
X2 0.02 Y1 2.0% 95%
Y2X
L V
3.2
吸收过程为气膜控制
KYaVs0.8