化工原理 第8章-3
化工原理第八章第三节吸收过程的计算复习教案
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__________________.
《化工原理》第八章 吸收
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。
化工原理第八章习题答案
气体吸收单元自测题答案一、填空题1．组分在溶剂中溶解度的差异2．难溶3．大于、上方4．易溶、0.09975．液相、气相；降低、升高6．存在气液相界面、在相界面上气液达到平衡、传质阻力集中在液膜和气膜内；气膜、液膜7．几乎不变、增大8．增大、增加9．无限高10．90%11．mG /L 、L /mG12．减小、减小、减小、不变、减小、不变13．不变、减小、减小14．减小、增大二、选择题1．A 2．D 3．A 4．C 5．C6．B 7．A 8．B 9．C 10．C三、问答题1、答：气体出塔含量y 2增大，达不到设计要求，液体出塔含量x 1也增大。
2、答：(1)在L /G ＞m 情况下，y 2受相平衡约束等于mx 2，增大L 不会降低y 2，只会无谓降低x 1，增大操作负荷。
(2)在L /G ＜m 情况下，增L 大对降低y 2效果显著。
3、答：判断过程方向；指明过程极限；计算过程推动力。
四、推导题推导：出塔气相组成12)1(Y Y η-=由最小液气比的定义式得21212*121min /X m Y Y Y X X Y Y G L --=--=⎪⎭⎫ ⎝⎛因为以纯溶剂为吸收剂，所以X 2＝0，则ηηηm m m Y Y Y G L =--=--=⎪⎭⎫ ⎝⎛)]1(1[/)1(111min 五、计算题1、解：出塔气气相组成001053.095.005.0)98.01()1(12=⨯-=-=Y Y η最小液气比176.12.1/05263.0001053.005263.0/2121min =-=--=⎪⎭⎫ ⎝⎛X m Y Y Y G L 气体处理量为kmol/h 16.126273314.82826325.101=⨯⨯==RT pV G (1)出塔液相组成03133.0)001053.005263.0(176.14.11)(211=-⨯=-=Y Y L G X (2)清水的耗用量kmol/h 71.20716.126176.14.1=⨯⨯=L (3)填料层高度塔横截面积为m 2785.013600/2826==Ω气相总传质单元高度m 893.0785.018016.126=⨯=Ω=a K G H Y OG 平均对数推动力为005259.0 001053.003133.02.105263.0ln 001053.003133.02.105263.0ln )()(22112211=⨯--⨯-=-----=∆mX Y mX Y mX Y mX Y Y m 气相总传质单元数81.9005259.0001053.005263.021=-=∆-=m OG Y Y Y N 填料层高度m 76.881.9893.0=⨯==OG OG N H H 2、解：(1)出塔液相组成0162.075.08.0015.01015.08.075.0/11=⨯-=⨯=Y X (2)清水用量出塔气体中溶质的浓度为000305.0015.01015.0)98.01()1(12=-⨯-=-=Y Y η入塔气相组成015228.01=Y 入塔气体的量kmol/h 9665.19293314.848033.101=⨯⨯==RT pV G kg/h 24.325kmol/h 069.18 0162.0)000305.0015228.0()015.01(9665.19)(2121==-⨯-⨯=--=X X Y Y G L 3、解：(1) 0045.009.0)95.01(009.0221=⨯-===y x y 368.1)2.1/09.0/()0045.009.0(2.1)/(2.1/min =-==G L G L 00872.0)0045.0/015.0(/)0045.0015.0(0045.0015.02.10625.009.00625.0368.1/)0045.009.0(/)(21211=-=∆=∆=⨯-=∆=-=-=Ln y y y L y y G x m m H N OG 84.78.08.98.900872.0/)0045.009.0(=⨯==-=(2)0005.00625.009.0211===x x y 00`22212124.94)09.0/0052.0(1/1 0052.0 368.1)/()( / =-=-===--∴y y y x x y y G L η解得：不变 5、解：解吸塔操作正常时，吸收塔液体出口含量013.0001.05.1002.002.0)(2211=+-=+-=x y y L G x 此时吸收过程的平均推动力与传质单元数分别为：00211.0 001.02.1002.0013.02.102.0ln )001.02.1002.0()013.02.102.0(ln )()(22112211=⨯-⨯-⨯--⨯-=-----=∆mx y mx y mx y mx y y m 53.800211.0002.002.021=-=∆-=m OG y y y N 当解吸塔操作不正常时，N OG 不变。
化工原理知识点
ln 1
S
yb ya
ya ya
S
（2）对数平均推动力法
NOG
yb ya ym
ym
yb ln
ya yb
ya
15. 气相总传质单元高度 HTU：h0 HOG NOG （流动状况、物系、填料特性和操作条件）
越小越好 16.判断脱吸、吸收
第 10 章 蒸馏 1. 蒸馏：利用各组分挥发度的差异将均相液体混合物加以分离的单元操作
1. 萃取：利用液体混合物中各组分在外加溶剂中溶解度的差异而分离该混合物的操作 2.萃取剂的选择：对溶质溶解性大、选择性好、B 与 S 互溶度越小越好、萃取剂易于回收、 萃取相与萃余相密度差异大
3.溶解度曲线：分为两相区（下方）和均相区（上方）。随着 S 萃取剂增多，溶解度增大， 向均相区移动
4. 分配系数 kA：斜率或 kA 越大，越有利于萃取分离，与溶解度系数类似 5. 选择性系数β：β＞1，与α类似
（1） cA H pA 溶解度系数， kmol/(m3·Pa) T 增大，H 减小 P 在几个大气压范围
内对 H 影响可忽略。其他情况下，一般 P 增大，H 增大 H 越大，表明在相同的 pA 下 cA* 越大，故越易溶。
（2）E C H
越难溶
亨利系数，Pa
T 增大，E 增大；P 对 E 影响可忽略 pA ExA E 越大，
第 9 章 吸收 1. 吸收：利用气体混合物中各组分在液体溶剂中溶解度的差异来分离气体混合物的操作 2.吸收的应用：原料气的净化、回收有用的组分、某些产品的制取、废气的治理
3. 回收率 Yb Ya 1 Ya
Yb
Yb
新版化工原理习题答案(08)第八章--气体吸收[1]
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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 第八章 传质过程导论.doc
第八章传质过程导论第一节概述8-1 物质传递过程(传质过程)传质过程• 相内传质过程• 相际传质过程相内传质过程：物质在一个物相内部从浓度(化学位)高的地方向浓度(化学位)高的地方转移的过程。
实例：煤气、氨气在空气中的扩散，食盐在水中的溶解等等。
相际传质过程：物质由一个相向另一个相转移的过程。
相际传质过程是分离均相混合物必须经历的过程，其作为化工单元操作在工业生产中广泛应用，如蒸馏、吸收、萃取等等。
几种典型的相际传质过程●吸收：物质由气相向液相转移，如图8-1所示A图8-1 吸收传质过程●蒸馏：不同物质在汽液两相间的相互转移，如图8-2所示。
相界面AB图8-2 蒸馏传质过程●萃取，包括液-液萃取和液-固萃取液-液萃取：物质从一个相向另一个相转移。
例如用四氯化碳从水溶液中萃取碘。
液-固萃取：物质从固相向液相转移。
●干燥：液体(通常为水)由固相向气相转移其它相际传质过程：如结晶、吸附、气体的增湿、减湿等等。
传质过程与动量传递、热量传递过程比较有相似之处，但比后二者复杂。
例如与传热过程比较，主要差别为： (1)平衡差别传热过程的推动力为两物体(或流体)的温度差，平衡时两物体的温度相等；传质过程的推动力为两相的浓度差，平衡时两相的浓度不相等。
例如1atm,20ºC 下用水吸收空气中的氨，平衡时液相的浓度为0.582 kmol/m3 ，气相的浓度为3.28×10 - 4kmol/m3 ，两者相差5个数量级。
(2)推动力差别传热推动力为温度差，单位为ºC ，推动力的数值和单位单一；而传质过程推动力浓度有多种表示方法无(例如可用气相分压、摩尔浓度、摩尔分数等等表示)，不同的表示方法推动力的数值和单位均不相同。
8-2浓度及相组成的表示方法1. 质量分数和摩尔分数● 质量分数：用w 表示。
以A 、B 二组分混合物为例，有w A = (8-1)● 质量分数：用x 或y 表示。
以A 、B 二组分混合物为例，有x A = (8-2)2. 质量比与摩尔比 ● 质量比：混合物中一个组分的质量对另一个组分的质量之比，用w 表示。
北京化工大学_《化工原理》_课件_第八章_干燥
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本章主要讨论对流干燥，干燥介质是热 空气，除去的湿分是水分。
对流干燥是传热、传质同时进行的过程，
但传递方向不同，是热、质反向传递过程： 传热 方向 气 固 固 传质 气
推动力
温度差
水汽分压差
5
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干燥过程进行的必要条件： * 物料表面水汽压力大于干燥介质中水汽分压；
空气—水体系，
kH 空气—甲苯体系，
cH
， t w t as
kH
c H ，tw tas
当空气为不饱和状态：t tw (tas) td； 当空气为饱和状态： t = tw (tas) = td。
30
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8.1.2 空气的湿度图及其应用
11
pw pS
100%
即：
f ( pw，t )
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当 φ =1时：
pw = ps，湿空气达饱和，不可作为干燥介质；
当 φ <1时：
pw < ps，湿空气未达饱和，可作为干燥介质。
φ越小，湿空气偏离饱和程度越远，干燥能力越大。
结论：
湿度 H 只能表示出水汽含量的绝对值，而
别被加热到50℃和120℃，求值 。
13
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三、湿空气的比热与焓 1、湿比热（湿热）cH [kJ/kg干气•℃]
定义：在常压下，将1kg干空气和其所带有的Hkg水
汽升高温度1℃所需的热量。
cH cg cv H 1.01 1.88 H f ( H )
化工原理8章固体物料的干燥
r
t t as ( H H )
as
c
as
H
② 绝热饱和温度是状态函数
t、H
空气 补充水
tas f (t, H )
③ 绝热饱和过程可当作等焓处理
绝热饱和塔示意图
即空气的入口焓近似等于空气的出口焓。
（7） 干、湿球温度 ① 干球温度与湿球温度 干球温度：普通温度计测出的空气温度；
（4） 湿比热容 cH （ kJ/kg干空气C ）
c c c H 1.011.88H
H
a
V
ca： 干空气比热容，约1.01 kJ/kg干空气·C； cv： 水蒸汽比热容，约1.88kJ/kg干空气·C。
（5） 湿比焓I ( kJ/kg干空气) 基准: 0C干空气、 0C时液态水的焓为零。
I cat (r0 cV )H (1.01 1.88H )t 2490H
或 qmW qmC ( X1 X 2 ) qm1w1 qm2w2
又 qm C qm1 (1 w1 ) qm 2 (1 w2 )
所以
q mW
qm1
w1 w2 1 w2
qm2
w1 w2 1 w1
（2）空气用量
进入和排出干燥器的湿分相等，故有：
qm C X 1 qmL H1 qm C X 2 qmL H 2
干燥过程： 利用热能除去固体物料中的湿分（水或其他溶剂）的单元操作。
机理 : 质量传递：湿份的转移，由固相到气相，以蒸汽分压为推动力。
热量传递： 由气相到固相，以温度差为推动力。
8.1.2 干燥过程的分类
常压干燥 操作压力 真空干燥
热空气
物料
t
间歇干燥 操作方式
连续干燥
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传质阻力在两相中的分配
气相分传质推动力 ≥液相分传质推动力
y –yi ≈ y-ye
气相阻力控制
液相分传质推动力 ≥气相分传质推动力 xi – x ≈ xe-x
液相阻力控制
（1）气相阻力控制
1 = 1 +m K y ky kx
1 >> m
ky
kx
Ky ≈ ky
条件-?：
NA
=
p
− pi 1
= Ci
−C 1
kG
kL
=
p− pe 1
KG
操作点 液相总传
P
质推动力 H
p
气
相 总
pi
传
质 推
pe
动
力
A B
液相分传 质推动力
气相分传 质推动力
O C ci ce
C
=
Ce
− 1
C
KL
传质推动力的图示
辨析
N A = K y ( y − ye ) N A = ky ( y − yi ) N A = K x (xe − x)
1、ky << kx 或
kx >> 1 ky
传质阻力在两相中的分配
2、 m小（溶解度很大）；
例子：易溶气体：水吸收NH3，HCl。
（2）液相阻力控制
Kx ≈ kx
1 = 1 +1 K x ky ⋅ m kx
1 << 1 mk y kx
1、 ky >> kx 或
kx << 1 ky
2、 m很大（溶解度很小）；
流经微元塔段 两相浓度变化
8.5.1.2 物料衡算微分式
全塔物料衡算： G ——混合气体流率
对溶质 A，有 L ——液体流率
Gy出
Lx 进
气相A的减少 = 液相A的增加
G（y进 − y出）= L（x出 − x进）
定义回收率ɳ
η = y进 − y出 = 1 − y出
y进
y进
y出 =（1 −η）y进
Gy进
NA
=
JA
+
NM
cA cM
( ) =
JA
+
N
cA cM
= JA +
NA + NB
cA cM
（1）等分子反向扩散
N = 0， NA = −NB
JA = NA > N = NM =0
（2）单向扩散
NB = 0， N = N A
NM = N = NA > JA>0
吸收速率方程
N A = K y ( y − ye )
界面浓度求取
在吸收塔某处， 气相主体浓度y = 0.025， 液相主体浓度x = 0.01，气相传质分系数 ky = 2 kmol.m-2.h-1，气相总传质系数 Ky = 1.5 kmol.m-2.h-1，则该处气液界面上 气相浓度yi 应为____，平衡关系y = 0.5x。 A. 0.02 B. 0.01 C. 0.015 D. 0.005 解：ye =mx= 0.5×0.01 = 0.005
复习
• 在分子扩散时，漂流因子的数值=1，表示 低浓度气体扩散或等分子反向扩散
• 对流传质理论中，三个有代表性的是 有效膜理论、溶质渗透理论、表面更新理论
等分子方向扩散，写出下列式子的关系： JA NA N NM 0
N 净物流 , NM主体流动
A分子单向扩散，写出下列式子的关系： NM N NA JA 0
NA = Ky（y-ye）= ky（y-yi）
1.5（0.025-0.005）=2（0.025-yi）
∴yi = 0.01
8.4.2.2 吸收过程的阻力分析
pi = HCi
关于传质推动力
操作点 A 离平衡线越近， 则总推动力就越小
气膜 液膜
p
组成
气相主体
pi
传质方向
Ci
液相主体
C
δG
δL
z
距离
双膜模型
（相同阻学力们占可总以阻练力习的液分相数总）传质系数KL，液
解：1 = 1 + H KG kG kL
=
1 3.15 ×10−6
+
0.72 1.81 × 10−4
= 3.17 ×105 + 3.98×103 = 3.21×105
KG = 3.11×10−6 kmol /( m3 ⋅ s ⋅ kPa ) 由计算所得：KG ≈kG，属于气膜控制。 气膜阻力占总阻力的分 数：
Lx出
逆流吸收塔的物料衡算
物料衡算微分式
塔截面积 A（ = π D2）
4
单位体积内的有效吸收表面 a m2/m3 微元段dh，则传质面积为 aAdh
传质量为NAaAdh 定态条件下： 进=出
GAy=GA(y+dy)+NAaAdh 得 - Gdy=NAadh 同理，液相有 Ldx=NAadh
8.5.1.3 传质速率积分式
例子：难溶气体，水吸收CO2，O2等。
例题
• 含氨极少的空气在1atm、20°C下被水吸 收。已知气膜传质系数 kG=3.15x10-6 kkPmao)l,/(mH2=s0k.7P2a()k, PkaL/=k3m.8o1lx),1气0-4液km平o衡l/(服m2 s 从亨利定律。 求： 1、气相总传质系数KG 2、气相阻力占总阻力的分数。
1 kG 1 KG
=
3.17 ×105 3.21 × 105
= 98.8%
思考
已知： kya=2×10-4kmol/m3·s,
kxa=2 kmol/m3·s, m=1。则该过程为
阻力控制。气膜阻力占总阻力的百分
数为
， 该气体为 溶气体。
举例说明吸收属于上述过程。
1 K ya
=
m kxa
+
1 kya
NA = kx(xi − x)
NA = ky (y − yi )
NA = kx (xi − x)
8.4.2 界面浓度与传质阻力的控制步骤
8.4.2.1界面浓度的求取
y − yi = kx xi − x ky
或
y − yi = − kx x − xi ky
（1）图解法
（2）解析法
界面浓度的求取
yi = f (xi ) 与上式联立求解。
⇒
1 K ya
=
1 2
+
1 2 × 10−4
=
5000.5
K ya = 2 × 10−4 kmol / m3 ⋅ s
气膜，近似100%，易溶，氨或者HCl溶于水
8.5 低含量气体吸收 8.5.1 吸收过程的数学描述 描述过程的方法：
1、物料衡算 2、热量衡算 3、过程速率式 8.5.1.1 低含量气体吸收的特点 (1) G，L 为常量； (2) 过程等温； (3)传质系数为常量。
N A = K x (xe − x)
Ky =
1
1 +m
ky kx
Kx =
1 1 +1
kym kx
解吸速率方程
N A = Kx (x − xe )
N A = K y ( ye − y)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Ky =
1
1 +m
ky kx
Kx =
1 1 +1
kym kx
辨析
N A = K y ( y − ye ) N A = ky ( y − yi ) N A = K x (xe − x)