化工原理答案-第五章--吸收
化工原理-5章气体吸收
液两相的浓度呈连续变化。如填
溶剂
料塔。
溶剂
规整填料
散装填料
塑料丝网波纹填料 塑料鲍尔环填料
级式接触：气、液两相逐级接 触传质，两相的组成呈阶跃变 化。 如板式塔。
气体
气体
a 微分接触
b 级式接触
图9-2 填料塔和板式塔
5.1.3 吸收操作的分类
物理吸收：吸收过程溶质与溶剂不发生显著的化学反应。如用水 吸收二氧化碳、用水吸收乙醇或丙醇蒸汽、用洗油吸收芳烃等。
硫回收
低温 甲 醇洗
甲醇 醋酸
CO分离
醋酐
低温甲醇洗装置
原气料体器气热I/交合换成 新醇鲜储甲槽 锅冷炉却给器水
原料气 冷却器
补充泵
洗氨器 原料气 体/热合交成换气器
原料气 /交废换气器热
地下 废液罐
地下 吸收器 废液泵
II
C02 甲 醇 级 间冷却器
H进2料S-冷吸却收器器
合成气 原料气
原 凝物料 气 冷
yA 1 yA
KmolA/ KmolB
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 B组分。在吸收中，B组分是指吸收剂或惰 性气，A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A组分,有
A
mA V
kg / m3
对于气体混合物，在压强不太高、温度不太低的情况下，可视为理
EM s 83.318
第八章 吸收
三、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。
吸收平衡线
YA
1
mX A (1 m) X
化工原理 第五章 气体吸收
Y
*
mX 1 (1 m) X
当溶液浓度很低时,上式右端分母约等于1,于是上式可简化为:
Y*=mX
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三、 相平衡关系在吸收中的应用
（一）判断过程进行的方向
* pA pA * pA pA * pA pA
A由气相向液相传质，吸收过程 平衡状态
A由液相向气相传质，解吸过程
*或x* >x或 c * y
dc A —组分A在扩散方向z上的浓度梯度（kmol/m3）/m； dz
DAB——组分A在B组分中的扩散系数，m2/s。
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
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理想气体：
pA cA RT
dc A 1 dp A = dz RT dz
DAB dpA JA RT dz
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吸收过程： （1）A由气相主体到相界面，气相内传递； （2）A在相界面上溶解，溶解过程； （3）A自相界面到液相主体，液相内传递。
单相内传递方式：分子扩散；对流扩散 。
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一、 分子扩散与菲克定律
分子扩散：在静止或滞流流体内部，若某一组分存 在浓度差，则因分子无规则的热运动使
该组分由浓度较高处传递至浓度较低处，
物系一定， E T 2）E大的，溶解度小，难溶气体 E小的，溶解度大，易溶气体
3）E的来源：实验测得；查手册
对于理想溶液，亨利常数即为纯溶质的饱和蒸汽压。亨利常数E值较大表示溶解度 较小。一般E值随温度的升高而增大，常压下压力对E值影响不大。
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（二）亨利定律其它形式
cA 1）p H
体主体浓度线相交于一点E，则厚度zG为E到相界
面的垂直距离。
（二）气相传质速率方程
(完整版)“化工原理”第5章《吸收》复习题
《化工原理》第五章“吸收”复习题一、填空题1. 质量传递包括有＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿______＿＿＿等过程。
***答案*** 吸收、蒸馏、萃取、吸附、干燥。
2. 吸收是指＿＿＿__＿＿的过程，解吸是指＿＿＿＿＿的过程。
***答案*** 用液体吸收剂吸收气体，液相中的吸收质向气相扩散。
3. 对接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统，当总压增加时，亨利系数E＿＿＿＿，相平衡常数m＿＿＿＿，溶解度系数H＿＿_＿。
***答案*** 不变；减少；不变4. 指出下列组分，哪个是吸收质，哪个是吸收剂.(1) 用水吸收HCl生产盐酸,H2O是＿_＿＿，HCｌ是＿___＿.(2)用98.3％H2SO4吸收SO3生产H2SO4,SO3,是＿＿＿；H2SO4是＿＿＿。
(3)用水吸收甲醛生产福尔马林,H2O是＿＿＿＿；甲醛是＿＿＿。
***答案***（1）吸收剂，吸收质。
（2）吸收质，吸收剂。
（3）吸收剂，吸收质。
5. 吸收一般按有无化学反应分为＿＿＿＿＿，其吸收方法分为＿＿＿＿＿＿＿。
***答案*** 物理吸收和化学吸收；喷淋吸收、鼓泡吸收、膜式吸收。
6. 传质的基本方式有：__________和_________。
***答案*** 分子扩散，涡流扩散.7. 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。
**答案*** 双膜的扩散速率，减少气膜、液膜厚度。
8. 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*）＿＿＿＿。
***答案*** 大于上方增大远离增大9. 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。
***答案*** 减少；靠近；10. 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)。
化工原理28气体吸收
煤气中的芳烃,可采用洗油吸收方法回收芳烃获得粗苯.
二、吸收操作分类
*物理吸收与化学吸收 *等温吸收与非等温吸收 *单组分吸收与多组分吸收 *定态吸收与非定态吸收（过程参数是否随时间而变） 本章讨论所作的基本假定： 单组分、低浓度、连续定态逆流、等温物理吸收
三、吸收操作的经济性
吸收操作费用主要包括： 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；
=
0
dz dz dz
—d —PA = - —d P—B
dz
dz
—d C—A= - —d —CB
dz
dz
DAB = DBA = D
若选择固定的，垂直扩散方向的截面为基准，观察 扩散传质的速率。对于定态分子扩散则有
NA= JA
同理有
NB= JB
由以上讨论可知，等摩尔逆向扩散过程传质速率的大小主
要是分子扩散的贡献。
有总体流动时的传质速率： 对于B组分有： NB = JB+NBM =0
即： JB= - NBM
且
NAM
PA
——— = ———
NBM
PB
JB= -NBM = - JA
对于A组分，其传递速率 ：
即：
NA = JA + NAM = JA + NBM PA / PB NA =（1+ PA / PB）JA
NA=
dCA JA= - DAB———
dZ 式中：
JA— 组分A沿Z方向的扩散通量kmol/m2 ·s； CA— 组分A在混合物中摩尔浓度kmol/ m3 ; DAB—组分A在A、B混合中的扩散系数，m2/s 。
同理，对B组分的扩散可表示为
dCB JB= - DBA———
化工原理第五章-吸收-题
六吸收浓度换算2.1甲醇15%(质量)的水溶液, 其密度为970Kg/m3, 试计算该溶液中甲醇的:(1)摩尔分率; (2)摩尔比; (3)质量比; (4)质量浓度; (5)摩尔浓度。
分子扩散2.2 估算1atm及293K下氯化氢气体(HCl)在(1)空气,(2)水(极稀盐酸)中的扩散系数。
2.3一小管充以丙酮,液面距管口1.1cm,20℃空气以一定速度吹过管口,经5 小时后液面下降到离管口2.05cm,大气压为750[mmHg],丙酮的蒸汽压为180[mmHg] , 丙酮液密度为7900[kg/m3],计算丙酮蒸汽在空气中的扩散系数。
2.4 浅盘内盛水。
水深5mm,在1atm又298K下靠分子扩散逐渐蒸发到大气中。
假定传质阻力相当于3mm厚的静止气层,气层外的水蒸压可忽略,求蒸发完所需的时间。
2.5 一填料塔在常压和295K下操作，用水除去含氨混合气体中的氨。
在塔内某处，氨在气相中的组成y a=5%(摩尔百分率)。
液相氨的平衡分压P=660Pa,物质通量N A = 10 - 4[kmol/m2·S],气相扩散系数D G=0.24[cm2/s],求气膜的当量厚度。
相平衡与亨利定律2.6 温度为10℃的常压空气与水接触，氧在空气中的体积百分率为21%，求到达平衡时氧在水中的最大浓度, 〔以[g/m3]、摩尔分率表示〕及溶解度系数。
以[g/m3·atm]及[kmol/m3·Pa]表示。
2.7 当系统服从亨利定律时，对同一温度和液相浓度，如果总压增大一倍那么与之平衡的气相浓度(或分压) (A)Y增大一倍; (B)P增大一倍;(C)Y减小一倍; (D)P减小一倍。
2.8 25℃及1atm下,含CO220%,空气80%(体积%)的气体1m3，与1m3的清水在容积2m3的密闭容器中接触进行传质,试问气液到达平衡后,(1)CO2在水中的最终浓度及剩余气体的总压为多少?(2)刚开始接触时的总传质推动力ΔP,Δx各为多少？气液到达平衡时的总传质推动力又为多少？2.9 在填料塔中用清水吸收气体中所含的丙酮蒸气,操作温度20℃,压力1atm。
化工原理第五章(吸收塔的计算)
式中 FA——单位时间溶质的吸收量，mol/s； A——气液相接触面积，m2。
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a
12
【特点】操作线与平衡线相交或相切。 【问题】如果进一步减小液气比，将会出现什么状 况？
Y1－Y1*=0
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Y1*
Y－Y*=0
最小液气比下的操作线
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a
14
（2）减少吸收剂用量对吸收操作的影响 【设备费用增加】减少吸收剂用量，操作线的斜率 变小，操作线往下压。在此情况下，操作线靠近平 衡线，吸收的推动力减小，若欲达到一定吸收效果 ，则所需的塔高将增大，设备费用会增加。 【操作费用降低 】随着吸收剂用量的减少，吸收后 所获得的吸收液浓度会增大，降低了解吸工段的难 度；同时吸收剂消耗量也会较少，输送及吸收剂再 生等操作费用减少。
——全塔的物料衡算式
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a
4
G, Y 1
L, X1
物料衡算示意图
【有关计算】
【吸收液的浓度】
G X1X2L(Y1Y2)
【溶质的回收率】
G, Y2
L, X2
【定义】
被吸收的溶质量
进塔气体中的溶质量
【计算公式】 G(Y1Y2)Y1Y2
G1Y
Y1
Y2Y1(1)
G, Y 1
L, X1
——塔底、塔顶组成与回收率物之料间衡 算的示关意系图
第五章
吸收
第四节 吸收塔的计算
一、物料衡算与操作线方程 二、吸收剂用量的确定 三、填料层高度的计算
2020/5/7
a
1
【吸收塔的计算内容 】 1、设计型计算 （1）吸收塔的塔径； （2）吸收塔的塔高等。 2、操作型计算 （1）吸收剂的用量； （2）吸收液的浓度； （3）在物系、塔设备一定的情况下，对指定的生产 任务，核算塔设备是否合用。
化工原理第五章吸收课后习题及答案
第五章 吸收相组成的换算【5-1】 空气和CO 2的混合气体中，CO 2的体积分数为20%，求其摩尔分数y 和摩尔比Y 各为多少？解 因摩尔分数=体积分数，.02y =摩尔分数 摩尔比 ..020251102y Y y ===--． 【5-2】 20℃的l00g 水中溶解lgNH 3, NH 3在溶液中的组成用摩尔分数x 、浓度c 及摩尔比X 表示时，各为多少？解 摩尔分数//117=0．010*******／18x =+浓度c 的计算20℃，溶液的密度用水的密度./39982s kg m ρ=代替。
溶液中NH 3的量为 /311017n k m ol -=⨯ 溶液的体积 /.33101109982 V m -=⨯溶液中NH 3的浓度//.33311017==0．581／101109982n c kmol m V --⨯=⨯ 或 . 3998200105058218s sc x kmol m M ρ==⨯=．．／ NH 3与水的摩尔比的计算 或 ..00105001061100105x X x ===--． 【5-3】进入吸收器的混合气体中，NH 3的体积分数为10%，吸收率为90%，求离开吸收器时NH 3的组成，以摩尔比Y 和摩尔分数y 表示。
吸收率的定义为解 原料气中NH 3的摩尔分数0.1y = 摩尔比 (11101)01111101y Y y ===-- 吸收器出口混合气中NH 3的摩尔比为 摩尔分数 (22200111)=0010981100111Y y Y ==++ 气液相平衡【5-4】 l00g 水中溶解lg 3 NH ，查得20℃时溶液上方3NH 的平衡分压为798Pa 。
此稀溶液的气液相平衡关系服从亨利定律，试求亨利系数E(单位为kPa )、溶解度系数H[单位为/()3kmol m kPa ⋅]和相平衡常数m 。
总压为100kPa 。
解 液相中3NH 的摩尔分数/.//1170010511710018x ==+气相中3NH 的平衡分压 *.0798 P k P a ＝ 亨利系数 *./.0798*******E p x ===／ 液相中3NH 的浓度 /./.333110170581 101109982n c kmol m V --⨯===⨯／ 溶解度系数 /*./../(3058107980728H c p k m o l m kP a ===⋅液相中3NH 的摩尔分数 //1170010511710018x ==+．／气相的平衡摩尔分数 **.0798100y p p ==／／ 相平衡常数 * (079807610000105)y m x ===⨯ 或 //.76100076m E p === 【5-5】空气中氧的体积分数为21%，试求总压为.101325kPa ，温度为10℃时，31m 水中最大可能溶解多少克氧？已知10℃时氧在水中的溶解度表达式为*.6331310p x =⨯，式中*p 为氧在气相中的平衡分压，单位为kPa x ；为溶液中氧的摩尔分数。
化工原理吸收课后答案
化工原理吸收课后答案一、选择题1. 在化工原理中，吸收是指将气体或溶质从气体或液体中分离出来的过程。
以下哪个选项是吸收的基本原理？A. 溶解B. 沉淀C. 蒸馏D. 转化答案：A. 溶解2. 吸收塔是吸收操作的主要设备，以下哪个选项不是吸收塔的主要结构？A. 塔体B. 进口管道C. 出口管道D. 冷却器答案：D. 冷却器3. 吸收剂是吸收操作中用于吸收溶质的物质。
以下哪个选项不是常用的吸收剂？A. 水B. 酒精C. 硫酸答案：C. 硫酸4. 在吸收操作中，溶质的传质速率是影响吸收效果的重要因素。
以下哪个选项不是影响溶质传质速率的因素？A. 温度B. 压力C. 浓度差D. 塔体高度答案：D. 塔体高度5. 吸收操作中，溶质的平均传质系数是描述溶质传质速率的重要参数。
以下哪个选项不是影响平均传质系数的因素？A. 溶质的性质B. 吸收剂的性质C. 温度D. 塔体直径答案：D. 塔体直径二、填空题1. 吸收操作中，溶质的传质速率可以通过__________来表征。
答案：传质通量2. 吸收塔的进口管道通常设置在塔的__________。
3. 吸收操作中，溶质的平均传质系数通常用单位时间内溶质传递的__________来表示。
答案：摩尔数4. 吸收操作中，溶质的传质速率与溶质的浓度差呈__________关系。
答案：正比5. 吸收操作中，增加塔体的高度可以__________溶质的传质速率。
答案：提高三、简答题1. 请简要描述吸收操作的基本原理。
答案：吸收是指将气体或溶质从气体或液体中分离出来的过程。
在吸收操作中，通过将气体或溶质与吸收剂接触，使其发生溶解，从而实现分离的目的。
吸收的基本原理是溶解，即气体或溶质在吸收剂中发生溶解，形成溶液。
溶解的过程是一个物质从一种相转移到另一种相的过程，通过溶解，气体或溶质的分子与吸收剂的分子发生相互作用，从而实现吸收分离。
2. 请简要介绍吸收塔的主要结构。
答案：吸收塔是吸收操作的主要设备，其主要结构包括塔体、进口管道和出口管道。
化工原理第五章(吸收过程的传质速率)
仅为分子扩散，组分A的传质速率等于其扩散速率即
：
dc A N A J A D dz
2013-9-19
边界条件：z=0，cA=cA1；z=Z，cA=cA2；
J A J B
将以上关系式代入菲克定律式，得到：
组分A在组 分B中的扩 散系数
DAB=DBA=D
组分B在组 分A中的扩 散系数
【结论】在双组分混合物中，组分A在组分B中的扩
散系数等于组分B在组分A中的扩散系数。
2013-9-19
（4）等分子反向扩散的传质速率
【传质速率】在任一固定的空间位置上，单位时间
流体的湍动程度有关，也与流体质点的位置有关，
既不能使用公式计算，也难于用试验的方法测定。
（2）NA的表达式形式好看但不好用，并不能将NA的
表达式积分求出对流传质速率NA。
2013-9-19
4、有效层流膜模型 （1）对流传质的传质阻力全部集中在一层虚拟的层 流膜层内，膜层内的传质形式仅为分子扩散。 （2）层流膜外流体高度湍流，无浓度差（没有推动 力），故没有质量传递过程。 （3）层流膜的厚度ZL 层流内层分压梯度线延长线 与液相主体浓度线cA相交于一点L，L到相界面的垂
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整体流动
（5）单向扩散的传质速率方程 ①单向扩散的传质速率方程基本计算式
cA NA JA NA c
式中
JA——分子扩散（扩散流）所传递的量；
NAcA/c——主体流动所传递的量。
2013-9-19
②单向扩散传质速率方程的积分式 对于气相可推得：
化工原理王志魁第五版习题解答：第五章 吸收
第五章吸收气液相平衡【5-5】空气中氧的体积分数为21%，试求总压为.101325kPa ，温度为10℃时，31m 水中最大可能溶解多少克氧？已知10℃时氧在水中的溶解度表达式为*.6331310p x =⨯，式中*p 为氧在气相中的平衡分压，单位为kPa x ；为溶液中氧的摩尔分数。
解总压.101325 p kPa=空气中2O 的压力分数.021A p p ==／体积分数空气中2O 的分压*..021101325 A p kPa =⨯亨利系数 .6331310E kPa=⨯(1)利用亨利定律*A p Ex =计算与气相分压..021101325A p kPa =⨯相平衡的液相组成为*. ..A p x kmol O kmol E ⨯===⨯⨯-6260．2110132564210 ／331310溶液此为1kmol 水溶液中最大可能溶解.6264210kmol O -⨯因为溶液很稀，其中溶质很少1kmol 水溶液≈1kmol 水=18kg 水10℃，水的密度.39997kg m ρ=／故1kmol 水溶液≈.3189997m ／水即.3189997m 水中最大可能溶解.664210kmol -⨯氧故31m 水中最大可能溶解的氧量为 (6426421099973571018)kmol O --⨯⨯=⨯ (4222)357103211410O 114O kg g --⨯⨯=⨯=(2)利用亨利定律*A A c p H =计算()...5369997== 167610／33131018s s H kmol m kPa EM ρ-≈⨯⋅⨯⨯31m 水中最大可能溶解的氧量为*(..)(.).5432021101325 16761035710A A c p H kmol O m --==⨯⨯=⨯／溶液 (4222)357103211410114kg O g O --⨯⨯=⨯=【5-9】CO 2分压力为50kPa 的混合气体，分别与CO 2浓度为./3001kmol m 的水溶液和CO 2浓度为.3005kmol m ／的水溶液接触。
化工原理第五章吸收
化⼯原理第五章吸收第五章吸收第⼀节概述当⽓体混合物与适当的液体接触，⽓体中的⼀个或⼏个组分溶解于液体中，⽽不能溶解的组分仍留在⽓体中，使⽓体混合物得到了分离，吸收( absorption)操作就是利⽤⽓体混合物中各组分在液体中的溶解度不同束分离⽓体混合物的。
吸收操作所⽤的液体称为吸收剂或溶剂( solvcnt)；混合⽓中，被溶解的组分称为溶质( solute)或吸收质；不被溶解的组分称为惰性⽓体(inert gas)或载体；所得到的溶液称为吸收液，其成分⾜溶剂与溶质；排出的⽓体称为吸收尾⽓，如果吸收剂的挥发度很⼩，则其中主要成分为惰性⽓体以及残留的溶质。
⼀、吸收操作的应⽤吸收操作在⼯业⽣产中得到⼴泛应⽤，其⽬的有下列⼏项。
①制取液体产品。
例如⽤⽔吸收⼆氧化氮，制取硝酸；⽤硫酸吸收SO3，制取发烟硫酸等。
②回收混合⽓中有⽤组分。
例如⽤液态烃吸收⽯油裂解⽓中的⼄烯和丙烯；⽤硫酸吸收焦炉⽓中的氨。
③除去⼯艺⽓体中有害组分，以净化⽓体。
例如⽤⽔或⼄醇胺除去合成氨原料⽓中的C02。
④除去⼯业放卒尾⽓rti的有害组分。
例如除去尾⽓中的H2S、SO2等，以免⼤⽓污染。
随着⼯业的发展，要求⼯业尾⽓中有害组分的含量越来越少。
⼆、吸收设备吸收设备有多种类型，最常⽤的有填料塔与板式塔，如图5-1所⽰。
填料塔中装有诸如瓷环之类的填料，⽓液接触在填料中进⾏。
板式塔中安装有筛孔塔板，⽓液两相在塔板⼀E⿎泡进⾏接触。
混合⽓体从塔底引⼊吸收塔，向1流动；吸收剂从塔顶引⼊，向下流动。
吸收液从塔底引⼩，吸收尾⽓从塔顶引出。
填料塔与板式塔的计算⽅法不同，本章将介绍填料塔的计算。
板式塔的计算⽅法将在下⼀章介绍。
三、吸收过程的分类(1)物理吸收与化学吸收若溶质与吸收剂之间没有化学反应，⽽只靠溶质在吸收剂中的物理溶解度，则被吸收时称为物理吸收。
若溶质靠化学反应与吸收剂相结合，则被吸收时称为化学吸收。
物理吸收时，溶质在溶液上⽅的分压⼒较⼤，⽽且吸收过程最后只能进⾏到溶质在⽓相的分压，⼒略⾼于溶质在溶液上⽅的平衡分压为⽌化学吸收时，若为不可逆反腑，溶液上⽅的溶质平衡分压⼒极⼩，可以充分吸收；若为可逆反应⼀溶液上⽅存在明挂的溶质平衡分压⼒，但⽐物理吸收时⼩很多。
化工原理第五章吸收(传质理论之一)超详细讲解
被吸收NH3的体积： VNH3＝80*(0.25-0.053) =15.8 m3
传热过程
吸收过程
理论 将对流给热视为壁 实质 附近滞流层的热传
导过程—付立叶定
将吸收视为A穿过相界面附 近滞流双膜的分子扩散过 程—费克定律
At
T
T
t
t
A1 (T tw1 ) A2 (tw2 t )
N
DAC
DgP
RTpBg
A(
Dl (CA CS
CSl
p )
pi) A(Ci C)
作业： P185 7
§5-3 吸收速率
吸收速率决定吸收达到平衡的时间，决定吸收操作的 生产强度，是吸收设备选型和设备设计的重要依据。
一、吸收速率定义：NA= dnA/dτ 对于稳定吸收过程：NA=nA/τ mol(A)/s 吸收过程是物质的相转移过程，通过扩散方式进行。
二、扩散 1、分子扩散：物质以分子热运动方式穿过静止或滞流流 体的传递过程——特点：传递速率慢。 2 、对流扩散：物质以相对运动方式穿过湍流流体的传递 过程——特点：传递速率快。
A(Ci
C) =klA(Ci-C)
kl
DlCT
lCS
所以，可用界面附近气膜中的扩散速率：
NA=kgA(p-pi) 或液膜中的扩散速率：
计算吸收速率。
NA=klA(Ci-C)
作业： P185 12、13
六、吸收速率方程 1 气膜吸收分速率方程
化工原理1_7章习题答案解析
在1-1与2-2间列柏努利方程：
（a）
或 （b）
其中：z1=0；p1=0（表压）；u1≈0
z2=7m；p2=20×103Pa（表压）
已知泵入口管的尺寸及碱液流速，可根据连续性方程计算泵出口管中碱液的流速：
m/s
ρ=1100kg/m3，ΣWf=40J/kg
第六章蒸馏···································································（95）
第七章固体干燥·······························································（119）
解：
混合液密度
3．某地区大气压力为101.3kPa，一操作中的吸收塔塔内表压为130kPa。若在大气压力为75 kPa的高原地区操作该吸收塔，且保持塔内绝压相同，则此时表压应为多少？
解：
4．如附图所示，密闭容器中存有密度为900kg/m3的液体。容器上方的压力表读数为42kPa，又在液面下装一压力表，表中心线在测压口以上0.55m，其读数为58 kPa。试计算液面到下方测压口的距离。
简化:
12．一水平管由内径分别为33mm及47mm的两段直管组成，水在小管内以2.5m/s的速度流向大管，在接头两侧相距1m的1、2两截面处各接一测压管，已知两截面间的压头损失为70mmH2O，问两测压管中的水位哪一个高，相差多少？并作分析。
解：1、2两截面间列柏努利方程：
其中：
说明2截面处测压管中水位高。这是因为该处动能小，因而静压能高。
6．为测得某容器内的压力，采用如图所示的U形压力计，指示液为水银。已知该液体密度为900kg/m3，h=0.8m，R=0.45m。试计算容器中液面上方的表压。
化工原理王志魁第四版课后思考题答案
湍流区（牛顿区）与颗粒直径的关系有何不同？ 答：沉降速度在层流层区（斯托克斯区），与颗粒粒径的平方成正比；
在湍流区（牛顿区），与颗粒粒径的平方根成正比。 3-5 某微小颗粒在水中按斯托克斯定律沉降，试问在50℃水中的沉降速 度与在20℃水中的沉降速度比较，有何不同？ 答：按照沉降速度在层流层区（斯托克斯区），液体温度升高，粘度降 低，密度降低，所以沉降速度增加。 3-6 球形颗粒于静止流体中在重力作用下的自由沉降都受到哪些力的作 用？其沉降速度受哪些因素影响? 答：重力，浮力，阻力；沉降速度受dp、 、及阻力系数有关 3-7 利用重力降尘室分离含尘气体中的颗粒，其分离条件是什么？ 答： 3-8 何谓临界粒径？何谓临界沉降速度？ 答：临界粒径：能100%除去的最小粒径；临界沉降速度。 3-9 用重力降尘室分离含尘气体中的尘粒，当临界粒径与临界沉降速度 为一定值时，含尘气体的体积流量与降尘室的底面积及高度有什么关 系？ 答：成正比 3-10 当含尘气体的体积流量一定时，临界粒径及临界沉降速度与降尘室 的底面积WL有什么关系。 答：成反比 3-11 如果已知含尘气体中的临界沉降速度，如何计算多层隔板式降尘室 的气体处理量？ 答： 3-12 何谓离心分离因数？提高离心分离因数的途径有哪些？ 答：离心分离因数：同一颗粒所受到离心力与重力之比； 3-13 离心沉降与重力沉降有何不同？ 答：在一定的条件下，重力沉降速度是一定的，而离心沉降速度随着颗 粒在半径方向上的位置不同而变化。 3-14 对于旋风分离器，提高离心分离因数的有效方法是什么？
3-15 要提高过滤速率，可以采取哪些措施？ 答：过滤速率方程 3-16 恒压过滤方程式中，操作方式的影响表现在哪里？ 答： 3-17 恒压过滤的过滤常数K与哪些因素有关？ 答：
南工大化工原理第五章习题解答
南⼯⼤化⼯原理第五章习题解答第五章习题解答1）总压100，温度25℃的空⽓与⽔长时间接触，⽔中的的浓度为多少？分别⽤摩尔浓度和摩尔分率表⽰。
空⽓中的体积百分率为0.79。
解：将空⽓看作理想⽓体：y=0.79p*=yp=79kPa查表得E=8.76×kPaH=C=p*.H=79×6.342×10-5=5.01×10-4kmol/m32）已知常压、25℃下某体系的平衡关系符合亨利定律，亨利系数E为⼤⽓压，溶质A的分压为0.54⼤⽓压的混合⽓体分别与三种溶液接触：①溶质A浓度为的⽔溶液；②溶质A浓度为的⽔溶液；③溶质A浓度为的⽔溶液。
试求上述三种情况下溶质A在⼆相间的转移⽅向。
解： E=0.15×104atm，p=0.054atm，P=1atm，y=p/P=0.054①∴∴∴平衡②∴∴∴⽓相转移⾄液相③∴∴∴液相转移⾄⽓相④ P=3atm y=0.054 E=0.15×104atm∴m=E/P=0.05×104x4=x3=5.4×10-5∴∴∴⽓相转移⾄液相3）某⽓、液逆流的吸收塔，以清⽔吸收空⽓～硫化氢混合⽓中的硫化氢。
总压为1⼤⽓压。
已知塔底⽓相中含 1.5%（摩尔分率），⽔中含的浓度为（摩尔分率）。
试求塔底温度分别为5℃及30℃时的吸收过程推动⼒。
解：查表得（50C）E1=3.19×104kpa m1=E1/P=315p*1=Ex=0.3194）总压为100，温度为15℃时的亨利系数E为。
试计算：①H、m的值（对稀⽔溶液密度为）；②若空⽓中的分压为50，试求与其相平衡的⽔溶液浓度，分别以摩尔分率和摩尔浓度表⽰。
5）在总压为100、⽔温为30℃⿎泡吸收器中，通⼊纯，经充分接触后测得⽔中的平衡溶解度为溶液，溶液的密度可近似取为，试求亨利系数。
解： p*=100KPa(mol/L)/kPakPa6）组分A通过另⼀停滞组分B进⾏扩散，若总压为，扩散两端组分A的分压分别为23.2和 6.5。
化工原理第五章 吸收 题
精心整理六吸收浓度换算2.1甲醇15%(质量)的水溶液,其密度为970Kg/m3,试计算该溶液中甲醇的:(1)摩尔分率;(2)摩尔比;(3)质量比;(4)质量浓度;(5)摩尔浓度。
分子扩散2.2估算1atm及293K下氯化氢气体(HCl)在(1)空气,(2)水(极稀盐酸)中的扩散系数。
2.3一小管充以丙酮,液面距管口1.1cm,20℃空气以一定速度吹过管口,经5小时后液面下降到离管口2.05cm,2.4于3mm2.5组成y aD G2.62.7(或分压2.825(1)CO2(2)2.9,2.10x=0.05(均为摩尔分率)。
气相传质系数k y=3.84×10-4[kmol/(m2.s.Δy)],液相传质系数k x=1.02×10-2[kmol/(m2.s.Δx)],操作条件下的平衡关系为y=1.34x,求该截面上的:(1)总传质系数K y,[kmol/(m2.s.Δy)];(2)总推动力Δy;(3)气相传质阻力占总阻力的比例;(4)气液介面的气相、液相浓度y i和x i。
操作线作法2.11根据以下双塔吸收的四个流程,分别作出每个流程的平衡线（设为一直线）和操作线的示意图。
2.12示意画出下列吸收塔的操作线。
（图中y b1>y b2，x a2>x a1；y b2气体和x a2液体均在塔内与其气、液相浓度相同的地方加入）2.13, 2.142.15用填料塔以清水吸收空气中的丙酮，入塔混合气量为1400[Nm3/h]，其中含丙酮4%(体积%),要求丙酮回收率为99%,吸收塔常压逆流操作，操作液气比取最小液气比的 1.2倍,平衡关系为y=1.68x,气相总传质单元高度H OG=0.5m求:(1)用水量及水溶液的出口浓度x b(2)填料层高度Z(用对数平均推动力法计算N OG)。
2.16某工厂拟用清水吸收混合气体中的溶质A,清水用量为4500[kg/h],混合气体量为2240[Nm3/h],其中溶质A的含量为5%(体积%),要求吸收后气体中溶质含量为0.3%,上述任务用填料塔来完成,已知体积总传质系数K Y a为307[kmol/m3.h],平衡关系为y=2x,如塔径已确定为1m,求填料层高度为多少m?(N OG用吸收因数法)2.17用填料塔从一混合气体中吸收所含苯。
化工原理第五章(吸收塔的计算)
【解】已知 y1＝0.09 η＝95％＝0.95
∴
Y1
y1 1 y1
0.09 1 0.09
0.099
Y2＝(1－η)Y1＝(1－0.95)×0.099＝0.00495
据 Y*＝31.13X 知： m＝31.13
据
L (G )min
Y1 Y2 Y1 / m X 2
∴
L
0.099 0.00495
2020/4/3
2、填料层高度的基本计算式 【计算依据】 （1）物料衡算式； （2）传质速率方程式。 【操作特点】在填料塔内任一截面上的吸收的推动 力（Y－Y*）均沿塔高连续变化，所以不同截面上 的传质速率各不相同。 【处理方法】不能对全塔进行计算，只可首先对一 微分段计算，得到微分式，然后得到积分式运用于 全塔。
质的摩尔比。
物料衡算示意图
逆流吸收操作线推导示意图
2020/4/3
【假设】溶剂不挥发，惰性气体不溶于溶剂（即操作
过程中L、G为常数）。以单位时间为基准，在全塔
范围内，对溶质A作物料衡算得： G, Y2
L, X2
GY1 LX2 GY2 LX1
（进入量＝引出量）
或 G(Y1 Y2 ) L(X1 X2 )
2020/4/3
Y Y1 Y Y2 Y*
0
2020/4/3
NA KY (Y Y *) NA KX ( X * X )
Y=f(X)
吸收推动力 X*－X
吸收推动力 Y－Y*
X2
X
X1
X*
X
吸收推动力
二、吸收剂用量与最小液气比
1、最小液气比 【定义】对于一定的分离任务、操作条件和吸收物 系，当塔内某截面吸收推动力为零时（气液两相平 衡Y－Y*＝0），达到分离要求所需塔高为无穷大时 的液气比称为最小液气比，以（L/G）min表示。
化工原理第五章(吸收塔的计算)
X
X
吸收推动力
2019/1/16
二、吸收剂用量与最小液气比
1、最小液气比
【定义】对于一定的分离任务、操作条件和吸收物
系，当塔内某截面吸收推动力为零时（气液两相平
衡Y－Y*＝0），达到分离要求所需塔高为无穷大时
的液气比称为最小液气比，以（L/G）min表示。
FA N A A KY A(Y Y )
逆流吸收塔内的吸收推动力
2019/1/16
【逆流吸收操作线方程的有关讨论】
L L L L Y X (Y1 X 1 ) Y X (Y2 X 2 ) G G G G
G, Y2 L, X2
（1）【作用】表明了塔内任
一截面上气相组成Y与液相组
成X之间的关系。 【问题】与Y*=mX有何不同？
G,
Y
m
L, X
1m3/s。要求SO2的回收率为95%，吸收剂用量
为最小吸收剂用量的120%。求吸收后吸收液
的浓度和吸收用水*=31.13X
2019/1/16
【解】已知 y1＝0.09 η＝95％＝0.95
∴
y1 0.09 Y1 0.099 1 y1 1 0.09
Y2＝(1－η)Y1＝(1－0.95)×0.099＝0.00495
据 Y*＝31.13X 知： m＝31.13
据
Y1 Y2 L ( ) min G Y1 / m X 2
L 0.099 0.00495 ( ) min 29.6 0.099 G 0 31.13
∴
2019/1/16
（4）吸收操作时，Y > Y*或X* > X，故吸收操作线在
平衡线Y*＝f(X)的上方，操作线离平衡线愈远吸收的
化工原理第五章吸收题
六吸收浓度换算甲醇15%(质量)的水溶液, 其密度为970Kg/m3, 试计算该溶液中甲醇的:(1)摩尔分率; (2)摩尔比; (3)质量比; (4)质量浓度; (5)摩尔浓度。
分子扩散估算1atm及293K下氯化氢气体(HCl)在(1)空气,(2)水(极稀盐酸)中的扩散系数。
一小管充以丙酮,液面距管口1.1cm,20℃空气以一定速度吹过管口,经5 小时后液面下降到离管口2.05cm,大气压为750[mmHg],丙酮的蒸汽压为180[mmHg] , 丙酮液密度为 7900[kg/m3],计算丙酮蒸汽在空气中的扩散系数。
浅盘内盛水。
水深5mm,在1atm又298K下靠分子扩散逐渐蒸发到大气中。
假定传质阻力相当于3mm厚的静止气层,气层外的水蒸压可忽略,求蒸发完所需的时间。
一填料塔在常压和295K下操作，用水除去含氨混合气体中的氨。
在塔内某处，氨在气相中的组成y a=5%(摩尔百分率)。
液相氨的平衡分压P=660Pa,物质通量N A = 10 - 4[kmol/m2·S],气相扩散系数D G=[cm2/s],求气膜的当量厚度。
相平衡与亨利定律温度为10℃的常压空气与水接触，氧在空气中的体积百分率为21%，求达到平衡时氧在水中的最大浓度, （以[g/m3]、摩尔分率表示）及溶解度系数。
以[g/m3·atm]及 [kmol/m3·Pa]表示。
当系统服从亨利定律时，对同一温度和液相浓度，如果总压增大一倍则与之平衡的气相浓度(或分压) (A)Y增大一倍; (B)P增大一倍;(C)Y减小一倍; (D)P减小一倍。
25℃及1atm下,含CO220%,空气80%(体积%)的气体1m3，与1m3的清水在容积2m3的密闭容器中接触进行传质,试问气液达到平衡后,(1)CO2在水中的最终浓度及剩余气体的总压为多少(2)刚开始接触时的总传质推动力ΔP,Δx各为多少气液达到平衡时的总传质推动力又为多少在填料塔中用清水吸收气体中所含的丙酮蒸气,操作温度20℃,压力1atm。
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第五章 吸收 相组成的换算【5-1】 空气和2的混合气体中，2的体积分数为20%，求其摩尔分数y 和摩尔比Y 各为多少？解 因摩尔分数=体积分数，.02y =摩尔分数 摩尔比 ..020251102y Y y ===--． 【5-2】 20℃的l00g 水中溶解3, 3在溶液中的组成用摩尔分数x 、浓度c 及摩尔比X 表示时，各为多少？解 摩尔分数//117=0．010*******／18x =+浓度c 的计算20℃，溶液的密度用水的密度./39982skg m ρ=代替。
溶液中3的量为 /311017n kmol -=⨯溶液的体积 /.33101109982 V m -=⨯溶液中3的浓度//.33311017==0．581／101109982n c kmol m V --⨯=⨯ 或 . 3998200105058218s sc x kmol m M ρ==⨯=．．／ 3与水的摩尔比的计算//1170010610018X ==． 或 ..00105001061100105x X x ===--． 【5-3】进入吸收器的混合气体中，3的体积分数为10%，吸收率为90%，求离开吸收器时3的组成，以摩尔比Y 和摩尔分数y 表示。
吸收率的定义为122111Y Y Y Y Y η-===-被吸收的溶质量原料气中溶质量解 原料气中3的摩尔分数0.1y = 摩尔比 (11)10101111101y Yy ===-- 吸收器出口混合气中3的摩尔比为 () (2)11109011100111Y Y η=-=-⨯=（）摩尔分数 (22)200111=0010981100111Y yY ==++ 气液相平衡【5-4】 l00g 水中溶解lg 3NH ，查得20℃时溶液上方3NH 的平衡分压为798。
此稀溶液的气液相平衡关系服从亨利定律，试求亨利系数E(单位为kPa )、溶解度系数H[单位为/()3kmol m kPa ⋅]和相平衡常数m 。
总压为100kPa 。
解 液相中3NH 的摩尔分数/.//1170010511710018x ==+气相中3NH 的平衡分压 *.0798 P kPa＝亨利系数 *./.0798*******E p x ===／液相中3NH 的浓度 /./.333110170581 101109982n c kmol m V --⨯===⨯／ 溶解度系数 /*./../()3058107980728H c p kmol m kPa ===⋅液相中3NH 的摩尔分数 //1170010511710018x ==+．／气相的平衡摩尔分数 **.0798100y p p ==／／ 相平衡常数 * (0798)07610000105y m x===⨯或 //.76100076m E p ===【5-5】空气中氧的体积分数为21%，试求总压为.101325kPa ，温度为10℃时，31m 水中最大可能溶解多少克氧？已知10℃时氧在水中的溶解度表达式为*.6331310p x =⨯，式中*p 为氧在气相中的平衡分压，单位为kPa x ；为溶液中氧的摩尔分数。
解 总压.101325 p kPa =空气中2O 的压力分数 .021Ap p ==／体积分数空气中2O 的分压 *..021101325 ApkPa =⨯亨利系数 .6331310E kPa =⨯(1) 利用亨利定律*Ap Ex =计算与气相分压..021101325ApkPa =⨯相平衡的液相组成为*. ..62602110132564210 331310A p x kmol O kmol E ⨯===⨯⨯．／溶液此为1kmol 水溶液中最大可能溶解.6264210kmol O -⨯因为溶液很稀，其中溶质很少1kmol 水溶液≈1kmol 水=18 水10℃，水的密度 .39997kg m ρ=／故 1kmol 水溶液≈.3189997m ／水即.3189997m 水中最大可能溶解.664210kmol -⨯氧故 31m 水中最大可能溶解的氧量为 (642642109997)3571018kmol O --⨯⨯=⨯ ...4222357103211410O 114O kg g --⨯⨯=⨯=(2) 利用亨利定律*A Ac pH=计算() (536)9997== 167610／33131018s sH kmol m kPa EM ρ-≈⨯⋅⨯⨯ 31m 水中最大可能溶解的氧量为*(..)(.).5432021101325 16761035710A A c p H kmol O m --==⨯⨯=⨯／ 溶液...4222357103211410114kg O g O --⨯⨯=⨯=【5-6】含3体积分数1.5%的空气3混合气，在20℃下用水吸收其中的3总压为203。
3在水中的溶解度服从亨利定律。
在操作温度下的亨利系数80E kPa =。
试求氨水溶液的最大浓度，33NH ／kmol m 溶液。
解 气相中3NH 的摩尔分数.0015y =总压203p kPa =，气相中3NH 的分压*.2030015Appy kPa ==⨯(1) 利用亨利定律*p Ex =计算与气相分压p 相平衡的液相中3的摩尔分数为*..20300150038180A p x E ⨯=== 3NH 水溶液的总浓度 ./3998218s sc kmol m M ρ≈=水溶液中3NH 的最大浓度 .99820038118Accx ==⨯． ./33211kmol NH m =溶液(2) 利用亨利定律*A Ac pH=计算.,3998280==0．693 kmol/(m kPa)8018s sE kPa H EM ρ=≈⋅⨯ ()*(.)..3320300150693211 kmol NH /m A A c p H ==⨯=溶液【5-7】温度为20℃，总压为0.1MPa 时，2水溶液的相平衡常数为1660。
若总压为1MPa 时，相平衡常数m 为多少？温度为20℃时的亨利系数E 为多少MPa ?解 相平衡常数m 与总压p 成反比，.'01 时 1660，1p MPa m p MPa === 时.''01= 1660=1661p m mp =⨯ 亨利系数 ''166 E mp m p MPa ===【5-8】用清水吸收混合气中的3，进入吸收塔的混合气中，含3体积分数为6%，吸收后混合气中含3的体积分数为0.4%，出口溶液的摩尔比为30012 kmol NH kmol ．／水。
此物系的平衡关系为*.076Y X =。
气液逆流流动，试求塔顶、塔底的气相传质推动力各为多少？解 已知.1006y =，则()/./..111100609400638Y y y =-==已知.20004y=，则()./..32000410004=40210Y =-⨯ 已知10.012X =，则*10.760.0120.00912Y =⨯=已知20X=，则*20Y =塔顶气相推动力 *3222 4.0210=Y Y Y -∆=-⨯塔底气相推动力 *1110.06380.009120.0547YY Y ∆=-=-=【5-9】2分压力为50的混合气体，分别与2浓度为./3001kmol m 的水溶液和2浓度为.3005kmol m ／的水溶液接触。
物系温度均为25℃，气液相平衡关系*.5166210p xkPa =⨯。
试求上述两种情况下两相的推动力（分别以气相分压力差和液相浓度差表示），并说明2在两种情况下属于吸收还是解吸。
解 温度25℃t =，水的密度为/3s997kg m ρ=混合气中2的分压为50p kPa = 水溶液的总浓度/39718s sc kmol m M ρ≈=水溶液 (1) 以气相分压差表示的吸收推动力①液相中2的浓度.32001 Ac kmol CO m =／水溶液 液相中2的摩尔分数././4001=180********Ax cc -==⨯ 与液相平衡的气相平衡分压为*...55416621016621018051030p x kPa -=⨯=⨯⨯⨯=气相分压差表示的推动力 *503020p p p kPa ∆=-=-=（吸收） ② 液相中2的浓度30.05kmol m ／Ac=水溶液液相中2的摩尔分数40.05/9.02710997/18Ax cc -===⨯ 与液相平衡的气相平衡分压为*...554166210166210902710150p x kPa -=⨯=⨯⨯⨯=气相分压差表示的推动力 *15050100p p p kPa ∆=-=-= （解吸） (2) 以液相浓度差表示的吸收推动力 与气相250CO p kPa =分压平衡的液相组成为*..5550166210166210p x ==⨯⨯平衡的液相浓度 ①液相中2的浓度./32001 Ackmol CO m =水溶液液相浓度差表示的推动力为* (3)001666001000666kmol ／m A A c c c ∆=-=-= （吸收）②液相中2的浓度320.05 CO /Ackmol m =水溶液液相浓度差表示的推动力为*.../300500166600333A A c c c kmol m ∆=-=-= （解吸）吸收过程的速率【5-10】如习题5-10附图所示，在一细金属管中的水保持25℃，在管的上口有大量干空气(温度25℃，总压101.325)流过，管中的水汽化后在管中习题5-10附图的空气中扩散，扩散距离为l00。
试计算在稳定状态下的汽化速率，()2kmol m s ⋅／。
解 25℃时水的饱和蒸气压为.32895kPa从教材表5-2中查得，25℃，.101325kPa 条件下，H 2O 在空气中的分子扩散系数././2420256025610D cms m s -==⨯。
扩散距离.m 10001Z mm ==，总压101.325 p kPa = 水表面处的水汽分压 .132895A p kPa =空气分压 ..1110132532895B A pp p =-=-.9804 kPa =管上口处有大量干空气流过，水汽分压20A p =空气分压.2101325B pkPa =空气分压的对数平均值为...ln ln.2121328959981013259804B B Bm B B p p p kPa p p -=== 水的汽化速率()12A A A BmD pN p p RTZ p =⨯⨯- ()()..../ (472025610101325)32895034510831429801998kmol m s --⨯=⨯⨯-=⨯⋅⨯⨯【5-11】 用教材图5-10（例5-4附图）所示的装置，在温度为48℃、总压力为.101325kPa 条件下，测定4蒸气在空气中的分子扩散系数。