化工原理第八章 气体吸收
化工原理重要概念和公式
《化工原理》重要概念第八章气体吸收吸收的目的和基本依据吸收的目的是分离气体混合物，吸收的基本依据是混合物中各组份在溶剂中的溶解度不同。
主要操作费溶剂再生费用，溶剂损失费用。
解吸方法升温、减压、吹气。
选择吸收溶剂的主要依据溶解度大，选择性高，再生方便，蒸汽压低损失小。
相平衡常数及影响因素m 、 E 、 H 均随温度上升而增大， E 、 H 与总压无关， m 反比于总压。
漂流因子P/P Bm 表示了主体流动对传质的贡献。
( 气、液 ) 扩散系数的影响因素气体扩散系数与温度、压力有关；液体扩散系数与温度、粘度有关。
传质机理分子扩散、对流传质。
气液相际物质传递步骤气相对流，相界面溶解，液相对流。
有效膜理论与溶质渗透理论的结果差别有效膜理论获得的结果为k ∝ D ，溶质渗透理论考虑到微元传质的非定态性，获得的结果为k ∝ D 0.5 。
传质速率方程式传质速率为浓度差推动力与传质系数的乘积。
因工程上浓度有多种表达，推动力也就有多种形式，传质系数也有多种形式，使用时注意一一对应。
传质阻力控制传质总阻力可分为两部分，气相阻力和液相阻力。
当 mky<<kx 时，为气相阻力控制；当 mky>>kx 时，为液相阻力控制。
低浓度气体吸收特点① G 、 L 为常量，② 等温过程，③ 传质系数沿塔高不变。
建立操作线方程的依据塔段的物料衡算。
返混少量流体自身由下游返回至上游的现象。
最小液气比完成指定分离任务所需塔高为无穷大时的液气比。
NOG 的计算方法对数平均推动力法，吸收因数法，数值积分法。
第九章液体精馏蒸馏的目的及基本依据蒸馏的目的是分离液体混合物，它的基本依据 ( 原理 ) 是液体中各组分挥发度的不同。
主要操作费用塔釜的加热和塔顶的冷却。
双组份汽液平衡自由度自由度为 2(P 一定， t ～ x 或 y ； t 一定， P ～ x 或 y) ； P 一定后，自由度为 1 。
泡点泡点指液相混合物加热至出现第一个汽泡时的温度。
化工原理-5-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-第五节-低浓度气体吸收
上两式为低浓度气体吸收过程的基本方程式
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5、传质单元数与传质单元高度
N OG = ∫ H OG
y1
y2
dy y − ye
or or
N OL = ∫ H OL
x1
x2
dx xe − x
G = K ya
L = K xa
H = N OG ⋅ H OG
（xe-x）—以液相组成表示的吸收推动力 （y-ye）—以气相组成表示的吸收推动力 结论：在吸收塔内推动力的变化规律是由操作线与平衡线 共同决定的。 逆流吸收操作线具有如下特点： 1）定态，L、G、Y1、X2恒定，操作线x～Y坐标上为一直线， 斜率为L/G 。L/G为吸收操作的液气比； 2）操作线通过塔顶（稀端） A （ X2 ， Y2）及塔底（浓端） B （X1， Y1）; 3）操作线仅与液气比、浓端及稀端组成有关，与系统的平 衡关系、塔型及操作条件T 、p无关。
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4）吸收操作线在平衡线的上方，解吸操作线在平 衡线下方。 5）平衡线与操作线共同决定吸收推动力。操作线 离平衡线愈远吸收的推动力愈大；
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（2）并流吸收
G，y1 x1
Gy1 + Lx1 = Gy + Lx L y = y 1 − ( x − x1 ) G
y x
Y y1 y2
HOG y2 M yF
0 A A1
F C M1 F1 C1 D
M2
x2
x1
请看下叶的演示：
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图解计算法
以H=HOG.NOG计算塔高时，可将全塔看作由NOG个传质 单元所组成；而气体流经一个传质单元所产生的浓度变 化等于该单元内的平均推动力;而阶梯个数即为传质单元 数NOG。
化工原理下册(陈敏恒)思考题(整理版)
第八章气体吸收1、吸收的目的和基本依据是什么?吸收的主要操作费用花费在哪?吸收的目的是分离气体混合物。
基本依据是气体混合物中各组份在溶剂中的溶解度不同。
操作费用主要花费在溶剂再生，溶剂损失。
2、选择吸收溶剂的主要依据是什么?什么是溶剂的选择性?溶解度大，选择性高，再生方便，蒸汽压低损失小。
溶剂对溶质溶解度大，对其他组份溶解度小。
3、E、m、H三者各自与温度、总压有何关系?m=E/P=HC M/P，m、E、H均随温度上升而增大，E、H基本上与总压无关，m反比于总压。
4、工业吸收过程气液接触的方式有哪两种?级式接触和微分接触。
5、扩散流J A,净物流N,传递速率N A相互之间有什么联系和区别?N A=J A+NC A/C M，N=N M+J A+J B。
(主体流动N M)J A、J B浓度梯度引起；N M微压力差引起；N A溶质传递，考察所需。
6、漂流因子有什么含义?等分子反向扩散时有无漂流因子?为什么？P/PBm（漂流因子）表示了主体流动对传质的贡献。
无漂流因子。
因为没有主体流动。
7、气体分子扩散系数与温度、压力有何关系?液体分子扩散系数与温度、粘度有何关系?D气∝T1.81/P，D液∝T/μ。
8、修伍德数、施密特数的物理含义是什么?（P14）Sh=kd/D表征对流传质速率与扩散传质速率之比。
Sc=μ/(ρD)表征动量扩散系数与分子扩散系数之比。
9、传质理论中，有效膜理论与表面更新理论有何主要区别?表面更新理论考虑到微元传质的非定态性，从k∝D推进到k∝D0.5。
10、传质过程中，什么时侯气相阻力控制?什么时侯液相阻力控制?mK y<<K x时，气相阻力控制；mK y>>K x时，液相阻力控制。
11、低浓度气体吸收有哪些特点?①G、L为常量，②等温过程，③传质系数沿塔高不变。
12、吸收塔高度计算中，将N OG与H OG分开,有什么优点?分离任务难易与设备效能高低相对分开，便于分析。
化工原理--第八章 气体吸收
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。
第八章 气体吸收-第二节-汽液相平衡
m——相平衡常数，无因次。
ye = mx ⇒ Pe = Ex Pe = mx P
m与E的关系：
E m= P
m的讨论：1）m大，溶解度小，难溶气体
2） T ↑ ⇒ m ↑
p↓ ⇒ m ↑
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【例5-1】某系统温度为10℃，总压101.3kPa， 试求此条件下在与空气充分接触后的水中，每立 方米水溶解了多少克氧气？ 查得10℃时，氧气在水中的亨利系数E为 3.31×106kPa。
y1 x1<x1e
y1
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3、计算过程的推动力
相接触的气、液两相的溶质摩尔分率分别是y、x， 该处的吸收推动力即是：以气相浓度表示时为
以液相浓度表示时为
y y x A
线
y − ye= y − m x xe − x = y/m − x
Ⅰ
ye x
平衡
Ⅱ
xe
I区—吸收 II区—解吸
图 8-8
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二、相平衡与吸收过程的关系
1、判断过程进行的方向，（吸收还是解吸） 1atm，20℃下，稀MH3水的相平衡方程式为 ye = 0.94 x 含氨y=10％和x=0.05的氨水接触
X=0.05 y>ye x<xe
ye = 0.94 × 0.05 = 0.047
y=0.1＞ye=0.047
两相接触时部分氨将会从气相转入 液相。实际发生的是吸收过程。
y=0.1
吸收
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y 0 .1 xe = = = 0.106 m 0.94
x=0.05＜xe=0.106， 两相接触发生的是吸收过程。 若y=0.05，x=0.1气液两相接触 ye = 0.94 × 0.1 = 0.094
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-第8章 气体吸收
8.3 扩散和单相传质
① 溶质由气相主体传递到两相界面，即气相内的物质传递；
② 溶质在相界面上的溶解，由气相转入液相，即界面上发生 的溶解过程
③ 溶质自界面被传递至液相主体，即液相内的物质传递。 通常，第②步即界面上发生的溶解过程很容易进行，其阻力很小
( 传质速率 小，
=
传质推动力 传质阻力
)故认为相界面上的溶解推动力亦很
8.1概述
①溶剂应对被分离组分（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溶剂量较少，气体中溶质的极限 残余浓度亦可降低；就过程数率而言，溶质平衡分压↓，过程推 动力大，传质数率快，所需设备尺寸小。
②溶剂对混合气体中其他组分的溶解度要小，即溶剂应具备 较高的选择性。若溶剂的选择性不高，将同时吸收混合物中的其 他组分，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。
⑷工业吸收流程（见旧讲稿） 由流程图可见，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，使能选择性比溶解某个（或某些）被分离组 分； ②提供适当的传质设备（多位填料塔，也有板式塔）以实现气液 两相的接触，使被分离组分得以从气相转移到液相（吸收）或气相 (解吸)；
8.1概述
注意：此时并非没有溶质分子继续进入液相，只是任何瞬间 进入液相的溶质分子数与从液相逸出的溶质分子数恰好相等，在 宏观上过程就象是停止了。这种状态称为相际动平衡，简称相平 衡。
8.2.1平衡溶解度
⑴溶解度曲线
对 单 组 分 物 理 吸 收 的 物 系 ， 根 据相律 ，自 由度数F 为F=CΦ+2=3-2+2=3(C=3,溶质A，惰性组分B,溶剂S，Φ＝2，气、液两 相)，即在温度 t ，总压 p ，气、液相组成共4个变量中，由3个自 变量（独立变量），另1个是它们的函数，故可将平衡时溶质在气
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。
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十万种考研考证电子书、题库视频学习平台圣才电子书 陈敏恒《化工原理》（第4版）（下册）章节题库第8章气体吸收一、选择题1．吸收过程中，当L 增大，G 减小时，则推动力将（），传质单元数将（）。
A．增大，增大B．增大，减小C．减小，减小D．减小，增大【答案】B 2．在吸收操作中，以液相组成差表示的吸收塔某一截面上的总推动力为（）。
A．B．C．D．【答案】A3．纯水吸收操作时，入塔气体浓度升高，L/G 及出口吸收液中要求不变，则气体出塔浓度将（），吸收率η将会（）。
十万种考研考证电子书、题库视频学习平台圣才电子书A．增大，增大B．减小，增大C．增大，减小D．减小，减小【答案】A4．在下列吸收过程中，属于气膜控制的过程是（）。
A．水吸收氧B．水吸收氢C．水吸收氨D．水吸收二氧化碳【答案】C5．吸收过程的推动力为（）。
A．气相浓度与液相浓度之差B．气相实际浓度与平衡浓度之差C．气相温度与液相温度之差D．气相实际温度与平衡温度之差【答案】B6．在吸收系数的准数关联式中，反映物性影响的准数是（）。
A．ShB．ReC．GaD．Sc【答案】D7．用水吸收低浓度，如果在水中加入碱，则此时会（）。
A．变小B．变大C．不变D．不确定【答案】B8．某低浓度逆流吸收塔在正常操作一段时间后，发现气体出口含量y2增大，原因可能是（）。
A．气体进口含量y1下降B．吸收剂温度降低C．入塔的吸收剂量减少D．前述三个原因都有【答案】C9．高含量气体吸收与低含量气体吸收的根本区别在于（）。
A．高含量气体的吸收率高B．低含量气体难以吸收C．高含量气体的L和G不为常数D．低含量气体吸收塔出口浓度较低【答案】C10．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，气相总传质系数，则该处气液界面上气相浓度y i应为（），已知气液平衡关系是y＝0.5x。
A．0.02B．0.01C．0.015D．0.005【答案】B11．吸收过程的吸收因数A表示为（）。
化工原理 第八章 吸收
等摩尔相互扩散
N A, z dz D
z1
z2
c A2
c A1
dcA
N A, z
c A1 c A2 推动力 D c A1 c A2 z 2 z1 z D 阻力
cA1
NB NA A
相界面
B
cD D y A1 y A2 p A1 p A2 z 2 z1 RT z 2 z1
由JA,z＋ JB,z＝0可证得。
菲克定律
说明： （3）DA,B是物性。
D A, B f ( P , T , x )
DA,B（气） 10-5m2/s DA,B（液） 10-9m2/s DA,B（固） <10-10m2/s
每cm3 所具有的分子个数： 氧气：2.5×1019 水：3.3×1022 铜：7.3×1022
双组分均相物系中，x与X的关系？w与的 关系？
X x 1 X x X 1 x
w
w w 1 w
xA与cA的关系？wA与A的关系？
c A x Ac
A wA
cA与A的关系？
cA
A
MA
对理想气体，c与 p的关系？y与p？与p？
nA pA cA V RT
nA pA yA n P
H2O
H2O NH3
298
332 273
0.256
0.305 0.198
正丁醇
苯 甲苯
273
298 298
0.0703
0.0962 0.0844
三、小结
(一)重要概念
分子扩散、对流传质、扩散通量、绝对扩散通量、总体流 动通量、漂流因数、膜模型要点、对流传质机理、影响对 流传质的因素。
化工原理下册(第三版-陈敏恒)习题解答
第八章气体吸收1.解：查引忙水的P£=4_24K：pa p=P-P3=lC1.3~4J4=97.0l5KPa 用十警=筮=歳riS笫xg®込解：査25兀，COa-HaO系统£ = 1,661x1"樹加i设当地大气压为I atm SP 1.033at,且不计S剂分压n巧=10+ 1.033= 11.033^2 =1.08^10^（绝）= 0.2+1.033= 1.23S3fi = 1.21xl0Wf^^ （绝）对稀濬痕其比质量分率代九.金1 0气址10今.'.X] = 44x ---------- =47弘訂艇禺。
187 >Cyin7& = 44K --------- = 1.73x10T辰Cq /炫禺018爪解1邓忙时，总二4.06x1^朋玖二406x1（/脸勺=1.38x10-^x32x10^ =4』27蛾£4> 解;筋0—Cb系统，2邙C时，^1 = 0.537xW^A?Pa = 0.537xl0W（2皆竺=竺沁竺曲"2仆计P101.3(q - jf) = 1.09x10'^ (y-儿)二0,005764UC, ^2 = 0 80x10^= 0.8x10^% _空-更迪込"如计PlOlJ兀-A =0.47x10"^ y-” = 0.003685、解：= fn^x= 50x2x10 "^= 0,01^-y^)j = 0.025-0.01 = 0.015(兀7)1 = (5-2)x10 Y= 3x10^丁 =坷乜=50 X— = 25P Q 2儿=??j2；c = 25x2x10 "=50x10**"話詈"2(y-儿L = 0 025-0.005 = 0,02(心-x)2 =(10-2)x10, = 8x10」说備2倍於=辟5& 解：査20忙水，Pa = 23346KPa, p& = 101.3-23346= 989654畑P 型=101.3-1・33 = 99・97级0OCQo = Q220xlL//s 辿工Q= O・252X1OY//S6K吸="F以呢0 =——=——91 D（严-仙W/6W =以羽=旳991 9 >9 0,孑叭刀% 诫弟宓"莎+而=百+-=^+T=〒⑴'鶴曲z/yifoixkt/ih< Z 、Z0lP8・[£x 01X89乙•0X81（昨丁皿回0恥他吨逊o心66二, 乙、/%用（迢严W）惫k, ■ or "d测0泌"e%J藍而"匕善5烽4宀1JV甲十I g=E^ = 3^N .*.BE 陀ef——W B W2护气兄 =-- =-= ---- 才=叫£H巾乙82£-09£^d-^d另肿域3乙厶= Z8T£-O9L = "d钟朋乙8 L£ W列L储吐觀°严/^匚966=旷$/严囚9?0=（7 5战S 常V吗6丁0 = $厶口乙=」7Vg L万=2厂険（吆-叱（〒）〒二可巩丁万/N9、解J (1) —=—+— T 疋=2.2x10*R«0"(s /) Ky 上y kxM =儿)=2・2xl0」x(0・05-2xa01) = 6・6"0"j^o/G ・M2) ⑵降螟培上回=0.0232〔空）0•气上_尸33d A pD・.・Q « P,D 8 —dkg g —斗y =上占与P 无关EP洛=—=M = —m = 1-25P p "F?+忌 nK 尸"281*1°厂 y ； = 0.05-1.25x0.01 "1 =疋；Cx-儿 riaxio"眄= 577%、〒" 1 1 W210、证明 5 '<* -- =—H -----Hy 上y &上占+竺心 C a 匕 a Lak,jf/HSP % =眩+ -% X而用=%叫=%叫 两式相除得%=轨闲Na=-MoG 证毕•J 411、证昵 由物料衡算得 "鬲十2®-儿）L底浓度吸收儿=mx ・》咛竽小2）G mG-L得3訂=寻訂=汕了 __________ 1 _________ / __________________ 变 _________如G-J-J”沁 严-」％加、丄严G 、y 八 歹-牴--0-乃） G--）歹十（可丁2 ■也巧）“pnG1（1-- ）M +J —In _______ ________ L ________空 乃-叨心L•••丄("一©) = GO,— ”)wzG mO一厂片_ 一匸儿+刑叫a 給（討款F1 _ wCJ _ ?w _ 1 A Z 剛旳的21=丄必1_715、解：(1)比=X (1-7)= 0・02X (1・0.95) = 0・001A = 1.50,-J 2)/(^-A2)= 1.5X (0.02-0.001)/(^^-0.0004) = 1.75 G广 jK] = ¥%-}^) + E = ；p^x(0.02-aCJ01)+00004 = 0.0113 (2) A/1 =yj-wx, = 0.02-12x0.0113= 6.44x10-3场=乃一加心=0 001-1-2x0.0004 = 5.2x10^咲。
第8章 化工原理气体吸收
8.3.1双组分混合物中的分子扩散
⑴费克定律 温度、总压一定，组分A在扩散方向上任 一点处的扩散通量与该处A的浓度梯度成正比。
dCA J A DAB d
JA——组分A扩散速率（扩散通量）， kmol/（m2· s）；
dCA ——组分A在扩散方向z上的浓度梯度（kmol/m3）/m； d DAB——组分A在B组分中的扩散系数，m2/s。
பைடு நூலகம்G L
8.3.5对流传质理论
②数学模型
DG p DG 1 ( pA pAi ) p ( y yi ) 气膜 N A RT G pBm RT G yBm
式中：
pBm yBm (1 y ) m p DG DG 1 DG p 1 kG RT G pBm RT G yBm RT G (1 y )m
pB1 pA1 pA2
0 扩散距离z
z
3）等分子反方向扩散发生在蒸馏过程中。
2．单向扩散及速率方程
JA
（1）总体流动：因溶质Ａ扩散到界面溶 解于溶剂中，造成界面与主体的微小压差， NMcA/c 使得混合物向界面处的流 动。 总体流 动NM NMcB/c （2）总体流动的特点： JB 1）因分子本身扩散引起的宏观流动。 2）A、B在总体流动中方向相同，流动 速度正比于摩尔分率。 1 2
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。 理想气体：
pA cA RT
dc A 1 dp A = dz RT dz
DAB dpA JA RT dz
8.3.1双组分混合物中的分子扩散
对双组分混合物，总浓度 CM CA CB ＝常数
dC A dC B d d
化工原理第八章 气体吸收
平衡关系与上式联立可求解界面浓度 xi 与 yi 。在用作图
3
三、工业吸收过程
工业的吸收过程常在吸收塔中进行。生产中除少部分直 接获得液体产品的吸收操作外，一般的吸收过程都要求 对吸收后的溶剂进行再生，即在另一称之为解析他的设 备中进行于吸收相反的操作－解吸。因此，一个完整地 吸收分离过程一般包括吸收和解吸两部分。
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4
8.2 吸收过程相平衡基础
对于单组分物理吸收，组分数c=3（溶质A、惰性 气体B、溶剂S），相数（气、液），自由度数F应为
F c23223
即在温度、总压和气、液组成共四个变量中，有三个是 自变量，另一个是它们的函数。
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6
在一定的操作温度和压力下，溶质在液相中的溶解 度由其相中的组成决定。在总压不很高的情况下，可以 认为气体在液体中的溶解度只取决于该气体的分压pA ， 而与总压无关。于是，cA*与 pA 得函数关系可写成
ky P kG
Ky m Kx KG HKL
13
二、界面浓度的求取
当ｍ随浓度变化时，用分传质速率方程式计算更加方 便，界面浓度 xi 与 yi 存在关系有：
（1）有双膜模型理论，yi 与 xi 在平衡线上。如果平衡线以
y f (x) 表示，则 yi 。 f (xi )
（2）可导出
y yi kx x xi ky
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12
不同的推动力所对应的不同传质系数和速率方程。
浓度组成表示法
表8—1 传质速率方程的各种形式
摩尔分率
物质得量浓度或分压
传质速率方程 总传质系数
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N A ky ( y yi ) kx (xi x) ky (y y*) kx (x* x)
化工原理第八章气体吸收
实验结果讨论与误差分析
03
分析实验过程中可能出现的误差来源，如测量误差、操作误差、环境误差等，并提出相应的改进措施。
误差分析
根据实验数据和分析结果，讨论气体吸收过程中的传质机理、影响因素以及优化措施。
实验结果讨论
总结实验结果和误差分析，得出关于气体吸收实验的结论，为后续研究和应用提供参考。
实验结论
过程模拟软件介绍
2
1
3
过程模拟软件是一种基于计算机技术的数值模拟工具，可以对化工过程进行建模和模拟，预测过程的性能和行为。
过程模拟软件可以用于气体吸收过程的建模和模拟，包括吸收塔的设计、操作条件的优化、过程性能的预测等。
在气体吸收中的应用
在使用过程模拟软件时，需要注意模型的准确性、数据的可靠性以及计算结果的合理性等方面。
第二小节
气体吸收设备类型及特点
填料塔结构与工作原理
填料塔结构
主要包括塔体、填料、液体分布器、气体进出口管等部分。塔内装有一定高度的填料，以增加气液接触面积，促进吸收过程。
工作原理
气体从塔底进入，通过填料层时与从塔顶喷淋下来的吸收液充分接触，完成吸收过程。填料的存在使得气液两相在较小的空间内得到充分混合，提高了吸收效率。
制定详细的实验步骤和操作规范，包括装置启动、气体和液体流量调节、温度控制、数据记录等。
实验操作规范
实验装置搭建
数据采集、处理和分析方法
使用流量计、压力表、温度计等测量仪器，实时记录气体和液体的流量、压力、温度等参数。
对实验数据进行整理、筛选和计算，得到气体吸收量、吸收速率、传质系数等关键指标。
采用图表、曲线等形式对实验数据进行可视化分析，探讨气体吸收过程中的影响因素和规律。
软件使用注意事项
化工原理下册气体吸收
第8章气体吸收dC A dz因为C MD C B2 C M D C A1 —A2N Aln ——CB1 5 C B 2 —'C B1DC ：m CA1C A2lnDPln P B2 RT P BIRT P BmP AI -P A2液膜中的传质速率 NA = kx ( X A,iX A)或NA = k l (C A,i - CA )111式中，KxFK y ，K x'x k y m11m------- = ----------------- "T -------------K ykyk xD C Al — C A2D AB ---------- 7 ----------O2、单向扩散和主体流动(分子扩散 +同方向上缓慢的总体流动)速率引起缓慢的总体流动的原因：溶质A 不断在气液相界面上发生溶解，自气相中消失，使得气液相界面附近的气相中产生空穴位，因此，引起缓慢的总体流动来补充所产生的空穴位。
如果是在气相中的传质，组分的浓度可以用分压表示，则3、对流传质 集总参数法表示传质速率气膜中的传质速率N A 二 k y (y A -y A,i )或 N A 二 k G (P A - P A,i )式中，k y =Pk G ，k x = Pk l 包括气膜和液膜的总传质速率N A =K y (y A - y A,e )或 N A = K x (X A,e - X A )解吸操作，包括气膜和液膜的总传质速率N A 二 K y (y A,e 一 Y A )或 N A 二 K X (X A - X A,e )4、传质控制如果m1 ————，则 K y k y ，传质过程为气膜阻力控制，k xk yNM - Nnet,ACB2CB1如果1 1- ，则K x k x，传质过程为液膜阻力控制。
mk y k x塔内任一横截面上气相组成 y 与液相组成x 之间的关系式，即操作线方程式:L八 G xy2- X 2L 和填料层高度H 。
第八章 气体吸收-第三节-扩散和单相传质
西北大学化工原理
P JA 主体流 动 气 夜 界 面 N(净物流）
NM JB Q
扩散方向Z
图 8-10 主体流动与扩散流
西北大学化工原理
③ 扩散流与主体流动的区别 扩散流：分子微观运动的宏观结果，传递的是纯组分A或纯组 分B。 主体流动：指宏观运动，同时携带组分A与B流向界面。主体 流动所带组分B的量必定恰好等于组分B的反向扩散，这样CBi 保持定态。 主体流动的特点： 1）因分子本身扩散引起的宏观流动。 2）A、B在总体流动中方向相同，流动速度正比于摩 cA 尔分率。 cB N MA = N M N MB = N M c c
西北大学化工原理
3、分子扩散的速率方程 对平面PQ做总物料衡算，可的通过平面PQ的净物流
N = NM + J A + J B
∵JA=-JB
∴N=NM
结论：主体流动的速率等于净物流速率，等分子反向扩 散时，无净物流，也无主体流动。 对组分A做物料衡算得
NA = JA + NM A ......... ( N = J + N ⋅ x ) A A x1 A C M C
西北大学化工原理 式中 CA——A组分的浓度kmol/m3 JA——组分A的扩散通量。亦叫扩散速率kmol/s·m2 DAB——组分A在组分B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
理想气体
pA cA = RT dc A 1 dp A = dz RT dz DAB dp A JA = − RT dz
西北大学化工原理
动量传递： τ = − μ ⎫ ⎪ ⎬物性参数， dT 热量传递： q = −λ dn ........λ ⎪ ........ ⎭ D AB也是物性参数， D AB要有实验测定。
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气相与界面间的对流传质速率
相界面处溶质A的分压 kPa
气相主体中溶质A的分压
N A kG ( p pi )
（kmol/m2٠s） （8-28）
以分压差为推动力的气相传质系数 kmol/(s٠m2٠kPa) 气相主体中溶质A的摩尔分率 相界面处溶质A的摩尔分率
N A k y ( y yi )
pe Hc
（8-2）
亨利常数（溶解度系数）
( Pa m / kmol)
3
ye mx
（8-3）
亨利常数（相平衡常数） 亨利常数E、m、H大，表明是难溶物系。
三个常数之间的换算关系： pe Ex pe Hc
ye mx
设混合液的平均密度为 m (kg / m3 ) ，混合液的 摩尔浓度为 cM (kmol/ m3 )
8.3 扩散和单相传质
(Diffusion & Transfer)
吸收过程涉及两相间的物质传递，它包括三个步骤
（1）溶质由气相主体传递到两相界面（气膜阻力） （2）溶质在界面上由气相进入液相，即溶解过程 （无阻力） （3）溶质由界面传至液相（液膜阻力） （1）分子扩散 单相内物质传递的机理： （2）对流传质
对于气体
DAB dp A JA RT dz
以分压表示的浓度梯度
对双组分物系，若 c M c A cB const
dcA dcB 则： dz dz
结论：物质A的扩散必伴有物质B 的等量的反向扩散
J B DBA
即： J A
J B
J A DAB
dcB dz
（kmol/m2٠s） （8-29）
以摩尔分率差为推动力的气相传质系数 kmol/(s٠m2)
相界面与液相间的对流传质速率
液相主体中溶质A的浓度（kmol/m3）
相界面处溶质A的浓度
N A k L (ci c )
相界面处溶质A的摩尔分率
（kmol/m2٠s） （8-30）
m/s
以浓度差为推动力的液相传质系数
dc A dz
DAB DBA D
等分子 反向扩散
二、伴随有主体流动的扩散
吸收是A组分的单向扩散 混合气体向界面处的宏观流动称为主体流动 产生原因：压强差 运动方向：向相界 携带组分：A和B
三、分子扩散的速率方程
传质速率（N）：单位时间通过单位面积的A物质量 （kmol/m2٠s）
PQ截面净传质速率
要点：
相界面两侧各有一层静止膜； 传质阻力都集中在静止膜中； 膜内为定态分子扩散。
1923）
局限：
适用于有固定相界面系统（湿壁塔、低气速填料塔）；
对自由相界面系统（如高速湍动两流体间）误差大。
2、溶质渗透理论（Higbie
1935）
实质： 将液膜内的扩散由定态修正为非定态，强调浓度梯度
形成（渗透过程）的时间对传质的影响。
pe Py
E pe Ex y mx y m P P P 温度与压强对亨利常数的影响：
T↑ E(H)↑ 溶解度 ↓ 对吸收不利 低压（＜5atm）下，E、H与总压无关 m——相平衡常数，是温度和压强的函数 T↑ P↓ m↑ x（溶解度） ↓
吸收宜在低温、高压下进行操作
例： 已知：总压p=1atm，温度T=293K 时，NH3在水中的 溶解度数据： 液相：cA*=15kgNH3/1000kgH2Ｏ 气相：pＡ＝0.0244atm 求：此时溶解度系数Ｈ、亨利系数Ｅ、相平衡常数m。
溶解度曲线：
将平衡时溶质在两相中的含量相关联得到的曲 线即溶解度曲线。 用分压表示的氨的溶解度曲线：
同种气体：
分压一定，
T↓， 溶解度 ↑ T一定， 分压↑， 溶解度 ↑
溶解度与温度和气相中的分压有关：
加压和降温溶解度高，有利于吸收
减压和升温溶解度低，有利于解吸
二、亨利定律（Henry’s Law）
8.3.1 双组分混合物中的分子扩散
由分子的无规则热运动而造成的物质传递现象
一、费克定律 （Fiskۥs Law）
T、P一定，一维定态的分子扩散速率与浓度 梯度成正比。
A组分在A、B双组分混合物中的扩散系数
J A DAB
dc A dz
du 与 形式相同 dy
的浓度梯度
扩散速率（kmol/m2٠s） A组分在扩散方向z上
物质在相际间的转移 它所包括的单元操作有： 吸收： 气相 萃取： 一个液相 液相 另一个液相
精馏：不同物质在气、液两相间的转移。
九、传质与传热间的异同
介质 传热 吸收 冷热两流体 气液两相间 传递 热量 物质 推动力 温差 浓度差 推动力的单位 K或℃ 有多种
过程终点 传热 热平衡（温度相等）
吸收
五、溶剂的选择
蒸气压低（不易挥发） 稳定性好（化学、物理）
无毒廉价（安全、经济）
六、吸收与解吸联合操作的流程
说明：1、一般采用逆流吸收，推动力大 2、多塔吸收（几个塔串联，以降低塔高）
3、低温、加压，溶解度大，有利于吸收Βιβλιοθήκη 七、吸收设备填料吸收塔
（微分接触设备）
板式吸收塔
（级式接触设备）
八、质量传递过程（传质过程）
特点： 引用非定态过程的解析方法使模型与实际较接近 局限： 溶质渗透时间难以测得，仅用于描述液相内的传质
3、表面更新理论（Danckwerts
1951）
实质： 湍流流体液面不断更新，流体单元在液面处以非定态
扩散方式从气相吸收溶质后返回液相主体。
特点： 彻底抛弃膜模型，随机模型更贴近实际。
局限： 更新频率难以测得，仅用于描述液相内的传质
P
N NM J A JB
JA
NM
J A J B N NM N A NB
JB
Q
组分A传质速率方程： N A J A N M
主体流动中组分A所占分额
cA JA N cM cA JA (N A NB ) cM
cA cM
四、分子扩散速率的积分式
分离气体混合物
二、吸收目的
除去有害组分以净化气体 制备某种气体的溶液
三、解吸操作： 溶质（A）与溶剂（S）的分离
方法： 得到溶质 溶剂再生 A+S A 升温 减压 吹气 气相
解吸设备 (A)+ S 液相
物理吸收、化学吸收
四、吸收的分类
等温吸收、非等温吸收 单组分吸收、多组分吸收
选择性强（单一性选择） 易于再生
混合液摩尔数
nM m mM cM VM V M M M M M
对稀溶液： M M M S
混合液平均摩尔质量
m s
nA n A VM E c Pe Ex E E nM VM n M c M
S cM MS
E H cM
体系总压不高，气体服从Daltonۥ s Law
液相主体中溶质A的摩尔分率
N A k x ( xi x )
（kmol/m2٠s） （8-31）
以摩尔分率差为推动力的液相传质系数 kmol/(s٠m2)
传质系数kG、ky、kL、kx之间的关系：
k y PkG
k x cM kL
8.3.5 对流传质理论
1、有效膜理论（双膜理论）（Whitman
3 1000 kg / m NH3水密度 L
则
15 / 17 cA 0.869kmol / m 3 1015 / 1000
p A 0.0244 101.3 2.27kPa pA 2.27 H 2.612 kPa m 3 / kmol c A 0.869
H值也可用下面求法：
对被分离组分溶解度高，对其它组分溶解度低
3、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。 4、易溶气体溶液上方的分压 低 ，难溶气体溶液上 方的分压 高 。 5、解吸时溶质由 液相 向 气相 传递；压力 低 ， 温度 高 ，将有利于解吸的进行。
6、接近常压的低浓度气液平衡系统，当总压增加时， 亨利常数E 不变 ，H 不变 ，相平衡常数m ↓ 。
p pBm
倍。
其值恒＞1
cM ， 漂流因子≈1
8.3.3 对流传质
流动的流体与相界面之间的传质称作对流传质
一、不同流动形态的传质机理
静止的流体：分子扩散 层流流动的流体：分子扩散，浓度梯度大于静态 湍流流动的流体：对流扩散（分子扩散+涡流扩散） 横向脉动加速传质
二、对流传质（吸收）速率
若状态点在平衡曲线上方，则发生吸收过程；
若状态点在平衡曲线下方，则发生解吸过程；
二、指明过程的极限
增加吸收剂用量： y2 ↓ 减少吸收剂用量： x1 ↑ 增加塔高：y2↓ x1 ↑ y2 y2e 0 a • a'
ye m x
b •
b'
x1 x1e 吸收操作气相最小浓度不会低于平衡浓度
y2,min y2e mx 2
授课老师：万惠萍
8.1 概 述（General）
一、名词概念
吸收： 利用混合气体各组分在某种液体中溶解度的
不同而达到分离的操作 A—溶质（Solute） B—惰性组分（载体） S—溶剂（Solvent） 吸收后得到的液体 ——吸收液 经吸收后的气体 ——净化气或尾气 B S
吸收设备
A+B 气相 S+A 液相
相平衡（不是浓度相等）
8.2 气液相平衡（Gas-liquid equilibrium) 相组成的表示方法 溶质摩尔数 液相： x —摩尔分率 混合物摩尔数
c
气相：