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福州大学化工原理教案气体吸收

8 气体吸收

8.1概述

（1）吸收的目的：在化学工业种，将气体混合物种的各组分加以分离，

其目的是：

①回收或捕获气体混合物中的有用物质，以制取产品；

②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，如有害气体会使催化剂中毒，必须除去；或除去工业放空尾气中的有害物，以免污染大气。

（2）吸收的依据

为达到吸收分离气体混合物的目的，要用什么物质（溶剂，吸收剂），其分离的依据使什么？（气体混合物中各组分在溶剂中的溶解度不同，若各组分在吸收剂中的溶解度差异越大，吸收

的选择性越好）例如欲分离氨气＋空气的混合物，可选择水做溶剂，因为氨水在水中的溶解度最大，而空气几乎不溶于水。

（3）工业吸收设备及气、液两相接触方式

我们已经了解了吸收的依据，下面再思考一个问题，上述密闭容器能否用作工业吸收设备？（可以，但吸收效果不好，原因在于气、液两相接触情况不好）对工业吸收设备有什么要求？（尽可能提供气、液两相有足够大的接触面积，尽可能使气、液两相接触充分，尽可能使气、液两相的传质推动力大（逆流））为达到上述要求，目前工业上常用的吸收设备使塔设备，按气、液两相在塔中的接触方式不同分为级式接触和微分接触两大类。

在工业上，上述两种不同接触方式的传质设备不仅用于气体吸收，同样也可用于液体精馏、萃取等其他传质单元操作。两类设备可采用完全不同的计算方法，本章吸收主要讨论填料塔的计算方法，下章精馏主要讨论板式塔的计算方法，而两种方法之间的关系及具体的塔结构及其设计计算在塔设备一章中介绍。在工业上，两种形式的塔设备大多情况均为连续操作，即设备内的参数都不随时间变化，称为定态连续过程。当然也可以式间歇操作的非定态过程，很少见，故后面除特殊说明外，均指连续定态操作。

（4）工业吸收流程

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）被分离组风；

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）或相反（解吸）；

氨气（浓度高）＋空气（惰性气体）

（溶质，被吸收组分）

氨气（浓度低）＋空气

水（溶剂）

密闭容器

总压p

溶质（A）分压

p与溶液中A的浓度成平

衡的气相分压

p>吸收，

p<解吸，

p=平衡，

p-——吸收总推动力亦可用其他浓度差表示推动力，

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。除了制取溶液产品只需单独吸收外，一般都要进行解吸操作，使溶剂再生循环使用。

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。

（5）溶剂的选择

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以下几点：

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e p ↓，过程推动力e A p p 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。

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，而且随着温度升高，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，不易挥发。一方面是为了减少溶剂在吸收和再生过程的损失，另一方面也是避免在气体中引入新的杂质。

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，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。 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得溶剂能够满足上述所有要求，应对可供选择得溶剂做全面得评价，以便作出经济、合理得选择。

（6）吸收操作得经济性

吸收总费用＝设备（塔、换热器等）折旧费＋操作费（占比重大）操作费用主要包括：

① 气、液两相流经吸收设备得能量消耗； ② 溶剂得挥发度损失和变质损失； ③ 溶剂得再生费用，即解吸操作费用。（在三者中占比例最大）

常用得解吸方法有升温、吹气、减压，其中升温与吹气特别是升温与吹气同时使用最为常见。减压有利解吸，加压有利吸收，溶剂在吸收与解吸设备之间循环，其间得加热和冷却、泄压与加压必消耗较多得能量，故采用减压解吸不常见。若溶剂得溶解能力差，离开吸收塔得吸收液中溶质浓度低，则所需得溶剂循环量大，再生能耗也大。若溶剂得溶解能力对温度变化不敏感，所需解吸温度较高，溶剂再生得能耗也将增大。

若吸收了溶质以后得溶液是产品，此时不再需要溶剂的再生，这种吸收过程自然是最经济的。提高吸收操作经济性的一种措施是对吸收系统进行优化设计（使系统的总费用最低），单塔吸收优化设计较容易，解题指南中有介绍（课程优化设计要做），吸收—解吸系统优化设计较难，许多问题有待研究解决（感兴趣的同学可去解决）

（7）物理吸收和化学吸收

① 物理吸收：吸收时溶质与溶剂不发生明显的化学反应，如上述洗油吸收苯，水吸收CO 2、SO 2等。

② 化学吸收：吸收时溶质与溶剂或溶液中的其它物质发生化学反应。如CO 2在水中的溶解度甚低，但若用K 2CO 3水溶液吸收CO 2，则在液相中发生下列反应：

K 2CO 3+CO 2+H 2O=2KHCO 3

从而使K 2CO 3水溶液具有较高的吸收CO 2的能力，作为化学吸收可被利用的化学反应一般都满足以下条件：

a. 可逆性。若该反应不可逆，溶剂将难以再生和循环使用

b. 较高的反应数率。若反应速率较慢，应研究加入适当的催化剂以加快反应速率。（8）本章所作的基本假定

① 单组分吸收。其余组分可视为一个惰性组分 ② 溶剂的蒸汽压很低，因此气相中不含溶剂蒸汽 8.2气液相平衡

吸收（传质）与传热两个过程的相似处：传热与吸收过程均由三步构成（解释三步相似），但两个过程也有不同处：传热的推动力是两流体的温度差，过程的极限是两流体的温度相等；吸收的推动力不是两相的浓度差，过程的极限也不是两相的浓度相等。这是由于气液之间的相平衡不同于冷热流体之间的热平衡，气液相平衡关系是吸收过程的重要基础，我们将详细讨论它。 8.2.1平衡溶解度

在一定的温度t 与总压p 下，使一定量的溶剂与溶质接触，溶质便由气相向液相转移，随着溶液浓度的逐渐增高，传质速率将逐渐减慢，最后降为零，此时液相中溶质达到饱和，浓度达到一最大限度e x （x 为液相中溶质A 的摩尔分数，下标e 代表平衡），这时称气液两相达到相平衡，e x 称为平衡溶解度，简称为溶解度（溶解度可以用不同的方式表示，相平衡关系亦可用不同的方式表示，如e p ～x 、e p ～e x 、e y ～x 、e y ～e x 等）。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。

（1）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=C-Φ+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相中的分压e p 表达为温度t ，总压

p 和溶解度x 的函数：()x p t g p e 、、=

有关气液相平衡关系的理论还不够完善，故上述平衡关系的具体函数形式还不能从理论上推出，一般时针对具体物系进行实验测定。实验表明，当总压不太高（一般p <0.5Mpa ）时，p 对平衡的影响可以忽略，而温度

t 对平衡的影响颇大。图8-3为不同温度下氨在水中的溶解度曲线。从此图可以看出，t ↑同一e p 下x ↓或同一x 下e p ↑。e p ～x 图直接反映了相平衡的本质（气相组成用

分压表示直观），可直截了当地用以思考与分析。后面在讨论吸收塔的计算问题时所涉及到的许多关系式如物料衡算关系式、填料层高度计算式等其中的气液组成均用摩尔分数y （气相）、x （液相）表示，故以摩尔分数y 、x 表示的相平衡关系可以方便地与吸收的上述关系一起对整个吸收过程进行数学描述。图8-4为SO 2 在101.3Kpa 下在水中的溶解度曲线，图中气、液组成用摩尔分数y 、x 表示。图

8-3e p ～x 关系曲线为何不指定总压p ？（p <0.5Mpa

时总压对e p ～x 的对应关系的影响可略去）图

8-4

y ～x 关系曲线为何要指定总压p ？（p 变，P

p y A

变，y ～x 溶解度曲线的位置不同）。（2）亨利定律

吸收操作最常用于分离低浓度的气体混合物，此时液相的浓度x 通常比较低，即常在稀溶液范围内。稀溶液的溶解度曲线通常近似地为一过原点的直线，即气液两相的浓度成正比，这一关系称为亨利定律。气液组成用不同的单位表示时，亨利定律有以下3种形式

Ex p e = 解题指南 A A Ex p =*

HC p e = 解题指南 A A Hp C =*

或H

C p A

A =

* mx y e = 解题指南 mx y =*

上述3种形式的亨利定律，最常见的是最后一种形式，式中m 称为相平衡常数，无因次。但题目有时不是已知m ，而是给定亨利常数E (或H )，必须知道它们相互间的换算关系。

mx x p E y x p E p p e e ==?= p

E m =∴ HC C C

E Ex p M

e === M HC E =∴

M C 为溶液的总摩尔浓度，M

M M C ρ=

注意：解题指南M C 用C 表示。解题指南H 与本书H 互为倒数，故H

E =.

对稀水溶液，5.5502

.181000

=≈

M C Kmol/m 3，此数据应记住，考试时不给。 ),(p t m φ=，m 小，溶解度大，对水吸收有利，t ↓，p ↑， m ↓。

例8-1①平衡数据a 换算成x ； ②y ～x 曲线与总压有关。 8.2.2相平衡吸收过程的关系

（1）判别过程的方向 ①y >e y 或x e p 吸收） ②

y e x 解吸（A p

（2）指明过程的极限（3）计算过程的推动力 8.3 扩散和单相传质

在分析任一化工过程时都需要解决两个基本问题：过程的极限和过程的数率。吸收过程的极限决定于吸收的相平衡常数，在8.2节中作了讨论。本节将讨论吸收的速率问题。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，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。

溶液平均密度

溶液平均分子量

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（传质阻力

传质推动力

传质速率=

）故

认为相界面上的溶解推动力亦很小，小至可认为其推动力为零，则相界面上气、液组成满足相平衡关系，这样总过程的速率将由两个单相即①步气相和③步液相内的传质速率所决定。无论是气相还是液相，物质传递的机理包括以下两种。

（1）分子扩散。类似于传热中的热传导，是分子微观运动的宏观统计结果。混合物中存在温度梯度、压强梯度及浓度梯度都会产生分子扩散，本章仅讨论因浓度梯度而造成的分子扩散速率。发生在静止或层流流体里的扩散就是分子扩散。

（2）对流传质。是凭藉流体质点的湍流和漩涡而引起的扩散称为对流传质。发生在湍流流体里的传质除分子扩散外更主要的是对流传质。

将一勺砂糖投于杯水中，片刻后整杯的水都会变甜，这就是分子扩散的结果。若用勺搅动杯中水，则将甜得更快更均匀，那便是对流传质的结果。

以下仅讨论定态条件下双组分物系的分子扩散和对流传质。 8.3.1双组分混合物中的分子扩散

（1）费克定律

只要流体内部有浓度梯度，就会产生分子扩散，在恒温恒压下，一维分子扩散速率可用费克定律表达如下：

d dC D J A

A -= 浓度梯度

d dC A

指向浓度增加的方向，而扩散向浓度降低的方向进行，故式中加－负号。AB D 为组分A 在双组分混合物A 、B 中的扩散系数。

对双组分混合物，在总浓度（对气相也可说总压）各处相等及B A M C C C +=＝常数的前提下，也有

δd d d d B A C

C -= B A J J -=(前提M C 为常数，对气压为总压P 不变)

也就是说费克定律中的“2m ”为“分子对称面”，A 、B 两组分的分子扩散速率大小相等，方向相反，

否则就不能保证总浓度M C （或总压P ）不变。

δd d )d d (A

BA B AB

B A

D C D J J -=--=-= D D D BA AB ==∴

（2）分子扩散与主体流动

气液相界面只允许溶质A 溶解穿过，惰性气体B 不能溶解穿过，也不允许溶剂S 逆向汽化通过。由于界面处A 组分不断被溶解吸收，i C C A A >，A 组分存在浓度梯度

d d A

C ,其方向指向A 组分浓度高的方向为正，而A 组分的分子扩散方向与其相反，朝界面扩散→A J 惰性气体B 组分由于不能被液体吸收，故B 组分在相界处的浓度高于气相主体B B i c c >，B 组分存在浓度梯度

d d c z

，其方向指向B 组分浓度高的方向为正，而B 组分的分子扩散方向与其相反，朝气相主体扩散。

当液相能以同一速率向界面供应B 组分时，界面处B i c 保持恒定，则A B J J =-，这种情况属于等分子反向扩散（下一章精馏属于这种情况）。吸收过程液相不存在B 组分，不可能向截面提供B 组分，故吸收过程所发生的是组分A 的单向扩散，而不是等分子反向扩散。由于界面处组分A 被液体吸收及组分B 反向扩散离开界面，都将导致截面处气体总压降低，使气相主体与界面之间产生微小压差，这一压差必然促使混合气体向界面流动，此流动称为主体流动。

主体流动不同于扩散流（A J 或B J ），扩散流是分子微观运动的宏观结果，它所传递的是纯组分A 或纯组分B 。主体流动系宏观运动，它同时携带组分A 与B 流向界面。在定态条件下，主体流动所带组分B 的量必恰好等于组分B 反向扩散的量，以使B i c 保持恒定。

因气相主体与界面间的微小压差便足以造成必要的主体流动，因此气相各处的总压（或M c ）仍可认为基本上是相等的，即A B J J =-的前提依然成立。

（3）分子扩散的速率方程

通过静止或层流气膜中与界面平行的任一静止平面PQ 的物流由三个：两个扩散流A J 和B J ，及一个主体流动M N 。设通过静止考擦平面PQ 的净物流为N ，对平面PQ 作总物料衡算可得

()M A B M A B N N J J N J J =++==-Q

式中：N ——

2kmol

m s ? M N ——2kmol

m s ?

A J ——2kmol

m s ?

B J ——2kmol

m s

上式说明，尽管主体流动与净物流的含义不同，但主体流动的速率M N 与净物流速率N 必相等。为了求出组分A 因分子扩散和主体流动而造成的传质速率A N ,可在平面PQ 处组分A 作物料衡算得：

A A A A M

A M M

c c

N J N J N c c =+=+ 式中： A J ——因组分A 存在浓度梯度引起的分子扩散速率；

M c N c ——主体流动中A 所占的传递速率。

一般情况下，对双组分物系，净物流速率N 即包括组分A 也包括组分B ，即

A B

N N N =+

故：

A A A

B M

()

c N J N N c =++ (8-16) A

J 与A

d d c z 有关

（4）分子扩散速率的积分式上式分子扩散速率微分式中包含A

N 和

N 两个未知数，只有已知

N 和

N 之间的关系时，才能积分

求解

N ，下面讨论两种常见的情况。 ① 等分子反向扩散（精馏）

等分子反向扩散时没有净物流

0N =（因而也无主体流动M N ＝0）

，则A B N N =-，故 A A A d dz

c N J D

==- 22

A A d d A A z c z c J z D c =-??

令21z z δ-=，δ为扩散距离，积分上式得

()A A1A2D

J c c δ

此式表明等分子反向扩散时组分A 的浓度分布为一直线。如图8-11所示。

对气相 A A

A n p c V RT =

A A1A2()D

J p p RT δ

② 单向扩散（吸收）前已述及，吸收过程主体流动所带组分B 的量必等于组分B 反向分子扩散的量，故惰性组分B 的净传递速率

B A A A

0,c N N J N c ==+，可改写为： 2

A21

A A A M A

A M M A

M M A2M B2

A 21M A1B1

d (1)d d d ln ln z c z c c c N D c z

c N z Dc c c Dc c c Dc c

N z z c c c δ-

=-=---=

=--??

令 B2B1

Bm B2B1

ln c c c c c -=

则 B2B2B1A1A2

B1Bm Bm ln c c c c c c c c --== M A1B1A2B2B2B1A1A2

c c c c c c c c c =+=+-=- 故 M

A A1A2Bm

()c D N c c c δ=

- 此式表面单向扩散时组分A 的浓度分布为一对数函数，如图8-12所示。

对气相B2B2A1A2M B1B1BM

,ln ln c p p p p

c RT c p p -=

== B2A A1A2Bm B1

()()ln p D p Dp

N p p RT p RT p δδ=-=

与等分子反向扩散速率方程相比，单向扩散时多了一个因子

M Bm c c 或Bm p p ， M Bm Bm

1(1)c p

c p >>，我们称之为漂流因子（数），

它反映了主体流动对传质速率的影响，

p ↑，主体流动作用↑，对吸收愈好，这就如顺水推舟，水流使船速加大，故称之为

漂流因子。若A c ↓↓,Bm Bm

,1p

p p p ≈≈，主体流动的影响可略去。

8.3.2扩散系数

扩散系数是物质的一种传递性质。它在传质中的作用与导热系数在传热中的作用相类似，但比导热系

数更为复杂：一种物质的扩散总是相对于其他物质而言的，所以它至少要涉及两种物质，同一组分在不同混合物中的扩散系数是不一样的；扩散系数还与体系体系的温度、总压（气相）或浓度（液相有关）。目前，扩散系数可由以下3种途径获得：

① 试验测得。试验测定是求物质扩散系数的根本途径，后面通过例8-2说明试验测定扩散系数的方

法，当然还有其他的试验测定法。 ② 有的手册中查得。

③ 借助某些经验的或半经验的公式进行估算（查不到D 又缺乏进行试验测定的条件时）。（1）组分在气体中的扩散系数

表8-1列出总压在101.3kpa 下某些气体在空气中的扩散系数数值，由表可见气体扩散系数的值约为

12101/cm s -:。

经分子运动论的理论推导与试验修正，可以得到估算气体扩散系数的半经验式，如式（8-23）所示。该式形式复杂不须记住，只要能正确使用即可。由该式可知气体扩散系数D 与A 、B 两组分的性质、体系和温度、压强有关。对一定物系气体D 与绝对温度T 的1.81次方成正比，与压强p 成反比，式（8-24）须记住。

例8-2，解：

4CCl 通过静止气体层的扩散为单向扩散，且为一非定态过程，但因扩散距离z 的变化缓慢，故可作

为拟定态处理。扩散速率可用式（8-22）表示

B2A B1

ln p Dp

N RTz p =

A1A2101.3,37.6,0p kpa p kpa p ==≈ B1A1101.337.663.7p p p kpa =-=-=

8.314KJ/(KmolgK),321K R T ==

为求D 必须知道A N ,设汽化时间为τ，则4CCl 的汽化速率也可用液面高度变化的速率表示，即

L L A A A d d d d A z z

N M A M ρρττ== 3L A 1540Kg/m 154Kg/Kmol

M ρ==

所以

L B2

A B1

d ln d p z Dp M RTz p ρτ=

A B2

L B1

d ln

d z

z M p Dp z z RT p τ

τρ=

()2

A B220L B1

1ln 2M p DP z z RT p τρ-=

()2

20L B2A

2ln z z RT D p M p p ρτ-=

=322

315408.314103210.060.01101.3154210910101.310ln 63.7

??-????? =9.12×10-6m 2/s

注意：①本题的难点在何处？（A N ）②本解法与书本解法的区别在何处？

（2）组分在液体中的扩散系数

表8-3列出了某些物质在液体中的扩散系数，由于液体中的分子要比气体中的分子密集的多，可以预计其扩散系数要比气体中的扩散系数小的多，由表8-3知，液体中的扩散系数的数量级约为10-5cm 2/s ，为气相中的万分之一（气相约10-1～1cm 2/s ）。

由于液体中的扩散在理论上还不成熟，用半经验式估算流体扩散系数不如气体可靠。此外，液体中组分的浓度对扩散系数由很大的影响。对很稀的非电解溶液可按（8-25）估算。此式亦不须记住，但须记住式（8-26），D 与T 成正比，与μ成反比。 8.3.3对流传质

（1）对流传质的贡献

通常传质设备中的流体都是流动的，流动流体与相界面之间的物质传递称为对流传质（如前述溶质由气相主体传到相界面及由相界面传到液相主体）。流体的流动加快了相内的物质传递，层流及湍流两种流动加快传质的原因如下：

① 层流流动

此时溶质A 组分再垂直于流动方向上的传质机理仍为分子扩散，但流动改变了横截面MN 上的浓度分布，以气相于相界面的传质为例，组分A 的浓度分布由静止气体的直线1变为曲线2，根据分子扩散速率方程式

A A W

d d c J D z ??

=- ???

由于相界面出浓度梯度A W (d d )c z 变大，A A ,J N ↑↑强化了传质。

② 湍流流动

大多数传质设备中流体的流动都属于湍流。湍流主体中流体产生大量的漩涡，引起流体质点间的剧烈混合，促进了横向（传质方向）的物质传递，流体主体的浓度分布被均化，浓度分布如曲线3所示。界面处的浓度梯度进一步变大，在主体浓度与界面浓度差相等的情况下，传质速率得到进一步的提高。

（2）对流传质速率

对流传质现象极为复杂，以湍流流动为例：在湍流主体中存在大量漩涡，传质只要靠涡流扩散；靠近界面附近有一层很薄的层流底层，传质主要靠分子扩散；在湍流主体和层流底层之间的过渡区漩涡扩散和分子扩散都存在。对流扩散速率可仿照分子扩散的速率写成：

()

AT E d d c J D D z

=-+ E D 不像D 那样是物性参数，它与流体的湍动程度有关，也与流体质点的位置有关，难于用试验的方法测

定，故AT J 的表达式形式好看但不好用，因而不能将AT J 代入A N 的表达式中积分求出对流传质速率A N 、怎么办？目前一般是仿照对流给热，将对流传质速率方程写成类似于牛顿冷却定律[W ()Q A T T α=-或

]W ()q T T α=-的形式，即认为A N 正比于流体主体浓度与界面浓度之差，但与对流传热不同的是气液两

相的浓度都可用不同的单位表示，所以A N 可写成多种形式：气相与界面间的A N

A G A A ()i N k p p =-

式中：G 2

kmol

k m s kpa -

?? 以分压差表示推动力的气相传质系数或A y ()i N k y y =- 式中： y 2kmol

k m s

-? 以摩尔分数差表示推动力的气相传质系数

界面与液相间的A N

A L A A ()i N k c c =-

式中：L 2kmol m

k m s kpa s

=?? 以浓度差表示推动力的液相传质系数

或 A x ()i N k x x =-

式中：x 2kmol

k m s

-? 以摩尔分数差表示推动力的液相传质系数

注意：G y L x ,,,k k k k 各有与相应的推动力一一对应，他们的单位是什么？

比较以上各式可得出：

y G k pk =

x M L k c k =

上述处理方法实际上是将一组流体主体浓度和界面浓度之差作为对流传质的推动力，而将影响对流传质的众多因素包括到气相（或液相）传质系数中。现在问题归结到如何得到各种具体条件下的传质系数（用试验测定的方法），对这么复杂的问题，具体用何种试验研究方法比较适宜？（因次分析法）

（3）传质系数的无因次关联式

① 找出影响传质系数k 的因素(,,,,)k f u d D ρμ=，式中d 为定性尺寸，D 为扩散系数 ② 对各变量的因次进行分析，得出无因次数群的函数表达式： (Re,)Sh f Sc = 式中：,Re,Sh Sc 准数定义见p19

③ 由试验测定函数的定量关系

0.67,Re ,,kd du Sh Sc k D D D

ρμμρ=

==∝ 对降膜式吸收器 0.83

0.330.023Re

Sh Sc =， ()0.80.3~0.40.023Re Pr Nu =

然而，实际使用的传质设备形式各样（各种填料塔和板式塔），塔内流动情况十分复杂，两相的接触

面液往往难以确定，这使对流传质分系数（气相或液相）的一般准数关联式远不及传热那样完善和可靠。同学们以后设计塔设备时要查阅有关的文献资料找出自己的设计条件相近的传质系数关联式，有条件应通过试验测定。

8.3.4三传（质量、动量、热量传递）类比

三传之间彼此有些类似的规律可进行类比研究（自学）。 8.3.5对流传质理论

上述关于对流传质问题的处理方法时基于因次分析的试验法，并未对对流传质过程做理论上的探讨。为了揭示对流传质系数的物理本质，从理论上说明各因素对它的影响，不少研究者采用数学模型法加以研究，提出了多种传质模型。我们先简要回顾上学期学过的数学模型法的主要研究步骤：

① 将复杂的真实过程本省简化成易于用数学方程式描述的物理模型； ② 对所得到的物理模型进行数学描述即建立数学模型； ③ 通过试验对数学模型的合理性进行检验并测定模型参数。

不同的研究者对过程的理解不同从而导出不同的模型，下面简要介绍三个重要的产值模型。（1）有效膜理论（惠特曼 Whitman ，1923年）

① 物理模型惠特曼对复杂的对流传质过程作如下简述：a 、气液相界面两侧各存在一层静止的或作层流流动的气膜和液膜，其厚度分别为G δ和L δ，气相或液相主体内由于流体高度团动混合均匀故不存在浓度差，所有浓度差集中于有效气膜和液膜内，故气相和液相的传质阻力也全部集中于该两层有效膜内；b 、静止或层流有效膜中的传质是定态的分子扩散。

② 数学模型。

根据上述有效膜物理模型，通过膜的扩散为分子扩散，且吸收为单向扩散，故分别可用式（8-22）和式（8-20）描述气膜和液膜的传质情况：气膜 G G A A A G Bm G Bm

1()()i i D D p

N p p p y y RT p RT y δδ=-=-

式中：Bm

Bm m (1)p y y p

=- G G G G G Bm G Bm G m

(1)D D D p k RT p RT y RT y δδδ===-

y G k pk =

液膜 L M L A A A M L Bm L Bm

()()i i D c D N c c c x x c x δδ=-=-

式中Bm

Bm m M

(1)c x x c =

=- L M L L L L Bm L Bm m

(1)L D c D D k c x x δδδ=

==-

x M L k c k =

③ 试验测定模型参数

G L ,k k 中分别包含了待定的参数G δ与L δ，既有效膜的厚度，称之为数学模型参数，需由试验测定。如果该模型能有效地反映过程的实质，那么G δ，L δ应主要取决于流体的流动状况（流体湍动越剧烈，膜厚度越薄，反之亦然）而与溶质组分A 的扩散系数D 无关，然而以上两式预示G L ,k k 均正比于D ，而试验结果表面0.67

k D ∝，两者不符合。若为了与试验结果相吻合，有效膜厚度不仅与流动状况有关，而且与扩散系数D 有关。这样，G δ，L δ不是实际存在的有效膜厚度，而是一种虚拟的或当量的膜厚，从而失去了该膜型应具有的理论含义。

由于有效膜理论与实际情况有些不符，促使许多研究者对对流传质理论进行了更深入的研究，从不同

的角度研究提出的理论，下面介绍两种）

（2）溶质渗透理论（希格比 Higbie ，1935年）

希格比认为液体在流动过程中每隔一定时间0τ发生一次完全的混合，使液体的浓度均匀化，在0τ时间内，液相中发生的不再是定态的扩散过程，而是非定态的扩散过程。根据上述假设经数学描述得到：

0.5L k D =∝与试验结果较吻合，但0τ难以测定。

（3）表面更新理论（丹克沃茨 Danckwerts,1951年）

丹克沃茨认为液体在流动过程中表面不断更新，即不断地有液体从主体转为界面而暴露于气相中，这种界面不断更新使传质过程大大强化，其原因在于原来需要通过缓慢的扩散过程才能将溶质传至液体深处，现通过表面更新，深处的液体就有机会直接与气体接触以接受传质。定义S 为表面更新频率，经过数学描述并求解得到：

0.5L k D =

∝ 与试验结果较吻合，但S 难求。

综上所述，溶质渗透理论和表面更新理论比有效膜理论更接近实际情况，但0τ或S 难以测定，将它们用于传质过程的设计仍有一段距离，故目前用于传质设备设计主要还是有效膜理论。 8.4 相际传质

溶质从一个相转移到另一个相称为相际传质或两相间的传质。吸收过程的相际传质是由气相与界面间的对流传质、界面上溶质组分的溶解、液相与界面间的对流传质三个过程串联而成。解决吸收过程相际传质速率问题目前是用双膜模型。

（1）双膜模型

双膜模型的要点如下：

① 在相互接触的气液两相间存在着稳定的相界面，界面两侧分别存在着一个很薄的有效层流气膜和液膜，被吸收的溶质组分只能分子扩散的方式通过这两层膜，气相和液相的浓度变化（即推动力）及阻力均分别几种在这两层膜中，故气相与界相A y y

()1i

i y y N k y y k -=-=

＝气相传质推动力/气相传质阻力界面与液相A x x

()1i i x x

N k x x k -=-=

＝液相传质推动力/液相传质阻力 ② 在相界面上不存在传质阻力，所需传质推动力等零，即在界面上气、液两相浓度成平衡，()i i y f x =。

对稀溶液：i i y mx =（通过原点的直线）

或在计算范围内平衡线近似为直线：i i y mx a =+（图8-19）

（2）相际传质速率方程

以上求A N 的两个式子中x y ,k k 可通过试验测定求得，但两式中的界面组成,i i y x 难求，实际使用时须设法从式中消去,i i y x 。如何消去呢？既然我们讨论的是定态传质问题，气相与界面间的传质速率应等于界面与液相的传质速率，即

A 11i i y x

y y x x

N k k --=

= 为消去界面浓度，上式最右端分子分母均乘以m ，并将串联过程的推动力加和以及阻力加即得：

()()A

y x

1i i y y x x m N m

k k -+-=

+ 对稀溶液e ,i i y mx y mx ==，则e ()i i m x x y y -=-，故上式成为：

A y x

1y y N m k k -=

=+吸收总推动力/吸收总阻力

令y y x

11K m k k =

y y x

11m

K k k =+(总阻力＝气膜阻力＋液膜阻力，符合双膜模型 ) A y e ()N K y y =-

以气相摩尔分数差e ()y y -为总推动力的总传质系数，

2kmol

m s

?。思考题：①若平衡关系为e y mx a =+，i i y mx a =+上式成立否？为什么：

②为得到以()e x x -为总推动力的总传质（相对传质）速率方程，该如何处理？

()e A

y x

/()11

11i i y y m x x x x

N mk k mk k -+--==

++＝吸收总推动力/吸收总阻力

A x e ()N K x x =-

x y x

111K mk k =

x y x

111K mk k =+ 比较y x ,K K 的表达式可知

x y K mK =

③ 你能导出解吸时的总传质（相际传质）速率方程吗？若能请导出其表达式，并与吸收的方程比较。

A y e ()N K y y =-

A x e ()N K x x =-

解吸时总推动力与吸收相反，但总传质系数与吸收相同。（3）传质速率方程的各种表达形式

由于传质速率方程中的传质系数可用总传质系数或某一相的分传质系数两种方法表示，相应的推动力也有总推动力或某一相的推动力两种，而气液相的浓度又可以用不同的方法表示，相平衡方程亦有不同的表达形式，故传质速率方程也有多种形式。表8-4列出了几种常用的速率方程，使用时应特别注意不同的推动力应对应于不同的传质系数。在解题指南p267表15-2中列出了相平衡方程为Y mx *

=所对应的传质速率方程。上标*代表平衡相当于教材下标e ，Y 、X 为摩尔比，它们于y 、x 的关系为1y Y y =

-，1x

X x

=-，今后若题目给定的时该形式的相平衡方程，就要使用与之相应的传质速率方程。另外表15-2中的H 与本

教材表8-4中的H 为倒数关系。 8.4.2传质阻力的控制步骤

从前面根据双膜模型导出的结果可知总传质阻力为气膜传质阻力与液膜传质阻力之和，即

y y x 11m K k k =+，x y x

111K mk k =+ （1）气膜阻力控制当

y x 1m k k ?时，y y

K k ≈，即y y K k ≈，此时的传质阻力主要集中于气膜，称这种情况为“气膜阻力控制”。显然，对于气膜阻力控制的吸收过程，欲提高传质速率，在选择设备形式及确定操作条件时需设法提高y k 以减小气膜阻力，如气体流率↑，y y A ,,k K N ↑↑↑。这与对流传热时为提高传热传热速率需设法提高小的α以减小传热阻力类似。易溶气体溶解度大，平衡线斜率m 小，其吸收过程往往是气膜阻力

控制，如用水吸收，用弄硫酸吸收水蒸汽等均为气膜控制。

（2）液膜阻力控制

当

y x 11mk k =时，x x

11K k ≈，即x x K k ≈，此时的传质阻力只要集中于液膜，称这种情况为“液膜阻力控制”。显然，对于液膜阻力控制的吸收过程，欲提高传质速率，在选择设备形式及确定操作条件时需设法提高x k 以减小气膜阻力，如液体流率↑，x x A ,,k K N ↑↑↑。难溶气体溶解度小，平衡线斜率m 大，其吸收过程多为液膜控制，如用水吸收2222CO ,O ,H ,Cl 等均为液膜控制。

用水吸收2SO 及丙酮蒸汽，气膜阻力和液膜阻力各占一定比例，此时应同时设法减小气膜阻力和液膜阻力，传质速率才会有明显提高，我们称这种情况为“双膜控制”。

例8-4 8.5低含量气体吸收 8.5.1吸收过程的数学描述

以逆流填料吸收塔为例，如右图所示（1）底含量气体吸收底特点

① G 、L 可视为常量

② 吸收过程时等温底（不必进行热衡） ③ 传质系数为常量

底含量气体吸收底上述特点将使计算过程大为简化。（2）全塔物料衡算 ()1212()G y y L x x -=- （3）料衡算和传递速率的微分表达式

沿塔高（H ↓的正方向）气液浓度是连续变化的，传质推动力和

传质速率也是沿塔高变化的，必须先列出无聊衡算和传质速率的微分表达式，然后沿塔高积分得到积分式才能用于吸收过程计算。取微元塔段d h 作物料衡算得

对气相 A y e d d ()d G y N a h K a y y h ==- （A y e y i ()()N K y y k y y =-=-）

式中：G ——

kmol m s ?，2

m 为塔截面积； A N ——2kmol m s ?，2

m 为传质面积；

a ——23m m

，2m 为传质面积，3

m 为填料体积；

h ——m ，高度。

对液相 A x e d d ()d L x N a h K a x x h ==-

（4）传质速率积分式

y10

y2y e d d G y

H h K a y y ==

-?? 12H

x 0

x x e

d d L x H h K a x x ==

-?? （5）传质单元数欲传质单元高度令 y1

OG OG y2

e y d ,y G

N H y y K a ==-?

OL OL x2

e x d ,x L

N H x x K a

=-?

OG OG OL OL H H N H N =?=? 式中：OG OL ,H H ——分别为气相、液相总传质单元高度，m ； OG OL ,N N ——分别为气相、液相总传质单元数，无因次。根据上述定义，吸收塔填料层高度可以表达为

填料层高度＝传质单元高度×传质单元数

传质单元高度和传质单元数的物理意义代表什么呢？

① 传质单元数（OG OL ,N N ）的大小反映吸收过程进行的难易程度，它与吸收塔的结构因素以及气液流动状况无关。例如，OG N 中所含变量12,y y 为气体的进、出塔浓度，反映了吸收的分离要求，e ()y y -为传质推动力。根据积分中值定理应有

1212OG y2

e e m m

d ()y y y y y

N y y y y y --===--??

当分离要求提高12()y y -↑或平均推动力减小e m ()y y -↓时，均会使OG N ↑,相应H ↑。在填料塔设计计算时，可用改变吸收剂的种类，降低操作温度或提高操作压力，增大吸收剂用量、减小吸收剂入口浓

度等方法，以增大吸收过程的推动力，从而达到减小OG N 的目的。

112112

21'''OG '''e e e e e

d d d d d i i n y y y y y y y y y y y y y y y N y y y y y y y y y y +==+++++-----?

????L L 若任一段填料填层气体浓度分变化等于该段平均推动力，即()

()'1e m,'i i i y y y y +-=-，则

1''

d 1i i y y y

y y +=-?

，该段填料层就称为一个传质单元，其高度为OG H 。一个填料吸收塔可以看成由若干个传质单元构成，传质单元的数目乘以传质单元高度就是填料层高度。

② 传质单元高度可理解为一个传质单元所需的填料层高度，是吸收设备效能高度的反映。以

OG y G H K a =

为例，G 代表混合气体处理量，体积总传质系数y 3kmol

()m s

K a ?值的大小反映总传质阻力、填料层性能及操作时填料润湿情况等。故OG H 与设备结构、气液流动情况和物系物性有关。在设计计算中，选用分离能力强的高效填料及适宜的操作条件以降低传质阻力（提高传质系数），增加单位体积填料的有效

气液接触面积a ，可使OG H 减小。显然传质单元高度越小，在相同条件下达到同样吸收要求所需的填料层高度也就越低，即传质效果越好。

若选用A y A x (),()i i N k y y N k x x =-=-可分别导出G L L ,,H H N 的表达式如表8-5所示。G N 与

()i y y -，L N 与()i x x -有关，而i y 、i x 难求，仅当中等溶解度气体吸收且平衡线为曲线时才用G N 或L N 求H ，以后详细介绍。

（6）吸收计算基本类型与基本关系式 ①类型：设计型计算（求H ），操作型计算（H 已知）这两种类型计算的具体命题及计算方法以后详细介绍，但两类问题均可联立以下三个基本关系式得以解决。

②基本关系式

全塔物料衡算式 ()1212()G y y L x x -=- 相平衡方程式 e y mx =或e y mx b =+（直线） e ()y f x =（曲线）吸收过程基本方程式

y1OG OG y2y e

d G y

H H N K a y y ==

-? 或 12x OL OL x x e

d L x H H N K a x x ==

-? 变量数：m 、H 、G 、L 、1y 、2y 、1x 、2x 、y K a （或x K a ）共9个。

关系式：3个。

还需给出5个独变量才能求出另1个因变量。通常m 、G 、1y 、2x 为已知量，H 、L 、2y 、1x 、y K a （或x K a ）视不同的题型可以是已知量、亦可为待求量。有时题目不是给出2y 值，而是用吸收率（也称回收率）η表示分离程度，η定义如下：

12211

1y y y

y y η-=

=- 1η< 则 21(1)y y η=- 2,y η↑↓，分离要求↑

传质单元高度的值约为0.5～1.5m ，具体数值须由使用测定（或由试验得到y K a 或x K a 的关联式求

OG H 或OL H ），这将在传质设备一章中详述。在本章OG H （或y K a ）及OL H （或x K a ）均为已知值或根

据已知条件易求出，故计算H 的问题主要在于传质单元数的计算，此外，吸收剂用量L 如何确定亦很重要，

下面讨论这两个问题。

8.5.2操作线、最小液气比及吸收剂用量（1）操作线

吸收塔内气、液组成沿塔高的变化受物料衡算式的约束，为求得逆流吸收塔任一截面上相互接触的气液组成y 与x 的关系，可在塔顶与任一截面间作溶质A 的物料衡算，得

22Gy Lx Gy Lx +=+

或 22L L y x y x G G ?

+- ??

? 同理，在塔底与任一截面间作物料衡算，可得

11()L L y x y x G G

+- 由全塔物料衡算可得2211()()L L

y x y x G G

=-，

故以上两式实际上是等效的，逆流吸收塔操作线只有一条，在y x -图中为一条直线，如图中AB 线所示。

11(,)B y x 代表塔底（浓端），22(,)A y x 代表塔顶（稀端），直线斜率

称为吸收操作的液气比，线上任一点M 代表塔内某一截面上气、液两相的组成y 与x 。点M 与平衡线之间的垂直距离代表总推动力

e ()y y y ?=-，水平距离代表总推动力e ()x x x ?=-，故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。

思考题：① 并流吸收塔操作线方程及操作线形式怎样？逆流、并流各用在什么场合？

② 解吸收塔操作线位置在什么地方？（2）最小液气比在吸收操作中G 、1y 、2

y （或η）及2x 都是根据生产工艺要求规定的，操作线的斜率

G 反映处理单

位气体量所耗用的溶剂量。当

G 一定时，2,,L

L x G

↓↓↑，操作费用（吸收剂费用或吸收剂再生费用）↓；

另一方面，L

↓

操作线向平衡线靠近，传质推动力OG

,,,,

y x N N

↑

?↓?↓↑

塔高

↑

，设备折旧费

↑

。反之，

L↑

，操作费用

↑

，设备折旧费

↓

。故存在一opt

()

G使总费用＝（操作费用＋设备折旧费）最小，必须进行优化设计，确定最佳液气比opt

()

G。

另一方面，吸收剂的最小用量也存在着技术上的限制。当

G减小到图中的min

()

G时，操作线与平衡线相交与C点，塔底的气、液两相组成达到平衡，此时塔底推动力111e

y y y

?=-

为零，所需塔高将为无穷大，显然这是液气比的下限，通常称之为吸收设计的最小液气比，可按物料衡算求得：

min

1e2

()

y y

G x x

计算方法：

①若相平衡关系符合亨利定律，则

；又若题目给用纯溶剂（如清水）吸收，则2

，故：

min2

()0

y y

L y y

x m m

G y

平衡关系符合亨利定律纯溶剂吸收

②若题给平衡关系为e

y mx b

，则

y b

，此时若为纯溶剂吸收，min

()

≠

。

③若平衡关系为曲线，分两种情况处理。若曲线如图所示，作图法求出C点所对应的

x值或将平衡曲线拟合成方程再用方程求1e

x（编程优化设计时用）；若曲线形状如图8-26C（p36）所示，则切线斜率即为

min

()

。

同理吸收剂进口浓度2

的选择亦存在经济上的优化问题及技术上的上限，特别对于吸收－解吸系统此问题必须妥当选择（p35～p36）。

（3）吸收剂用量的确定

最佳液气比须通过优化设计求出（在课程设计环节完成），为避免优化（须建立数学模型用最优化方法编程求解）计算，可按下式确定适宜液气比，然后求出吸收剂用量L：

min

(1.1~2)()

L L

G G

8.5.3传质单元数的计算方法

（1）操作线与推动力的变化规律（平衡线为直线）

为了积分求出OG N 、OL N ,必须找到推动力e ()y y y ?=-和e ()x x x ?=-分别随气液组成y 和x 的变化规律。在吸收塔内推动力的变化规律式由操作线与平衡线共同决定的。以低含量逆流吸收塔为例，操作线AB 为直线，若平衡线亦为直线，则y ?和x ?随y 和x 呈线性变化，其变化率为常数，可用塔底和塔顶的端值表示，即： 12121212

d()

d(),d d y y x x y x y

y y x x x ?-??-???=

（2）平衡线为直线（

e e y mx y mx b

==+或）时的对数平均推动力法

112

212121OG e 12122d d()ln y y y y y y y y y y

y N y y y y y y y y ??--??===-?-???-???

令12

m 1

ln y y y y y ?-??=?? 1211e e11e1122e e22e22,,y y y y mx y mx b y y y y mx y mx b ?=-==+?=-==+或或

OG m y y N y -=

? (

1S ≠)

212121

OL e 12122d d()ln x x x x x x x x x x

x N x x x x x x x x ??--??===-?-???-???

令12m 12ln x x x x x ?-??=?? 111

1e 1e1e1222e22e2e2,,y y b

x x x x x m m y y b x x x x x m m

-?=-==-?=-==

或或 12

OL m

x x N x -=

? (1S ≠) 思考题：以上对数平均推动力法均以逆流为例导出，对并流吸收塔是否适用？并流吸收塔操作线方程及在

y x -图上形式怎样？

（3）吸收因数法

除对数平均推动力法之外，为计算传质单元数，可将相平衡关系与操作线方程代入传质单元数的定义式中直接积分求解，以

N 为例

OG e d y y y N y y =-?

① 若

e 22[

()]

y mx m y y x L

==-+

化工原理传质概论与气体吸收考试题目

单项选择题(每题2分,共10题)成绩查询第七章传质概论 1. 双组分理想气体进行定常单向扩散，如维持气相各部分pA不变，总压增加，气相中的传质通量NA将如何变化？ A：增加 B ：减少C：不变 D：不定 2. 下述_______分离过程中哪一种不属于传质分离。 A ：萃取分离B ：吸收分离C ：结晶分离D：离心分离 3. 气相压力一定，温度提高1倍，组分在气相中的扩散系数_______。 A：增大1 倍B：约原来的2.83倍 C：减少1倍 D：不变 4. 若温度不变，压力增加1倍，则扩散系数_______。 A：增大1 倍B：约原来的2.83倍 C：减少1 倍D：不变 5. 双组分气体(A、B)在进行定常分子扩散，JA及NA分别表示在传质方向上某截面处溶质A 的分子扩散速率与传质速率，当整个系统为单向扩散时：_______。 A：|JA|=|JB|， |NA|>|NB|B：|JA|>|JB|， |NA|=|NB| C：|JA|<|JB|，|NA|>|NB D：|JA|=|JB|，|NA|

8. 单向扩散中飘流因子_______。 A： >1B：<1 C：=1 D：不确定 9. 双膜理论认为吸收过程的阻力集中在_______。 A ：相界面两侧的膜层中B：相界面上 C：液膜之中 D：气膜之中

化工原理课程设计水吸收氨填料吸收塔设计正式版分解

《化工原理》课程设计水吸收氨气过程填料塔的设计学院专业制药工程班级姓名学号指导教师 2013 年 1 月 15 日目录设计任务书 (4)

参考文献 (15) 对本设计的评述及心得 (15)

附表：附表附表

设计任务书 (一)、设计题目：水吸收氨气过程填料吸收塔的设计试设计一座填料吸收塔，用于脱除混于空气中的氨气。混合气体的处理量为7500 m3/h，其中含氨气为5％（体积分数），要求塔顶排放气体中含氨低于％（体积分数）。采用清水进行吸收，吸收剂的用量为最小用量的倍。 (二)、操作条件（1）操作压力常压（2）操作温度 20℃. (三)填料类型选用聚丙烯阶梯环填料，填料规格自选。 (四)工作日每年300天，每天24小时连续进行。 (五)厂址厂址为衡阳地区 (六)设计内容 1.吸收塔的物料衡算； 2.吸收塔的工艺尺寸计算；

3.填料层压降的计算； 4.液体分布器简要设计 5.吸收塔接管尺寸计算； 6.绘制吸收塔设计条件图； 7.对设计过程的评述和有关问题的讨论。 (七)操作条件 20℃氨气在水中的溶解度系数为H＝（m3kPa）。第一节前言填料塔的有关介绍填料塔洗涤吸收净化工艺不单应用在化工领域 ,在低浓度工业废气净化方面也能很好地发挥作用。工程实践表明 ,合理的系统工艺和塔体设计 ,是保证净化效果的前提。本文简述聚丙烯阶梯填料应用于水吸收氨过程的工艺设计以及工程问题。填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备，它是化工类企业中最常用的气液传质设备之一。填料塔的主体结构如下图所示：图1 填料塔结构图填料塔不但结构简单，且流体通过填料层的压降较小，易于用耐腐蚀材料制造，所以它特别适用于处理量小、有腐蚀性的物料及要求压降小的场合。液体自塔顶经液体分布器喷洒于填料顶部，并在填料的表面呈膜状流下，气体从塔底的气体口送入，流过填料的空隙，在填料层中与液体逆流接触进行传质。因气液两相组成沿塔高连续变化，所

化工原理教案(下册)

化工原理教案（下册）第一章蒸馏（下册） 1. 教学目的通过本章的学习，掌握蒸馏的基本概念和蒸馏过程的基本计算方法。 2. 教学重点（1）两组分理想物系的汽液平衡关系（2）蒸馏过程的原理（3）两组分连续精馏过程的计算（物料衡算与进料热状况的影响、理论板层数的计算与回流比的影响、塔板效率） 3. 教学难点进料热状况参数及对精馏的影响；多侧线的精馏塔理论板层数的求解；间歇精馏的计算。 4. 本章学习应注意的问题（1）汽液平衡关系是精馏过程计算的基础，要理解平衡常数、相对挥发度等基本概念，熟练地运用汽液平衡关系进行有关计算。（2）两组分连续精馏过程计算的主要内容是物料衡算、理论板层数的计算及塔高和塔径的计算，涉及到进料热状况、最小回流比和回流比、塔板效率等诸多概念，要理解上述概念，熟练地掌握各计算公式之间的联系。（3）两组分连续精馏过程计算所涉及的公式较多，学习时不要机械地记忆，应注意掌握其推导过程。（4）塔板效率计算通常需联立操作线方程、汽液平衡方程及塔板效率定义式，应注意给出有关组成可计算塔板效率；给出塔板效率亦可计算有关组成。计算时应注意所求塔板的位置和类型（是理论板还是实际板）。 5. 教学方法以课堂讲授为主，辅之以课堂讨论和习题课进行巩固和强化训练。 6. 本章学习资料 (1)夏清等.化工原理,下册. 天津: 天津大学出版社, 2005 (2)姚玉英等. 化工原理,下册. 天津: 天津大学出版社, 1999 (3)大连理工大学. 化工原理,下册. 大连: 大连理工大学出版社, 1992 (4) 贾绍义，柴诚敬.化工传质与分离过程.北京：化学工业出版社，2001 (5) 蒋维钧，雷良恒，刘茂林.化工原理,下册.北京：清华大学出版社， 1993 1-1 蒸馏过程概述与汽液平衡关系

化工原理课程设计吸收塔汇总

《化工原理》课程设计课题: 设计水吸收半水煤气体混合物中的二氧化碳的填料吸收塔设计者：王涛学号：1043082002 指导老师：曹丽淑

目录第一章设计任务????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 1.1设计题目????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 1.2设计任务及操作条件???????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 1.3设计内容???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 第二章设计方案???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4 2.1设计流程的选择及流程图??????????????????????????????????????????????????????????????????????4 第三章填料塔的工艺设计??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4 3.1气液平衡关系????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4 3.2吸收剂用量???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????5 3.3计算热效应???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????5 3.4定塔径??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????6 3.5喷淋密度的校核?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????6 3.6体积传质系数的计算??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????7 3.7填料层高度的计算??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????8 3.8附属设备的选择???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????9第四章设计结果概要??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????15第五章设计评价 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 17

化工原理的教案

化工原理教案 ★每章编写概要： 1、本章内容大串联:包括主要内容简介、重点难点提示、突出“三基”内容和工程观点。 2、典型实例：密切结合生产实例,重在理论联系实际,拟补相关教材“重理论，轻实践”的不足；突出知识的灵活运用；考研题解。 3、工程观点及概念补充练习题。 ★课程特点：化工原理是一门工程性、实用性很强的课程。在课程内容中，既有详细的过程分析，又有大刀阔斧的粗描概略；既有详尽的理论分析，又有许多的经验总结。作为一门专业基础课，起着承前启后的作用，对于帮助学生建立基本的工程观点、培养专业的学习兴趣至关重要。化工原理也是化工类研究生入学考试的必考课，由于它讨论的各种单元操作也广泛地被应用于其它工业过程，同时也是制药、食品、冶金、纺织、材料等类专业的选考课。目前全国开设此课的院校有百多家，教材种类繁多，其中最有代表性的是华东理工大学、天津大学、谭天恩、清华大学等所编的教材。这些教材编写格局大致相同，局部内容有差异。因此同学在报考不同院校时，首先应注意选择教材，其次应熟悉各院校的出题思路。各院校的命题指导思想，命题原则是基本一致的。即：是否牢固地掌握了基础知识；是否具备定量计算能力；是否树立了工程观点具备理论联系实际的分析和解决问题的能力。无论升学考试还是专业学习，化工原理的教学目的是一致的。因此，教学中，我们十分强调学生能力的培养和工程观点的建立，在每一章后都补充相应的概念题，主要是把重要的工程观点和基本概念通过练习题书面化加强学生这方面的学习。另外在具体知识的讲解中，再三强调方法的重要性。通过具体知识的学习，将实验研究方法、因次理论下的实验研究方法、数学模型法介绍给学生。化工原理主要研究化工单元操作的基本原理、典型设备的设计及操作调节等，又称为化学工程基础或化工单元操作。化工生产中涉及到大大小小几十种单元操作，在有限的学时内，不可能一一介绍，那么对于一个新的单元操作应如何分析和掌握哪些内容呢？ ★如何着手分析某一单元操作? 一、单元操作的目的是什么? 二、单元操作的依据是什么? 三、采取什么措施? 四、典型设备的操作与调节五、过程的经济性单元操作从理论上分析，可归结为三大类：遵循动量传递规律、遵循热量传递规律、遵循质量传递规律。因此化工原理的重点内容为：流体流动及输送、传热、精馏、吸收、干燥等。这也是课程学习中需加深理解、重点掌握的内容。第一章流体流动及输送

化工原理吸收习题及答案

吸收一章习题及答案一、填空题 1、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___________________________。 N A = k y (y-y i) N A = K y (y-y e) 2、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。双膜的扩散速率减少气膜、液膜厚度 3、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 e）_________。大于上方增大远离增大 4、用清水吸收空气与A的混合气中的溶质A，物系的相平衡常数m=2，入塔气体浓度y = 0.06，要求出塔气体浓度y2 = 0.006，则最小液气比为_________。 1.80 5、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。减少靠近 6、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。相平衡液气比 7、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)。不变增加 8、吸收剂用量增加，操作线斜率_________，吸收推动力_________。（增大，减小，不变）增大增大 9、计算吸收塔的填料层高度，必须运用如下三个方面的知识关联计算：_________、_________、_________。平衡关系物料衡算传质速率。 10、填料的种类很多，主要有________、_________、_________、________、___________、______________。拉西环鲍尔环矩鞍环阶梯环波纹填料丝网填料 11、填料选择的原则是_________________________________________。. 表面积大、空隙大、机械强度高价廉，耐磨并耐温。 12、在选择吸收剂时，首先要考虑的是所选用的吸收剂必须有__________________。良好的选择性，即对吸收质有较大的溶解度，而对惰性组分不溶解。 13、填料塔的喷淋密度是指_____________________________。单位塔截面上单位时间内下流的液体量（体积）。 14、填料塔内提供气液两相接触的场所的是__________________。填料的表面积及空隙 15、填料应具有较_____的__________，以增大塔内传质面积。大比表面积 16、吸收塔内填装一定高度的料层，其作用是提供足够的气液两相_________。传质面积 17、菲克定律是对物质分子扩散现象基本规律的描述。 18、以（Y-Y*）表示总推动力的吸收速率方程式为N A=K Y（Y﹣Y﹡）。 19、、吸收操作是依据混合气体中各组分在溶剂中的溶解度不同而得以分离。 20、某气体用ABC三种不同的吸收剂进行吸收操作，液气比相同，吸收因数的大小关系为A1﹥A2﹥A3，则气体溶解度的大小关系为。

清水吸收二氧化硫化工原理课程设计毕业设计(论文)

摘要在化工生产中，气体吸收过程是利用气体混合物中，各组分在液体中溶解度或化学反应活性的差异，在气液两相接触是发生传质，实现气液混合物的分离。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，其目的是： ①回收或捕获气体混合物中的有用物质，以制取产品； ②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。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，它利用混合物中各组分在液体中溶解度或化学反应活性的差异，在气液两相接触时发生传质，实现气液混合物的分离。一般说来，完整的吸收过程应包括吸收和解吸两部分。在化工生产过程中，原料气的净化，气体产品的精制，治理有害气体，保护环境等方面都要用到气体吸收过程。填料塔作为主要设备之一，越来越受到青睐。二氧化硫填料吸收塔，以水为溶剂，经济合理，净化度高，污染小。此外，由于水和二氧化硫反应生成硫酸，具有很大的利用。本次化工原理课程设计，我设计的题目是：炉气处理量为m3 4200炉气吸过程填料吸收塔设计。本次任务为用水吸收二氧化硫常压填料塔。具体设计条件如下： 1、混合物成分：空气和二氧化硫； 2、二氧化硫的含量：0.05（摩尔分率） 3、操作压强；常压操作 4、进塔炉气流量：h 4200 m3 5、二氧化硫气体回收率：95% 吸收过程视为等温吸收过程。

目录摘要 .................................................................................................................................................. I 第一章设计方案的确定 (1) 1.1流程方案 (1) 1.2设备方案 (1) 1.3流程布置 (1) 1.4吸收剂的选择 (1) 第二章填料的选择 (2) 2.1对填料的要求 (2) 2.2填料的种类和特性 (2) 2.3填料尺寸 (3) 2.4填料材质的选择 (3) 第三章工艺计算 (4) 3.1气液平衡的关系 (4) 3.2吸收剂用量及操作线的确定 (4) 3.2.1吸收剂用量的确定 (4) 3.2.2操作线的确定 (5) 3.3塔径计算 (5) 3.3.1采用Eckert 通用关联图法计算泛点速率f u ： (5) 3.3.2操作气速 (7) 3.3.3塔径计算 (7) 3.3.4喷淋密度U 校核 (7) 3.3.5单位高度填料层压降（Z P ）的校核 (8) 3.4填料层高度计算 (9) 3.4.1传质系数的计算 (9) 3.4.2填料高度的计算 (12) 第四章填料塔内件的类型与设计 (13) 4.1 塔内件的类型 (13) 第五章辅助设备的选型 (16) 5.1管径的选择 (16) 5.2泵的选取： (17) 5.3风机的选型： (17) 第六章填料塔附属高度计算 (17) 第七章分布器简要计算 (18) 第八章关于填料塔设计的选材 (18) 参考文献 (19) 附录 (20) 附图 (21) 致谢 (22)

化工原理干燥教案

H w a H υυυ+= 273273773.027********.22t t a +?=+?= υ 273273244 .12732731841.22t t w +=+?=υ ) ,(273273)244.1773.0(t H f t H H =++=υ 另一关系： ??? ? ?+???? ? ? =??? ??+???? ??-= 273273184.22* 273273294.22t p p H v t p p p v W H W H (四)温度类性质 1. 干球温度 t 干球温度t 是用普通温度计测得的湿空气的真实温度。 2. 湿球温度w t 湿球温度计：温度计的感温球用纱布包裹，纱布用水保持湿润，这支温度计为湿球温度计。湿球温度(w t )：湿球温度计在温度为t 、湿度为H 的空气流中，在绝热条件下达到稳定时所显示的温度。不饱和空气的湿球温度w t 低于干球温度t 。 ) (H H r k t t r k t t H H w w H w w H w w -- =-=--α α

第二授课单元教案容备注* 一．教学目的 1．绝热饱和温度、露点温度 2．熟悉空气湿度图的绘制方法 3．掌握空气湿度图的用法二．教学内容绝热饱和温度、露点温度；空气湿度图的绘制、空气湿度图的用法三．教学重点、难点及其处理 1．重点空气湿度图的用法 2．难点及其处理方法空气湿度图的绘制、某些用法四．教学方法、手段讲解、练习五．板式设计第一节湿空气的性质与湿度图（续）一、湿空气的性质（续） 3. 绝热饱和温度as t 定义：空气绝热增湿至饱和时的温度。绝热饱和器工作原理分析：经过以上分析可知，在空气绝热增湿过程中，空气失去的显热与汽化水分的潜热相等。

化工原理课程设计(水吸收氨填料吸收塔设计)(正式版)分解

《化工原理》课程设计水吸收氨气过程填料塔的设计学院专业制药工程班级姓名学号指导教师 2013 年 1 月 15 日

目录设计任务书 (4) 第一节前言 (3) 1.1 填料塔的有关介绍 (4) 1.2 塔内填料的有关介绍............................. 错误！未定义书签。第二节填料塔主体设计方案的确定 .. (5) 2.1 装置流程的确定 (5) 2.2 吸收剂的选择 (5) 2.3 填料的类型与选择 (7) 2.4 液相物性数据 (6) 2.5 气相物性数据 (8) 2.6 气液相平衡数据 (7) 2.7 物料横算 (7) 第三节填料塔工艺尺寸的计算 (8) 3.1 塔径的计算 (8) 3.2 填料层高度的计算及分段 (9) 3.2.1 传质单元数的计算 (10) 3.2.2 传质单元高度的计算 (10) 3.2.3 填料层的分段 (11) 第四节填料层压降的计算 (12) 第五节填料塔内件的类型及设计 (13) 第六节填料塔液体分布器的简要设计 (13) 参考文献 (15) 对本设计的评述及心得 (15) 附表：附表1填料塔设计结果一览表 (15) 附表2 填料塔设计数据一览 (15) 附件一：塔设备流程图 (17)

设计任务书 (一)、设计题目：水吸收氨气过程填料吸收塔的设计试设计一座填料吸收塔，用于脱除混于空气中的氨气。混合气体的处理量为7500 m3/h，其中含氨气为5％（体积分数），要求塔顶排放气体中含氨低于0.02％（体积分数）。采用清水进行吸收，吸收剂的用量为最小用量的1.5倍。 (二)、操作条件（1）操作压力常压（2）操作温度 20℃. (三)填料类型选用聚丙烯阶梯环填料，填料规格自选。 (四)工作日每年300天，每天24小时连续进行。 (五)厂址厂址为衡阳地区 (六)设计内容 1.吸收塔的物料衡算； 2.吸收塔的工艺尺寸计算； 3.填料层压降的计算； 4.液体分布器简要设计 5.吸收塔接管尺寸计算； 6.绘制吸收塔设计条件图； 7.对设计过程的评述和有关问题的讨论。 (七)操作条件 20℃氨气在水中的溶解度系数为H＝0.725kmol/（m3?kPa）。

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X 2 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X 2 降低，其它操作条件不变，则出口气体浓度降低。 5．含SO 2为10%(体积)的气体混合物与浓度c为 kmol/m3的SO 2 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*= （大气压），则SO 2 将从气相向液相转移。 6．含SO 2为10%(体积)的气体混合物与浓度c为 kmol/m3的SO 2 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*= (大气压)，以气相组成表示的传质总推动力为 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= kmol/，k y a =2l0-4kmol/，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y 1 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。 16．脱吸因数S可表示为mV / L，吸收因数A可表示为 L/ mV 。17．脱吸因数S在Y-X图上的几何意义是平衡线斜率与操作线斜率之比。18．在逆流解吸塔操作时，若气液入口组成及温度、压力均不变，而气量与液量同比例减少，对液膜控制系统，气体出口组成将增加。19．在逆流解吸塔操作时，若气液入口组成及温度、压力均不变，而气量与液量同比例减少，对液膜控制系统，液体出口组成将减少。20．吸收过程物料衡算时的基本假定是：（1）气相中惰性气体不溶于液相；（2）吸收剂不挥发。 21．在气体流量、气体进出口压力和组成不变时，若减少吸收剂用量，则传质推动力将减小。 22．在气体流量、气体进出口压力和组成不变时，若减少吸收剂用量，则操作线将靠近平衡线。 23．在气体流量、气体进出口压力和组成不变时，若减少吸收剂用量，则设备费用将增加。 24．对一定操作条件下的填料塔，如将填料层增高一些，则塔的H OG 将不变。 25．对一定操作条件下的填料塔，如将填料层增高一些，则塔的N OG 将增加。 26．如果一个低浓度气体吸收塔的气相总传质单元数N OG =1，则此塔的进出口浓度差（Y 1-Y 2 ）将等于塔内按气相组成表示的平均推动力。 27.气体吸收计算中，表示设备（填料）效能高低的一个量是传质单元高度，而表示传质任务难易程度的一个量是传质单元数。

化工原理实验—吸收

填料吸收塔的操作及吸收传质系数的测定一、实验目的 1．了解填料吸收塔的结构和流程； 2．了解吸收剂进口条件的变化对吸收操作结果的影响； 3．掌握吸收总传质系数K y a 的测定方法 4. 学会使用GC 二、实验原理吸收操作是分离气体混合物的方法之一，在实际操作过程中往往同时具有净化与回收双重目的。因而，气体出口浓度y 2是度量该吸收塔性能的重要指标，但影响y 2的因素很多，因为吸收传质速率N A 由吸收速率方程式决定。 (一). 吸收速率方程式：吸收传质速率由吸收速率方程决定： m y A y aV K N ?=填或 m y A y A K N ?= 式中： Ky 气相总传系数，mol/m 3.s ； A 填料的有效接触面积，m 2； Δy m 塔顶、塔底气相平均推动力， V 填填料层堆积体积，m 3； K y a 气相总容积吸收传质系数，mol/m 2.s 。

从前所述可知，N A 的大小既与设备因素有关，又有操作因素有关。 (二).影响因素： 1．设备因素： V 填与填料层高度H 、填料特性及放置方式有关。然而，一旦填料塔制成，V 填就为一定值。 2．操作因素： a ．气相总容积吸收传质系数K y a 根据双膜理论，在一定的气温下，吸收总容积吸收传质系数K y a 可表示成： a k m a k a K x y y +=11 又有文献可知：a y G A a k ?=和b x L B a k ?=，综合可得b a y L G C a K ?=，显然K y a 与气体流量及液体流量均有密切关系。比较a 、b 大小，可讨论气膜控制或液膜控制。 b ．气相平均推动力Δy m 将操作线方程为：22)(y x x G L y +-= 的吸收操作线和平衡线方程为：y ＝mx 的平衡线在方格纸上作图，从图5-1中可得知： 2 12 1ln y y y y y m ???-?= ?

化工原理吸收习题

题1. 已知在0.1MPa（绝压）、温度为30℃时用清水吸收空气中的SO2，其平衡关系为y A*= 26.7x A。如果在吸收塔内某截面测得气相中SO2的分压4133Pa，液相中SO2浓度为C A = 0.05kmol·m-3，气相传质分系数为k g = 4.11×10-9kmol·(m2·s·Pa)-1，液相传质分系数 k L=1.08×10-4m·s-1，且溶液的密度等于水的密度。试求在塔内该截面上：（1）气－液相界面上的浓度C A,i和p A,i; （2）K G和K L及相应的推动力；（3）本题计算方法的基础是什么？解：（1）求p A,i和C A,i 查30℃, ρ水= 995.7kg·m-3 E = mP = 26.7 ? 101325 = 2.71 ? 106Pa 对定常吸收过程， k g(p A - p A,i) = k L(C A,i- C A) 以C A,i = p A,i H 代入解得：p A,i = 3546.38Pa

C A,i = p A,i H = 3546.38 2.04 × 10-5 = 0.0724kmol·m-3 （2）求K G、K L及相应的推动力。 = + = + K G = 1.43×10-9kmol·(m2·s·Pa)-1

C A* - C A = 0.084 -0.05 = 0.034kmol·m-3 （3）本题计算方法的基础是双膜理论。题2. 在填料层高为6m的塔内用洗油吸收煤气中的苯蒸汽。混合气流速为200kmol·(m2·h)-1,其初始苯体积含量为2％，入口洗油中不含苯，流量为40kmol·(m2·h)-1。操作条件下相平衡关系为Y A*=0.13X A，气相体积传质系数K Y a近似与液量无关，为0.05kmol·(m3·s)-1。若希望苯的吸收率不低于95％，问能否满足要求？解: 要核算一个填料塔能否完成吸收任务，只要求出完成该任务所需的填料层高H需，与现有的填料层高度h比较，若H需< H，则该塔能满足要求。

化工原理课程设计(氨气填料吸收塔设计)

化工原理课程设计任务书设计题目填料吸收塔设计—15 主要内容1、设计方案简介：对给定或选定的工艺流程、主要设备进行简要论述； 2、主要设备的工艺设计计算：物料衡算、能量衡算、工艺参数的选定、填料塔结构设计和工艺尺寸的设计计算； 3、辅助设备的选型 4、绘流程图：以单线图的形式描绘，标出主体设备和辅助设备的物料方向、物流量、能流量。 5、吸收塔的设备工艺条件图 6、编写设计计算说明书设计参数用清水吸收空气中的NH 3 气体，混合气体处理量5000m3/h，其中NH 3 含量为0.14kg/m3干空气（标态），干空气温度为25℃，相对湿度为 70%，要求净化气中NH 3 含量不超过0.07%（体积分数），气体入口温度40℃，入塔吸收剂中不含NH 3 ，水入口温度30℃。设计计划进度布置任务，学习课程设计指导书，其它准备……………0.5天主要工艺设计计算…………………………………………2.5天辅助设备选型计算／绘制工艺流程图……………………1.0天绘制主要设备工艺条件图…………………………………1.0天编写设计计算说明书（考核）……………………………1.0天合计：（1周）………………………………………………6.0天主要参考文献1. 《化工原理课程设计》，贾绍义等编，天津大学出版社，2002.08 2.《化工原理》（上、下册），夏清，陈常贵主编，天津大学出版社， 2005.01 3. 《化工原理课程设计》，大连理工大学编，大连理工大学出版社， 1994.07 4.《化工工艺设计手册》（第三版）（上、下册），化学工业出版社， 2003.08 5.《化学工程手册》（第二版）（上、下卷），时钧等主编，化学工业出版社，1998.11 6.《化工设备机械基础》，董大勤编，化学工业出版社，2003.01 7.《化工数据导引》，王福安主编，化工出版社，1995.10 8.《化工工程制图》，魏崇光等主编，化学工业出版社1994.05 9.《现代填料塔技术指南》，王树楹主编，中国石化出版社，1998.08 设计文件要求1.设计说明书不得少于7000字，A4幅面； 2.工艺流程图为A2幅面； 3.设备工艺条件图为A3幅面；备注

大二化工原理吸收练习题.doc

化工原理吸收部分模拟试题及答案 1.最小液气比(L/V)min只对（）（设计型，操作型）有意义，实际操作时，若(L/V)﹤(L/V)min ，产生结果是（）。答：设计型吸收率下降，达不到分离要求 2.已知分子扩散时，通过某一考察面PQ 有三股物流：N A，J A，N。等分子相互扩散时：J A（）N A（）N （）0 A组分单向扩散时：N （）N A（）J A（）0 （﹤，﹦，﹥）答：= > = ，< > > 。 3.气体吸收时，若可溶气体的浓度较高，则总体流动对传质的影响（）。答：增强： 4.当温度升高时，溶质在气相中的分子扩散系数（），在液相中的分子扩散系数（）。答；升高升高 5.A，B两组分等摩尔扩散的代表单元操作是（），A在B中单向扩散的代表单元操作是（）。答：满足恒摩尔流假定的精馏操作吸收 6.在相际传质过程中，由于两相浓度相等，所以两相间无净物质传递（）。（错，对）答：错 7.￥ 8.相平衡常数m=1，气膜吸收系数k y=1×10-4Kmol/，液膜吸收系数k x 的值为k y 的100倍，这一吸收过程为（）控制，该气体为（）溶气体，气相总吸收系数 K Y=（）Kmol/。（天大97）答：气膜易溶×10-4 9.某一吸收系统，若1/k y 》1/k x,则为气膜控制，若1/k y《1/k x,则为液膜控制。（正，误）。答：错误，与平衡常数也有关。 10.对于极易溶的气体，气相一侧的界面浓度y I 接近于（），而液相一侧的界面浓度x I 接近于（）。答：y*（平衡浓度）x（液相主体浓度） 11.。 12.含SO2为10%（体积）的气体混合物与浓度C= Kmol/m3的SO2水溶液在一个大气压下接触，操作条件下两相的平衡关系为p*= C (大气压)，则SO2将从（）相向（）转移，以气相组成表示的传质总推动力为（）大气压，以液相组成表示的传质总推动力为（）Kmol/m3 。答：气液 13.实验室中用水吸收CO2基本属于（）控制，其气膜中浓度梯度（）（大于，小于，等于）

化工原理课程设计填料吸收塔的设计

课程设计题目：填料吸收塔的设计教学院：化学与材料工程学院专业：化学工程与工艺（精细化工方向）学号：学生姓名：指导教师：

年5月31日《化工原理课程设计》任务书～年第2学期学生姓名：专业班级：化学工程与工艺( ) 指导教师：工作部门：化工教研室一、课程设计题目：填料吸收塔的设计二、课程设计内容（含技术指标） 1. 工艺条件与数据煤气中含苯2%（摩尔分数），煤气分子量为19；吸收塔底溶液含苯≥0.15%（质量分数）；吸收塔气-液平衡y*=0.125x；解吸塔气-液平衡为y*=3.16x；吸收回收率≥95%；吸收剂为洗油，分子量260，相对密度0.8；生产能力为每小时处理含苯煤气m3；冷却水进口温度＜25℃，出口温度≤50℃。 2. 操作条件吸收操作条件为：1atm、27℃，解吸操作条件为：1atm、120℃；连续操作；解吸气流为过热水蒸气；经解吸后的液体直接用作吸收剂，正常操作下不再补充新鲜吸收剂；过程中热效应忽略不计。 3. 设计内容 ① 吸收塔、解吸塔填料层的高度计算和设计；

② 塔径的计算； ③ 其它工艺尺寸的计算。三、进度安排 1．5月14日：分配任务； 2．5月14日-5月20日：查询资料、初步设计； 3．5月21日-5月27日：设计计算，完成报告。四、基本要求 1. 设计计算书1份：设计说明书是将本设计进行综合介绍和说明。设计说明书应根据设计指导思想阐明设计特点，列出设计主要技术数据，对有关工艺流程和设备选型作出技术上和经济上的论证和评价。应按设计程序列出计算公式和计算结果，对所选用的物性数据和使用的经验公式、图表应注明来历。设计说明书应附有带控制点的工艺流程图。设计说明书具体包括以下内容：封面；目录；绪论；工艺流程、设备及操作条件；塔工艺和设备设计计算；塔机械结构和塔体附件及附属设备选型和计算；设计结果概览；附录；参考文献等。 2. 图纸1套：包括工艺流程图(3号图纸)。教研室主任签名：年月日

化工原理吸收部分模拟试题及答案

化工原理吸收部分模拟试题及答案一、填空 1气体吸收计算中，表示设备（填料）效能高低的一个量是传质单元高度，而表示传质任务难易程度的一个量是传质单元数。 2 在传质理论中有代表性的三个模型分别为双膜理论、溶质渗透理论、表面更新理论。 3如果板式塔设计不合理或操作不当，可能产生严重漏液、严重泡沫夹带及液泛等不正常现象，使塔无法工作。 4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k y =2kmol/m 2·h ，气相传质总K y =1.5kmol/m 2 ·h ，则该处气液界面上气相浓度y i 应为??0.01???。平衡关系y=0.5x 。 5逆流操作的吸收塔，当吸收因素A<1且填料为无穷高时，气液两相将在塔低达到平衡。 6单向扩散中飘流因子 A>1 。漂流因数可表示为 BM P P ，它反映由于总体流动使传质速率比单纯分子扩散增加的比率。 7在填料塔中用清水吸收混合气中HCl ，当水量减少时气相总传质单元数N OG 增加。 8一般来说，两组份的等分子反相扩散体现在精流单元操作中，而A 组份通过B 组份的单相扩散体现在吸收操作中。 9 板式塔的类型有泡罩塔、浮阀塔、筛板塔（说出三种）；板式塔从总体上看汽液两相呈逆流接触，在板上汽液两相呈错流接触。 10分子扩散中菲克定律的表达式为?????dz dC D J A AB A -= ，气相中的分子扩散系数D 随温度升高而???增大???（增大、减小），随压力增加而???减小???（增大、减小）。 12易溶气体溶液上方的分压小，难溶气体溶液上方的分压大，只要组份在气相中的分压大于液相中该组分的平衡分压，吸收就会继续进行。 13压力减小 ,温度升高 ,将有利于解吸的进行；吸收因素A= L/mV ,当 A>1 时,对逆流操作的吸收塔,若填料层为无穷高时,气液两相将在塔顶达到平衡。 14某低浓度气体吸收过程，已知相平衡常数m=1 ，气膜和液膜体积吸收系数分别为k ya =2×10-4kmol/m 3.s, k xa =0.4 kmol/m 3.s, 则该吸收过程及气膜阻力占总阻力的百分数分别为气膜控制，约100% ；该气体为易溶气体。二、选择 1 根据双膜理论，当被吸收组分在液相中溶解度很小时，以液相浓度表示的总传质系数 B 。 A 大于液相传质分系数 B 近似等于液相传质分系数 C 小于气相传质分系数 D 近似等于气相传质分系数 2 单向扩散中飘流因子 A 。 A >1 B <1 C =1 D 不一定 3 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k y =2kmol/m 2·h ，气相传质总K y =1.5kmol/m 2·h ，则该处气液界面上气相浓度y i 应为???B ???。平衡关系y=0.5x 。 A 0.02 B 0.01 C 0.015 D 0.005 4 已知SO 2水溶液在三种温度t 1、t 2、t 3下的亨利系数分别为E 1=0.0035atm 、E 2=0.011atm 、E 3=0.00625atm ，则??A ??

化工原理课程设计吸收塔

化工原理课程设计吸收塔 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】

《化工原理》课程设计课题: 设计水吸收半水煤气体混合物中的二氧化碳的填料吸收塔设计者：王涛学号： 02 指导老师：曹丽淑

目录第一章设计任务?????????????????????????????????????????????????????????????????? 3 设计题目?????????????????????????????????????????????????????????????????? 3 设计任务及操作条件?????????????????????????????????????????????????????????????????? 3 设计内容?????????????????????????????????????????????????????????????????? 3 第二章设计方案?????????????????????????????????????????????????????????????????? 4 设计流程的选择及流程图?????????????????????????????????????????????????????????????????? 4 第三章填料塔的工艺设计?????????????????????????????????????????????????????????????????? 4

气液平衡关系?????????????????????????????????????????????????????????????????? 4 吸收剂用量?????????????????????????????????????????????????????????????????? 5 计算热效应?????????????????????????????????????????????????????????????????? 5 定塔径?????????????????????????????????????????????????????????????????? 6 喷淋密度的校核?????????????????????????????????????????????????????????????????? 6 体积传质系数的计算?????????????????????????????????????????????????????????????????? 7 填料层高度的计算?????????????????????????????????????????????????????????????????? 8 附属设备的选择??????????????????????????????????????????????????????????????????

福州大学化工原理教案 气体吸收