化工原理教学课件第四章(吸收)第四节
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化工原理吸收教学课件PPT
5.1.1 化工生产中的传质过程
一、均相物系的分离
均相混合物的分离，首先要设法制造另外一个相，
使得物质从一个相转移到另外一相。
根据不同组分
某种过程
均相物系
两相物系
在各相中物性 的差异，使某
组分从一相向
实现均相物系的分离
另一相转移： 相际传质过程
相际传质过程
均相物系分离
相际传质过程的推动力：浓度差
5
分离
均 相 混 合 物 非 均 相 混 合 物
动量传递 三传 热量传递
质量传递
-----在浓度差、温度差、压 力差等推动力作用下，物质从 一处向另一处的转移过程。包 括相内传质和相际传质两类。
利用某种性质差异
方法 加 加入 入能 另量 外一种分 物离 质剂 作为 加场，如浓度场、电 温场 度、磁场
4
13
5.1.7 吸收操作的分类
按被吸收 组分数目
单组分吸收
多组分吸收√ 气体混合物 液体
气体 吸收
按吸收有无 化学反应
按溶质组 成的高低
按吸收的 温度变化
物理吸收
化学吸收√
低浓度吸收
高浓度吸收√
等温吸收
非等温吸√收
溶质A S
惰性组分B 吸收剂
相界面
本章只讨论单组分、低浓度、等温、物理吸收过程 的有关原理和计算。
ExA p*A
y*Ap*A/ pxAE/ p
p*A ExA
∴
mE p
y*A mxA
26
在低浓度气体吸收计算中，通常采用基准不变
的比摩尔分数Y( 或 X)表示组成。
由yA*mxA
得
YA* 1YA*
mX*A 1 X*A
《化工原理吸收》课件
02 模拟方法可以预测不同操作条件下的吸收效果， 以及优化吸收设备的结构和操作参数。
03 常用的模拟方法包括物理模型模拟、数学模型模 拟和实验模拟等。
吸收过程的优化策略
01
吸收过程的优化策略是通过调整操作条件和设备参数
来提高吸收效果的方法。
02
优化策略通常包括选择合适的吸收剂、优化操作条件
、改进设备结构和操作参数等。
增加流速可以提高溶质的 传递速率，但同时会增加 设备的投资和能耗。
04
吸收设备与流程
吸收设备的类型与特点
填料塔
结构简单，易于制造， 适用于气体流量较小、 溶液组成较低的情况。
板式塔
传质效率高，处理能力 大，适用于气体流量较 大、溶液组成较高的情
况。
喷射器
结构简单，操作方便， 适用于气体流量较小、 溶液组成较低的情况。
THANK YOU
感谢各位观看
溶解度与相平衡的关系
物质在气液两相中的溶解度差异是吸收过程得以进行的驱动力。
亨利定律与相平衡
亨利定律：气体在液体中的溶解度与该气体在气液界 面上的分压成正比。
输标02入题
亨利定律的数学表达式：(Henry's Law)：(c = kP)
01
03
亨利定律的应用：通过测量气体的溶解度和气液界面 上的分压，可以计算出亨利常数，进而了解物质在特
03
优化策略的目标是提高吸收效果、降低能耗和减少环
境污染等。
06
吸收的实际应用
工业废气的处理
工业废气处理
吸收法可用于处理工业生产过程中产生的废气，如硫氧化物 、氮氧化物等有害气体。通过吸收剂的吸收作用，将有害气 体转化为无害或低害物质，达到净化废气的目的。
03 常用的模拟方法包括物理模型模拟、数学模型模 拟和实验模拟等。
吸收过程的优化策略
01
吸收过程的优化策略是通过调整操作条件和设备参数
来提高吸收效果的方法。
02
优化策略通常包括选择合适的吸收剂、优化操作条件
、改进设备结构和操作参数等。
增加流速可以提高溶质的 传递速率，但同时会增加 设备的投资和能耗。
04
吸收设备与流程
吸收设备的类型与特点
填料塔
结构简单，易于制造， 适用于气体流量较小、 溶液组成较低的情况。
板式塔
传质效率高，处理能力 大，适用于气体流量较 大、溶液组成较高的情
况。
喷射器
结构简单，操作方便， 适用于气体流量较小、 溶液组成较低的情况。
THANK YOU
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溶解度与相平衡的关系
物质在气液两相中的溶解度差异是吸收过程得以进行的驱动力。
亨利定律与相平衡
亨利定律：气体在液体中的溶解度与该气体在气液界 面上的分压成正比。
输标02入题
亨利定律的数学表达式：(Henry's Law)：(c = kP)
01
03
亨利定律的应用：通过测量气体的溶解度和气液界面 上的分压，可以计算出亨利常数，进而了解物质在特
03
优化策略的目标是提高吸收效果、降低能耗和减少环
境污染等。
06
吸收的实际应用
工业废气的处理
工业废气处理
吸收法可用于处理工业生产过程中产生的废气，如硫氧化物 、氮氧化物等有害气体。通过吸收剂的吸收作用，将有害气 体转化为无害或低害物质，达到净化废气的目的。
化工原理第四章两流体间传热过程的计算
tmtm逆
2019/10/1
【温差校正系数ψ的获取方法之——图算法】 【基本原理】由Underwood和Bowan提出。
f(P,R)
P t2 t1 T1 t1
冷流体温升 两流体最初温差
——温度效率
R＝T1 T2 t2 t1
热流体温降 冷流体温升
——温度相关因数
【方法】根据R与P的数值，从各种算图中查得温差
2019/10/1
（2）双侧变温 【特点】在热交 换过程中，两侧 温度均发生变化 。
2019/10/1
【特点】局部温度差Δt 沿传热面而变化。
在面积为dA两 侧，可视为恒
Δt＝T－t
2 温差传热。 1
t2
A
dQ=K（T－t）dA
T1
t1 T2
变温差传热过程的温差变化特点
2019/10/1
5、变温差传热过程传热温度差的计算依据 【特点】在计算传热速率时，采用先微分、后积分
② t1、 t2——设备同一端热、冷流体的温度差；
2019/10/1
t2
t2 T1
tm
t1 t2 ln t1
t2
t1
t1
T2
③习惯上将较大温差记为t1，较小温差记为t2，避
免在计算中带入负号；
t1t2 lnt1 t2
( lt1n t t1 2t2)l nt2 tt1 2 t 11lt2n tt 1 2t1
2、影响平均传热温度差的因素 （1）流体的流动型式
冷、热流体的相互流动方向有不同的流动型式，
传热平均温差tm的计算方法因流动型式而异。
（2）温度的变化情况 冷、热流体在沿传热面流动时的温度变化情况不
同，传热平均温差tm的计算方法因而不同。
2019/10/1
【温差校正系数ψ的获取方法之——图算法】 【基本原理】由Underwood和Bowan提出。
f(P,R)
P t2 t1 T1 t1
冷流体温升 两流体最初温差
——温度效率
R＝T1 T2 t2 t1
热流体温降 冷流体温升
——温度相关因数
【方法】根据R与P的数值，从各种算图中查得温差
2019/10/1
（2）双侧变温 【特点】在热交 换过程中，两侧 温度均发生变化 。
2019/10/1
【特点】局部温度差Δt 沿传热面而变化。
在面积为dA两 侧，可视为恒
Δt＝T－t
2 温差传热。 1
t2
A
dQ=K（T－t）dA
T1
t1 T2
变温差传热过程的温差变化特点
2019/10/1
5、变温差传热过程传热温度差的计算依据 【特点】在计算传热速率时，采用先微分、后积分
② t1、 t2——设备同一端热、冷流体的温度差；
2019/10/1
t2
t2 T1
tm
t1 t2 ln t1
t2
t1
t1
T2
③习惯上将较大温差记为t1，较小温差记为t2，避
免在计算中带入负号；
t1t2 lnt1 t2
( lt1n t t1 2t2)l nt2 tt1 2 t 11lt2n tt 1 2t1
2、影响平均传热温度差的因素 （1）流体的流动型式
冷、热流体的相互流动方向有不同的流动型式，
传热平均温差tm的计算方法因流动型式而异。
（2）温度的变化情况 冷、热流体在沿传热面流动时的温度变化情况不
同，传热平均温差tm的计算方法因而不同。
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
化工原理吸收实验ppt
No Ls l /h 气相组成
y1 y2
Ga Kmol / h
ΔXm
L’s Kmol/ m2h
Kxa Kmol / m3h
备注
2、实验结果的坐标图示
⑴坐标轴： 为双对数坐标，自变量（喷淋密度）为横坐标，函变量（体积传质系数）为 纵坐标。对于对数坐标，具体一个数量级内的刻度位置是已经定好了，只是标明 数量级即可。 ⑵标点： 根据实验结果将数据点标在双对数坐标纸上，用“+”、“×”、“⊙”标点， 而不可用“ · ” 标点，否则看不清 Kxa ⑶曲线： 根据标好的点，从中间画一条直线。
小塔
液量[ l / h] 喷淋密度[ kmo / m2h]
160 1060
300 2000
500 3300
700 4655
大塔
液量[ l / h]
喷淋密度[ kmo / m2h]
210
1030
400
1960
650
3200
950
4657
5、填料性能的不同，可能对实验结果带来什么影响？
填料类型不同，在同样的操作条件下，导致吸收效果的不同。既在同样的空塔气 速和喷淋密度下，其传质系数Kxa是不同的。填料好→Kxa会大→HOL小。
y 操作线
x
x2 x1
2、有关实验操作问题
⑴ 开车： 对吸收塔开车时，应先通吸收剂，再通入气体，以满足对气体工艺要求。 ⑵ 流量调节 气量（空塔气速）：过大，阻力大，且易液泛；过小，生产能力小，不经济。 液量（喷淋密度）：过大，易液泛；过小，填料润湿不充分。 ⑶ 停车： 应先停气，再停吸收剂。
3、有关实验装置说明
实验安排
日期
星期四
时间
晚上 上午8：10—8:50—9： 30-10:10-10:50-11:30 下午1：00—1:40—2： 20 下午1：00—3：00
y1 y2
Ga Kmol / h
ΔXm
L’s Kmol/ m2h
Kxa Kmol / m3h
备注
2、实验结果的坐标图示
⑴坐标轴： 为双对数坐标，自变量（喷淋密度）为横坐标，函变量（体积传质系数）为 纵坐标。对于对数坐标，具体一个数量级内的刻度位置是已经定好了，只是标明 数量级即可。 ⑵标点： 根据实验结果将数据点标在双对数坐标纸上，用“+”、“×”、“⊙”标点， 而不可用“ · ” 标点，否则看不清 Kxa ⑶曲线： 根据标好的点，从中间画一条直线。
小塔
液量[ l / h] 喷淋密度[ kmo / m2h]
160 1060
300 2000
500 3300
700 4655
大塔
液量[ l / h]
喷淋密度[ kmo / m2h]
210
1030
400
1960
650
3200
950
4657
5、填料性能的不同，可能对实验结果带来什么影响？
填料类型不同，在同样的操作条件下，导致吸收效果的不同。既在同样的空塔气 速和喷淋密度下，其传质系数Kxa是不同的。填料好→Kxa会大→HOL小。
y 操作线
x
x2 x1
2、有关实验操作问题
⑴ 开车： 对吸收塔开车时，应先通吸收剂，再通入气体，以满足对气体工艺要求。 ⑵ 流量调节 气量（空塔气速）：过大，阻力大，且易液泛；过小，生产能力小，不经济。 液量（喷淋密度）：过大，易液泛；过小，填料润湿不充分。 ⑶ 停车： 应先停气，再停吸收剂。
3、有关实验装置说明
实验安排
日期
星期四
时间
晚上 上午8：10—8:50—9： 30-10:10-10:50-11:30 下午1：00—1:40—2： 20 下午1：00—3：00
化工原理第四章 传热及传热设备..
4.2 热传导
4.2.5 圆筒壁的稳定热传导 二、多层圆筒壁
第一层
第二层
盐城工学院
第三层
Q
2L(t1 tn1 ) in 1 ln ri1
i1 i
ri
-----通式
可写成与多层平壁计算公式相仿的形式：
Q
t1 t4
b1
b2
b3
1 Am1
2 Am 2
3 Am3
Am1、 Am2 、Am3分别为各层 圆筒壁的对数平均面积。
主要特点：冷热两种流体被一固体间壁所隔开，在 换热过程中，两种流体互不接触，热量由热流体通 过间壁传给冷流体。以达到换热的目的。
优点：传热速度较快，适用范围广，热量的综合利 用和回收便利。
缺点：造价高，流动阻力大，动力消耗大。
典型设备：列管式换热器、套管式换热器。
适用范围：不许直接混合的两种流体间的热交换。
解：(1)每米管长的热损失
r1=0.053/2=0.0265m r2=0.0265+0.0035=0.03m r3=0.03+0.04=0.07 m r4 =0.07+0.02=0.09 m
=191. 4 W/m
第四章 传热及传热设备
(2)保温层界面温度t3
盐城工学院
解得：t3=131.2℃
第四章 传热及传热设备
热导率
纯金属 金属合金 液态金属 非金属固体 非金属液体 绝热材料 气体
100~1400 50~500 30~300 0.05 ~50 0.5~5 0.05~1 0.005~0.5
可见，在数值上： 金属 非金属 液体 气体
第四章 传热及传热设备
盐城工学院
4.2 热传导
(完整版)化工原理课件(天大版)
以 F = 1000 kg/h 的流量送入蒸发器，在422K下蒸发 出部分水得到50%的浓KNO3溶液。然后送入冷却结晶器， 在311K下结晶，得到含水0.04 的KNO3结晶和含KNO3 0.375的饱和溶液。前者作为产品取出, 后者循环回到 蒸发器。过程为稳定操作，试计算KNO3结晶产品量P、 水分蒸发量W和循环的饱和溶液量R。
返回 30 03:06:50
4. 流体的特征
具有流动性； 无固定形状，随容器形状而变化； 受外力作用时内部产生相对运动。
不可压缩流体：流体的体积不随压力变化而变化， 如液体；
可压缩性流体：流体的体积随压力发生变化， 如气体。 返回 31
13.7
QL 13.7kW
热损失：
100% 6.54%
257.3 47.8
返回 23 03:06:50
例4 非稳定热量衡算举例
罐内盛有20t重油，初温
T1=20℃，用外循环加热法 水蒸气
进行加热，重油循环量
W=8t/h。循环重油经加热
冷 凝
器升温至恒定的100℃后又 水
W=8t/h T3=100℃
基本单位：7个，化工中常用有5 个，即长度（米），质量（千 克），时间（秒），温度（K）， 物质的量（摩尔）
➢ 物理单位 基本单位：长度（厘米cm），质 制（CGS制） 量（克g），时间（秒s）
➢ 工程单 位制
基本单位：长度（米），重量或力 （千克力kgf），时间（秒）
我国法定单位制为国际单位制（即SI制） 返回 11
化工生产过程中，流体（液体、气体）的流动 是各种单元操作中普遍存在的现象。如：
传热 — 冷、热两流体间的热量传递； 传质 — 物料流间的质量传递。 流体流动的强度对热和质的传递影响很大。 强化设备的传热和传质过程需要首先研究流体的流动 条件和规律。 因此，流体流动成为各章都要研究的内容。流体 流动的基本原理和规律是“化工原理” 的重要基础。
返回 30 03:06:50
4. 流体的特征
具有流动性； 无固定形状，随容器形状而变化； 受外力作用时内部产生相对运动。
不可压缩流体：流体的体积不随压力变化而变化， 如液体；
可压缩性流体：流体的体积随压力发生变化， 如气体。 返回 31
13.7
QL 13.7kW
热损失：
100% 6.54%
257.3 47.8
返回 23 03:06:50
例4 非稳定热量衡算举例
罐内盛有20t重油，初温
T1=20℃，用外循环加热法 水蒸气
进行加热，重油循环量
W=8t/h。循环重油经加热
冷 凝
器升温至恒定的100℃后又 水
W=8t/h T3=100℃
基本单位：7个，化工中常用有5 个，即长度（米），质量（千 克），时间（秒），温度（K）， 物质的量（摩尔）
➢ 物理单位 基本单位：长度（厘米cm），质 制（CGS制） 量（克g），时间（秒s）
➢ 工程单 位制
基本单位：长度（米），重量或力 （千克力kgf），时间（秒）
我国法定单位制为国际单位制（即SI制） 返回 11
化工生产过程中，流体（液体、气体）的流动 是各种单元操作中普遍存在的现象。如：
传热 — 冷、热两流体间的热量传递； 传质 — 物料流间的质量传递。 流体流动的强度对热和质的传递影响很大。 强化设备的传热和传质过程需要首先研究流体的流动 条件和规律。 因此，流体流动成为各章都要研究的内容。流体 流动的基本原理和规律是“化工原理” 的重要基础。
化工原理课件(天大版)
质量衡算与能量衡算的异同点：
同：都须划定衡算的范围和时间基准。
异：1) 热量衡算须选择物态和温度基准，这是因为物料所含 热量（焓）是温度和物态的函数。液态物质的温度基准常取 273K。
2) 对于有化学反应的系统，须考虑反应物、生成物的差异， 因为既使同温，若浓度不同，则它们的焓值及反应热亦不同。
3)热量除随物料输入/出外，还可通过热量传递的方式输入/ 出系统。
化工原理
Principles of Chemical Engineering
使用教材： 姚玉英主编，化工原理，天津大学出版社，1999 参考教材： 陈敏恒主编，化工原理，化学工业出版社，2002 蒋维钧主编，化工原理，清华大学出版社，1993
版权所有，未经授权禁止复制或建立镜像。谢谢!
返回 1 22:56:14
4 1.5
0.06 v
0.06
83.73 ln 0.06 342.8s 0.001
返回 20 22:56:15
(2)能量衡算 能量有很多种，如机械能、热能、电能、磁能、化学
能、原子能、声能、光能等。
化工过程中主要涉及物料的温度与热量的变化，因此：
热量衡算是化工中最常用的能量衡算。
磺化器 静电除雾器
碱洗塔
（反应）
（分离）
液体磺酸
（化学吸收）
布袋除尘
大
NaOH
反应器
气
其它液、 固计量
配料缸
喷雾干燥 塔
（干燥）
旋转混 合器
包装
返回 8 22:56:14
单元操作的研究内容与方向：
研究内容 研究方向
单元操作的基本原理； 单元操作典型设备的结构； 单元操作设备选型设计计算。 设备的改进及强化； 高效率、低能耗、环保； 开发新的单元操作; 单元操作集成工艺与技术。
同：都须划定衡算的范围和时间基准。
异：1) 热量衡算须选择物态和温度基准，这是因为物料所含 热量（焓）是温度和物态的函数。液态物质的温度基准常取 273K。
2) 对于有化学反应的系统，须考虑反应物、生成物的差异， 因为既使同温，若浓度不同，则它们的焓值及反应热亦不同。
3)热量除随物料输入/出外，还可通过热量传递的方式输入/ 出系统。
化工原理
Principles of Chemical Engineering
使用教材： 姚玉英主编，化工原理，天津大学出版社，1999 参考教材： 陈敏恒主编，化工原理，化学工业出版社，2002 蒋维钧主编，化工原理，清华大学出版社，1993
版权所有，未经授权禁止复制或建立镜像。谢谢!
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0.06 v
0.06
83.73 ln 0.06 342.8s 0.001
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(2)能量衡算 能量有很多种，如机械能、热能、电能、磁能、化学
能、原子能、声能、光能等。
化工过程中主要涉及物料的温度与热量的变化，因此：
热量衡算是化工中最常用的能量衡算。
磺化器 静电除雾器
碱洗塔
（反应）
（分离）
液体磺酸
（化学吸收）
布袋除尘
大
NaOH
反应器
气
其它液、 固计量
配料缸
喷雾干燥 塔
（干燥）
旋转混 合器
包装
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单元操作的研究内容与方向：
研究内容 研究方向
单元操作的基本原理； 单元操作典型设备的结构； 单元操作设备选型设计计算。 设备的改进及强化； 高效率、低能耗、环保； 开发新的单元操作; 单元操作集成工艺与技术。
化工原理第四章传热
对于一维温度场，等温面x及(x+Δx)的温度分别为t(x,τ)及
t(x+Δx,τ)，则两等温面之间的平均温度变化率为：
t(x x,)t(x,)
t-t t
x
t+t
Q
温度梯度:
dA
gr la it( x m d x ,t) t( x ,) t n
x 0
x
x
温度梯度是向量，其方向垂直于等温面，并以温度增加 的方向为正。
实际上，上述三种传热方式很少单独出现，而往往是相互伴 随着出现的。
冷热流体的接触方式
一、直接接触式
板式塔
二、间壁式 套管换热器
热流体T1
t2
冷流体t1
T2
传热面为内管壁的表面积
列管换热器
热流体T1
t2
冷流体t1
T2
传热面为壳内所有管束壁的表面积
热载体及其选择
加热剂：热水、饱和水蒸气 矿物油或联苯等低熔混合物、烟道气等 用电加热
r1，b2=r3- r2，b3=r4- r3；
➢各层材料的导热系数λ1，λ2，
λ3皆视为常数；
➢层与层之间接触良好，相互
接触的表面温度相等，各等温 面皆为同心圆柱面。
r1 r2 r3 r4
t2t1 t3 t4
多层圆筒壁的热传导计算，可参照多层平壁。 对于第一、 二、三层圆筒壁有
Q2L1
t1 t2 lnr2
解： 根据题意，已知t1=10℃ ，t4=-5℃ ，b1=b3=0.12m， b2=0.10m，λ1= λ3= 0.70w/m•k， λ2= 0.04w/m•k。
按热流密度公式计算q
：q Q t 1 t 4 1 ( 0 5 ) 5 . 2 w / 7 m 2
化工原理第四章第四节
Q1 Q2
Q1——单位时间内热流体放出的热量，W或kW。
Q2——单位时间内冷流体吸收的热量，W或kW。
应用：计算换热器的传热量（热负荷）。
2020/5/1
B
5
1、冷、热流体在传热过程中均不发生相变化 （1）比热法
热流体单位时间内放出的热量为：
Q 1qm 1cp1 T1T2
qm1——热流体的质量流量，kg·s-1。
热流体放出的热量为： Q1 qm1r1
r1——饱和蒸汽的冷凝潜热，J·kg-1。
冷流体吸收的热量为：Q2 qm2r2
r2——饱和液体的汽化潜热，J·kg-1。
2020/5/1
B
9
（2）冷、热流体有一侧发生相变化，另一侧不 发生相变化。
若热流体发生相变化：
a、热流体仅发生相变化，不发生温度变化
Q q m 1 r 1 q m 2 c p 2t2 t1
他形式流动。
当换热器的传热量Q、总传热系数K相同的条
件下，采用逆流操作，所需A最小。
2020/5/1
B
40
2）逆流可以节省冷却介质或加热介质的用量。
以 物 料 被 加 热 为 例 ， qm 1qm c2 p c 1pT 21 t 2T 2t1
当给定加热任务，qm2、t2、t1确定，T1一般
已知，qm1仅由T2决定。
B
1
已知：T1、 T2、 cp1、 qm1
t1、 t2、 cp2
2020/5/1
求： qm2
B
2
第四节 总传热过程的分析计算
2020/5/1
B
3
总传热过程的计算
热量衡算
总传热速率方程
总传热系数
平均温度差
《化工原理吸收》课件
化工原理吸收
本课件将全面介绍吸收过程的基本原理、吸收器的类型和吸收的应用，以及 如何进行建模和计算。
吸收的定义和目的
1 定义
2 目的
吸收是一种分离技术，通过将一种气体或 蒸汽置于另一种稀释剂或溶液中，从而将 其中溶解的组分分离出来。
吸收的主要目的是去除气体和蒸汽中的污 染物质和有害化学物质，以及对溶液中有 用组分进行富集。
展望
未来的吸收技术仍将面临许多新挑战，如高质 量、低能耗、低成本、多功能、可重复利用、 小型化、智能化等方面的需求。
吸收过程的应用
烟气处理
吸收技术可应用于较小的氮氧 化物、二氧化硫和氯化氢排放 源的处理。
成分分离
可用于将有机物和无机物中有 用成分进行分离，一些医药工 业中可用于制备纯药物。
能源行业
使用吸收技术深度处理二氧化 碳，达到减排工作的目标。
吸收的基本原理
气液平衡
根据热力学原理，气体向易溶于液体的物质分子扩散，溶质向气态分子扩散。
吸收建模和计算
塔设计参数
如污染物浓度、填料形状、液气流速、进出口口径等参数，关键点是设计吸收塔的高度和塔 板数目。
质量传递系数的估算
可采用拟合法、直接平衡法、平衡理论法等方法进行计算。
吸收过程的模拟和优化
涉及塔内相和质量传递过程的动态及静态模拟、计算等方面。
吸收的应用和工程实例
吸收应用 烟气处理
质量传递
气体成分从气相Байду номын сангаас液相传递的速率与气液相的传质速率有关。
相互作用
液相吸收剂对气相中各组分有特定的物理和化学作用。
吸收器的类型
1
塔式吸收器
顶部进料，下部排出产物的装置，连续自动运行。
本课件将全面介绍吸收过程的基本原理、吸收器的类型和吸收的应用，以及 如何进行建模和计算。
吸收的定义和目的
1 定义
2 目的
吸收是一种分离技术，通过将一种气体或 蒸汽置于另一种稀释剂或溶液中，从而将 其中溶解的组分分离出来。
吸收的主要目的是去除气体和蒸汽中的污 染物质和有害化学物质，以及对溶液中有 用组分进行富集。
展望
未来的吸收技术仍将面临许多新挑战，如高质 量、低能耗、低成本、多功能、可重复利用、 小型化、智能化等方面的需求。
吸收过程的应用
烟气处理
吸收技术可应用于较小的氮氧 化物、二氧化硫和氯化氢排放 源的处理。
成分分离
可用于将有机物和无机物中有 用成分进行分离，一些医药工 业中可用于制备纯药物。
能源行业
使用吸收技术深度处理二氧化 碳，达到减排工作的目标。
吸收的基本原理
气液平衡
根据热力学原理，气体向易溶于液体的物质分子扩散，溶质向气态分子扩散。
吸收建模和计算
塔设计参数
如污染物浓度、填料形状、液气流速、进出口口径等参数，关键点是设计吸收塔的高度和塔 板数目。
质量传递系数的估算
可采用拟合法、直接平衡法、平衡理论法等方法进行计算。
吸收过程的模拟和优化
涉及塔内相和质量传递过程的动态及静态模拟、计算等方面。
吸收的应用和工程实例
吸收应用 烟气处理
质量传递
气体成分从气相Байду номын сангаас液相传递的速率与气液相的传质速率有关。
相互作用
液相吸收剂对气相中各组分有特定的物理和化学作用。
吸收器的类型
1
塔式吸收器
顶部进料，下部排出产物的装置，连续自动运行。
吸收操作技术—吸收工艺计算(化工原理课件)
示的传质推动力。
y* （x*-x）
传质推动力的表示方法可以不同 o ，但效果一样。
x
x* x
【例】在总压101.3kPa，温度30℃的条件下, SO2摩尔分率 为0.3的混合气体与SO2摩尔分率为0.01的水溶液相接触，试 问：⑴从液相分析SO2的传质方向；⑵从气相分析，其它条 件不变，温度降到0℃时SO2的传质方向；⑶其它条件不变， 从气相分析，总压提高到202.6kPa时SO2的传质方向，并计 算以液相摩尔分率差及气相摩尔率差表示的传质推动力。
在一定温度下，吸收达到平衡时，气液相 组成符合亨利定律。
亨利定律表达式： pA* Ex 意义：在一定温度下，稀溶液上方 气相中溶质的平衡分压与溶质在液相中 的摩尔分数成正比，其比例系数为亨利 系数。
pA* Ex
讨论：E来源：实验测得，查手册，其单位
同压力。
E值的影响因素：溶质、溶剂、温度、压 力。
扩散的基本方式有分子扩散和涡流 扩散两种，而实际操作中多为对流扩散。
传质过程也称为扩散过程。 扩散的推动力是浓度差。
1、 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， 这种现象称为分子扩散。
2. 涡流扩散： 在流体作湍流运动的主体区时，流体
nA n
mwA
/MA
mwA / M A mwB / M B mwN
/MN
wA /M A
wA /M A wB /M B wN /M N
两组分
w A/M A
w A/M A w B/MB
2.比质量分数与比摩尔分数
质量比：
WA
mA mB
wA wB
wA 1 wA
化工原理讲稿气体吸收课件
y ye=f(x)
ye
y
M
o
对解吸而言：
xe
xx
若保持液相浓度x不变，气相浓度y最高只能升到与之相平
衡的浓度ye，即 ymax=ye； 若保持气相浓度y不变，则液相浓度x最低也只能降到与气
相浓度y相平衡的浓度xe，即 xmin=xe。
第二节 吸收过程的相平衡关系
3.传质过程的推动力
未达平衡的两相接触会发生相际间传质(吸收或解吸)，离平衡浓度越远，
气, p2
液, x2
吸收塔
混合气体, p1
液, x1
例题3
含溶质A 且摩尔分率为x=0.2的溶液与压力为 2atm, y=0.15的气体等温接触,平衡关系为：pe=1.2x(atm)， 则此时将发生 过程。用气相组成和液相组成表示 的总传质推动力分别为Δy= ，Δx= （摩尔分 率）。如系统温度略有增高，则Δy将 。如系统总 压略有增高，则Δx将 。
大量实验表明，溶解度与平衡分压有关。
第二节 吸收过程的相平衡关系
2.溶解度曲线
第二节 吸收过程的相平衡关系
结论：
➢气体的气相分压（组成）越高，溶解度越大
➢气体的温度越高，溶解度越小
启示：吸收操作应在低温、高压下进行； 脱吸操作应在高温、低压下进行。
第二节 吸收过程的相平衡关系
二、亨利定律（Henry’s law）
第二节 吸收过程的相平衡关系
2.传质过程的限度
对吸收而言： 若保持液相浓度x不变，气相 y 浓度y最低只能降到与之相平
y
衡的浓度ye，即ymin=ye； 若保持气相浓度y不变，则液 相浓度x最高也只能升高到与 ye 气相浓度y相平衡的浓度xe，
o
即xmax=xe。
ye
y
M
o
对解吸而言：
xe
xx
若保持液相浓度x不变，气相浓度y最高只能升到与之相平
衡的浓度ye，即 ymax=ye； 若保持气相浓度y不变，则液相浓度x最低也只能降到与气
相浓度y相平衡的浓度xe，即 xmin=xe。
第二节 吸收过程的相平衡关系
3.传质过程的推动力
未达平衡的两相接触会发生相际间传质(吸收或解吸)，离平衡浓度越远，
气, p2
液, x2
吸收塔
混合气体, p1
液, x1
例题3
含溶质A 且摩尔分率为x=0.2的溶液与压力为 2atm, y=0.15的气体等温接触,平衡关系为：pe=1.2x(atm)， 则此时将发生 过程。用气相组成和液相组成表示 的总传质推动力分别为Δy= ，Δx= （摩尔分 率）。如系统温度略有增高，则Δy将 。如系统总 压略有增高，则Δx将 。
大量实验表明，溶解度与平衡分压有关。
第二节 吸收过程的相平衡关系
2.溶解度曲线
第二节 吸收过程的相平衡关系
结论：
➢气体的气相分压（组成）越高，溶解度越大
➢气体的温度越高，溶解度越小
启示：吸收操作应在低温、高压下进行； 脱吸操作应在高温、低压下进行。
第二节 吸收过程的相平衡关系
二、亨利定律（Henry’s law）
第二节 吸收过程的相平衡关系
2.传质过程的限度
对吸收而言： 若保持液相浓度x不变，气相 y 浓度y最低只能降到与之相平
y
衡的浓度ye，即ymin=ye； 若保持气相浓度y不变，则液 相浓度x最高也只能升高到与 ye 气相浓度y相平衡的浓度xe，
o
即xmax=xe。
化工原理吸收
m E 1670 =16.49 p 101.3
从气相分析
y*=mx=16.49 0.01=0.16<y=0.3
故SO2必然从气相转移到液相，进行吸收过程。
（3）在总压202.6kPa，温度30℃条件下， SO2在水中的亨利系数E=4850kPa
m E 4850 =23.94 p 202.6
溶解度曲线：气液相平衡关系用二维坐标绘成 的关系曲线称为溶解度曲线。
图5-4 氨在水中的溶解度
图5-5 20℃下SO2在水中的溶解度
由图5-5可见，在一定的温度下，气 相中溶质组成y不变，当总压p增加时，在 同一溶剂中溶质的溶解度x随之增加，这 将有利于吸收，故吸收操作通常在加压条 件下进行。
Ex
（ 5-24）
式中： pA*——溶质在气相中的平衡分压， kPa； E——亨利系数，kPa；实验测定； x——溶质在液相中的摩尔分率。
讨论： T，E。
pA*一定时，E，x↓。
3）亨利定律的其他表达形式：
（2）
pA*
cA H
（ 5-25）
式中：
cA——溶质在液相中的摩尔浓度，kmol/m3； H——溶解度系数，kmol/ （m3·kPa）；
图5-6 101.3kPa下SO2在水中的溶解度
由图5-6可知，当总压P、气相中溶质y 一定时，吸收温度下降，溶解度大幅度提高， 吸收剂常常经冷却后进入吸收塔。
结论：
加压和降温有利于吸收操作过程；而减 压和升温则有利于解吸操作过程。
图5-7 几种气体在水中的溶解度曲线
易溶气体：溶解度大的气体如NH3等称为易 溶气体；
解： (1)查得在总压101.3kPa，温度30℃条件 下SO2在水中的亨利系数E=4850kPa
从气相分析
y*=mx=16.49 0.01=0.16<y=0.3
故SO2必然从气相转移到液相，进行吸收过程。
（3）在总压202.6kPa，温度30℃条件下， SO2在水中的亨利系数E=4850kPa
m E 4850 =23.94 p 202.6
溶解度曲线：气液相平衡关系用二维坐标绘成 的关系曲线称为溶解度曲线。
图5-4 氨在水中的溶解度
图5-5 20℃下SO2在水中的溶解度
由图5-5可见，在一定的温度下，气 相中溶质组成y不变，当总压p增加时，在 同一溶剂中溶质的溶解度x随之增加，这 将有利于吸收，故吸收操作通常在加压条 件下进行。
Ex
（ 5-24）
式中： pA*——溶质在气相中的平衡分压， kPa； E——亨利系数，kPa；实验测定； x——溶质在液相中的摩尔分率。
讨论： T，E。
pA*一定时，E，x↓。
3）亨利定律的其他表达形式：
（2）
pA*
cA H
（ 5-25）
式中：
cA——溶质在液相中的摩尔浓度，kmol/m3； H——溶解度系数，kmol/ （m3·kPa）；
图5-6 101.3kPa下SO2在水中的溶解度
由图5-6可知，当总压P、气相中溶质y 一定时，吸收温度下降，溶解度大幅度提高， 吸收剂常常经冷却后进入吸收塔。
结论：
加压和降温有利于吸收操作过程；而减 压和升温则有利于解吸操作过程。
图5-7 几种气体在水中的溶解度曲线
易溶气体：溶解度大的气体如NH3等称为易 溶气体；
解： (1)查得在总压101.3kPa，温度30℃条件 下SO2在水中的亨利系数E=4850kPa
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0.01309 0.001262 Ym 0.00506 0.01309 ln 0.001262
N OG
0.0131 2.59 0.00506
Z H OG N OG 1.809 2.59 4.69m
2014-11-4
2014-11-4
2014-11-4
以单位塔截面积为基准，在最小蒸汽用量下对全塔的 溶质作物料衡算：
L( X 2 X 1 ) Vmin ( mX 2 0.625 0.0498 0.0262
将各已知数值代入，得：
50(0.0498 0.0024) Vmin (0.0262 0)
用对数平均推动力求NOG
N OG Y2 Y1
Ym
Y1 0
Ym (Y2* Y2 ) (Y1* Y1 ) ln Y2* Y2 Y1* Y1
2014-11-4
Y1* Y1 0.526 0.0014 0 0.001262 Y2* Y2 0.526 0.0498 0.0131 0.01309
例：由石蜡系碳氢化合物（分子量113 ）与另一不挥发 的有机溶剂（分子量135）组成的溶液，其中碳氢化合物的 质量百分数为4%，要在100℃及101.33下用过热水蒸汽进行 脱吸，使脱吸后溶液中残存的浓度在 0.2% 以内，若溶液通 过塔内的摩尔流率为50kmol/(m2.h)（以纯有机剂计）。水蒸
2014-11-4
2014-11-4
2014-11-4
第四章 吸收
第四节 脱吸
2014-11-4
脱吸
1、流程
——吸收的逆过程
2、计算
1）操作线
L L Y ( ) X (Y1 X 1 ) V V
与吸收的区别与联系 • • 位置——平衡线下方 最小蒸汽用量
2014-11-4
2）传质单元数的计算
N OL
Y1 Y2* 1 ln[( 1 A) A] * 1 A Y1 Y1
Vmin 90.46kmol /( m 2 h)
V 2Vmin 180.9kmol /( m 2 h)
L / V 50 / 180.9 0.276
Y2* 0.0262 Y2 0.0131 2 2
2014-11-4
H OG
V 180.9 1.809m K G aP 0.987 101.33
气用量为最小用量的2倍，所以填料在操作条件下吸收系数
2014-11-4
KG a 0.987kmol /( m3 h kPa) ，试求所需填料层高度。
已知物系的平衡关系为： Y 0.526 X 解：
4 / 113 进塔溶液浓度 X 2 0.0498 100 4 135
0.2 / 113 脱吸后溶液浓度 X 1 0.0024 (100 0.2) / 135
N OG
0.0131 2.59 0.00506
Z H OG N OG 1.809 2.59 4.69m
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以单位塔截面积为基准，在最小蒸汽用量下对全塔的 溶质作物料衡算：
L( X 2 X 1 ) Vmin ( mX 2 0.625 0.0498 0.0262
将各已知数值代入，得：
50(0.0498 0.0024) Vmin (0.0262 0)
用对数平均推动力求NOG
N OG Y2 Y1
Ym
Y1 0
Ym (Y2* Y2 ) (Y1* Y1 ) ln Y2* Y2 Y1* Y1
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Y1* Y1 0.526 0.0014 0 0.001262 Y2* Y2 0.526 0.0498 0.0131 0.01309
例：由石蜡系碳氢化合物（分子量113 ）与另一不挥发 的有机溶剂（分子量135）组成的溶液，其中碳氢化合物的 质量百分数为4%，要在100℃及101.33下用过热水蒸汽进行 脱吸，使脱吸后溶液中残存的浓度在 0.2% 以内，若溶液通 过塔内的摩尔流率为50kmol/(m2.h)（以纯有机剂计）。水蒸
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第四章 吸收
第四节 脱吸
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脱吸
1、流程
——吸收的逆过程
2、计算
1）操作线
L L Y ( ) X (Y1 X 1 ) V V
与吸收的区别与联系 • • 位置——平衡线下方 最小蒸汽用量
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2）传质单元数的计算
N OL
Y1 Y2* 1 ln[( 1 A) A] * 1 A Y1 Y1
Vmin 90.46kmol /( m 2 h)
V 2Vmin 180.9kmol /( m 2 h)
L / V 50 / 180.9 0.276
Y2* 0.0262 Y2 0.0131 2 2
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H OG
V 180.9 1.809m K G aP 0.987 101.33
气用量为最小用量的2倍，所以填料在操作条件下吸收系数
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KG a 0.987kmol /( m3 h kPa) ，试求所需填料层高度。
已知物系的平衡关系为： Y 0.526 X 解：
4 / 113 进塔溶液浓度 X 2 0.0498 100 4 135
0.2 / 113 脱吸后溶液浓度 X 1 0.0024 (100 0.2) / 135