陈敏恒 化工原理 第八章(吸收)1PPT课件
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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-3-第八章-气体吸收精品PPT课件
解：求H
PA*
CA H
C A 0.582 kmol m3 ，PA 800Pa
故：H
CA PA*
0.582 0.8
0.7275 kmol m3.kPa
求E E PA* xA
xA
CA CA CS
E
0.8 0.01048
0.582
0.582
1000 0.582 17 18.02
76.33 kPa
0.01048求mFra bibliotekm y x
y PA 0.8 7.897 103 P 101.3
m 0.761
8.3 吸收过程模型及传质速率方程 8.3.1双膜模型
一、吸收过程 吸收过程物理模型：
图（b）中y、x分别表示气相、液相主体浓度；yi、xi分别 表示在相界面处气、液两相的浓度。
以气、液相界面为准，A在相际间的传质过程由以下三步串联而成：
E的含义：
①其数值大小由物系特性和温度决定； ②当物系（溶质、溶剂）一定时，其值随温度的上升而增大； ③由实验测定。
二、不同表达形式
由于气、液两相组分浓度可有不同的表示方法，因而亨利定律也有 不同的形式。
1、溶解度系数H
如溶质在液相中的浓度用物质的量浓度CA表示，则亨利定律：
PA*
CA H
式中：CA为单位体积溶液中的溶质的物质量，kmol/m3； H称为溶解度系数，kmol/m3.Pa。
①一般易溶气体，如NH3、HCl等气体，平衡线斜率m 较小，吸收过程通常呈现气相阻力控制；
②难溶气体，如CO2、O2等，由于其溶解度小，平衡 线斜率m大，吸收过程多呈现液相阻力控制
4、改变阻力大小的方法
实际吸收过程的阻力通常多是气相和液相各占一定的比例，且受 气、液两相流动状态影响甚大。通常：
陈敏恒化工原理课件第八章
结论：塔高不取决于 y1 y2 ，而取决于 y1 y2
即回收率要求愈高，塔高愈高
8.5.4 吸收塔的操作型计算 一、操作型计算的命题
（1）第一类命题
给定条件：H , L,G, x2, y1, y f (x) 流动方式，K ya 或 K xa
计算目的： y2 ( ) ，x1
（2）第二类命题
给定条件：H ,G, y1, y2, x2, y f (x) 流动方式，K ya 或 K xa
试比较 H1, H2, H3 的大小
解：HOG C H NOG x2 0
y1 mx2 y1 1 y2 mx2 y2 1 η
NOG
1 1 mG
ln 1
mG L
1
1
mG L
L
mG C L
当1 2 时 ，NOG1 NOG2 即 H1 H 2
当 1 3 时 ，NOG1 NOG3 即 H1 H3
L G
(1.1~
2.0)( L G
)min
四、解吸塔的最小气液比
G L
min
x1 x2 y1e y2
五、吸收剂再循环
入塔吸收剂浓度：
x2
'
θx1 x2 1 θ
吸收剂再循环，塔内实际 L G , x2 ' 。若分 离要求 y2不变，则 x1 不变，但 Δym ，对吸
收过程不利。
但在下列两种情况下是有利的： （1）吸收过程有显著的热效应 （2）吸收目的在于获得浓度较高的液相产品 六、塔内返混的影响
六、传质单元数与传质单元高度
令：H OG
G Kya
，NOG
y1 dy y2 y ye
H HOG NOG
令：H OL
L Kxa
即回收率要求愈高，塔高愈高
8.5.4 吸收塔的操作型计算 一、操作型计算的命题
（1）第一类命题
给定条件：H , L,G, x2, y1, y f (x) 流动方式，K ya 或 K xa
计算目的： y2 ( ) ，x1
（2）第二类命题
给定条件：H ,G, y1, y2, x2, y f (x) 流动方式，K ya 或 K xa
试比较 H1, H2, H3 的大小
解：HOG C H NOG x2 0
y1 mx2 y1 1 y2 mx2 y2 1 η
NOG
1 1 mG
ln 1
mG L
1
1
mG L
L
mG C L
当1 2 时 ，NOG1 NOG2 即 H1 H 2
当 1 3 时 ，NOG1 NOG3 即 H1 H3
L G
(1.1~
2.0)( L G
)min
四、解吸塔的最小气液比
G L
min
x1 x2 y1e y2
五、吸收剂再循环
入塔吸收剂浓度：
x2
'
θx1 x2 1 θ
吸收剂再循环，塔内实际 L G , x2 ' 。若分 离要求 y2不变，则 x1 不变，但 Δym ，对吸
收过程不利。
但在下列两种情况下是有利的： （1）吸收过程有显著的热效应 （2）吸收目的在于获得浓度较高的液相产品 六、塔内返混的影响
六、传质单元数与传质单元高度
令：H OG
G Kya
，NOG
y1 dy y2 y ye
H HOG NOG
令：H OL
L Kxa
化工原理下 吸收速率方程式ppt课件
三、吸收速率方程式小结
以气相总吸收系数表示 以液相总吸收系数表示
NAKG(pApA*) NAKy(yAyA*) KG, Ky, KY NAKY(YAYA*)
NAKL(cA*cA) NAKx(xA*xA) NAKX(XA*XA)
KL, Kx, KX
21
传质系数的符号说明
• 小写k表示单侧的膜系数
NAKx xA *xA
液相总吸收 速率方程式
Kx KLc
式中：Kx ——液相总吸收系数，kmol/(m2·s) 。
18
二、总吸收速率方程式
5. 以(Y- Y* )表示总推动力的吸收速率方程式
同理，可导出
NAKY YAYA *
气相总吸收 速率方程式
对于低浓度吸收
KY Ky KGp
8
二、总吸收速率方程式
1. 以(p- p*)表示总推动力的吸收速率方程式
（KG与kG、kL关系）
设吸收系统服从亨利定律或平衡关系在过程 所涉及的浓度范围内为直线，则
p
* A
cA H
根据双膜模型，相界面上两相互成平衡
pAi
cAi H
9
二、总吸收速率方程式
由此得 N A k L c A i c A k L H p A i p A *
式中：KG ——气相总吸收系数，kmol/(m2·s·kPa)。
11
二、总吸收速率方程式
对于易溶气体，H值很大
1 1 1
KG
HkL
kG
11 =
HkL kG
液膜阻力 =
1 1 K G kG 气膜阻力
气膜阻力控 制整个吸收 过程的速率
气膜 控制
化工原理 第八章
Y A = mX A
（8-11）
第二节 吸收过程的相平衡关系
（3）吸收平衡线 表明吸收过程中气、液相平衡关系 的图线称吸收平衡线。在吸收操作中，通常用图来表示。
图8-2吸收平衡线
第二节 吸收过程的相平衡关系
式（8-10）是用比摩尔分数表示的气液相平衡关系。 它在坐标系中是一条经原点的曲线，称为吸收平衡线，如 图8-2（a）所示；式（8-11）在图坐标系中表示为一条经 原点、斜率为m的直线。如图8-2（b）所示。 （4）相平衡在吸收过程中的应用 ①判断吸收能否进行。由于溶解平衡是吸收进行的极 限，所以，在一定温度下，吸收若能进行，则气相中溶质 的实际组成 YA 必须大于与液相中溶质含量成平衡时的组 成 Y ，即YA > Y 。若出现 YA < Y 时，则过程反向进行，为 解吸操作。图8-2中的A点，为操作（实际状态）点，若A Y 点位于平衡线的上方， A > Y 为吸收过程；点在平衡线上，
本文由屮氼孖贡献
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化工原理
第八章
吸收
第一节 概述
一、吸收剂的选择
实践证明，吸收的好坏与吸收剂用量关系很大，而吸 收剂用量又随吸收剂的种类而变。可见，选择吸收剂是吸 收操作的重要环节。选择吸收剂时，通常从以下几个方面 考虑： 1．溶解度 吸收剂对于溶质组分应具有较大的溶解度，这样可以 加快吸收过程并减少吸收剂本身的消耗量。 2．选择性 吸收剂要在对溶质组分有良好吸收能力的同时，对混 合气体中的其他组分却能基本上不吸收或吸收甚微，否则 不能实现有效的分离。
第二节 吸收过程的相平衡关系
表8-1某些气体水溶液的亨利系数值（E×10-6/kPa）
（8-11）
第二节 吸收过程的相平衡关系
（3）吸收平衡线 表明吸收过程中气、液相平衡关系 的图线称吸收平衡线。在吸收操作中，通常用图来表示。
图8-2吸收平衡线
第二节 吸收过程的相平衡关系
式（8-10）是用比摩尔分数表示的气液相平衡关系。 它在坐标系中是一条经原点的曲线，称为吸收平衡线，如 图8-2（a）所示；式（8-11）在图坐标系中表示为一条经 原点、斜率为m的直线。如图8-2（b）所示。 （4）相平衡在吸收过程中的应用 ①判断吸收能否进行。由于溶解平衡是吸收进行的极 限，所以，在一定温度下，吸收若能进行，则气相中溶质 的实际组成 YA 必须大于与液相中溶质含量成平衡时的组 成 Y ，即YA > Y 。若出现 YA < Y 时，则过程反向进行，为 解吸操作。图8-2中的A点，为操作（实际状态）点，若A Y 点位于平衡线的上方， A > Y 为吸收过程；点在平衡线上，
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化工原理
第八章
吸收
第一节 概述
一、吸收剂的选择
实践证明，吸收的好坏与吸收剂用量关系很大，而吸 收剂用量又随吸收剂的种类而变。可见，选择吸收剂是吸 收操作的重要环节。选择吸收剂时，通常从以下几个方面 考虑： 1．溶解度 吸收剂对于溶质组分应具有较大的溶解度，这样可以 加快吸收过程并减少吸收剂本身的消耗量。 2．选择性 吸收剂要在对溶质组分有良好吸收能力的同时，对混 合气体中的其他组分却能基本上不吸收或吸收甚微，否则 不能实现有效的分离。
第二节 吸收过程的相平衡关系
表8-1某些气体水溶液的亨利系数值（E×10-6/kPa）
(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。
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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
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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）
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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
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4 1.5
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。
化工原理完整(天大版)PPT课件
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
可编辑课件
版权所有，未经授权禁止复制或建立镜像。谢谢!
返回 1 2021/4/25
0 绪论 1 流体流动
5 蒸馏 6 吸收
2 流体输送机械
3 非均相物系的分 离和固体流态化
4 传热
7 蒸馏和吸收塔设备 8 液－液萃取 9 干燥
可编辑课件
返回 2 2021/4/25
0 绪论
0.1 化工生产与单元操作 0.2 单位制与单位换算 0.3 物料衡算与能量衡算
可编辑课件
返回 3 2021/4/25
解：首先根据题意画出过程的物料流程图
可编辑课件
返回 16 2021/4/25
F=1000 20%
W, 0.0%
蒸发器 422K
S 50%
冷却结晶器 311K
R, 37.5%
P 1-0.04
解题思路：题求三个量，如何列物料衡算式。
首先考虑划定适宜的物衡范围以利于解题。
1．求KNO3结晶产品量P
按虚线框作为物料衡算范围，只涉及两个未知量。
0 绪论
0.1 化工原理课程的性质和基本内容 1. 化工生产过程
原料预处理
物理过程 单元操作
化学反应
化学反应过程 反应器
产物后处理
物理过程 单元操作
可编辑课件
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可编辑课件
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可编辑课件
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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
可编辑课件
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0 绪论 1 流体流动
5 蒸馏 6 吸收
2 流体输送机械
3 非均相物系的分 离和固体流态化
4 传热
7 蒸馏和吸收塔设备 8 液－液萃取 9 干燥
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0 绪论
0.1 化工生产与单元操作 0.2 单位制与单位换算 0.3 物料衡算与能量衡算
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解：首先根据题意画出过程的物料流程图
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F=1000 20%
W, 0.0%
蒸发器 422K
S 50%
冷却结晶器 311K
R, 37.5%
P 1-0.04
解题思路：题求三个量，如何列物料衡算式。
首先考虑划定适宜的物衡范围以利于解题。
1．求KNO3结晶产品量P
按虚线框作为物料衡算范围，只涉及两个未知量。
0 绪论
0.1 化工原理课程的性质和基本内容 1. 化工生产过程
原料预处理
物理过程 单元操作
化学反应
化学反应过程 反应器
产物后处理
物理过程 单元操作
可编辑课件
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可编辑课件
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可编辑课件
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陈敏恒 化工原理 第八章(吸收)1
解：（1） m
E p
1 .2
1 .2
y
0 .08
x x e x 0.0147
（3）达到极限时气体浓度最低为
y min y e 0.006
8.3 扩散和单向传质 一、相际传质过程 （1）溶质由气体主体扩 散至两相界面 （2）溶质在界面上溶解
y i f ( xi )
N 0
N A J A D
定态时 ：
dc A dz
NA C D D p A1 p A 2 N A c A1 c A 2 RT nA pA （ 理想气体 c A ） V RT
（2）单向扩散 NB 0
cA dc A N A 1 D dz cM D cM D p c A1 c A 2 p A1 p A 2 NA c BM RT p BM
8.2.2 相平衡与吸收关系 一、判断过程的方向
y ye 或 x xe
吸收
y ye 或 x xe
解吸
二、指明过程的极限 吸收过程的极限为平衡状态.即 y y e 或 x x e
x1 max x1e
y1 m
y 2 min y 2 e mx 2
三、计算过程推动力 过程推动力为实际状态与平衡状态的偏离程度
cM c A cB c Ai cBi C
c A c Ai 必有 cB cBi
A, B 反向扩散
（1）等分子反向扩散 当液相能以同一速率向界面供应组分 B 时, c Bi 保持恒定： J A J B 或 J A J B 0 通过截面 PQ 的净物量为零. （2）单向扩散 当液相不能向界面提供组分 B 时，发生的是 组分 A 的单向扩散。例如：吸收 在单向扩散中将产生主体流动 扩散流：分子微观运动的宏观结果，纯组分 主体流动：宏观运动，同时带有组分 A 和 B 注意：在单向扩散中依然存在 J A J B
化工原理完整(天大版)PPT课件
解：首先根据题意画出过程的物料流程图
.
返回 16 2020/5/23
F=1000 20%
W, 0.0%
蒸发器 422K
S 50%
冷却结晶器 311K
R, 37.5%
P 1-0.04
解题思路：题求三个量，如何列物料衡算式。
首先考虑划定适宜的物衡范围以利于解题。
1．求KNO3结晶产品量P
按虚线框作为物料衡算范围，只涉及两个未知量。
GI=GO+GA .
返回 17 2020/5/23
KNO3 组分的物料衡算： F20% = W 0% + P (100 － 4) % 1000 20% = 0 + P 96 % 则：P = 208.3 kg/h
2．水分蒸发量W (物衡范围同1.) 总物料衡算式： F = W + P 则：W = F－P = 1000－208.3 = 791.7 kg/h
.
返回 12 2020/5/23
0.3 物料衡算与能量衡算
☆ 稳定操作
以单位时间为基准， 如 ： h ， min ， s 。 参数=f(x,y,z)
非稳定操作
以每批生产周期所用 的时间为基准。参数 =f(x,y,z,)
=0
=
uA恒定
.
uB 返回 13
2020/5/23
dy
dz
三维
微分衡算(非稳态)
.
返回 15 2020/5/23
例1(清华版，P6)：稳态时的总物料衡算及组分物料衡算
生产KNO3的过程中，质量分率为0.2的KNO3水溶液， 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 16 2020/5/23
F=1000 20%
W, 0.0%
蒸发器 422K
S 50%
冷却结晶器 311K
R, 37.5%
P 1-0.04
解题思路：题求三个量，如何列物料衡算式。
首先考虑划定适宜的物衡范围以利于解题。
1．求KNO3结晶产品量P
按虚线框作为物料衡算范围，只涉及两个未知量。
GI=GO+GA .
返回 17 2020/5/23
KNO3 组分的物料衡算： F20% = W 0% + P (100 － 4) % 1000 20% = 0 + P 96 % 则：P = 208.3 kg/h
2．水分蒸发量W (物衡范围同1.) 总物料衡算式： F = W + P 则：W = F－P = 1000－208.3 = 791.7 kg/h
.
返回 12 2020/5/23
0.3 物料衡算与能量衡算
☆ 稳定操作
以单位时间为基准， 如 ： h ， min ， s 。 参数=f(x,y,z)
非稳定操作
以每批生产周期所用 的时间为基准。参数 =f(x,y,z,)
=0
=
uA恒定
.
uB 返回 13
2020/5/23
dy
dz
三维
微分衡算(非稳态)
.
返回 15 2020/5/23
例1(清华版，P6)：稳态时的总物料衡算及组分物料衡算
生产KNO3的过程中，质量分率为0.2的KNO3水溶液， 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。
化工原理第八章课件
ud 0.04 0.75 900 900 2000 假设成立 验 Re 3 3010
qv A u
4
d 2 u 0.785 0.04 2 0.75 9.42 10 4 m3 s 3.39 m3 h
（2）阀打开
由
u
P 1 A不变， P 1变小
9. 图七中，流体在管内流动，由 于某局部堵塞，使p1、p2上升、p3 下降，试判断堵塞位置在_______ C 段。 A) ak B) kb； C) bc； D) cd。
图六
图七
10. 如图八所示管路，当A阀为某一开度时，压力表读数为
p，流体通过转子流量计的阻力损失为 hf转。当A阀关小时，则： B 。 ⑴ 压力表读数p____ ⑵ 通过转子流量计的hf转____ A ；
5 6 5 2 A Pa P ( 表） 1 . 013 10 0 . 09 10 1 . 91 10 ( N m ) 1
B Pa P2 (表） 1.013105 0.045106 1.46105 ( N m2 )
阀1/4开度时，列A－B截面柏努力方程 得
l u hf d 2
2
2 2 uC D uD h fCD 2 2
3. 不可压缩流体在等径水平直管中作稳定流动时， 由于内摩擦阻力损失的能量是机械能中的______ 。 B A) 位能； B)静压能； C)内能； D)动能。 C 4. 层流与湍流的本质区别是______ 。 A)湍流流速大于层流流速； B)湍流Re>层流Re； C)层流无径向脉动，湍流有径向脉动； D)速度分布不同。 5. 某液体在管路中作滞流流动，提高液体温度会 A 使阻力损失______ 。 A)减小； B)增大； C)不变； D)不定。
qv A u
4
d 2 u 0.785 0.04 2 0.75 9.42 10 4 m3 s 3.39 m3 h
（2）阀打开
由
u
P 1 A不变， P 1变小
9. 图七中，流体在管内流动，由 于某局部堵塞，使p1、p2上升、p3 下降，试判断堵塞位置在_______ C 段。 A) ak B) kb； C) bc； D) cd。
图六
图七
10. 如图八所示管路，当A阀为某一开度时，压力表读数为
p，流体通过转子流量计的阻力损失为 hf转。当A阀关小时，则： B 。 ⑴ 压力表读数p____ ⑵ 通过转子流量计的hf转____ A ；
5 6 5 2 A Pa P ( 表） 1 . 013 10 0 . 09 10 1 . 91 10 ( N m ) 1
B Pa P2 (表） 1.013105 0.045106 1.46105 ( N m2 )
阀1/4开度时，列A－B截面柏努力方程 得
l u hf d 2
2
2 2 uC D uD h fCD 2 2
3. 不可压缩流体在等径水平直管中作稳定流动时， 由于内摩擦阻力损失的能量是机械能中的______ 。 B A) 位能； B)静压能； C)内能； D)动能。 C 4. 层流与湍流的本质区别是______ 。 A)湍流流速大于层流流速； B)湍流Re>层流Re； C)层流无径向脉动，湍流有径向脉动； D)速度分布不同。 5. 某液体在管路中作滞流流动，提高液体温度会 A 使阻力损失______ 。 A)减小； B)增大； C)不变； D)不定。
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第8章 气体吸收
8.1 概述
一、吸收操作
1、吸收目的（分离气体混合物）
（1）回收混合气中的有用组分
（2）脱除气体中有害组分
2、工业吸收过程
3、吸收操作物理依据
混合物中各气体在某溶剂中溶解度的差异
4、实施吸收操作必须解决的问题
（1）选择合适的吸收剂（溶剂）
（2）提供适当的设备
（3）完成溶剂的再生（解吸）
四、吸收操作的经济性 1、吸收的操作费用包括：
流动能耗、溶剂损失、解吸操作费用 吸收操作的经济性决定于解吸操作 2、常用的解吸方法 升温、吹气、减压 工业上常为升温、吹气共同进行
4
五、气液两相的接触方式 1、级式接触（板式塔） 气液两相逐级接触， 浓度跳跃式变化。 2、微分接触（填料塔） 气液两相连续接触， 浓度连续变化。 六、本章假定 气相： 惰性组分、溶质 液相： 溶剂、溶质
NAC
N A D c A 1 c A 2 R D T p A 1 p A 2
（ 理想c 气 An V 体 AR pAT） 21
（2）单向扩散
NB 0
NA1ccMA
DdcA dz
N A D c c B M M c A 1 c A 2 R D p T p BM p A 1 p A 2
浓度处传递至低浓度处 (流体无宏观运动) 2、对流传质：流体的宏观流动导致的物质传递
8.3.1 双组分混合物中的分子扩散 一、费克定理 恒温恒压下的一维定态扩散
JA DABddcAz
费克定律表明：只要存在浓度梯度，必产生物
质的扩散流
16
c M c A c B C dcA dcB
dz dz
即A的扩散流必伴有方向相反的B的扩散流 对双组分混合物 ：
当液相能以同一速率向界面供应组分 保持恒定：
B
时,
c Bi
JAJB或 JAJB0
通过截面 PQ的净物量为零.
（2）单向扩散
当液相不能向界面提供组分 B时，发生的是 组分 A的单向扩散。例如：吸收
在单向扩散中将产生主体流动 扩散流：分子微观运动的宏观结果，纯组分
主体流动：宏观运动，同时带有组分 A和B 注意：在单向扩散中依然存在 JAJB 19
漂流因子 cM , p ：单向扩散因存在主体流 c BM p BM
动而使 N A 为 J A 的倍数，其值恒大于1。 当 c A 很低时，cBMcM，其值接近1 。 22
c BM
cB2 cB1 ln cB2
c B1
pBM
pB2 pB1 ln pB2
pB1
23
8.3.2 扩散系数 扩散系数为物系的物性参数，与温度、浓度、 压强、组分有关。 由经验式可知：
三、分子扩散速率方程 物料衡算：
N J A J B N M JAJB NNM
即主体流动速率等
于净物流速率
对组分 A物料衡算
NA J JA A N NM Ac cM ANBJ cA cM A Nc cM A
20
四、分子扩散速率的积分式 （1）等分子反向扩散
N0 定N 态A时：JADddA cz
xxex0.0147 13
（3）达到极限时气体浓度最低为
ymi nye0.006
14
8.3 扩散和单向传质 一、相际传质过程
（1）溶质由气体主体扩 散至两相界面
（2）溶质在界面上溶解
yi f(xi)
（3）溶质由界面扩散至 液相主体
总过程速率取决于单相传质速率
15
二、单相传质机理 1、分子扩散：因分子的微观运动使该组分由高
1
2
二、溶剂的选择 1、技术要求
（1）溶解度大 （2）选择性高 （3）溶解度对温度敏感，易解吸 2、经济及安全要求 （1）不易挥发 （2）化学稳定性好 （3）黏度小，价廉易得 （4）无毒，不易燃、爆
三、物理吸收与化学吸收 化学吸收:利用化学反应达到吸收目的的操作
3
化学吸收必须满足 ： （1）反应可逆 （2）反应速度快
5
8.2 气液相平衡 8.2.1 平衡溶解度 一、相平衡关系的表示方法
溶解度曲线、平衡方程、表格法 二、亨利定律
当溶液浓度很低时，溶解度曲线为过原点 的直线，可用直线方程表示。
pe Ex
pe Hc
ye mx E,H,m均称亨利常数，m称相平衡常数。
6
三、亨利常数之间的换算
mE p
p—总压
H E
cM
11
例题 ：含溶质 A浓度 x0.00的5 水溶液与含A 浓度为 y0.08的气体接触，操作压强 p1atm 操作温度下亨利常数 E1.2at，m 试求 （1） H,m各为多少? （2）溶质 A的传递方向? （3）若过程中液相浓度保持不变,气相中 A的
浓度最低可为多少?
12
解Hale Waihona Puke （1） mE1.21.2 p1H E M S 1 .2 18 0 .02 a1 tkm 6 m m 2o
S
1000
（2） y e m 1 . 2 0 x . 0 0 . 0 y 5 0 0 . 0
或 xem y0 1 ..0 2 80.066 x7 0.005
溶质A由气相向液相转移，为吸收过程
过程推动力 yyye0.074
yye或 xxe
吸收
yye或 xxe
解吸
9
二、指明过程的极限
吸收过程的极限为平衡状态.即 yye或 xxe
x1maxx1e
y1 m
y2mi ny2em2 x
10
三、计算过程推动力 过程推动力为实际状态与平衡状态的偏离程度
吸收推动力 y y y e 或 x x e x 解吸推动力 y y e y 或 x x x e
cM
m
Mm
cM ＿总摩尔浓度
对稀溶液
cM
s
Ms
7
四、讨论
1、在总压不太高（ p5atm）时，相平衡关 系和压力无关，故 E,H 与总压 p无关，但因 mEp 故 pm
2、对一般的物系，温度升高，气体溶解度减小,
亨利常数增大，即 t ,E ,H ,m
8
8.2.2 相平衡与吸收关系 一、判断过程的方向
液体
D
D0
T T0
0
T ,D ; ,D
1.81
气体 DD0TT0
p0 T ,D ;P ,D p
DABDBA JAJB 即扩散流 J A 与扩散流 J B 大小相等，方向相反
17
二、分子扩散与主体流动
定态传质中，厚度为 的静止气体层，层内
各处 p相等
c M c A c B c A c iB C i cA cA 必 i cB 有 cBi A, B 反向扩散 18
（1）等分子反向扩散
8.1 概述
一、吸收操作
1、吸收目的（分离气体混合物）
（1）回收混合气中的有用组分
（2）脱除气体中有害组分
2、工业吸收过程
3、吸收操作物理依据
混合物中各气体在某溶剂中溶解度的差异
4、实施吸收操作必须解决的问题
（1）选择合适的吸收剂（溶剂）
（2）提供适当的设备
（3）完成溶剂的再生（解吸）
四、吸收操作的经济性 1、吸收的操作费用包括：
流动能耗、溶剂损失、解吸操作费用 吸收操作的经济性决定于解吸操作 2、常用的解吸方法 升温、吹气、减压 工业上常为升温、吹气共同进行
4
五、气液两相的接触方式 1、级式接触（板式塔） 气液两相逐级接触， 浓度跳跃式变化。 2、微分接触（填料塔） 气液两相连续接触， 浓度连续变化。 六、本章假定 气相： 惰性组分、溶质 液相： 溶剂、溶质
NAC
N A D c A 1 c A 2 R D T p A 1 p A 2
（ 理想c 气 An V 体 AR pAT） 21
（2）单向扩散
NB 0
NA1ccMA
DdcA dz
N A D c c B M M c A 1 c A 2 R D p T p BM p A 1 p A 2
浓度处传递至低浓度处 (流体无宏观运动) 2、对流传质：流体的宏观流动导致的物质传递
8.3.1 双组分混合物中的分子扩散 一、费克定理 恒温恒压下的一维定态扩散
JA DABddcAz
费克定律表明：只要存在浓度梯度，必产生物
质的扩散流
16
c M c A c B C dcA dcB
dz dz
即A的扩散流必伴有方向相反的B的扩散流 对双组分混合物 ：
当液相能以同一速率向界面供应组分 保持恒定：
B
时,
c Bi
JAJB或 JAJB0
通过截面 PQ的净物量为零.
（2）单向扩散
当液相不能向界面提供组分 B时，发生的是 组分 A的单向扩散。例如：吸收
在单向扩散中将产生主体流动 扩散流：分子微观运动的宏观结果，纯组分
主体流动：宏观运动，同时带有组分 A和B 注意：在单向扩散中依然存在 JAJB 19
漂流因子 cM , p ：单向扩散因存在主体流 c BM p BM
动而使 N A 为 J A 的倍数，其值恒大于1。 当 c A 很低时，cBMcM，其值接近1 。 22
c BM
cB2 cB1 ln cB2
c B1
pBM
pB2 pB1 ln pB2
pB1
23
8.3.2 扩散系数 扩散系数为物系的物性参数，与温度、浓度、 压强、组分有关。 由经验式可知：
三、分子扩散速率方程 物料衡算：
N J A J B N M JAJB NNM
即主体流动速率等
于净物流速率
对组分 A物料衡算
NA J JA A N NM Ac cM ANBJ cA cM A Nc cM A
20
四、分子扩散速率的积分式 （1）等分子反向扩散
N0 定N 态A时：JADddA cz
xxex0.0147 13
（3）达到极限时气体浓度最低为
ymi nye0.006
14
8.3 扩散和单向传质 一、相际传质过程
（1）溶质由气体主体扩 散至两相界面
（2）溶质在界面上溶解
yi f(xi)
（3）溶质由界面扩散至 液相主体
总过程速率取决于单相传质速率
15
二、单相传质机理 1、分子扩散：因分子的微观运动使该组分由高
1
2
二、溶剂的选择 1、技术要求
（1）溶解度大 （2）选择性高 （3）溶解度对温度敏感，易解吸 2、经济及安全要求 （1）不易挥发 （2）化学稳定性好 （3）黏度小，价廉易得 （4）无毒，不易燃、爆
三、物理吸收与化学吸收 化学吸收:利用化学反应达到吸收目的的操作
3
化学吸收必须满足 ： （1）反应可逆 （2）反应速度快
5
8.2 气液相平衡 8.2.1 平衡溶解度 一、相平衡关系的表示方法
溶解度曲线、平衡方程、表格法 二、亨利定律
当溶液浓度很低时，溶解度曲线为过原点 的直线，可用直线方程表示。
pe Ex
pe Hc
ye mx E,H,m均称亨利常数，m称相平衡常数。
6
三、亨利常数之间的换算
mE p
p—总压
H E
cM
11
例题 ：含溶质 A浓度 x0.00的5 水溶液与含A 浓度为 y0.08的气体接触，操作压强 p1atm 操作温度下亨利常数 E1.2at，m 试求 （1） H,m各为多少? （2）溶质 A的传递方向? （3）若过程中液相浓度保持不变,气相中 A的
浓度最低可为多少?
12
解Hale Waihona Puke （1） mE1.21.2 p1H E M S 1 .2 18 0 .02 a1 tkm 6 m m 2o
S
1000
（2） y e m 1 . 2 0 x . 0 0 . 0 y 5 0 0 . 0
或 xem y0 1 ..0 2 80.066 x7 0.005
溶质A由气相向液相转移，为吸收过程
过程推动力 yyye0.074
yye或 xxe
吸收
yye或 xxe
解吸
9
二、指明过程的极限
吸收过程的极限为平衡状态.即 yye或 xxe
x1maxx1e
y1 m
y2mi ny2em2 x
10
三、计算过程推动力 过程推动力为实际状态与平衡状态的偏离程度
吸收推动力 y y y e 或 x x e x 解吸推动力 y y e y 或 x x x e
cM
m
Mm
cM ＿总摩尔浓度
对稀溶液
cM
s
Ms
7
四、讨论
1、在总压不太高（ p5atm）时，相平衡关 系和压力无关，故 E,H 与总压 p无关，但因 mEp 故 pm
2、对一般的物系，温度升高，气体溶解度减小,
亨利常数增大，即 t ,E ,H ,m
8
8.2.2 相平衡与吸收关系 一、判断过程的方向
液体
D
D0
T T0
0
T ,D ; ,D
1.81
气体 DD0TT0
p0 T ,D ;P ,D p
DABDBA JAJB 即扩散流 J A 与扩散流 J B 大小相等，方向相反
17
二、分子扩散与主体流动
定态传质中，厚度为 的静止气体层，层内
各处 p相等
c M c A c B c A c iB C i cA cA 必 i cB 有 cBi A, B 反向扩散 18
（1）等分子反向扩散