化工原理：09第九章 吸收

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1、化工原理化工原理电子教案电子教案/目录目录1目录目录 第九章第九章 吸收吸收第一节 概述一、什么是吸收二、吸收的目的三、吸收分类四、吸收设备及流程五、吸收剂的选择化工原理化工原理电子教案电子教案/目录目录2目录目录 第九章第九章 吸收吸收第二节 气液相平衡一、溶解度及溶解度曲线二、亨利定律 第三节 吸收过程模型及吸收速率方程 一、双膜模型 二、吸收速率方程 第四节 二元低浓气体吸收（或脱吸）的计算 一、物料衡算和操作线方程 二、吸收剂用量的确定 三、塔径的计算 四、填料层高度的计算化工原理化工原理电子教案电子教案/目录目录3目录目录 第九章第九章 吸收吸收习题课 第四节 二元低浓气体吸收（或脱

2、吸）的计算 五、高浓气体吸收 六、解吸 第五节 其他类型的吸收简介第九章小结化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章4/97第九章第九章 吸收吸收第一节第一节 概述概述一、什么是吸收一、什么是吸收相界面相界面ABCD气体混合物气体混合物液体液体S惰性组分惰性组分 吸收剂吸收剂 溶质溶质 利用利用气体混合物气体混合物中各组分在液体溶剂中中各组分在液体溶剂中溶解度的差异溶解度的差异来来分离气体混合物的操作称为分离气体混合物的操作称为吸收吸收。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章5/97第一节第一节 概述概述二、吸收的目的二、吸收的目的1制取产品制取产品例如，用硫酸吸收SO3

3、气体制取98%硫酸；用水吸收氯化氢制取31%的工业盐酸；用氨水吸收CO2生产碳酸氢铵等。2从气体中回收有用的组分从气体中回收有用的组分例如，用硫酸从煤气中回收氨生成硫胺；用洗油从煤气中回收粗苯等。3除去有害组分以净化气体除去有害组分以净化气体主要包括原料气净化和尾气、废气的净化以保护环境。例如用水或碱液脱除合成氨原料气中的二氧化碳； 燃煤锅炉烟气、冶炼废气等脱SO2等。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章6/97第一节第一节 概述概述三、吸收分类三、吸收分类相界面相界面ABCD气体混合物气体混合物液体液体S惰性组分惰性组分 吸收剂吸收剂 溶质溶质 本章要介绍的本章要介绍的化工原理

4、化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章7/97请点击观看动画请点击观看动画第一节第一节 概述概述四吸收设备及流程四吸收设备及流程1 1、吸收设备、吸收设备-塔设备塔设备 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章8/97第一节第一节 概述概述2吸收流程吸收流程单一吸收塔流程：单一吸收塔流程： 吸收剂常常需要回收再利用化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章9/97第一节第一节 概述概述2吸收流程吸收流程多塔吸收流程多塔吸收流程 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章10/97第一节第一节 概述概述五吸收剂的选择五吸收剂的选择5其它其它-无毒、无腐蚀性、不易燃烧

5、、无毒、无腐蚀性、不易燃烧、不发泡、价廉易得，并具有不发泡、价廉易得，并具有化学稳定性等要求。化学稳定性等要求。1溶解度溶解度-对溶质组分有较大的溶解度对溶质组分有较大的溶解度2选择性选择性-对溶质组分有良好的选择性，对溶质组分有良好的选择性，即对其它组分基本不吸收或吸收甚微，即对其它组分基本不吸收或吸收甚微，3挥发性挥发性-应不易挥发应不易挥发4黏性黏性-黏度要低黏度要低化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章11/97第二节第二节 气液相平衡气液相平衡一、溶解度及溶解度曲线一、溶解度及溶解度曲线( (对双组分气体对双组分气体) ) 气液达到相平衡时，液相中的溶质浓度称为气液达到相

6、平衡时，液相中的溶质浓度称为溶解度溶解度，记作，记作对双组分气体吸收，所有变量共对双组分气体吸收，所有变量共4个：个：温度温度T、总压、总压P、气相组成、溶解度、气相组成、溶解度-独立变量只有独立变量只有3个，例如：个，例如：T、P、pA在几个大气压以内、温度在几个大气压以内、温度T一定条件下，一定条件下，（溶解平衡）（溶解平衡）化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章12/97第二节第二节 气液相平衡气液相平衡一、溶解度及溶解度曲线一、溶解度及溶解度曲线上述具体函数关系目前尚无法理论推得，需通过实上述具体函数关系目前尚无法理论推得，需通过实验方法对具体物系进行测定。验方法对具体物系

7、进行测定。如下图示出了四种气体在如下图示出了四种气体在20 C下在水中溶解度曲线。下在水中溶解度曲线。 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章13/97难溶体系难溶体系溶解度适中体系溶解度适中体系 易溶体系易溶体系说明：说明：（1 1）不同气体的溶解）不同气体的溶解度差异很大度差异很大（2）对于稀溶液或极）对于稀溶液或极稀溶液，溶解度曲线近稀溶液，溶解度曲线近似为直线，即似为直线，即-亨利定律亨利定律pA=723cApA=25.5cApA=0.36cApA=0.0136cA化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章14/97二、亨利定律二、亨利定律通常由实验测定。可从有关手

8、册中查得。通常由实验测定。可从有关手册中查得。如如图图，H越越大大，表表明明在在相相同同的的pA下下cA*越大，故越易溶。越大，故越易溶。T ，H P在在几几个个大大气气压压范范围围内内对对H影影响响可可忽忽略略。其其他他情况下，一般情况下，一般P ，H 属物性属物性获取方法：获取方法：影响因素：影响因素：-亨利定律亨利定律溶解度系数，溶解度系数，kmol/(m3 Pa)思考：思考：H H越大，表明越易溶还是越难溶？越大，表明越易溶还是越难溶？化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章15/97二、亨利定律二、亨利定律-亨利定律亨利定律亨利定律的其他形式：亨利定律的其他形式：E越大，越

9、难溶；越大，越难溶；亨利系数，亨利系数，Pa相平衡常数，无量纲相平衡常数，无量纲思考：思考：E E越大，表明越易溶还是越大，表明越易溶还是越难溶？越难溶？E的影响因素：的影响因素：T ，E ；P对对E影响可忽略。影响可忽略。m的影响因素：的影响因素：T ，m ；P ，m 思考：思考：m m越大，表明越易溶还是越大，表明越易溶还是越难溶？越难溶？m越大，越难溶；越大，越难溶；化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章16/97第三节第三节 吸收过程模型及吸收速率方程吸收过程模型及吸收速率方程三个串联传质环节：三个串联传质环节：气体气体液体液体气体侧的对流传质气体侧的对流传质界面溶解界面溶

10、解一、吸收过程模型一、吸收过程模型NAGNAL液体侧的对流传质液体侧的对流传质-双膜模型双膜模型化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章17/36气膜吸收速率方程式：气膜吸收速率方程式：kG为气相气相给质系数系数表示吸收表示吸收质通通过气膜的气膜的传质阻力阻力由于由于Ky 也也为气相气相给质系数系数化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章18/36液膜吸收速率方程式：液膜吸收速率方程式：kL为液相液相给质系数系数表示吸收表示吸收质通通过气膜的气膜的传质阻力阻力由于由于Kx 也也为液相液相给质系数系数化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章19/97二、吸收速率方程

11、二、吸收速率方程类似地：类似地：-分吸收速率方程 NAGNALNAG=NAL对流传质方程：对流传质方程：化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章20/97二、吸收速率方程二、吸收速率方程-以分压差为推动力的以分压差为推动力的气相总吸收速率方程气相总吸收速率方程化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章21/97二、吸收速率方程二、吸收速率方程-以以摩摩尔尔浓浓度度差差为为推推动动力力的的气相总吸收速率方程气相总吸收速率方程-以以摩摩尔尔分分率率差差为为推推动动力力的的气相总吸收速率方程气相总吸收速率方程-以摩尔分率差为推动力的以摩尔分率差为推动力的液相总吸收速率方程液相总吸收

12、速率方程化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章22/97二、吸收速率方程二、吸收速率方程液相总传质推动力气相总传质推动力气相分传质推动力液相分传质推动力吸收速率方程的分析吸收速率方程的分析：1.1.关于传质推动力关于传质推动力操作点操作点P离平衡线越近，离平衡线越近，则总推动力就越小则总推动力就越小化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章23/97二、吸收速率方程二、吸收速率方程气膜控制气膜控制故故-如图，气膜较厚，液膜较薄，即阻力主要由气如图，气膜较厚，液膜较薄，即阻力主要由气膜决定。膜决定。2 2、关于传质阻力、关于传质阻力 易溶体系属于这种情况。易溶体系属于这种情况

13、。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章24/97二、吸收速率方程二、吸收速率方程液膜控制液膜控制-如图，液膜较厚，气膜较薄，即阻力主要由液如图，液膜较厚，气膜较薄，即阻力主要由液膜决定。膜决定。难溶体系属于这种情况。难溶体系属于这种情况。故故化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章25/97二、吸收速率方程二、吸收速率方程双膜控制双膜控制-如图，液膜、气膜厚度相当，气膜阻力和液膜如图，液膜、气膜厚度相当，气膜阻力和液膜阻力均不可忽略。阻力均不可忽略。溶解度适中的体系属于这种情况。溶解度适中的体系属于这种情况。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章26/97二

14、、吸收速率方程二、吸收速率方程影响传质阻力的因素：影响传质阻力的因素：即影响传质系数即影响传质系数k 的因素（第八章）的因素（第八章）u流动状况流动状况如降膜湿壁塔、圆盘塔等：如降膜湿壁塔、圆盘塔等：kG G0.75，kL L0.7，填料塔：填料塔：kL L0.75 0.95u物性物性u操作温度和压力操作温度和压力u传质面几何特性等。传质面几何特性等。返回目录返回目录化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章27/97第四节第四节 二元低浓气体吸收（或脱吸）的计算二元低浓气体吸收（或脱吸）的计算计算项目主要有：计算项目主要有：u吸收剂用量吸收剂用量La、液相出塔浓度、液相出塔浓度xbu

15、塔的主要工艺尺寸：塔的主要工艺尺寸：塔径塔径D、填料层高度、填料层高度H或塔板数或塔板数N化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章28/97一、物料衡算和操作线方程一、物料衡算和操作线方程GBYaLSXaGBYbLSXbGB-kmolB/sorkmolB/(m2s)；LS-kmolS/sorkmolS/(m2s)；Y（或（或X）-摩尔比；摩尔比；全塔物料衡算全塔物料衡算-可求解液相出塔浓度可求解液相出塔浓度xb-此式使用不方便，因为摩尔分率此式使用不方便，因为摩尔分率x、y的定义基准从塔底到塔顶均在变化。的定义基准从塔底到塔顶均在变化。将将x、y换成摩尔比换成摩尔比X、Y可解决这个问

16、题。可解决这个问题。回收率回收率 为：化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章29/97一、物料衡算和操作线方程一、物料衡算和操作线方程对塔上部任一段作质量衡算（对塔上部任一段作质量衡算（A组分）组分）-可求解全塔浓度分布可求解全塔浓度分布-操作线方程操作线方程化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章30/97一、物料衡算和操作线方程一、物料衡算和操作线方程操作线斜率越小，越靠操作线斜率越小，越靠近平衡线，传质推动力近平衡线，传质推动力越小，对传质越不利。越小，对传质越不利。操作点操作点XYOXbYb塔底塔底XaYa塔顶塔顶直直线，过塔塔顶点点A(Xa，Ya)，塔底，塔底B

17、(Xb，Yb)总是位于平衡是位于平衡线的上方；的上方；-液气比液气比斜率斜率为-操作线方程操作线方程操作线方程：操作线方程：化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章31/97一、物料衡算和操作线方程一、物料衡算和操作线方程对于低浓气体（通常对于低浓气体（通常yb10%），），化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章32/97二、吸收剂用量的确定二、吸收剂用量的确定仅从能耗上看，希望吸收剂用量越小越好，但是仅从能耗上看，希望吸收剂用量越小越好，但是-最小液气比最小液气比此时，塔内必有一处达到相此时，塔内必有一处达到相平衡，塔高需无穷高才行。平衡，塔高需无穷高才行。化工原理化工

18、原理电子教案电子教案/ /第九章第九章33/97二、吸收剂用量的确定二、吸收剂用量的确定最小液气比只对设计型问题有意义。最小液气比只对设计型问题有意义。可以，可以，能，能，但达不到指定的吸收要求但达不到指定的吸收要求思考：思考：实际操作时的液气比可否小于或等于最小液气比？此时吸实际操作时的液气比可否小于或等于最小液气比？此时吸收塔是否能操作？将会发生什么现象？收塔是否能操作？将会发生什么现象？化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章34/97二、吸收剂用量的确定二、吸收剂用量的确定最小液气比的计算：最小液气比的计算：低浓时：低浓时：低浓时：低浓时：化工原理化工原理电子教案电子教案/

19、/第九章第九章35/97三、塔径的计算三、塔径的计算u为空塔气速，为空塔气速，m/s，Vs为混合气体的体积流量，为混合气体的体积流量，m3/s。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章36/97四、填料层高度的计算四、填料层高度的计算1、填料层高度的一般计算式、填料层高度的一般计算式气相中溶质气相中溶质A的减少速率的减少速率液相中溶质液相中溶质A的增加速率的增加速率从气相到液相的传质速率从气相到液相的传质速率注意：注意：G、L-kmol/(m2 s)对微元段填料对微元段填料dh作物料衡算：作物料衡算：化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章37/97四、填料层高度的计算四、

20、填料层高度的计算将总吸收速率方程将总吸收速率方程代入得：代入得：2、低浓气体吸收时、低浓气体吸收时vG、L为常数为常数vKy、Kx可视为常数可视为常数va也可视为常数：也可视为常数：a与填料形状、尺寸及填充状况有关与填料形状、尺寸及填充状况有关气相、液相气相、液相总体积传质系数总体积传质系数（适用于高、低浓吸收）（适用于高、低浓吸收）化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章38/972、低浓气体吸收时、低浓气体吸收时气相总传质单元高度气相总传质单元高度HTU，m（HeightofTransferUnit）流动状况、物系、填料特性和操作条件流动状况、物系、填料特性和操作条件思考：思考：

21、影响传质单元高度影响传质单元高度HTU的因素？的因素？化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章39/972、低浓气体吸收时、低浓气体吸收时什么是传质单元？什么是传质单元？o相平衡关系相平衡关系如图，将填料层分成若干段，如图，将填料层分成若干段，1、2、N段。每一段填料均需满足以下条件：段。每一段填料均需满足以下条件：该段气相（或液相）总的平该段气相（或液相）总的平 均推动力均推动力每一段气相（或液相）组成的变化量每一段气相（或液相）组成的变化量这一段填料就是一个传质单元这一段填料就是一个传质单元化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章40/972、低浓气体吸收时、低浓气体吸

22、收时o相平衡关系相平衡关系传质单元高度？传质单元高度？常常用用吸吸收收设设备备的的HTU约约为为0.2 1.5m-每个传质单元对应的填料层高度，每个传质单元对应的填料层高度，m思考：思考：HTUHTU越大越好，还是越越大越好，还是越小越好？小越好？HTUHTU越小越好越小越好传质单元数？传质单元数？-传质单元的个数，传质单元的个数，如图，为如图，为N个。个。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章41/972、低浓气体吸收时、低浓气体吸收时为什么为什么NOG就是传质单元数就是传质单元数N？o相平衡相平衡关系关系每个传质单元具有：每个传质单元具有：化工原理化工原理电子教案电子教案/ /

23、第九章第九章42/972、低浓气体吸收时、低浓气体吸收时传质单元数传质单元数NOG的几何意义？的几何意义？越小越好越小越好思考：思考：NOG越大越好，还是越小越好？越大越好，还是越小越好？-阴影部分面积阴影部分面积思考：思考：如何使如何使NOG变小？变小？如图所示，要使阴影面积变小，可以将传质如图所示，要使阴影面积变小，可以将传质推动力变大，或将分离要求降低，即推动力变大，或将分离要求降低，即ya变大。变大。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章43/972、低浓气体吸收时、低浓气体吸收时传质单元数传质单元数NOG的两种计算方法：的两种计算方法：吸收因数法吸收因数法对数平均推动力法

24、对数平均推动力法（1）平衡线为直线时）平衡线为直线时图解（或数值）积分法图解（或数值）积分法近似梯级法近似梯级法（2）平衡线非直线时）平衡线非直线时化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章44/972、低浓气体吸收时、低浓气体吸收时传质单元数传质单元数NOG的两种计算方法：的两种计算方法：（1）平衡线为直线时）平衡线为直线时代入代入中积分得：中积分得：吸收因数法吸收因数法对数平均推动力法对数平均推动力法化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章45/972、低浓气体吸收时、低浓气体吸收时-吸收因数法吸收因数法类似可推得：类似可推得：化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章

25、第九章46/972、低浓气体吸收时、低浓气体吸收时思考：思考：当当S1时，时，NOG？根据洛毕达法则可得根据洛毕达法则可得化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章47/972、低浓气体吸收时、低浓气体吸收时 yb=yb yb ya=ya ya yb ya传质单元数传质单元数NOG的两种计算方法：的两种计算方法：（1）平衡线为直线时）平衡线为直线时吸收因数法吸收因数法对数平均推动力法对数平均推动力法化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章48/972、低浓气体吸收时、低浓气体吸收时 yb=yb yb ya=ya ya yb ya-对数平均推动力对数平均推动力-对数平均推动力法

26、对数平均推动力法化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章49/972、低浓气体吸收时、低浓气体吸收时同理，得：同理，得：式中：式中：化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章50/972、低浓气体吸收时、低浓气体吸收时对数平均推动力法与吸收因数法的对比：对数平均推动力法与吸收因数法的对比：相同点相同点：都适用于低浓、平衡线为直线的情况都适用于低浓、平衡线为直线的情况不同点：不同点：前者涉及四个浓度，后者涉及三个浓度，前者涉及四个浓度，后者涉及三个浓度，故后者特别适用于操作型问题的求解。故后者特别适用于操作型问题的求解。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章51/9

27、72、低浓气体吸收时、低浓气体吸收时传质单元数传质单元数NOG的两种计算方法：的两种计算方法：图解（或数值）积分法图解（或数值）积分法近似梯级法近似梯级法（2）平衡线非直线时）平衡线非直线时化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章52/972、低浓气体吸收时、低浓气体吸收时传质单元数传质单元数NOG的两种计算方法：的两种计算方法：图解（或数值）积分法图解（或数值）积分法近似梯级法近似梯级法（2）平衡线非直线时）平衡线非直线时作图步骤如下作图步骤如下：在在操操作作线线AB和和平平衡衡线线OE之之间间作作曲曲线线MM ，使使该该线线恰恰好好等等分分AB与与OE两线之间的垂直距离。两线之间

28、的垂直距离。自自A点点起起作作一一水水平平线线，交交MM 于于M1，并延长至，并延长至D，使，使AM1=M1D。过过点点D作作垂垂线线交交AB于于点点F。至至此完成一个梯级法此完成一个梯级法ADF。MM M1如如此此类类推推，可可继继续续作作出出第第二二个个梯梯级级，直直至至越越过过点点B的的横横坐坐标标xb为为止。止。DFE梯级总数梯级总数=NOG如图所示，梯级数为如图所示，梯级数为2.8个。个。亦称为贝克（亦称为贝克（Baker）法）法化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章53/972、低浓气体吸收时、低浓气体吸收时近似梯级法近似梯级法 亦称为贝克（亦称为贝克（Baker）法）

29、法MM M1DFCC F A 证证明明：为为什什么么梯梯级级数数就就是是气气相总传质单元数相总传质单元数NOG？可见，每一个梯级都满足：可见，每一个梯级都满足：化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章54/972、低浓气体吸收时、低浓气体吸收时MM M1DFCC F 思考：思考：根据近似梯级法判断操根据近似梯级法判断操作线距平衡线越近，则作线距平衡线越近，则NOG如如何变化？何变化？操作线越靠近平衡线，梯级数操作线越靠近平衡线，梯级数越多，故越多，故NOG越大。越大。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章55/97习题课习题课汇总：汇总：或化工原理化工原理电子教案电子教案

30、/ /第九章第九章56/97习题课习题课操作条件：操作条件：u气液流量、气液流量、u气液进口浓度、气液进口浓度、u操作温度、压力等操作温度、压力等化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章57/97设计型举例设计型举例【例例1】常常压压下下，用用煤煤油油从从苯苯蒸蒸汽汽和和空空气气混混合合物物中中吸吸收收苯苯，吸吸收收率率为为99%，混混合合气气量量为为53kmol/h。入入塔塔气气中中含含苯苯2%（体体积积 %），入入塔塔煤煤油油中中含含苯苯0.02%（摩摩尔尔分分率率）。溶溶剂剂用用量量为为最最小小用用量量的的1.5倍倍，在在操操作作温温度度50下下，相相平平 衡衡 关关 系系 为

31、为 y*= 0.36x， 总总 传传 质质 系系 数数 Kya=0.015kmol/(m3 s)，塔塔径径为为1.1米米。试试求求所所需需填填料料层层高度。高度。溶剂用量溶剂用量为最小用为最小用量的量的1.5倍倍y*=0.36x化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章58/97设计型举例设计型举例溶剂用量溶剂用量为最小用为最小用量的量的1.5倍倍y*=0.36x【解解】 属于低浓气体吸收属于低浓气体吸收 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章59/97设计型举例设计型举例溶剂用量溶剂用量为最小用为最小用量的量的1.5倍倍y*=0.36x至于用至于用“平均推动力法平均推动力

32、法”请课下自行解算。请课下自行解算。作业：作业：化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章60/97操作型定性分析举例操作型定性分析举例【例例2】在在逆逆流流操操作作的的填填料料吸吸收收塔塔中中，对对某某一一低低浓浓气气体体中中的的溶溶质组分进行吸收，现因故质组分进行吸收，现因故 (1)吸收剂入塔浓度变大；吸收剂入塔浓度变大；(2)吸收剂用量变小；吸收剂用量变小；而而其其它它操操作作条条件件均均不不变变，试试分分析析出出塔塔气气体体、液液体体浓浓度度如如何何变变化？化？快速分析法快速分析法作图作图+ +排除法排除法吸收因数法吸收因数法【解解】(1)吸收剂入塔浓度变大吸收剂入塔浓度变大

33、xa变大，将使全塔浓度均变大，因此变大，将使全塔浓度均变大，因此xb也将变大。而且也将变大。而且全塔传质推动力将变小，故不利于吸收，因此，全塔传质推动力将变小，故不利于吸收，因此，ya变大。变大。快速分析法：快速分析法：化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章61/97操作型定性分析举例操作型定性分析举例快速分析快速分析作图作图+ +排除法排除法吸收因数法吸收因数法【解解】(1)吸收剂入塔浓度变大吸收剂入塔浓度变大作图作图+ +排除法排除法L/G不变不变 影影响响因因素素：流流动动状状况况、物物系系、填料特性和操作条件填料特性和操作条件与与h0不变相矛盾，故假设不变相矛盾，故假设不成

34、立。不成立。 a假设假设ya不变不变b假设假设ya变小变小作图知此作图知此时操作线时操作线为红线，为红线，可见可见NOG h0 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章62/97操作型定性分析举例操作型定性分析举例快速分析快速分析作图作图+ +排除法排除法吸收因数法吸收因数法【解解】(1)吸收剂入塔浓度变大吸收剂入塔浓度变大作图作图+ +排除法排除法与与h0不变相矛盾，故假设不变相矛盾，故假设不成立。不成立。 b假设假设ya变小变小作图知此时操作线为作图知此时操作线为红线，可见红线，可见NOG h0 因此，因此，ya只能只能 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章63/9

35、7操作型定性分析举例操作型定性分析举例快速分析快速分析作图作图+ +排除法排除法吸收因数法吸收因数法【解解】(1)吸收剂入塔浓度变大吸收剂入塔浓度变大作图作图+ +排除法排除法关于关于xb：与与ya的分析类似的分析类似假设假设xb不变、变小，作不变、变小，作图可知图可知NOG将变小，故将变小，故h0将变小，与将变小，与h0一定相矛盾，一定相矛盾，因此，因此，xb 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章64/97操作型定性分析举例操作型定性分析举例【解解】(1)吸收剂入塔浓度变大吸收剂入塔浓度变大吸收因数法：吸收因数法：NOG（yb-mxa）/（ya-mxa）S增大增大由题意可知：由

36、题意可知：NOGh0/HOG不变不变由右图可知，由右图可知，又又xa变大，故变大，故ya变大变大快速分析快速分析作图作图+ +排除法排除法吸收因数法吸收因数法化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章65/97操作型定性分析举例操作型定性分析举例【解解】(1)吸收剂入塔浓度变大吸收剂入塔浓度变大NOG（yb-mxa）/（ya-mxa）S增大增大至于至于xb：仍需用排除法判定（略）。仍需用排除法判定（略）。快速分析快速分析作图作图+ +排除法排除法吸收因数法吸收因数法化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章66/97操作型定性分析举例操作型定性分析举例快速分析快速分析作图作图+

37、 +排除法排除法吸收因数法吸收因数法建议：建议：上述三种方法中，首先推荐使用上述三种方法中，首先推荐使用“快速分析法快速分析法”；如果此法不行，建议使用；如果此法不行，建议使用“吸收因数法吸收因数法”；如果还不；如果还不行，再使用行，再使用“作图排除法作图排除法”。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章67/97操作型定性分析举例操作型定性分析举例【解解】(2)当吸收剂用量变小时当吸收剂用量变小时吸收剂用量变小时，不利于吸收，因此，吸收剂用量变小时，不利于吸收，因此，ya变大。变大。快速分析法：快速分析法：快速分析快速分析作图作图+ +排除法排除法吸收因数法吸收因数法至于至于xb的

38、变化，可以这样理解：的变化，可以这样理解：L ，将，将导致全塔液相浓度变大，故导致全塔液相浓度变大，故xb 。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章68/97操作型定性分析举例操作型定性分析举例【解解】(2)当吸收剂用量变小时当吸收剂用量变小时吸收因数法：吸收因数法：快速分析快速分析作图作图+ +排除法排除法吸收因数法吸收因数法由题意可知：由题意可知：NOGh0/HOG变小或不变变小或不变由右图可知，由右图可知，ya NOG（yb-mxa）/（ya-mxa）S增大增大Kya变小或不变变小或不变化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章69/97操作型定性分析举例操作型定性分

39、析举例【解解】(2)当吸收剂用量变小时当吸收剂用量变小时快速分析快速分析作图作图+ +排除法排除法吸收因数法吸收因数法至于至于xb：仍需用排除法判定仍需用排除法判定a假设假设xb不变不变b假设假设xb变小变小，NOL 作图知，作图知，NOG 与与h0不变相矛盾，故假设不成立。不变相矛盾，故假设不成立。 与与h0不变相矛盾，故假设不成立。不变相矛盾，故假设不成立。 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章70/97操作型定性分析举例操作型定性分析举例快速分析快速分析作图作图+ +排除法排除法吸收因数法吸收因数法【练习练习】在在逆逆流流操操作作的的填填料料吸吸收收塔塔中中，对对某某一一低

40、低浓浓气气体体中中的的溶溶质质组分进行吸收，现因故组分进行吸收，现因故（1）气体入塔浓度）气体入塔浓度yb变小，变小，（2）G变小，变小，而而其其它它操操作作条条件件均均不不变变，试试分分析析出出塔塔气气体体浓浓度度ya、液液体体浓浓度度xb如何变化？如何变化？化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章71/97操作型定性分析举例操作型定性分析举例快速分析快速分析作图作图+ +排除法排除法吸收因数法吸收因数法（1）气体入塔浓度）气体入塔浓度yb变小变小快速分析法：快速分析法：yb ，ya必必 。yb ，将导致入塔溶质量减少，且传质推，将导致入塔溶质量减少，且传质推动力变小，因而传质量变

41、小，故动力变小，因而传质量变小，故xb 。吸收因数法：吸收因数法：查图可知：查图可知：至于至于xb的变化仍需用作图的变化仍需用作图+排除法排除法化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章72/97操作型定性分析举例操作型定性分析举例快速分析快速分析作图作图+ +排除法排除法吸收因数法吸收因数法（1）气体入塔浓度）气体入塔浓度yb变小变小吸收因数法：吸收因数法：关于关于xb：排除法：排除法假设假设xb不变、变大，作不变、变大，作图可知图可知NOG将变大，故将变大，故h0将变大，与将变大，与h0一定相矛盾，一定相矛盾，因此，因此，xb将变小。将变小。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第

42、九章第九章73/97操作型定性分析举例操作型定性分析举例快速分析快速分析作图作图+ +排除法排除法吸收因数法吸收因数法（2）G变小变小快速分析法：快速分析法：G ，将导致入塔溶质量减少，因而传质量变小，故，将导致入塔溶质量减少，因而传质量变小，故xb 。至于至于ya的变化不好判断。的变化不好判断。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章74/97操作型定性分析举例操作型定性分析举例快速分析快速分析作图作图+ +排除法排除法吸收因数法吸收因数法（2）G变小变小吸收因数法：吸收因数法：由题意可知：由题意可知：NOGh0/HOG变大变大由右图可知，由右图可知，ya NOG（yb-mxa）/

43、（ya-mxa）S增大增大至于至于xb的变化仍需用作图的变化仍需用作图+排除法排除法化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章75/97操作型定性分析举例操作型定性分析举例快速分析快速分析作图作图+ +排除法排除法吸收因数法吸收因数法（2）G变小变小a假设假设xb不变、不变、，NOL 作图知，作图知，NOG 与与h0不变相矛盾，故假设不成立。不变相矛盾，故假设不成立。 假设假设xb变大变大作业：作业：化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章76/97操作型问题计算操作型问题计算y=1.18xKya G0.8气体气体流量流量增加增加20%【例例3】某某吸吸收收塔塔在在101.3

44、kPa、293K下下用用清清水水逆逆流流吸吸收收丙丙酮酮空空气气混混合合气气体体（可可视视为为低低浓浓气气体体）中中的的丙丙酮酮。当当操操作作液液气气比比为为2.1时时，丙丙酮酮回回收收率率可可达达95%。已已知知物物系系平平衡衡关关系系为为y=1.18x，吸吸收收过过程程大大致致为为气气膜膜控控制制，气气相相总总传传质质系系数数Kya G0.8。今今气气体体流流量量增增加加20%，而而液液量量及及气气液液进进口口浓浓度度不变，试求：不变，试求：（1）回收率变为多少？）回收率变为多少？（2）单位时间内被吸收的丙酮量增加多少倍？）单位时间内被吸收的丙酮量增加多少倍？气膜控制气膜控制【解解】（1

45、1）回收率变为多少？）回收率变为多少？分析：分析：气体流量增加，则导致气体流量增加，则导致被吸收的丙酮量增被吸收的丙酮量增加，加，ya ，故回收率将变小。，故回收率将变小。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章77/97操作型问题计算操作型问题计算y=1.18xKya G0.8气体气体流量流量增加增加20%气膜控制气膜控制原工况下：原工况下：新工况下：新工况下：化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章78/97操作型问题计算操作型问题计算y=1.18xKya G0.8气体气体流量流量增加增加20%（2 2）单位时间内被吸收的丙酮量增加多少倍？）单位时间内被吸收的丙酮量增加

46、多少倍？可见，单位时间内被吸收的丙酮量增加了可见，单位时间内被吸收的丙酮量增加了1720%，即，即被吸收的丙酮量增大幅度小于气体流量被吸收的丙酮量增大幅度小于气体流量增大幅度。增大幅度。返回目录返回目录作业：作业：化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章79/97第四节第四节 二元低浓气体吸收（或脱吸）的计算二元低浓气体吸收（或脱吸）的计算五、高浓气体吸收五、高浓气体吸收特点特点：(2)气相流率气相流率G(3)气相传质系数气相传质系数不可忽略。平衡线可能不为直线。不可忽略。平衡线可能不为直线。溶解热导致液相温度升高，相平衡常数增大，不利于吸收。溶解热导致液相温度升高，相平衡常数增大，

47、不利于吸收。(1)全塔物料衡算式全塔物料衡算式 仍可用仍可用,沿塔高有明显变化沿塔高有明显变化液相流率液相流率L，则仍可作为常数。则仍可作为常数。,在全塔范围内不再为一常数，在全塔范围内不再为一常数，液相传质系数液相传质系数，由于液相流率变化不显著，则仍可作为常数。，由于液相流率变化不显著，则仍可作为常数。(4)热效应对相平衡关系的影响热效应对相平衡关系的影响(5)填料层高度的计算式填料层高度的计算式 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章80/97第四节第四节 二元低浓气体吸收（或脱吸）的计算二元低浓气体吸收（或脱吸）的计算六、解吸（脱吸）六、解吸（脱吸）传质方向传质方向解解吸吸

48、剂剂-吸收的逆操作吸收的逆操作1 1、解吸方法、解吸方法u减压解吸减压解吸-闪蒸（在第十章中介绍）闪蒸（在第十章中介绍） u应用解吸剂进行解吸应用解吸剂进行解吸 常用的解吸剂有惰性气体、水蒸气或贫气等常用的解吸剂有惰性气体、水蒸气或贫气等（2 2）汽提或提馏）汽提或提馏-解吸剂用惰性气体或贫气解吸剂用惰性气体或贫气 -解吸剂用水蒸汽解吸剂用水蒸汽 （1 1）气提）气提化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章81/97六、解吸（脱吸）六、解吸（脱吸）2低浓气体解吸时低浓气体解吸时特点（与吸收对比）：特点（与吸收对比）：传质方向传质方向解解吸吸剂剂v全塔物料衡算、操作线方程、填料层高度全

49、塔物料衡算、操作线方程、填料层高度计算式与吸收时的完全相同。计算式与吸收时的完全相同。思考：思考：为什么解吸时操作线在平衡线下方？为什么解吸时操作线在平衡线下方？因为解吸时气相浓度因为解吸时气相浓度y小于液相平衡浓度小于液相平衡浓度y*-此式用起此式用起 来更方便来更方便化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章82/97六、解吸（脱吸）六、解吸（脱吸）2低浓气体解吸时低浓气体解吸时特点（与吸收对比）：特点（与吸收对比）：v最小最小气液气液比比传质方向传质方向解解吸吸剂剂斜率斜率(L/G)max化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章83/97解吸（脱吸）举例解吸（脱吸）举例

50、【例例4】吸吸收收解解吸吸联联合合操操作作系系统统如如图图所所示示。两两塔塔填填料料层层高高度度均均为为7m，G=1000kmol/h，L=150kmol/h，解解吸吸气气量量G =300kmol/h，组组分分浓浓度度为为：yb=0.015，y a=0.045，y b=0，xb=0.095（均均为为摩摩尔尔分分率率），且且知知：吸吸收收系系统统相相平平衡衡关关系系为为y=0.15x，解解吸吸系系统统相相平平衡关系为衡关系为y=0.6x。试求：。试求：（1）吸收塔气体出口浓度）吸收塔气体出口浓度ya，传质单元数传质单元数NOG；（2）解吸塔传质单元数）解吸塔传质单元数N OG； （3）若解吸气体

51、流量减少为）若解吸气体流量减少为250kmol/h，则吸收塔气体，则吸收塔气体出口浓度出口浓度ya又为多少？（其又为多少？（其余操作条件均不变，且气体余操作条件均不变，且气体流量变化时，解吸塔流量变化时，解吸塔H OG基本不变基本不变）转第转第8585页页化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章84/97解吸（脱吸）举例解吸（脱吸）举例【解解】（1）求吸收塔气体出口浓度求吸收塔气体出口浓度ya，传质单元数，传质单元数NOG对对整个流程（包括两塔）整个流程（包括两塔）作物料衡算，可得：作物料衡算，可得：说明：说明：当然，本题也可以分别对吸收当然，本题也可以分别对吸收塔、解吸塔作物料衡算

52、而求解，但不塔、解吸塔作物料衡算而求解，但不如上面的解法简便。如上面的解法简便。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章85/97解吸（脱吸）举例解吸（脱吸）举例ya=0.0015对吸收塔：对吸收塔：返回第返回第8282页页化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章86/97解吸（脱吸）举例解吸（脱吸）举例ya=0.0015（2）求解吸塔传质单元数）求解吸塔传质单元数N OG返回第返回第8282页页化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章87/97解吸（脱吸）举例解吸（脱吸）举例（3）若解吸气体流量减少为）若解吸气体流量减少为250kmol/h，则吸收塔气体出口浓，

53、则吸收塔气体出口浓度度ya又为多少？（其余操作条件又为多少？（其余操作条件均不变，且气体流量变化时，解均不变，且气体流量变化时，解吸塔吸塔H OG基本不变基本不变）250kmol/hya=0.0015分析：分析：解吸气量减小，则对解吸气量减小，则对解吸不利，因而解吸不利，因而xb （xa）将）将变大，变大，对吸收不利对吸收不利，所以，所以ya 将变大。将变大。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章88/97解吸（脱吸）举例解吸（脱吸）举例250kmol/hya=0.0015吸收塔：吸收塔：L、G不变，所以不变，所以HOG不变，不变， 故故NOG也不变，也不变，解之得：解之得：(1)

54、又又S=1不变，不变，化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章89/97解吸（脱吸）举例解吸（脱吸）举例解之得：解之得：(2)解吸塔：解吸塔：因因H OG不变，故不变，故N OG不变不变250kmol/h(1)化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章90/97解吸（脱吸）举例解吸（脱吸）举例(2)250kmol/h(1)再对解吸塔作物料衡算得：再对解吸塔作物料衡算得：(3)再对全流程或吸收塔作物料衡算得：再对全流程或吸收塔作物料衡算得： (4)化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章91/97解吸（脱吸）举例解吸（脱吸）举例250kmol/h解得：解得： 联立求解

55、式（联立求解式（1 1）（）（4 4）对照：G=300kmol/h时，ya=0.0015化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章92/97第四节第四节 二元低浓气体吸收（或脱吸）的计算二元低浓气体吸收（或脱吸）的计算七、塔板数（教材七、塔板数（教材P49P49）将在第十章中介绍将在第十章中介绍作业：作业：返回目录返回目录化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章93/97第五节第五节 其他类型的吸收简介其他类型的吸收简介 一、多组分吸收一、多组分吸收计算原则：计算原则：先根据关键组分（某指定先根据关键组分（某指定组分）计算填料高度，再由组分）计算填料高度，再由此计算其他组分的

56、吸收率。此计算其他组分的吸收率。化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章94/97第五节第五节 其他类型的吸收简介其他类型的吸收简介三、非等温吸收三、非等温吸收热效应产生的原因：热效应产生的原因：溶解热、反应热、冷凝热等。溶解热、反应热、冷凝热等。 热效应对吸收过程的影响：热效应对吸收过程的影响： -改变平衡线斜率改变平衡线斜率 -改变吸收速率：改变吸收速率：温度升高，使温度升高，使kG下降，下降，kL增大增大 二、二、 化学吸收化学吸收界面处化学反应界面处化学反应内部化学反应内部化学反应返回目录返回目录化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章95/97第九章第九章 小结小

57、结一概念一概念吸收推动力（总的、气相侧、液相侧）、吸收推动力（总的、气相侧、液相侧）、吸收阻力（气相侧、液相侧、总的）吸收阻力（气相侧、液相侧、总的）影响吸收阻力的因素、影响吸收阻力的因素、传质单元、传质单元高度、传质单元数、影响传质单元、传质单元高度、传质单元数、影响HTU的因素、的因素、回收率、回收率、近似梯级法近似梯级法二相平衡关系二相平衡关系亨利定律的三种形式亨利定律的三种形式 化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章96/97全塔物料衡算式：全塔物料衡算式：三吸收塔计算（低浓时）三吸收塔计算（低浓时）操作线方程：操作线方程：填料层高度计算式：填料层高度计算式：化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章97/97化工原理化工原理电子教案电子教案/ /第九章第九章98/97第三版第第三版第1818次印刷的教材更正次印刷的教材更正vP67习题习题9-19遗漏遗漏“求填料层高度求填料层高度”。v习题习题9-12答案改为：答案改为：h0增为原来的增为原来的6.1倍倍