化工原理-第九章-吸收课件

目录第九章吸收 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1化工原理》电子教案/目录目录第九章吸收1化工原理》电子教案/目录目录第九章吸收 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2化工原理》电子教案/目录目录第九章吸收2化工原理》电子教案/目录目录第九章吸收 习题课第四节二元低浓气体吸收（或脱吸）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三版第18次印刷的教材更正第九章小结3化工原理》电子教案/目录目录第九章吸收第三版第18次印刷的教材更正第九章小结第九章吸收第一节概述一、什么是吸收相界面ABCD气体混合物液体S惰性组分

吸收剂

溶质

利用气体混合物中各组分在液体溶剂中溶解度的差异来分离气体混合物的操作称为吸收。4第九章吸收第一节概述一、什么是吸收相界面ABCD气体第一节概述二、吸收的目的1．制取产品例如，用98%的硫酸吸收SO3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。5第一节概述二、吸收的目的1．制取产品例如，用98%的硫酸第一节概述三、吸收分类相界面ABCD气体混合物液体S惰性组分

吸收剂

溶质

本章要介绍的6第一节概述三、吸收分类相界面ABCD气体混合物液体S惰性请点击观看动画第一节概述四．吸收设备及流程1、吸收设备-----塔设备

7请点击观看动画第一节概述四．吸收设备及流程1、吸收设备-第一节概述2．吸收流程单一吸收塔流程：

吸收剂常常需要回收再利用8第一节概述2．吸收流程单一吸收塔流程：吸收剂常常需要回第一节概述2．吸收流程多塔吸收流程

9第一节概述2．吸收流程多塔吸收流程9第一节概述五．吸收剂的选择5．其它-----无毒、无腐蚀性、不易燃烧、不发泡、价廉易得，并具有化学稳定性等要求。1．溶解度-----对溶质组分有较大的溶解度2．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，3．挥发性-----应不易挥发4．黏性-----黏度要低10第一节概述五．吸收剂的选择5．其它-----无毒、无腐蚀第二节气液相平衡一、溶解度及溶解度曲线(对双组分气体)

气液达到相平衡时，液相中的溶质浓度称为溶解度，记作对双组分气体吸收，所有变量共4个：温度T、总压P、气相组成、溶解度----独立变量只有3个，例如：T、P、pA在几个大气压以内、温度T一定条件下，（溶解平衡）11第二节气液相平衡一、溶解度及溶解度曲线(对双组分气体)第二节气液相平衡一、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，需通过实验方法对具体物系进行测定。如下图示出了四种气体在20C下在水中溶解度曲线。

12第二节气液相平衡一、溶解度及溶解度曲线上述具体难溶体系溶解度适中体系

易溶体系说明：（1）不同气体的溶解度差异很大（2）对于稀溶液或极稀溶液，溶解度曲线近似为直线，即-----亨利定律pA=723cApA=25.5cApA=0.36cApA=0.0136cA13难溶体系溶解度适中体系易溶体系说明：（1）不同气体的溶解度二、亨利定律通常由实验测定。可从有关手册中查得。如图，H越大，表明在相同的pA下cA*越大，故越易溶。T，HP在几个大气压范围内对H影响可忽略。其他情况下，一般P，H属物性获取方法：影响因素：-----亨利定律溶解度系数，kmol/(m3Pa)思考：H越大，表明越易溶还是越难溶？14二、亨利定律通常由实验测定。可从有关手册中查得。如图，H越大二、亨利定律-----亨利定律亨利定律的其他形式：E越大，越难溶；亨利系数，Pa相平衡常数，无量纲思考：E越大，表明越易溶还是越难溶？E的影响因素：T，E；P对E影响可忽略。m的影响因素：T，m；P，m思考：m越大，表明越易溶还是越难溶？m越大，越难溶；15二、亨利定律-----亨利定律亨利定律的其他形式：E越大，越教材更正P24第六行（8-5）应为（8-5a）。P24－30所有大写的C均应为小写的c。P30例9－4的第七行“表示明”应为“表示时”作业：16教材更正P24第六行（8-5）应为（8-5a）。作业：16第三节吸收过程模型及吸收速率方程三个串联传质环节：

气体液体气体侧的对流传质界面溶解一、吸收过程模型NAGNAL液体侧的对流传质----双膜模型17第三节吸收过程模型及吸收速率方程三个串联传质环节：二、吸收速率方程类似地：---分吸收速率方程

NAGNALNAG=NAL对流传质方程：18二、吸收速率方程类似地：---分吸收速率方程NAGNALN二、吸收速率方程----以分压差为推动力的气相总吸收速率方程19二、吸收速率方程----以分压差为推动力的气相总吸收速率方程二、吸收速率方程------以摩尔浓度差为推动力的

液相总吸收速率方程-----以摩尔分率差为推动力的

气相总吸收速率方程-----以摩尔分率差为推动力的

液相总吸收速率方程20二、吸收速率方程------以摩尔浓度差为推动力的

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：关于传质推动力操作点P离平衡线越近，

则总推动力就越小21二、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二、吸收速率方程气膜控制故----如图，气膜较厚，液膜较薄，即阻力主要由气

膜决定。2、关于传质阻力

易溶体系属于这种情况。22二、吸收速率方程气膜控制故----如图，气膜较厚，液膜较薄二、吸收速率方程液膜控制----如图，液膜较厚，气膜较薄，即阻力主要由液

膜决定。难溶体系属于这种情况。故23二、吸收速率方程液膜控制----如图，液膜较厚，气膜较薄，即二、吸收速率方程双膜控制----如图，液膜、气膜厚度相当，气膜阻力和液膜

阻力均不可忽略。溶解度适中的体系属于这种情况。24二、吸收速率方程双膜控制----如图，液膜、气膜厚度相当，气二、吸收速率方程影响传质阻力的因素：即影响传质系数k的因素（第八章）流动状况如降膜湿壁塔、圆盘塔等：kGG0.75，kLL0.7，填料塔：kLL0.750.95物性操作温度和压力传质面几何特性等。返回目录作业：25二、吸收速率方程影响传质阻力的因素：即影响传质系数k的因【例】常温常压吸收塔的某个截面上（微分段内），含氨3%（体积分数）的气体与浓度为1kmol.m-3的氨水相遇。若已知：ky=5.1×10-4kmol.s-1.m-2、kx=0.83×10-2kmol.s-1.m-2,平衡关系可用y=0.75x表示。试计算：（1）以气相、液相摩尔分数差表示的总推动力、总传质系数和传质速率；（2）气、液两相传质阻力的相对大小；（3）平衡分压和气相界面处的分压。26【例】常温常压吸收塔的某个截面上（微分段内），含氨3%（体积第四节二元低浓气体吸收（或脱吸）的计算计算项目主要有：吸收剂用量La、液相出塔浓度xb塔的主要工艺尺寸：塔径D、填料层高度H或塔板数N27第四节二元低浓气体吸收（或脱吸）的计算计算项目主要有：27一、物料衡算和操作线方程GBYa LSXa

GBYb LSXbGB-----kmolB/sorkmolB/(m2s)；LS-----kmolS/sorkmolS/(m2s)；

Y（或X）-----摩尔比；全塔物料衡算-----可求解液相出塔浓度xb-------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。将x、y换成摩尔比X、Y可解决这个问题。回收率为：

28一、物料衡算和操作线方程GBYa LSXa一、物料衡算和操作线方程对塔上部任一段作质量衡算（A组分）-----可求解全塔浓度分布-------操作线方程29一、物料衡算和操作线方程对塔上部任一段作质量衡算（A组分）-一、物料衡算和操作线方程操作线斜率越小，越靠近平衡线，传质推动力越小，对传质越不利。操作点XYOXbYb塔底XaYa塔顶直线，过塔顶点A(Xa，Ya)，塔底B(Xb，Yb)总是位于平衡线的上方；----液气比斜率为-------操作线方程操作线方程：30一、物料衡算和操作线方程操作线斜率越小，越靠近平衡线，传质推一、物料衡算和操作线方程对于低浓气体（通常yb<10%），31一、物料衡算和操作线方程对于低浓气体（通常yb<10%），3二、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--最小液气比此时，塔内必有一处达到相平衡，塔高需无穷高才行。32二、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，但二、吸收剂用量的确定最小液气比只对设计型问题有意义。可以，能，但达不到指定的吸收要求思考：实际操作时的液气比可否小于或等于最小液气比？此时吸收塔是否能操作？将会发生什么现象？33二、吸收剂用量的确定最小液气比只对设计型问题有意义。可以，思二、吸收剂用量的确定最小液气比的计算：低浓时：低浓时：34二、吸收剂用量的确定最小液气比的计算：低浓时：低浓时：34三、塔径的计算u为空塔气速，m/s，Vs为混合气体的体积流量，m3/s。35三、塔径的计算u为空塔气速，m/s，35四、填料层高度的计算1、填料层高度的一般计算式气相中溶质A的减少速率＝液相中溶质A的增加速率＝从气相到液相的传质速率注意：G、L----kmol/(m2s)对微元段填料dh作物料衡算：36四、填料层高度的计算1、填料层高度的一般计算式气相中溶质A的四、填料层高度的计算将总吸收速率方程代入得：2、低浓气体吸收时G、L为常数Ky、Kx可视为常数a也可视为常数：a与填料形状、尺寸及填充状况有关气相、液相总体积传质系数（适用于高、低浓吸收）37四、填料层高度的计算将总吸收速率方程2、低浓气体吸收时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思考：影响传质单元高度HTU的因素？382、低浓气体吸收时气相总传质单元高度HTU，m流动状况、物传质单元★传质单元的定义h0=HOG

·NOG=HOL

·NOL传质单元高度（m）完成确定的分离任务所需基本传质单元的个数,其值取决于分离要求,反映分离的难易程度完成某一个单元的传质所需高度,其值取决于操作因素,是吸收设备传质性能高低的反映物理意义液相气相传质单元数（无因次）39传质单元★传质单元的定义h0=HOG·NOG=传质单元高度HTU的物理意义？常用吸收设备的HTU约为0.151.5m，思考：

HTU越大越好，还是越小越好？-----每个传质单元对应的填料层高度思考：影响传质单元高度HTU的因素？流动状况、物系、填料特性和操作条件40传质单元高度HTU的物理意义？常用吸收设备的HTU约为0.1传质单元数的物理意义？41传质单元数的物理意义？41分析

1个传质单元内填料层两端气相宏观浓度差恰好等于单元段内平均传质推动力若则

42分析1个传质单元内填料层两端气相宏观浓度差恰好等于单元段2、低浓气体吸收时传质单元数NOG的两种计算方法：吸收因数法对数平均推动力法（1）平衡线为直线时图解（或数值）积分法近似梯级法（2）平衡线非直线时432、低浓气体吸收时传质单元数NOG的两种计算方法：吸收因数法2、低浓气体吸收时传质单元数NOG的两种计算方法：（1）平衡线为直线时代入中积分得：吸收因数法对数平均推动力法442、低浓气体吸收时传质单元数NOG的两种计算方法：（1）平衡2、低浓气体吸收时-------吸收因数法类似可推得：452、低浓气体吸收时-------吸收因数法类似可推得：452、低浓气体吸收时思考：当S＝1时，NOG＝？根据洛毕达法则可得462、低浓气体吸收时思考：当S＝1时，NOG＝？根据洛毕达法则2、低浓气体吸收时yb=ybybya=yaya

ybya传质单元数NOG的两种计算方法：（1）平衡线为直线时吸收因数法对数平均推动力法472、低浓气体吸收时yb=ybybya=yaya2、低浓气体吸收时yb=ybybya=yaya

ybya------对数平均推动力------对数平均推动力法482、低浓气体吸收时yb=ybybya=yaya2、低浓气体吸收时同理，得：式中：492、低浓气体吸收时同理，得：式中：492、低浓气体吸收时对数平均推动力法与吸收因数法的对比：相同点：都适用于低浓、平衡线为直线的情况不同点：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。502、低浓气体吸收时对数平均推动力法与吸收因数法的对比：50习题课汇总：或51习题课汇总：或51习题课操作条件：气液流量、气液进口浓度、操作温度、压力等52习题课操作条件：52设计型举例【例1】常压下，用煤油从苯蒸汽和空气混合物中吸收苯，吸收率为99%，混合气量为53kmol/h。入塔气中含苯2%（体积%），入塔煤油中含苯0.02%（摩尔分率）。溶剂用量为最小用量的1.5倍，在操作温度50℃下，相平衡关系为y*=0.36x，总传质系数Kya=0.015kmol/(m3s)，塔径为1.1米。试求所需填料层高度。溶剂用量为最小用量的1.5倍y*=0.36x53设计型举例【例1】常压下，用煤油从苯蒸汽和空气混合物中吸收苯设计型举例溶剂用量为最小用量的1.5倍y*=0.36x【解】属于低浓气体吸收

54设计型举例溶剂用量为最小用量的1.5倍y*=0.36x【设计型举例溶剂用量为最小用量的1.5倍y*=0.36x至于用“平均推动力法”请课下自行解算。作业：55设计型举例溶剂用量为最小用量的1.5倍y*=0.36x至操作型定性分析举例【例2】在逆流操作的填料吸收塔中，对某一低浓气体中的溶质组分进行吸收，现因故

(1)吸收剂入塔浓度变大；

(2)吸收剂用量变小；而其它操作条件均不变，试分析出塔气体、液体浓度如何变化？快速分析法作图+排除法吸收因数法【解】

(1)吸收剂入塔浓度变大

xa变大，将使全塔浓度均变大，因此xb也将变大。而且全塔传质推动力将变小，故不利于吸收，因此，ya

变大。快速分析法：56操作型定性分析举例【例2】在逆流操作的填料吸收塔中，对某一低操作型定性分析举例快速分析作图+排除法吸收因数法【解】

(1)吸收剂入塔浓度变大作图+排除法L/G不变

影响因素：流动状况、物系、

填料特性和操作条件与h0不变相矛盾，故假设不成立。

a．假设ya不变b．假设ya变小作图知此时操作线为红线，可见NOGh057操作型定性分析举例快速分析【解】(1)吸收剂入塔浓度变大作操作型定性分析举例快速分析作图+排除法吸收因数法【解】

(1)吸收剂入塔浓度变大作图+排除法与h0不变相矛盾，故假设不成立。

b．假设ya变小作图知此时操作线为红线，可见NOGh0因此，ya只能58操作型定性分析举例快速分析【解】(1)吸收剂入塔浓度变大作操作型定性分析举例快速分析作图+排除法吸收因数法【解】

(1)吸收剂入塔浓度变大作图+排除法关于xb：与ya的分析类似假设xb不变、变小，作图可知NOG将变小，故h0将变小，与h0一定相矛盾，因此，xb59操作型定性分析举例快速分析【解】(1)吸收剂入塔浓度变大作操作型定性分析举例【解】

(1)吸收剂入塔浓度变大

吸收因数法：NOG（yb-mxa）/（ya-mxa）

S增大由题意可知：NOG＝h0/HOG不变由右图可知，又xa变大，故ya变大快速分析作图+排除法吸收因数法60操作型定性分析举例【解】(1)吸收剂入塔浓度变大 吸收因数操作型定性分析举例【解】

(1)吸收剂入塔浓度变大

NOG（yb-mxa）/（ya-mxa）

S增大至于xb：仍需用排除法判定（略）。快速分析作图+排除法吸收因数法61操作型定性分析举例【解】(1)吸收剂入塔浓度变大 NOG（操作型定性分析举例快速分析作图+排除法吸收因数法建议：上述三种方法中，首先推荐使用“快速分析法”；如果此法不行，建议使用“吸收因数法”；如果还不行，再使用“作图＋排除法”。62操作型定性分析举例快速分析建议：上述三种方法中，首先推荐使用操作型定性分析举例【解】

(2)当吸收剂用量变小时

吸收剂用量变小时，不利于吸收，因此，ya变大。快速分析法：快速分析作图+排除法吸收因数法至于xb的变化，可以这样理解：L，将导致全塔液相浓度变大，故xb。63操作型定性分析举例【解】(2)当吸收剂用量变小时 操作型定性分析举例【解】

(2)当吸收剂用量变小时

吸收因数法：快速分析作图+排除法吸收因数法由题意可知：NOG＝h0/HOG变小或不变由右图可知，yaNOG（yb-mxa）/（ya-mxa）

S增大Kya变小或不变64操作型定性分析举例【解】(2)当吸收剂用量变小时 吸收因数操作型定性分析举例【解】

(2)当吸收剂用量变小时

快速分析作图+排除法吸收因数法至于xb：

仍需用排除法判定a．假设xb不变b．假设xb变小，NOL作图知，NOG与h0不变相矛盾，故假设不成立。

与h0不变相矛盾，故假设不成立。

65操作型定性分析举例【解】(2)当吸收剂用量变小时 快速分析操作型定性分析举例快速分析作图+排除法吸收因数法【练习】

在逆流操作的填料吸收塔中，对某一低浓气体中的溶质组分进行吸收，现因故

（1）气体入塔浓度yb变小，（2）G变小，而其它操作条件均不变，试分析出塔气体浓度ya、液体浓度xb如何变化？66操作型定性分析举例快速分析【练习】 66操作型定性分析举例快速分析作图+排除法吸收因数法（1）气体入塔浓度yb变小快速分析法：yb，ya必。yb，将导致入塔溶质量减少，且传质推动力变小，因而传质量变小，故xb。吸收因数法：查图可知：至于xb的变化仍需用作图+排除法67操作型定性分析举例快速分析（1）气体入塔浓度yb变小快速分析操作型定性分析举例快速分析作图+排除法吸收因数法（1）气体入塔浓度yb变小吸收因数法：关于xb：排除法假设xb不变、变大，作图可知NOG将变大，故h0将变大，与h0一定相矛盾，因此，xb将变小。68操作型定性分析举例快速分析（1）气体入塔浓度yb变小吸收因数操作型定性分析举例快速分析作图+排除法吸收因数法（2）G变小快速分析法：G，将导致入塔溶质量减少，因而传质量变小，故xb。至于ya的变化不好判断。69操作型定性分析举例快速分析（2）G变小快速分析法：G，将导操作型定性分析举例快速分析作图+排除法吸收因数法（2）G变小吸收因数法：由题意可知：NOG＝h0/HOG变大由右图可知，yaNOG（yb-mxa）/（ya-mxa）

S增大至于xb的变化仍需用作图+排除法70操作型定性分析举例快速分析（2）G变小吸收因数法：由题意可知操作型定性分析举例快速分析作图+排除法吸收因数法（2）G变小a．假设xb不变、，NOL作图知，NOG与h0不变相矛盾，故假设不成立。

假设xb变大作业：71操作型定性分析举例快速分析（2）G变小a．假设xb不变、，N操作型问题计算y=1.18xKyaG0.8气体流量增加20%【例3】某吸收塔在101.3kPa、293K下用清水逆流吸收丙酮空气混合气体（可视为低浓气体）中的丙酮。当操作液气比为2.1时，丙酮回收率可达95%。已知物系平衡关系为y=1.18x，吸收过程大致为气膜控制，气相总传质系数KyaG0.8。今气体流量增加20%，而液量及气液进口浓度不变，试求：（1）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？气膜控制【解】（1）回收率变为多少？分析：气体流量增加，则导致被吸收的丙酮量增加，ya，故回收率将变小。72操作型问题计算y=1.18xKyaG0.8气体流量增加2操作型问题计算y=1.18xKyaG0.8气体流量增加20%气膜控制原工况下：新工况下：73操作型问题计算y=1.18xKyaG0.8气体流量增加2操作型问题计算y=1.18xKyaG0.8气体流量增加20%（2）单位时间内被吸收的丙酮量增加多少倍？可见，单位时间内被吸收的丙酮量增加了17％<20%，即被吸收的丙酮量增大幅度小于气体流量增大幅度。返回目录作业：74操作型问题计算y=1.18xKyaG0.8气体流量增加2第四节二元低浓气体吸收（或脱吸）的计算六、解吸（脱吸）传质方向解吸剂----吸收的逆操作1、解吸方法减压解吸----闪蒸（在第十章中介绍）

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（2）汽提或提馏----解吸剂用惰性气体或贫气

----解吸剂用水蒸汽

（1）气提75第四节二元低浓气体吸收（或脱吸）的计算六、解吸（脱吸）传质六、解吸（脱吸）2．低浓气体解吸时特点（与吸收对比）：传质方向解吸剂全塔物料衡算、操作线方程、填料层高度计算式与吸收时的完全相同。思考：为什么解吸时操作线在平衡线下方？因为解吸时气相浓度y小于液相平衡浓度y*---此式用起

来更方便76六、解吸（脱吸）2．低浓气体解吸时特点（与吸收对比）：传质方六、解吸（脱吸）2．低浓气体解吸时特点（与吸收对比）：最小气液比传质方向解吸剂斜率(L/G)max77六、解吸（脱吸）2．低浓气体解吸时特点（与吸收对比）：最小气解吸（脱吸）举例【例4】吸收－解吸联合操作系统如图所示。两塔填料层高度均为7m，G=1000kmol/h，L=150kmol/h，解吸气量G=300kmol/h，组分浓度为：yb=0.015，ya=0.045，yb=0，xb=0.095（均为摩尔分率），且知：吸收系统相平衡关系为y=0.15x，解吸系统相平衡关系为y=0.6x。试求：（1）吸收塔气体出口浓度ya，传质单元数NOG；（2）解吸塔传质单元数NOG；

（3）若解吸气体流量减少为250kmol/h，则吸收塔气体出口浓度ya又为多少？（其余操作条件均不变，且气体流量变化时，解吸塔HOG基本不变）转第85页78解吸（脱吸）举例【例4】吸收－解吸联合操作系统如图所示。两塔解吸（脱吸）举例【解】（1）

求吸收塔气体出口浓度ya，传质单元数NOG对整个流程（包括两塔）作物料衡算，可得：说明：当然，本题也可以分别对吸收塔、解吸塔作物料衡算而求解，但不如上面的解法简便。79解吸（脱吸）举例【解】（1）

求吸收塔气体出口浓度ya，传质解吸（脱吸）举例ya=0.0015对吸收塔：返回第82页80解吸（脱吸）举例ya=0.0015对吸收塔：返回第82页80解吸（脱吸）举例ya=0.0015（2）求解吸塔传质单元数NOG返回第82页81解吸（脱吸）举例ya=0.0015（2）求解吸塔传质单元数N解吸（脱吸）举例（3）若解吸气体流量减少为250kmol/h，则吸收塔气体出口浓度ya又为多少？（其余操作条件均不变，且气体流量变化时，解吸塔HOG基本不变）250kmol/hya=0.0015分析：解吸气量减小，则对解吸不利，因而xb（＝xa）将变大，对吸收不利，所以ya

将变大。82解吸（脱吸）举例（3）若解吸气体流量减少为250kmol/h解吸（脱吸）举例250kmol/hya=0.0015吸收塔：

L、G不变，所以HOG不变，故NOG也不变，解之得：(1)又S=1不变，83解吸（脱吸）举例250kmol/hya=0.0015吸收塔：解吸（脱吸）举例解之得：(2)解吸塔：因HOG不变，故NOG不变250kmol/h(1)84解吸（脱吸）举例解之得：(2)解吸塔：因HOG不变，故N解吸（脱吸）举例(2)250kmol/h(1)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：

(4)85解吸（脱吸）举例(2)250kmol/h(1)再对解吸塔作物解吸（脱吸）举例250kmol/h解得：

联立求解式（1）～（4）对照：G=300kmol/h时，ya=0.001586解吸（脱吸）举例250kmol/h解得：联立求解式（1）～第四节二元低浓气体吸收（或脱吸）的计算七、塔板数（教材P49）将在第十章中介绍作业：返回目录87第四节二元低浓气体吸收（或脱吸）的计算七、塔板数（教材P4第九章小结一．概念 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） 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HTU的因素、 回收率、近似梯级法二．相平衡关系 亨利定律的三种形式

88第九章小结一．概念88

全塔物料衡算式：三．吸收塔计算（低浓时）操作线方程：填料层高度计算式：89

9090第三版第18次印刷的教材更正P67习题9-19遗漏“求填料层高度”。习题9-12答案改为：……h0增为原来的6.1倍91第三版第18次印刷的教材更正P67习题9-19遗漏“求填料层目录第九章吸收 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92化工原理》电子教案/目录目录第九章吸收1化工原理》电子教案/目录目录第九章吸收 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93化工原理》电子教案/目录目录第九章吸收2化工原理》电子教案/目录目录第九章吸收 习题课第四节二元低浓气体吸收（或脱吸）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三版第18次印刷的教材更正第九章小结94化工原理》电子教案/目录目录第九章吸收第三版第18次印刷的教材更正第九章小结第九章吸收第一节概述一、什么是吸收相界面ABCD气体混合物液体S惰性组分

吸收剂

溶质

利用气体混合物中各组分在液体溶剂中溶解度的差异来分离气体混合物的操作称为吸收。95第九章吸收第一节概述一、什么是吸收相界面ABCD气体第一节概述二、吸收的目的1．制取产品例如，用98%的硫酸吸收SO3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。96第一节概述二、吸收的目的1．制取产品例如，用98%的硫酸第一节概述三、吸收分类相界面ABCD气体混合物液体S惰性组分

吸收剂

溶质

本章要介绍的97第一节概述三、吸收分类相界面ABCD气体混合物液体S惰性请点击观看动画第一节概述四．吸收设备及流程1、吸收设备-----塔设备

98请点击观看动画第一节概述四．吸收设备及流程1、吸收设备-第一节概述2．吸收流程单一吸收塔流程：

吸收剂常常需要回收再利用99第一节概述2．吸收流程单一吸收塔流程：吸收剂常常需要回第一节概述2．吸收流程多塔吸收流程

100第一节概述2．吸收流程多塔吸收流程9第一节概述五．吸收剂的选择5．其它-----无毒、无腐蚀性、不易燃烧、不发泡、价廉易得，并具有化学稳定性等要求。1．溶解度-----对溶质组分有较大的溶解度2．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，3．挥发性-----应不易挥发4．黏性-----黏度要低101第一节概述五．吸收剂的选择5．其它-----无毒、无腐蚀第二节气液相平衡一、溶解度及溶解度曲线(对双组分气体)

气液达到相平衡时，液相中的溶质浓度称为溶解度，记作对双组分气体吸收，所有变量共4个：温度T、总压P、气相组成、溶解度----独立变量只有3个，例如：T、P、pA在几个大气压以内、温度T一定条件下，（溶解平衡）102第二节气液相平衡一、溶解度及溶解度曲线(对双组分气体)第二节气液相平衡一、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，需通过实验方法对具体物系进行测定。如下图示出了四种气体在20C下在水中溶解度曲线。

103第二节气液相平衡一、溶解度及溶解度曲线上述具体难溶体系溶解度适中体系

易溶体系说明：（1）不同气体的溶解度差异很大（2）对于稀溶液或极稀溶液，溶解度曲线近似为直线，即-----亨利定律pA=723cApA=25.5cApA=0.36cApA=0.0136cA104难溶体系溶解度适中体系易溶体系说明：（1）不同气体的溶解度二、亨利定律通常由实验测定。可从有关手册中查得。如图，H越大，表明在相同的pA下cA*越大，故越易溶。T，HP在几个大气压范围内对H影响可忽略。其他情况下，一般P，H属物性获取方法：影响因素：-----亨利定律溶解度系数，kmol/(m3Pa)思考：H越大，表明越易溶还是越难溶？105二、亨利定律通常由实验测定。可从有关手册中查得。如图，H越大二、亨利定律-----亨利定律亨利定律的其他形式：E越大，越难溶；亨利系数，Pa相平衡常数，无量纲思考：E越大，表明越易溶还是越难溶？E的影响因素：T，E；P对E影响可忽略。m的影响因素：T，m；P，m思考：m越大，表明越易溶还是越难溶？m越大，越难溶；106二、亨利定律-----亨利定律亨利定律的其他形式：E越大，越教材更正P24第六行（8-5）应为（8-5a）。P24－30所有大写的C均应为小写的c。P30例9－4的第七行“表示明”应为“表示时”作业：107教材更正P24第六行（8-5）应为（8-5a）。作业：16第三节吸收过程模型及吸收速率方程三个串联传质环节：

气体液体气体侧的对流传质界面溶解一、吸收过程模型NAGNAL液体侧的对流传质----双膜模型108第三节吸收过程模型及吸收速率方程三个串联传质环节：二、吸收速率方程类似地：---分吸收速率方程

NAGNALNAG=NAL对流传质方程：109二、吸收速率方程类似地：---分吸收速率方程NAGNALN二、吸收速率方程----以分压差为推动力的气相总吸收速率方程110二、吸收速率方程----以分压差为推动力的气相总吸收速率方程二、吸收速率方程------以摩尔浓度差为推动力的

液相总吸收速率方程-----以摩尔分率差为推动力的

气相总吸收速率方程-----以摩尔分率差为推动力的

液相总吸收速率方程111二、吸收速率方程------以摩尔浓度差为推动力的

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：关于传质推动力操作点P离平衡线越近，

则总推动力就越小112二、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二、吸收速率方程气膜控制故----如图，气膜较厚，液膜较薄，即阻力主要由气

膜决定。2、关于传质阻力

易溶体系属于这种情况。113二、吸收速率方程气膜控制故----如图，气膜较厚，液膜较薄二、吸收速率方程液膜控制----如图，液膜较厚，气膜较薄，即阻力主要由液

膜决定。难溶体系属于这种情况。故114二、吸收速率方程液膜控制----如图，液膜较厚，气膜较薄，即二、吸收速率方程双膜控制----如图，液膜、气膜厚度相当，气膜阻力和液膜

阻力均不可忽略。溶解度适中的体系属于这种情况。115二、吸收速率方程双膜控制----如图，液膜、气膜厚度相当，气二、吸收速率方程影响传质阻力的因素：即影响传质系数k的因素（第八章）流动状况如降膜湿壁塔、圆盘塔等：kGG0.75，kLL0.7，填料塔：kLL0.750.95物性操作温度和压力传质面几何特性等。返回目录作业：116二、吸收速率方程影响传质阻力的因素：即影响传质系数k的因【例】常温常压吸收塔的某个截面上（微分段内），含氨3%（体积分数）的气体与浓度为1kmol.m-3的氨水相遇。若已知：ky=5.1×10-4kmol.s-1.m-2、kx=0.83×10-2kmol.s-1.m-2,平衡关系可用y=0.75x表示。试计算：（1）以气相、液相摩尔分数差表示的总推动力、总传质系数和传质速率；（2）气、液两相传质阻力的相对大小；（3）平衡分压和气相界面处的分压。117【例】常温常压吸收塔的某个截面上（微分段内），含氨3%（体积第四节二元低浓气体吸收（或脱吸）的计算计算项目主要有：吸收剂用量La、液相出塔浓度xb塔的主要工艺尺寸：塔径D、填料层高度H或塔板数N118第四节二元低浓气体吸收（或脱吸）的计算计算项目主要有：27一、物料衡算和操作线方程GBYa LSXa

GBYb LSXbGB-----kmolB/sorkmolB/(m2s)；LS-----kmolS/sorkmolS/(m2s)；

Y（或X）-----摩尔比；全塔物料衡算-----可求解液相出塔浓度xb-------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。将x、y换成摩尔比X、Y可解决这个问题。回收率为：

119一、物料衡算和操作线方程GBYa LSXa一、物料衡算和操作线方程对塔上部任一段作质量衡算（A组分）-----可求解全塔浓度分布-------操作线方程120一、物料衡算和操作线方程对塔上部任一段作质量衡算（A组分）-一、物料衡算和操作线方程操作线斜率越小，越靠近平衡线，传质推动力越小，对传质越不利。操作点XYOXbYb塔底XaYa塔顶直线，过塔顶点A(Xa，Ya)，塔底B(Xb，Yb)总是位于平衡线的上方；----液气比斜率为-------操作线方程操作线方程：121一、物料衡算和操作线方程操作线斜率越小，越靠近平衡线，传质推一、物料衡算和操作线方程对于低浓气体（通常yb<10%），122一、物料衡算和操作线方程对于低浓气体（通常yb<10%），3二、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--最小液气比此时，塔内必有一处达到相平衡，塔高需无穷高才行。123二、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，但二、吸收剂用量的确定最小液气比只对设计型问题有意义。可以，能，但达不到指定的吸收要求思考：实际操作时的液气比可否小于或等于最小液气比？此时吸收塔是否能操作？将会发生什么现象？124二、吸收剂用量的确定最小液气比只对设计型问题有意义。可以，思二、吸收剂用量的确定最小液气比的计算：低浓时：低浓时：125二、吸收剂用量的确定最小液气比的计算：低浓时：低浓时：34三、塔径的计算u为空塔气速，m/s，Vs为混合气体的体积流量，m3/s。126三、塔径的计算u为空塔气速，m/s，35四、填料层高度的计算1、填料层高度的一般计算式气相中溶质A的减少速率＝液相中溶质A的增加速率＝从气相到液相的传质速率注意：G、L----kmol/(m2s)对微元段填料dh作物料衡算：127四、填料层高度的计算1、填料层高度的一般计算式气相中溶质A的四、填料层高度的计算将总吸收速率方程代入得：2、低浓气体吸收时G、L为常数Ky、Kx可视为常数a也可视为常数：a与填料形状、尺寸及填充状况有关气相、液相总体积传质系数（适用于高、低浓吸收）128四、填料层高度的计算将总吸收速率方程2、低浓气体吸收时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思考：影响传质单元高度HTU的因素？1292、低浓气体吸收时气相总传质单元高度HTU，m流动状况、物传质单元★传质单元的定义h0=HOG

·NOG=HOL

·NOL传质单元高度（m）完成确定的分离任务所需基本传质单元的个数,其值取决于分离要求,反映分离的难易程度完成某一个单元的传质所需高度,其值取决于操作因素,是吸收设备传质性能高低的反映物理意义液相气相传质单元数（无因次）130传质单元★传质单元的定义h0=HOG·NOG=传质单元高度HTU的物理意义？常用吸收设备的HTU约为0.151.5m，思考：

HTU越大越好，还是越小越好？-----每个传质单元对应的填料层高度思考：影响传质单元高度HTU的因素？流动状况、物系、填料特性和操作条件131传质单元高度HTU的物理意义？常用吸收设备的HTU约为0.1传质单元数的物理意义？132传质单元数的物理意义？41分析

1个传质单元内填料层两端气相宏观浓度差恰好等于单元段内平均传质推动力若则

133分析1个传质单元内填料层两端气相宏观浓度差恰好等于单元段2、低浓气体吸收时传质单元数NOG的两种计算方法：吸收因数法对数平均推动力法（1）平衡线为直线时图解（或数值）积分法近似梯级法（2）平衡线非直线时1342、低浓气体吸收时传质单元数NOG的两种计算方法：吸收因数法2、低浓气体吸收时传质单元数NOG的两种计算方法：（1）平衡线为直线时代入中积分得：吸收因数法对数平均推动力法1352、低浓气体吸收时传质单元数NOG的两种计算方法：（1）平衡2、低浓气体吸收时-------吸收因数法类似可推得：1362、低浓气体吸收时-------吸收因数法类似可推得：452、低浓气体吸收时思考：当S＝1时，NOG＝？根据洛毕达法则可得1372、低浓气体吸收时思考：当S＝1时，NOG＝？根据洛毕达法则2、低浓气体吸收时yb=ybybya=yaya

ybya传质单元数NOG的两种计算方法：（1）平衡线为直线时吸收因数法对数平均推动力法1382、低浓气体吸收时yb=ybybya=yaya2、低浓气体吸收时yb=ybybya=yaya

ybya------对数平均推动力------对数平均推动力法1392、低浓气体吸收时yb=ybybya=yaya2、低浓气体吸收时同理，得：式中：1402、低浓气体吸收时同理，得：式中：492、低浓气体吸收时对数平均推动力法与吸收因数法的对比：相同点：都适用于低浓、平衡线为直线的情况不同点：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。1412、低浓气体吸收时对数平均推动力法与吸收因数法的对比：50习题课汇总：或142习题课汇总：或51习题课操作条件：气液流量、气液进口浓度、操作温度、压力等143习题课操作条件：52设计型举例【例1】常压下，用煤油从苯蒸汽和空气混合物中吸收苯，吸收率为99%，混合气量为53kmol/h。入塔气中含苯2%（体积%），入塔煤油中含苯0.02%（摩尔分率）。溶剂用量为最小用量的1.5倍，在操作温度50℃下，相平衡关系为y*=0.36x，总传质系数Kya=0.015kmol/(m3s)，塔径为1.1米。试求所需填料层高度。溶剂用量为最小用量的1.5倍y*=0.36x144设计型举例【例1】常压下，用煤油从苯蒸汽和空气混合物中吸收苯设计型举例溶剂用量为最小用量的1.5倍y*=0.36x【解】属于低浓气体吸收

145设计型举例溶剂用量为最小用量的1.5倍y*=0.36x【设计型举例溶剂用量为最小用量的1.5倍y*=0.36x至于用“平均推动力法”请课下自行解算。作业：146设计型举例溶剂用量为最小用量的1.5倍y*=0.36x至操作型定性分析举例【例2】在逆流操作的填料吸收塔中，对某一低浓气体中的溶质组分进行吸收，现因故

(1)吸收剂入塔浓度变大；

(2)吸收剂用量变小；而其它操作条件均不变，试分析出塔气体、液体浓度如何变化？快速分析法作图+排除法吸收因数法【解】

(1)吸收剂入塔浓度变大

xa变大，将使全塔浓度均变大，因此xb也将变大。而且全塔传质推动力将变小，故不利于吸收，因此，ya

变大。快速分析法：147操作型定性分析举例【例2】在逆流操作的填料吸收塔中，对某一低操作型定性分析举例快速分析作图+排除法吸收因数法【解】

(1)吸收剂入塔浓度变大作图+排除法L/G不变

影响因素：流动状况、物系、

填料特性和操作条件与h0不变相矛盾，故假设不成立。

a．假设ya不变b．假设ya变小作图知此时操作线为红线，可见NOGh0148操作型定性分析举例快速分析【解】(1)吸收剂入塔浓度变大作操作型定性分析举例快速分析作图+排除法吸收因数法【解】

(1)吸收剂入塔浓度变大作图+排除法与h0不变相矛盾，故假设不成立。

b．假设ya变小作图知此时操作线为红线，可见NOGh0因此，ya只能149操作型定性分析举例快速分析【解】(1)吸收剂入塔浓度变大作操作型定性分析举例快速分析作图+排除法吸收因数法【解】

(1)吸收剂入塔浓度变大作图+排除法关于xb：与ya的分析类似假设xb不变、变小，作图可知NOG将变小，故h0将变小，与h0一定相矛盾，因此，xb150操作型定性分析举例快速分析【解】(1)吸收剂入塔浓度变大作操作型定性分析举例【解】

(1)吸收剂入塔浓度变大

吸收因数法：NOG（yb-mxa）/（ya-mxa）

S增大由题意可知：NOG＝h0/HOG不变由右图可知，又xa变大，故ya变大快速分析作图+排除法吸收因数法151操作型定性分析举例【解】(1)吸收剂入塔浓度变大 吸收因数操作型定性分析举例【解】

(1)吸收剂入塔浓度变大

NOG（yb-mxa）/（ya-mxa）

S增大至于xb：仍需用排除法判定（略）。快速分析作图+排除法吸收因数法152操作型定性分析举例【解】(1)吸收剂入塔浓度变大 NOG（操作型定性分析举例快速分析作图+排除法吸收因数法建议：上述三种方法中，首先推荐使用“快速分析法”；如果此法不行，建议使用“吸收因数法”；如果还不行，再使用“作图＋排除法”。153操作型定性分析举例快速分析建议：上述三种方法中，首先推荐使用操作型定性分析举例【解】

(2)当吸收剂用量变小时

吸收剂用量变小时，不利于吸收，因此，ya变大。快速分析法：快速分析作图+排除法吸收因数法至于xb的变化，可以这样理解：L，将导致全塔液相浓度变大，故xb。154操作型定性分析举例【解】(2)当吸收剂用量变小时 操作型定性分析举例【解】

(2)当吸收剂用量变小时

吸收因数法：快速分析作图+排除法吸收因数法由题意可知：NOG＝h0/HOG变小或不变由右图可知，yaNOG（yb-mxa）/（ya-mxa）

S增大Kya变小或不变155操作型定性分析举例【解】(2)当吸收剂用量变小时 吸收因数操作型定性分析举例【解】

(2)当吸收剂用量变小时

快速分析作图+排除法吸收因数法至于xb：

仍需用排除法判定a．假设xb不变b．假设xb变小，NOL作图知，NOG与h0不变相矛盾，故假设不成立。

与h0不变相矛盾，故假设不成立。

156操作型定性分析举例【解】(2)当吸收剂用量变小时 快速分析操作型定性分析举例快速分析作图+排除法吸收因数法【练习】

在逆流操作的填料吸收塔中，对某一低浓气体中的溶质组分进行吸收，现因故

（1）气体入塔浓度yb变小，（2）G变小，而其它操作条件均不变，试分析出塔气体浓度ya、液体浓度xb如何变化？157操作型定性分析举例快速分析【练习】 66操作型定性分析举例快速分析作图+排除法吸收因数法（1）气体入塔浓度yb变小快速分析法：yb，ya必。yb，将导致入塔溶质量减少，且传质推动力变小，因而传质量变小，故xb。吸收因数法：查图可知：至于xb的变化仍需用作图+排除法158操作型定性分析举例快速分析（1）气体入塔浓度yb变小快速分析操作型定性分析举例快速分析作图+排除法吸收因数法（1）气体入塔浓度yb变小吸收因数法：关于xb：排除法假设xb不变、变大，作图可知NOG将变大，故h0将变大，与h0一定相矛盾，因此，xb将变小。159操作型定性分析举例快速分析（1）气体入塔浓度yb变小吸收因数操作型定性分析举例快速分析作图+排除法吸收因数法（2）G变小快速分析法：G，将导致入塔溶质量减少，因而传质量变小，故xb。至于ya的变化不好判断。160操作型定性分析举例快速分析（2）G变小快速分析法：G，将导操作型定性分析举例快速分析作图+排除法吸收因数法（2）G变小吸收因数法：由题意可知：NOG＝h0/HOG变大由右图可知，yaNOG（yb-mxa）/（ya-mxa）

S增大至于xb的变化仍需用作图+排除法161操作型定性分析举例快速分析（2）G变小吸收因数法：由题意可知操作型定性分析举例快速分析作图+排除法吸收因数法（2）G变小a．假设xb不变、，NOL作图知，NOG与h0不变相矛盾，故假设不成立。

假设xb变大作业：162操作型定性分析举例快速分析（2）G变小a．假设xb不变、，N操作型问题计算y=1.18xKyaG0.8气体流量增加20%【例3】某吸收塔在101.3kPa、293K下用清水逆流吸收丙酮空气混合气体（可视为低浓气体）中的丙酮。当操作液气比为2.1时，丙酮回收率可达95%。已知物系平衡关系为y=1.18x，吸收过程大致为气膜控制，气相总传质系数KyaG0.8。今气体流量增加20%，而液量及气液进口浓度不变，试求：（1）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？气膜控制【解】（1）回收率变为多少？分析：气体流量增