《化工单元操作2》教案

最新《化工单元操作2》教学设计.最新《化工单元操作2》教学设计./最新《化工单元操作2》教学设计.酒泉职业技术学院《化工单元操作》学习领域授课设计课题学习情境五、吸取操作归纳专业石油化工生产技术班级2011级石油化工生产技术3、4班人数76授课日期周次授课及参照资料1.朱淑艳.化工单元操作.天津大学初版社,2011陆美娟,张浩勤.化工原理.化学工业初版社.2006授课仪器设备背投、课件授课地点逸夫授课楼108教室课时2学习目标知识目标:认识气体吸取的看法;认识吸取在工业中的应用有哪些;掌握吸取剂的采用原则和方法。能力目标:能够对吸取过程有较深的理解;会依照化工工艺生产需要,采用吸取剂。素质目标:扎实、认真的学习态度;对所学知识进行应用的能力;优异的团队合作与创新意识。。授课要点吸取的分类吸取剂的选择授课难点综合考虑各个因素采用一种吸取剂授课难点解决经过多种授课方法并用,举例让学生深入领悟授课方法以PPT显现、黑板讲解相结合为主,启示、提问、谈论等多种方法相结合。授课组织及时间分配授课组织时间分配(min第一部分:组织授课、清点人数2第二部分:新课导入3第三部分:新课讲解(详尽时间分配在授课详尽实施过程中注明90第四部分:课堂小结3第五部分:部署作业2授课详尽推行过程时间分配及新内容补充第一部分:组织授课、清点人数[组织授课、清点人数]点名、查察学生上课出勤情况[显现“复习提问”,找学生回答以下问题]试举例说明上学期学过哪些单元操作,各起什么作用。非均相物系怎样分别,有哪些单元操作设备?第二部分:新课导入由上面第2问的提问,明确非均相物系的分别主要有沉降法、过滤分别、离心分别等,但是关于均相物系(乙醇与水的混杂液、原油、混杂油田气的分别,可不能够够采用上面的机械操作方法。回答是不满足,那就需要掌握一种特地分别均相物系的分别方法。第三部分:新课讲解[显现课件、介绍学生在本节课需要掌握的知识、能力、涵养目标][板书]一、气体吸取过程[表达]为了分别混杂气体中的各组分,平常将混杂气体与某种液体相接触,气体中的一种或几种组分便溶解于液体内而形成溶液,不能够溶解的组分则保留在气相中,从而实现了气体混杂物分其他目的。这种利用各组分溶解度不同样而分别气体混杂的操作称为吸取。吸取剂,以S表示;吸取质或溶质,以A表示;惰性组分或载体,以B表示;吸取操作所获取的溶液称为吸取液(或富液,以A+S表示;被吸取后排出的气体称为吸取尾气,主要成分为惰性气体B。吸取过程就是吸取质由气相转入液相的过程。2min3min15min[提问、集体谈论]想一想被吸取后排出的气体称为吸取尾气,其主要成分为惰性气体B,还有没有其他组分?[板书]二、吸取在工业上的应用[表达](一吸取在工业中的主要应用1.制备液体产品如用水吸取氯化氢气系统取盐酸,用水吸取甲醛蒸汽制福尔马林溶液,用硫酸吸取SO3制浓硫酸等。[提问及谈论]工业发烟硫酸怎样制备?2.净化气体或精制气体如用水脱除合成氨原料气中的CO2,用丙酮脱除石油裂解气中的乙炔等,其目的是除去气体中的有害成分,便于工艺气体在下一工序中顺利进行。[集体谈论]平常有过的净化气体或精制气体举例?3.回收适用物质工艺尾气中含有一些有价值的物质,经过吸取能够为这些物质找到新的用途,做到物尽其用。比方用洗油脱除焦炉气中苯、甲苯等芳烃的操作。在倡议循环经济和资源节约的今天,经过吸取操作回收物质是特别重要的。4.保护环境在排放到大气的工艺尾气中,可能含有对人或其他生物有害的物质,比方硫的化合物、氮的化合物、碳的化合物等。这些物质若是不除,将造成环境的严重污染。经过吸取,能够在排放前除去这些有害物,做到达标排放。如用碱液吸取工业废气中SO2、H2S、NO2、HF等。[集体谈论]平常有过的环境保护举例?(二吸取在工业中的举例3min20min12min流程简述:合成氨原料气(含CO230%左右从底部进入吸取塔,塔顶喷入乙醇胺溶液。气、液逆流接触传质,乙醇胺吸取了CO2后从塔底排出,从塔顶排出的气体中CO2含量可降至0.5%以下。将吸取塔底排出的含CO2的乙醇胺溶液用泵送至加热器,加热到130℃左右后从解吸塔顶喷淋下来,与塔底送入的水蒸汽逆流接触,CO2在高温、低压下自溶液中解吸出来。从解吸塔顶排出的气体经冷却、冷凝后获取可用的CO2。解吸塔底排出的含少量CO2的乙醇胺溶液经冷却降温至50℃左右,经加压仍可作为吸取剂送入吸取塔循环使用。[板书]三、吸取的分类[表达](1单组分吸取与多组分吸取(2物理吸取与化学吸取(3低浓度吸取与高浓度吸取(4等温吸取与非等温吸取(5常压吸取与加压吸取[集体谈论]各分类之间有什么差别?[板书]四、吸取剂的选择[表达]1.溶解度溶质在溶剂中的溶解度要大,即在必然的温度和浓度下,溶质的平衡分压要低,这样能够提高吸取速率并减少吸取剂的耗用量,气体中溶质的极限节余浓度亦可降低。当吸取剂与溶质发生化学反响时,溶解度可大大提高。但要使吸取剂循环使用,则化学反响必定是可逆的。2.选择性吸取剂对混杂气体中的溶质组分要有优异的吸取能力,而对其他组分则应不吸取或吸取甚微,否则不能够直接实现有效的分别。3.溶解度对操作条件的敏感性溶质在吸取剂中的溶解度对操作条件(温度、压力要敏感,即随着操作条件的变化,溶解度要显然的变化,这样被吸取的气体组分简单解吸,吸取剂再生方便。4.挥发度操作温度下吸取剂的蒸汽压要低,基本不易挥发。一方面是为了减少吸取剂在吸取和再生过程的损失,另一方面也是防备在气体中引入新的杂质。5.粘度吸取剂应拥有较低的粘度,不易产生泡沫,以改进吸取塔内流动的情况,提高吸取速率,实现吸取塔内优异的气液接触和塔顶的气液分别,降低输送能耗,减小传热、传质阻力。6.化学牢固性吸取剂化学牢固性好可防备因吸取过程中条件的变化而引起吸取剂的变质。7.吸取剂腐化性应尽可能小,以减少设备费和维修费。8.其他所采用的吸取剂应尽可能无毒性、无腐化性、不易燃易爆、不发泡、凝点低、价廉易得等经济和安全条件。第四部分课后小结吸取过程就是吸取质由气相转入液相的过程,由于分别对象、吸取任务、操作条件等不同样,工业吸取流程各样各样,比方有吸取解吸结合流程、单塔吸取流程、多塔串通20min20min3min或并联吸取流程、溶剂部分循环流程等;正确的采用一种合理的吸取剂是吸取可否优异完成的保证。2min第五部散部署作业部署作业预习下次课内容授课反思教研室主任签字累计课时酒泉职业技术学院《化工单元操作》学习领域授课设计课题学习情境五、吸取操作任务一、吸取过程的相平衡关系专业石油化工生产技术班级2011级石油化工生产技术3、4班人数76授课日期周次授课及参照资料1.朱淑艳.化工单元操作.天津大学初版社,2011陆美娟,张浩勤.化工原理.化学工业初版社.2006授课仪器设备背投、课件授课地点逸夫授课楼108教室课时2学习目标知识目标:认知趣组成的表示方法掌握气体在液体中的溶解度能力目标:熟知相组成;明确吸取解吸的有利操作条件。素质目标:扎实、认真的学习态度;对所学知识进行应用的能力;优异的团队合作与创新意识。。授课要点相组成的表示方法气体在液体中的溶解度授课难点相组成的表示方法授课难点解决经过多种授课方法并用,举例、讲解让学生深入领悟授课方法以PPT显现、黑板讲解相结合为主,启示、提问、谈论等多种方法相结合。授课组织及时间分配授课组织时间分配(min第一部分:组织授课、清点人数2第二部分:新课导入3第三部分:新课讲解(详尽时间分配在授课详尽实施过程中注明90第四部分:课堂小结3第五部分:部署作业2授课详尽推行过程时间分配及新内容补充第一部分:组织授课、清点人数[组织授课、清点人数]点名、查察学生上课出勤情况[显现“复习提问”,找学生回答以下问题]物理吸取与化学吸取的差别?吸取剂的选择原则有哪些?第二部分:新课导入吸取过程是气液两相间的物质传达过程,无论解析吸取的原理还是进行吸取的计算,都离不开气液相平衡关系。最直接的作用就是判断传质过程可否进行以及进行的方向和限度。第三部分:新课讲解[显现课件、介绍学生在本节课需要掌握的知识、能力、涵养目标][板书]一、相组成的表示方法[表达]气液相平衡定义:是指在必然条件下,气体溶质与液体溶剂充分接触后,所达到的相对牢固的状态。(一质量分率和摩尔分率(或称质量分数和摩尔分数1.质量分率质量分率是混杂物中某组分的质量与混杂物总质量的比值,以w表示。若该混杂物的总质量为mkg,而其中所含组分A、B、、N的质量分别为mA、mB、、mNkg,则各组分的质量分率分别为:=AAmwm,=BBmwm,,=NNmwm2.摩尔分率摩尔分率是指混杂物中某组分的千摩尔数与混杂物总千摩尔数的比值,以x表示。若该混杂物的总千摩尔数为nkg,而其中所含组分A、B、、N的千摩尔数分别为nA、nB、、nNkg,则各组分的摩尔分率分别为:=AAnxn,=BBnxn,,=NNnxn传质计算中平常用x表示液相的摩尔分率,用y表示气相的摩尔分率。关于双组分混杂物,B组分在液相平和相中的摩尔分率分别为2min3min2min14min1BAyy=-1BAxx=-3.质量分率与摩尔分率的换算关于i组分,有////===∑∑iiiiiiiiiiiinmwMwMxnmwMwM==∑iiiiiiimxMwmxM(二质量浓度和物质的量浓度1.质量浓度质量浓度是指单位体积混杂物内所含物质的质量,以ρ表示。若混合物的整体积为Vm3,关于i组分,有ρ=iimV2.物质的量浓度物质的量浓度是指单位体积混杂物内所含的物质的量(用千摩尔数表示。以c表示。关于i组分,有=iincV3.质量浓度与质量分率的关系由定义知,混杂物的密度ρ即为各组分质量浓度的总和,即ρρ===∑∑iiiimmVV===iiiimmwwVV4物.质的量浓度与摩尔分率的关系===iiiinnxcxcVV显然===∑∑iiiinnccVV5.质量浓度和物质的量浓度的关系ρ===iiiiimnMcMVV(三质量比和摩尔比1.质量比质量比是指混杂物中某组分的质量与惰性组分的质量之比,以W表示。关于双组分(A+B物系,以B为基准,A组分的组成可表示为质量比=ABmWm2.摩尔比摩尔比是指混杂物中某组分的千摩尔数与惰性组分的千摩尔数之比,14min14min以X表示。关于双组分(A+B物系,以B为基准,A组分的组成可表示为摩尔比ABnXn=3.质量比与质量分率的关系1====-AAABBBmmwwwWmmwww同样1=+WwW4.摩尔比与摩尔分率的关系1====-AAABBBnnxxxXnnxxx1=+XxX5.质量比与摩尔比的关系===AAAABBBBmnMMWXmnMM(四理想气体混杂物中组成的表示方法关于气体混杂物,在压强不太高、温度不太低的情况下,可视为理想气体,则关于组分A有摩尔分数=AApyp物质的量浓度==AAnpcVRT摩尔比==AABBnpYnp[例题]【例5-1】某吸取塔在常压、25℃下操作,已知原料混杂气体中含CO229%(体积分数,其他为N2、H2和CO(可看作惰性组分,经吸取后,出塔气体中CO2的含量为1%(体积分数,试分别计算以摩尔分率、摩尔比和物质的量浓度表示的原料混杂气和出塔气体中的CO2组成。解系统可视为由溶质CO2和惰性组分组成的双组分系统,以下标1、2分别表示入、出塔的气体状态。(1原料混杂气(入塔气体摩尔分率:理想气体的体积分数等于摩尔分数,因此10.29=y物质的量浓度:由分压定律知8min10min11101.30.2929.38==?=ppykPa因此31129.380.0119/8.314298===?pckmolmRT摩尔比:1110.29===--yYy(2出塔气体组成20.01=y===--yYy[板书]二、气体在液体中的溶解度[表达]氨在水中的溶解度20℃下SO2在水中的溶解度从上图观察可知,加压和降温能够提高气体溶质在溶剂中的溶解度,因此加压和降温有利于吸取操作过程,而减压和升温则有利于解吸操作过程。[提问、集体谈论]想一想为什么低温高压有利于吸取、高温低压有利于解吸?第四部分课后小结气液相平衡中间,两相的量及组成均不随时间的变化而变化,并满足特定的关系(相平衡关系。气液平衡关系是研究气体吸取过程的基础,该关系常用气体在液体中的溶解度、亨利定律、图表等形式表示。第五部分部署作业1.部署作业p53习题5-125min3min3min2min预习下次课内容。授课反思教研室主任签字累计课时酒泉职业技术学院《化工单元操作》学习领域授课设计课题学习情境五、吸取操作任务一、吸取过程的相平衡关系专业石油化工生产技术班级2011级石油化工生产技术3、4班人数76授课日期周次授课及参照资料1.朱淑艳.化工单元操作.天津大学初版社,2011陆美娟,张浩勤.化工原理.化学工业初版社.2006授课仪器设备背投、课件授课地点逸夫授课楼108教室课时2学习目标知识目标:1.掌握亨利定律的含义2.掌握亨利定律三种表达方法理解气液相平衡关系对吸取操作的意义能力目标:1.能够对亨利定律三种表达式熟练应用;2.会依照气液相平衡讲解有关吸取操作问题。素质目标:扎实、认真的学习态度;对所学知识进行应用的能力;优异的团队合作与创新意识。。授课要点亨利定律气液相平衡关系授课难点气液相平衡关系对吸取操作的意义授课难点解决经过多种授课方法并用,举例、讲解让学生深入领悟授课方法以PPT显现、黑板讲解相结合为主,启示、提问、谈论等多种方法相结合。授课组织及时间分配授课组织时间分配(min第一部分:组织授课、清点人数2第二部分:新课导入3第三部分:新课讲解(详尽时间分配在授课详尽实90施过程中注明第四部分:课堂小结3第五部分:部署作业2授课详尽推行过程时间分配及新内容补充第一部分:组织授课、清点人数[组织授课、清点人数]点名、查察学生上课出勤情况[显现“复习提问”,找学生回答以下问题]摩尔比与摩尔分率的关系?什么叫气液相平衡?第二部分:新课导入亨利定律是描述互成平衡的气、液两相间组成关系的数学表达式。它适用于溶解度曲线中低浓度的直线部分。由于相组成有多种表示方法,致使亨利定律有多种形式。:*=A第三部分:新课讲解[显现课件、介绍学生在本节课需要掌握的知识、能力、涵养目标][板书]三、亨利定律[表达]亨利定律是描述互成平衡的气、液两相间组成关系的数学表达式。它适用于溶解度曲线中低浓度的直线部分。由于相组成有多种表示方法,致使亨利定律有多种形式。1.p-x关系当总压不高(一般约小于500kPa时,在必然的温度下,稀溶液上方溶质的平衡分压与其在液相中的摩尔分率成正比;反过来,也能够说,溶质在稀溶液中的平衡摩尔分率与溶液上方气相中溶质的分压成正比。其数学表示式为pEx或*=ApxE亨利系数E的值随物系而变化。不同样物系的亨利系数是不同样的,易溶气体的E值很小,难溶气体的E值很大;当物系一准时,E随系统的温度而变化。平常,温度高升,E值增大,即气体的溶解度随温度高升而减小。亨利系数由实验测定。2.pc-关系当液相组成以物质的量浓度表示,而气相组成仍以分压表示时,则亨利定律拥有以下2min3min50min形式:*cpH溶解度系数H的数值随物系而变,同时也是温度的函数。H值随温度的高升而降低,易溶气体的H值很大,难溶气体的H值则很小。关于稀溶液,H值可由下式近似计算:0HEMρ=3.yx-关系若溶质在气相与液相中的组成分别用摩尔分率y与x表示,则亨利定律又可写成以下形式:*ymx=关于必然的物系,相平衡常数m是温度和压力的函数,其数值可由实验测得。由m值同样能够比较不同样气体溶解度的大小,m值越大,则表示该气体溶解度越小。相平衡常数与亨利系数的关系为Emp=4.YX-关系若溶质在液相平和相中的组成分别用摩尔比X、Y表示时,关于单组分吸取则有(*11mXYmX=+-当稀溶液中溶质的组成很小时,即X值很小时,(1mX-项很小,可忽略不计,上式可简化为*YmX=[例题]含有35%(体积分率CO2的某种气体与水进行充分接触,系统总压为101.33kPa、温度为35℃,试求CO2在液相中的平衡组成*x和*c。解依照分压定律,可得CO2的分压为11101.330.3535.47ppy==?=kPa由表5-2查得35℃时CO2的亨利系数52.1210E=?kPa(1与气相组成平衡时液相的摩尔分率*41535.471.673102.1210pxE-===??(2与气相组成平衡时液相物质的量浓度由于CO2难溶于水,液相浓度很低,溶液密度可按纯水取值,取301000/kgmρ则=,溶解度系数按式(5-21计算,即10min4305010002.62110/2.121018HkmolmEMρ-===???·kPa因此==??=?[板书]四、气液相平衡关系对吸取操作的意义[表达]1.确定合适的吸取条件同一物系,气体的溶解度与温度和压力有关。温度高升,气体的溶解度减小。因此降低温度对吸取有利,但由于低于常温操作时需要制冷系统,因此工业吸取多在常温下操作。当吸取过程放热显然时,应该采用冷却措施。压力增加,气体的溶解度增加。故增加压力对吸取有利,但压力增高,动力耗资就会增大,对吸取设备的要求也会随之提高。而且总压对吸取的影响相对较弱。因此,工业吸取多在常压下操作,除非在常压下溶解度太小,或工艺自己就是高压系统,采用加压吸取。2.判断过程进行的方向溶质分压为1p的气相与溶液浓度为1c(或x的液相接触,溶质组分1是由液相向气相转移?还是由气相向液相转移?可利用相平衡关系由1c或x计算出与其平衡的1p*值,若11pp*>,溶质1由气相向液相传达,即发生吸取;11pp*=,系统处于平衡状态,不发生净的物质传达;11pp*<,溶质1由液相向气相传达,即发生解吸。也可由气相分压1p计算出与其相平衡的1c*或x*的值,并作出判断。若11cc*<(或xx*<,发生吸取;11cc*=(或xx*=,不发生净的传质;11cc*>(或xx*>,发生解吸。【思虑题】38min5min想一想当气、液两相平衡曲线用yx-、YX-、Apx-关系表示时,怎样判断每一状态点下的传质方向?[例题]设在101.3kPa、20℃下,稀氨水的相平衡方程为*0.94yx=,现将含氨摩尔分数为10%的混杂气体与0.05x=的氨水接触,试判断传质方向。若以含氨摩尔分数为5%的混杂气体与0.1x=的氨水接触,传质方向又怎样?解:实质气相摩尔分数0.1y=。依照相平衡关系与实质0.05x=的溶液成平衡的气相摩尔分数*0.940.050.047y=?=由于*yy>故两相接触时将有部分氨自气相转入液相,即发生吸取过程。同样,此吸取过程也可理解为实质液相摩尔分数0.1y=成平衡的液相摩尔分数

0.05x=,与实质气相摩尔分数yxm===,*xx>,故两相接触时部分氨自气相转入液相。同理,当以含氨0.05y=的气相与0.1x=的氨水接触时,*0.940.10.094y=?=,x==则*yy<或*xx<,部分氨将由液相转入气相,即发生解吸。3.确定过程的推动力传质推动力以气相浓度差表示的吸取推动力为*YYY?=-(或yyy*?=-,以液相浓度差表示的吸取推动力为*XXX?=-(或xxx*?=-等,当推动力大于0时,发生吸取过程,小于0时发生解吸过程,等于0时两相平衡。4.判断吸取操作的难易程度当物系的状态点落在平衡曲线上方时,发生吸取过程。显然,状态点距平衡线的距离越远,气、液接触的实质状态偏离平衡状态的程度越远,吸取推动力就越大,在其他条件同样的情况下,吸取越简单进行;反之,吸取越难进行。10min5.指明过程进行的极限如将浓度为1y的混杂气送入某吸取塔的底部,与自塔顶淋下的溶剂作逆流吸取。即使在塔无量高、溶剂量很小的情况下,1x也不会无量增大,其极限浓度只能是与气相浓度1y平衡的液相浓度*1x,即*11,max1yxxm==。出塔气体中溶质的浓度也不会低于与吸取剂入口浓度2x平衡的气相浓度*2y,即*2,max22yymx==。仅当20x=时,2,max0y=,理论上才能实现气相溶质的全部吸取。第四部分课后小结利用气液相平衡关系,能够确定在温度和压力恒定情况下,若让溶剂与混杂气体接触,溶质可否向液相转移?若是溶质向液相转移,最后液相中的溶质浓度多大?转移的速率是多少?这些问题都是能够一一解决的。第五部分部署作业部署作业p53习题5-2,5-3预习下次课内容。3min2min授课反思教研室主任签字累计课时酒泉职业技术学院《化工单元操作》学习领域授课设计课题学习情境五、吸取操作任务二、吸取速率方程及吸取总系数专业石油化工生产技术班级2011级石油化工生产技术3、4班人数76授课日期周次授课及参照资料1.朱淑艳.化工单元操作.天津大学初版社,2011陆美娟,张浩勤.化工原理.化学工业初版社.2006授课仪器设备背投、课件授课地点逸夫授课楼108教室课时2学习目标知识目标:1.掌握传质三种基本方式2.认识双膜理论模型及意义掌握吸取速率方程的表达方法能力目标:1.能够运用双膜理论讲解有关吸取解吸问题;会计算吸取速率方程。素质目标:扎实、认真的学习态度;对所学知识进行应用的能力;优异的团队合作与创新意识。。授课要点1.传质三种基本方式双膜理论吸取速率方程授课难点吸取速率方程的不同样表达形式授课难点解决经过多种授课方法并用,举例、分类、讲解让学生深入领悟授课方法以PPT显现、黑板讲解相结合为主,启示、提问、谈论等多种方法相结合。授课组织及时间分配授课组织时间分配(min第一部分:组织授课、清点人数2第二部分:新课导入3第三部分:新课讲解(详尽时间分配在授课详尽实90施过程中注明第四部分:课堂小结3第五部分:部署作业2授课详尽推行过程时间分配及新内容补充第一部分:组织授课、清点人数[组织授课、清点人数]点名、查察学生上课出勤情况[显现“复习提问”,找学生回答以下问题]气液相平衡关系对吸取操作的意义?默写亨利定律的三种变通式?第二部分:新课导入吸取过程近似于传热过程,是溶质从气相转移到液相的传质过程。由于溶质从气相转移到液相是经过扩散进行的,因此传质也称为扩散过程。第三部分:新课讲解[显现课件、介绍学生在本节课需要掌握的知识、能力、涵养目标][板书]一、传质基本方式[表达]分子扩散和涡流扩散的共同作用称为对流扩散。工程上指运动着的流体与相界面之间的传质过程。对流扩散时,扩散物质不但靠分子的热运动,同时依靠湍流流体的携带作用而转移,而且后一种作用是主要的。对流扩散速率比分子扩散速率大得多。对流扩散速率主要决定于流体的湍流程度。想一想能举例说明分子扩散和对流扩散吗?[板书]二、双膜理论[表达]1.双膜理论的要点以下W.K.刘易斯和W.惠特曼在1923年提出的双膜理论,包括以下三个要点。(1吸取过程进行时,气、液两相间存在一个牢固的相界面(自由界面,相界面的两侧分别存在着做层流流动的气膜和液膜,膜外才是气、液相主体。吸取质以分子扩散的方式先后经过气膜和液膜而进入液相。由于两层膜在任何情况下均呈层流,故又称层流膜。两相流体的流动情况仅影响膜的厚度。(2无论气、液主体中吸取质的浓度可否达到平衡,相界面上两相的浓度是互成平衡的。界面上不存在传质阻力。2min3min10min20min(3膜层以外的流体主体中,由于流体的充分湍动,吸取质浓度分布平均,两相主体中没有浓度差,即浓度差全部集中在两个膜层中。传质阻力完好集中在这两个膜层内。因此双膜理论也叫双阻力理论。2.双膜理论表示图3.双膜理论的谈论双膜理论简单、直观,广泛用于传质过程解析。但这种理论将复杂的相际传质过于简单化。随着传质过程的增强和对传质现象的深入研究,发现双膜理论关于两相界面状态和定态分子扩散的假设都与实质情况有显然差别;但总传质阻力之和以及界面上不存在传质阻力的论点,仍被广泛采用,是目前吸取装置设计的主要依照。[板书]三、吸取速率[表达]1.吸取速率方程吸取速率是指单位时间内在单位相际传质面积上传达的溶质的量。用AN表示,单位kmol/(m2·s。用下式表示AAGNA=式中AG——单位时间吸取塔吸取的溶质量,kmol/h;A——吸取塔总的吸取面积,m2;AN——吸取速率,kmol/(m2s·。关于牢固吸取过程,上述三个过程传达的溶质的量是相等的,而且在数值上等于吸取速率。吸取速率是反响吸取快慢的物理量,描述吸取速率与吸取过程推动力、吸取过程阻力间的关系的数学式称为吸取速率方程式。与换热等其他传达过程同样,吸取过程的速率关系也可用“过程速率=过程推动力/过程阻力”的形式表示,或表示为“过程速率=系数×推动力”的形式。由于吸取的推动力能够用各样不同样形式的浓度差来表示,因此吸取速率方程式也有多种形式。这里主要谈论以摩尔比表示的浓度的吸取速率方程式。气膜吸取速率方程为(AYAiNkYY=-液膜吸取速率方程为(AXiANkXX=-气相或液相的吸取总速率方程式为(*AYAANKYY=-(*AXAANKXX=-2.吸取总系数50min膜速率方程式中的推动力为主体浓度与界面浓度之差,如(AiYY-和(iAXX-等,而吸取总速率方程式中的推动力为气、液两相主体浓度之差,如(*AAYY-、(*AAXX-等。以上各式若是写成推动力除以阻力的形式,经推导可得吸取的总阻力表达式为11YYXmKkk=+或111XYXKmkk=+这表示,吸取过程的总阻力也等于各分过程阻力的叠加,与传热过程颇相似。查一查由于浓度有好多表示方法,因此吸取速率方程有好多形式,再能举出几种吗?有什么规律?3.影响吸取速率的因素从吸取速率方程式能够看出,增加吸取系数、吸取推动力即吸取面积,均会致使吸取速率增加。(1吸取系数的影响溶解度很大的情况对溶解度很大的易溶气体,相平衡常数m很小,平衡线较平坦。当Xk、Yk数量级周边时,1YXmkk,Xmk项很小,可忽略不计,则YYKk。≈表示此过程液膜阻力很小,吸取总阻力集中在气膜内,吸取过程总阻力≈气膜阻力。这种气膜阻力占总阻力主要部分的吸取过程称为气膜控制,如,水吸取氨、水吸取氯化氢等。溶解度很小的情况对溶解度很小的难溶气体,相平衡常数m很大,平衡线较陡。当Xk、Yk数量级周边时,11XYkmk,1Ymk项很小,可忽略不计,则为XXKk≈,表示此过程气膜阻力很小,吸取总阻力集中在液膜内,吸取过程总阻力≈液膜阻力。这种液膜占总阻力主要部分的吸取过程称液膜控制,如水吸取氧。溶解度适中的情况对溶解度适中的中等溶解度气体,气膜阻力和液膜阻力均不能忽略不计,此过程吸取总阻力集中在双膜内,吸取过程总阻力等于气膜阻力和液膜阻力之和。这种双膜阻力控制的吸取过程速率称双膜控制,如水吸取二氧化硫。(2吸取推动力的影响能够经过两种路子增大吸取推动力,即提高吸取质在气相中的分压,或降低与液相平衡的气相中吸取质的分压。但是提高吸取质在气相中的分压常与吸取的目的不符,因此应采用降低与液相平衡的气相中吸取质的分压的措施,即选择溶解度大的吸收剂,降低吸取温度,提高系统压力都能增大吸取的推动力。(3气液接触面积的影响在其他条件同样的情况下,增大气液接触面积有利于吸取速率的提高,因此,增大气体或液体的分别度、采用比表面积大的高效填料等均为生产中较为常有的增强吸取的方法。[例题]在110kPa压力下,用清水吸取空气中的氨。在吸取塔的某截面上气液两相组成为0.0309Y=、0.0182X=(以上均为摩尔比,气膜吸取分系数(425.5.10/Ykkmolms-=??,液膜吸取分系数(328.4810/Xkkmolms-=??。操作条件下平衡关系吻合亨利定律,亨利系数76.1E=kPa。试判断过程控制种类,提出增强该过程方法并计算此截面处吸取速率。解由表5-4知,水吸取氨为气膜控制过程。考据以下。相平衡常数Emp===气相吸取总阻力YYXmKkk--=+=+=?+=???其中,气膜阻力占总阻力的比率为2318.210100%94.8%1.9210=?由计算知气膜阻力占总阻力的绝大部分,该过程为气膜控制。针对气膜控制,降低气膜阻力是有效路子。可合适增大气相流速,以减少气膜层厚度,达到增强吸取过程的目的。气相吸取总系数(425.2110/YKkmolms-=??与液相浓度X成平衡的气相浓度*0.6920.01820.0126YmX==?=该截面吸取速率为(((第四部分课后小结由于影响因素之间还存在互相限制、互相影响,因此对详尽问题要作综合解析,选10min3min择合适条件。比方,降低温度能够增大推动力,但低温又会影响分子扩散速率,增大吸收阻力。又如,将吸取剂喷洒成小液滴可增大气、液接触面积,但液滴小,气液相对运动速度小,气膜和液膜厚度增大,也会增大吸取阻力。其他,在采用增强吸取措施时,应综合考虑技术上的可行性及经济上的合理性。第五部散部署作业2min部署作业p53习题5-7,5-8预习下次课内容。授课反思教研室主任签字累计课时酒泉职业技术学院《化工单元操作》学习领域授课设计课题学习情境五、吸取操作任务三吸取的物料衡算专业石油化工生产技术班级2011级石油化工生产技术3、4班人数76授课日期周次授课及参照资料1.朱淑艳.化工单元操作.天津大学初版社,2011陆美娟,张浩勤.化工原理.化学工业初版社.2006授课仪器设备背投、课件授课地点逸夫授课楼108教室课时2学习目标知识目标:1.掌握全塔物料衡算式掌握吸取操作线方程掌握吸取剂用量的计算方法能力目标:1.会全塔物料衡算;会进行吸取剂用量的计算。素质目标:扎实、认真的学习态度;对所学知识进行应用的能力;优异的团队合作与创新意识。。授课要点1.全塔物料衡算吸取操作线吸取剂用量的计算授课难点吸取剂用量的计算授课难点解决经过多种授课方法并用,举例、分类、讲解让学生深入领悟授课方法以PPT显现、黑板讲解相结合为主,启示、提问、谈论等多种方法相结合。授课组织及时间分配授课组织时间分配(min第一部分:组织授课、清点人数2第二部分:新课导入3第三部分:新课讲解(详尽时间分配在授课详尽实90施过程中注明第四部分:课堂小结3第五部分:部署作业2授课详尽推行过程时间分配及新内容补充第一部分:组织授课、清点人数[组织授课、清点人数]点名、查察学生上课出勤情况[显现“复习提问”,找学生回答以下问题]双膜理论的意义?吸取总系数与膜阻力的关系?第二部分:新课导入吸取过程既能够用填料塔也可用板式塔。在塔内气液两相可作逆流也可作并流流动。在两相出入口组成同样的情况下,逆流的平均推动力大于并流。逆流时下降至塔底的液体与方才进塔的混杂气体接触,有利于提高出塔液体的组成,能够减少吸取剂的用量;上升至塔顶的气体与方才进塔的新鲜吸取剂接触,有利于降低出塔气体的含量,可提高溶质的吸取率。因此,逆流操作在工业生产中较为常有。气液两相在塔内的组成变化则需要经过物料衡算来解析,这里以连续接触的逆流填料塔为主谈论吸取过程的物料衡算,同时确定出塔溶液浓度和吸取剂用量及塔截面传质推动力的变化情况。第三部分:新课讲解[显现课件、介绍学生在本节课需要掌握的知识、能力、涵养目标][板书]一、全塔物料衡算[表达]图中各个符号的意义以下:V——单位时间经过吸取塔的惰性气体量,kmol(B/s;L——单位时间经过吸取塔的吸取剂量,kmol(S/s;Y1、Y2——分别为进塔和出塔气体中溶质组分摩尔比,kmol(A/kmol(B;X1、X2——分别为出塔和进塔液体中溶质组分的摩尔比,kmol(A/kmol(S。若无物料损失,对单位时间内进、出吸取塔物料的吸取质作物料衡算,可得式2min3min12min1221VYLXVYLX+=+或((1212VYYLXX-=-一般情况下,进塔混杂气的组成与流量是由吸取任务规定了的,若是所用吸取剂的组成与流量已经确定,则V、1Y、L及2X皆为已知数,再依照规定的吸取率,就可以得知气体出塔时应有的浓度2Y。即(211YYη=-即(121221111VYYYYYVYYYη--===-这样即可依已知V、L、2X、1Y、2Y之值而由全塔物料衡算式而求得塔底排出的溶液组成1X。于是在吸取塔底部与顶部两个端面上的气、液组成就都称为已知数。在已知V

、L、2X、1X和1Y的情况下而求算吸取塔的吸取率

η可否达到了规定的指标。

想一想物料衡算式中用气体或液体总摩尔流量能够吗

?[板书]二、吸取操作线[表达]1.逆流吸取操作线操作线与平衡线在塔内任取m--m截面与塔底进行物料衡算,得11LLYXYXVV??=+-在塔内任取m--m截面与塔顶进行物料衡算,得22LLYXYXVV??=+-上两式称为逆流吸取操作线方程式,它表示塔内任一截面上的气相组成与液相组成之间的实质接触情况,其函数关系为直线关系,直线斜率为/LV,且直线经过B(1X,1YA(2X,2Y两点。直线AB即为操作线。操作线上的任意一点,代表吸取塔内某一截面上的气、液相组成Y及X。端点B代表塔底情况,端点A代表塔顶情况。40min想一想能求出并流吸取的操作线方程吗?2.并流吸取操作线填料塔内气液两相并流流动时,,气液进、出塔的组成符号同逆流吸取,若无物料损失,对单位时间内进、出吸取塔物料的吸取质作物料衡算,可得1221VYLXVYLX+=+在塔内任取m-m截面与塔底进行物料衡算,得21LLYXYXVV??=-???在塔内任取m-m截面与塔顶进行物料衡算,得12LLYXYXVV=-???上两式称为并流吸取操作线方程式,它表示塔内任一截面上的气相组成与液相组成之间的实质接触情况,其函数关系也为直线关系,并流吸取操作线如图CD线所示,直线斜率为LV-,必过塔底组成点D(1X,2Y、塔内任一组成点M(X,Y、塔顶组成点C(2X,1Y。3.并、逆流的比较(1尾气浓度*并2,*逆2,YY<错误!未找到引用源。,即错误!未找到引用源。。(2溶液出口浓度错误!未找到引用源。。(3推动力AB为逆流吸取操作线,CD为并流吸取操作线。逆流吸取时,各截面上传质推动力比较平均;并流吸取时塔顶端截面推动力很大,塔底端截面推动力很小。(4吸取面积完成同样的吸取任务,由于逆流吸取推动力大于并流,则逆流所需吸收面积小于并流。(5吸取剂用量依照物料衡算,若办理襟怀及气相进塔浓度完好同样,则两种操作吸取剂用量相等。(6经过能力4.关于操作线的几点谈论(1吸取操作线由物料衡算导出,与气液比和塔一端的气液相组成有关。与系统的相平衡关系、吸取速率、操作温度、操作压力、相际接触情况、吸取塔的形式等均没关。(2当操作线总是位于平衡线的上方时,传质推动力恒大于0,为吸取过程。(3当操作线的端点落到平衡线上时,推动力为0,达到传质过程的极限,吸取不能够连续进行。操作线不能够超越平衡线。(4当操作线位于平衡线下方时,为解吸过程。(5选择对吸取质溶解度大且选择性好的吸取剂,提高操作压力、降低吸取剂的温度、改物理吸取为化学吸取等都将使平衡线下移,从而增大吸取推动力,提高吸取速率。[板书]三、吸取剂用量[表达]1.液气比操作线斜率/LV称为液气比,它是吸取剂与惰性气体摩尔流量之比,反响了办理单位惰性气体所需的吸取剂量。1212YYLVXX-=2.最小液气比关于必然的分别任务与分别要求,2X、1Y、2Y、L均恒定,平衡关系(*YfX=也必然,吸取塔操作线的一个端点A(2X,2Y固定,另一个端点B(1X,1Y随液气比的变化在1YY=上搬动。吸取塔的最小液气比若减小吸取剂的用量,液气比减小,操作线向平衡线凑近,传质推动力必然减小,所需设备尺寸增大,设备花销增大。当吸取剂用量减小到使操作线的一个端点与平衡线订交[图(a中AD线]或在某点相切[图(b中AD线],在交点(或切点处相遇的气液两相组成已达相平衡状态,这是理论上吸取液能达到的最大浓度。此时传质过程推动力为零,要达到这一浓度需要无量大的吸取面积,因此,在实质生产中无法完成任务,这是吸取操作的极限情况。此时吸取剂的用量称为最小吸取剂用量,用minL表示,相应的液气比称为最小液气比,用(min/LV表示。关于必然的吸取任务,吸取剂用量存在一个最低极限,若((min//LVLV便≤,不能够达到设计规定的分别要求。(1一般情况下,平衡线如图(a所示,则由图读出与1Y相平衡的*1X的数值后,23min用下式计算最小液气比12*min12YYLVXX-??=?-??(2若是平衡线呈图(b所示的形状,则应读出D点的横坐标1,maxX的数值,然后按下式计算:12min1,max2YYLVXX-??=?-??(3若平衡线为直线并可表示为*YmX=时,可写为121min2YYLYVXm-??=???-想一想操作液气比方果小于吸取剂最小用量对吸取过程会有什么影响?3.吸取剂用量在工业生产中,吸取剂用量或液气比的选择、调治、控制主要从以下几方面考虑。(1为了完成指定的分别任务,液气比不能够低于最小液气比。(2为了保证填料层的充分润湿,喷淋密度(单位时间内,单位塔截面上所接受的吸收剂量不能够太小。(3当操作条件发生变化时,为达到预期的吸取目的,应及时调整液气比。(4合适的液气比应使设备折旧费及操作花销之和最小。依照生产实践经验,一般情况下取合适的液气比为最小液气比的1.1~2.0倍,即((min/1.12.0/LVLV=[例题]【例5-7】在填料吸取塔中用水冲洗某混杂气,以除去其中的SO2。已知混杂气中含SO2为0.09(摩尔分率,进入吸取塔的惰性气体量为37.8kmol/h,要求SO2的吸取率为90%,作为吸取剂的水不含SO2,取实质吸取剂用量为最小用量的1.2倍,操作条件下*10.032X=,试计算每小时吸取剂的用量,并求出溶液出口浓度。解气体入口组成((111/10.09/10.090.099Yyy=-=-=气体出口组成((2110.099190%0.0099YY-η=?-=吸取剂入口组成20X=惰性气体摩尔流量37.8/Vkmolh=最小吸取剂用量12*min120.0990.00992.780.0320YYLVXX--??===?--??则5min10min实质吸取剂用量为2272kg/h溶液出口浓度可由全塔物料衡算求得((1212VYYLXX-=-即((VYYXXL-?-=+=+=溶液出口