化工原理第五章(吸收塔的计算)讲课讲稿
化工原理吸收塔的计算
（1）传质单元数（以NOG为例）
•定义：N OG
N OG
Y1
dY Y Y
*
Y2
气相总传质单元数
气相组成变化 平均传质推动力
Y1
dY Y Y
*
Y1 Y2 (Y Y ) m
*
Y2
• 传质单元数的意义： 反映了取得一定吸收效果的难易程度。
第四节
吸收塔的计算
吸收塔的计算内容：
• 设计型：流向、流程、吸收剂用量、吸收剂
浓度、塔高、塔径。
• 操作型：核算、操作条件与吸收结果的关系。
• 计算依据：物料恒算、相平衡、吸收速率方程。
一、物料衡算与操作线方程
虚框范围内，对溶质作物料衡算：
LX GY2 LX 2 GY L G Y Y Y2 X X2 L G X (Y2 L G
* mG Y1 Y2 mG ln 1 * mG L Y2 Y2 L 1 L
S
mG L
—解吸因数（脱吸因数）
影响NOG的因素：
L、G、m、X2、Y1、Y2
(1) L、G、m
L , G , m m不变, L G 推动力Ym N OG m 平衡线斜率 远离操作线 推动力Ym N OG L mG N OG
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 K ya
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，
化工原理第五章吸收题说课讲解
化⼯原理第五章吸收题说课讲解化⼯原理第五章吸收题六吸收浓度换算2.1甲醇15%(质量)的⽔溶液, 其密度为970Kg/m3, 试计算该溶液中甲醇的:(1)摩尔分率; (2)摩尔⽐; (3)质量⽐; (4)质量浓度; (5)摩尔浓度。
分⼦扩散2.2 估算1atm及293K下氯化氢⽓体(HCl)在(1)空⽓,(2)⽔(极稀盐酸)中的扩散系数。
2.3⼀⼩管充以丙酮,液⾯距管⼝1.1cm,20℃空⽓以⼀定速度吹过管⼝,经5 ⼩时后液⾯下降到离管⼝2.05cm,⼤⽓压为750[mmHg],丙酮的蒸汽压为180[mmHg] , 丙酮液密度为7900[kg/m3],计算丙酮蒸汽在空⽓中的扩散系数。
2.4 浅盘内盛⽔。
⽔深5mm,在1atm⼜298K下靠分⼦扩散逐渐蒸发到⼤⽓中。
假定传质阻⼒相当于3mm厚的静⽌⽓层,⽓层外的⽔蒸压可忽略,求蒸发完所需的时间。
2.5 ⼀填料塔在常压和295K下操作，⽤⽔除去含氨混合⽓体中的氨。
在塔内某处，氨在⽓相中的组成y a=5%(摩尔百分率)。
液相氨的平衡分压P=660Pa,物质通量N A= 10 - 4[kmol/m2·S],⽓相扩散系数D G=0.24[cm2/s],求⽓膜的当量厚度。
相平衡与亨利定律2.6 温度为10℃的常压空⽓与⽔接触，氧在空⽓中的体积百分率为21%，求达到平衡时氧在⽔中的最⼤浓度, （以[g/m3]、摩尔分率表⽰）及溶解度系数。
以[g/m3·atm]及[kmol/m3·Pa]表⽰。
2.7 当系统服从亨利定律时，对同⼀温度和液相浓度，如果总压增⼤⼀倍则与之平衡的⽓相浓度(或分压) (A)Y增⼤⼀倍; (B)P增⼤⼀倍;(C)Y减⼩⼀倍; (D)P减⼩⼀倍。
2.8 25℃及1atm下,含CO220%,空⽓80%(体积%)的⽓体1m3，与1m3的清⽔在容积2m3的密闭容器中接触进⾏传质,试问⽓液达到平衡后,(1)CO2在⽔中的最终浓度及剩余⽓体的总压为多少?(2)刚开始接触时的总传质推动⼒ΔP,Δx各为多少？⽓液达到平衡时的总传质推动⼒⼜为多少？仅供学习与交流，如有侵权请联系⽹站删除谢谢1362.9 在填料塔中⽤清⽔吸收⽓体中所含的丙酮蒸⽓,操作温度20℃,压⼒1atm。
化工原理第五章第三节讲稿教程
y f ＜y1＜y2
2018/11/4
3、精馏是多次部分汽化与多次部分冷凝的联合操作
•精馏塔由若干块塔板构成，每块塔板均为理论板，其上温
度为泡点 ；
•人为地安排 x1
x2 ...... xn 1 xn xn 1 ....tn 1 tn tn 1 ...
1.4.1、精馏原理
1、液体混合物经过多次部份汽化后可变为高纯度 的难挥发组分
2018/11/4
t2
t1
tf
x2
y2 x1 y1
x2
x1
xf
x f ＞x1＞x2
2018/11/4
2、汽体混和物经过多次部分泠凝后可变为高纯
度的易挥发组分
2018/11/4
tf
t2
t1
x1
y1 x2
y2
y f y1 y2
回流的 作用:提板上汽液接触的条件
精馏塔
{
精馏段:精制轻组分 提馏段:提浓重组分
间歇精馏:只有精馏段,没有提馏段
2018/11/4
1、流程
冷凝器
精 馏 塔
再沸器
2018/11/4
xF 0.4 F
xD 0.98
xW 0.02
2018/11/4
精馏段
进料板
提馏段 1、为什么称精馏？
2、为什么称提馏？
2018/11/4
L
D
RL D
再沸器 1、为什么要回流？ 2、为什么要再沸？
2018/11/4
¤
回流
{
顶回流 底回流
理论板：若汽液两相在板面上进行充分有效的接触， 离开该板的汽液两相达到互成平衡状态时。 汽液两相的提供：顶回流提供下流液体，塔釜再沸器提供上升 气流。 塔板的作用: 提供汽液二相接触的场所. 二相接触的场所:塔板、填料等。
吸收第五节讲稿
y1 y 2e 1 ln[(1 A) A] 1 A y1 y1e
2013-8-21
2013-8-21
讨论：
横坐标 y1 mx2 值的大小，反映了溶质吸收率的高低
y2 mx2
在气液进出口浓度一定的情况下，吸收率愈高，y2愈小， 横坐标的数值愈大，对应于同一S值的NOG愈大。 S反映吸收推动力的大小 在气液进出口浓度及溶质吸收率已知的条件下，若增大S
或L min
34.5 0.763 0.99 26.1kmol / h
3）每小时用水量
L 2Lmin 2 26.1 52.2kmol / h 939.6kg / h
2013-8-21
三 填料层高度计算
a: 填料的有效比表面积，m2/m3; A: 塔截面积。
1 基本计算式
N OG
y1 y2
y1 y2 y1 d(y ) y1 y2 y1 dy y2 y y1 y2 ln y2 y ye y1 y2
令
y1 y2 ym y1 ln y2
——气相对数平均推动力
则
N OG
y1 y2 ym
2013-8-21
N OG
y1
y2
G x ( y y 2 ) x2 L L 令A : 吸收因数 mG 1 mG :脱吸因数 S A L
S愈大，脱吸愈易进行。
2013-8-21
积分可得 N 1 ln[(1 1 ) y1 mx 2 b 1 ] OG
1 1 A A y 2 mx 2 b A
1
1 1 A y y 2e 1 ln[(1 S) 1 S] 1 S y 2 y 2e
化工原理第五章第四节
dY KY a Z Y2 Y Y * G 0 dZ
Y1
2013-1-7
K X a Z dX 0 dZ * L X X
低浓度气体吸收时填料层的基本关系式为
G Y1 dY Z kY a Y2 Y Yi
Y1 dY G Z Y2 Y Y * KY a
Y2
X2
L L Y X (Y2 X 2 ) G G
Y
X
Y1
X1
2013-1-7
2、吸收塔的操作线方程式与操作线
在O—O’截面与塔顶截面之间 作组分A的衡算
GY LX 2 GY2 LX
L L Y X (Y2 X 2 ) G G
——逆流吸收塔操作线方程
表明 ： 塔内任一截面的气相浓度Y与液相浓度X之间成直线 关系，直线的斜率为L/G。
——直线函数
Y1 Y2 dY d (Y ) Y1 Y2
Y1 Y1 Y1 , Y2 Y2 Y2
*
2013-1-7
*
N OG
Y1 Y2
dY Y1 Y2 * Y Y
Y1 Y2 Y1 Y2 d (Y ) Y
Y1 Y2 Y1 dY Y2 Y1 Y2 Y
Y1 Y2 Y1 ln Y1 Y2 Y2
N OG Y1 Y2 Y1 Y2 Y1 ln Y2
Y1 Y2 Ym
2013-1-7
Y1 Y2 其中： Ym Y1 ln Y2
(Y1 Y1* ) (Y2 Y2 * ) ln
* Y1 Y1 * Y2 Y2
N OG
dY Y Y*
——气相总传质单元数
Z H OG NOG
化工原理第三版第五章吸收精品PPT课件
3）E的来源：实验测得；查手册
15
（二）亨利定律其它形式
1）pA*
cA H
H——溶解度系数， kmol/（m3·kPa）
cA——摩尔浓度，kmol/m3；
H与E的关系：
p
* A
cA H
c c
c H
x
E c H
16
c
S
M L M S (1 x) M A x M S
（一）亨利定律
总压不高时，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
14
p
* A
——溶质在气相中的平衡分压，kPa；
x——溶质在液相中的摩尔分数；
E——亨利常数，单位同压强单位。
讨论： 1）E的影响因素：溶质、溶剂、T
物系一定，T E 2）E大的，溶解度小，难溶气体
D'c kL zLcBm
液相传质速率方程有以下几种形式：
N A kL (cAi cAL ) NA kx (xi x)
45
kL——以液相组成摩尔浓度表示推动力的液膜 传质系数，kmol/（m2·s·kmol/m3）；
k x——以液相组成摩尔分率表示推动力的液膜 传质系数，kmol/（m2·s）；
（1）分离混合气体以获得一定的组分。
（2）除去有害组分以净化或精制气体。 （3）制备某种气体的溶液。 （4）工业废气的治理。 吸收的依据 混合物各组分在某种溶剂中溶解度的差异。
3
二、吸收过程与设备
4
脱苯煤气 含苯煤气
冷却器 加热器
洗油 吸收与解吸流程
苯 水 过热蒸汽
5
化工原理第四版课件(第五章吸收)
第五章：吸收 概述气液相平衡吸收过程的传质速率吸收塔的计算填料塔第一节：概述一、吸收吸收的定义：吸收是利用气态均相混合物中各组分在吸收剂中溶解度的差异来实现分离的单元操作。
吸收的目的：I.回收或捕获气体混合物中的有用物质，以制取产品II.除去工艺气体中的有害成分，使气体净化，以便进一步加工处理III.除去工业放空尾气中的有害气体，以免环境污染。
二、工业吸收了解工业生产中吸收及解吸过程、所需条件和典型设备例子工业上从合成氨原料混合气体中回收CO2乙醇胺脱硫法•需要解决的问题1.选择合适的溶剂2.提供适当的传质设备3.溶剂的再生三、溶剂的选择1.对溶质较大的溶解度；2.良好的选择性；3.温度变化的敏感性；4.蒸汽压要低；5.良好的化学稳定性；6.较低的黏度且不易生泡；7.廉价、无毒、易得、不易燃烧等经济和安全条件。
四、吸收的分类按有无化学反应：物理吸收和化学吸收按溶质气体的浓度：低浓度和高浓度吸收按溶质气体组分的数目：单组分和多组分吸收按有无热效应：等温和非等温吸收本章只讨论低浓度、单组分、等温的物理吸收过程。
五、吸收操作的经济性（费用）气液两相流经设备的能量损耗；溶剂的挥发及变质损失；溶剂的再生费用。
√六、吸收设备第二节：气液相平衡一、平衡溶解度恒温、恒压下，相互接触的气液两相的浓度不变时，气液两相之间的浓度关系。
气液两相组成的浓度分别用物质的摩尔分数来表示，即y= n i /Σn y 、x= n i /Σn x：气液两相中惰性组分的量不变,溶质与惰性组分摩尔比。
yy Y −=1xx X −=11.气体的溶解度气体在溶液中的溶解平衡是一个动态平衡，该平衡的存在是有条件的；平衡时气相中溶质的分压——平衡分压（或饱和分压），液相中溶质的浓度——平衡浓度（或饱和浓度），也即是气体在溶液中的溶解度；气体的溶解度是一定条件下吸收进行的极限程度；温度和压力对吸收操作有重要的影响；加压和降温对吸收有利；升温和降压对解吸有利。
吸收操作技术—吸收计算(化工原理课件)
L, X
进塔气体中溶质组分摩尔比，kmol（A）
混合气 V, Y1
出塔液体中溶质组分的摩尔比，kmol（A）
吸收液 L, X1
吸收剂 L, X2
➢ 在无物料损失时，单位时间进塔物料
中溶质A的量等于出塔物料中A的量
➢ 即，气相中溶质A减少的量等于液相
中溶质A增加的量
➢即
VY1 LX 2 VY2 LX1
或
V (Y1 Y2 ) L( X1 X 2 )
尾气 V, Y2 m
V, Y n
L, X
混合气 V, Y1
吸收液 L, X1
吸收剂 L, X2
一般工程上，吸收效果的好坏用吸收率来
表示。
吸收率：
VY1 VY2 VY1
Y1 Y2 Y1
1 Y2 Y1
在吸收操作中进塔混合气的组成Y1和惰性气 体流量V是由吸收任务给定的。吸收剂初始
整理得
Y
L V
X
Y2
L V
X2
V，Y1 L，X1
单位时间通过吸收塔的吸收剂量
Y和X分别是通过该截面的气相和液相中溶质的摩尔比
单位时间通过吸收塔的惰性气体量
V，Y2
对划定的区域写溶质组分的物料衡 算式。得
VY1 LX VY LX1
整理得
Y
L V
X
Y1
L V
X
1
V，Y1 L，X1
单位时间通过吸收塔的吸收剂量
塔顶液相和气相的组成（X2，Y2）
塔顶浓度是全塔最低的，因此
Y2
塔顶是逆流吸收塔的低浓端
Y*
用气相摩尔比Y表示的相际总推动力
o
Y*=f(X) B
A X*-X
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（2）减少吸收剂用量对吸收操作的影响 【设备费用增加】减少吸收剂用量，操作线的斜率 变小，操作线往下压。在此情况下，操作线靠近平 衡线，吸收的推动力减小，若欲达到一定吸收效果 ，则所需的塔高将增大，设备费用会增加。 【操作费用降低 】随着吸收剂用量的减少，吸收后 所获得的吸收液浓度会增大，降低了解吸工段的难 度；同时吸收剂消耗量也会较少，输送及吸收剂再 生等操作费用减少。
通过塔顶A（X2，Y2）及塔底B（X1， Y1），其斜率 为L/G。 【定义】L/G 称为吸收操作的液气比。
2020/5/30
L
L
Y
YGX(Y1GX1)
Y=f(X)
Y1
塔底
G , Y2 L, X2
Y Y2
塔顶
m
斜率＝L/G
G, Y
n
L, X
G ， Y1 L, X1
0
X2
X
X1
X
吸收操作线
2020/5/30
2020/5/30
一、物料衡算和操作线方程
1、物料衡算 G——单位时间通过任一塔截
G, Y2 L, X2
面惰性气体的量，kmol/s； L——单位时间通过任一塔截 m
G, Y
n
面的纯吸收剂的量，kmol/s；
L, X
Y——任一截面上混合气体中
溶质的摩尔比，
X——任一截面上吸收剂中溶
G， Y1
L, X1
总费用
操作费
设备费
L适宜=（1.1~2.0）Lmin
L适宜
L
4、最小液气比的确定 （1）图解法 【方法一】（1）在 X-Y图上分别画出平 衡线与操作线； （2）根据交点坐标 值计算：
L Gm
in
Y1 X1*
Y2 X2
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操作线
平衡线
斜率＝（L/G）min
【方法二】操作线与平衡线相切，则：
质的摩尔比。
物料衡算示意图
逆流吸收操作线推导示意图
2020/5/30
【假设】溶剂不挥发，惰性气体不溶于溶剂（即操作
过程中L、G为常数）。以单位时间为基准，在全塔
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
范围内，对溶质A作物料衡算得： G, Y2
L, X2
G1 Y L2X G2 YL1X
（进入量＝引出量）
或 G (Y 1 Y 2 ) L (X 1 X 2 )
2、操作液气比对吸收操作的影响 （1）增大吸收剂用量对吸收操作的影响 【设备费用降低 】增大吸收剂用量，操作线的斜率 变大，操作线往上抬。在此情况下，操作线远离平 衡线，吸收的推动力增大，若欲达到一定吸收效果 ，则所需的塔高将减小，设备费用会减少。 【操作费用增加 】吸收剂用量增加到一定程度后， 塔高减小的幅度就不显著，而吸收剂消耗量却过大 ，造成输送及吸收剂再生等操作费用剧增。
第五章
吸收
第四节 吸收塔的计算
一、物料衡算与操作线方程 二、吸收剂用量的确定 三、填料层高度的计算
2020/5/30
【吸收塔的计算内容 】 1、设计型计算 （1）吸收塔的塔径； （2）吸收塔的塔高等。 2、操作型计算 （1）吸收剂的用量； （2）吸收液的浓度； （3）在物系、塔设备一定的情况下，对指定的生产 任务，核算塔设备是否合用。
算，则得到：
G1 YLX G Y L1X
或
L
L
YGX(Y1GX1)
G, Y2 L, X2
G, Y
m
n
L, X
【吸收操作线方程式的作用】 表明了塔内任一截面上气相组 成Y与液相组成X之间的关系。
G， Y1 L,X1 逆流吸收操作线推导示意图
2020/5/30
【逆流吸收操作线方程的有关讨论的特点】
YG LX(Y1G LX1) （1）当定态连续吸收时，若L、G一定，Y1、X1恒定 ，则该吸收操作线在X～Y直角坐标图上为一直线，
2020/5/30
3、吸收剂用量的确定 【确定原则】应选择适宜的液气比，使设备费和操 作费之和最小。 【确定方法】根据生产实践经验，通常吸收剂用量 为最小用量的1.1～2.0倍，即：
L适宜=（1.1～2.0）Lmin
或 L （ 1.1~2.0） L
G适宜
Gmin
2020/5/30
费 用
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（1）过点（X2，Y2）
作平衡线的切线；
Y1
（2）水平线Y＝Y1与切
线相交于点（X1,max，
Y1），则可按下式计
算最小液气比：
Y2
L Y1Y2
X2
Gmin X1,maxX2
2020/5/30
Y* f (X)
X 1 X 1,max
（2）吸收操作线仅与液气比、塔底及塔顶溶质组成
有关，与系统的平衡关系、塔型及操作条件T、p无
关。 （3）吸收操作时，Y > Y*或X* > X，故吸收操作线在 平衡线Y*＝f(X)的上方，操作线离平衡线愈远吸收的 推动力愈大； （4）对于解吸操作，Y<Y*或X*<X，故解吸操作线在 平衡线的下方。
F A N A A K YA (Y Y * )
式中 FA——单位时间溶质的吸收量，mol/s； A——气液相接触面积，m2。
2020/5/30
【特点】操作线与平衡线相交或相切。 【问题】如果进一步减小液气比，将会出现什么状 况？
Y1－Y1*=0
2020/5/30
Y1*
Y－Y*=0
最小液气比下的操作线
2020/5/30
Y Y1 Y Y2 Y*
0
2020/5/30
NAKY(YY*) NAKX(X*X)
Y=f(X)
吸收推动力 X*－X
吸收推动力 Y－Y*
X2
X
X1
X*
X
吸收推动力
二、吸收剂用量与最小液气比
1、最小液气比 【定义】对于一定的分离任务、操作条件和吸收物 系，当塔内某截面吸收推动力为零时（气液两相平 衡Y－Y*＝0），达到分离要求所需塔高为无穷大时 的液气比称为最小液气比，以（L/G）min表示。
——全塔的物料衡算式
2020/5/30
G, Y 1
L, X1
物料衡算示意图
【有关计算】
【吸收液的浓度】
G X1X2L(Y1Y2)
【溶质的回收率】
G, Y2
L, X2
【定义】
被吸收的溶质量
进塔气体中的溶质量
【计算公式】 G(Y1Y2)Y1Y2
G1Y
Y1
Y2Y1(1)
G, Y 1
L, X1
——塔底、塔顶组成与回收率物之料间衡 算的示关意系图
2020/5/30
2、吸收操作线方程与操作线 逆流吸收塔内任取mn截面，在
截面mn与塔顶间对溶质A进行物 料衡算：
G, Y2 L, X2
G, Y
m
n
GY+LX2=GY2+LX
L, X
或 YG LX(Y2G LX2)
G， Y1 L,X1 逆流吸收操作线推导示意图
2020/5/30
若在塔底与塔内任一截面mn间对溶质A作物料衡