1、酒泉職業(yè)技術學院化工單元操作學習領域教案課題學習情境五、吸收操作 概述專業(yè)石油化工生產技術班 級2011級石油化工生產技術3、4班人數76授課日期周次教學及參考資料1. 朱淑艷.化工單元操作. 天津大學出版社，20112. 陸美娟，張浩勤.化工原理.化學工業(yè)出版社.2006教學儀器設備背投、課件教學地點逸夫教學樓108教室課時2學習目標知識目標：1. 了解氣體吸收的概念；2. 了解吸收在工業(yè)中的應用有哪些；3. 掌握吸收劑的選用原則和方法。能力目標：1. 能夠對吸收過程有較深的理解；2. 會根據化工工藝生產需要，選用吸收劑。素質目標：1. 踏實、認真的學習態(tài)度；2. 對所學知識進行應用的能力；

2、3. 良好的團隊合作與創(chuàng)新意識。教學重點1. 吸收的分類2. 吸收劑的選擇教學難點綜合考慮各個因素選用一種吸收劑教學難點解決通過多種教學方法并用，舉例讓學生深入體會教學方法以PPT展示、黑板講授相結合為主，啟發(fā)、提問、討論等多種方法相結合。教學組織及時間分配教學組織時間分配（min）第一部分：組織教學、清點人數2第二部分：新課導入3第三部分：新課講授（具體時間分配在教學具體實施過程中注明）90第四部分：課堂小結3第五部分：布置作業(yè)2教學具體實施過程時間分配及新內容補充第一部分：組織教學、清點人數組織教學、清點人數點名、查看學生上課出勤情況展示“復習提問”，找學生回答問題 1. 試舉例說明上學期

3、學過哪些單元操作，各起什么作用。2. 非均相物系怎樣分離，有哪些單元操作設備？第二部分：新課導入由上面第2問的提問，明確非均相物系的分離主要有沉降法、過濾分離、離心分離等，但是對于均相物系（乙醇與水的混合液、原油、混合油田氣）的分離，可不可以采用上面的機械操作方法。-回答是不滿足，那就需要掌握一種專門分離均相物系的分離方法。第三部分：新課講授展示課件、介紹學生在本節(jié)課需要掌握的知識、能力、素養(yǎng)目標板書 一、氣體吸收過程講述 為了分離混合氣體中的各組分，通常將混合氣體與某種液體相接觸，氣體中的一種或幾種組分便溶解于液體內而形成溶液，不能溶解的組分則保留在氣相中，從而實現了氣體混合物分離的目的。這

4、種利用各組分溶解度不同而分離氣體混合的操作稱為吸收。吸收劑，以S表示；吸收質或溶質，以A表示；惰性組分或載體，以B表示；吸收操作所得到的溶液稱為吸收液（或富液），以A+S表示；被吸收后排出的氣體稱為吸收尾氣，主要成分為惰性氣體B。吸收過程就是吸收質由氣相轉入液相的過程。提問、集體討論 想一想 被吸收后排出的氣體稱為吸收尾氣，其主要成分為惰性氣體B，還有沒有其他組分？ 板書 二、 吸收在工業(yè)上的應用 講述 （一）吸收在工業(yè)中的主要應用1制備液體產品 如用水吸收氯化氫氣體制取鹽酸，用水吸收甲醛蒸汽制福爾馬林溶液，用硫酸吸收SO3制濃硫酸等。提問及討論工業(yè)發(fā)煙硫酸怎樣制備？ 2凈化氣體或精制氣體 如

5、用水脫除合成氨原料氣中的CO2，用丙酮脫除石油裂解氣中的乙炔等，其目的是除去氣體中的有害成分，便于工藝氣體在下一工序中順利進行。集體討論日常見過的凈化氣體或精制氣體舉例？3回收有用物質 工藝尾氣中含有一些有價值的物質，通過吸收可以為這些物質找到新的用途，做到物盡其用。比如用洗油脫除焦爐氣中苯、甲苯等芳烴的操作。在提倡循環(huán)經濟和資源節(jié)約的今天，通過吸收操作回收物質是非常重要的。4保護環(huán)境 在排放到大氣的工藝尾氣中，可能含有對人或其他生物有害的物質，比如硫的化合物、氮的化合物、碳的化合物等。這些物質如果不除，將造成環(huán)境的嚴重污染。通過吸收，可以在排放前除去這些有害物，做到達標排放。如用堿液吸收工業(yè)

6、廢氣中SO2、H2S、NO2、HF等。集體討論日常見過的環(huán)境保護舉例？（二）吸收在工業(yè)中的舉例 流程簡述：合成氨原料氣（含CO230左右）從底部進入吸收塔，塔頂噴入乙醇胺溶液。氣、液逆流接觸傳質，乙醇胺吸收了CO2后從塔底排出，從塔頂排出的氣體中CO2含量可降至0.5以下。將吸收塔底排出的含CO2的乙醇胺溶液用泵送至加熱器，加熱到130左右后從解吸塔頂噴淋下來，與塔底送入的水蒸汽逆流接觸，CO2在高溫、低壓下自溶液中解吸出來。從解吸塔頂排出的氣體經冷卻、冷凝后得到可用的CO2。解吸塔底排出的含少量CO2的乙醇胺溶液經冷卻降溫至50左右，經加壓仍可作為吸收劑送入吸收塔循環(huán)使用。板書三、吸收的分類

7、講述 （1）單組分吸收與多組分吸收 （2）物理吸收與化學吸收 （3）低濃度吸收與高濃度吸收 （4） 等溫吸收與非等溫吸收 （5）常壓吸收與加壓吸收 集體討論各分類之間有什么區(qū)別？板書四、吸收劑的選擇講述 1溶解度 溶質在溶劑中的溶解度要大，即在一定的溫度和濃度下，溶質的平衡分壓要低，這樣可以提高吸收速率并減少吸收劑的耗用量，氣體中溶質的極限殘余濃度亦可降低。當吸收劑與溶質發(fā)生化學反應時，溶解度可大大提高。但要使吸收劑循環(huán)使用，則化學反應必須是可逆的。2選擇性 吸收劑對混合氣體中的溶質組分要有良好的吸收能力，而對其它組分則應不吸收或吸收甚微，否則不能直接實現有效的分離。 3溶解度對操作條件的敏感

8、性 溶質在吸收劑中的溶解度對操作條件（溫度、壓力）要敏感，即隨著操作條件的變化，溶解度要顯著的變化，這樣被吸收的氣體組分容易解吸，吸收劑再生方便。4揮發(fā)度 操作溫度下吸收劑的蒸汽壓要低，基本不易揮發(fā)。一方面是為了減少吸收劑在吸收和再生過程的損失，另一方面也是避免在氣體中引入新的雜質。5粘度 吸收劑應具有較低的粘度，不易產生泡沫，以改善吸收塔內流動的狀況，提高吸收速率，實現吸收塔內良好的氣液接觸和塔頂的氣液分離，降低輸送能耗，減小傳熱、傳質阻力。6化學穩(wěn)定性 吸收劑化學穩(wěn)定性好可避免因吸收過程中條件的變化而引起吸收劑的變質。7吸收劑腐蝕性應盡可能小，以減少設備費和維修費。8其它 所選用的吸收劑應

9、盡可能無毒性、無腐蝕性、不易燃易爆、不發(fā)泡、凝點低、價廉易得等經濟和安全條件。第四部分 課后小結 吸收過程就是吸收質由氣相轉入液相的過程，由于分離對象、吸收任務、操作條件等不同，工業(yè)吸收流程各種各樣，比如有吸收解吸聯合流程、單塔吸收流程、多塔串聯或并聯吸收流程、溶劑部分循環(huán)流程等；正確的選用一種合理的吸收劑是吸收能否良好完成的保證。第五部分 布置作業(yè)1. 布置作業(yè)2. 預習下次課內容2min3min15min3min20min12min20min20min3min2min教學反思教研室主任簽字累計課時酒泉職業(yè)技術學院化工單元操作學習領域教案課題學習情境五、吸收操作 任務一、吸收過程的相平衡關系

10、專業(yè)石油化工生產技術班 級2011級石油化工生產技術3、4班人數76授課日期周次教學及參考資料1. 朱淑艷.化工單元操作. 天津大學出版社，20112. 陸美娟，張浩勤.化工原理.化學工業(yè)出版社.2006教學儀器設備背投、課件教學地點逸夫教學樓108教室課時2學習目標知識目標：1. 了解相組成的表示方法2. 掌握氣體在液體中的溶解度能力目標：1. 熟知相組成；2. 明確吸收解吸的有利操作條件。素質目標：1. 踏實、認真的學習態(tài)度；2. 對所學知識進行應用的能力；3. 良好的團隊合作與創(chuàng)新意識。教學重點1. 相組成的表示方法2. 氣體在液體中的溶解度教學難點相組成的表示方法教學難點解決通過多種教

11、學方法并用，舉例、講解讓學生深入體會教學方法以PPT展示、黑板講授相結合為主，啟發(fā)、提問、討論等多種方法相結合。教學組織及時間分配教學組織時間分配（min）第一部分：組織教學、清點人數2第二部分：新課導入3第三部分：新課講授（具體時間分配在教學具體實施過程中注明）90第四部分：課堂小結3第五部分：布置作業(yè)2教學具體實施過程時間分配及新內容補充第一部分：組織教學、清點人數組織教學、清點人數點名、查看學生上課出勤情況展示“復習提問”，找學生回答問題 1. 物理吸收與化學吸收的區(qū)別？2. 吸收劑的選擇原則有哪些？第二部分：新課導入吸收過程是氣液兩相間的物質傳遞過程，無論分析吸收的原理還是進行吸收的計

12、算，都離不開氣液相平衡關系。最直接的作用就是判定傳質過程能否進行以及進行的方向和限度。第三部分：新課講授展示課件、介紹學生在本節(jié)課需要掌握的知識、能力、素養(yǎng)目標板書 一、相組成的表示方法講述氣液相平衡定義：是指在一定條件下，氣體溶質與液體溶劑充分接觸后，所達到的相對穩(wěn)定的狀態(tài)。（一）質量分率和摩爾分率（或稱質量分數和摩爾分數）1質量分率 質量分率是混合物中某組分的質量與混合物總質量的比值，以w表示。若該混合物的總質量為m kg,而其中所含組分A、B、N的質量分別為mA、mB、mN kg，則各組分的質量分率分別為： , , 2摩爾分率 摩爾分率是指混合物中某組分的千摩爾數與混合物總千摩爾數的比值

13、，以x表示。若該混合物的總千摩爾數為nkg,而其中所含組分A、B、N的千摩爾數分別為nA、nB、nN kg，則各組分的摩爾分率分別為： ， 傳質計算中通常用x表示液相的摩爾分率，用y表示氣相的摩爾分率。對于雙組分混合物，B組分在液相和氣相中的摩爾分率分別為 3質量分率與摩爾分率的換算對于i組分，有 （二）質量濃度和物質的量濃度1質量濃度 質量濃度是指單位體積混合物內所含物質的質量，以表示。若混合物的總體積為V m3,對于i組分，有 2物質的量濃度 物質的量濃度是指單位體積混合物內所含的物質的量（用千摩爾數表示）。以表示。對于i組分，有 3質量濃度與質量分率的關系由定義知，混合物的密度即為各組分

14、質量濃度的總和，即 4物質的量濃度與摩爾分率的關系 顯然 5質量濃度和物質的量濃度的關系 （三）質量比和摩爾比1質量比 質量比是指混合物中某組分的質量與惰性組分的質量之比，以W表示。對于雙組分（A+B）物系，以B為基準，A組分的組成可表示為質量比 2摩爾比 摩爾比是指混合物中某組分的千摩爾數與惰性組分的千摩爾數之比，以X表示。對于雙組分（A+B）物系,以B為基準，A組分的組成可表示為摩爾比 3質量比與質量分率的關系 同樣 4摩爾比與摩爾分率的關系 5質量比與摩爾比的關系 （四）理想氣體混合物中組成的表示方法對于氣體混合物，在壓強不太高、溫度不太低的情況下，可視為理想氣體，則對于組分A有摩爾分數

15、 物質的量濃度 摩爾比 例題 【例5-1】某吸收塔在常壓、25下操作，已知原料混合氣體中含CO229%（體積分數），其余為N2、H2和CO（可看作惰性組分），經吸收后，出塔氣體中CO2的含量為1%（體積分數），試分別計算以摩爾分率、摩爾比和物質的量濃度表示的原料混合氣和出塔氣體中的CO2組成。解 系統可視為由溶質CO2和惰性組分構成的雙組分系統，以下標1、2分別表示入、出塔的氣體狀態(tài)。（1）原料混合氣（入塔氣體）摩爾分率：理想氣體的體積分數等于摩爾分數，所以物質的量濃度：由分壓定律知kPa所以 摩爾比： （2）出塔氣體組成 板書 二、氣體在液體中的溶解度 講述 氨在水中的溶解度 20下SO2在

16、水中的溶解度從上圖觀察可知，加壓和降溫可以提高氣體溶質在溶劑中的溶解度，所以加壓和降溫有利于吸收操作過程，而減壓和升溫則有利于解吸操作過程。 提問、集體討論 想一想為什么低溫高壓有利于吸收、高溫低壓有利于解吸？第四部分 課后小結 氣液相平衡當中，兩相的量及組成均不隨時間的變化而變化，并滿足特定的關系（相平衡關系）。氣液平衡關系是研究氣體吸收過程的基礎，該關系常用氣體在液體中的溶解度、亨利定律、圖表等形式表示。第五部分 布置作業(yè)1. 布置作業(yè) p53習題5-12. 預習下次課內容。2min3min2min14min14min14min8min10min25min3min3min2min教學反思教

17、研室主任簽字累計課時酒泉職業(yè)技術學院化工單元操作學習領域教案課題學習情境五、吸收操作 任務一、吸收過程的相平衡關系專業(yè)石油化工生產技術班 級2011級石油化工生產技術3、4班人數76授課日期周次教學及參考資料1. 朱淑艷.化工單元操作. 天津大學出版社，20112. 陸美娟，張浩勤.化工原理.化學工業(yè)出版社.2006教學儀器設備背投、課件教學地點逸夫教學樓108教室課時2學習目標知識目標：1. 掌握亨利定律的含義 2.掌握亨利定律三種表達方法3. 理解氣液相平衡關系對吸收操作的意義能力目標：1. 能夠對亨利定律三種表達式熟練應用； 2. 會根據氣液相平衡解釋有關吸收操作問題。素質目標：1. 踏

18、實、認真的學習態(tài)度；2. 對所學知識進行應用的能力；3. 良好的團隊合作與創(chuàng)新意識。教學重點1. 亨利定律2. 氣液相平衡關系教學難點氣液相平衡關系對吸收操作的意義教學難點解決通過多種教學方法并用，舉例、講解讓學生深入體會教學方法以PPT展示、黑板講授相結合為主，啟發(fā)、提問、討論等多種方法相結合。教學組織及時間分配教學組織時間分配（min）第一部分：組織教學、清點人數2第二部分：新課導入3第三部分：新課講授（具體時間分配在教學具體實施過程中注明）90第四部分：課堂小結3第五部分：布置作業(yè)2教學具體實施過程時間分配及新內容補充第一部分：組織教學、清點人數組織教學、清點人數點名、查看學生上課出勤情

19、況展示“復習提問”，找學生回答問題 1. 摩爾比與摩爾分率的關系？2. 什么叫氣液相平衡？第二部分：新課導入亨利定律是描述互成平衡的氣、液兩相間組成關系的數學表達式。它適用于溶解度曲線中低濃度的直線部分。由于相組成有多種表示方法，致使亨利定律有多種形式。第三部分：新課講授展示課件、介紹學生在本節(jié)課需要掌握的知識、能力、素養(yǎng)目標板書 三、亨利定律講述 亨利定律是描述互成平衡的氣、液兩相間組成關系的數學表達式。它適用于溶解度曲線中低濃度的直線部分。由于相組成有多種表示方法，致使亨利定律有多種形式。1p-x關系當總壓不高（一般約小于500kPa）時，在一定的溫度下，稀溶液上方溶質的平衡分壓與其在液相

20、中的摩爾分率成正比；反過來，也可以說，溶質在稀溶液中的平衡摩爾分率與溶液上方氣相中溶質的分壓成正比。其數學表示式為： 或 亨利系數E的值隨物系而變化。不同物系的亨利系數是不同的，易溶氣體的E值很小，難溶氣體的E值很大；當物系一定時，E隨系統的溫度而變化。通常，溫度升高，E值增大，即氣體的溶解度隨溫度升高而減小。亨利系數由實驗測定。 2關系當液相組成以物質的量濃度表示，而氣相組成仍以分壓表示時，則亨利定律具有如下形式： 溶解度系數H的數值隨物系而變，同時也是溫度的函數。H值隨溫度的升高而降低，易溶氣體的H值很大，難溶氣體的H值則很小。對于稀溶液，H值可由下式近似計算： 3關系若溶質在氣相與液相中

21、的組成分別用摩爾分率y與x表示，則亨利定律又可寫成如下形式： 對于一定的物系，相平衡常數m是溫度和壓力的函數，其數值可由實驗測得。由m值同樣可以比較不同氣體溶解度的大小，m值越大，則表明該氣體溶解度越小。相平衡常數與亨利系數的關系為 4關系若溶質在液相和氣相中的組成分別用摩爾比X、Y表示時，對于單組分吸收則有 當稀溶液中溶質的組成很小時，即X值很小時，項很小，可忽略不計，上式可簡化為 例題含有35%（體積分率）CO2的某種氣體 與水進行充分接觸，系統總壓為101.33kPa、溫度為35，試求CO2在液相中的平衡組成和。解 根據分壓定律，可得CO2的分壓為 kPa由表5-2查得35時CO2的亨利

22、系數 kPa（1）與氣相組成平衡時液相的摩爾分率（2）與氣相組成平衡時液相物質的量濃度由于CO2難溶于水，液相濃度很低，溶液密度可按純水取值，取，則溶解度系數按式（5-21）計算，即·kPa所以 板書四、氣液相平衡關系對吸收操作的意義講述 1確定適宜的吸收條件同一物系，氣體的溶解度與溫度和壓力有關。溫度升高，氣體的溶解度減小。因此降低溫度對吸收有利，但由于低于常溫操作時需要制冷系統，所以工業(yè)吸收多在常溫下操作。當吸收過程放熱明顯時，應該采取冷卻措施。壓力增加，氣體的溶解度增加。故增加壓力對吸收有利，但壓力增高，動力消耗就會增大，對吸收設備的要求也會隨之提高。而且總壓對吸收的影響相對較

23、弱。所以，工業(yè)吸收多在常壓下操作，除非在常壓下溶解度太小，或工藝本身就是高壓系統，采用加壓吸收。2判斷過程進行的方向溶質分壓為的氣相與溶液濃度為（或）的液相接觸，溶質組分1是由液相向氣相轉移？還是由氣相向液相轉移？可利用相平衡關系由或計算出與其平衡的值，若，溶質1由氣相向液相傳遞，即發(fā)生吸收；，系統處于平衡狀態(tài)，不發(fā)生凈的物質傳遞；，溶質1由液相向氣相傳遞，即發(fā)生解吸。也可由氣相分壓計算出與其相平衡的或的值，并作出判斷。若（或），發(fā)生吸收；（或），不發(fā)生凈的傳質；（或），發(fā)生解吸。【思考題】想一想 當氣、液兩相平衡曲線用、關系表示時，如何判斷每一狀態(tài)點下的傳質方向？例題 設在 1013kPa、

24、20下，稀氨水的相平衡方程為，現將含氨摩爾分數為10的混合氣體與的氨水接觸，試判斷傳質方向。若以含氨摩爾分數為5的混合氣體與的氨水接觸，傳質方向又如何？解：實際氣相摩爾分數。根據相平衡關系與實際的溶液成平衡的氣相摩爾分數由于故兩相接觸時將有部分氨自氣相轉入液相，即發(fā)生吸收過程。同樣，此吸收過程也可理解為實際液相摩爾分數，與實際氣相摩爾分數成平衡的液相摩爾分數， ，故兩相接觸時部分氨自氣相轉入液相。同理，當以含氨的氣相與的氨水接觸時，則或，部分氨將由液相轉入氣相，即發(fā)生解吸。3確定過程的推動力 傳質推動力以氣相濃度差表示的吸收推動力為（或）,以液相濃度差表示的吸收推動力為（或）等，當推動力大于0

25、時，發(fā)生吸收過程，小于0時發(fā)生解吸過程，等于0時兩相平衡。4判斷吸收操作的難易程度當物系的狀態(tài)點落在平衡曲線上方時，發(fā)生吸收過程。顯然，狀態(tài)點距平衡線的距離越遠，氣、液接觸的實際狀態(tài)偏離平衡狀態(tài)的程度越遠，吸收推動力就越大，在其他條件相同的情況下，吸收越容易進行；反之，吸收越難進行。5指明過程進行的極限如將濃度為的混合氣送入某吸收塔的底部，與自塔頂淋下的溶劑作逆流吸收。即使在塔無限高、溶劑量很小的情況下，也不會無限增大，其極限濃度只能是與氣相濃度平衡的液相濃度，即。出塔氣體中溶質的濃度也不會低于與吸收劑入口濃度平衡的氣相濃度，即。僅當時，理論上才能實現氣相溶質的全部吸收。第四部分 課后小結 利

26、用氣液相平衡關系，可以確定在溫度和壓力恒定情況下，若讓溶劑與混合氣體接觸，溶質能否向液相轉移？如果溶質向液相轉移，最終液相中的溶質濃度多大？轉移的速率是多少？這些問題都是可以一一解決的。第五部分 布置作業(yè)1. 布置作業(yè) p53習題5-2，5-32. 預習下次課內容。2min3min50min10min38min5min10min3min2min教學反思教研室主任簽字累計課時酒泉職業(yè)技術學院化工單元操作學習領域教案課題學習情境五、吸收操作 任務二、吸收速率方程及吸收總系數專業(yè)石油化工生產技術班 級2011級石油化工生產技術3、4班人數76授課日期周次教學及參考資料1. 朱淑艷.化工單元操作. 天

27、津大學出版社，20112. 陸美娟，張浩勤.化工原理.化學工業(yè)出版社.2006教學儀器設備背投、課件教學地點逸夫教學樓108教室課時2學習目標知識目標：1. 掌握傳質三種基本方式 2.了解雙膜理論模型及意義3. 掌握吸收速率方程的表達方法能力目標：1. 能夠運用雙膜理論解釋有關吸收解吸問題； 2. 會計算吸收速率方程。素質目標：1. 踏實、認真的學習態(tài)度；2. 對所學知識進行應用的能力；3. 良好的團隊合作與創(chuàng)新意識。教學重點1. 傳質三種基本方式2. 雙膜理論3. 吸收速率方程教學難點吸收速率方程的不同表達形式教學難點解決通過多種教學方法并用，舉例、分類、講解讓學生深入體會教學方法以PPT展

28、示、黑板講授相結合為主，啟發(fā)、提問、討論等多種方法相結合。教學組織及時間分配教學組織時間分配（min）第一部分：組織教學、清點人數2第二部分：新課導入3第三部分：新課講授（具體時間分配在教學具體實施過程中注明）90第四部分：課堂小結3第五部分：布置作業(yè)2教學具體實施過程時間分配及新內容補充第一部分：組織教學、清點人數組織教學、清點人數點名、查看學生上課出勤情況展示“復習提問”，找學生回答問題 1. 氣液相平衡關系對吸收操作的意義？2. 默寫亨利定律的三種變通式？第二部分：新課導入吸收過程類似于傳熱過程，是溶質從氣相轉移到液相的傳質過程。由于溶質從氣相轉移到液相是通過擴散進行的，因此傳質也稱為擴

29、散過程。第三部分：新課講授展示課件、介紹學生在本節(jié)課需要掌握的知識、能力、素養(yǎng)目標板書 一、傳質基本方式講述 分子擴散和渦流擴散的共同作用稱為對流擴散。工程上指運動著的流體與相界面之間的傳質過程。對流擴散時，擴散物質不僅靠分子的熱運動，同時依靠湍流流體的攜帶作用而轉移，而且后一種作用是主要的。對流擴散速率比分子擴散速率大得多。對流擴散速率主要決定于流體的湍流程度。想一想 能舉例說明分子擴散和對流擴散嗎？ 板書二、雙膜理論 講述 1雙膜理論的要點如下WK劉易斯和W惠特曼在1923年提出的雙膜理論，包括以下三個要點。（1）吸收過程進行時，氣、液兩相間存在一個穩(wěn)定的相界面（自由界面），相界面的兩側分

30、別存在著做層流流動的氣膜和液膜，膜外才是氣、液相主體。吸收質以分子擴散的方式先后通過氣膜和液膜而進入液相。由于兩層膜在任何情況下均呈層流，故又稱層流膜。兩相流體的流動狀況僅影響膜的厚度。（2）無論氣、液主體中吸收質的濃度是否達到平衡，相界面上兩相的濃度是互成平衡的。界面上不存在傳質阻力。（3）膜層以外的流體主體中，由于流體的充分湍動，吸收質濃度分布均勻，兩相主體中沒有濃度差，即濃度差全部集中在兩個膜層中。傳質阻力完全集中在這兩個膜層內。因此雙膜理論也叫雙阻力理論。2雙膜理論示意圖3雙膜理論的評價雙膜理論簡單、直觀，廣泛用于傳質過程分析。但這種理論將復雜的相際傳質過于簡單化。隨著傳質過程的強化和

31、對傳質現象的深入研究，發(fā)現雙膜理論關于兩相界面狀態(tài)和定態(tài)分子擴散的假設都與實際情況有明顯差別；但總傳質阻力之和以及界面上不存在傳質阻力的論點，仍被廣泛采用，是目前吸收裝置設計的主要依據。板書三、吸收速率講述 1吸收速率方程吸收速率是指單位時間內在單位相際傳質面積上傳遞的溶質的量。用表示，單位kmol/(m2·s)。用下式表示 式中 單位時間吸收塔吸收的溶質量，kmol/h； 吸收塔總的吸收面積，m2； 吸收速率，kmol/（m2·s）。對于穩(wěn)定吸收過程，上述三個過程傳遞的溶質的量是相等的，并且在數值上等于吸收速率。吸收速率是反映吸收快慢的物理量，描述吸收速率與吸收過程推動力

32、、吸收過程阻力間的關系的數學式稱為吸收速率方程式。與換熱等其他傳遞過程一樣，吸收過程的速率關系也可用“過程速率=過程推動力/過程阻力”的形式表示，或表示為“過程速率=系數×推動力”的形式。由于吸收的推動力可以用各種不同形式的濃度差來表示，所以吸收速率方程式也有多種形式。這里主要討論以摩爾比表示的濃度的吸收速率方程式。氣膜吸收速率方程為 液膜吸收速率方程為 氣相或液相的吸收總速率方程式為 2吸收總系數膜速率方程式中的推動力為主體濃度與界面濃度之差，如和等，而吸收總速率方程式中的推動力為氣、液兩相主體濃度之差，如、等。以上各式如果寫成推動力除以阻力的形式，經推導可得吸收的總阻力表達式為

33、或 這表明，吸收過程的總阻力也等于各分過程阻力的疊加，與傳熱過程頗相似。查一查 由于濃度有許多表示方法，因此吸收速率方程有很多形式，再能舉出幾種嗎？有什么規(guī)律？3影響吸收速率的因素 從吸收速率方程式可以看出，增加吸收系數、吸收推動力即吸收面積，均會導致吸收速率增加。（1）吸收系數的影響 溶解度很大的情況 對溶解度很大的易溶氣體，相平衡常數很小，平衡線較平坦。當、數量級相近時，項很小，可忽略不計，則。表明此過程液膜阻力很小，吸收總阻力集中在氣膜內，吸收過程總阻力氣膜阻力。這種氣膜阻力占總阻力主要部分的吸收過程稱為氣膜控制，如，水吸收氨、水吸收氯化氫等。 溶解度很小的情況 對溶解度很小的難溶氣體，

34、相平衡常數很大，平衡線較陡。當、數量級相近時， ，項很小，可忽略不計，則為,表明此過程氣膜阻力很小，吸收總阻力集中在液膜內，吸收過程總阻力液膜阻力。這種液膜占總阻力主要部分的吸收過程稱液膜控制，如水吸收氧。溶解度適中的情況 對溶解度適中的中等溶解度氣體，氣膜阻力和液膜阻力均不可忽略不計，此過程吸收總阻力集中在雙膜內，吸收過程總阻力等于氣膜阻力和液膜阻力之和。這種雙膜阻力控制的吸收過程速率稱雙膜控制，如水吸收二氧化硫。 （2）吸收推動力的影響 可以通過兩種途徑增大吸收推動力，即提高吸收質在氣相中的分壓，或降低與液相平衡的氣相中吸收質的分壓。然而提高吸收質在氣相中的分壓常與吸收的目的不符，因此應采

35、取降低與液相平衡的氣相中吸收質的分壓的措施，即選擇溶解度大的吸收劑，降低吸收溫度，提高系統壓力都能增大吸收的推動力。 （3）氣液接觸面積的影響 在其他條件相同的情況下，增大氣液接觸面積有利于吸收速率的提高，因此，增大氣體或液體的分散度、選用比表面積大的高效填料等均為生產中較為常見的強化吸收的方法。例題 在110kPa壓力下，用清水吸收空氣中的氨。在吸收塔的某截面上氣液兩相組成為、（以上均為摩爾比），氣膜吸收分系數，液膜吸收分系數。操作條件下平衡關系符合亨利定律，亨利系數kPa。試判斷過程控制類型，提出強化該過程方法并計算此截面處吸收速率。解 由表5-4知，水吸收氨為氣膜控制過程。驗證如下。相平

36、衡常數 氣相吸收總阻力 其中，氣膜阻力占總阻力的比例為 由計算知氣膜阻力占總阻力的絕大部分，該過程為氣膜控制。 針對氣膜控制，降低氣膜阻力是有效途徑。可適當增大氣相流速，以減少氣膜層厚度，達到強化吸收過程的目的。 氣相吸收總系數 與液相濃度成平衡的氣相濃度 該截面吸收速率為第四部分 課后小結 由于影響因素之間還存在互相制約、互相影響，因此對具體問題要作綜合分析，選擇適宜條件。例如，降低溫度可以增大推動力，但低溫又會影響分子擴散速率，增大吸收阻力。又如，將吸收劑噴灑成小液滴可增大氣、液接觸面積，但液滴小，氣液相對運動速度小，氣膜和液膜厚度增大，也會增大吸收阻力。此外，在采取強化吸收措施時，應綜合

37、考慮技術上的可行性及經濟上的合理性。第五部分 布置作業(yè)1. 布置作業(yè) p53習題5-7，5-82. 預習下次課內容。2min3min10min20min50min10min3min2min教學反思教研室主任簽字累計課時酒泉職業(yè)技術學院化工單元操作學習領域教案課題學習情境五、吸收操作 任務三 吸收的物料衡算專業(yè)石油化工生產技術班 級2011級石油化工生產技術3、4班人數76授課日期周次教學及參考資料1. 朱淑艷.化工單元操作. 天津大學出版社，20112. 陸美娟，張浩勤.化工原理.化學工業(yè)出版社.2006教學儀器設備背投、課件教學地點逸夫教學樓108教室課時2學習目標知識目標：1. 掌握全塔物

38、料衡算式 2. 掌握吸收操作線方程3. 掌握吸收劑用量的計算方法能力目標：1. 會全塔物料衡算； 2. 會進行吸收劑用量的計算。素質目標：1. 踏實、認真的學習態(tài)度；2. 對所學知識進行應用的能力；3. 良好的團隊合作與創(chuàng)新意識。教學重點1. 全塔物料衡算2. 吸收操作線3. 吸收劑用量的計算教學難點吸收劑用量的計算教學難點解決通過多種教學方法并用，舉例、分類、講解讓學生深入體會教學方法以PPT展示、黑板講授相結合為主，啟發(fā)、提問、討論等多種方法相結合。教學組織及時間分配教學組織時間分配（min）第一部分：組織教學、清點人數2第二部分：新課導入3第三部分：新課講授（具體時間分配在教學具體實施過

39、程中注明）90第四部分：課堂小結3第五部分：布置作業(yè)2教學具體實施過程時間分配及新內容補充第一部分：組織教學、清點人數組織教學、清點人數點名、查看學生上課出勤情況展示“復習提問”，找學生回答問題 1. 雙膜理論的意義？2. 吸收總系數與膜阻力的關系？第二部分：新課導入吸收過程既可以用填料塔也可用板式塔。在塔內氣液兩相可作逆流也可作并流流動。在兩相進出口組成相同的情況下，逆流的平均推動力大于并流。逆流時下降至塔底的液體與剛剛進塔的混合氣體接觸，有利于提高出塔液體的組成，可以減少吸收劑的用量；上升至塔頂的氣體與剛剛進塔的新鮮吸收劑接觸，有利于降低出塔氣體的含量，可提高溶質的吸收率。因此，逆流操作在

40、工業(yè)生產中較為多見。氣液兩相在塔內的組成變化則需要通過物料衡算來分析，這里以連續(xù)接觸的逆流填料塔為主討論吸收過程的物料衡算，同時確定出塔溶液濃度和吸收劑用量及塔截面?zhèn)髻|推動力的變化情況。第三部分：新課講授展示課件、介紹學生在本節(jié)課需要掌握的知識、能力、素養(yǎng)目標板書 一、全塔物料衡算講述 圖中各個符號的意義如下：V單位時間通過吸收塔的惰性氣體量，kmol（B）s；L單位時間通過吸收塔的吸收劑量，kmol（S）s；Y1、Y2分別為進塔和出塔氣體中溶質組分摩爾比，kmol（A）/kmol（B）；X1、X2分別為出塔和進塔液體中溶質組分的摩爾比，kmol（A）/kmol（S）。若無物料損失，對單位時間

41、內進、出吸收塔物料的吸收質作物料衡算，可得式 或 一般情況下，進塔混合氣的組成與流量是由吸收任務規(guī)定了的，如果所用吸收劑的組成與流量已經確定，則、及皆為已知數，再根據規(guī)定的吸收率，就可以得知氣體出塔時應有的濃度。即 即 這樣就可依已知、之值而由全塔物料衡算式而求得塔底排出的溶液組成。于是在吸收塔底部與頂部兩個端面上的氣、液組成就都稱為已知數。在已知、和的情況下而求算吸收塔的吸收率是否達到了規(guī)定的指標。想一想 物料衡算式中用氣體或液體總摩爾流量可以嗎？ 板書二、吸收操作線 講述 1逆流吸收操作線操作線與平衡線在塔內任取m-m截面與塔底進行物料衡算，得 在塔內任取m-m截面與塔頂進行物料衡算，得

42、上兩式稱為逆流吸收操作線方程式，它表明塔內任一截面上的氣相組成與液相組成之間的實際接觸情況，其函數關系為直線關系，直線斜率為，且直線通過B（，）A（，）兩點。直線AB即為操作線。操作線上的任意一點，代表吸收塔內某一截面上的氣、液相組成Y及X。端點B代表塔底情況，端點A代表塔頂情況。想一想 能求出并流吸收的操作線方程嗎？2并流吸收操作線填料塔內氣液兩相并流流動時，氣液進、出塔的組成符號同逆流吸收，若無物料損失，對單位時間內進、出吸收塔物料的吸收質作物料衡算，可得 在塔內任取m-m截面與塔底進行物料衡算，得在塔內任取m-m截面與塔頂進行物料衡算，得上兩式稱為并流吸收操作線方程式，它表明塔內任一截面

43、上的氣相組成與液相組成之間的實際接觸情況，其函數關系也為直線關系，并流吸收操作線如圖CD線所示，直線斜率為，必過塔底組成點D（,）、塔內任一組成點M（,）、塔頂組成點C（,）。3并、逆流的比較（1）尾氣濃度 ，即。（2）溶液出口濃度 。（3）推動力 AB為逆流吸收操作線，CD為并流吸收操作線。逆流吸收時，各截面上傳質推動力比較均勻；并流吸收時塔頂端截面推動力很大，塔底端截面推動力很小。（4）吸收面積 完成同樣的吸收任務，由于逆流吸收推動力大于并流，則逆流所需吸收面積小于并流。（5）吸收劑用量 根據物料衡算，若處理氣量及氣相進塔濃度完全一樣，則兩種操作吸收劑用量相等。（6）通過能力 4關于操作線

44、的幾點討論（1）吸收操作線由物料衡算導出，與氣液比和塔一端的氣液相組成有關。與系統的相平衡關系、吸收速率、操作溫度、操作壓力、相際接觸狀況、吸收塔的形式等均無關。（2）當操作線總是位于平衡線的上方時，傳質推動力恒大于0，為吸收過程。（3）當操作線的端點落到平衡線上時，推動力為0，達到傳質過程的極限，吸收不能繼續(xù)進行。操作線不能跨越平衡線。（4）當操作線位于平衡線下方時，為解吸過程。（5）選擇對吸收質溶解度大且選擇性好的吸收劑，提高操作壓力、降低吸收劑的溫度、改物理吸收為化學吸收等都將使平衡線下移，從而增大吸收推動力，提高吸收速率。板書三、吸收劑用量講述 1液氣比操作線斜率稱為液氣比，它是吸收劑與惰性氣體摩爾流量之比，反映了處理單位惰性氣體所需的吸收劑量。2最小液氣比對于一定的分離任務與分離要求，、均恒定，平衡關系也一定，吸收塔操作線的一個端點A（，）固定，另一個端點B（，）隨液氣比的變化在上移動。吸收塔的最小液氣比若減小吸收劑的用量，液氣比減小，操作線向平衡線靠近，傳質推動力必然減小，所需設備尺寸增大，設備費用增大。當吸收劑用量減小到使操作線的一個端點與平衡線相交圖（a）中AD線或在某點相切圖（b）中AD線，在交點（或切點）處相遇的氣液兩相組成已達相平衡狀態(tài)，這是理論上吸收液能達到的最大濃度。此時傳質過程推動力為零，要達到這一濃度需要無限大的吸收面積，