第4章_氣體吸收

1、第第4 4章章 吸吸 收收 1、掌握的內(nèi)容、掌握的內(nèi)容 相組成的表示法及換算；亨利定律各種表達式相組成的表示法及換算；亨利定律各種表達式 及相互間的關系；分子擴散、菲克定律及其在等及相互間的關系；分子擴散、菲克定律及其在等 分子反向擴散和單向擴散的應用；對流傳質(zhì)概念；分子反向擴散和單向擴散的應用；對流傳質(zhì)概念； 雙膜理論要點；吸收的物料衡算、操作線方程及雙膜理論要點；吸收的物料衡算、操作線方程及 圖示方法；最小液氣比概念及吸收劑用量的確定；圖示方法；最小液氣比概念及吸收劑用量的確定； 填料層高度的計算，傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)填料層高度的計算，傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù) 的定義、物理意義，傳質(zhì)單

2、元數(shù)的計算（平推動的定義、物理意義，傳質(zhì)單元數(shù)的計算（平推動 力法和吸收因數(shù)法）；吸收塔的設計計算力法和吸收因數(shù)法）；吸收塔的設計計算 本章學習要求本章學習要求 本章學習要求本章學習要求 2、熟悉的內(nèi)容、熟悉的內(nèi)容 各種形式的傳質(zhì)速率方程、傳質(zhì)系數(shù)和各種形式的傳質(zhì)速率方程、傳質(zhì)系數(shù)和 傳質(zhì)推動力的對應關系；各種傳質(zhì)系數(shù)間傳質(zhì)推動力的對應關系；各種傳質(zhì)系數(shù)間 的關系；氣膜控制與液膜控制；吸收劑的的關系；氣膜控制與液膜控制；吸收劑的 選擇；吸收塔的操作型分析；解吸的特點選擇；吸收塔的操作型分析；解吸的特點 及計算。及計算。 3、了解的內(nèi)容、了解的內(nèi)容 分子擴散系數(shù)及影響因素；塔高計算基分子擴散系數(shù)

3、及影響因素；塔高計算基 本方程的推導。本方程的推導。 利利用用氣氣體體混混合合物物中中各各組組分分在在液液體體溶溶劑劑中中溶溶解解度度的的差差異異來來分分 離離氣氣體體混混合合物物的的操操作作稱稱為為吸吸收收。 一、什么是吸收？一、什么是吸收？ 4.1 概述概述 吸收：溶質(zhì)吸收：溶質(zhì)氣相氣相 液相液相 解吸（脫吸）：溶質(zhì)解吸（脫吸）：溶質(zhì)液相液相 氣相氣相 溶質(zhì)溶質(zhì) A；惰性氣體；惰性氣體 B（未（未溶解的組份）溶解的組份）； S溶劑溶劑； 吸收液吸收液S+AS+A；吸收尾氣；吸收尾氣（A A）+B+B。 二、吸收的目的二、吸收的目的 1制取產(chǎn)品制取產(chǎn)品 例如，用例如，用94.3%的硫酸吸收的

4、硫酸吸收SO3氣體制取發(fā)煙硫酸，氣體制取發(fā)煙硫酸， 用水吸收氯化氫制取用水吸收氯化氫制取37%的工業(yè)鹽酸，的工業(yè)鹽酸， 用氨水吸收用氨水吸收CO2生產(chǎn)碳酸氫銨等生產(chǎn)碳酸氫銨等。 2從氣體中回收有用的組分從氣體中回收有用的組分 例如，用硫酸從廢氣中回收氨生成硫酸銨；例如，用硫酸從廢氣中回收氨生成硫酸銨； 用洗油從煤氣中回收粗苯等。用洗油從煤氣中回收粗苯等。 3除去有害組分以凈化氣體除去有害組分以凈化氣體 主要包括原料氣凈化和尾氣、廢氣的凈化以保護環(huán)境。主要包括原料氣凈化和尾氣、廢氣的凈化以保護環(huán)境。 例如用水或堿液脫除合成氨原料氣中的二氧化碳，例如用水或堿液脫除合成氨原料氣中的二氧化碳， 燃煤鍋

5、爐煙氣、冶煉廢氣脫燃煤鍋爐煙氣、冶煉廢氣脫SO2等等。 4.14.1概述概述 三、三、 吸收的依據(jù)吸收的依據(jù) 為達到吸收分離氣體混合物的目的，要用什么物為達到吸收分離氣體混合物的目的，要用什么物 質(zhì)（溶劑，吸收劑），其分離的依據(jù)是什么？質(zhì)（溶劑，吸收劑），其分離的依據(jù)是什么？ 氣體混合物中各組分在溶劑中的溶解度不同，若氣體混合物中各組分在溶劑中的溶解度不同，若 各組分在吸收劑中的溶解度差異越大，吸收的選各組分在吸收劑中的溶解度差異越大，吸收的選 擇性越好擇性越好 例如例如 欲分離氨氣空氣的混合物，可選擇水做溶欲分離氨氣空氣的混合物，可選擇水做溶 劑，因為氨水在水中的溶解度很大，而空氣幾乎劑，因

6、為氨水在水中的溶解度很大，而空氣幾乎 不溶于水。不溶于水。 密閉容器密閉容器 水水（溶劑）（溶劑） 氨氣氨氣(濃度高濃度高)空氣空氣(惰性氣體惰性氣體) ( (溶質(zhì)，被吸收組分溶質(zhì)，被吸收組分) ) 氨氣（濃度低）空氣氨氣（濃度低）空氣 總壓總壓 溶質(zhì)（溶質(zhì)（A）分壓）分壓 與溶液中與溶液中A的濃度成的濃度成 平衡的氣相分壓平衡的氣相分壓 p A p e p 吸收，吸收， 解吸，解吸， 平平 衡，衡， 吸收總推動力吸收總推動力 eA pp eA pp eA pp eA pp 圖4-1 多組分吸收多組分吸收 單組分吸收單組分吸收 非等溫吸收非等溫吸收 等溫吸收等溫吸收 化學吸收化學吸收 物理吸收

7、物理吸收 四、吸收分類四、吸收分類 1吸吸收收設設備備-塔塔設設備備 填料塔填料塔 板式塔板式塔 吸收劑吸收劑 吸收尾氣吸收尾氣 吸吸 收收 塔塔 混合氣混合氣 吸收液吸收液 逆流吸收操作示意圖逆流吸收操作示意圖 氣體氣體溶劑溶劑 1 n 被吸收氣體被吸收氣體 板式塔板式塔 氣體氣體溶劑溶劑 填料填料 被吸收氣體被吸收氣體 填料塔填料塔 五、吸收設備和流程五、吸收設備和流程 板式塔和填料塔板式塔和填料塔 (1) 單單一一吸吸收收塔塔流流程程 （a）氣、液串聯(lián)（逆流）（b）氣體串聯(lián)、液體并聯(lián)（逆流） 多塔吸收流程多塔吸收流程 2吸收流程吸收流程 (2) 多多塔塔吸吸收收流流程程 吸收劑再循環(huán)流程

8、吸收劑再循環(huán)流程 吸吸 解解 收收 吸吸 塔塔 塔塔 吸收吸收-解吸流程解吸流程 (3) 吸收劑在吸收塔內(nèi)再循環(huán)流程吸收劑在吸收塔內(nèi)再循環(huán)流程 (4) 吸收吸收-解吸流程解吸流程 從合成氨原料氣中回收CO2的流程 在工業(yè)上，兩種形式的塔設備大多情況均在工業(yè)上，兩種形式的塔設備大多情況均 為連續(xù)操作，即設備內(nèi)的參數(shù)都不隨時間變?yōu)檫B續(xù)操作，即設備內(nèi)的參數(shù)都不隨時間變 化，稱為化，稱為定態(tài)連續(xù)過程定態(tài)連續(xù)過程。當然也可以間歇操。當然也可以間歇操 作的作的非定態(tài)過程非定態(tài)過程，很少見，故后面除特殊說，很少見，故后面除特殊說 明外，均指明外，均指連續(xù)定態(tài)操作連續(xù)定態(tài)操作。 采用吸收操作實現(xiàn)氣體混合物的分

9、離必須解決下列采用吸收操作實現(xiàn)氣體混合物的分離必須解決下列 問題：問題： 選擇合適的溶劑選擇合適的溶劑，能選擇性地溶解某個（或某，能選擇性地溶解某個（或某 些）被分離組分；些）被分離組分； 提供適當?shù)膫髻|(zhì)設備提供適當?shù)膫髻|(zhì)設備（多為填料塔，也有板式（多為填料塔，也有板式 塔）以實現(xiàn)氣液兩相的接觸，使被分離組分得以從塔）以實現(xiàn)氣液兩相的接觸，使被分離組分得以從 氣相轉移到液相（吸收）或液相轉移到氣相氣相轉移到液相（吸收）或液相轉移到氣相(解吸解吸)； 溶劑的再生溶劑的再生，即脫除溶解于其中的被分離，即脫除溶解于其中的被分離 組分以便循環(huán)使用。除了直接制取溶液產(chǎn)品只需組分以便循環(huán)使用。除了直接制取

10、溶液產(chǎn)品只需 單獨吸收外，一般都要進行解吸操作，使溶劑再單獨吸收外，一般都要進行解吸操作，使溶劑再 生循環(huán)使用。生循環(huán)使用。 總之，一個完整的吸收分離過程一般包括吸總之，一個完整的吸收分離過程一般包括吸 收和解吸兩個組成部分。收和解吸兩個組成部分。 溶劑的選擇溶劑的選擇 溶劑應對被分離組分（溶質(zhì)）有較大的溶解溶劑應對被分離組分（溶質(zhì)）有較大的溶解 度，度，或者說或者說在一定的溫度與濃度下，溶質(zhì)的平衡在一定的溫度與濃度下，溶質(zhì)的平衡 分壓要低。分壓要低。這樣，從平衡角度來說，處理一定量這樣，從平衡角度來說，處理一定量 混合氣體所需溶劑量較少，氣體中溶質(zhì)的極限殘混合氣體所需溶劑量較少，氣體中溶質(zhì)的

11、極限殘 余濃度亦可降低；就過程速率而言，溶質(zhì)平衡分余濃度亦可降低；就過程速率而言，溶質(zhì)平衡分 壓壓，過程推動力大，傳質(zhì)速率快，所需設備尺，過程推動力大，傳質(zhì)速率快，所需設備尺 寸小。寸小。 溶劑對混合氣體中其他組分的溶解度要小，即溶劑應具備溶劑對混合氣體中其他組分的溶解度要小，即溶劑應具備 較高的選擇性較高的選擇性。若溶劑的選擇性不高，將同時吸收混合物中。若溶劑的選擇性不高，將同時吸收混合物中 的其他組分，只能實現(xiàn)組分間某種程度的增濃而不能實現(xiàn)較的其他組分，只能實現(xiàn)組分間某種程度的增濃而不能實現(xiàn)較 為完全的分離。為完全的分離。 溶質(zhì)在溶劑中的溶解度應對溫度的變化比較敏感溶質(zhì)在溶劑中的溶解度應對

12、溫度的變化比較敏感，即不僅，即不僅 在低溫下溶解度要大，平衡分壓要小，而且隨著溫度升高，在低溫下溶解度要大，平衡分壓要小，而且隨著溫度升高， 溶解度應迅速下降，平衡分壓應迅速上升。這樣，被吸收的溶解度應迅速下降，平衡分壓應迅速上升。這樣，被吸收的 氣體容易解吸，溶劑再生方便。氣體容易解吸，溶劑再生方便。 溶劑的蒸汽壓要低，不易揮發(fā)溶劑的蒸汽壓要低，不易揮發(fā)。一方面是為了減少溶劑在吸。一方面是為了減少溶劑在吸 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(zhì)質(zhì) 溶劑應有較好的化學穩(wěn)定性，以免使用過程中發(fā)生變質(zhì)溶劑應有較好的化學穩(wěn)定性

13、，以免使用過程中發(fā)生變質(zhì)； 溶劑應有較低的粘度，不易產(chǎn)生泡沫溶劑應有較低的粘度，不易產(chǎn)生泡沫，以實現(xiàn)吸收塔內(nèi)良好，以實現(xiàn)吸收塔內(nèi)良好 的氣液接觸和塔頂?shù)臍庖悍蛛x。的氣液接觸和塔頂?shù)臍庖悍蛛x。 溶劑應盡可能滿足價廉、易得、無毒、不易燃燒溶劑應盡可能滿足價廉、易得、無毒、不易燃燒等經(jīng)濟和安等經(jīng)濟和安 全條件。全條件。 吸收操作的經(jīng)濟性吸收操作的經(jīng)濟性 吸收總費用設備吸收總費用設備(塔、換熱器等塔、換熱器等)折舊費折舊費 操作費操作費(占比重大占比重大) 操作費用主要包括：操作費用主要包括： 氣、液兩相流經(jīng)吸收設備的能量消耗；氣、液兩相流經(jīng)吸收設備的能量消耗； 溶劑的揮發(fā)損失和變質(zhì)損失；溶劑的揮發(fā)損

14、失和變質(zhì)損失； 溶劑的再生費用，即解吸操作費用溶劑的再生費用，即解吸操作費用 (在三者中占比例最大在三者中占比例最大)。 本章所作的基本假定本章所作的基本假定 單組分吸收單組分吸收, ,其余組分可視為一個惰性組分。其余組分可視為一個惰性組分。 溶劑的蒸汽壓很低，因此氣相中不含溶劑溶劑的蒸汽壓很低，因此氣相中不含溶劑 蒸汽蒸汽 。 4.24.2氣液相平衡氣液相平衡 吸收（傳質(zhì)）與傳熱兩個過程的相似處：吸收（傳質(zhì)）與傳熱兩個過程的相似處： 傳熱與吸收過程均由三步構成（傳熱與吸收過程均由三步構成（解釋三步相似解釋三步相似），但），但 兩個過程也有不同處：傳熱的推動力是兩流體的溫度兩個過程也有不同處：

15、傳熱的推動力是兩流體的溫度 差，過程的極限是兩流體的溫度相等；吸收的推動力差，過程的極限是兩流體的溫度相等；吸收的推動力 不是兩相的濃度差，過程的極限也不是兩相的濃度相不是兩相的濃度差，過程的極限也不是兩相的濃度相 等。這是由于氣液之間的相平衡不同于冷熱流體之間等。這是由于氣液之間的相平衡不同于冷熱流體之間 的熱平衡，氣液相平衡關系是吸收過程的重要基礎，的熱平衡，氣液相平衡關系是吸收過程的重要基礎， 4.2.14.2.1平衡溶解度平衡溶解度 在一定的溫度在一定的溫度 T T 與總壓與總壓 P P 下，使一定量的溶劑與溶質(zhì)下，使一定量的溶劑與溶質(zhì) 接觸，溶質(zhì)便由氣相向液相轉移，隨著溶液濃度的逐漸

16、增高，接觸，溶質(zhì)便由氣相向液相轉移，隨著溶液濃度的逐漸增高， 傳質(zhì)速率將逐漸減慢，最后降為零，此時液相中溶質(zhì)達到飽和，傳質(zhì)速率將逐漸減慢，最后降為零，此時液相中溶質(zhì)達到飽和， 濃度達到一最大限度濃度達到一最大限度XeXe（為液相中溶質(zhì)（為液相中溶質(zhì)A A的摩爾分數(shù)，下標的摩爾分數(shù)，下標e e代代 表平衡），這時稱氣液兩相達到相平衡，表平衡），這時稱氣液兩相達到相平衡， 稱為平衡溶解度，稱為平衡溶解度， 簡稱為簡稱為溶解度溶解度 注意：注意：此時并非沒有溶質(zhì)分子繼續(xù)進入液相，只是任何瞬間此時并非沒有溶質(zhì)分子繼續(xù)進入液相，只是任何瞬間 進入液相的溶質(zhì)分子數(shù)與從液相逸出的溶質(zhì)分子數(shù)恰好相等，進入液相

17、的溶質(zhì)分子數(shù)與從液相逸出的溶質(zhì)分子數(shù)恰好相等， 在宏觀上過程就象是停止了。這種狀態(tài)稱為相際動態(tài)平衡，簡在宏觀上過程就象是停止了。這種狀態(tài)稱為相際動態(tài)平衡，簡 稱相平衡。稱相平衡。 4.2.14.2.1平衡溶解度平衡溶解度 溶質(zhì)在氣、液相間的平衡關系是分析判斷溶質(zhì)在溶質(zhì)在氣、液相間的平衡關系是分析判斷溶質(zhì)在 相間傳遞過程中的方向、極限以及確定傳遞過程推動力相間傳遞過程中的方向、極限以及確定傳遞過程推動力 大小的依據(jù)。大小的依據(jù)。 總壓總壓P不很高時，溶解度只取決于該氣體在氣相中的分壓，與不很高時，溶解度只取決于該氣體在氣相中的分壓，與 P無關無關。 溶解度曲線與物系、溶解度曲線與物系、溫度、壓力

18、等因素有關，溫度、壓力等因素有關， 溶解平衡溶解平衡動態(tài)平衡動態(tài)平衡 氣相分壓氣相分壓平衡分壓平衡分壓 （飽和分壓）；液相中溶質(zhì)的組成（飽和分壓）；液相中溶質(zhì)的組成 平衡組成平衡組成 （溶解度：以單位質(zhì)量（體積）溶劑中的溶質(zhì)）（溶解度：以單位質(zhì)量（體積）溶劑中的溶質(zhì)） 圖圖4-5 幾種氣體在水中的溶解度曲線幾種氣體在水中的溶解度曲線 易溶氣體易溶氣體 溶解度大的氣體如溶解度大的氣體如NH3 難溶氣體難溶氣體 溶解度小的氣體如溶解度小的氣體如O2、CO2 溶解度適中的氣體溶解度適中的氣體 介乎其間的如介乎其間的如SO2 2）一定溫度下，氣體溶解度隨氣相分壓增）一定溫度下，氣體溶解度隨氣相分壓增

19、加而增大；加而增大； 3）稀溶液的溶解度曲線為直線。）稀溶液的溶解度曲線為直線。 1）同樣溫度、壓力下，不同物質(zhì)的溶解度不同；）同樣溫度、壓力下，不同物質(zhì)的溶解度不同； 加壓對吸收過程有利。加壓對吸收過程有利。 結論：結論： 加壓和降溫有利于吸收操作過程；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而減壓和升溫則有利于解吸操作過 程。程。 4.2.14.2.1平衡溶解度平衡溶解度 亨利定律亨利定律 總壓不高（不超過總壓不高（不超過5105Pa）時，在一定溫）時，在一定溫 度下，稀溶液上方氣相中溶質(zhì)的平衡分壓度下，稀溶液上方氣相中溶質(zhì)的平衡分壓 與溶質(zhì)在液相中的摩爾分率成正比，

20、其比與溶質(zhì)在液相中的摩爾分率成正比，其比 例系數(shù)為亨利系數(shù)。例系數(shù)為亨利系數(shù)。 ExpeAA Exp * HCpe H C p A A * mxye AA mxy * 4.2.14.2.1平衡溶解度平衡溶解度 為溶液的總摩爾濃度， mxx p E yx p E p p e e p E m HC C C EExp M e M HCE M C M M M M C 1.判別過程的方向判別過程的方向 y ye 或 x PA 吸收） y xe 解吸 （ PA Pe 解吸） 4.2.2相平衡和吸收過程的關系相平衡和吸收過程的關系 4.2.24.2.2相平衡吸收過程的關系相平衡吸收過程的關系 2.2.指明過

21、程的極限指明過程的極限 2x 2x exx11 1y eyy22 1y 1x 2y m y xx e 1 1max, 1 22 min, 2mxyy e 3.3.計算過程的推動力計算過程的推動力 推動力推動力 y-ye 或或 xe-x 注意推動力不等于注意推動力不等于y-x！ 【例例】在總壓在總壓101.3kPa，溫度，溫度30的條件下的條件下, SO2摩爾摩爾 分率為分率為0.3的混合氣體與的混合氣體與SO2摩爾分率為摩爾分率為0.01的水溶液的水溶液 相接觸，試問相接觸，試問: 1.從液相分析從液相分析SO2的傳質(zhì)方向；的傳質(zhì)方向； 2.從氣相分析，其它條件不變，溫度降到從氣相分析，其它條

22、件不變，溫度降到0SO2的傳的傳 質(zhì)方向；質(zhì)方向； 3.其它條件不變，從氣相分析，總壓提高到其它條件不變，從氣相分析，總壓提高到 202.6kPa時時SO2的傳質(zhì)方向，并計算以液相摩爾分率的傳質(zhì)方向，并計算以液相摩爾分率 差及氣相摩爾分率差表示的傳質(zhì)推動力。差及氣相摩爾分率差表示的傳質(zhì)推動力。 p E m 3 .101 4850 00627. 0 88.47 3 . 0 * m y x 解：解：(1)查得在總壓查得在總壓101.3kPa，溫度，溫度30條件下條件下SO2 在水中的亨利系數(shù)在水中的亨利系數(shù)E=4450kPa 所以所以 47.44 從液相分析從液相分析 x=0.01 故故SO2必然

23、從液相轉移到氣相，進行解吸過必然從液相轉移到氣相，進行解吸過 程。程。 （2）查得在總壓查得在總壓101.3kPa，溫度，溫度0的條件下，的條件下， SO2在水中的亨利系數(shù)在水中的亨利系數(shù)E=1670kPa 從氣相分析從氣相分析 y*=mx=16.490.01=0.16y=0.3 故故SO2必然從氣相轉移到液相，進行吸收過必然從氣相轉移到液相，進行吸收過 程。程。 p E m 3 .101 1670 =16.49 p E m 6 .202 4850 （3）在總壓）在總壓202.6kPa，溫度，溫度30條件下，條件下，SO2在在 水中的亨利系數(shù)水中的亨利系數(shù)E=4450kPa 從氣相分析從氣相分

24、析 y*=mx=23.94 0.01=0.24y=0.3 故故SO2必然從氣相轉移到液相，進行吸收過必然從氣相轉移到液相，進行吸收過 程。程。 =23.94 0125. 0 94.23 3 . 0 * m y x 以液相摩爾分數(shù)表示的吸收推動力為以液相摩爾分數(shù)表示的吸收推動力為: x=x*x=0.01250.01=0.0025 以氣相摩爾分數(shù)表示的吸收推動力為以氣相摩爾分數(shù)表示的吸收推動力為: y= y y*=0.30.24=0.06 結論：結論： 1.降低操作溫度，降低操作溫度，E 、m ，溶質(zhì)在液相中的溶解度，溶質(zhì)在液相中的溶解度 增加，有利于吸收；增加，有利于吸收； 2.壓力不太高時，壓

25、力不太高時，P , E變化忽略不計；但變化忽略不計；但m 使溶質(zhì)使溶質(zhì) 在液相中的溶解度增加，有利于吸收。在液相中的溶解度增加，有利于吸收。 4.3 4.3 吸收速率吸收速率 吸收過程涉及兩相間的物質(zhì)傳遞，它包括三個步吸收過程涉及兩相間的物質(zhì)傳遞，它包括三個步 驟：驟： 溶質(zhì)由氣相主體傳遞到兩相界面，即氣相內(nèi)的物質(zhì)傳遞；溶質(zhì)由氣相主體傳遞到兩相界面，即氣相內(nèi)的物質(zhì)傳遞； 溶質(zhì)在相界面上的溶解，由氣相轉入液相，即界面上發(fā)溶質(zhì)在相界面上的溶解，由氣相轉入液相，即界面上發(fā) 生的溶解過程生的溶解過程 溶質(zhì)自界面被傳遞至液相主體，即液相內(nèi)的物質(zhì)傳遞。溶質(zhì)自界面被傳遞至液相主體，即液相內(nèi)的物質(zhì)傳遞。 傳質(zhì)

26、阻力 傳質(zhì)推動力 傳質(zhì)速率 通常，第步即界面上發(fā)生的溶解過程通常，第步即界面上發(fā)生的溶解過程 很容易進行，其阻力很小，故認為相界很容易進行，其阻力很小，故認為相界 面上的溶解推動力亦很小，面上的溶解推動力亦很小， 無論是氣相還是液相，物質(zhì)傳遞的機理包括以下兩種。無論是氣相還是液相，物質(zhì)傳遞的機理包括以下兩種。 分子擴散分子擴散。類似于傳熱中的熱傳導，是分子微。類似于傳熱中的熱傳導，是分子微 觀運動的宏觀統(tǒng)計結果。本章僅討論因濃度梯度而造觀運動的宏觀統(tǒng)計結果。本章僅討論因濃度梯度而造 成的分子擴散速率。發(fā)生在靜止或層流流體里的擴散成的分子擴散速率。發(fā)生在靜止或層流流體里的擴散 就是分子擴散。就是

27、分子擴散。 對流傳質(zhì)對流傳質(zhì)。是憑藉流體質(zhì)點的湍流和漩渦而引起。是憑藉流體質(zhì)點的湍流和漩渦而引起 的擴散稱為對流傳質(zhì)。發(fā)生在湍流流體里的傳質(zhì)除分的擴散稱為對流傳質(zhì)。發(fā)生在湍流流體里的傳質(zhì)除分 子擴散外更主要的是對流傳質(zhì)。子擴散外更主要的是對流傳質(zhì)。 費克定律費克定律 只要流體內(nèi)部有濃度梯度，就會產(chǎn)生分子擴散，只要流體內(nèi)部有濃度梯度，就會產(chǎn)生分子擴散， 在恒溫恒壓下，一維分子擴散速率可用費克定律表達在恒溫恒壓下，一維分子擴散速率可用費克定律表達 如下如下 ： 濃度梯度濃度梯度 指向濃度增加的方向，而擴散向濃指向濃度增加的方向，而擴散向濃 度降低的方度降低的方 向進行，故式中加負號。向進行，故式中

28、加負號。DABDAB為組分為組分A A在雙在雙 組分混合物組分混合物A A、B B中的擴散系數(shù)。中的擴散系數(shù)。 d dC DJ A ABA d dCA sm Kmol 2 4 m Kmol s m 2 總濃度總濃度 ii CCCCC BABAM 層流氣層（氣膜） 氣相主體 液相主體 4.3.24.3.2擴散系數(shù)擴散系數(shù) 擴散系數(shù)是物質(zhì)的一種傳遞性質(zhì)。它在傳質(zhì)中的作用擴散系數(shù)是物質(zhì)的一種傳遞性質(zhì)。它在傳質(zhì)中的作用 與導熱系數(shù)在傳熱中的作用相類似，但比導熱系數(shù)更為復與導熱系數(shù)在傳熱中的作用相類似，但比導熱系數(shù)更為復 雜：一種物質(zhì)的擴散總是相對于其他物質(zhì)而言的，所以它雜：一種物質(zhì)的擴散總是相對于其他

29、物質(zhì)而言的，所以它 至少要涉及兩種物質(zhì)，同一組分在不同混合物中的擴散系至少要涉及兩種物質(zhì)，同一組分在不同混合物中的擴散系 數(shù)是不一樣的；擴散系數(shù)還與體系的溫度、總壓（氣相）數(shù)是不一樣的；擴散系數(shù)還與體系的溫度、總壓（氣相） 或濃度（液相）有關。目前，擴散系數(shù)可由以下或濃度（液相）有關。目前，擴散系數(shù)可由以下3 3種途徑獲種途徑獲 得：得： 由試驗測得。試驗測定是求物質(zhì)擴散系數(shù)的根本途徑由試驗測得。試驗測定是求物質(zhì)擴散系數(shù)的根本途徑 從現(xiàn)有的手冊中查得。從現(xiàn)有的手冊中查得。 借助某些經(jīng)驗的或半經(jīng)驗的公式進行估算（查不到借助某些經(jīng)驗的或半經(jīng)驗的公式進行估算（查不到D D 又缺乏進行試驗測定的條件時

30、）。又缺乏進行試驗測定的條件時）。 4.3.24.3.2擴散系數(shù)擴散系數(shù) (1)(1) 組分在氣體中的擴散系數(shù)組分在氣體中的擴散系數(shù) 表表4-14-1列出總壓在列出總壓在101.3kpa101.3kpa下某些氣體在空氣中下某些氣體在空氣中 的擴散系數(shù)數(shù)值，由表可見氣體擴散系數(shù)的值約為的擴散系數(shù)數(shù)值，由表可見氣體擴散系數(shù)的值約為 經(jīng)分子運動論的理論推導與試驗修正，可以得到經(jīng)分子運動論的理論推導與試驗修正，可以得到 估算氣體擴散系數(shù)的半經(jīng)驗式，如式（估算氣體擴散系數(shù)的半經(jīng)驗式，如式（4-114-11）所示。）所示。 對一定物系氣體對一定物系氣體D D與絕對溫度與絕對溫度T T的的1.811.81次

31、方成正比，與次方成正比，與 壓強壓強p p成反比。成反比。 12 101/cms (2) (2) 組分在液體中的擴散系數(shù)組分在液體中的擴散系數(shù) 表表4-24-2列出了某些物質(zhì)在液體中的擴散系數(shù)，由于液體中的列出了某些物質(zhì)在液體中的擴散系數(shù)，由于液體中的 分子要比氣體中的分子密集的多，可以預計其擴散系數(shù)要比分子要比氣體中的分子密集的多，可以預計其擴散系數(shù)要比 氣體中氣體中的擴的擴 散系數(shù)小的多散系數(shù)小的多, ,由表由表4-24-2知，知，液體中的擴散系數(shù)液體中的擴散系數(shù) 的數(shù)量級約為的數(shù)量級約為1010-5 -5cm cm2 2/s/s，為氣相中的萬分之一（氣相約，為氣相中的萬分之一（氣相約10

32、10- - 1 1 1cm1cm2 2/s/s）。）。 由于液體中的擴散在理論上還不成熟，用半經(jīng)驗式估算流由于液體中的擴散在理論上還不成熟，用半經(jīng)驗式估算流 體擴散系數(shù)不如氣體可靠。此外，液體中組分的濃度對擴散體擴散系數(shù)不如氣體可靠。此外，液體中組分的濃度對擴散 系數(shù)有很大的影響。系數(shù)有很大的影響。 對很稀的非電解溶液可按（對很稀的非電解溶液可按（4-124-12）估算。此式亦不須記）估算。此式亦不須記 住，但須記住式，住，但須記住式，D D與與T T成正比，與黏度成反比。成正比，與黏度成反比。 4.3.34.3.3對流傳質(zhì)對流傳質(zhì) （1 1）對流對傳質(zhì)的貢獻）對流對傳質(zhì)的貢獻 通常傳質(zhì)設備中

33、的流體都是流動的，流動流體與相界通常傳質(zhì)設備中的流體都是流動的，流動流體與相界 面之間的物質(zhì)傳遞稱為對流傳質(zhì)（如前述溶質(zhì)由氣相主體面之間的物質(zhì)傳遞稱為對流傳質(zhì)（如前述溶質(zhì)由氣相主體 傳到相界面及由相界面?zhèn)鞯揭合嘀黧w）。流體的流動加快傳到相界面及由相界面?zhèn)鞯揭合嘀黧w）。流體的流動加快 了相內(nèi)的物質(zhì)傳遞，層流及湍流兩種流動加快傳質(zhì)的原因了相內(nèi)的物質(zhì)傳遞，層流及湍流兩種流動加快傳質(zhì)的原因 如下：如下： 溶質(zhì)溶質(zhì)A A組分在垂直于流動方向上的傳質(zhì)機理仍為分子擴散，但組分在垂直于流動方向上的傳質(zhì)機理仍為分子擴散，但 流動改變了橫截面流動改變了橫截面MNMN上的濃度分布，以氣相和相界面的傳上的濃度分布，以

34、氣相和相界面的傳 質(zhì)為例，組分質(zhì)為例，組分A A的濃度分布由靜止氣體的直線的濃度分布由靜止氣體的直線1 1變?yōu)榍€變?yōu)榍€2 2， 根據(jù)分子擴散速率方程式根據(jù)分子擴散速率方程式: : 層流流動層流流動 溶質(zhì)溶質(zhì)A A組分在垂直于流動方向上的傳質(zhì)機理仍為分子組分在垂直于流動方向上的傳質(zhì)機理仍為分子 擴散，但流動改變了橫截面擴散，但流動改變了橫截面MNMN上的濃度分布，以氣相和上的濃度分布，以氣相和 相界面的傳質(zhì)為例，組分相界面的傳質(zhì)為例，組分A A的濃度分布由靜止氣體的直線的濃度分布由靜止氣體的直線 1 1變?yōu)榍€變?yōu)榍€2 2，根據(jù)分子擴散速率方程式，根據(jù)分子擴散速率方程式: : A A W

35、d d c JD z 由于相界面處濃度梯度由于相界面處濃度梯度 變大，變大， AW (dd )cz AA ,JN強化了傳質(zhì)。強化了傳質(zhì)。 4.3.34.3.3對流傳質(zhì)對流傳質(zhì) 湍流流動湍流流動 湍流主體中流體產(chǎn)生大量的漩渦，引起流湍流主體中流體產(chǎn)生大量的漩渦，引起流 體質(zhì)點間的劇烈混合，促進了橫向（傳質(zhì)方向）體質(zhì)點間的劇烈混合，促進了橫向（傳質(zhì)方向） 的物質(zhì)傳遞，流體主體的濃度分布被均化，濃度的物質(zhì)傳遞，流體主體的濃度分布被均化，濃度 分布如曲線分布如曲線3 3所示。界面處的所示。界面處的濃度梯度濃度梯度進一步變大，進一步變大， 在主體濃度與界面濃度差相等在主體濃度與界面濃度差相等的情況下，傳

36、質(zhì)速的情況下，傳質(zhì)速 率得到進一步的提高。率得到進一步的提高。 （2 2）傳質(zhì)速率）傳質(zhì)速率 對流傳質(zhì)現(xiàn)象極為復雜，以湍流流動為例：在湍對流傳質(zhì)現(xiàn)象極為復雜，以湍流流動為例：在湍 流主體中存在大量漩渦，傳質(zhì)只要靠渦流擴散；靠近界流主體中存在大量漩渦，傳質(zhì)只要靠渦流擴散；靠近界 面附近有一層很薄的層流底層，傳質(zhì)主要靠分子擴散；面附近有一層很薄的層流底層，傳質(zhì)主要靠分子擴散； 在湍流主體和層流底層之間的過渡區(qū)漩渦擴散和分子擴在湍流主體和層流底層之間的過渡區(qū)漩渦擴散和分子擴 散都存在。對流擴散速率可仿照分子擴散的速率寫成：散都存在。對流擴散速率可仿照分子擴散的速率寫成： 不像不像 D D那樣是物性參

37、數(shù)，它與流體的湍動程度有關，那樣是物性參數(shù)，它與流體的湍動程度有關， 也與流體質(zhì)點的位置有關，難于用試驗的方法測定，它的表也與流體質(zhì)點的位置有關，難于用試驗的方法測定，它的表 達式形式好看但不好用，因而不能將代入的表達式中積分求達式形式好看但不好用，因而不能將代入的表達式中積分求 出對流傳質(zhì)速率、怎么辦？目前一般是仿照對流給熱，將對出對流傳質(zhì)速率、怎么辦？目前一般是仿照對流給熱，將對 流傳質(zhì)速率方程寫成類似于牛頓冷卻定律流傳質(zhì)速率方程寫成類似于牛頓冷卻定律 或或 的形式，即認為的形式，即認為 正正 比于流體主體濃度與界面濃度之差，但與對流傳熱不同的是比于流體主體濃度與界面濃度之差，但與對流傳熱

38、不同的是 氣液兩相的濃度都可用不同的單位表示，所以氣液兩相的濃度都可用不同的單位表示，所以 可寫成多可寫成多 種形式：種形式： 氣相與界面間的氣相與界面間的 式中：式中： 以分壓差表示推動力的氣相傳質(zhì)系數(shù)以分壓差表示推動力的氣相傳質(zhì)系數(shù) E D W ()QA TT W ()qTT A N A N AGAA () i Nkpp G 2 kmol k ms kpa 4.3.34.3.3對流傳質(zhì)對流傳質(zhì) Ay () i Nkyy y 2 kmol k ms ALAA () i Nkcc L 2 kmolm k ms kpas Ax () i Nkxx x 2 kmol k ms 4.3.3對流傳質(zhì)

39、上述處理方法實際上是將一組流體主體濃度和界面上述處理方法實際上是將一組流體主體濃度和界面 濃度之差作為對流傳質(zhì)的推動力，而將影響對流傳質(zhì)的眾濃度之差作為對流傳質(zhì)的推動力，而將影響對流傳質(zhì)的眾 多因素包括到氣相（或液相）傳質(zhì)系數(shù)中。多因素包括到氣相（或液相）傳質(zhì)系數(shù)中?，F(xiàn)在問題歸結現(xiàn)在問題歸結 到如何得到各種具體條件下的傳質(zhì)系數(shù)（用試驗測定的方到如何得到各種具體條件下的傳質(zhì)系數(shù)（用試驗測定的方 法），法）， yG kpk xML kc k 4.3.34.3.3對流傳質(zhì)對流傳質(zhì) 然而，實際使用的傳質(zhì)設備形式各樣（各種填料塔和然而，實際使用的傳質(zhì)設備形式各樣（各種填料塔和 板式塔），塔內(nèi)流動情況十分

40、復雜，兩相的接觸面液往往板式塔），塔內(nèi)流動情況十分復雜，兩相的接觸面液往往 難以確定，這使對流傳質(zhì)分系數(shù)（氣相或液相）的一般準難以確定，這使對流傳質(zhì)分系數(shù)（氣相或液相）的一般準 數(shù)關聯(lián)式遠不及傳熱那樣完善和可靠。同學們以后設計塔數(shù)關聯(lián)式遠不及傳熱那樣完善和可靠。同學們以后設計塔 設備時要查閱有關的文獻資料找出自己的設計條件相近的設備時要查閱有關的文獻資料找出自己的設計條件相近的 傳質(zhì)系數(shù)關聯(lián)式，有條件應通過試驗測定。傳質(zhì)系數(shù)關聯(lián)式，有條件應通過試驗測定。 4.3.54.3.5對流傳質(zhì)理論對流傳質(zhì)理論 為了揭示對流傳質(zhì)系數(shù)的物理本質(zhì)，從理論上說明各因素為了揭示對流傳質(zhì)系數(shù)的物理本質(zhì)，從理論上說明

41、各因素 對它的影響，不少研究者采用數(shù)學模型法加以研究，提出了對它的影響，不少研究者采用數(shù)學模型法加以研究，提出了 多種傳質(zhì)模型。我們先簡要回顧數(shù)學模型法的主要研究步驟：多種傳質(zhì)模型。我們先簡要回顧數(shù)學模型法的主要研究步驟： 將復雜的真實過程本省簡化成易于用數(shù)學方程式描述的物將復雜的真實過程本省簡化成易于用數(shù)學方程式描述的物 理模型；理模型； 對所得到的物理模型進行數(shù)學描述即建立數(shù)學模型；對所得到的物理模型進行數(shù)學描述即建立數(shù)學模型； 通過試驗對數(shù)學模型的合理性進行檢驗并測定模型參數(shù)。通過試驗對數(shù)學模型的合理性進行檢驗并測定模型參數(shù)。 4.3.54.3.5對流傳質(zhì)理論對流傳質(zhì)理論 不同的研究者對

42、過程的理解不同從而導出不同的模型，不同的研究者對過程的理解不同從而導出不同的模型， 下面簡要介紹三個重要的產(chǎn)值模型。下面簡要介紹三個重要的產(chǎn)值模型。 （1 1）有效膜理論（惠特曼）有效膜理論（惠特曼 WhitmanWhitman，19231923年）年） a a、氣液相界面兩側各存在一層靜止的或作層流流動的氣膜和液、氣液相界面兩側各存在一層靜止的或作層流流動的氣膜和液 膜，其厚度分別為膜，其厚度分別為 和和 ，氣相或液相主體內(nèi)由于流體高度湍，氣相或液相主體內(nèi)由于流體高度湍 動混合均勻故不存在濃度差，所有濃度差集中于有效氣膜和液動混合均勻故不存在濃度差，所有濃度差集中于有效氣膜和液 膜內(nèi)，故氣相

43、和液相的傳質(zhì)阻力也全部集中于該兩層有效膜內(nèi)；膜內(nèi)，故氣相和液相的傳質(zhì)阻力也全部集中于該兩層有效膜內(nèi)； b b、靜止或層流有效、靜止或層流有效 膜中的傳質(zhì)是定態(tài)的分子擴散膜中的傳質(zhì)是定態(tài)的分子擴散。 G L 4.3.54.3.5對流傳質(zhì)理論對流傳質(zhì)理論 （2 2）溶質(zhì)滲透理論（希格比）溶質(zhì)滲透理論（希格比 HigbieHigbie，19351935年）年） 希格比認為液體在流動過程中每隔一定時間發(fā)生一次完希格比認為液體在流動過程中每隔一定時間發(fā)生一次完 全的混合，使液體的濃度均勻化，在全的混合，使液體的濃度均勻化，在 時間內(nèi)，液相中時間內(nèi)，液相中 發(fā)生的不再是定態(tài)的擴散過程，而是非定態(tài)的擴散過程

44、。發(fā)生的不再是定態(tài)的擴散過程，而是非定態(tài)的擴散過程。 根據(jù)上述假設經(jīng)數(shù)學描述得到：根據(jù)上述假設經(jīng)數(shù)學描述得到： 0 0.5 L 0 2 D kD 與試驗結果較吻合，但與試驗結果較吻合，但 難以測定。難以測定。 0 4.3.54.3.5對流傳質(zhì)理論對流傳質(zhì)理論 （3 3）表面更新理論（丹克沃茨）表面更新理論（丹克沃茨 Danckwerts,1951Danckwerts,1951年）年） 丹克沃茨認為液體在流動過程中表面不斷更新，即不斷地丹克沃茨認為液體在流動過程中表面不斷更新，即不斷地 有液體從主體轉為界面而暴露于氣相中，這種界面不斷更新有液體從主體轉為界面而暴露于氣相中，這種界面不斷更新 傳質(zhì)

45、過程大大強化，其原因在于原來需要通過緩慢的擴散過程傳質(zhì)過程大大強化，其原因在于原來需要通過緩慢的擴散過程 才能將溶質(zhì)傳至液體深處，現(xiàn)通過表面更新，深處的液體就有才能將溶質(zhì)傳至液體深處，現(xiàn)通過表面更新，深處的液體就有 機會直接與氣體接觸以接受傳質(zhì)。定義機會直接與氣體接觸以接受傳質(zhì)。定義S S為表面更新頻率，經(jīng)過為表面更新頻率，經(jīng)過 數(shù)學描述并求解得到：數(shù)學描述并求解得到： 0.5 L kDSD 與試驗結果較吻合，但與試驗結果較吻合，但S S難求。難求。 綜上所述，溶質(zhì)滲透理論和表面更新理論比有效膜理論更綜上所述，溶質(zhì)滲透理論和表面更新理論比有效膜理論更 接近實際情況，但接近實際情況，但 或或S

46、S難以測定，將它們用于傳質(zhì)過程的設難以測定，將它們用于傳質(zhì)過程的設 計仍有一段距離，故目前用于傳質(zhì)設備設計主要還是有效膜計仍有一段距離，故目前用于傳質(zhì)設備設計主要還是有效膜 理論。理論。 0 4.4 4.4 相際傳質(zhì)相際傳質(zhì) 溶質(zhì)從一個相轉移到另一個相稱為相際傳質(zhì)或兩相間的傳質(zhì)。吸溶質(zhì)從一個相轉移到另一個相稱為相際傳質(zhì)或兩相間的傳質(zhì)。吸 收過程的相際傳質(zhì)是由氣相與界面間的對流傳質(zhì)、界面上溶質(zhì)組分的收過程的相際傳質(zhì)是由氣相與界面間的對流傳質(zhì)、界面上溶質(zhì)組分的 溶解、液相與界面間的對流傳質(zhì)三個過程串聯(lián)而成。解決吸收過程相溶解、液相與界面間的對流傳質(zhì)三個過程串聯(lián)而成。解決吸收過程相 際傳質(zhì)速率問題目

47、前是用雙膜模型。際傳質(zhì)速率問題目前是用雙膜模型。 （1 1）雙膜模型）雙膜模型 在相互接觸的氣液兩相間存在著穩(wěn)定的相界面，界面兩側分別在相互接觸的氣液兩相間存在著穩(wěn)定的相界面，界面兩側分別 存在著一個很薄的有效層流氣膜和液膜，被吸收的溶質(zhì)組分只能存在著一個很薄的有效層流氣膜和液膜，被吸收的溶質(zhì)組分只能 分子擴散的方式通過這兩層膜，氣相和液相的濃度變化（即推動分子擴散的方式通過這兩層膜，氣相和液相的濃度變化（即推動 力）及阻力均分別幾種在這兩層膜中，故力）及阻力均分別幾種在這兩層膜中，故 氣相與界相氣相與界相 Ay y () 1/ i i yy Nkyy k 界面與液相界面與液相 Ax x ()

48、 1/ i i xx Nkxx k 4.4 4.4 相際傳質(zhì)相際傳質(zhì) 相界面上不存在傳質(zhì)阻力，所需傳質(zhì)推動力等零，即在相界面上不存在傳質(zhì)阻力，所需傳質(zhì)推動力等零，即在 界面上氣、液兩相濃度成平衡，界面上氣、液兩相濃度成平衡， 。 ( ) ii yf x 對稀溶液：對稀溶液： （通過原點的直線）（通過原點的直線） ii ymx 或在計算范圍內(nèi)平衡線近似為直線：或在計算范圍內(nèi)平衡線近似為直線： ii ymxa 4.4 4.4 相際傳質(zhì)相際傳質(zhì) （2 2）相際傳質(zhì)速率方程）相際傳質(zhì)速率方程 我們討論的是定態(tài)傳質(zhì)問題，氣相與界面間的傳質(zhì)速率我們討論的是定態(tài)傳質(zhì)問題，氣相與界面間的傳質(zhì)速率 應等于界面與

49、液相的傳質(zhì)速率，即應等于界面與液相的傳質(zhì)速率，即 A 1/1/ ii yx yyxx N kk A yx 1 ii yyxx m N m kk 4.4 4.4 相際傳質(zhì)相際傳質(zhì) 對稀溶液對稀溶液 e , ii ymx ymx e () ii m xxyy e A yx 1/ yy N km k y yx 1 1/ K km k yyx 11m Kkk ( (總阻力氣膜阻力液膜阻力，符合雙膜模型總阻力氣膜阻力液膜阻力，符合雙膜模型) ) Aye ()NKyy 4.4 4.4 相際傳質(zhì)相際傳質(zhì) e ymxa ii ymxa思考題：若平衡關系為思考題：若平衡關系為 ， 上式成立否？上式成立否？ 為什

50、么？為什么？ 為得到以為得到以 為總推動力的總傳質(zhì)（相對傳質(zhì)）速率方程，為總推動力的總傳質(zhì)（相對傳質(zhì)）速率方程， 該如何處理？該如何處理？ () e xx e A yxyx /() 1111 ii yymxxxx N mkkmkk Axe ()NKxx x yx 1 1/1/ K mkk xyx 111 Kmkk xy KmK 4.4 4.4 相際傳質(zhì)相際傳質(zhì) 你能導出解吸時的總傳質(zhì)（相際傳質(zhì)）速率方程嗎？若能你能導出解吸時的總傳質(zhì)（相際傳質(zhì)）速率方程嗎？若能 請導出其表達式，并與吸收的方程比較。請導出其表達式，并與吸收的方程比較。 Aye ()NKyy Axe ()NKxx 解吸時總推動力與

51、吸收相反，但總傳質(zhì)系數(shù)與吸收相同。解吸時總推動力與吸收相反，但總傳質(zhì)系數(shù)與吸收相同。 4.4.2 4.4.2 傳質(zhì)阻力的控制步驟傳質(zhì)阻力的控制步驟 總傳質(zhì)阻力為氣膜傳質(zhì)阻力與液膜傳質(zhì)阻力之和，即總傳質(zhì)阻力為氣膜傳質(zhì)阻力與液膜傳質(zhì)阻力之和，即 yyx 11m Kkk xyx 111 Kmkk (1)(1)氣膜阻力控制氣膜阻力控制 1 yx m kk ，此時的傳質(zhì)阻力主要集中于，此時的傳質(zhì)阻力主要集中于 yy Kk yy 11 Kk 氣膜，氣膜， 稱這種情況為稱這種情況為“氣膜阻力控制氣膜阻力控制”。 4.4.2 4.4.2 傳質(zhì)阻力的控制步驟傳質(zhì)阻力的控制步驟 (2)(2)液膜阻力控制液膜阻力控

52、制 yx 11 mkk 當當 時，時， xx 11 Kk xx Kk 即即 此時的傳質(zhì)阻力只要集中于液膜此時的傳質(zhì)阻力只要集中于液膜 稱這種情況為稱這種情況為“液膜阻力控制液膜阻力控制”。 4.5 4.5 低含量氣體吸收（進塔混合氣中溶質(zhì)含量）低含量氣體吸收（進塔混合氣中溶質(zhì)含量） 以逆流填料吸收塔為例以逆流填料吸收塔為例 （1 1）低含量氣體吸收的特點）低含量氣體吸收的特點 G G、L L可視為常量可視為常量 吸收過程時等溫吸收過程時等溫 傳質(zhì)系數(shù)為常量傳質(zhì)系數(shù)為常量 在吸收過程中在吸收過程中G、L沒有變化，當穩(wěn)定操作時，吸收沒有變化，當穩(wěn)定操作時，吸收 質(zhì)在氣相中減少的量應等于在液相中增加

53、的量，則可列出質(zhì)在氣相中減少的量應等于在液相中增加的量，則可列出 下列物料衡算式：下列物料衡算式： 在塔內(nèi)任一截面在塔內(nèi)任一截面M-MM-M；的氣液兩相中，吸收質(zhì)的濃度分；的氣液兩相中，吸收質(zhì)的濃度分 別為別為y y和和x x，則可以在，則可以在與塔頂截面之間作物料衡算得出與塔頂截面之間作物料衡算得出 22 GyLxGyLx (2) 吸收塔中的物料衡算吸收塔中的物料衡算-操作線方程操作線方程 22 )(YXX G L Yy2y 操作線方程操作線方程 22 LL yxyx GG 操作線在操作線在X-Y坐標圖上為一直線坐標圖上為一直線 1.通過通過(xA1 ,yA1)和和(xA2,yA2)兩點兩點

54、 2.斜率斜率=L / G . 3.操作線上的任一點操作線上的任一點,表示相應于吸收塔某一截面上氣液兩相的表示相應于吸收塔某一截面上氣液兩相的yA與與xA的關系的關系. 4.操作線與平衡線間的操作線與平衡線間的距離距離是吸收的是吸收的推動力推動力 y-ye(兩線在縱軸間的距離兩線在縱軸間的距離).或或X- Xe(兩線在橫軸間的距離兩線在橫軸間的距離). y1 y2 22 )(YXX G L Yy2y 11 (3)吸收劑的用量吸收劑的用量 A、液氣比、液氣比:L/ G 不同液氣比對吸收推動力的不同液氣比對吸收推動力的 影響和吸收所得溶液濃度的影響影響和吸收所得溶液濃度的影響 如如 L/G=(x1

55、-x2)/(y1-y2) y1,y,2,G,x2常由工藝條件所常由工藝條件所 決定決定,此時此時: 吸收的吸收的液氣比越大液氣比越大,液相中液相中 吸收質(zhì)的吸收質(zhì)的濃度濃度X1越小越小,吸收吸收 的的推動力越大推動力越大. 反之反之,液氣比降低液氣比降低, X1提高提高, 推動力下降推動力下降. B B、最小液氣比、最小液氣比 當當 減小到圖中的減小到圖中的C C時，操作線與平衡線時，操作線與平衡線 相交與相交與C C點，塔底的氣、液兩相組成達到點，塔底的氣、液兩相組成達到 平衡，此時塔底推動力為零，所需塔高平衡，此時塔底推動力為零，所需塔高 將為無窮大，顯然這是液氣比的下限，將為無窮大，顯然

56、這是液氣比的下限， 通常稱之為吸收設計的最小液氣比，可通常稱之為吸收設計的最小液氣比，可 按物料衡算求得：按物料衡算求得： L G 12 min 1e2 () yyL Gxx 最小液氣比是一種極限狀態(tài)，用最小液氣比是一種極限狀態(tài)，用 表示，其相應的吸收劑的用量為最小吸收劑的表示，其相應的吸收劑的用量為最小吸收劑的 用量，用用量，用(L/G)min表示。表示。 吸收劑最小液氣比為吸收劑最小液氣比為: G 最小液氣比是一種極限狀態(tài)最小液氣比是一種極限狀態(tài),其相應的吸其相應的吸 收劑的用量為最小吸收劑的用量，用收劑的用量為最小吸收劑的用量，用 min表示。表示。 吸收劑最小液氣比為吸收劑最小液氣比為

57、: L G 12 min 1e2 () yyL Gxx 吸收劑用量減少吸收劑用量減少,推動力隨之減小推動力隨之減小,要達到要要達到要 求的吸收速率求的吸收速率,需要增大氣液接觸面積需要增大氣液接觸面積,增大吸收增大吸收 塔尺寸塔尺寸.反之反之,增大吸收劑用量增大吸收劑用量,推動力增大推動力增大,可減小可減小 接觸面積接觸面積,但出塔液體吸收質(zhì)濃度降低但出塔液體吸收質(zhì)濃度降低. 最小液氣比時，雖然吸收劑用量為最小，最小液氣比時，雖然吸收劑用量為最小， 但塔底吸收推動力為零，所需吸收接觸面積但塔底吸收推動力為零，所需吸收接觸面積 無窮大，設備投資加大；反之，增大吸收劑無窮大，設備投資加大；反之，增

58、大吸收劑 用量，吸收推動力隨之增大，可減小接觸面用量，吸收推動力隨之增大，可減小接觸面 積，但操作費用增加。通常吸收劑的實際用積，但操作費用增加。通常吸收劑的實際用 量：量：L/G適宜 適宜 = 1.12.0(L/G)最小。最小。 實際計算中，先通過氣液平衡關系實際計算中，先通過氣液平衡關系y=m xe 由由y1求出求出x1最大 最大(xe)，繼而求出最小液氣比 ，繼而求出最小液氣比，再求再求 出適宜液氣比出適宜液氣比，以確定適宜的吸收劑用量以確定適宜的吸收劑用量。 吸收塔中的傳質(zhì)速率吸收塔中的傳質(zhì)速率 接觸面接觸面 傳質(zhì)量傳質(zhì)量dGA 濃度變化濃度變化 dy G y1 y2 dA X2 X1

59、 (4)填料層高度的計算 如圖，取一微元填料層，其高 度為dh,氣液接觸面積為dA,依據(jù) 物料衡算，該微元段內(nèi)氣液之 間吸收質(zhì)的傳遞量dGA為： dGA=GdyA=LcdXA 又根據(jù)吸收速率方程，經(jīng)過該微元 填料層內(nèi)氣相和液相吸收質(zhì)的變化量 分別為： dGA=NAdA=KY(y-ye)dA dGA=NAdA=KX(Xe- XA)dA 該微元填料層的氣液接觸面積 dA=adh GdyA= KY(yA-ye)adh LdX=KX(Xe-X) adh 填料塔穩(wěn)定操作時，G、L、a、S均為定值。對 低濃度氣體吸收，KY、KX均可視為常數(shù)，因而經(jīng)整 理積分可得 填料層高度的基本計算式 G L a a 將

60、上式的常數(shù)項與積分項分開，并令 y1 OGOG y2 ey d , yG NH yyK a x1 OLOL x2 ex d , xL NH xxK a 當吸收塔兩截面間吸收質(zhì)的濃度變化等于該范圍內(nèi)的當吸收塔兩截面間吸收質(zhì)的濃度變化等于該范圍內(nèi)的 吸收推動力時吸收推動力時,該區(qū)域就稱為一個傳質(zhì)單元該區(qū)域就稱為一個傳質(zhì)單元,整個填料層就由整個填料層就由 這些傳質(zhì)單元組成這些傳質(zhì)單元組成. 傳質(zhì)單元高度是指在填料比表面和塔徑一定的條件下，傳質(zhì)單元高度是指在填料比表面和塔徑一定的條件下， 與一個傳質(zhì)單元所需的傳質(zhì)面積相當?shù)奶盍蠈拥母叨取Ｅc一個傳質(zhì)單元所需的傳質(zhì)面積相當?shù)奶盍蠈拥母叨取?OGOGOLOL