食品工程原理吸收5

1、重點(diǎn)：雙膜理論、傳質(zhì)基本方程、操作線方程重點(diǎn)：雙膜理論、傳質(zhì)基本方程、操作線方程難點(diǎn)：雙膜理論難點(diǎn)：雙膜理論傳質(zhì)分離操作在生產(chǎn)中的應(yīng)用傳質(zhì)分離操作在生產(chǎn)中的應(yīng)用 在含有兩個(gè)或兩個(gè)以上組分的混合體系中，如果存在濃在含有兩個(gè)或兩個(gè)以上組分的混合體系中，如果存在濃度梯度，某一組分（或某些組分）將有高濃度區(qū)向地濃度區(qū)度梯度，某一組分（或某些組分）將有高濃度區(qū)向地濃度區(qū)移動(dòng)的趨勢，該移動(dòng)過程稱為移動(dòng)的趨勢，該移動(dòng)過程稱為傳質(zhì)過程傳質(zhì)過程。 分離過程包括機(jī)械分離和傳質(zhì)分離。分離過程包括機(jī)械分離和傳質(zhì)分離。機(jī)械分離：過濾、沉降等機(jī)械分離：過濾、沉降等傳質(zhì)分離：吸收、蒸餾、干燥、萃取、膜分離等傳質(zhì)分離：吸收、

2、蒸餾、干燥、萃取、膜分離等界面界面氣相氣相主體主體組分組分組分組分液相液相主體主體1 擴(kuò)散物質(zhì)從一相的主體擴(kuò)散到兩相界面（單相中的擴(kuò)散）；擴(kuò)散物質(zhì)從一相的主體擴(kuò)散到兩相界面（單相中的擴(kuò)散）；2 在界面上的擴(kuò)散物質(zhì)從一相進(jìn)入另一相（相際間傳質(zhì)）；在界面上的擴(kuò)散物質(zhì)從一相進(jìn)入另一相（相際間傳質(zhì)）；3 進(jìn)入另一相的擴(kuò)散物質(zhì)從界面向該相的主體擴(kuò)散（單相中的擴(kuò)散）；進(jìn)入另一相的擴(kuò)散物質(zhì)從界面向該相的主體擴(kuò)散（單相中的擴(kuò)散）； 物質(zhì)在單相中的傳遞靠擴(kuò)散，發(fā)生在流體中的擴(kuò)物質(zhì)在單相中的傳遞靠擴(kuò)散，發(fā)生在流體中的擴(kuò)散有散有分子擴(kuò)散分子擴(kuò)散和和渦流擴(kuò)散渦流擴(kuò)散兩種。兩種。分子擴(kuò)散分子擴(kuò)散：依靠分子的無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)

3、，主要發(fā)生在靜止或依靠分子的無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，主要發(fā)生在靜止或 層流流體中。層流流體中。 渦流擴(kuò)散渦流擴(kuò)散：依靠流體質(zhì)點(diǎn)的湍動(dòng)和旋渦而傳遞物質(zhì)，主要依靠流體質(zhì)點(diǎn)的湍動(dòng)和旋渦而傳遞物質(zhì)，主要 發(fā)生在湍流流體中。發(fā)生在湍流流體中。 A BAB A BAB分子擴(kuò)散分子擴(kuò)散：在一相內(nèi)部存在濃度差或濃度梯度的情況下，由于分子的無規(guī)：在一相內(nèi)部存在濃度差或濃度梯度的情況下，由于分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致的物質(zhì)傳遞現(xiàn)象。分子擴(kuò)散是物質(zhì)分子微觀運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。則運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致的物質(zhì)傳遞現(xiàn)象。分子擴(kuò)散是物質(zhì)分子微觀運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。擴(kuò)散通量擴(kuò)散通量：單位時(shí)間內(nèi)單位面積上擴(kuò)散傳遞的物質(zhì)量，其單位為：單位時(shí)間內(nèi)單位面積上擴(kuò)散傳遞的物質(zhì)量

4、，其單位為mol/(m2s)。dzdCDJAABA式中式中 JA物質(zhì)物質(zhì)A在在z方向上的分子擴(kuò)散通量，方向上的分子擴(kuò)散通量，kmol/(m2s) dCA/dz物質(zhì)物質(zhì)A的濃度梯度，的濃度梯度，kmol/m4 DAB物質(zhì)物質(zhì)A在介質(zhì)在介質(zhì)B中的分子擴(kuò)散系數(shù)，中的分子擴(kuò)散系數(shù)，m2/s 負(fù)號負(fù)號表示擴(kuò)散是沿著物質(zhì)表示擴(kuò)散是沿著物質(zhì)A濃度降低的方向進(jìn)行的。濃度降低的方向進(jìn)行的。 當(dāng)物質(zhì)當(dāng)物質(zhì)A在介質(zhì)在介質(zhì)B中發(fā)生擴(kuò)散時(shí)，任一點(diǎn)處物質(zhì)中發(fā)生擴(kuò)散時(shí)，任一點(diǎn)處物質(zhì)A的擴(kuò)散通的擴(kuò)散通量與該位置上量與該位置上A的濃度梯度成正比，即：的濃度梯度成正比，即：假定：假定：pA1 pA2 pB11，漂流因子的大小直接

5、反映了總體流動(dòng)在傳質(zhì)中所占分漂流因子的大小直接反映了總體流動(dòng)在傳質(zhì)中所占分量的大小，即漂流因子體現(xiàn)了總體流動(dòng)對傳質(zhì)速率的影響。量的大小，即漂流因子體現(xiàn)了總體流動(dòng)對傳質(zhì)速率的影響。單向擴(kuò)散的傳質(zhì)通量單向擴(kuò)散的傳質(zhì)通量在液相中以單向擴(kuò)散多見，仿氣相中的擴(kuò)散速率關(guān)系，則有在液相中以單向擴(kuò)散多見，仿氣相中的擴(kuò)散速率關(guān)系，則有 連續(xù)等價(jià)離子交換和理想溶液精餾時(shí)的擴(kuò)散過程屬于等分連續(xù)等價(jià)離子交換和理想溶液精餾時(shí)的擴(kuò)散過程屬于等分子反向擴(kuò)散模型，連續(xù)結(jié)晶、吸附、浸提、吸收等擴(kuò)散過程屬子反向擴(kuò)散模型，連續(xù)結(jié)晶、吸附、浸提、吸收等擴(kuò)散過程屬于單向擴(kuò)散模型。于單向擴(kuò)散模型。)(21AAsmACCzCCDN式中式中

6、 NA溶質(zhì)溶質(zhì)A在液相中的傳遞速率，在液相中的傳遞速率，kmol/m2s D溶質(zhì)溶質(zhì)A在溶劑中的擴(kuò)散系數(shù)，在溶劑中的擴(kuò)散系數(shù)，m2/s C溶液的總濃度，溶液的總濃度，C=CA+CS，kmol/m3 Csm擴(kuò)散初、終截面上溶劑擴(kuò)散初、終截面上溶劑S的對數(shù)平均濃度，的對數(shù)平均濃度， kmol/m3分子擴(kuò)散系數(shù)是物質(zhì)的特征系數(shù)之一，表示物質(zhì)在介質(zhì)中分子擴(kuò)散系數(shù)是物質(zhì)的特征系數(shù)之一，表示物質(zhì)在介質(zhì)中的擴(kuò)散能力；的擴(kuò)散能力；擴(kuò)散系數(shù)取決于擴(kuò)散質(zhì)和介質(zhì)的種類及溫度等因數(shù)。擴(kuò)散系數(shù)取決于擴(kuò)散質(zhì)和介質(zhì)的種類及溫度等因數(shù)。對于氣體中的擴(kuò)散，濃度的影響可以忽略；對于氣體中的擴(kuò)散，濃度的影響可以忽略；對于液體中的擴(kuò)

7、散，濃度的影響可以忽略，而壓強(qiáng)的影響對于液體中的擴(kuò)散，濃度的影響可以忽略，而壓強(qiáng)的影響不顯著。不顯著。 物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)可由實(shí)驗(yàn)測得，或查有關(guān)資料，或借助于物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)可由實(shí)驗(yàn)測得，或查有關(guān)資料，或借助于經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。23/13/1235)(111036. 4BABAvvPMMTD式中式中 D擴(kuò)散系數(shù)，擴(kuò)散系數(shù)，m2/s； P總壓強(qiáng)，總壓強(qiáng)，kPa； MA、MB分別為分別為A、B兩種物質(zhì)的分子量，兩種物質(zhì)的分子量，g/mol； vA、vB分別為分別為A、B兩種物質(zhì)的分子體積，兩種物質(zhì)的分子體積，cm3/mol)(107 . 73/13/115oAvvTD式

8、中式中 D物質(zhì)在其稀溶液中的擴(kuò)散系數(shù)，物質(zhì)在其稀溶液中的擴(kuò)散系數(shù)，m2/s； T溫度，溫度，K； 液體的粘度，液體的粘度，Pas A擴(kuò)散物質(zhì)的分子體積，擴(kuò)散物質(zhì)的分子體積，cm3/mol； o常數(shù)。在水、甲醇或苯中的稀溶液，其值為常數(shù)。在水、甲醇或苯中的稀溶液，其值為8,14.9,22.8 cm3/mol 物質(zhì)在湍流的流體中傳質(zhì)，主要憑藉湍流流體質(zhì)點(diǎn)的湍動(dòng)和物質(zhì)在湍流的流體中傳質(zhì)，主要憑藉湍流流體質(zhì)點(diǎn)的湍動(dòng)和旋渦引起流體各部分之間的劇烈混合，在有濃度差存在的條件旋渦引起流體各部分之間的劇烈混合，在有濃度差存在的條件下，物質(zhì)朝著濃度降低的方向進(jìn)行傳遞，這種現(xiàn)象稱為下，物質(zhì)朝著濃度降低的方向進(jìn)行傳

9、遞，這種現(xiàn)象稱為渦流擴(kuò)渦流擴(kuò)散散（eddy diffusion）。）。 在湍流流體中同時(shí)存在渦流擴(kuò)散在湍流流體中同時(shí)存在渦流擴(kuò)散 和分子擴(kuò)散（渦流擴(kuò)散占和分子擴(kuò)散（渦流擴(kuò)散占主導(dǎo)地位主導(dǎo)地位 ），其總擴(kuò)散通量為），其總擴(kuò)散通量為dZdCDDJAEA)(式中式中 D分子擴(kuò)散系數(shù)，分子擴(kuò)散系數(shù)，m2/s； DE渦流擴(kuò)散系數(shù)，渦流擴(kuò)散系數(shù)，m2/s； dCA/dZ沿沿z方向的濃度梯度，方向的濃度梯度，kmol/m4； J總擴(kuò)散通量總擴(kuò)散通量kmol/(m2s)注：渦流擴(kuò)散系數(shù)注：渦流擴(kuò)散系數(shù)DE不是物性常數(shù)，它與湍動(dòng)有關(guān)，且隨位置不是物性常數(shù)，它與湍動(dòng)有關(guān)，且隨位置而不同。由于其難以測定，常將分子擴(kuò)

10、散和渦流擴(kuò)散結(jié)合在一而不同。由于其難以測定，常將分子擴(kuò)散和渦流擴(kuò)散結(jié)合在一起考慮。起考慮。對流傳質(zhì)對流傳質(zhì)是指發(fā)生在運(yùn)動(dòng)著的流體與相截面之間的傳質(zhì)過程。是指發(fā)生在運(yùn)動(dòng)著的流體與相截面之間的傳質(zhì)過程。在實(shí)際生產(chǎn)中，傳質(zhì)操作多發(fā)生在流體湍流的情況下，此時(shí)的在實(shí)際生產(chǎn)中，傳質(zhì)操作多發(fā)生在流體湍流的情況下，此時(shí)的對流傳質(zhì)對流傳質(zhì)是湍流主體與相界面之間的渦流擴(kuò)散與分子擴(kuò)散兩種是湍流主體與相界面之間的渦流擴(kuò)散與分子擴(kuò)散兩種傳質(zhì)作用的總和。傳質(zhì)作用的總和。 以吸收為例：吸收劑沿壁面自上而下流動(dòng)，混合氣體自下以吸收為例：吸收劑沿壁面自上而下流動(dòng)，混合氣體自下而上流過液體表面。考察穩(wěn)定操作狀況下吸收塔設(shè)備任一截

11、面而上流過液體表面?？疾旆€(wěn)定操作狀況下吸收塔設(shè)備任一截面m-n處相界面的氣相一側(cè)溶質(zhì)處相界面的氣相一側(cè)溶質(zhì)A濃度分布情況。濃度分布情況。液相液相mn相界面相界面氣相滯流內(nèi)層氣相滯流內(nèi)層氣相氣相 0 zG zG距離距離zpHpi氣氣相相分分壓壓 p氣相有效氣相有效膜層厚度膜層厚度滯流內(nèi)滯流內(nèi)層厚度層厚度 流體主體與相界面之間存在三個(gè)流動(dòng)區(qū)域，即湍流主體、流體主體與相界面之間存在三個(gè)流動(dòng)區(qū)域，即湍流主體、過度層和滯流層。過度層和滯流層。過渡層過渡層 同時(shí)存在分子擴(kuò)散和渦流擴(kuò)散，分壓梯度逐漸同時(shí)存在分子擴(kuò)散和渦流擴(kuò)散，分壓梯度逐漸變小，曲線逐漸平緩。變小，曲線逐漸平緩。滯流層滯流層 溶質(zhì)的傳遞主要依

12、靠分子擴(kuò)散作用，由于溶質(zhì)的傳遞主要依靠分子擴(kuò)散作用，由于D值值較小，在該區(qū)域內(nèi)分壓梯度較大，曲線陡峭。較小，在該區(qū)域內(nèi)分壓梯度較大，曲線陡峭。湍流主體湍流主體 主要依靠渦流擴(kuò)散，大量旋渦引起的混合作主要依靠渦流擴(kuò)散，大量旋渦引起的混合作用使得氣相主體內(nèi)溶質(zhì)的分壓趨于一致，分壓線為直線。用使得氣相主體內(nèi)溶質(zhì)的分壓趨于一致，分壓線為直線。 延長滯流內(nèi)層的分壓線和氣相主體延長滯流內(nèi)層的分壓線和氣相主體 的分壓線交于的分壓線交于H點(diǎn)，點(diǎn)，此點(diǎn)與相界面的距離為此點(diǎn)與相界面的距離為zG， 在在zG以內(nèi)的流動(dòng)為滯流，其物質(zhì)以內(nèi)的流動(dòng)為滯流，其物質(zhì)傳遞純屬分子擴(kuò)散，此虛擬的膜層稱為傳遞純屬分子擴(kuò)散，此虛擬的膜

13、層稱為有效滯流膜有效滯流膜。 整個(gè)有效滯流層的傳質(zhì)推動(dòng)力為氣相主體與相界面處的整個(gè)有效滯流層的傳質(zhì)推動(dòng)力為氣相主體與相界面處的分壓之差，即全部傳質(zhì)阻力都包含在有效滯流膜層內(nèi)。分壓之差，即全部傳質(zhì)阻力都包含在有效滯流膜層內(nèi)。 由氣相主體至相界面的對流傳質(zhì)速率為（按有效滯流膜層由氣相主體至相界面的對流傳質(zhì)速率為（按有效滯流膜層內(nèi)的分子擴(kuò)散速率計(jì)算）內(nèi)的分子擴(kuò)散速率計(jì)算）)()(iGiBmGAppkpppRTzDPN式中式中 NA溶質(zhì)溶質(zhì)A 的對流傳質(zhì)速率，的對流傳質(zhì)速率，kmol/(m2s)； zG氣相有效滯流膜層厚度氣相有效滯流膜層厚度,m； kG氣膜吸收系數(shù)；氣膜吸收系數(shù)； p氣相主體中溶質(zhì)氣

14、相主體中溶質(zhì)A的分壓的分壓,kPa； pi相界面處溶質(zhì)相界面處溶質(zhì)A的分壓的分壓,kPa； pBM惰性組分惰性組分B在氣相主體中與相界面處的分壓的對數(shù)平均在氣相主體中與相界面處的分壓的對數(shù)平均 值值,kPa； 在液相中的傳質(zhì)速率為在液相中的傳質(zhì)速率為)()(cckccczCDNiLiSmLA式中式中 zL液相有效滯流膜層厚度，液相有效滯流膜層厚度，m； C液相主體中的溶質(zhì)液相主體中的溶質(zhì)A濃度，濃度，kmol/m3； ci相界面處的溶質(zhì)相界面處的溶質(zhì)A濃度，濃度， kmol/m3； cSm溶劑溶劑S在液相主題與相界面處的濃度的對數(shù)均在液相主題與相界面處的濃度的對數(shù)均 值，值， kmol/m3；

15、 kL液膜吸收系數(shù)或液膜傳質(zhì)系數(shù)液膜吸收系數(shù)或液膜傳質(zhì)系數(shù)當(dāng)氣液兩相接觸時(shí)，兩相之間有一個(gè)相界面，在相界面兩側(cè)當(dāng)氣液兩相接觸時(shí)，兩相之間有一個(gè)相界面，在相界面兩側(cè)分別存在著呈層流流動(dòng)的穩(wěn)定膜層（有效層流膜層）。溶質(zhì)必分別存在著呈層流流動(dòng)的穩(wěn)定膜層（有效層流膜層）。溶質(zhì)必須以分子擴(kuò)散的形式連續(xù)的通過這兩個(gè)膜層，膜層的厚度主要須以分子擴(kuò)散的形式連續(xù)的通過這兩個(gè)膜層，膜層的厚度主要隨流速而變，流速愈大厚度愈小。隨流速而變，流速愈大厚度愈小。在相界面上氣液兩相相互成平衡。在相界面上氣液兩相相互成平衡。在膜層以外的主體內(nèi)，由于流體的充分湍動(dòng)，溶質(zhì)的濃度分在膜層以外的主體內(nèi)，由于流體的充分湍動(dòng)，溶質(zhì)的濃度

16、分布均勻，可認(rèn)為兩相主體中的濃度梯度為零，即濃度梯度全部布均勻，可認(rèn)為兩相主體中的濃度梯度為零，即濃度梯度全部集中在兩個(gè)有效膜層中。集中在兩個(gè)有效膜層中。 用雙膜理論解釋具有固定相界面的系統(tǒng)及速度不高的兩流體用雙膜理論解釋具有固定相界面的系統(tǒng)及速度不高的兩流體間的傳質(zhì)過程（如濕壁塔），與實(shí)際情況是大致相符合的。間的傳質(zhì)過程（如濕壁塔），與實(shí)際情況是大致相符合的。pAcA pA,i cA,i氣氣膜膜液液膜膜相界面相界面氣相主體氣相主體液相主體液相主體傳質(zhì)方向傳質(zhì)方向圖圖 雙膜理論雙膜理論示意圖示意圖溶溶質(zhì)質(zhì)A在在氣氣相相中中的的分分壓壓溶溶質(zhì)質(zhì)A在在液液相相中中的的摩摩爾爾濃濃度度 (1) 按吸

17、收過程是否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)分類：物理吸收、化學(xué)吸收按吸收過程是否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)分類：物理吸收、化學(xué)吸收(2) 按吸收過程中體系的溫度變化分類：等溫吸收、非等溫吸收按吸收過程中體系的溫度變化分類：等溫吸收、非等溫吸收(3) 按被吸收組分的數(shù)目分類：單組分吸收、多組分吸收按被吸收組分的數(shù)目分類：單組分吸收、多組分吸收本章主要討論低濃度氣體混合物的單組分等溫物理吸收。本章主要討論低濃度氣體混合物的單組分等溫物理吸收。3 氣氣液相平衡關(guān)系液相平衡關(guān)系氣體在液體中的溶解度氣體在液體中的溶解度(1) 在一定溫度下，氣體組分的溶解度隨該組分在氣相中的平衡在一定溫度下，氣體組分的溶解度隨該組分在氣相中的平衡分壓的增

18、大而增大；而在相同平衡分壓條件下，氣體組分的溶分壓的增大而增大；而在相同平衡分壓條件下，氣體組分的溶解度則隨溫度的升高而減小。解度則隨溫度的升高而減小。(2) 在同一溫度下，對于不同種類的氣體組分，欲得到相同濃度在同一溫度下，對于不同種類的氣體組分，欲得到相同濃度的溶液，易溶氣體僅需控制較低的分壓，而難溶氣體則需較高的溶液，易溶氣體僅需控制較低的分壓，而難溶氣體則需較高分壓。分壓。(3) 加壓和降溫對吸收操作有利；反之，升溫和減壓有利于解吸。加壓和降溫對吸收操作有利；反之，升溫和減壓有利于解吸。 當(dāng)總壓不高（當(dāng)總壓不高（5105Pa）時(shí)，在一定溫度下，稀溶液上方時(shí)，在一定溫度下，稀溶液上方溶質(zhì)

19、的平衡分壓與其在液相中的濃度之間存在著如下的關(guān)系：溶質(zhì)的平衡分壓與其在液相中的濃度之間存在著如下的關(guān)系： 上式表示溶液的濃度低于一定數(shù)值時(shí)溶質(zhì)的平衡分壓與它在上式表示溶液的濃度低于一定數(shù)值時(shí)溶質(zhì)的平衡分壓與它在溶液中的摩爾分率成正比。亨利系數(shù)溶液中的摩爾分率成正比。亨利系數(shù)E值較大表示溶解度較小。值較大表示溶解度較小。一般一般E值隨溫度的升高而增大。值隨溫度的升高而增大。 Pe=EX 式中式中: Pe-溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓, kPa； X-溶質(zhì)在液相中的摩爾分率溶質(zhì)在液相中的摩爾分率 E-享利系數(shù)，享利系數(shù)， kPaEMH 溶液的密度溶液的密度, kg/m3 ； M溶液

20、的平均分子量溶液的平均分子量, kg/kmol Pe=C/H式中：式中： C液相中溶質(zhì)的摩爾濃度液相中溶質(zhì)的摩爾濃度, kmol/m3 ; H溶解度系數(shù)溶解度系數(shù), kmol/mkN; 在亨利定律適用的范圍內(nèi)在亨利定律適用的范圍內(nèi),H是溫度的函數(shù)是溫度的函數(shù),而與而與Pe或或C無關(guān)。無關(guān)。對于一定的溶質(zhì)和溶劑，對于一定的溶質(zhì)和溶劑，H值一般隨溫度升高減小。易溶氣體值一般隨溫度升高減小。易溶氣體H值較大，難溶氣體值較大，難溶氣體H值較小。值較小。 ye=mx 式中：式中： x溶質(zhì)在液相中的摩爾分率；溶質(zhì)在液相中的摩爾分率； ye與該液相成平衡的氣相中溶質(zhì)的摩爾分率；與該液相成平衡的氣相中溶質(zhì)的摩

21、爾分率； m相平衡常數(shù)相平衡常數(shù),無因次。無因次。 m=E/P 上式中上式中P為系統(tǒng)總壓，為系統(tǒng)總壓，值越大，表示溶解度越小。值越大，表示溶解度越小。 xxX1液相中溶劑的摩爾數(shù)液相中溶質(zhì)的摩爾數(shù)yyY1數(shù)氣相中惰性組分的摩爾氣相中溶質(zhì)的摩爾數(shù)XmmXYe)1 (1當(dāng)溶液濃度很低時(shí)當(dāng)溶液濃度很低時(shí),上式右端分母約等于上式右端分母約等于1,于是上式可簡化為于是上式可簡化為: Ye=mX GiiGiBmGAkppppkpppRTzDPN1)()(LiiLiSmLAkcccckccczCDN1)()( )()(cckppkNiLiGAGLiikkccpp 上式表明，在分壓上式表明，在分壓濃度圖濃度圖

22、上，上，pi-ci關(guān)系為過定點(diǎn)關(guān)系為過定點(diǎn)D（c，p），），斜率為斜率為-kG/kL的直線。的直線。根據(jù)雙膜理論，界面處的氣液根據(jù)雙膜理論，界面處的氣液濃度符合平衡關(guān)系，所以該直濃度符合平衡關(guān)系，所以該直線與氣液平衡線的交點(diǎn)即為點(diǎn)線與氣液平衡線的交點(diǎn)即為點(diǎn)（ ci，pi ）0 c ci液相濃度液相濃度D(c,p)(ci,pi) p=f(c) p pi氣氣相相分分壓壓對于定態(tài)傳質(zhì)，氣液兩膜中的傳質(zhì)速率應(yīng)當(dāng)相等，即對于定態(tài)傳質(zhì)，氣液兩膜中的傳質(zhì)速率應(yīng)當(dāng)相等，即 吸收過程的總推動(dòng)力可采用任何一相的主體濃度與其平衡吸收過程的總推動(dòng)力可采用任何一相的主體濃度與其平衡濃度的差值來表示。濃度的差值來表示。(

23、1) 以（以（p-pe）表示總推動(dòng)力表示總推動(dòng)力雙膜理論：雙膜理論： pi=ci/H亨利定律：亨利定律： pe=c/H 液相吸收速率方程液相吸收速率方程N(yùn)A=kL(ci-c)NA=kLH(pi-pe)氣相吸收速率方程氣相吸收速率方程N(yùn)A=kG(p-pi)eGLAppkHkN)11(代入代入令令GLGkHkK111式中式中 KG氣相總吸收系數(shù)，氣相總吸收系數(shù)，kmol/(m2skPa) 對于易溶氣體，對于易溶氣體，H值很大，則有：值很大，則有：1/HkL1/kG ，此時(shí)傳此時(shí)傳質(zhì)阻力的絕大部分存在于氣膜之中，液膜阻力可以忽略。質(zhì)阻力的絕大部分存在于氣膜之中，液膜阻力可以忽略。NA=KG(p-pe

24、)1/KG 1/kG 或或 KG kG 對于氣膜控制的吸收，要提高總吸收系數(shù)，應(yīng)該加大氣相湍對于氣膜控制的吸收，要提高總吸收系數(shù)，應(yīng)該加大氣相湍動(dòng)程度。動(dòng)程度。 即氣膜阻力控制著整個(gè)吸收過程的速率，吸收總推動(dòng)力的絕即氣膜阻力控制著整個(gè)吸收過程的速率，吸收總推動(dòng)力的絕大部分用于克服氣膜阻力，此種情況稱為大部分用于克服氣膜阻力，此種情況稱為 “ “氣膜控制氣膜控制”（gas-film control）。）。如：水吸收氨，濃硫酸吸收水蒸氣等過程。如：水吸收氨，濃硫酸吸收水蒸氣等過程。(2)以（以（Ce-C）表示總推動(dòng)力表示總推動(dòng)力eGLAppkHkN)11(HcHckHkNeGLA)11(cckHk

25、NeGLA)1(GLLkHkK11令令代入代入NA=KL(ce-c)KL液相總吸收系數(shù)，液相總吸收系數(shù)，m/s 對于難溶氣體，對于難溶氣體，H值很小，則有：值很小，則有：H/kG1/kL ，此時(shí)傳質(zhì)此時(shí)傳質(zhì)阻力的絕大部分存在于液膜之中，氣膜阻力可以忽略。阻力的絕大部分存在于液膜之中，氣膜阻力可以忽略。1/KL 1/kL 或或 KL kL 即液膜阻力控制著整個(gè)吸收過程的速率，吸收總推動(dòng)力的絕即液膜阻力控制著整個(gè)吸收過程的速率，吸收總推動(dòng)力的絕大部分用于克服液膜阻力，此種情況稱為大部分用于克服液膜阻力，此種情況稱為 “液膜控制液膜控制”（ liquid-film control ）。）。如：水吸收

26、氧或氫。如：水吸收氧或氫。 對于中等溶解度的氣體，氣膜阻力和液膜阻力都不可忽略，對于中等溶解度的氣體，氣膜阻力和液膜阻力都不可忽略，要提高總吸收系數(shù)，必須同時(shí)增大氣相和液相的湍動(dòng)程度。要提高總吸收系數(shù)，必須同時(shí)增大氣相和液相的湍動(dòng)程度。(3) 以（以（Y-Ye）表示總推動(dòng)力表示總推動(dòng)力分壓定律：分壓定律：p=PyY=y/（1-y）y=Y/（1+Y） YYPp1eeeYYPp1 同理同理式中式中 Ye表示與液相濃度表示與液相濃度X成平衡的氣相濃度成平衡的氣相濃度NA=KG(p-pe)()()1)(1 (eYeeGAYYKYYYYPKN當(dāng)吸收質(zhì)在氣相中的濃度很小時(shí)，當(dāng)吸收質(zhì)在氣相中的濃度很小時(shí)，Y

27、和和Ye都很小，則有都很小，則有KY KGP(4) 以（以（Xe-X）表示傳質(zhì)總推動(dòng)力表示傳質(zhì)總推動(dòng)力液相濃度以液相濃度以X表示，與氣相濃度成平衡的液相濃度以表示，與氣相濃度成平衡的液相濃度以Xe表示。表示。)()1)(1 (XXXXCKNeeLA)(XXKNeXA當(dāng)吸收質(zhì)濃度在液相中很小時(shí)，當(dāng)吸收質(zhì)濃度在液相中很小時(shí)，Xe和和X都很小，則有都很小，則有)1)(1 (XXCKKeLX令令KX液相總吸收系數(shù)，液相總吸收系數(shù)，kmol/（m2s）KX KLC 、 為推動(dòng)為推動(dòng)力力 、 為推動(dòng)力為推動(dòng)力 、 為推動(dòng)力為推動(dòng)力 氣氣 膜膜 NA=KG(p-pi) NA=kY(Y-Yi) kY=PkG/

28、(1+Y)(1+Yi) NA=ky(y-yi) ky=PkG液液 膜膜 NA=kL(Ci-C) NA=kX(Xi-X) kX=kLC/(1+Xi)(1+X) NA=kX(xi -X) kX=CkL氣氣 相相 NA=KG(P-Pe)KG=1/(1/kG+1/HkL) 氣膜控制氣膜控制 KG=kG NA=KY(Y-Ye) KY=PKG/(1+Y)(1+Ye) KY=1/(1/kY+m/kX) 氣膜控制時(shí)氣膜控制時(shí)KY=kY NA=Ky(y-ye) Ky=PKG Ky=1/(1/ky+m/kX) 氣膜控制時(shí)氣膜控制時(shí)Ky=ky 液相液相 NA=KL(Ce -C) KL=1/(H/kG+1/kG) 液

29、膜控制時(shí)液膜控制時(shí)KL=kL NA=KX(Xe -X) KX=KL. /(1+Xe)(1+X) KX=1/(1/mky+1/kx) 液膜控制時(shí)液膜控制時(shí)KX=kX NA=Kx(xe-x) Kx=CKL Kx=1/(1/mky+1/kx) 液膜控制時(shí)液膜控制時(shí)Kx=kx 假設(shè)：假設(shè)： 吸收塔計(jì)算的內(nèi)容主要是通過物料衡算及操作線方程，確吸收塔計(jì)算的內(nèi)容主要是通過物料衡算及操作線方程，確定吸收劑的用量和塔設(shè)備的主要尺寸（塔徑和塔高）。定吸收劑的用量和塔設(shè)備的主要尺寸（塔徑和塔高）。 吸收操作多采用逆流；吸收操作多采用逆流；低濃度氣體吸收；低濃度氣體吸收；吸收是在等溫下進(jìn)行；吸收是在等溫下進(jìn)行；傳質(zhì)分

30、系數(shù)傳質(zhì)分系數(shù)kG、kL在全塔為常數(shù)；在全塔為常數(shù)；傳質(zhì)總系數(shù)傳質(zhì)總系數(shù)KG或或KL也可認(rèn)為是常數(shù)。也可認(rèn)為是常數(shù)。V，Y1L，X1Y XV，Y2L，X2mn 逆流吸收塔的物料衡算逆流吸收塔的物料衡算 對全塔來說，氣體混合物經(jīng)過吸收塔后，吸收質(zhì)的減少量對全塔來說，氣體混合物經(jīng)過吸收塔后，吸收質(zhì)的減少量等于液相中吸收質(zhì)的增加量，即：等于液相中吸收質(zhì)的增加量，即：V(Y1 - Y2 ) = L(X1 - X2 ) Y2=Y1（1-A）式中：式中： V惰性氣體的摩爾流量惰性氣體的摩爾流量, Kmol/S L吸收劑摩爾流量吸收劑摩爾流量, Kmol/S Y1 、Y2 分別為吸收塔的塔底和塔頂?shù)囊合啾饶?/p>

31、爾分率；分別為吸收塔的塔底和塔頂?shù)囊合啾饶柗致剩?X1、X2分別為吸收塔的塔底和塔頂?shù)囊合啾饶柗致?；分別為吸收塔的塔底和塔頂?shù)囊合啾饶柗致剩?A混合氣體中溶質(zhì)混合氣體中溶質(zhì)A被吸收的百分率，稱為吸收率或回收率被吸收的百分率，稱為吸收率或回收率 現(xiàn)取塔內(nèi)任一截面現(xiàn)取塔內(nèi)任一截面與塔底（圖中的虛線范圍）作溶質(zhì)與塔底（圖中的虛線范圍）作溶質(zhì)的物料衡算，的物料衡算， 即：即：)(11XVLYXVLY)(22XVLYXVLYV(Y1 - Y) = L(X1 - X) 式中：式中： Y、Y1 分別為分別為m-n截面和塔底氣相中溶質(zhì)的比摩爾分率，截面和塔底氣相中溶質(zhì)的比摩爾分率， Kmol(溶質(zhì)溶質(zhì))/Kmol(惰性氣體惰性氣體)； X、X1分別為分別為m-n截面和塔底液相中溶質(zhì)的比摩爾分率，截面和塔底液相中溶質(zhì)的比摩爾分率， Kmol(溶質(zhì)溶質(zhì))/Kmol(溶劑溶劑)。 同理，可得同理，可得上兩式稱為吸收操作線方程式。上兩式稱為吸收操作線方程式。 0 X2 X X1Y1YY2TABYe=f（X） 在任一截面上的氣相濃度在任一截面上的氣相濃度Y與液相濃度與液相濃度X之間成直線關(guān)系，之間成直線關(guān)系，直線的斜率為直線的斜率為L/V，過點(diǎn)過點(diǎn)B（X1，Y1）和和T（X2，Y2）兩點(diǎn)。兩點(diǎn)。端點(diǎn)端點(diǎn)B代表塔底端面，稱為代表塔底端面，稱為“濃端濃端”，端點(diǎn)，端點(diǎn)T代表塔頂