化工原理教案：6 吸收

1、PAGE 吸 收本章學習要求1、掌握的內(nèi)容溶解度、亨利定律各種表達式及相互間的關系、氣液相平衡及其應用；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；雙膜理論，汽、液相總傳質(zhì)系數(shù)；吸收的物料衡算、操作線方程及圖示方法；最小液氣比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)的定義、物理意義及其計算（平推動力法和吸收因數(shù)法）；吸收塔的計算（設計型和操作型計算）。2、熟悉的內(nèi)容混合物組成的表示法及其相互間的換算；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；吸收機理模型，對流傳質(zhì)概念，過程方向判斷與過程推動力；氣膜控制與液膜控制；吸收劑的選擇；吸收塔的操作型分析

2、；填料塔結(jié)構(gòu)及其特點。3、了解的內(nèi)容吸收與傳質(zhì)，物理吸收與化學吸收，吸收與解吸；分子擴散傳質(zhì)速率，分子擴散系數(shù)及其影響因素；低濃度氣體吸收和解吸的特點；溶質(zhì)滲透模型和表面更新模型。本章教學要求教學目的：掌握氣體吸收的基本概念、相平衡原理及吸收過程的基本計算。教學重點：氣體吸收過程的平衡關系；低濃度氣體吸收過程的速率關系及其計算。教學難點：雙膜模型、低濃度氣體吸收過程的計算。教學思路：過程分析過程描述過程及設備的計算。學時安排：10本章學習應注意的問題（1）表示吸收過程的平衡關系為亨利定律，亨利定律有不同的表達形式，學習中應注意把握它們之間的聯(lián)系。 （2）表示吸收過程的速率關系為吸收速率方程，吸

3、收速率方程有不同的表達形式，學習中應注意把握它們之間的聯(lián)系。 （3）學習分子傳質(zhì)，不要機械地記憶各過程的求解結(jié)果，應注意把握求解的思路和應用背景。 （4）學習中應注意把握傳質(zhì)機理和吸收過程機理之間的聯(lián)系，注意體會講述傳質(zhì)機理和吸收過程機理的目的和意義。 概述本節(jié)教學目的：主要講授氣體吸收的基本原理、吸收塔流程、吸收劑的選擇。本節(jié)教學重點：吸收流程、吸收劑的選擇本節(jié)教學難點：無吸收是分離氣體混合物的單元操作。在化工生產(chǎn)中用途很廣泛，如：（1）分離混合氣體以獲得一定的組分：用硫酸處理焦爐氣以回收其中的氨；（2）除去有害組分以凈化氣體：用水或堿液脫除合成氨原料氣中的CO2；（3）制備某種氣體的溶液：

4、用水吸收NO2以制備HNO3等。氣體混合物的分離，總是根據(jù)混合物中各組分間某種物理或化學性質(zhì)的差異而進行的，那么吸收是依據(jù)組分的什么性質(zhì)而使混合物分離的呢？吸收的依據(jù)當使混合氣體與適當液體接觸時，氣體中的一個組分或幾個組分便溶解在液體中，不能溶解的組分仍然保留在氣相中，于是混合氣體得以分離，由此可以看出：吸收的依據(jù)：利用混合物中各組分在某種溶劑中溶解度的差異而使混合物分離。分析吸收過程可以看出，并不是將氣體混合物分離成單一的組分，而是把一氣相混合物轉(zhuǎn)變成一液相混合物，而液相混合物較易分離，所以吸收過程的實質(zhì)就在于把一個難分離的混合物轉(zhuǎn)換成容易分離的混合物，因此說吸收不是分離手段，而是轉(zhuǎn)換手段，

5、吸收過程是一個中間轉(zhuǎn)換器，若要取得單一的氣相組分，必須將該組分從液體混合物中分離出來解吸，吸收分離氣相混合物的成敗，優(yōu)劣取決于液體混合物的分離，即解吸。由此可知，選擇合適的溶劑非常重要。它既能對不同組分的溶解具有選擇性，又能使溶解的組分較容易分離，故一個完整的吸收分離一般包括吸收和解吸兩個組成部分。吸收的流程1、基本概念首先搞清幾個定義：吸收質(zhì)：能夠溶解的組分稱為溶質(zhì)A或吸收質(zhì)。惰性組分：不能溶解的組分稱為惰性組分B（惰氣）或載體；吸收劑：吸收操作所用的溶劑稱為吸收劑或溶劑S。吸收液：吸收后所得到的液體稱為吸收液或溶液，其成分為溶質(zhì)A和溶劑S；吸收尾氣：吸收操作中排出的氣體稱為吸收尾氣，其主要

6、成分是惰性氣體B及殘余的溶質(zhì)A。2、吸收流程如圖6-1所示為洗油脫除煤氣中粗苯的流程簡圖。圖中虛線左側(cè)為吸收部分，在吸收塔中，苯系化合物蒸汽溶解于洗油中，吸收了粗苯的洗油(又稱富油)由吸收塔底排出，被吸收后的煤氣由吸收塔頂排出。圖中虛線右側(cè)為解吸部分，在解收塔中，粗苯由液相釋放出來，并為水蒸汽帶出，經(jīng)冷凝分層后即可獲得粗苯產(chǎn)品，解吸出粗苯的洗油（也稱為貧油）經(jīng)冷卻后再送回吸收塔循環(huán)使用。圖6-1 洗油脫除煤氣中粗苯流程簡圖由此可見，一個完整的吸收過程，吸收與解吸是并存的。幾點說明：吸收氣液流向：一般采用逆流，如圖傳熱、傳質(zhì)以逆流的平均推動力大些，但對于有化學反應的過程，如用水吸收NO2制HNO

7、3，此時既有傳質(zhì)吸收，又有化學反應。若反應速率較傳質(zhì)速率為主要時，采用逆、并流均可，無差異。多塔吸收：當用一個塔吸收所需的高度太高時，可將一塔分成數(shù)塔，也即多塔吸收，可以采用氣液均串聯(lián)或氣體串聯(lián)、液體并聯(lián)。氣體串聯(lián)、液體并聯(lián)優(yōu)點：每個塔都噴淋再生的溶液，氣體吸收完全；缺點：為保證每個塔都有一定的噴淋密度，液體量大，循環(huán)大，解吸負荷大。加壓吸收：通常為常壓操作，加壓有利吸收，但加壓能耗太大，除非本身需加壓。以上討論已說明，如何將溶質(zhì)從溶劑中回收出來，或溶劑如何再生循環(huán)利用，也是吸收操作中比較重要問題。解吸（脫吸）解吸，為吸收的逆過程，即是使氣相中的濃度低于其平衡濃度，常采用的方法有以下幾種：升溫

8、：如前所述從煤氣中回收苯，溫度升高，則物質(zhì)的溶解度下降，也即從液相中脫吸出來；吹氣：通入惰性組分，使得氣相中的濃度降低，以至低于液相的平衡濃度；減壓：前已說明，加壓對吸收有利，顯然，減壓對脫吸有利，即使溶解度下降；吸收的分類氣體吸收過程通常按以下方法分類。 單組分吸收與多組分吸收吸收過程按被吸收組分數(shù)目的不同，可分為單組分吸收和多組分吸收。若混合氣體中只有一個組分進入液相，其余組分不溶（或微溶）于吸收劑，這種吸收過程稱為單組分吸收。反之，若在吸收過程中，混合氣中進入液相的氣體溶質(zhì)不止一個，這樣的吸收稱為多組分吸收。 物理吸收與化學吸收 在吸收過程中，如果溶質(zhì)與溶劑之間不發(fā)生顯著的化學反應，可以

9、把吸收過程看成是氣體溶質(zhì)單純地溶解于液相溶劑的物理過程，則稱為物理吸收。相反，如果在吸收過程中氣體溶質(zhì)與溶劑(或其中的活潑組分)發(fā)生顯著的化學反應，則稱為化學吸收。 低濃度吸收與高濃度吸收 在吸收過程中，若溶質(zhì)在氣液兩相中的摩爾分率均較低（通常不超過0.1），這種吸收稱為低濃度吸收；反之，則稱為高濃度吸收。對于低濃度吸收過程，由于氣相中溶質(zhì)濃度較低，傳遞到液相中的溶質(zhì)量相對于氣、液相流率也較小，因此流經(jīng)吸收塔的氣、液相流率均可視為常數(shù)。 等溫吸收與非等溫吸收氣體溶質(zhì)溶解于液體時，常由于溶解熱或化學反應熱，而產(chǎn)生熱效應，熱效應使液相的溫度逐漸升高，這種吸收稱為非等溫吸收。若吸收過程的熱效應很小，

10、或雖然熱效應較大，但吸收設備的散熱效果很好，能及時移出吸收過程所產(chǎn)生的熱量，此時液相的溫度變化并不顯著，這種吸收稱為等溫吸收。 工業(yè)生產(chǎn)中的吸收過程以低濃度吸收為主。本章討論單組分低濃度的等溫物理吸收過程，對于其它條件下的吸收過程，可參考有關書籍。 吸收劑的選擇 吸收是氣體溶質(zhì)在吸收劑中溶解的過程。因此，吸收劑性能的優(yōu)劣往往是決定吸收效果的關鍵。選擇吸收劑應注意以下幾點。 溶解度 吸收劑對溶質(zhì)組分的溶解度越大，則傳質(zhì)推動力越大，吸收速率越快，且吸收劑的耗用量越少。 選擇性 吸收劑應對溶質(zhì)組分有較大的溶解度，而對混合氣體中的其它組分溶解度甚微，否則不能實現(xiàn)有效的分離。 揮發(fā)度 在吸收過程中，吸收

11、尾氣往往為吸收劑蒸汽所飽和。故在操作溫度下，吸收劑的蒸汽壓要低，即揮發(fā)度要小，以減少吸收劑的損失量。 粘度 吸收劑在操作溫度下的粘度越低，其在塔內(nèi)的流動阻力越小，擴散系數(shù)越大，這有助于傳質(zhì)速率的提高。 其它 所選用的吸收劑應盡可能無毒性、無腐蝕性、不易燃易爆、不發(fā)泡、冰點低、價廉易得，且化學性質(zhì)穩(wěn)定。 對吸收劑作全面評價后做出經(jīng)濟、合理、恰當?shù)倪x擇。吸收過程中氣液兩相的接觸方式吸收設備有多種形式，但以塔式最為常用。按氣液兩相接觸方式的不同可將吸收設備分為級式接觸和微分式接觸兩大類。圖6-2左側(cè)所示的級式吸收塔中，氣體與液體為逐級逆流接觸。氣體自下而上通過板上小孔逐板上升，在每一個板上與溶劑接觸

12、，其中可溶組分被部分地溶解。在此設備中，氣體每上升一塊塔板，其中可溶組分的濃度階躍式的降低，溶劑逐板下降，其中可溶組分的濃度則階躍式升高。圖6-2 兩類吸收設備圖6-2中間所示，濕壁塔吸收設備，塔內(nèi)液體呈膜狀沿塔壁流下，右側(cè)是填料塔吸收設備，塔內(nèi)裝有某種填料，液體自塔頂均勻淋下并沿填料表面下流，氣體通過填料間的空隙上升與液體作連續(xù)的逆流接觸。在這種設備中，氣體中的可溶組分不斷地被吸收，其濃度自下而上連續(xù)的降低，液體則相反，其中可溶組分的濃度則由上而下連續(xù)的增高，這種設備叫微分接觸式的吸收設備。級式與微分式接觸兩類設備可采用完全不同的兩種計算方法，本章將討論微分式吸收過程的數(shù)學描述和計算方法，并

13、且有以下限定：氣體混合物中只有一個組分溶于溶劑，其余組分在溶劑中的溶解度極低而可忽略不計，因而可視為一個惰性組分。溶劑的蒸汽壓很低，其揮發(fā)損失可以忽略，即氣體中不含溶劑正氣。這樣，氣相中僅包括一個惰性組分和一個可溶組分，液相中則包含溶質(zhì)和溶劑。以上介紹了吸收操作的總論、依據(jù)、流程等。在這一章中，我們要學習單組分等溫的物理吸收過程，具體主要講述以下兩部分內(nèi)容：吸收靜力學：有關平衡問題；吸收動力學：有關傳質(zhì)速率，并以此為基準，進行吸收過程的計算。氣液相平衡（Gas Liquid Equilibrium）本節(jié)教學目的：通過本節(jié)的講授，應掌握氣液平衡關系。本節(jié)教學重點：亨利定律、吸收過程的氣液相平衡關

14、系。本節(jié)教學難點：過程方向的判斷。氣體在液體中的溶解度在一定溫度和壓力下，混合氣體與溶劑接觸時，溶質(zhì)便向液相轉(zhuǎn)移，直至溶液中溶質(zhì)達飽和為止，此時氣液達到了相平衡，平衡時，氣體在液相中的飽和濃度稱為溶解度。 C*A單位體積液體中所含溶質(zhì)的量，kmol/m3 C*A與哪些因素有關呢？下面將利用相律來分析實際變量：T、p、氣相組成pA (或yA)、液相組成C*A（或xA）四個變量C*A= f（T，p，pA）組分數(shù)C：溶質(zhì)A、惰性組分B、溶劑S3相數(shù)：氣、液2自由度：f =C+2=32+2=3一般，p影響不大，可不考慮一定T下，C*A=f（pA） C*A平衡溶解度 或 p*A=f（CA） p*A氣相溶

15、質(zhì)平衡分壓它們之間的關系可用曲線描述溶解度曲線，一般由實驗測得。溶解度曲線：平衡狀態(tài)：在一定壓力和溫度下，使一定量的吸收劑與混合氣體充分接觸，氣相中的溶質(zhì)便向液相溶劑中轉(zhuǎn)移，經(jīng)長期充分接觸之后，液相中溶質(zhì)組分的濃度不再增加，此時，氣液兩相達到平衡，此狀態(tài)為平衡狀態(tài)。飽和濃度：氣液平衡時，溶質(zhì)在液相中的濃度稱為飽和濃度（溶解度）。平衡分壓：氣液平衡時，氣相中溶質(zhì)的分壓稱為平衡分壓。相平衡關系：平衡時溶質(zhì)組分在氣液兩相中的濃度關系稱為相平衡關系。溶解度曲線：氣液相平衡關系用二維坐標繪成的關系曲線稱為溶解度曲線。圖6-3、6-4、6-5分別為NH3、SO2、O2幾種氣體在水中的溶解度。由圖可知：O2

16、溶解度小難溶氣體 NH3的溶解度大易溶氣體 SO2的溶解度適中適中圖6-3 氨在水中的溶解度曲線圖6-4 二氧化硫在水中的溶解度曲線一般情況下，氣體的溶解度隨溫度的升高而減小。 圖6-5 氧氣在水中的溶解度曲線結(jié)論：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。亨利定律亨利定律的內(nèi)容：總壓不高（譬如不超過5105Pa）時，在一定溫度下，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，其比例系數(shù)為亨利系數(shù)。亨利定律的數(shù)學表達式： （6-1）式中：溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓，kPa；E亨利系數(shù)，kPa；T，E。xA溶質(zhì)在液相中的摩爾分率。說明：E表示氣體溶解能力的常數(shù)，

17、E越大，E= p*A/xA，表示達平衡時，xA越小，也即是越難溶解。E= f(T)，T增大時，E亦增大，同樣低溫對吸收有利。E值由實驗測定，由手冊可查得（本章附錄，多種氣體在水中E值P366）。表6-1 某些氣體水溶液的亨利系數(shù) 氣體 溫度 /( ) 種類 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 60 70 80 90 100 (E106)/(kPa)H2 5.87 6.16 6.44 6.70 6.92 7.16 7.39 7.52 7.61 7.70 7.75 7.75 7.71 7.65 7.61 7.55 N2 5.35 6.05 6.77 7.48 8.15 8

18、.76 9.36 9.98 10.5 11.0 11.4 12.2 12.7 12.8 12.8 12.8 空氣 4.38 4.94 5.56 6.15 6.73 7.30 7.81 8.34 8.82 9.23 9.59 10.2 10.6 10.8 10.9 10.8 CO 3.57 4.01 4.48 4.95 5.43 5.88 6.28 6.68 7.05 7.39 7.71 8.32 8.57 8.57 8.57 8.57 O2 2.58 2.95 3.31 3.69 4.06 4.44 4.81 5.14 5.42 5.70 5.96 6.37 6.72 6.96 7.08 7.

19、10 CH4 2.27 2.62 3.01 3.41 3.81 4.18 4.55 4.92 5.27 5.58 5.85 6.34 6.75 6.91 7.01 7.10 NO 1.71 1.96 2.21 2.45 2.67 2.91 3.14 3.35 3.57 3.77 3.95 4.24 4.44 4.45 4.58 4.60 C2H6 1.28 1.57 1.92 2.90 2.663.063.473.884.294.695.075.726.316.706.967.01(E10-5)/(kPa)C2H45.59 6.627.789.0710.311.612.9-N2O-1.191.

20、431.682.012.282.623.06-CO20.3780.81.051.241.441.661.882.122.362.602.873.46-C2H20.730.850.971.091.231.351.48-Cl20.2720.3340.3990.4610.5370.6040.6690.740.800.860.900.970.990.970.96-H2S0.2720.3190.3720.4180.4890.5520.6170.6860.7550.8250.6891.041.211.371.461.50(E10-4)/(kPa)SO20.1670.2030.2450.2940.3550.

21、4130.4850.5670.6610.7630.8711.111.391.702.01-亨利定律有不同的表達形式：液相組成用摩爾濃度表示 （6-2）式中cA溶質(zhì)在液相中的摩爾濃度，kmol/m3；H溶解度系數(shù)，kmol/（m3kPa）；溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓，kPa。說明：H越大，表示氣體愈易溶解CA一定，p*O2p*SO2p*NH3 HO2HSO2HNH3H= f(T)，T增大，則H減小，吸收在低溫下進行有利（CAxA關系：CA=xA.C C總摩爾濃度式中：Ml平均分子量對于稀溶液，x很小， ）所以，溶解度系數(shù)H與亨利系數(shù)E的關系為： （6-3）式中 為溶劑的密度，kg/m3。兩相組成均用

22、摩爾分率表示 （6-4）式中x液相中溶質(zhì)的摩爾分率；與液相組成x相平衡的氣相中溶質(zhì)的摩爾分率；m相平衡常數(shù)，無因次。相平衡常數(shù)m與亨利系數(shù)E的關系為： （6-5）（根據(jù)道爾頓分壓定律： p*A=y*A.p y*A與溶液（摩爾分率為x）平衡的氣相摩爾分率。所以， ，即， ）（1）m值的大小，同樣可以判斷溶解度大小，m增大，xA減?。喝芙舛刃　＃?）m=f（T，p），T增大，p減小，則m增大，不利于吸收。（3）m值也可由實驗測定。兩相組成均用摩爾比表示：吸收過程中，溶質(zhì)從氣相到液相，故溶液及氣體總量都在不斷變化，選不變組分為基準：Xkmol吸收質(zhì)/kmol吸收劑 kmolA/kmolS Ykmol

23、吸收質(zhì)/kmol惰性氣體 kmolA/kmolB 代入中： （6-6） 稀溶液：x很小，分母趨于1，故可簡化為： Y*=mX 表明當液相中溶質(zhì)足夠低時，平衡關系在XY上也可近似地表示為過原點的一條直線。 總之，亨利定律的各種表達式描述的都是達平衡時，氣液兩相組成的關系?；?思考：相平衡在物化中已經(jīng)講過，我們又講了不同單位的多種形式，為什么要那么多不同單位，哪一個是本質(zhì)的？物化中講的是本質(zhì)的，即考慮以p為標準，直截了當，那么為什么要有其它形式？如用，是為了工程方便，y為摩爾分率，無因次，一個混合物中，若知=0.3，另一組分也就知道了。且在吸收中總壓不變，等壓過程，y與分壓是等效的，m=E/p，無

24、論p用何單位都無妨，故在化工中把亨利定律整理成工程上使用方便的形式。物化中以分壓為主，是為了理論分析；化工中以y為主，是為了工程上的方便。這也就是理論與實踐的差別?！纠?-1】某系統(tǒng)溫度為10，總壓101.3kPa，試求此條件下在與空氣充分接觸后的水中，每立方米水溶解了多少克氧氣？解：空氣按理想氣體處理，由道爾頓分壓定律可知，氧氣在氣相中的分壓為： =101.30.21=21.27kPa氧氣為難溶氣體，故氧氣在水中的液相組成x很低，氣液相平衡關系服從亨利定律，由表5-1查得10時，氧氣在水中的亨利系數(shù)E為3.31106kPa。 故 3.5710-4kmol/m3 mA=3.5710-43210

25、00=11.42g/m3相平衡與吸收過程的關系判斷過程的方向氣相：pp*(yy*)吸收， pp*(yC(x*x)吸收 C*C(x*y*， 吸收或以液相考慮： x=0.05x*x 吸收反之：此時y*=0.940.1=0.094 yy* 解吸過程的極限達平衡：p=p* y=y*yb的氣體與xa的液體相接觸，如果吸收用量很少，則xb會很高，但xb永遠不會無限增大，xb有一個極限，其濃度必須與yb成平衡。反過來，出口氣體ya也不會無限減小，也有一個極限：相平衡關系限制了xb的最高濃度及ya的最低濃度。計算過程的推動力平衡是過程的極限，不平衡的兩相互相接觸，才會發(fā)生氣體的吸收或解吸，實際濃度偏離平衡濃度

26、愈遠，過程的推動力越大，過程的速率也越快，通常以實際濃度與平衡濃度的偏離程度來表示吸收推動力。A點：吸收（yAyA*）氣相吸收推動力（xA*xA）液相吸收推動力B點：解吸（yByB*）氣相解吸推動力（xB*xB）液相解吸推動力注意：推動力表示的概念，由于相平衡的存在，推動力為實際濃度與平衡濃度之差，或用氣相表示，或用液相表示，但決不等于氣液濃度差（y-x）。前邊介紹的是亨利定律在吸收中的應用，當氣相濃度大于其平衡濃度時，就會發(fā)生吸收，直至兩相達平衡，如何描述這個過程的快與慢呢？這就是涉及到傳質(zhì)速率的問題。【例6-3】在總壓101.3kPa，溫度30的條件下, SO2摩爾分率為0.3的混合氣體與

27、SO2摩爾分率為0.01的水溶液相接觸，試問：從液相分析SO2的傳質(zhì)方向；從氣相分析，其它條件不變，溫度降到0時SO2的傳質(zhì)方向；其它條件不變，從氣相分析，總壓提高到202.6kPa時SO2的傳質(zhì)方向，并計算以液相摩爾分率差及氣相摩爾率差表示的傳質(zhì)推動力。解：（1）查得在總壓101.3kPa，溫度30條件下SO2在水中的亨利系數(shù)E=4850kPa 所以 從液相分析故SO2必然從液相轉(zhuǎn)移到氣相，進行解吸過程。（2）查得在總壓101.3kPa，溫度0的下，SO2在水中的亨利系數(shù)E=1670kPa 從氣相分析y*=mx=16.490.01=0.16y=0.3故SO2必然從氣相轉(zhuǎn)移到液相，進行吸收過程

28、。（3）在總壓202.6kPa，溫度30條件下，SO2在水中的亨利系數(shù)E=4850kPa 從氣相分析y*=mx=23.940.01=0.24y*，則溶質(zhì)從氣相向液相傳遞，稱為吸收過程，該過程包括以下三個步驟：（1）溶質(zhì)由氣相主體向相界面?zhèn)鬟f，即在單一相（氣相）內(nèi)傳遞物質(zhì)；（2）溶質(zhì)在氣液相界面上的溶解，由氣相轉(zhuǎn)入液相，即在相界面上發(fā)生溶解過程；（3）溶質(zhì)自氣液相界面向液相主體傳遞，即在單一相（液相）內(nèi)傳遞物質(zhì)。不論溶質(zhì)在氣相或液相，它在單一相里的傳遞有兩種基本形式，一是分子擴散，二是對流傳質(zhì)。分子擴散與菲克定律分子擴散：在靜止或滯流流體內(nèi)部，若某一組分存在濃度差，則因分子無規(guī)則的熱運動使該組分

29、由濃度較高處傳遞至濃度較低處，這種現(xiàn)象稱為分子擴散。 圖6-7 兩種氣體相互擴散分子擴散現(xiàn)象：如圖6-7所示的容器中，用一塊隔板將容器分為左右兩室，兩室分別盛有溫度及壓強相同的A、B兩種氣體。當抽出中間的隔板后，分子A借分子運動由高濃度的左室向低濃度的右室擴散，同理氣體B由高濃度的右室向低濃度的左室擴散，擴散過程進行到整個容器里A、B兩組分濃度均勻為止。擴散通量：擴散進行的快慢用擴散通量來衡量，定義為：單位時間內(nèi)通過垂直于擴散方向的單位截面積擴散的物質(zhì)量，稱為擴散通量（擴散速率），以符號J表示，單位為kmol/(m2s)。 菲克定律：由兩組分A和B組成的混合物，在恒定溫度、總壓條件下，若組分A

30、只沿z方向擴散，濃度梯度為，則任一點處組分A的擴散通量與該處A的濃度梯度成正比，此定律稱為菲克定律，數(shù)學表達式為： （6-7）式中 JA為組分A在擴散方向z上的擴散通量，kmol/（m2s）； 為組分A在擴散方向z上的濃度梯度，kmol/m4； DAB為組分A在組分B中的擴散系數(shù)，m2/s。式中負號表示擴散方向與濃度梯度方向相反，擴散沿著濃度降低的方向進行。混合物的總濃度在各處是相等的，即常數(shù)所以任一時刻，任一處， （6-8）而且 JA=JB （6-9）將式（6-8）和式（6-9）代入菲克定律式（6-7），得到；DAB=DBA=D （6-10）圖6-8等摩爾逆向擴散式（6-10）說明，在雙組分

31、混合物中，組分A在組分B中的擴散系數(shù)等于組分B在組分A中的擴散系數(shù)。等摩爾逆向擴散等摩爾逆向擴散：如圖6-8所示，當通過連通管內(nèi)任一截面處兩個組分的擴散速率大小相等時，此擴散稱為等摩爾逆向擴散。 傳質(zhì)速率：在任一固定的空間位置上，單位時間內(nèi)通過垂直于傳遞方向的單位面積傳遞的物質(zhì)量，記作N。在等摩爾逆向擴散中，組分A的傳質(zhì)速率等于其擴散速率，即： （6-11）邊界條件：z=0處，cA=cA1；z=z處，cA=cA2，對式（6-11）積分 （6-12）如果A、B組成的混合物為理想氣體，式（6-12）可表示為： （6-13）式（6-12）和式（6-13）為單純等摩爾逆向擴散速率方程積分式。，從式（6

32、-11）可以看出，在等分子反向擴散過程中，擴散距離z與組分的濃度成直線關系。單向擴散及速率方程圖6-9 單向擴散總體流動：如圖6-9吸收過程，氣相主體中的組分A擴散到界面，然后通過界面進入液相，而組分B由界面向氣相主體反向擴散，但由于相界面不能提供組分B，造成在界面左側(cè)附近總壓降低，使氣相主體與界面產(chǎn)生一小壓差，促使A、B混合氣體由氣相主體向界面處流動，此流動稱為總體流動。因總體流動而產(chǎn)生的傳遞速率分別為：和。組分A因分子擴散和總體流動總和作用所產(chǎn)生的傳質(zhì)速率為NA，即： （6-14） 同理 組分B不能通過氣液界面，故 代入式（6-14），得到：即： （6-15）將式（6-15）及菲克定律代入

33、式（6-14）得：即 （6-16）在z=0，cA=cA1；z=z，cA=cA2的邊界條件下，對式（6-16）進行積分得： （6-17）式中 （6-18）或 （6-19）式中 。、稱為“漂流因子”或“移動因子”，無因次。因或，故或。將式（6-12）與（6-17）、式（6-13）與（6-19）比較，可以看出，漂流因子的大小反映了總體流動對傳質(zhì)速率的影響程度，溶質(zhì)的濃度愈大，其影響愈大。其值為總體流動使傳質(zhì)速率較單純分子擴散增大的倍數(shù)。當混合物中溶質(zhì)A的濃度較低時，即或很小時， ，。即，?？傮w流動可以忽略不計?！纠?-4】在溫度為20、總壓為101.3kPa的條件下，CO2與空氣混合氣緩慢地沿著Na

34、2CO3溶液液面流過，空氣不溶于Na2CO3溶液。CO2透過1mm厚的靜止空氣層擴散到Na2CO3溶液中，混合氣體中CO2的摩爾分率為0.2，CO2到達Na2CO3溶液液面上立即被吸收，故相界面上CO2的濃度可忽略不計。已知溫度20時，CO2在空氣中的擴散系數(shù)為0.18cm2/s。試求CO2的傳質(zhì)速率為多少？解： CO2通過靜止空氣層擴散到Na2CO3溶液液面屬單向擴散，可用式（6-19）計算。已知：CO2在空氣中的擴散系數(shù)D=0.18cm2/s=1.810-5m2/s； 擴散距離z=1mm=0.001m，氣相總壓p=101.3kPa氣相主體中溶質(zhì)CO2的分壓pA1=pyA1=101.30.2

35、=20.27kPa氣液界面上CO2的分壓pA2=0所以，氣相主體中空氣（惰性組分）的分壓pB1=ppA1=101.320.27=81.06kPa氣液界面上的空氣（惰性組分）的分壓pB2=ppA2=101.30=101.3kPa空氣在氣相主體和界面上分壓的對數(shù)平均值為：=代入式（6-19），得= =1.6710-4kmol/(m2s)分子擴散系數(shù)分子擴散系數(shù)：單位濃度梯度下的擴散通量，單位為m2/s。即：擴散系數(shù)反映了某組分在一定介質(zhì)（氣相或液相）中的擴散能力，是物質(zhì)特性常數(shù)之一。其值隨物系種類、溫度、濃度或總壓的不同而變化。1、氣體中的擴散系數(shù)通常氣體中的擴散系數(shù)在壓力不太高的條件下，僅與溫度

36、、壓力有關。根據(jù)分子運動論，分子本身運動速度很快，通?？蛇_每秒幾百米，但由于分子間劇烈碰撞，分子運動速度的大小和方向不斷改變，使其擴散速度很慢，一些氣體或蒸氣在空氣中的擴散系數(shù)見p315表6-1。從表6-1中可見，在常壓下，氣體擴散系數(shù)的范圍約為10-510-4m2/s。通常氣體中的擴散系數(shù)與溫度T的1.5次方成正比，與p 成反比。 2、液體中的擴散系數(shù)溶質(zhì)在液體中的擴散系數(shù)與物質(zhì)的種類、溫度有關，同時與溶液的濃度密切相關，溶液濃度增加，其粘度發(fā)生較大變化，溶液偏離理性溶液的程度也將發(fā)生變化。故有關液體的擴散系數(shù)數(shù)據(jù)多以稀溶液為主，表6-3給出了低濃度下，某些非電解質(zhì)在水中的擴散系數(shù)。從表中的

37、數(shù)據(jù)可以看出，液體的擴散系數(shù)，比氣體的擴散系數(shù)小得多，其值一般在110-10110-9m2/s范圍內(nèi)，這主要是由于液體中的分子比氣體中的分子密集得多的緣故。液體中的擴散系數(shù)通常與溫度T成正比，與液體的粘度成反比。 單相對流傳質(zhì) 1、對流傳質(zhì)的貢獻通常傳質(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)的原因如下：層流流動：此時溶質(zhì)A組分再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MN上的濃度分布，以氣相于相界面的傳質(zhì)為例，組分A的濃度分布由靜止氣

38、體的直線1變?yōu)榍€2，根據(jù)分子擴散速率方程式：圖6-10 MN截面上可溶組分的濃度分布由于相界面出濃度梯度變大，強化了傳質(zhì)。湍流流動：大多數(shù)傳質(zhì)設備中流體的流動都屬于湍流。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）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3所示。界面處的濃度梯度進一步變大，在主體濃度與界面濃度差相等的情況下，傳質(zhì)速率得到進一步的提高。單相對流傳質(zhì)速率方程對流傳質(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

39、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：DE不像D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，故JAT的表達式形式好看但不好用，因而不能將JAT代入NA的表達式中積分求出對流傳質(zhì)速率NA、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 Q=A(T-TW)或q=(T-TW)的形式，即認為NA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氣液兩相的濃度都可用不同的單位表示，所以NA可寫成多種形式。1、氣相對流傳質(zhì)速率方程吸收的傳質(zhì)速率等于傳質(zhì)系數(shù)乘以吸收的推動力。如圖5-12所示，吸收的推動力有多種不同的表示

40、法，吸收的傳質(zhì)速率方程有多種形式。應該指出不同形式的傳質(zhì)速率方程具有相同的意義，可用任意一個進行計算；但每個吸收傳質(zhì)速率方程中傳質(zhì)系數(shù)的數(shù)值和單位各不相同；傳質(zhì)系數(shù)的下標必須與推動力的組成表示法相對應。氣相傳質(zhì)速率方程： （6-21） （6-22） （6-23）式中以氣相分壓差表示推動力的氣相傳質(zhì)系數(shù)，kmol/（m2skPa）； 以氣相摩爾分率差表示推動力的氣相傳質(zhì)系數(shù)，kmol/（m2s）； 以氣相摩爾比差表示推動力的氣相傳質(zhì)系數(shù)，kmol/（m2s）；、分別為溶質(zhì)在氣相主體中的分壓、摩爾分率和摩爾比；、分別為溶質(zhì)在相界面處的分壓、摩爾分率和摩爾比；各氣相傳質(zhì)系數(shù)之間的關系可通過組成表示法

41、間的關系推導，例如：當氣相總壓不太高時，氣體按理想氣體處理，根據(jù)道爾頓分壓定律可知 ，代入式（6-21）并與式（6-22）比較得： （6-24）同理導出低濃度氣體吸收時， （6-25）2、液相對流傳質(zhì)速率方程液相傳質(zhì)速率方程： （6-26） （6-27） （6-28）式中：kL以液相摩爾濃度差表示推動力的液相對流傳質(zhì)系數(shù)，m/s；以液相摩爾分率差表示推動力的液相傳質(zhì)系數(shù)，kmol/（m2s）；以液相摩爾比差表示推動力的液相傳質(zhì)系數(shù)，kmol/（m2s）； cA、分別為溶質(zhì)在液相主體中的摩爾濃度、摩爾分率及摩爾比； cAi、分別為溶質(zhì)在界面處的摩爾濃度、摩爾分率及摩爾比。液相傳質(zhì)系數(shù)之間的關系：

42、 （6-29）當吸收后所得溶液為稀溶液時： （6-30）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(jié)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），對這么復雜的問題，具體用何種試驗研究方法比較適宜？（因次分析法）3、傳質(zhì)系數(shù)的無因次關聯(lián)式（1）找出影響傳質(zhì)系數(shù)的因素，式中d為定性尺寸，D為擴散系數(shù)（2）對各變量的因次進行分析，得出無因次數(shù)群的函數(shù)表達式： 式中：Sh,Re,Sc準數(shù)定義見P.19（3）由試驗測定函數(shù)的定量關系對降膜式吸收器 ， 然而，實際使用的傳質(zhì)設備形式各樣（各種填料塔

43、和板式塔），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傳質(zhì)系數(shù)關聯(lián)式，有條件應通過試驗測定。對流傳質(zhì)理論 上述關于對流傳質(zhì)問題的處理方法時基于因次分析的試驗法，并未對對流傳質(zhì)過程做理論上的探討。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。我們先簡要回顧前面學過的數(shù)學模型法的主要研究步驟：（1）將復雜的真實過程簡化成易于用數(shù)學方程式描述的物理模型；（2）對所得到的物理模型進行數(shù)學

44、描述即建立數(shù)學模型；（3）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)。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。有效膜理論（惠特曼 Whitman，1923年）圖6-11對流傳質(zhì)濃度分布圖物理模型：惠特曼對復雜的對流傳質(zhì)過程作如下簡述：a、氣液相界面兩側(cè)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G和L，氣相或液相主體內(nèi)由于流體高度團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)，故氣相和液相的傳質(zhì)阻力也全部集中于該兩層有效膜內(nèi)；b、靜止或?qū)恿饔行?膜中的傳質(zhì)是定態(tài)的分子擴散。有效層流膜提出的意義：有效膜厚zG是個虛擬的厚度，但

45、它與層流內(nèi)層厚度存在一對應關系。流體湍流程度愈劇烈，層流內(nèi)層厚度愈薄，相應的有效膜厚zG也愈薄，對流傳質(zhì)阻力愈小。數(shù)學模型：根據(jù)上述有效膜物理模型，通過膜的擴散為分子擴散，且吸收為單向擴散，故分別可用式（6-19）和式（6-17）描述氣膜和液膜的傳質(zhì)情況：氣膜 式中： 液膜 式中 試驗測定模型參數(shù)： 中分別包含了待定的參數(shù)，既有效膜的厚度，稱之為數(shù)學模型參數(shù)，需由試驗測定。如果該模型能有效地反映過程的實質(zhì)，那么 應主要取決于流體的流動狀況（流體湍動越劇烈，膜厚度越薄，反之亦然）而與溶質(zhì)組分A的擴散系數(shù)D無關，然而以上兩式預示均正比于D，而試驗結(jié)果表面，兩者不符合。若為了與試驗結(jié)果相吻合，有效膜

46、厚度不僅與流動狀況有關，而且與擴散系數(shù)D有關。這樣，不是實際存在的有效膜厚度，而是一種虛擬的或當量的膜厚，從而失去了該膜型應具有的理論含義。由于有效膜理論與實際情況有些不符，促使許多研究者對對流傳質(zhì)理論進行了更深入的研究，從不同的角度研究提出的理論，下面介紹兩種）溶質(zhì)滲透理論（希格比 Higbie，1935年）圖2-12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。根據(jù)上述假設經(jīng)數(shù)學描述得到：與試驗結(jié)果較吻合，但難以測定。表面更新理論（丹克沃茨 Danckwerts，1951年）丹克沃茨認為液體在

47、流動過程中表面不斷更新，即不斷地有液體從主體轉(zhuǎn)為界面而暴露于氣相中，這種界面不斷更新使傳質(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，深處的液體就有機會直接與氣體接觸以接受傳質(zhì)。定義S為表面更新頻率，經(jīng)過數(shù)學描述并求解得到：與試驗結(jié)果較吻合，但S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接近實際情況，但或S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理論。相際對流傳質(zhì)及總傳質(zhì)速率方程本節(jié)教學要求重點掌握的內(nèi)容：雙膜理論、吸收過程的控制步驟（氣膜控制、液膜控制）熟悉的內(nèi)容：吸收過程總傳質(zhì)速率方程、

48、總傳質(zhì)系數(shù)及其相互間的關系；難點：吸收過程的控制雙膜理論雙膜理論基于雙膜模型，它把復雜的對流傳質(zhì)過程描述為溶質(zhì)以分子擴散形式通過兩個串聯(lián)的有效膜，認為擴散所遇到的阻力等于實際存在的對流傳質(zhì)阻力。其模型如圖6-13所示。 圖6-13 雙膜理論示意圖雙膜模型的基本假設：（1）相互接觸的氣液兩相存在一個穩(wěn)定的相界面，界面兩側(cè)分別存在著穩(wěn)定的氣膜和液膜。膜內(nèi)流體流動狀態(tài)為層流，溶質(zhì)A以分子擴散方式通過氣膜和液膜，由氣相主體傳遞到液相主體。（2）相界面處，氣液兩相達到相平衡，界面處無擴散阻力。（3）在氣膜和液膜以外的氣液主體中，由于流體的充分湍動，溶質(zhì)A的濃度均勻，溶質(zhì)主要以渦流擴散的形式傳質(zhì)。吸收過程

49、的總傳質(zhì)速率方程1、氣相組成表示的總傳質(zhì)速率方程用氣相組成表示吸收推動力時，總傳質(zhì)速率方程稱為氣相總傳質(zhì)速率方程，具體如下： （6-31） （6-32） （6-33）式中 以氣相分壓差表示推動力的氣相總傳質(zhì)系數(shù)，kmol/（m2skPa）； 以氣相摩爾分率差表示推動力的氣相總傳質(zhì)系數(shù)，kmol/（m2s）； 以氣相摩爾比差表示推動力的氣相總傳質(zhì)系數(shù)，kmol/（m2s）。2、液相組成表示的總傳質(zhì)速率方程用液相組成表示吸收推動力時，總傳質(zhì)速率方程稱為液相總傳質(zhì)速率方程，具體如下： （6-34） （6-35） （6-36） 式中 以液相濃度差表示推動力的液相總傳質(zhì)系數(shù)，m/s； 以液相摩爾分率差表

50、示推動力的液相總傳質(zhì)系數(shù)，kmol/（m2s）；以液相摩爾比差表示推動力的液相總傳質(zhì)系數(shù)，kmol/（m2s）。3、總傳質(zhì)系數(shù)與單相傳質(zhì)系數(shù)之間的關系及吸收過程中的控制步驟若吸收系統(tǒng)服從亨利定律或平衡關系在計算范圍為直線，則： 根據(jù)雙膜理論，界面無阻力，即界面上氣液兩相平衡，對于稀溶液，則將上兩式代入式（6-26）得： 或 式（6-21）可轉(zhuǎn)化為 ： 兩式相加得 將此式與式（6-31）比較得 （6-37）用類似的方法得到 （6-38） （6-39） （6-40） （6-41） （6-42）通常傳質(zhì)速率可以用傳質(zhì)系數(shù)乘以推動力表達，也可用推動力與傳質(zhì)阻力之比表示。從以上總傳質(zhì)系數(shù)與單相傳質(zhì)系數(shù)關

51、系式可以得出，總傳質(zhì)阻力等于兩相傳質(zhì)阻力之和，這與兩流體間壁換熱時總傳熱熱阻等于對流傳熱所遇到的各項熱阻加和相同。但要注意總傳質(zhì)阻力和兩相傳質(zhì)阻力必須與推動力相對應。這里以式（6-37）和（6-38）為例進一步討論吸收過程中傳質(zhì)阻力和傳質(zhì)速率的控制因素。氣膜控制由式（6-37）可以看出，以氣相分壓差表示推動力的總傳質(zhì)阻力是由氣相傳質(zhì)阻力和液相傳質(zhì)阻力兩部分加和構(gòu)成的，當kG與kL數(shù)量級相當時，對于H值較大的易溶氣體，有，即傳質(zhì)阻力主要集中在氣相，此吸收過程由氣相阻力控制（氣膜控制）。如用水吸收氯化氫、氨氣等過程即是如此。液膜控制由式（6-38）可以看出，以液相濃度差表示推動力的總傳質(zhì)阻力是由氣

52、相傳質(zhì)阻力和液相傳質(zhì)阻力兩部分加和構(gòu)成的。對于H值較小的難溶氣體，當kG與kL數(shù)量級相當時，有，即傳質(zhì)阻力主要集中在液相，此吸收過程由液相阻力控制（液膜控制）。如用水吸收二氧化碳、氧氣等過程即是如此。4、總傳質(zhì)系數(shù)間的關系式（6-38）除以H，得與式（6-37）比較得： （6-43）同理利用相平衡關系式推導出 （6-44） （6-45） （6-46） （6-47） （6-48） （6-49）【例6-7】在總壓為100kPa、溫度為30時，用清水吸收混合氣體中的氨，氣相傳質(zhì)系數(shù)=3.8410-6 kmol/（m2skPa），液相傳質(zhì)系數(shù)=1.8310-4 m/s，假設此操作條件下的平衡關系服從亨

53、利定律，測得液相溶質(zhì)摩爾分率為0.05，其氣相平衡分壓為6.7kPa。求當塔內(nèi)某截面上氣、液組成分別為y=0.05，x=0.01時以、表示的傳質(zhì)總推動力及相應的傳質(zhì)速率、總傳質(zhì)系數(shù)；分析該過程的控制因素。解：（1）根據(jù)亨利定律相平衡常數(shù)溶解度常數(shù)=1000.05-1340.01=3.66kPa kmol/（m2skPa）=3.9410-63.66=1.4410-5 kmol/（m2s） kmol/m3=0.41461000.050.56=1.513 kmol/m3=9.510-61.513=1.43810-5 kmol/（m2s）（2）與表示的傳質(zhì)總推動力相應的傳質(zhì)阻力為53797（m2skP

54、a）/ kmol；其中氣相阻力為m2skPa/ kmol；液相阻力m2skPa/ kmol；氣相阻力占總阻力的百分數(shù)為。故該傳質(zhì)過程為氣膜控制過程。吸收塔的計算本節(jié)教學目的：通過本節(jié)的講授，使學生掌握低濃度氣體吸收過程的計算方法。本節(jié)教學重點：物料衡算與操作線方程、最小液氣比與適宜液氣比、用傳質(zhì)單元數(shù)法（平均推動力、吸收因數(shù)法）計算填料層高度、吸收劑用量和填料層高度的計算。本知教學難點：傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)概念的理解。 工業(yè)上通常在塔設備中實現(xiàn)氣液傳質(zhì)。塔設備一般分為本章以連續(xù)接觸操作的填料塔為例，介紹吸收塔的設計型和操作型計算。吸收塔的設計型計算包括：吸收劑用量、吸收液濃度、塔高和塔徑等

55、的設計計算。吸收塔的操作型計算包括：（1）在物系、塔設備一定的情況下，對指定的生產(chǎn)任務，核算塔設備是否合用；（2）操作條件發(fā)生變化，吸收結(jié)果將怎樣變化等問題。設計型和操作型計算的依據(jù)：物料衡算和操作線方程1、物料衡算定態(tài)逆流吸收塔的氣液流率和組成如圖6-13所示，圖中符號定義如下：V單位時間通過任一塔截面惰性氣體的量，kmol/s；L單位時間通過任一塔截面的純吸收劑的量，kmol/s；Y任一截面上混合氣體中溶質(zhì)的摩爾比， X任一截面上吸收劑中溶質(zhì)的摩爾比。 在定態(tài)條件下，假設溶劑不揮發(fā)，惰性氣體不溶于溶劑。以單位時間為基準，在全塔范圍內(nèi)，對溶質(zhì)A作物料衡算得： VY1+LX2=VY2+LX1或

56、 V（Y1Y2）=L（X1X2） （6-50）溶質(zhì)回收率定義為：所以： Y2=Y1（1） 由式（6-50）可求出塔底排出液中溶質(zhì)的濃度X1=X2V（Y1Y2）/L （6-51）2、吸收操作線方程與操作線逆流吸收塔內(nèi)任取mn截面，在截面mn與塔頂間對溶質(zhì)A進行物料衡算：VY+LX2=VY2+LX或 （6-52） 若在塔底與塔內(nèi)任一截面mn間對溶質(zhì)A作物料衡算，則得到 或 （6-53） 由全塔物料衡算知，方程（6-52）與（6-53）等價。操作關系：塔內(nèi)任一截面上氣相組成Y與液相組成X之間的關系。逆流吸收操作線方程：方程（6-52）與（6-53）稱為逆流吸收操作線方程式。逆流吸收操作線具有如下特點

57、： 當定態(tài)連續(xù)吸收時，若L、V一定，Y1、X2恒定，則該吸收操作線在XY直角坐標圖上為一直線，通過塔頂A（X2，Y2）及塔底B（X1， Y1），其斜率為，見圖6-15。稱為吸收操作的液氣比； 吸收操作線僅與液氣比、塔底及塔頂溶質(zhì)組成有關，與系統(tǒng)的平衡關系、塔型及操作條件T、p無關。 因吸收操作時，Y Y*或X* X，故吸收操作線在平衡線的上方，操作線離平衡線愈遠吸收的推動力愈大；解吸操作時，YY*或X*8（此比值在815之間為宜），以便氣、液分布均勻。若D/d8，在近塔壁處填料層空隙率比填料層中心部位的空隙率明顯偏高，會影響氣液的均勻分布。若D/d值過大，即填料尺寸偏小，氣流阻力增大。幾種常用

58、的短管形及鞍形填料的特性數(shù)據(jù)列于表6-3。共軛環(huán)的特性數(shù)據(jù)列于表6-4。表6-3 幾種常用填料的特性數(shù)據(jù)填料尺寸尺寸 mm材質(zhì)及堆積方式比表面積(a)m2/m3空隙率()m3/m3每m3填料個數(shù)堆積密度kg/m3干填料因子(a/3)m-1填料因子()m-1注拉西環(huán)10101.510100.525252.525254.550504.550504.55050180809.576761.5瓷質(zhì)亂堆鋼質(zhì)亂堆瓷質(zhì)亂堆鋼質(zhì)亂堆瓷質(zhì)亂堆瓷質(zhì)亂堆鋼質(zhì)亂堆瓷質(zhì)亂堆鋼質(zhì)亂堆4405001902209312411076680.700.880.780.920.810.720.950.680.9572010380010

59、3491035510361038.8310371031.911031.8710370096050564045767343071440012807404002901773391302438015001000450260205175280105直徑高厚鮑爾環(huán)252525250.62550504.550500.9瓷質(zhì)亂堆鋼質(zhì)亂堆塑料亂堆瓷質(zhì)亂堆鋼質(zhì)亂堆2202092091101030.760.940.900.810.954810361.510351.110361036.210350548072.645735530016017013066直徑高直徑階梯環(huán)2512.51.433.5191.0塑料亂堆塑料

60、亂堆223132.50.900.9181.510327.210397.857.5172115直徑高厚弧鞍形252550瓷質(zhì)鋼質(zhì)鋼質(zhì)2522801060.690.830.7278.110388.51038.871037251400645360148矩鞍形253.3507瓷質(zhì)瓷質(zhì)2581200.7750.7984.61039.4103548532320130名義尺寸厚網(wǎng)環(huán)鞍行網(wǎng)壓延孔環(huán)881066鍍鋅鐵絲網(wǎng)1030110013000.9360.910.962.121064.5610610.210649034035540目，絲徑0.230.25mm；60目，絲徑0.152mm表6-4共軛環(huán)填料的特性