化工原理吸收

化工原理吸收2023/4/271projectsofDr.Hao第1頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao2第一節(jié)概述吸收操作時(shí)某些易溶組分進(jìn)入液相形成溶液不溶或難溶組分仍留在氣相，從而實(shí)現(xiàn)混合氣體的分離。

氣體吸收是混合氣體中某些組分溶解、由濃度差推動(dòng)的傳質(zhì)過(guò)程。i吸收劑氣體yx界面氣相主體液相主體相界面氣相擴(kuò)散液相擴(kuò)散yixi吸收：利用混合氣體中各組分在同一種溶劑中溶解度的不同，用液體吸收劑分離氣體混合物的單元操作稱為吸收。第2頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao3概念吸收質(zhì)或溶質(zhì)——混合氣體中的溶解組分，以A表示。惰性氣體或載體

——不溶或難溶組分，以B表示。吸收劑——吸收操作中所用的溶劑，以S表示。吸收液

——吸收操作后得到的溶液，主要成分為溶劑S和溶質(zhì)A。吸收尾氣——吸收后排出的氣體，主要成分為惰性氣體B和少量的溶質(zhì)A。吸收塔混合氣體(A+B)吸收液(A+S)吸收劑(S)吸收尾氣(A+B)吸收過(guò)程在吸收塔中進(jìn)行，逆流操作吸收塔示意圖第3頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao4吸收與解吸流程含苯煤氣脫苯煤氣洗油苯水過(guò)熱蒸汽加熱器冷卻器典型工業(yè)吸收操作流程第4頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao5吸收操作的用途：(1)制取液體產(chǎn)品用吸收劑吸收氣體中某些組分而獲得產(chǎn)品。如硫酸吸收SO3制濃硫酸，水吸收甲醛制福爾馬林液，用水吸收氯化氫制鹽酸等。(2)分離混合氣體吸收劑選擇性地吸收氣體中某些組分以達(dá)到分離目的。例如石油餾分裂解生產(chǎn)出來(lái)的乙烯、丙烯，還與氫、甲烷等混在一起，可用分子量較大的液態(tài)烴把乙烯、丙烯吸收，使與甲烷、氫分離開來(lái)。(3)氣體凈化一類是原料氣的凈化，即除去混合氣體中的雜質(zhì)，如合成氨原料氣脫H2S、脫CO2等；另一類是尾氣處理和廢氣凈化以保護(hù)環(huán)境，如燃煤鍋爐煙氣，冶煉廢氣等脫除SO2，硝酸尾氣脫除NO2等。(4)保護(hù)環(huán)境如用堿液吸收廢氣中的SO2、H2S、NO、HF等第5頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao6吸收操作的分類物理吸收：吸收過(guò)程溶質(zhì)與溶劑不發(fā)生顯著的化學(xué)反應(yīng)，可視為單純的氣體溶解于液相的過(guò)程。如用水吸收二氧化碳、用水吸收乙醇或丙醇蒸汽、用洗油吸收芳烴等?；瘜W(xué)吸收：溶質(zhì)與溶劑有顯著的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。如用氫氧化鈉或碳酸鈉溶液吸收二氧化碳、用稀硫酸吸收氨等過(guò)程?；瘜W(xué)反應(yīng)能大大提高單位體積液體所能吸收的氣體量并加快吸收速率。但溶液解吸再生較難。單組分吸收：混合氣體中只有單一組分被液相吸收，其余組分因溶解度甚小其吸收量可忽略不計(jì)。多組分吸收：有兩個(gè)或兩個(gè)以上組分被吸收。非等溫吸收：體系溫度發(fā)生明顯變化的吸收過(guò)程。等溫吸收：體系溫度變化不顯著的吸收過(guò)程溶解熱：氣體溶解于液體時(shí)所釋放的熱量。化學(xué)吸收時(shí)，還會(huì)有反應(yīng)熱。第6頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao7第二節(jié)吸收的基本原理一、氣-液相平衡關(guān)系兩相平衡：在一定溫度和壓力下，氣體和液體接觸，氣體中的溶質(zhì)組分便開始在液體中溶解，當(dāng)吸收進(jìn)行到一定程度時(shí)，溶解和解吸（溶解的氣體又返回到氣相）的速度相當(dāng)?shù)?，氣液相組成不再變化，此時(shí)氣液兩相達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。溶解度：平衡時(shí)，溶質(zhì)氣體在液相中的濃度稱為平衡濃度或溶解度表明一定條件下吸收過(guò)程可能達(dá)到的極限程度。第7頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao8溶解度的表達(dá)方式：一般以1000g溶劑中溶解溶質(zhì)的克數(shù)表示，單位：g/1000g溶劑平衡狀態(tài)下氣相中溶質(zhì)的分壓稱為平衡分壓或飽和分壓。影響溶解度的因素：氣、液體種類、溫度、壓力溫度溶解度壓力溶解度第8頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao9溶解度曲線：在一定溫度、壓力下，平衡時(shí)溶質(zhì)在氣相和液相中的濃度的關(guān)系曲線。溶解度/[g(NH3)/1000g(H2O)]1000500020406080100120pNH3/kPa50oC40oC30oC20oC10oC0oC120溶解度/[g(SO2)/1000g(H2O)]250200020406080100pSO2/kPa1501005012050oC40oC30oC20oC10oC0oC在相同條件下，NH3

在水中的溶解度較SO2大得多。用水作吸收劑時(shí)，稱NH3為易溶氣體，SO2為中等溶解氣體，溶解度更小的氣體則為難溶氣體(如O2

在30℃和溶質(zhì)的分壓為40kPa的條件下，1kg水中溶解的質(zhì)量?jī)H為0.014g)。溶解度曲線第9頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao10

吸收劑的選擇吸收劑性能的優(yōu)劣，是決定吸收操作效果是否良好的關(guān)鍵。如果吸收的目的是制取某種溶液作成品，例如用HCl氣生產(chǎn)鹽酸，吸收劑只能用水，自然沒(méi)有選擇的余地，但如果目的在于把一部分氣體從混合物中分離出來(lái)，便應(yīng)考慮選擇合用的吸收劑問(wèn)題。溶解度大吸收劑的選擇主要考慮的是溶解度，溶解度大則吸收劑用量少，吸收速率也大，設(shè)備的尺寸便小；選擇性好很顯然，吸收劑對(duì)溶質(zhì)氣體的溶解度既要大，對(duì)混合氣體中其他組分的溶解度卻要小或基本上不溶，這樣才能進(jìn)行有效的分離，滿足這一要求稱為選擇性好；揮發(fā)度要小吸收劑的揮發(fā)度要小，即在操作溫度下它的蒸汽壓要低，經(jīng)過(guò)吸收后的氣體在排出時(shí)，往往為吸收劑蒸汽所飽和，吸收劑的揮發(fā)度高，其損失量便大。此外所選用的溶劑盡可能滿足無(wú)腐蝕性，粘度小，無(wú)毒，不燃，價(jià)廉易得等條件。

第10頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao11氣液兩相的接觸方式連續(xù)接觸(也稱微分接觸)：氣、液兩相的濃度呈連續(xù)變化。如填料塔。級(jí)式接觸：氣、液兩相逐級(jí)接觸傳質(zhì)，兩相的組成呈階躍變化。如板式塔。散裝填料塑料鮑爾環(huán)填料規(guī)整填料塑料絲網(wǎng)波紋填料

第11頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao12蒸餾與吸收操作對(duì)比

蒸餾改變狀態(tài)參數(shù)產(chǎn)生第二相，吸收從外界引入另一相形成兩相系統(tǒng)；蒸餾直接獲得輕、重組分，吸收混合液經(jīng)脫吸才能得到較純組分；蒸餾中氣相中重組分向液相傳遞，液相中輕組分向氣相傳遞，是雙相傳遞；吸收中溶質(zhì)分子由氣相向液相單相傳遞，惰性組分及溶劑組分處于“停滯”狀態(tài)。第12頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao13相組成表示法

1．質(zhì)量分?jǐn)?shù)與摩爾分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)：混合物中某組分的質(zhì)量占混合物總質(zhì)量的比例。摩爾分?jǐn)?shù)：混合物中某組分的摩爾數(shù)占混合物總摩爾數(shù)的比例。第13頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao14氣相：液相：質(zhì)量分?jǐn)?shù)與摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系：摩爾分?jǐn)?shù)：第14頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao152．質(zhì)量比與摩爾比質(zhì)量比：混合物中組分A的質(zhì)量與某一特定組分（如惰性組分B）的質(zhì)量之比。摩爾比：混合物中某組分A的摩爾數(shù)與某一特定組分（如惰性組分B）摩爾數(shù)之比。氣相：液相：第15頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao16氣相：液相：質(zhì)量比與質(zhì)量分率的關(guān)系：摩爾比與摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系：第16頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao173．質(zhì)量濃度與摩爾濃度質(zhì)量濃度：?jiǎn)挝惑w積混合物中某組分的質(zhì)量。摩爾濃度：?jiǎn)挝惑w積混合物中某組分的摩爾數(shù)。第17頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao184．理想氣體的氣體總壓與組分的分壓總壓與某組分的分壓之間的關(guān)系:摩爾比與分壓之間的關(guān)系:摩爾濃度與分壓之間的關(guān)系:體積分?jǐn)?shù)與摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系第18頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao19當(dāng)總壓不太高時(shí)，一定溫度下的稀溶液的溶解度曲線近似為直線，即溶質(zhì)在液相中的溶解度與其在氣相中的分壓成正比。式中：p*——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?jǐn)?shù)；

E——亨利系數(shù)，kPa?！嗬珊嗬蛇m應(yīng)范圍：總壓不高（P<5atm），液相為稀溶液第19頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao20討論：1）E的影響因素：溶質(zhì)、溶劑、T

物系一定，2）E大的，溶解度小，難溶氣體

E小的，溶解度大，易溶氣體3）E的來(lái)源：實(shí)驗(yàn)測(cè)得；查手冊(cè)——亨利定律第20頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao21當(dāng)氣、液相溶質(zhì)濃度用其它組成表示法表示時(shí)，通過(guò)濃度換算可得其它形式的亨利定律。y*——與組成為x的液相呈平衡的氣相中溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)；m——相平衡常數(shù)；亨利定律①用摩爾分?jǐn)?shù)表示相組成令m的討論：1）m大，溶解度小，難溶氣體

2）第21頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao22在低濃度氣體吸收計(jì)算中，通常采用基準(zhǔn)不變的摩爾比

Y（或X）表示組成。X——溶質(zhì)在液相中的摩爾比濃度；Y*——與X呈平衡的氣相中溶質(zhì)的摩爾比濃度。當(dāng)m趨近1或當(dāng)X很小時(shí)亨利定律②用摩爾比表示相組成代入第22頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao23yxoy*=f(x)Ryxy*x*吸收平衡線說(shuō)明:曲線以上為吸收,以下為解吸YXoY*=f(X)YXAY*第23頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao24氣液相平衡與吸收過(guò)程的關(guān)系（一）確定適宜的操作條件1、t↑，溶解度↓；t↓，溶解度↑（PA一定）低溫有利于吸收。2、P↑，溶解度↑增壓有利于吸收。（二）判別過(guò)程進(jìn)行的方向和限度1、當(dāng)Y>Y*或X<X*、P>P*時(shí)，吸收可進(jìn)行；2、當(dāng)Y=Y*或X=X*、P=P*時(shí)，吸收不能進(jìn)行；3、當(dāng)Y<Y*或X>X*、P<P*時(shí)，為解吸過(guò)程；（三）判斷吸收操作的難易程度實(shí)際狀態(tài)偏離平衡狀態(tài)越遠(yuǎn)，吸收越易進(jìn)行。（四）確定吸收推動(dòng)力1、吸收推動(dòng)力的定義2、吸收推動(dòng)力的表示ΔY=Y-Y*

ΔX=X*-X在相平衡圖上表示

第24頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao25YXoY*=f(X)YXABY*X*yxoy*=f(x)Pyxy*x*（y-y*）（x*-x）ΔY=Y-Y* ΔX=X*-X（y-y*）（x*-x）第25頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao26傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率

平衡關(guān)系只能回答混合氣體中溶質(zhì)氣體能否進(jìn)入液相這個(gè)問(wèn)題，至于進(jìn)入液相速率大小，卻無(wú)法解決，后者屬于傳質(zhì)的機(jī)理問(wèn)題。本節(jié)的內(nèi)容是結(jié)合吸收操作來(lái)說(shuō)明傳質(zhì)的基本原理，并導(dǎo)出傳質(zhì)的速率關(guān)系，作為分析吸收操作與計(jì)算吸收設(shè)備的依據(jù)。氣體吸收是溶質(zhì)先從氣相主體擴(kuò)散到氣液界面，再?gòu)臍庖航缑鏀U(kuò)散到液相主體的傳質(zhì)過(guò)程。

第26頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao27氣液相際傳質(zhì)理論相對(duì)于氣相濃度y而言，液相濃度欠飽和(x<x*)，故液相有吸收溶質(zhì)A的能力。相對(duì)于液相濃度x而言，氣相濃度為過(guò)飽和(y>y*)，溶質(zhì)A由氣相向液相轉(zhuǎn)移。一、傳質(zhì)過(guò)程的方向

氣、液相濃度(y,x)在平衡線上方(P點(diǎn))：yxoy*=f(x)Pyxy*結(jié)論：若系統(tǒng)氣、液相濃度(y,x)在平衡線上方，則體系將發(fā)生從氣相到液相的傳質(zhì)，即吸收過(guò)程。x*釋放溶質(zhì)吸收溶質(zhì)第27頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao28相對(duì)于氣相濃度而言實(shí)際液相濃度過(guò)飽和(x>x*)，故液相有釋放溶質(zhì)A的能力。相對(duì)于液相濃度x而言氣相濃度為欠飽和(y<y*)，溶質(zhì)A由液相向氣相轉(zhuǎn)移。傳質(zhì)過(guò)程的方向氣、液相濃度(y,x)在平衡線下方(Q點(diǎn))：yxoy*=f(x)Qyxy*結(jié)論：若系統(tǒng)氣、液相濃度(y,x)在平衡線下方，則體系將發(fā)生從液相到氣相的傳質(zhì)，即解吸過(guò)程。x*釋放溶質(zhì)吸收溶質(zhì)第28頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao29相對(duì)于氣相濃度而言液相濃度為平衡濃度(x=x*)，故液相不釋放或吸收溶質(zhì)A。相對(duì)于液相濃度x而言氣相濃度為平衡濃度(y=y*)，溶質(zhì)A不發(fā)生轉(zhuǎn)移。傳質(zhì)過(guò)程的方向氣、液相濃度(y,x)處于平衡線上(R點(diǎn))：結(jié)論：若系統(tǒng)氣、液相濃度(y,x)處于平衡線上，則體系從宏觀上講將不會(huì)發(fā)生相際間的傳質(zhì)，即系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。yxoy*=f(x)Ryxy*x*第29頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao30二、傳質(zhì)過(guò)程的限度

對(duì)吸收而言：若保持液相濃度x不變，氣相濃度y最低只能降到與之相平衡的濃度y*，即ymin=y*；若保持氣相濃度y不變，則液相濃度x最高也只能升高到與氣相濃度y相平衡的濃度x*，即xmax=x*。yxoy*=f(x)Pyxy*x*第30頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao31傳質(zhì)過(guò)程的限度

yxoy*=f(x)Qyxy*x*對(duì)解吸而言：若保持液相濃度x不變，氣相濃度y最高只能升到與之相平衡的濃度y*，即ymax=y*；若保持氣相濃度y不變，則液相濃度x最高也只能降到與氣相濃度y相平衡的濃度x*，即xmin=x*。第31頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao32傳質(zhì)推動(dòng)力的表示方法可以不同，但效果一樣。(x*-x)：以液相摩爾分?jǐn)?shù)差表示的傳質(zhì)推動(dòng)力。對(duì)吸收過(guò)程：(y-y*)：以氣相摩爾分?jǐn)?shù)差表示的傳質(zhì)推動(dòng)力；三、傳質(zhì)過(guò)程的推動(dòng)力未達(dá)平衡的兩相接觸會(huì)發(fā)生相際間傳質(zhì)(吸收或解吸)，離平衡濃度越遠(yuǎn)，過(guò)程傳質(zhì)推動(dòng)力越大，傳質(zhì)過(guò)程進(jìn)行越快。方法：用氣相或液相濃度遠(yuǎn)離平衡的程度來(lái)表征氣液相際傳質(zhì)過(guò)程的推動(dòng)力。yxoy*=f(x)Pyxy*x*（y-y*）（x*-x）第32頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao33吸收過(guò)程是溶質(zhì)由氣相向液相轉(zhuǎn)移的相際傳質(zhì)過(guò)程，可分為三個(gè)步驟：氣相主體液相主體相界面溶解氣相擴(kuò)散液相擴(kuò)散(1)溶質(zhì)由氣相主體擴(kuò)散至兩相界面氣相側(cè)(氣相內(nèi)傳質(zhì))；(2)溶質(zhì)在界面上溶解(通過(guò)界面的傳質(zhì))；(3)溶質(zhì)由相界面液相側(cè)擴(kuò)散至液相主體(液相內(nèi)傳質(zhì))。吸收速率第33頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao34分子擴(kuò)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(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)使該組分由濃度較高處傳遞至濃度較低處，這種現(xiàn)象稱為分子擴(kuò)散。(如糖輕輕放水中)分子擴(kuò)散速率,菲克第一定律(略)因?yàn)闅怏w的密度比液體小得多,分子間距大,因此分子在氣體中的擴(kuò)散速率比液體大得多.傳質(zhì)基本方式擴(kuò)散:因?yàn)闈舛炔疃斐傻奈镔|(zhì)傳遞現(xiàn)象稱為擴(kuò)散.按擴(kuò)散的原因可分為分子擴(kuò)散和渦流擴(kuò)散(如空氣中飄來(lái)的香味)第34頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao35渦流擴(kuò)散：流體作湍流運(yùn)動(dòng)，依靠流體質(zhì)點(diǎn)的相對(duì)無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)由高濃度向低濃度轉(zhuǎn)移的物質(zhì)傳遞現(xiàn)象稱為渦流擴(kuò)散（如噴清新劑后用風(fēng)扇吹）對(duì)流擴(kuò)散：實(shí)際生產(chǎn)中，傳質(zhì)多發(fā)生在湍流情況下，既有分子擴(kuò)散又有渦流擴(kuò)散，通常把相主體與界面間發(fā)生的傳質(zhì)成為對(duì)流擴(kuò)散吸收速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間單位相際傳質(zhì)面積上傳遞的溶質(zhì)的量成為吸收速率第35頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao36雙膜理論

由W.K.劉易斯和W.惠特曼在上世紀(jì)二十年代提出，是最早出現(xiàn)的傳質(zhì)理論。(1)相互接觸的兩流體間存在著穩(wěn)定的相界面，界面兩側(cè)各存在著一個(gè)很?。ǖ刃Ш穸确謩e為1和2）的流體膜層。溶質(zhì)以分子擴(kuò)散方式通過(guò)此兩膜層。(2)相界面沒(méi)有傳質(zhì)阻力，即溶質(zhì)在相界面處的濃度處于相平衡狀態(tài)。(3)在膜層以外的兩相主流區(qū)由于流體湍動(dòng)劇烈，傳質(zhì)速率高，傳質(zhì)阻力可以忽略不計(jì)，相際的傳質(zhì)阻力集中在兩個(gè)膜層內(nèi)。氣相主體液相主體相界面pi=ci/Hp12pi

ci

c氣膜液膜第36頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao37雙膜理論

按雙膜理論，傳質(zhì)系數(shù)與擴(kuò)散系數(shù)成正比，這與實(shí)驗(yàn)所得的關(guān)聯(lián)式地結(jié)果相差較大；由此理論所得的傳質(zhì)系數(shù)計(jì)算式形式簡(jiǎn)單，但等效膜層厚度1和2以及界面上濃度pi和ci都難以確定；雙膜理論存在著很大的局限性，例如對(duì)具有自由相界面或高度湍動(dòng)的兩流體間的傳質(zhì)體系，相界面是不穩(wěn)定的，因此界面兩側(cè)存在穩(wěn)定的等效膜層以及物質(zhì)以分子擴(kuò)散方式通過(guò)此兩膜層的假設(shè)都難以成立；該理論提出的雙阻力概念，即認(rèn)為傳質(zhì)阻力集中在相接觸的兩流體相中，而界面阻力可忽略不計(jì)的概念，在傳質(zhì)過(guò)程的計(jì)算中得到了廣泛承認(rèn)，仍是傳質(zhì)過(guò)程及設(shè)備設(shè)計(jì)的依據(jù)；本書后續(xù)部分也將以該理論為討論問(wèn)題的基礎(chǔ)。第37頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao38吸收速率方程式吸收設(shè)備中進(jìn)行的傳質(zhì)過(guò)程為吸收過(guò)程，其傳質(zhì)速率即為吸收速率，所對(duì)應(yīng)的傳質(zhì)速率方程即為吸收速率方程。氣體吸收因過(guò)程的復(fù)雜性，傳質(zhì)速率(吸收速率)一般難以理論求解，但遵循現(xiàn)象方程所描述的物理量傳遞的共性規(guī)律。根據(jù)推動(dòng)力及阻力可寫出速率關(guān)系式，單獨(dú)根據(jù)氣膜或液膜的推動(dòng)力及阻力寫出的速率關(guān)系式稱為氣膜或液膜吸收速率方程式，相應(yīng)的吸收系數(shù)稱為膜系數(shù)或分系數(shù)，用k表示，與傳熱中的對(duì)流傳熱系數(shù)相當(dāng)。

第38頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao39一、氣相傳質(zhì)速率方程kg—推動(dòng)力為分壓差的氣相傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(sm2kPa)；ky—推動(dòng)力為摩爾分率之差的氣相傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(sm2)；kY—推動(dòng)力為摩爾比濃度差的氣相傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(sm2)；p、y、Y—溶質(zhì)A在氣相主體的分壓(kPa)、摩爾分率和摩爾比；pi、yi、Yi—溶質(zhì)A在界面氣相側(cè)的分壓(kPa)、摩爾分率和摩爾比。氣相傳質(zhì)速率方程常用的表達(dá)形式有三種第39頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao40二、液相傳質(zhì)速率方程液相傳質(zhì)速率方程常用的表達(dá)形式也有三種kc—推動(dòng)力為摩爾濃度差的液相傳質(zhì)系數(shù)，m/s；kx—推動(dòng)力為摩爾分率之差的液相傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(sm2)；kX—推動(dòng)力為摩爾比之差的液相傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(sm2)；c、x、X—溶質(zhì)A在液相主體的摩爾濃度、摩爾分率和摩爾比濃度；ci、xi、Xi—溶質(zhì)A在界面液相側(cè)的摩爾濃度、摩爾分率和摩爾比濃度。第40頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao41傳質(zhì)速率方程

——?dú)庀?氣膜)傳質(zhì)速率方程對(duì)于穩(wěn)定吸收過(guò)程，可根據(jù)雙膜理論建立相際傳質(zhì)速率方程(總傳質(zhì)速率方程)。類似于間壁式對(duì)流傳熱速率方程。由于混合物的組成可用多種方式表示，對(duì)應(yīng)于每一種表達(dá)法都有與之相應(yīng)的傳質(zhì)速率方程?！合?液膜)傳質(zhì)速率方程——?dú)庀?氣膜)傳質(zhì)總速率方程——液相(液膜)傳質(zhì)總速率方程第41頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao426.3.3.5各吸收系數(shù)的關(guān)系1、氣相吸收總系數(shù)與各分系數(shù)的關(guān)系2、液相吸收總系數(shù)與各分系數(shù)的關(guān)系第42頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao43吸收傳質(zhì)速率方程的幾種形式相平衡方程吸收傳質(zhì)速率方程總傳質(zhì)系數(shù)相內(nèi)或同基準(zhǔn)的傳質(zhì)系數(shù)換算相際或不同基準(zhǔn)傳質(zhì)系數(shù)換算

第43頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao44總傳質(zhì)速率方程

對(duì)易溶氣體，平衡常數(shù)m值小，平衡線很平，這時(shí)：傳質(zhì)阻力主要集中在氣相，此類傳質(zhì)過(guò)程稱為氣相阻力控制過(guò)程，或稱氣膜控制過(guò)程?？倐髻|(zhì)阻力取決于氣、液兩相的傳質(zhì)阻力。但對(duì)一些吸收過(guò)程，氣、液兩相傳質(zhì)阻力在總傳質(zhì)阻力中所占的比例相差甚遠(yuǎn)，可對(duì)問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)化處理。第44頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao45總傳質(zhì)速率方程

對(duì)難溶氣體，平衡常數(shù)m值大，平衡線很陡，這時(shí)：傳質(zhì)阻力主要集中在液相，此類過(guò)程稱為液相阻力控制過(guò)程，或液膜控制過(guò)程。分析氣、液兩相中傳質(zhì)阻力所占的比例，對(duì)于強(qiáng)化傳質(zhì)過(guò)程，提高傳質(zhì)速率有重要的指導(dǎo)意義。例如，以氣相阻力為主的吸收操作，增加氣體流速，可減薄界面處氣膜層的厚度，從而降低氣相傳質(zhì)阻力，有效地提高吸收速率；而增加液體流速吸速率則不會(huì)有明顯改變。第45頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao46Thanks!2005-5-12DepartmentofChemicalEngineering第46頁(yè)，共51頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2023/4/27projectsofDr.Hao47三、相界面的濃度

在氣、液兩相內(nèi)傳質(zhì)速率的計(jì)算中，推動(dòng)力項(xiàng)中含有溶質(zhì)在相界面的濃度yi和

xi，可用計(jì)算方法或作圖法得出。計(jì)算法：對(duì)穩(wěn)定的吸收過(guò)程，氣、液兩相內(nèi)傳質(zhì)速率應(yīng)相等。若兩相濃度均以摩爾分?jǐn)?shù)表示，有當(dāng)kx和ky為定值時(shí)，在直角坐標(biāo)系中yi~xi關(guān)系是一條過(guò)定點(diǎn)（x,y）而斜率為-kx/ky的直線。