化工原理吸收

化工原理吸收化工原理吸收化工原理吸收相平衡關系在吸收過程中的應用1、判斷過程的方向xyx＊2020/11/22化工原理吸收化工原理吸收化工原理吸收相平衡關系在吸收過程中的1相平衡關系在吸收過程中的應用

1、判斷過程的方向

xyx＊2024/4/2相平衡關系在吸收過程中的應用1、判斷過程的方向xyx＊222、計算過程的推動力

當氣液相的組成均用摩爾分數(shù)表示時，吸收的推動力可表示為：

以氣相組成差表示的吸收推動力；以液相組成差表示的吸收推動力。

3、確定過程的極限

所謂過程的極限是指兩相充分接觸后，各相組成變化的最大可能性。

2024/4/22、計算過程的推動力當氣液相的組成均用摩爾3吸收過程涉及兩相間的物質傳遞，包括三個步驟：溶質由氣相主體傳遞到兩相界面，即氣相內的物質傳遞；溶質在相界面上的溶解，由氣相轉入液相，即界面上發(fā)生的溶解過程；溶質自界面被傳遞至液相主體，即液相內的物質傳遞。單相內物質傳遞的機理分子擴散

渦流擴散第二節(jié)傳質機理與吸收速率2024/4/2吸收過程涉及兩相間的物質傳遞，包括三個步驟：單相內物質傳遞的4一、分子擴散與菲克定律

1、分子擴散：

一相內部有濃度差異的條件下，由于分子的無規(guī)則熱運動而造成的物質傳遞現(xiàn)象。AB2024/4/2一、分子擴散與菲克定律1、分子擴散：一相內部有濃度差異的52）菲克定律

與傅立葉定律以及牛頓粘性定律的區(qū)別及聯(lián)系。

3）分子擴散系數(shù)間的關系對于雙組分物系：2．菲克定律

單位面積上單位時間內擴散傳遞的物質量，單位：kmol/(m2.s)。1）擴散通量：2024/4/22）菲克定律與傅立葉定律以及牛頓粘性定律的區(qū)別及聯(lián)6根據(jù)菲克定律：

由A、B兩種氣體所構成的混合物中，A與B的擴散系數(shù)相等。

3、用擴散速度表示擴散通量CA：該點處物質A的濃度，kmol/m3uDA：該點處物質A沿Z方向的擴散速度，m/s2024/4/2根據(jù)菲克定律：由A、B兩種氣體所構成的混合物中，A與B的擴7二、氣相中的穩(wěn)態(tài)分子擴散

1．等摩爾反向擴散1）等摩爾反向擴散

例如精餾過程

分子擴散的兩種形式氣相中的定態(tài)分子擴散一組分通過另一停滯組分的擴散2024/4/2二、氣相中的穩(wěn)態(tài)分子擴散1．等摩爾反向擴散例如精餾過程分82）傳遞速率

在任一固定的空間位置上，單位時間通過單位面積的A物質量，稱為A的傳遞速率，以NA表示。

分離變量并進行積分，積分限為：

2024/4/22）傳遞速率分離變量并進行積分，積分限為：2024/4/9傳質速率為：2、一組分通過另一停滯組分的擴散

1）一組分通過另一停滯組分的擴散

2024/4/2傳質速率為：2、一組分通過另一停滯組分的擴散1）一組分通過102024/4/22024/4/111例如吸收2）傳遞速率設總體流動通量為N，其中物質A的通量為2024/4/2例如吸收2）傳遞速率2024/4/112總體流動中物質B向右傳遞的通量為

而即故單位時間通過單位膜層面積而進入右側的物質量NA應等于連同管內任意截面上A的擴散通量JA與A在總體流動中的傳遞通量之和連通管內兩物質擴散通量為數(shù)值相等方向相反，即：JA=-JB

2024/4/2總體流動中物質B向右傳遞的通量為而即故單位時間通過單位膜層13將

和代入

若擴散在氣相中進行，則：

總體流動通量等于組分A的傳質通量2024/4/2將和代入若擴散在氣相中進行，則：總體流動通量等于組分A14或分離變量后積分2024/4/2或分離變量后積分2024/4/115——漂流因數(shù)，無因次。反映總體流動對傳質速率的影響。

因p＞pBm，所以漂流因數(shù)

pBm：1、2兩截面上物質B分壓的對數(shù)平均值，kPa2024/4/2——漂流因數(shù)，無因次。反映總體流動對傳質速率的因p＞pBm，16三、擴散系數(shù)

分子擴散系數(shù)簡稱擴散系數(shù)，它是物質的特性常數(shù)之一。同一物質的擴散系數(shù)隨介質的種類、溫度、壓強及濃度的不同而變化。物質在不同條件下的擴散系數(shù)一般需要通過實驗測定。1、物質在氣體中的擴散系數(shù)氣體A在氣體B中（或B在A中）的擴散系數(shù)，可按馬克斯韋爾—吉利蘭（Maxwell-Gilliland）公式進行估算

2024/4/2三、擴散系數(shù)分子擴散系數(shù)簡稱擴散系數(shù)，它是172、物質在液體中的擴散系數(shù)

物質在液體中的散系數(shù)與組分的性質、溫度、粘度以及濃度有關。

對于很稀的非電解溶液，物質在液體中的擴散系數(shù)

2024/4/22、物質在液體中的擴散系數(shù)物質在液體中的散系數(shù)18擴散系數(shù)物質的特性常數(shù)，表示物質分子擴散能力的大小，D越大，分子擴散越快。單位：m2/s物理意義：單位距離內，擴散組分降低一個濃度時單位時間內通過單位面積的物質量。不僅取決于物質本身，還與介質、介質濃度、溫度、壓力有關液體的擴散系數(shù)小，但由于液體濃度大，故在氣體中的擴散通量只比液體大10-102倍擴散只發(fā)生在A、B組成的混和氣中時，DAB=DBA2024/4/2擴散系數(shù)物質的特性常數(shù)，表示物質分子擴散能力的大小，D越大，19四、對流傳質

1、渦流擴散憑籍流體質點的流動和旋渦來傳遞物質的現(xiàn)象。擴散通量：2、對流傳質

流動流體與兩相界面之間的傳質1）固定界面氣固兩相或液固兩相間的界面

DE：渦流擴散系數(shù)不是物性常數(shù)，與湍流狀況有關，并隨位置變化2024/4/2四、對流傳質1、渦流擴散2、對流傳質DE：渦流擴散系數(shù)不20

2）流動界面氣液兩相和液液兩相間的界面氣相有效層流膜（傳質邊界層)液相有效層流膜2024/4/22）流動界面氣相有效層流膜（傳質邊界層)2021對于氣體分子單向擴散

故：kG:氣膜吸收系數(shù)或氣膜傳質系數(shù)液相一側Csm：溶劑S在液相主體與相界面處的濃度的對數(shù)平均值kG：液膜吸收系數(shù)或液膜傳質系數(shù)2024/4/2對于氣體分子單向擴散故：kG:氣膜吸收系數(shù)或氣膜傳質系數(shù)22基礎理論：

當液體湍流流過固體溶質表面時，固液間的全部阻力全部集中在液體內緊靠兩相界面的一層停滯膜內，此膜厚度大于層流內層厚度，而它提供的分子傳質阻力恰等于實際存在的對流傳質阻力。五、吸收機理

（雙膜理論、溶質滲透理論和表面更新理論）

1、雙膜理論（雙阻力理論）

2024/4/2基礎理論：五、吸收機理

（雙膜理論、溶質滲透理論和23雙膜理論的模式理論相互接觸的氣液兩相間有一個穩(wěn)定的界面，界面上沒有傳質阻力，氣液兩相處于平衡狀態(tài)。界面兩側分別存在著兩層停滯膜，氣膜和液膜。氣相一側叫氣膜，液相一側叫液膜，這兩層膜均很薄，膜內的流體是滯流流動，溶質以分子擴散的方式進行傳質。

膜外的氣液相主體中，流體流動的非常劇烈，溶質的濃度很均勻，傳質的阻力可以忽略不計，傳質阻力集中在兩層膜內。2024/4/2雙膜理論的模式理論2024/4/1242024/4/22024/4/1252、雙膜理論的適用條件和優(yōu)缺點適用條件：用于描述具有固定相界面的系統(tǒng)及速度不高的兩流體間的傳質過程。優(yōu)缺點：教材2024/4/22、雙膜理論的適用條件和優(yōu)缺點適用條件：用于描述具有固定相界26六、吸收速率方程式

吸收速率：

單位相際傳質面積上，單位時間內吸收的溶質A的量，用NA表示，單位通常用kmol/m2.s。吸收傳質速率方程：吸收速率與吸收推動力之間關系的數(shù)學式

吸收速率=傳質系數(shù)×推動力

1、氣膜吸收速率方程式

2024/4/2六、吸收速率方程式吸收速率：單位相際傳質面積上，單位27令——氣膜吸收速率方程式——氣膜吸收系數(shù)，kmol/(m2.s.kPa)。

也可寫成：

2024/4/2令——氣膜吸收速率方程式——氣膜吸收系數(shù)，kmol/(m28當氣相的組成以摩爾分數(shù)表示時

—以

表示的氣膜吸收系數(shù)，kmol/(m2.s)。

當氣相組成以摩爾比濃度表示時

—以

表示推動力的氣膜吸收系數(shù)，kmol/(m2.s)。

2024/4/2當氣相的組成以摩爾分數(shù)表示時—以表示的氣膜吸收系數(shù)，km292、液膜吸收速率方程式

令

或

——液膜吸收速率方程—以

為推動力的液膜吸收系數(shù)，m/s；

2024/4/22、液膜吸收速率方程式令或——液膜吸收速率方程—以為30當液相的組成以摩爾分數(shù)表示時

—以

為推動力的液膜吸收系數(shù)，kmol/(m2.s)。

當液相組成以摩爾比濃度表示時

—以

為推動力的液膜吸收系數(shù)，kmol/(m2.s)。

2024/4/2當液相的組成以摩爾分數(shù)表示時—以為推動力的液膜吸收系數(shù)，313、界面濃度當已知兩相組成的平衡關系，如

和上式聯(lián)立便可

求出

2024/4/23、界面濃度當已知兩相組成的平衡關系，如和上式聯(lián)立便可求32pcAIcipi2024/4/2pcAIcipi2024/4/133上節(jié)內容復習一、分子擴散：1、Fick定律2、等摩爾反向擴散3、一組分通過另一停滯組分的擴散

總體流動促進分子擴散的進行，分子擴散的流量等于總體流動通量2024/4/2上節(jié)內容復習一、分子擴散：2、等摩爾反向擴散3、一組分通過另34二、擴散系數(shù)物質的特性常數(shù)，表示物質分子擴散能力的大小，D越大，分子擴散越快。不僅取決于物質本身，還與介質、介質濃度、溫度、壓力有關液體的擴散系數(shù)小，但由于液體濃度大，故在氣體中的擴散通量只比液體大10-102倍由A、B兩種氣體所構成的混合物中，A與B的擴散相等2024/4/2二、擴散系數(shù)物質的特性常數(shù)，表示物質分子擴散能力的大小，2035三、渦流擴散：渦流擴散系數(shù)DE四、對流傳質：2024/4/2三、渦流擴散：渦流擴散系數(shù)DE四、對流傳質：2024/4/136雙膜理論的模式理論相互接觸的氣液兩相間有一個穩(wěn)定的界面，界面上沒有傳質阻力，氣液兩相處于平衡狀態(tài)。界面兩側分別存在著兩層停滯膜，氣膜和液膜。氣相一側叫氣膜，液相一側叫液膜，這兩層膜均很薄，膜內的流體是滯流流動，溶質以分子擴散的方式進行傳質。

膜外的氣液相主體中，流體流動的非常劇烈，溶質的濃度很均勻，傳質的阻力可以忽略不計，傳質阻力集中在兩層膜內。五、吸收機理

2024/4/2雙膜理論的模式理論五、吸收機理

2024/4/137六、吸收速率方程式

吸收速率=傳質系數(shù)×推動力

1、氣膜吸收速率方程式

——氣膜吸收系數(shù)，kmol/(m2.s.kPa)。

（1）（2）—以

表示的氣膜吸收系數(shù)，kmol/(m2.s)。

2024/4/2六、吸收速率方程式吸收速率=傳質系數(shù)×推動力1、氣膜吸收38—以

表示推動力的氣膜吸收系數(shù)，kmol/(m2.s)。

（3）2024/4/2—以表示推動力的氣膜吸收系數(shù)，kmol/(m2.s)。（392、液膜吸收速率方程式

—以

為推動力的液膜吸收系數(shù)，m/s；

（1）（2）（3）—以

為推動力的液膜吸收系數(shù)，kmol/(m2.s)。

—以

為推動力的液膜吸收系數(shù)，kmol/(m2.s)。

2024/4/22、液膜吸收速率方程式—以為推動力的液膜吸收系數(shù)，m/s403、總吸收系數(shù)及相應的吸收速率方程式1）以氣相組成表示總推動力的吸收速率方程式a）以△p為推動力的吸收速率方程

2024/4/23、總吸收系數(shù)及相應的吸收速率方程式2024/4/141----以分壓差為推動力的氣相總吸收速率方程2024/4/2----以分壓差為推動力的氣相總吸收速率方程2024/4/142

b）以△y為推動力的吸收速率方程2）以液相組成表示總推動力的吸收速率方程式

—以△y為推動力的氣相總吸收系數(shù)，kmol/(m2.s)。

a）以△c為推動力的吸收速率方程

同乘以H，得：2024/4/2b）以△y為推動力的吸收速率方程2）以液相組成表示總推動43—以△c為推動力的液相總吸收系數(shù)，m/s

令：則：b）以△x為推動力的吸收速率方程

2024/4/2—以△c為推動力的液相總吸收系數(shù)，m/s令：則：b）以△x44—以△x為推動力的液相總吸收系數(shù)，kmol/(m2.s)

3）用摩爾比濃度為總推動力的吸收速率方程式適用條件：溶質濃度很低時

a）以

表示總推動力的總吸收速率方程式據(jù)分壓定律2024/4/2—以△x為推動力的液相總吸收系數(shù)，kmol/(m2.s)345代入

令

—以

為推動力的氣相總吸收系數(shù)，kmol/(m2.s)

2024/4/2代入令—以為推動力的氣相總吸收系數(shù)，kmol/(m2.46b）以

表示總推動力的吸收速率方程式

若XA、XA*很小2024/4/2b）以表示總推動力的吸收速率方程式若XA、XA*很小2047分別為總阻力、氣膜阻力和液膜阻力

即總阻力=氣膜阻力+液膜阻力

同理

4、各種吸收系數(shù)之間的關系1）總系數(shù)與分系數(shù)的關系

2024/4/2分別為總阻力、氣膜阻力和液膜阻力即總阻力=氣膜阻力+液膜阻48在溶質濃度很低時

2）總系數(shù)間的關系

a）氣相總吸收系數(shù)間的關系

2024/4/2在溶質濃度很低時2）總系數(shù)間的關系2024/4/149當溶質在氣相中的濃度很低時

b）液相總傳質系數(shù)間的關系

c）氣相總吸收系數(shù)與液相總吸收系數(shù)的關系2024/4/2當溶質在氣相中的濃度很低時b）液相總傳質系數(shù)間的關系c）50液相總傳質推動力氣相總傳質推動力氣相分傳質推動力液相分傳質推動力增加氣相分壓或減小溶質在液相中的濃度2024/4/2液相總傳質推動力氣相總傳質推動力氣相分傳質推動力液相分傳質推51氣膜控制（易溶體系）：H很大，m值很小

故1）溶解度很大時的易溶氣體

2024/4/2氣膜控制（易溶體系）：H很大，m值很小故1）溶解度很大時52液膜控制（難溶體系）：故2024/4/2液膜控制（難溶體系）：故2024/4/153氣膜控制例：水吸收氨或HCl氣體

液膜控制例：水吸收氧、CO2

2024/4/2氣膜控制例：水吸收氨或HCl氣體液膜控制例：水吸收氧、CO54雙膜控制（中等溶解度體系）氣膜阻力和液膜阻力均不可忽略，稱其為雙膜控制。如用水吸收SO22024/4/2雙膜控制（中等溶解度體系）2024/4/155影響傳質阻力的因素：氣液流動狀況如降膜濕壁塔、圓盤塔等：

kGV0.75，kL

L0.7，填料塔：

kL

L0.75

0.95操作條件（降低溫度、增加壓力）物性（擴散系數(shù)、粘度等）2024/4/2影響傳質阻力的因素：氣液流動狀況2024/4/156小結：吸收速率方程

與膜系數(shù)相對應的吸收速率式與總系數(shù)對應的速率式

用一相主體與界面的濃度差表示推動力用一相主體的濃度與其平衡濃度之差表示推動力2024/4/2小結：吸收速率方程與膜系數(shù)相對應的吸收速率式與總系數(shù)對應57五、傳質速率方程小結NA=單相的分吸收（傳質）推動力×分傳質系數(shù)

=雙相的總吸收（傳質）推動力×總傳質系數(shù)基于不同形式的推動力，可以寫出相應的吸收速率方程式。使用吸收速率方程式應注意以下幾點：p30，表9-1（1）各吸收速率方程式是等效的。均可計算吸收過程的速率。（2）任何吸收系數(shù)的單位都是kmol/(m2·s·單位推動力)。kmol/(m2·s)（3）注意各吸收速率方程式中的吸收系數(shù)與吸收推動力的正確搭配及其單位的一致性。（4）上述各吸收速率方程式，都是以氣液組成保持不變?yōu)榍疤岬?，因此只適合于描述穩(wěn)態(tài)操作的吸收塔內任一橫截面上的速率關系，而不能直接用來描述全塔的吸收速率。在塔內不同橫截面上的氣液組成各不相同，其吸收速率也不相同。

（5）在使用與總吸收系數(shù)相對應的吸收速率方程式時，在整個過程所涉及的組成范圍內，平衡關系須為直線。否則，即使膜系數(shù)(如kG、kL)為常數(shù)，總吸收系數(shù)仍隨組成而變化，這將不便于吸收塔的計算。2024/4/2五、傳質速率方程小結NA=單相的分吸收（傳質）推動力×58[補例1]：用煤油從苯–空氣混合氣體中吸收苯，入塔氣體中含苯2%（體積），吸收后濃度降為0.01%（體積），入塔煤油中含苯0.02%（摩爾分數(shù)）。操作溫度為50℃，壓力為200kpa，操作條件下相平衡關系為pA*=80xkpa。求：（1）塔頂處氣相推動力；（2）若改善操作條件，提高吸收率，則出口液體濃度極限是多少？解：（1）∴塔頂氣相推動力為：（2）氣,p2液,x2液,x1氣,p12024/4/2[補例1]：