化工分離工程第三章吸收

1、TSHY3 吸吸 收收3.1 3.1 吸收過程在化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用吸收過程在化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用 3.2 3.2 吸收過程的設(shè)計(jì)變量和對(duì)工藝生產(chǎn)的適應(yīng)性吸收過程的設(shè)計(jì)變量和對(duì)工藝生產(chǎn)的適應(yīng)性3.3 3.3 氣液相平衡氣液相平衡 3.4 3.4 傳質(zhì)理論傳質(zhì)理論3.5 3.5 傳質(zhì)速率和傳質(zhì)系數(shù)傳質(zhì)速率和傳質(zhì)系數(shù)3.10 3.10 塔高塔高 TSHY3 吸吸 收收1 1、吸收的基本原理、吸收的基本原理n 吸收是利用液體處理氣體混合物，根據(jù)氣體混合物中各組分在液體吸收是利用液體處理氣體混合物，根據(jù)氣體混合物中各組分在液體中溶解度的不同，而達(dá)到分離目的傳質(zhì)過程。中溶解度的不同，而達(dá)到分離目的傳質(zhì)過程。n

2、吸收是一個(gè)分離過程，且分離的是氣體混合物，分離的介質(zhì)是某一吸收是一個(gè)分離過程，且分離的是氣體混合物，分離的介質(zhì)是某一種液體溶劑稱之為吸收劑，被吸收的氣體混合物稱為溶質(zhì)。種液體溶劑稱之為吸收劑，被吸收的氣體混合物稱為溶質(zhì)。 n 吸收是一個(gè)從氣相往液相的傳質(zhì)過程。吸收是一個(gè)從氣相往液相的傳質(zhì)過程。n 被吸收的氣體通過適當(dāng)?shù)姆椒ㄅc吸收液分離的過程稱為解吸過程，被吸收的氣體通過適當(dāng)?shù)姆椒ㄅc吸收液分離的過程稱為解吸過程，對(duì)吸收液而言，則成為再生。對(duì)吸收液而言，則成為再生。n應(yīng)用：常用于獲得產(chǎn)品、分離氣體混合物、凈化原料氣以及脫除尾氣應(yīng)用：常用于獲得產(chǎn)品、分離氣體混合物、凈化原料氣以及脫除尾氣中的有毒有害

3、物質(zhì)。中的有毒有害物質(zhì)。TSHY3 吸吸 收收2、流程圖、流程圖TSHY3 吸吸 收收3、吸收操作的分類、吸收操作的分類 依據(jù)吸收的機(jī)理可分成依據(jù)吸收的機(jī)理可分成 物理吸收（甲醇物理吸收（甲醇-CO2） 化學(xué)吸收（化學(xué)吸收（K2CO3- CO2） 物理吸收的特點(diǎn)：物理吸收的特點(diǎn)： 所溶組分與吸收劑不起化學(xué)反應(yīng)所溶組分與吸收劑不起化學(xué)反應(yīng) 極限：溶解平衡極限：溶解平衡= f (T,P) 化學(xué)吸收的特點(diǎn)：化學(xué)吸收的特點(diǎn)： 所溶組分與吸收劑起化學(xué)反應(yīng)所溶組分與吸收劑起化學(xué)反應(yīng) 極限：相平衡極限：相平衡= f (T,P,反應(yīng)組分反應(yīng)組分B) TSHY3 吸吸 收收4、吸收過程的特點(diǎn)吸收過程的特點(diǎn) n吸

4、收與精餾操作的吸收與精餾操作的相同點(diǎn)相同點(diǎn)： 平衡分離過程平衡分離過程 熱、質(zhì)同傳過程，由熱、質(zhì)同傳過程，由MESH方程求解方程求解 n吸收與精餾的吸收與精餾的不同點(diǎn)不同點(diǎn)：n原理不同：原理不同： 吸收是根據(jù)各組分溶解度不同進(jìn)行分離的。吸收是根據(jù)各組分溶解度不同進(jìn)行分離的。n 精餾利用組分間相對(duì)揮發(fā)度不同使組分分離。精餾利用組分間相對(duì)揮發(fā)度不同使組分分離。n塔式不同塔式不同n傳質(zhì)形式不同傳質(zhì)形式不同n吸收過程：?jiǎn)蜗騻髻|(zhì)，氣相傳質(zhì)到液相，需外加吸收劑；吸收過程：?jiǎn)蜗騻髻|(zhì)，氣相傳質(zhì)到液相，需外加吸收劑； n精餾過程：雙向傳質(zhì)，液相傳質(zhì)到汽相，汽相傳質(zhì)到液相，不需加精餾過程：雙向傳質(zhì)，液相傳質(zhì)到汽相

5、，汽相傳質(zhì)到液相，不需加 質(zhì)量分離劑。質(zhì)量分離劑。TSHY1. 吸收劑不需要再生的吸收裝置吸收劑不需要再生的吸收裝置n使用對(duì)象：使用對(duì)象：n 主要用于制備液相產(chǎn)品，如硫酸吸收主要用于制備液相產(chǎn)品，如硫酸吸收SO3吸收制硫酸、吸收制硫酸、 水吸收水吸收HCl制鹽酸、吸收甲醛制福爾馬林液、堿液吸收制鹽酸、吸收甲醛制福爾馬林液、堿液吸收 CO2或或SO2制碳酸氫鹽或亞硫酸鹽等制碳酸氫鹽或亞硫酸鹽等 。n流程特點(diǎn)：流程特點(diǎn)：n吸收劑不再生，且循環(huán)操作。吸收劑不再生，且循環(huán)操作。 3.1.1 吸收裝置的工業(yè)流程吸收裝置的工業(yè)流程TSHY3.1.1 吸收裝置的工業(yè)流程吸收裝置的工業(yè)流程典型實(shí)例：硫酸吸收典

6、型實(shí)例：硫酸吸收SO3吸收制硫酸吸收制硫酸TSHY2. 吸收劑需要解吸的吸收裝置吸收劑需要解吸的吸收裝置使用對(duì)象：使用對(duì)象：氣體的凈化或回收；氣體的凈化或回收；流程特點(diǎn)：流程特點(diǎn)：至少有兩個(gè)塔（多了一個(gè)再生過程）。至少有兩個(gè)塔（多了一個(gè)再生過程）。n減壓冷再生減壓冷再生：通過改變通過改變P，改變相平衡，使溶質(zhì)解吸。，改變相平衡，使溶質(zhì)解吸。n適用：適用：高壓下化學(xué)吸收液的初脫。高壓下化學(xué)吸收液的初脫。n氣提冷再生：用惰性氣體降低溶質(zhì)在氣相的分壓促使解吸；氣提冷再生：用惰性氣體降低溶質(zhì)在氣相的分壓促使解吸；n適用適用：溶質(zhì)不必回收的場(chǎng)合或稀釋溶質(zhì)在氣相的含量。溶質(zhì)不必回收的場(chǎng)合或稀釋溶質(zhì)在氣相的

7、含量。 n間接蒸汽熱再生：利用間接蒸汽，升高溫度，改變液面上活性組間接蒸汽熱再生：利用間接蒸汽，升高溫度，改變液面上活性組分的平衡分壓，加速解吸速率；分的平衡分壓，加速解吸速率；n適用適用：化學(xué)吸收。化學(xué)吸收。 3.1.1 吸收裝置的工業(yè)流程吸收裝置的工業(yè)流程TSHY3.1.1 吸收裝置的工業(yè)流程吸收裝置的工業(yè)流程(1)吸收劑不重復(fù)利用的裝置吸收劑不重復(fù)利用的裝置 典型實(shí)例：典型實(shí)例： 氯氣吸收氯氣吸收TSHY3.1.1 吸收裝置的工業(yè)流程吸收裝置的工業(yè)流程(2)減壓冷再生流程減壓冷再生流程 典型實(shí)例：典型實(shí)例：CO2吸收吸收-再生再生(3)氣提冷再生流程氣提冷再生流程 典型實(shí)例：脫除典型實(shí)例

8、：脫除H2S吸收吸收-再生再生TSHY3.1.1 吸收裝置的工業(yè)流程吸收裝置的工業(yè)流程(4)間接蒸汽熱再生流程間接蒸汽熱再生流程 典型實(shí)例：熱鉀堿法脫碳流程典型實(shí)例：熱鉀堿法脫碳流程TSHY3.1.2 吸收過程的應(yīng)用吸收過程的應(yīng)用1. 獲得產(chǎn)品獲得產(chǎn)品 將氣體中的有效成分用吸收劑吸收下來得到產(chǎn)品。如硫酸吸收將氣體中的有效成分用吸收劑吸收下來得到產(chǎn)品。如硫酸吸收SO3制濃硫酸，水吸收制濃硫酸，水吸收HCl制鹽酸。制鹽酸。2. 氣體混合物的分離氣體混合物的分離 吸收劑選擇性吸收氣體中的某一組分達(dá)到分離目的。如用有機(jī)溶劑吸收劑選擇性吸收氣體中的某一組分達(dá)到分離目的。如用有機(jī)溶劑吸收煤氣中的苯，用丙酮

9、吸收天然氣裂解氣中的乙炔。吸收煤氣中的苯，用丙酮吸收天然氣裂解氣中的乙炔。3. 氣體凈化氣體凈化 用吸收劑將氣體中的有害組分吸收以達(dá)到氣體凈化目的。如天然氣用吸收劑將氣體中的有害組分吸收以達(dá)到氣體凈化目的。如天然氣的脫硫，生產(chǎn)尾氣的的脫硫，生產(chǎn)尾氣的SO2脫除。脫除。4. 回收有價(jià)值組分回收有價(jià)值組分 為防止有價(jià)值組分從氣相流失，用吸收劑將其吸收下來達(dá)到回收的為防止有價(jià)值組分從氣相流失，用吸收劑將其吸收下來達(dá)到回收的目的。如一些易揮發(fā)溶劑的回收。目的。如一些易揮發(fā)溶劑的回收。TSHY3.2 吸收過程的設(shè)計(jì)變量吸收過程的設(shè)計(jì)變量和對(duì)生產(chǎn)工藝的適應(yīng)性和對(duì)生產(chǎn)工藝的適應(yīng)性n吸收過程的重要因素吸收過程

10、的重要因素(1) 設(shè)備條件設(shè)備條件 設(shè)備形式、尺寸、內(nèi)部構(gòu)件等，都與傳質(zhì)效率有關(guān)。設(shè)備形式、尺寸、內(nèi)部構(gòu)件等，都與傳質(zhì)效率有關(guān)。同等處理規(guī)模下，效率越高，設(shè)備投資越少。同等處理規(guī)模下，效率越高，設(shè)備投資越少。(2) 吸收劑吸收劑 選擇性是關(guān)鍵，解吸條件也非常重要。選擇性是關(guān)鍵，解吸條件也非常重要。(3) 操作條件操作條件 溫度：溫度越高，越不利于吸收；溫度：溫度越高，越不利于吸收； 壓力：壓力越高，越有利于吸收。壓力：壓力越高，越有利于吸收。TSHY3.2.1 設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)分析設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)分析(1) 吸收塔的直徑吸收塔的直徑(2) 再生塔的直徑再生塔的直徑(3) 再生塔的壓強(qiáng)再生塔的壓強(qiáng)(4)

11、 貧液和回流液的溫度貧液和回流液的溫度(5) 各種換熱器的熱負(fù)荷各種換熱器的熱負(fù)荷(6) 吸收塔和再生塔的高吸收塔和再生塔的高度度TSHY3.2.2 吸收過程對(duì)生產(chǎn)工藝的適應(yīng)性吸收過程對(duì)生產(chǎn)工藝的適應(yīng)性(1) 操作壓強(qiáng)操作壓強(qiáng) 壓力高利于吸收，但操作費(fèi)用將增加，通常選擇氣體來時(shí)的壓力高利于吸收，但操作費(fèi)用將增加，通常選擇氣體來時(shí)的壓力。特殊情況可考慮增壓操作。壓力。特殊情況可考慮增壓操作。(2) 溶質(zhì)的氣相濃度溶質(zhì)的氣相濃度 關(guān)鍵是控制吸收塔出口氣中的溶質(zhì)指標(biāo)。關(guān)鍵是控制吸收塔出口氣中的溶質(zhì)指標(biāo)。(3) 毒性毒性 這里指的是對(duì)吸收劑的毒性，即產(chǎn)生沉淀、使吸收劑分解、這里指的是對(duì)吸收劑的毒性，即

12、產(chǎn)生沉淀、使吸收劑分解、或生成不可還原的產(chǎn)物等?；蛏刹豢蛇€原的產(chǎn)物等。(4) 能耗能耗 主要是吸收劑再生的能耗，應(yīng)充分回收利用。主要是吸收劑再生的能耗，應(yīng)充分回收利用。TSHY3.3 氣液相平衡氣液相平衡n氣液相平衡的概念氣液相平衡的概念 氣液相平衡主要是指氣相組分溶解于液相，使氣相組氣液相平衡主要是指氣相組分溶解于液相，使氣相組分與液相中的相同組分達(dá)到平衡的狀態(tài)。分與液相中的相同組分達(dá)到平衡的狀態(tài)。 而汽液相平衡則主要是指液相組分揮發(fā)到汽相形成的而汽液相平衡則主要是指液相組分揮發(fā)到汽相形成的平衡。平衡。 兩種平衡盡管過程方向不同，但相平衡原理卻是相同兩種平衡盡管過程方向不同，但相平衡原理卻

13、是相同的：的：LiGiffTSHY3.3.1 物理溶解時(shí)的相平衡物理溶解時(shí)的相平衡(1) 氣液平衡常數(shù)氣液平衡常數(shù)mi式中，式中， 、 分別為分別為i組分在氣相的逸度系數(shù)和在液相的活度系數(shù)；組分在氣相的逸度系數(shù)和在液相的活度系數(shù)；p為氣相總壓，為氣相總壓， 為純?yōu)榧僫組分液相在體系溫度和壓力下的逸度。組分液相在體系溫度和壓力下的逸度。(2) 二元組分溶解的氣液平衡關(guān)系二元組分溶解的氣液平衡關(guān)系式中，式中，x0是在溶液中吸收劑的摩爾分率，是在溶液中吸收劑的摩爾分率，x0=1-xi；Hi為亨利系數(shù)，為亨利系數(shù)，kPa；A是與溫度和壓力有關(guān)的一個(gè)常數(shù)。是與溫度和壓力有關(guān)的一個(gè)常數(shù)。 此式適合于任何濃

14、度的電解質(zhì)溶液和很低濃度的非電解質(zhì)溶液。此式適合于任何濃度的電解質(zhì)溶液和很低濃度的非電解質(zhì)溶液。iiLiiiipfxym)1 (lnln20 xRTAHxfiii(3-11)iiLifTSHY3.3.1 物理溶解時(shí)的相平衡物理溶解時(shí)的相平衡對(duì)式對(duì)式(3-11)，在理想溶液時(shí)，在理想溶液時(shí)，A=0，于是：，于是：在低壓下，可用平衡分壓在低壓下，可用平衡分壓 取代取代 ，得到亨利定律的表達(dá)形式：，得到亨利定律的表達(dá)形式：再以濃度取代摩爾分率：再以濃度取代摩爾分率：cM為溶液的總摩爾濃度，為溶液的總摩爾濃度，H只和溫度有關(guān)，隨溫度升高而增大只和溫度有關(guān)，隨溫度升高而增大(見表見表3-2)，與溶液的總

15、壓和組成無關(guān)。與溫度的關(guān)系為：，與溶液的總壓和組成無關(guān)。與溫度的關(guān)系為：式中的式中的Ci、i是常數(shù)，與物系有關(guān)。是常數(shù)，與物系有關(guān)。iiGixHfiiiCRTHlniieixHpeipifiiMiieicHccHpTSHY 當(dāng)系統(tǒng)壓力較大時(shí)，體系偏離理想狀態(tài)較遠(yuǎn)，按上述方法計(jì)算的偏當(dāng)系統(tǒng)壓力較大時(shí)，體系偏離理想狀態(tài)較遠(yuǎn)，按上述方法計(jì)算的偏差較大。考慮到液體體積通常隨壓力變化不大，此時(shí)，可用以下式子差較大?？紤]到液體體積通常隨壓力變化不大，此時(shí)，可用以下式子來計(jì)算氣相逸度來計(jì)算氣相逸度 。式中，式中，pi為純組分的蒸汽壓；為純組分的蒸汽壓；Hi為亨利常數(shù)；為亨利常數(shù)； 為組分的偏摩爾體積，為組分

16、的偏摩爾體積，即無限大混合物體積中加入即無限大混合物體積中加入1mol組分時(shí)所引起的體積變化，當(dāng)混合氣組分時(shí)所引起的體積變化，當(dāng)混合氣體服從道爾頓分壓定律時(shí)，保持體積的加和性，即體服從道爾頓分壓定律時(shí)，保持體積的加和性，即 就是就是1mol氣體在溫度氣體在溫度T和壓強(qiáng)和壓強(qiáng)p時(shí)所占有的體積。時(shí)所占有的體積。)(lnlniiiiGippRTVHxfiiVV GifiV3.3.1 物理溶解時(shí)的相平衡物理溶解時(shí)的相平衡TSHY例例 3-1 計(jì)算乙烷在溫度為計(jì)算乙烷在溫度為293K，壓強(qiáng)為，壓強(qiáng)為2000kPa下下與同系物組成理想溶液時(shí)的相平衡常數(shù)與同系物組成理想溶液時(shí)的相平衡常數(shù)mi值。已值。已知乙

17、烷的臨界溫度知乙烷的臨界溫度tc=305.1K，臨界壓力，臨界壓力pc=4900kPa，飽和蒸汽壓，飽和蒸汽壓pis=3900kPa(在在2 9 3 K 時(shí)時(shí) ) ， 以 及 在， 以 及 在 3 9 0 0 k P a 下 的 密 度下 的 密 度=350kg/m3。TSHY解例解例 3-1計(jì)算系統(tǒng)壓強(qiáng)下氣態(tài)乙烷的逸度計(jì)算系統(tǒng)壓強(qiáng)下氣態(tài)乙烷的逸度先計(jì)算先計(jì)算293K，2000kPa下的對(duì)比溫度和壓強(qiáng)。下的對(duì)比溫度和壓強(qiáng)。對(duì)比溫度：對(duì)比溫度： 對(duì)比壓強(qiáng)：對(duì)比壓強(qiáng)： 查圖查圖3-8得：得：逸度計(jì)算：逸度計(jì)算：計(jì)算計(jì)算293K下乙烷飽和蒸汽壓的逸度下乙烷飽和蒸汽壓的逸度對(duì)比溫度：對(duì)比溫度： 對(duì)比壓

18、強(qiáng)：對(duì)比壓強(qiáng)： 查圖查圖3-8得：得：逸度計(jì)算：逸度計(jì)算：96. 01 .35029341. 04900200082. 0i)kPa(164082.02000iGipf79. 04900390067. 0i96. 01 .350293)kPa(261067.03900isiGispfTSHY解例解例 3-1計(jì)算液相乙烷的逸度計(jì)算液相乙烷的逸度 對(duì)于溫度為對(duì)于溫度為T，飽和蒸汽壓為，飽和蒸汽壓為 的純液體組分的逸度的純液體組分的逸度 應(yīng)等于飽和應(yīng)等于飽和蒸汽的逸度蒸汽的逸度 。而當(dāng)壓強(qiáng)為。而當(dāng)壓強(qiáng)為p時(shí)，液相逸度可近似用下式計(jì)算：時(shí)，液相逸度可近似用下式計(jì)算：式中，式中，Vi為在一定為在一定p和

19、和T時(shí)，組分時(shí)，組分i的摩爾體積：的摩爾體積：計(jì)算：計(jì)算：所以：所以：)(lnsiiGisLippRTVff)mol/m(0857.0350303MVi067. 0)39002000(293314. 80857. 02610lnLif)kPa(2440LifsipLisfGisfTSHY解例解例 3-1計(jì)算相平衡常數(shù)計(jì)算相平衡常數(shù) 對(duì)于理想溶液，對(duì)于理想溶液， ，則相平衡常數(shù)為：，則相平衡常數(shù)為：49. 116402440GiiLiiiiffxym1iTSHYn亨利定律不適用化學(xué)吸收的相平衡，化亨利定律不適用化學(xué)吸收的相平衡，化學(xué)吸收的氣液平衡，既要服從溶解時(shí)的學(xué)吸收的氣液平衡，既要服從溶解時(shí)

20、的相平衡又要服從化學(xué)反應(yīng)時(shí)的相平衡關(guān)相平衡又要服從化學(xué)反應(yīng)時(shí)的相平衡關(guān)系系.3.3.2 伴有化學(xué)反應(yīng)的吸收相平衡伴有化學(xué)反應(yīng)的吸收相平衡aA+bBmM+nNaAKaHATSHY3.3.2 伴有化學(xué)反應(yīng)的吸收相平衡伴有化學(xué)反應(yīng)的吸收相平衡n則反應(yīng)平衡常數(shù)為：則反應(yīng)平衡常數(shù)為：理想溶液時(shí)，理想溶液時(shí)，K=1，則：，則：因?yàn)槿芙馄胶怅P(guān)系服從亨利定律：因?yàn)槿芙馄胶怅P(guān)系服從亨利定律：用用(3-21)解出解出CA，帶入上式得：，帶入上式得： (CA) 物物 (CA)化化， (PA)物物 (PA)化化 KccccccccKbBAnNmMbBAnNmMbBAnNmMbBAnNmMaaaaa(3-21)aA+b

21、BmM+nNaAKaHAbBAnNmMccccKKKaaa/1bBnNmMAAcKccHpAAAcHpTSHY3.3.2 伴有化學(xué)反應(yīng)的吸收相平衡伴有化學(xué)反應(yīng)的吸收相平衡1. 被吸收組分與溶劑相互作用被吸收組分與溶劑相互作用（1）溶質(zhì)）溶質(zhì)A與溶劑與溶劑B反應(yīng)生成反應(yīng)生成M若其反應(yīng)關(guān)系為：若其反應(yīng)關(guān)系為：溶液中溶液中A組分的初始濃度組分的初始濃度 可寫成：可寫成：而反應(yīng)平衡常數(shù)為：而反應(yīng)平衡常數(shù)為： 則：則：總平衡又服從物理溶解時(shí)的亨利定律，因此：總平衡又服從物理溶解時(shí)的亨利定律，因此：MAAccc0(3-26)BAAAcKcHp10A(g)A(L)+ B(L)M(L)KaHA0AcBAAAB

22、AMcccccccK0BAAcKcc10TSHY3.3.2 伴有化學(xué)反應(yīng)的吸收相平衡伴有化學(xué)反應(yīng)的吸收相平衡TSHY3.3.2 伴有化學(xué)反應(yīng)的吸收相平衡伴有化學(xué)反應(yīng)的吸收相平衡（2）生成物）生成物M發(fā)生離解發(fā)生離解若反應(yīng)生成物發(fā)生離解：若反應(yīng)生成物發(fā)生離解：此時(shí)，氣液平衡不按反應(yīng)平衡計(jì)算而按離解平衡計(jì)算。此時(shí)，氣液平衡不按反應(yīng)平衡計(jì)算而按離解平衡計(jì)算。離解平衡常數(shù)為：離解平衡常數(shù)為：若忽略水的離解，則有：若忽略水的離解，則有： ，因此：，因此：而溶液中而溶液中A的初始濃度可表示為：的初始濃度可表示為：聯(lián)立求解以上方程，得：聯(lián)立求解以上方程，得：其中，其中，所以：所以： -AKcc(3-33)4

23、()2()1(2a0aa0KcKKccKHcHpAABAAAAMAK1cccKMK+A-+K1M1KcKcAMAAcccc0)1 (2)4()2(a0aa0BAAAcKKcKKccBBcKcKKK11a(3-29)(3-30)TSHY3.3.2 伴有化學(xué)反應(yīng)的吸收相平衡伴有化學(xué)反應(yīng)的吸收相平衡2. 被吸收組分與溶劑中活性組分的作用被吸收組分與溶劑中活性組分的作用若其反應(yīng)關(guān)系為：若其反應(yīng)關(guān)系為：當(dāng)平衡反應(yīng)率為當(dāng)平衡反應(yīng)率為R時(shí)：時(shí)：由氣液平衡得：由氣液平衡得：其中：其中： ，將上兩式聯(lián)立求解，可得：，將上兩式聯(lián)立求解，可得：若物理溶解量可以忽略不計(jì)時(shí)，有：若物理溶解量可以忽略不計(jì)時(shí)，有：AABA

24、ABAAppcHpRccc1/000(3-36)1()1(RRRKRHcHpAAAA)1()1(00RcRRccRccccKABABBAMAHK/AABBAppcRcc1000AHA(g) ka A(aq) + B(aq) M(aq)TSHY例例 3-3 P113P114 是化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)與物理吸收平衡常數(shù)是化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)與物理吸收平衡常數(shù)（亨利系數(shù)）的比值。（亨利系數(shù)）的比值。1，以化學(xué)吸收為主；，以化學(xué)吸收為主；1 ，化學(xué)吸收優(yōu)于物理吸收；，化學(xué)吸收優(yōu)于物理吸收；當(dāng)當(dāng) 1 ，物理吸收優(yōu)于化學(xué)吸收。，物理吸收優(yōu)于化學(xué)吸收。 溶質(zhì)濃度過高會(huì)降低氣體在溶液中的溶解度常數(shù)溶質(zhì)濃度過高會(huì)降低氣體

25、在溶液中的溶解度常數(shù)(H），），降低凈化度。降低凈化度。TSHY3.3.4 工業(yè)應(yīng)用實(shí)例工業(yè)應(yīng)用實(shí)例1. K2CO3溶液吸收溶液吸收CO2其反應(yīng)關(guān)系為：其反應(yīng)關(guān)系為：定義溶液碳化度為：定義溶液碳化度為：其中：其中：分析：當(dāng)氣相近似看作理想氣體分析：當(dāng)氣相近似看作理想氣體 當(dāng)液相為理想溶液時(shí)，且液相近似看作稀溶液，當(dāng)液相為理想溶液時(shí)，且液相近似看作稀溶液， 當(dāng)液相為非理想溶液時(shí)，可看作稀溶液，該體系的相平衡關(guān)系當(dāng)液相為非理想溶液時(shí)，可看作稀溶液，該體系的相平衡關(guān)系 如何？如何？-23-3-23COHCO0CO21ccc-23CO2/-3HCO2/-3HCO0-23CO碳酸鉀溶液的起始濃度鹽濃度轉(zhuǎn)

26、化為碳酸氫鉀的碳酸ccccfTSHY3.3.4 工業(yè)應(yīng)用實(shí)例工業(yè)應(yīng)用實(shí)例該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為：該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為：因此：因此：由相平衡關(guān)系可知，理想氣體服從亨利定律：由相平衡關(guān)系可知，理想氣體服從亨利定律：對(duì)稀溶液，對(duì)稀溶液， 可看作恒定值，所以令：可看作恒定值，所以令：則：則：KccccccccKOHCOCO2HCOOHCOCO2HCOOHCOCO2HCOOHCOCOa2232-32232-32232-322322-3HCOKcKcccOHaCO2HCOCO2-23-321OHaCO2HCOCOCO2-23-322cKKHcccHpOHa21cKKHK-23-32CO2HCOCOcKc

27、pOH2cTSHY3.3.4 工業(yè)應(yīng)用實(shí)例工業(yè)應(yīng)用實(shí)例用用 表示溶液中表示溶液中CO2的總摩爾濃度的總摩爾濃度(包括碳酸鹽和碳酸氫鹽包括碳酸鹽和碳酸氫鹽)， 表示氧化鉀的總摩爾濃度表示氧化鉀的總摩爾濃度(K2CO3的起始濃度的起始濃度)，根據(jù)碳化度的定義，根據(jù)碳化度的定義，則有：則有：其中：其中：將上式變化為：將上式變化為： 因此：因此： 12/2/OKCOCOHCOHCOc22-23-3-3MMcccf2COMOK2M2332COHCOCOccM2332COHCOOK21ccMOKCOCOHCOCOc2-23-23-3-232/1Mccccf-23-3COHCOcc21ccffTSHY3.3

28、.4 工業(yè)應(yīng)用實(shí)例工業(yè)應(yīng)用實(shí)例將上式代入將上式代入CO2的分壓計(jì)算式，得：的分壓計(jì)算式，得：所以有：所以有： 碳酸鉀溶液的碳酸鉀溶液的K可從文獻(xiàn)查得，可見，液面上可從文獻(xiàn)查得，可見，液面上CO2的平衡分壓將取的平衡分壓將取決于碳化度的變化。測(cè)得碳酸鉀的碳化度就能求得液面上決于碳化度的變化。測(cè)得碳酸鉀的碳化度就能求得液面上CO2的平衡的平衡分壓；或測(cè)得液面上分壓；或測(cè)得液面上CO2的平衡分壓可求得碳酸鉀的碳化度。的平衡分壓可求得碳酸鉀的碳化度。 若溶液為理想溶液，若溶液為理想溶液，K=1，K可進(jìn)一步簡(jiǎn)化?？蛇M(jìn)一步簡(jiǎn)化。 OK22CO2COHCOCO2HCOCO2-23-23-3-23-32)1

29、()1 (411MfffKcccKcKcpcccccffKMp142OKCO22OHa21cKHKTSHY3.3.4 工業(yè)應(yīng)用實(shí)例工業(yè)應(yīng)用實(shí)例2. 用檸檬酸鈉用檸檬酸鈉(Na2cit)溶液吸收溶液吸收SO2其反應(yīng)系列為：其反應(yīng)系列為： 從后三個(gè)反應(yīng)式可以看出，由于檸檬酸的多級(jí)電離平衡，可吸收大從后三個(gè)反應(yīng)式可以看出，由于檸檬酸的多級(jí)電離平衡，可吸收大量的量的H+離子，使離子，使pH維持在一定的范圍，有利于維持在一定的范圍，有利于SO2的溶解。的溶解。SO2(L)SO2(g)SO2(L)H2OHSO3-+H2-3-HcitcitH2citH3citH2citHcit+HHH+-2-TSHY3.3

30、.4 工業(yè)應(yīng)用實(shí)例工業(yè)應(yīng)用實(shí)例令令 為達(dá)到氣液平衡時(shí)溶液中為達(dá)到氣液平衡時(shí)溶液中SO2的總摩爾濃度，則：的總摩爾濃度，則：其中，其中， 為物理溶解濃度，為物理溶解濃度， 為反應(yīng)溶解濃度。為反應(yīng)溶解濃度。 假定在常壓下氣體可視為理想氣體，并忽略亞硫酸的二級(jí)電離，則假定在常壓下氣體可視為理想氣體，并忽略亞硫酸的二級(jí)電離，則物理溶解符合亨利定律：物理溶解符合亨利定律：SO2在水中的反應(yīng)和寫成：在水中的反應(yīng)和寫成： 和和H2SO3的一級(jí)電離常數(shù)為：的一級(jí)電離常數(shù)為：其中，其中，H*為亨利常數(shù)，為亨利常數(shù)，為活度。為活度。322HSOSO0SOccc0SO2c2SOc3HSOc22SO*SOiHp2-3

31、SOHHSOIKH2SO3H2OSO2+HSO3-+H +H2SO3KITSHY3.3.4 工業(yè)應(yīng)用實(shí)例工業(yè)應(yīng)用實(shí)例實(shí)際上，在溶液中：實(shí)際上，在溶液中： ，因此：，因此：以以表示溶液中亞硫酸氫根的活度系數(shù)，合并分壓式和電離平衡式得：表示溶液中亞硫酸氫根的活度系數(shù)，合并分壓式和電離平衡式得：其中，其中， 當(dāng)溶液吸收當(dāng)溶液吸收SO2后，溶液的后，溶液的pH值隨溶液中亞硫酸氫根的濃度呈線性值隨溶液中亞硫酸氫根的濃度呈線性變化，即：變化，即： 其中，其中，和和0分別為溶液和檸檬酸濃度為分別為溶液和檸檬酸濃度為1M的溶液的緩沖容量；的溶液的緩沖容量；pHS為為SO2吸收前的吸收前的pH值。值。32HSO

32、0SOccHHSOI*HHSOSO332/cKKHcpi23SOHSOccI*/ KHKicitH0HSOSHSOS333pH1pHpHcccTSHY3.3.4 工業(yè)應(yīng)用實(shí)例工業(yè)應(yīng)用實(shí)例由于由于 ，所以：，所以：將其代入分壓式，得：將其代入分壓式，得： 在溫度為在溫度為3585，SO2的分壓為的分壓為4006665Pa的范圍內(nèi)，氣相的范圍內(nèi)，氣相中的中的SO2分壓與溶液中的亞硫酸氫根無關(guān)，分壓與溶液中的亞硫酸氫根無關(guān)，K的值符合以下線性關(guān)系：的值符合以下線性關(guān)系： 將其代入上式，得：將其代入上式，得：HlgpHTBK AlgScit3H03HSOpHH10ccScit3H03HSO32pHHS

33、OSO10cccKpTBAcccp)pH(HSOSOScit3H03HSO3210TSHY3.3.4 工業(yè)應(yīng)用實(shí)例工業(yè)應(yīng)用實(shí)例令令 ， ，用檸檬酸吸收用檸檬酸吸收SO2體系的相平衡數(shù)學(xué)模型可寫為：體系的相平衡數(shù)學(xué)模型可寫為： 其中的其中的E1、E2和和E3為模型參數(shù)，在一定的溫度為模型參數(shù)，在一定的溫度T下，測(cè)得下，測(cè)得平衡時(shí)氣相中平衡時(shí)氣相中SO2的分壓和液相中亞硫酸氫根的濃度，即的分壓和液相中亞硫酸氫根的濃度，即可求得模型參數(shù)?？汕蟮媚Ｐ蛥?shù)。citH0131cETEEEccp3213HSO3210HSOSOS2pH AEBE 3TSHY3.4 傳質(zhì)理論傳質(zhì)理論n物質(zhì)傳遞的機(jī)理物質(zhì)傳遞的機(jī)

34、理（1）分子擴(kuò)散）分子擴(kuò)散 由分子熱運(yùn)動(dòng)引起的相互碰撞導(dǎo)致物質(zhì)遷移。由分子熱運(yùn)動(dòng)引起的相互碰撞導(dǎo)致物質(zhì)遷移。（2）對(duì)流）對(duì)流 在外力在外力(如壓強(qiáng)差、密度差等如壓強(qiáng)差、密度差等)作用下發(fā)生物質(zhì)主體流動(dòng)而產(chǎn)生遷作用下發(fā)生物質(zhì)主體流動(dòng)而產(chǎn)生遷 移。移。（3）湍流混合）湍流混合 流體流動(dòng)時(shí)，流體微團(tuán)在慣性力作用下產(chǎn)生遷移。流體流動(dòng)時(shí)，流體微團(tuán)在慣性力作用下產(chǎn)生遷移。n 描述傳質(zhì)理論比較常用的模型有：雙膜論、滲透論和表描述傳質(zhì)理論比較常用的模型有：雙膜論、滲透論和表面更新論三種。面更新論三種。TSHY3.4.1 雙膜論雙膜論1. 理論要點(diǎn)理論要點(diǎn) 流動(dòng)狀態(tài)流動(dòng)狀態(tài) 氣液接觸界面兩側(cè)有一氣液接觸界面兩側(cè)

35、有一層穩(wěn)定的層穩(wěn)定的滯流膜滯流膜，它不同于流體力學(xué)的，它不同于流體力學(xué)的滯流邊界層。滯流邊界層。 傳遞方式傳遞方式 在膜兩側(cè)的主體流動(dòng)區(qū)在膜兩側(cè)的主體流動(dòng)區(qū)內(nèi)物質(zhì)的濃度趨于一致，滯流膜內(nèi)的傳內(nèi)物質(zhì)的濃度趨于一致，滯流膜內(nèi)的傳質(zhì)方式以質(zhì)方式以分子擴(kuò)散分子擴(kuò)散來實(shí)現(xiàn)，傳質(zhì)阻力由來實(shí)現(xiàn)，傳質(zhì)阻力由氣相主體、氣膜、界面、液膜和液相主氣相主體、氣膜、界面、液膜和液相主體的阻力疊加而成，但主要集中在氣膜體的阻力疊加而成，但主要集中在氣膜和液膜層。和液膜層。 界面狀況界面狀況 界面無阻力，氣液兩相界面無阻力，氣液兩相在界面立即達(dá)到平衡。在界面立即達(dá)到平衡。穩(wěn)態(tài)的物理模型，穩(wěn)態(tài)的物理模型，模型直觀，用起模型直

36、觀，用起來方便。來方便。TSHY3.4.1 雙膜論雙膜論2. 存在的問題存在的問題 往往傳質(zhì)設(shè)備的內(nèi)構(gòu)件已不能使氣液相接觸形往往傳質(zhì)設(shè)備的內(nèi)構(gòu)件已不能使氣液相接觸形成相對(duì)固定的相界面。如噴射式、鼓泡型。成相對(duì)固定的相界面。如噴射式、鼓泡型。 無法形成穩(wěn)定的膜，也就無法建立穩(wěn)定的濃度無法形成穩(wěn)定的膜，也就無法建立穩(wěn)定的濃度梯度。梯度。 即使存在相對(duì)穩(wěn)定的膜，但膜厚度也是無法測(cè)即使存在相對(duì)穩(wěn)定的膜，但膜厚度也是無法測(cè)量和猜測(cè)。量和猜測(cè)。 界面阻力通常很難小到可以忽略的程度，除非界面阻力通常很難小到可以忽略的程度，除非界面非常清潔。界面非常清潔。TSHY3.4.2 滲透論滲透論1. 理論要點(diǎn)理論要點(diǎn)

37、 傳質(zhì)前，兩相主體中的濃度傳質(zhì)前，兩相主體中的濃度是均勻的；傳質(zhì)速率隨時(shí)間增加是均勻的；傳質(zhì)速率隨時(shí)間增加而降低，膜內(nèi)是非穩(wěn)態(tài)的傳質(zhì)。而降低，膜內(nèi)是非穩(wěn)態(tài)的傳質(zhì)。 液相主體中的任一微元都有液相主體中的任一微元都有可能被主體內(nèi)的流動(dòng)帶到氣液相可能被主體內(nèi)的流動(dòng)帶到氣液相界面上，并假定所有被帶到界面界面上，并假定所有被帶到界面的微元在界面的停留時(shí)間相同，的微元在界面的停留時(shí)間相同，并參與到不穩(wěn)定傳質(zhì)過程中，直并參與到不穩(wěn)定傳質(zhì)過程中，直到被帶回主體為止。到被帶回主體為止。 界面無阻力，氣液兩相在界界面無阻力，氣液兩相在界面達(dá)到平衡。面達(dá)到平衡。2. 主要問題主要問題 液相微元在界面的停留時(shí)間無液相

38、微元在界面的停留時(shí)間無法定量獲得。法定量獲得。 液相微元在氣液相界面上的停液相微元在氣液相界面上的停留時(shí)間不可能相同。留時(shí)間不可能相同。TSHY3.4.3 表面更新論表面更新論理論要點(diǎn)：理論要點(diǎn)：傳質(zhì)是非穩(wěn)態(tài)的傳質(zhì)是非穩(wěn)態(tài)的 在界面上的每一個(gè)微元具有不同在界面上的每一個(gè)微元具有不同的暴露時(shí)間的暴露時(shí)間(壽命壽命)，但它們被另一微，但它們被另一微元置換的機(jī)會(huì)均等。元置換的機(jī)會(huì)均等。 無論氣相或液相都可能發(fā)生被旋無論氣相或液相都可能發(fā)生被旋渦攜帶的過程，所以表面是不斷更新渦攜帶的過程，所以表面是不斷更新的。的。 每個(gè)進(jìn)入界面的微元均按瞬變傳每個(gè)進(jìn)入界面的微元均按瞬變傳質(zhì)的規(guī)律向液膜內(nèi)滲透，微元在界

39、面質(zhì)的規(guī)律向液膜內(nèi)滲透，微元在界面的停留時(shí)間符合壽命分布的規(guī)律。的停留時(shí)間符合壽命分布的規(guī)律。界面湍動(dòng)參數(shù)）( )(fSSetst缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：表面更新率表面更新率S無法確定，但該理論最完善。無法確定，但該理論最完善。TSHY3.5 傳質(zhì)速率與傳質(zhì)系數(shù)傳質(zhì)速率與傳質(zhì)系數(shù)n變量符號(hào)說明變量符號(hào)說明n NA 吸收過程中溶質(zhì)吸收過程中溶質(zhì)A的傳質(zhì)速率，的傳質(zhì)速率，kmol/(m2.s)；n kx、ky，kl、kg以界面為基準(zhǔn)的液相和氣相傳質(zhì)分系數(shù)，以界面為基準(zhǔn)的液相和氣相傳質(zhì)分系數(shù)， kmol/(m2.s)；n Kx、Ky，KL、KG以平衡為基準(zhǔn)的液相和氣相總傳質(zhì)系數(shù)，以平衡為基準(zhǔn)的液相和氣相總傳質(zhì)系

40、數(shù)， kmol/(m2.s)；n HG、HL，NG、NL 以界面為基準(zhǔn)的傳質(zhì)單元高度和傳質(zhì)單元數(shù)；以界面為基準(zhǔn)的傳質(zhì)單元高度和傳質(zhì)單元數(shù)；n HOG、HOL，NOG、NOL 以平衡為基準(zhǔn)的總傳質(zhì)單元高度和總傳質(zhì)以平衡為基準(zhǔn)的總傳質(zhì)單元高度和總傳質(zhì) 單元數(shù)；單元數(shù)；n H 亨利常數(shù)；亨利常數(shù)；m 稀溶液時(shí)的亨利常數(shù)；稀溶液時(shí)的亨利常數(shù)；n 填料的比表面積，填料的比表面積，m2/m3。TSHY3.5.1 物理吸收傳質(zhì)速率物理吸收傳質(zhì)速率1. 稀溶液的吸收速率稀溶液的吸收速率n由雙膜理論可知：由雙膜理論可知：當(dāng)總壓一定時(shí)：當(dāng)總壓一定時(shí)：當(dāng)總摩爾濃度一定時(shí)：當(dāng)總摩爾濃度一定時(shí)： 由于界面上的分壓和濃度

41、難以測(cè)定，由于界面上的分壓和濃度難以測(cè)定，所以，也采用與主體濃度平衡的組成或所以，也采用與主體濃度平衡的組成或分壓、濃度表示：分壓、濃度表示： )()(AiAggAiAgyAppkyykN)()(AlAilAlAixAcckxxkNckklxpkkgy)()(AeAgGAeAgyAppKyyKN)()(AlAeLAlAexAccKxxKNyAe xAl， xAe yAgpAe cAl， cAe pAgTSHY3.5.1 物理吸收傳質(zhì)速率物理吸收傳質(zhì)速率2. 傳質(zhì)系數(shù)與傳質(zhì)阻力傳質(zhì)系數(shù)與傳質(zhì)阻力n 由于吸收的相平衡關(guān)系可線性化為：由于吸收的相平衡關(guān)系可線性化為： 因此，氣、液相的傳質(zhì)阻力可表示為

42、：因此，氣、液相的傳質(zhì)阻力可表示為： 聯(lián)立求解得：聯(lián)立求解得：bcHpAAAlgGkHkK11GLKHKlgLkkHK111TSHYn當(dāng)當(dāng)HA很大，吸收組分很大，吸收組分A為難溶氣體時(shí)，為難溶氣體時(shí)，kl很小，很小， 于是：于是： ， 屬液膜控制；屬液膜控制；n相反，屬氣膜控制。相反，屬氣膜控制。n結(jié)論：結(jié)論：n 氣膜控制的條件是：氣膜控制的條件是：n 液膜控制的條件是：液膜控制的條件是： glAkkH1gAlkHk11AlGHkK/lLkK3.5.1 物理吸收傳質(zhì)速率物理吸收傳質(zhì)速率很小（易溶氣體） AlggGHkkkK很大（難溶氣體） AlglLHkkkKTSHY3.5.1 物理吸收傳質(zhì)速

43、率物理吸收傳質(zhì)速率3. 傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)n吸收的傳質(zhì)高度為：吸收的傳質(zhì)高度為：或或傳質(zhì)單元高度為：傳質(zhì)單元高度為：總傳質(zhì)單元高度為：總傳質(zhì)單元高度為：傳質(zhì)單元數(shù)為：傳質(zhì)單元數(shù)為：總傳質(zhì)單元數(shù)為：總傳質(zhì)單元數(shù)為： 其中，其中，G和和L分別為氣體和溶液通過塔截面的摩爾流速，分別為氣體和溶液通過塔截面的摩爾流速，kmol/m2.s。LLGGNHNHhakGHyGOLOLOGOGNHNHhakLHxLaKGHyOGaKLHxOL12yyiGyydyN12xxiLxxdxN12OGyyeyydyN12OLxxexxdxNTSHY3.5.1 物理吸收傳質(zhì)速率物理吸收傳質(zhì)速率

44、4. 稀溶液的傳質(zhì)阻力與傳質(zhì)單元高度稀溶液的傳質(zhì)阻力與傳質(zhì)單元高度n 若稀溶液服從亨利定律：若稀溶液服從亨利定律： 則傳質(zhì)阻力為：則傳質(zhì)阻力為： 以單位比表面積表示：以單位比表面積表示： 所以：所以：n由于傳質(zhì)設(shè)備中的實(shí)際相接觸界面很難測(cè)定，工程設(shè)計(jì)中往往將比由于傳質(zhì)設(shè)備中的實(shí)際相接觸界面很難測(cè)定，工程設(shè)計(jì)中往往將比表面積表面積與傳質(zhì)系數(shù)與傳質(zhì)系數(shù)kg， kl合在一起，合在一起，(3-61)和和(3-62)常轉(zhuǎn)換成：常轉(zhuǎn)換成：xyykmkK11mxy xyxkmkK111akmGakGaKGxyyakLamkLaKLxyxLGOGHLmGHHLGOLHHmGLHakHakaKlg11Gakak

45、HaKlg111LTSHY3.5.2 化學(xué)吸收傳質(zhì)速率化學(xué)吸收傳質(zhì)速率與增強(qiáng)因子與增強(qiáng)因子n物理吸收：物理吸收： A在液膜中的溶解速率服從費(fèi)在液膜中的溶解速率服從費(fèi)克定律：克定律：n其濃度梯度其濃度梯度 為為DE表示的虛線，表示的虛線，在在x=0和和x=處，傳質(zhì)速率相處，傳質(zhì)速率相等。等。ALAAiACCxCCx , , 0 DEAdxdcDNAAldxdCATSHYn有化學(xué)反應(yīng)時(shí)有化學(xué)反應(yīng)時(shí)，濃度分布為，濃度分布為DE表示的曲線，在表示的曲線，在x=0和和x=處傳處傳質(zhì)速率不相等：質(zhì)速率不相等：x=0處：處：A的擴(kuò)散通量的擴(kuò)散通量=膜內(nèi)擴(kuò)散量膜內(nèi)擴(kuò)散量+膜內(nèi)反應(yīng)量膜內(nèi)反應(yīng)量x=處：處：DDA

46、dxdcDNAAlEEAdxdcDNAAl3.5.2 化學(xué)吸收傳質(zhì)速率化學(xué)吸收傳質(zhì)速率與增強(qiáng)因子與增強(qiáng)因子TSHYn如果擴(kuò)散系數(shù)為恒定值，則濃度如果擴(kuò)散系數(shù)為恒定值，則濃度梯度（斜率）就可間接表示為吸梯度（斜率）就可間接表示為吸收速率的量度。收速率的量度。n在界面處：在界面處：nDD斜率斜率對(duì)應(yīng)化學(xué)吸收的速率對(duì)應(yīng)化學(xué)吸收的速率nDE 斜率斜率對(duì)應(yīng)物理吸收的速率對(duì)應(yīng)物理吸收的速率EEADDAALdxdCdxdCD)()( A 在膜內(nèi)的反應(yīng)量3.5.2 化學(xué)吸收傳質(zhì)速率化學(xué)吸收傳質(zhì)速率與增強(qiáng)因子與增強(qiáng)因子TSHY3.5.2 化學(xué)吸收傳質(zhì)速率化學(xué)吸收傳質(zhì)速率與增強(qiáng)因子與增強(qiáng)因子n 化學(xué)吸收的增強(qiáng)因子

47、化學(xué)吸收的增強(qiáng)因子 當(dāng)兩種吸收的推動(dòng)力相同時(shí)，當(dāng)兩種吸收的推動(dòng)力相同時(shí)，化學(xué)吸收速率與物理吸收速率之化學(xué)吸收速率與物理吸收速率之比就稱為化學(xué)吸收的增強(qiáng)因子：比就稱為化學(xué)吸收的增強(qiáng)因子：通常情況下，通常情況下，的斜率的斜率DEDD 1TSHY3.5.2 化學(xué)吸收傳質(zhì)速率化學(xué)吸收傳質(zhì)速率與增強(qiáng)因子與增強(qiáng)因子n 化學(xué)吸收傳質(zhì)速率與傳質(zhì)阻力化學(xué)吸收傳質(zhì)速率與傳質(zhì)阻力 利用增強(qiáng)因子，可將化學(xué)吸收速率用物理吸收速率的方利用增強(qiáng)因子，可將化學(xué)吸收速率用物理吸收速率的方式處理，將化學(xué)吸收速率看作物理吸收速率的式處理，將化學(xué)吸收速率看作物理吸收速率的倍。則有：倍。則有： 相應(yīng)的傳質(zhì)阻力相應(yīng)的傳質(zhì)阻力(系數(shù)系數(shù))

48、為：為：)()(AlAilAiAggAcckppkN)()(AlAeLAeAgGAccKppKNlgGkHkK11lgLkkHK111TSHY問：、問：、對(duì)傳質(zhì)總系數(shù)的影響如何？對(duì)傳質(zhì)總系數(shù)的影響如何？ 、化學(xué)反應(yīng)的存在，是否只對(duì)液膜、化學(xué)反應(yīng)的存在，是否只對(duì)液膜 傳質(zhì)有影響，而對(duì)氣膜傳質(zhì)無影響呢？傳質(zhì)有影響，而對(duì)氣膜傳質(zhì)無影響呢？ 3.5.2 化學(xué)吸收傳質(zhì)速率化學(xué)吸收傳質(zhì)速率與增強(qiáng)因子與增強(qiáng)因子TSHY3.5.3 傳質(zhì)系數(shù)的關(guān)聯(lián)式傳質(zhì)系數(shù)的關(guān)聯(lián)式TSHYq液膜傳質(zhì)系數(shù)關(guān)聯(lián)式（液膜傳質(zhì)系數(shù)關(guān)聯(lián)式（Norman）: 適用于公稱適用于公稱10-50mm的拉西環(huán)和的拉西環(huán)和13-38mm的鞍型填料。

49、的鞍型填料。q氣膜傳質(zhì)系數(shù)關(guān)聯(lián)式（氣膜傳質(zhì)系數(shù)關(guān)聯(lián)式（Charpentier）: 適用于公稱尺寸大于適用于公稱尺寸大于15cm的填料。的填料。q恩田等建立的傳質(zhì)系數(shù)與傳質(zhì)單元高度關(guān)聯(lián)式。恩田等建立的傳質(zhì)系數(shù)與傳質(zhì)單元高度關(guān)聯(lián)式。n對(duì)于化學(xué)吸收的傳質(zhì)系數(shù)值，則以物理吸收為基礎(chǔ)，全力求出對(duì)于化學(xué)吸收的傳質(zhì)系數(shù)值，則以物理吸收為基礎(chǔ)，全力求出值就值就 可以了?？梢粤?。%20)()(5 . 0lllnlllllDVDak%30)()()(3 . 55 . 03 . 07 . 1gggggDGdadGpk3.5.3 傳質(zhì)系數(shù)的關(guān)聯(lián)式傳質(zhì)系數(shù)的關(guān)聯(lián)式TSHY3.6 化學(xué)吸收與增強(qiáng)因子化學(xué)吸收與增強(qiáng)因子n化

50、學(xué)吸收的三個(gè)控制環(huán)節(jié)化學(xué)吸收的三個(gè)控制環(huán)節(jié)（1）氣膜擴(kuò)散：氣相主體中的溶質(zhì)向氣）氣膜擴(kuò)散：氣相主體中的溶質(zhì)向氣-液相界面上擴(kuò)散液相界面上擴(kuò)散（2）液膜擴(kuò)散：進(jìn)入氣）液膜擴(kuò)散：進(jìn)入氣-液相界面的溶質(zhì)向液相主體擴(kuò)散液相界面的溶質(zhì)向液相主體擴(kuò)散（3）化學(xué)反應(yīng)：氣相溶質(zhì)進(jìn)入相界面后與液相組分發(fā)生反應(yīng)）化學(xué)反應(yīng)：氣相溶質(zhì)進(jìn)入相界面后與液相組分發(fā)生反應(yīng)n化學(xué)反應(yīng)對(duì)吸收的影響化學(xué)反應(yīng)對(duì)吸收的影響（1）加大了推動(dòng)力：）加大了推動(dòng)力： 有利于被吸收組分向液相主體擴(kuò)散；有利于被吸收組分向液相主體擴(kuò)散； 有利于氣相主體中的被吸收組分向液面擴(kuò)散。有利于氣相主體中的被吸收組分向液面擴(kuò)散。（2）提高了傳質(zhì)速率：由于氣相傳

51、質(zhì)推動(dòng)力和液相傳質(zhì)推動(dòng)力都加）提高了傳質(zhì)速率：由于氣相傳質(zhì)推動(dòng)力和液相傳質(zhì)推動(dòng)力都加大，使整個(gè)吸收過程的傳質(zhì)速率大大提高。大，使整個(gè)吸收過程的傳質(zhì)速率大大提高。TSHY3.6.1化學(xué)吸收的分類化學(xué)吸收的分類1.化學(xué)反應(yīng)可忽略化學(xué)反應(yīng)可忽略反應(yīng)量反應(yīng)量擴(kuò)散量擴(kuò)散量TSHY3.6.1化學(xué)吸收的分類化學(xué)吸收的分類TSHY2. 慢反應(yīng)慢反應(yīng)3.6.1化學(xué)吸收的分類化學(xué)吸收的分類TSHY 令:n慢反應(yīng): M錯(cuò)流錯(cuò)流并流并流全混流全混流。（2）在相同的）在相同的和和NOG下，下，L逆流逆流L錯(cuò)流錯(cuò)流L并流并流1時(shí)，若時(shí)，若NOG足夠大，溶質(zhì)的吸收也會(huì)足夠大，足夠大，溶質(zhì)的吸收也會(huì)足夠大，這是因?yàn)檫@是因?yàn)長(zhǎng)

52、/Gm。（4）當(dāng)）當(dāng)A10時(shí)，表明吸收液量很大，不同流向的時(shí)，表明吸收液量很大，不同流向的趨于接趨于接近，兩相的流向顯得不重要。近，兩相的流向顯得不重要。（5）當(dāng)）當(dāng)A10%)時(shí)，可看成高濃度氣體吸收。時(shí)，可看成高濃度氣體吸收。n特點(diǎn)：特點(diǎn)：G，L沿塔高是變化的；沿塔高是變化的； 吸收過程是非等溫的；吸收過程是非等溫的； 傳質(zhì)系數(shù)與濃度有關(guān)。傳質(zhì)系數(shù)與濃度有關(guān)。3.10.2 高濃度氣體吸收時(shí)的填料高度高濃度氣體吸收時(shí)的填料高度TSHY3.10.2 高濃度氣體吸收時(shí)的填料高度高濃度氣體吸收時(shí)的填料高度n假設(shè)氣體和液體中不隨吸收改變的惰性部分為假設(shè)氣體和液體中不隨吸收改變的惰性部分為G和和L， 則

53、有：則有： 因此，有：因此，有： 相應(yīng)的填料層高度計(jì)算變?yōu)椋合鄳?yīng)的填料層高度計(jì)算變?yōu)椋?)1 (xLL)1 (yGGyyGyyGyyGGy1d)1 (d1d)(d2xxLxyLxxLLx1d)1 (d1d)(d212)()1 (dyyeyyySyaKyGh21)()1 (dxxexxxSxaKyLhTSHY3.10.2 高濃度氣體吸收時(shí)的填料高度高濃度氣體吸收時(shí)的填料高度 取塔內(nèi)任一截面上惰性氣體和惰性液體的平均含量為：取塔內(nèi)任一截面上惰性氣體和惰性液體的平均含量為： 這樣就可將塔內(nèi)氣相和液相的流量用惰性流量來表示。而這部分流這樣就可將塔內(nèi)氣相和液相的流量用惰性流量來表示。而這部分流量基本不隨塔高而變化，可視為常量與積分部分無關(guān)，因此：量基本不隨塔高而變化，可視為常量與積分部分無關(guān)，因此： 對(duì)塔的上半部分做物料衡算，可得已知一端狀況的操作線方程：對(duì)塔的上半部分做物料衡算，可得已知一端狀況的操作線方程： )1/()1ln()1 ()1 ()1 (eemyyyyy1212)1)(1 (d)1 ()1 ()1)(1 ()1 (d)1 (yyemmyyyemymyyyySyaKGyySyaKyyGh)1/()1