化工原理(下冊)吸收

1、化工化工 原原 理理夏清 陳常貴 主編天津大學(xué)出版社生物工程專業(yè)適用第2章吸收本章主要介紹吸收過程的傳質(zhì)機(jī)理和填料吸收塔的計算。傳質(zhì)機(jī)理包括氣液相平衡、吸收機(jī)理和吸收速率。其中重點介紹亨利定律、費克定律、雙膜理論的基本論點，導(dǎo)出幾種不同形式的吸收速率方程式，以及吸收系數(shù)與推動力的對應(yīng)關(guān)系。對于強(qiáng)化吸收過程的途徑只作一般論述。對于填料吸收塔的計算主要介紹吸收劑用量和填料層高度的計算。 內(nèi)容提要：即：教學(xué)基本要求： 1、 掌握氣液相平衡基本原理、吸收推動力、 吸收操作線方程和吸收速率方程式。2、熟悉雙膜理論的基本論點以及適宜吸收劑用量和填料層高度計算的基本方法。 3、了解強(qiáng)化吸收操作的主要途徑和填

2、料吸收塔的基本構(gòu)造及主要性能。 概述吸收吸收： 利用氣體在液體中溶解度的差異分離氣體混合物的操作叫作氣體的吸收。 在吸收操作中，被吸收的氣體組分稱為吸收質(zhì)或溶質(zhì)，以A表示;不被吸收的氣體組分稱為惰性組分或載體，以B表示。吸收所用的液體溶劑稱為吸收劑或溶劑，以S表示。 吸收操作的依據(jù)： 組分在溶劑中的溶解度差異，通常將吸收視為只有溶質(zhì)組分A由氣相進(jìn)入液相的單向傳遞，而氣相中惰性組分B和液相中溶劑組分S則處于停滯狀態(tài)，即惰性組分不進(jìn)入液相,溶劑不進(jìn)入氣相。 即： S 吸收溶質(zhì)A溶劑混合氣體惰性組分B （氣相） （液相） 一氣體吸收在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用1、制取化工產(chǎn)品2、分離氣體混合物3、從氣體中回收

3、有用組分 4、凈化氣體 5、作為環(huán)境保護(hù)和職業(yè)保健的重要手段6、在生化工程中的應(yīng)用二吸收和解吸過程解吸操作： 是采用惰性解吸氣體與吸收液接觸，利用吸收液中溶質(zhì)與溶劑的揮發(fā)度不同，而將溶質(zhì)從吸收液中提取出來的操作，因此又稱為氣提。 解吸是吸收的逆過程： SS 吸收解吸溶劑溶質(zhì)A溶劑吸收液溶質(zhì)A混合氣體溶質(zhì)A惰性解吸氣惰性組分B氣相液相氣相即：溶質(zhì)的傳遞方向為： 吸收解吸氣相液相用洗油吸收含苯煤氣的吸收解吸聯(lián)合操作流程三吸收過程分類1、按照吸收過程中吸收質(zhì)（A）和吸收劑(S)之間的相互作用不同分類： 物理吸收溶解吸收化學(xué)吸收-化學(xué)反應(yīng)物理吸收： 是指吸收質(zhì)和吸收劑之間不發(fā)生顯著的化學(xué)反應(yīng)的吸收過程

4、，可以認(rèn)為是單純的溶解過程。 特點： 易解吸 物理吸收是一個物理化學(xué)過程。 物理吸收是可逆的、熱效應(yīng)較小。 影響條件： 壓強(qiáng)加壓有利于吸收，減壓則有利于解吸。 溫度降低溫度可以增大吸收質(zhì)的溶解度，得到濃度較高的溶液，有利于吸收；但溫度過低時，吸收質(zhì)分子的擴(kuò)散速率減慢，有可能減慢吸收速率。 化學(xué)吸收： 是指吸收質(zhì)和吸收劑之間發(fā)生顯著化學(xué)反應(yīng)的過程。 特點： 吸收速率取決于整個過程中最慢的一步。 吸收的限度不僅取決于吸收條件下的氣液相平衡，還取決于化學(xué)平衡關(guān)系。 常伴有較大的熱效應(yīng)。 當(dāng)吸收反應(yīng)不可逆時，解吸就不能發(fā)生。 2、按被吸收組分?jǐn)?shù)分類： 單組分吸收吸收多組分吸收3、按吸收過程有無溫度變化

5、分類： 等溫吸收吸收非等溫吸收4、按溶質(zhì)組成高低分類： 低組成吸收吸收高組成吸收低組成單組分等溫物理吸收過程 四吸收劑的選擇吸收劑選擇的原則： 1、吸收劑應(yīng)具有良好的選擇性； 2、吸收劑的蒸氣壓應(yīng)盡量低；3、盡可能選用無毒、難燃、腐蝕性小的吸收劑； 4、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、粘度低； 5、易得、價廉且易再生； 6、不污染環(huán)境。 五吸收操作的條件注意 1、采用連續(xù)操作，以有利于穩(wěn)定生產(chǎn)和調(diào)節(jié)控制操作條件；2、氣液間逆流吸收，這樣有利于吸收完全并獲得較大的吸收推動力； 3、由于傳遞速率與傳質(zhì)接觸面積成正比，因此，應(yīng)盡量增大氣液間的有效接觸面積，但不應(yīng)造成對氣體或液體過大的流動阻力； 4、增大相際的湍動程度

6、以降低傳質(zhì)的阻力。 六吸收和蒸餾的差別1、第二物相產(chǎn)生的方式不同2、傳質(zhì)機(jī)理不同 蒸餾是通過加熱或冷卻的方法，使混合物系產(chǎn)生第二個物相；吸收則是從外界引入另一相物質(zhì)（吸收劑），形成兩相系統(tǒng)。 蒸餾是進(jìn)行的等分子反向擴(kuò)散過程，吸收進(jìn)行的是單向擴(kuò)散過程 。2.1氣體吸收的相平衡關(guān)系2.1.1吸收過程的相平衡和氣體的溶解度 A(吸收)A(解吸)氣相液相相際動態(tài)平衡（相平衡） ,)AAxXA氣相平衡分壓（P） 液相-平衡濃度或平衡溶解度（Cp80-81氨、二氧化硫、氧氣在水中的溶解度吸收過程進(jìn)行的方向和限度判據(jù) 吸收過程進(jìn)行的方向和限度取決于吸收質(zhì)在氣液兩相間的平衡關(guān)系: 當(dāng)氣相中吸收質(zhì)的分壓 大于平

7、衡分壓 （即 ）時，吸收過程將繼續(xù)進(jìn)行下去，直至 ，即達(dá)到相平衡狀態(tài)為止; APAPAAPPAAPP當(dāng)氣相中吸收質(zhì)的分壓 小于平衡分壓 （即 ）時，則液相中的吸收質(zhì)將向氣相擴(kuò)散，即發(fā)生解吸，直至 ，即到達(dá)相平衡狀態(tài)為止。 AAPPAPAPAAPP由此可見 ：AAPPP是吸收過程的推動力； AAPP(相平衡)是吸收過程的極限。影響相平衡的因素影響相平衡的因素 :在P、T一定的條件下，氣、液相平衡時，氣相的組成是液相組成的單值函數(shù)。 ()AAPf C()AAPf x()AAyf x()AAYf X在一個單組分吸收體系中: 組分?jǐn)?shù)C=3（溶質(zhì)A，惰性氣體B，吸收劑S） 相數(shù)P=2(氣相、液相) 根據(jù)

8、相律：其自由度F=C-P+2=3-2+2=3 2.1.2亨利定律1、亨利定律對于稀溶液或難溶氣體，在一定溫度和總壓下不大（低于506.5kPa）的情況下，溶質(zhì)在液相中的溶解度（濃度平衡濃度）與其在氣相中的平衡分壓成正比。 數(shù)學(xué)表達(dá)式: AAPExAP溶質(zhì)A在氣相中的平衡分壓 Pa或kPaAx 溶質(zhì)A在平衡溶液中的摩爾分?jǐn)?shù) AAASnxnnE亨利系數(shù) Pa或kPaE E的物理意義：的物理意義：斜率E越大（ ），表示相平衡時，E越大，說明溶質(zhì)A在氣相中越多，在液相中越少，越難溶。 AAPEx難溶氣體，由于平衡分壓大，E值較大；易溶氣體，由于平衡分壓小，E值較小。E值隨溫度的升高而增大。P82表2-

9、12、亨利定律的濃度表達(dá)式AAcPH-溶質(zhì)A在溶液中的體積摩爾濃度 AcAAncV3/kmol mH-溶解度系數(shù) 3/(.)kmolm kPa溶解度系數(shù)H的物理意義： AAcHP溶解度系數(shù)H表示吸收質(zhì)在氣相中的分壓為1Pa（或1kPa ）時溶液的平衡濃度。 易溶氣體: 平衡分壓 很小，故H值很大 ; AP難溶氣體 :平衡分壓 很大，故H值很小。 AP亨利系數(shù)E與溶解度系數(shù)H的關(guān)系：由 和 得： AAPExAAcPHAAcExH 假設(shè)在某系統(tǒng)中溶質(zhì)A在溶液中的濃度為 ， Ac3/kmol m溶液的密度為 ，溶劑的密度為 ,溶質(zhì)和溶劑的摩爾質(zhì)量分別為 和 ， T3/kg m O3/kg m/OM

10、kg kmolM以 溶液為基準(zhǔn)，則溶液中含溶質(zhì)A的物質(zhì)的量為: 31Vm1()AAAAnc Vcckmol 含吸收劑S的物質(zhì)的量為: 1()TASOc MnkmolM 則由摩爾分?jǐn)?shù)的定義知:()AOAAATAASTAOAOc Mncxc MnncMMcM整理得： (1)TAAAAOcxMxxM代入 式得 (1)TAAAAOxExMxxMH即： 1(1)TAAOEMxxMHE-H關(guān)系式 對于稀溶液而言（ ）， 很小, 0TAx11Ax則： (1)AAOOMxxMM0011OOEMHME或H3、亨利定律的摩爾分?jǐn)?shù)表達(dá)式： AAAATTPExymxPPTEmP相平衡系數(shù) *Ay與液相組成 相平衡的氣

11、相中吸收質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù) Ax相平衡系數(shù)m的物理意義：通過m值可以判斷氣體組分A溶解度的大小 當(dāng) 一定時，m值愈大，則E值越大， 越大，即氣體組分A的溶解度愈?。?TPAPm值愈小，則E值越小， 越小，即氣體組分A的溶解度愈大。AP4、亨利定律的摩爾比表示式 通常以 表示氣相中吸收質(zhì)A的摩爾比，它是指每摩爾惰性分組B中所帶有的吸收質(zhì)A的物質(zhì)的量。 AYAYAB氣相中吸收質(zhì)A的物質(zhì)的量n (kmol)氣相中惰性組分B的物質(zhì)的量n (kmol)()kmolkmolB吸收質(zhì)A惰性組分對于理想氣體ABPPTATBP yP yAByy1AAyy以 表示液相中吸收質(zhì)A的摩爾比，它是指每摩爾純?nèi)軇┤芙獾奈召|(zhì)A

12、的物質(zhì)的量 AXAX/AS液相中吸收質(zhì)A的物質(zhì)的量n (kmol)液相中吸收劑S的物質(zhì)的量n (kmol)()kmolkmolS吸收質(zhì)A吸收劑/A/ASS/ASnnnnnnASxx1AAxx摩爾比與摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系氣相： 1AAAyYy或 1AAAYyY液相： 1AAAxXx 或 1AAAXxX將上式代入亨利定律相平衡表達(dá)式 得： AAymx11AAAAYXmYX整理得： 1 (1)AAAmXYm X-亨利定律的摩爾比表達(dá)式 對于稀溶液而言： 很小， 則亦很小。 AxAX亨利定律為： AAYmX即氣體平衡為直線關(guān)系，其斜率為m。 注意 :1、亨利定律僅適用于低壓下、稀溶液中氣、液相之間的平衡關(guān)系

13、。當(dāng)壓力較高（總壓大于506.5 kPa）、溶液濃度較大或伴有化學(xué)反應(yīng)時，此定律一般不再適用。 例題:p84-86 例2-1、例2-22、亨利定律的各種表達(dá)式所描述的是互成平衡的氣、液兩相組成間的關(guān)系，因此也可寫成：*AApxE*AAcHp*AAyxm*AAYXm亨利定律的四種表達(dá)式以及各系數(shù)之間的關(guān)系函數(shù)關(guān)系亨利定律表達(dá)式各符號所表示的物理意義氣相液相說明()AAPf xAAPEx()AAPf cAAcPH()AAyf xAAymx()AAYf X1 (1)AAAmXYm XAAYmX0OEM H1AAAyYyTEmP001TTEmPP MH1AAAxXxAyAPACAx稀溶液中 各種亨利系

14、數(shù)間的換算 為吸收質(zhì)A在氣相中的平衡分壓 為吸收質(zhì)A在氣相中的平衡摩爾分?jǐn)?shù) m為相平衡系數(shù) 為吸收質(zhì)A在惰性組分中的平衡摩爾比 AY為吸收質(zhì)A在吸收劑中的摩爾比 AX為吸收質(zhì)A在液相中的體積摩爾濃度 為吸收質(zhì)A在液相中的摩爾分?jǐn)?shù) 2.1.3相平衡關(guān)系在吸收過程中的應(yīng)用已知吸收過程解吸過程APAP1、利用相平衡關(guān)系判斷過程的方向AxAyAxAyAYAYAXAxAxAyAAPPAAyyAAYYAAxxAAPPAAyyAAYYAAxx*0.94AAyx0.05Ax0.05Ax例題1、在101.3kPa,20下，稀氨水的氣液相平衡關(guān)系為 若有含氨0.094（摩爾分?jǐn)?shù)，下同）的混合氣和組成為的氨水接觸，

15、試確定過程的方向。解：與 的液相平衡的氣相組成為*0.940.0940.050.047AAAyxy所以，氨將從氣相轉(zhuǎn)入液相，發(fā)生吸收過程。2、計算傳質(zhì)過程的推動力ymxyyy V yA2 L xA2 M M / V yA1 L xA1 y O x x* xy* y是以氣相組成差表示的吸收推動力， 是以液相組成差表示的吸收推動力 xxxM (x,y) 3、確定傳遞過程的極限111,max1AATAApypxxmm1Ax2Ax平衡是吸收過程的極限狀態(tài) 塔底吸收液中吸收質(zhì)濃度的最大極限值為與塔底入口處氣相組成呈平衡的液相組成 塔頂尾氣中吸收質(zhì)的濃度的最小值為與塔頂入口處吸收劑中的溶質(zhì)A的組成 呈平衡

16、的氣相組成2Ay222,min22AAAAATTExPyymxpp2CO例2、在總壓1000kPa,溫度25下，含 0.06（摩爾分?jǐn)?shù)）的 -空氣混合氣與含 為0.1g/L的水溶液逆流接觸，試問：（1）、將發(fā)生吸收還是解吸？(2)、以氣壓差表示的吸收推動力為多少？（3）、尾氣中的的含量最低可能降到多少？ 2CO已知：25時， 溶解在水中的亨利系數(shù)為 2CO51.66 10EkPa水的相對密度及平均分子量為, 3997/okg m18/oMkg kmol解： （1）判斷過程方向： 氣相中 的分壓 221000 0.0660()COTCOpp ykPa2CO以1 吸收劑為基準(zhǔn)，因為吸收劑中 濃度很

17、低，則吸收劑中 的摩爾分?jǐn)?shù)為:3m2CO2CO2CO222222520.1444.1 101 99718COCOACOCOH OH Onnxxnnn對應(yīng)于氣相的平衡分壓： 22551.66 104.1 106.8()COCOpExkPa顯然， 22COCOpp所以將發(fā)生 由氣相進(jìn)入液相的吸收過程。2CO(2)、推動力： 22606.853.2()COCOpppkPa (3)、吸收過程的極限 對于逆流吸收操作，當(dāng)液氣比 大至一定程度（在此， ),且塔高無窮高時，則出塔氣體中 的含量最低可降到與入口處水溶液呈平衡的氣相分壓（6.8kPa），所以：向空氣排放的尾氣中 的最低含量為： LV51.66

18、101661000LEVP2CO2CO2min2226.80.00681000AAAATTpEyymxxPP2.2傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率吸收過程機(jī)理氣體吸收是吸收質(zhì)借助于擴(kuò)散作用從氣相轉(zhuǎn)移到液相的傳質(zhì)過程。這一傳質(zhì)過程可分為三個基本步驟：如圖Lc第一步：溶質(zhì)由氣相主體（該處濃度為 ）傳遞到兩相界面（該處氣相濃度為 ），屬氣相內(nèi)傳遞。第二步：溶質(zhì)在界面處由氣相溶于液相（該處濃度為 ），屬相際間傳遞。第三步：溶質(zhì)由界面?zhèn)鬟f到液相主體（該處液相濃度為 ）屬液相內(nèi)傳遞。 所以，在吸收操作中，吸收質(zhì)既在單相中擴(kuò)散，又在相際間擴(kuò)散。其中，溶質(zhì)在兩相界面處的相際間傳遞是平衡問題；而溶質(zhì)在氣相或液相內(nèi)的傳遞是單相

19、中的擴(kuò)散問題。 Gpipic質(zhì)量傳遞根據(jù)傳質(zhì)機(jī)理的不同分類：分子擴(kuò)散（或稱分子傳質(zhì)）-是指在單 相內(nèi)物質(zhì)的分子依靠分子熱運(yùn)動在靜 止流體或?qū)恿髁黧w中垂直于質(zhì)點運(yùn)動 方向上的擴(kuò)散。 渦(對）流擴(kuò)散【或渦（對）流傳質(zhì)】-是指依靠流體質(zhì)點的運(yùn)動而引起的擴(kuò)散。 2.2.1、分子擴(kuò)散與菲克定律1、分子擴(kuò)散定律菲克定律 實驗表明： 在單相物系內(nèi)，當(dāng)某物質(zhì)在介質(zhì)中發(fā)生分子擴(kuò)散時，其分子擴(kuò)散速率與擴(kuò)散面積成正比，與濃度梯度成正比，物質(zhì)的傳遞方向為沿濃度降低的方向，這稱為菲克（Fick）定律。 數(shù)學(xué)表達(dá)式為: /AAABZdcdnnNDAdd 式中： -擴(kuò)散組分的分子擴(kuò)散速率kmol/s或kmol/h/ANn-

20、擴(kuò)散物質(zhì)的量kmol或kmol或：AAABdcJDdz -時間 s或hA-相間傳質(zhì)接觸面積（即擴(kuò)散面積）m2Z-擴(kuò)散距離 mcA-擴(kuò)散組分（即吸收質(zhì)）的濃度kmol/m3DAB-物質(zhì)A在介質(zhì)B中的分子擴(kuò)散系數(shù) m2/s cm2/s-擴(kuò)散層中的濃度梯度 AZdcd4mol m負(fù)號表示分子擴(kuò)散沿著擴(kuò)散物質(zhì)濃度降低的方向進(jìn)行, 與濃度梯度方向相反。 AJ-物質(zhì)A在z方向上的分子擴(kuò)散通量,kmol/(m2.s)假設(shè)點1與點2處吸收質(zhì)的濃度分別為 、 ，點1與點2之間的距離（即擴(kuò)散層厚度）為 m， 1Ac2Ac對菲克定律表達(dá)式積分得： 2211/AAAZcAZCZcNdDAd /2121()()AAAN

21、ZZDA cc /12()AAADACNccDA推動力阻力或 /12()AAAANDJccA-擴(kuò)散通量（單位擴(kuò)散面積的擴(kuò)散速率） 2/()kmolm sAJ若擴(kuò)散組分為理想氣體： AAAnpcVRTAApCddRT因此，菲克定律可以用擴(kuò)散組分的分壓表達(dá)式為： /ApAZdDANRT d 積分得： /12AppDApNRTRTDA推動力阻力或 AAZdpDNRT d 12()ADJppRT分子擴(kuò)散系數(shù)D是物質(zhì)的特性常數(shù)之一，代表物質(zhì)在介質(zhì)中的擴(kuò)散能力。 即：沿擴(kuò)散方向，當(dāng)擴(kuò)散組分的濃度差為1kmol/m3時，在1S的時間內(nèi)通過1m厚的擴(kuò)散層，在1m2擴(kuò)散面積上所擴(kuò)散傳遞的物質(zhì)的量（kmol）。D

22、值一般與擴(kuò)散組分及擴(kuò)散介質(zhì)的種類、系統(tǒng)的溫度、壓強(qiáng)等因素有關(guān)。 物理意義 ：1AZdnDdcdAd 2.2.2流體中的穩(wěn)定分子擴(kuò)散 1、 等分子反向擴(kuò)散等分子反向擴(kuò)散（或等分子逆流擴(kuò)散）-在由A、 B組成的雙組分物系中，當(dāng)氣相總壓或液相總 濃度各處相等時，組分A的分子擴(kuò)散中必伴有 組分B的分子擴(kuò)散，兩者的擴(kuò)散通量（ ）大小 相等，方向相反，這種現(xiàn)象稱為等分子逆流擴(kuò)散 （或等分子反向擴(kuò)散）。 /ANA二元混合物氣體分子擴(kuò)散等分子反向（逆流）擴(kuò)散單向擴(kuò)散12AApp12BBpp在1、2兩截面上，A、B的分壓各自保持不變 已知： 因為兩容器中氣體總壓 相同， Tp所以，單位時間內(nèi)A、B兩組分相互擴(kuò)散

23、的物質(zhì)的量 與 一定相等。-等分子逆流擴(kuò)散 AnBn兩組分的擴(kuò)散速率相等，但方向相反 .規(guī)定:組分A的擴(kuò)散方向（Z）為正，則有 /ABNN 在恒溫、恒壓（總壓力 ）下，當(dāng)組分A產(chǎn)生了分壓力梯度 時：TpAdpdzABAADdpNRTdz AAABdcNDdz 或組分B也會相應(yīng)產(chǎn)生相反方向的分壓力梯度 Bdpdz其擴(kuò)散通量表達(dá)式為 ：BABBDdpNRT dz BBBAdcNDdz 或組分A在組分B中擴(kuò)散的分子擴(kuò)散系數(shù)ABD組分B在組分A中擴(kuò)散的分子擴(kuò)散系數(shù)。 BADTABppp常數(shù)兩邊對擴(kuò)散距離求導(dǎo)得： 0TABdpdpdpdzdzdzABdpdpdzdz 可見,在等分子逆流擴(kuò)散過程中，分壓力

24、梯度為一常數(shù) 同理 TASccc兩邊對擴(kuò)散距離求導(dǎo)得： 0STAdcdcdcdzdzdzSAdcdcdzdz /AAAABZNdcNDAd /ABNN 且SAABBABAZZdcdcNNDDdd 常數(shù)即： AAABBAZZdcdcDDdd ABBADDD即:對于雙組分混合物，在等分子逆流擴(kuò)散時，組分A與組分B的分子擴(kuò)散系數(shù)相等。 若邊界條件： Z=0時, 1AAccZ=Z時， 2AAcc對 積分得： AAdcNDdz 210AAZcAZAcNdDdc 則：12()AAADcNccZZD推動力阻力12()AAADpNppZRTZRTD推 動 力阻 力0Z 1AApp若用邊界條件 ZZ2AApp對

25、于 積分得： 210AAAZpAZppDNddRT 在雙組分混合物的精餾過程中，發(fā)生的就是等分子逆流擴(kuò)散 2、單向擴(kuò)散（或稱組分A通過靜止組分B的擴(kuò)散）在雙分組氣體混合物與吸收劑接觸的吸收操作中 ：SS 吸收溶劑溶質(zhì)A溶劑液相混合氣體溶質(zhì)A惰性組分B組分A溶解于液相，而組分B不溶于液相，處于“停滯”狀態(tài)，結(jié)果液相中不存在組分B， 因此，吸收過程是組分A通過“靜止”組分B的單向擴(kuò)散。 吸收操作時，在氣、液界面附近的氣相中，由于組分A向液相溶解，其濃度降低，分壓力減小，因此在氣相主體與氣、液相界面之間產(chǎn)生分壓力梯度。 BMBNJ 對于組分B而言 0BBMBNNJ表觀上，組分B的凈傳遞量為零。 在此

26、傳遞過程過程中，可視組分B處于“停滯”狀態(tài) 對組分A而言： ABJJ （等分子逆流擴(kuò)散） AAMANNJ組分A的擴(kuò)散方向與氣體整體移動方向相同 :所以，在氣相中，表現(xiàn)為組分A從氣相主體向界面擴(kuò)散 。推導(dǎo)其傳質(zhì)速率方程：在氣相的整體移動中 AMABMBNpNp則：AAMBMBpNNpAAMANNJABMBpNpAJBMBNJ ABJJ 且BBMAJNJ則： (1)AAAABMAAAABBBpppNNJJJJppp由理想氣體分子擴(kuò)散的費克定律知： ApAZdDJRT d 則： (1)(1)ApAAAABBZdppDNJpRTpd ApTZBdpDRT dp 所以，單向擴(kuò)散時的擴(kuò)散通量比等分子逆流擴(kuò)

27、散時大，為其 倍。 TBpp以 代入上式得：BTAppp(1)AAppATATAZTAZddppDDNRTppdRT ppd 根據(jù)上圖中的邊界條件： Z=0 時，1AAppZ=Z 時，2AApp對上式積分： 210AAAZpTAZppTApDN ddRT pp 對于穩(wěn)態(tài)吸收過程， 為定值，操作條件一定時，R、D、 、T均為常數(shù)，則： ANTp2211()0AAAATAAZpppppTTAZppTATAddDpDpNdRTppRTpp 積分得： 2211lnlnTATTTAAATTADpppDpppNZRTppRTpp1122TABABppppp1221AABBpppp而 22TABppp11T

28、ABppp21221211lnlnTBTAABABBBBDppDppppNRTZpRTZppp122121()lnTAABBBBpDppppRTZpp令惰性組分在氣相主體與界面之間分壓力的對數(shù)平均值 2121lnBBBmBBppppp12()TAAABmpDNppRTZp則：由于 1TBmpp所以，與等分子逆流擴(kuò)散的擴(kuò)散通量相比，單向擴(kuò)散中組分A的擴(kuò)散速率更大，是其 倍。 TBmppTBmpp稱為“漂流因子”或“移動因子”， 值越大，表明整體移動在傳質(zhì)中所占的分量越大。 TBmpp根據(jù)氣體混合物的濃度c與壓力p的關(guān)系: npcVRT將總濃度 ，分濃度 , 代入上式整理得： TTpcRTAApc

29、RTSSpcRT12()AAASmDcNccZ c其中 2121lnSSSmSSccccc-組分S在界面與氣相主體之間濃度的對數(shù)平均值。 例題：在20及101.325kPa下，含CO2為0.2（摩爾分?jǐn)?shù)）的CO2空氣的混合物緩慢地沿Na2CO3溶液面流過。假設(shè)空氣不溶于Na2CO3溶液。CO2通過厚1mm的靜止空氣層擴(kuò)散到Na2CO3溶液中。在Na2CO3溶液面上，CO2被迅速吸收，因此，相界面上CO2的濃度極小，可忽略不計，已知CO2在空氣中20時的擴(kuò)散系數(shù)D為0.18cm2/s。問CO2的擴(kuò)散通量是多少？解： 已知： D=0.18cm2/s= Z=1mm=0.001m pT=101.325

30、kPa 11101.325 0.220.27ATAapp ykp20Ap11101.32520.2781.06BTAapppkp521.810/ms氣液界面上空氣的分壓力:22101.3250101.325BTAapppkp空氣在氣相主體和界面上分壓力的對數(shù)平均值為： 2121101.32581.0690.8101.325lnln81.06BBBmaBBpppkppp12()TAAABmpDNppRTZ p51.8 10101.325(20.270)8.314293 0.00190.8421.67 10/()kmolm s2.2.3、擴(kuò)散系數(shù)D擴(kuò)散系數(shù)是物質(zhì)的物性常數(shù)之一，它表明該物質(zhì)在均勻介

31、質(zhì)中的擴(kuò)散能力。 組分A在氣體中擴(kuò)散時，濃度的影響可以忽略；而在液體中擴(kuò)散時，濃度的影響不可忽略，而這時壓力的影響不顯著。 擴(kuò)散系數(shù)一般由實驗測定，在無實驗數(shù)據(jù)的條件下，可借助某些經(jīng)驗或半經(jīng)驗公式進(jìn)行估算。 氣體溶質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)一般在0.11.0cm2/s之間; 液體溶質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)一般比氣體小得多。約在 之間。 5521.0 10 5.0 10/cms例：測定甲苯蒸汽在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)。如圖，在內(nèi)徑為3mm的垂直玻璃管中，裝入約一半高度的液體甲苯，保持恒溫。緊貼液面上方的甲苯蒸氣分壓為該溫度下甲苯的飽和蒸氣壓。上部水平管內(nèi)有空氣快速流過，帶走所蒸發(fā)的甲苯蒸氣。在垂直管管口處空氣中，甲苯蒸氣的分壓

32、接近于零。隨著甲苯的氣化和擴(kuò)散，液面降低，擴(kuò)散距離Z逐漸增大。記錄時間與z的關(guān)系，即可計算甲苯在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)。在39.4、101.325kPa下,兩次測定的實驗結(jié)果如下： 管上端到液面的距離Z/cm蒸 發(fā) 的 時間/s 開始（ZO）終了（Z）實驗11.97.9實驗22.26.2496 10454 10根據(jù)測定數(shù)據(jù)，可以計算出物系的擴(kuò)散系數(shù)D，假設(shè)垂直管內(nèi)的空氣沒有對流產(chǎn)生,甲苯蒸汽由垂直管進(jìn)入水平管的過程可視作組分A通過靜止組分B的單向擴(kuò)散， 查表知：39.4時，甲苯的蒸汽壓 ，甲苯液體的相對密度 ，甲苯的摩爾質(zhì)量 7.64APkPa3852/kg m92/AMkg kmol甲苯蒸汽通過靜

33、止空氣層的擴(kuò)散通量，可根據(jù)公式 計算。 12()TAAABmpDNppRTZ p其中： 1AApp20Ap11BTATAppppp22BTATpppp211121111()lnlnlnlnBBTTAAABmBTTTBTATATAppppppppppppppppppp1lnlnTATTAATATTADppDppNpRTZRTZppppp設(shè)垂直管截面積為A，在時間 內(nèi)汽化的甲苯量，應(yīng)等于甲苯擴(kuò)散出管口的量，即： d/ZZnAAAdddNMMNAAdAdd則： AZN ddMZAdNM d即： lnTTTADppRTZppZdM d因為在穩(wěn)態(tài)操作中，D、R、T、 、 、 均為常數(shù)， TpM在 時 到

34、 時 之間積分： 00ZZZZ00lnZTTZZTADppdZdRTppM2201ln()2TTTADppZZRTppM220()2lnTTTART ZZDpMppp已知： 總壓力312.53TK101.325TpkPa101.325lnln0.0784101.3257.64TTAppp222200852 8.314 312.5315152 92 101.325 0.0784ZZZZD實驗1： 22247.91.915150.0928(/ )96 10Dcms實驗2： 22246.22.215150.0942(/ )54 10Dcms二元混合物氣體分子擴(kuò)散等分子逆流擴(kuò)散單向擴(kuò)散12()AAAD

35、NppZRT12()TAAABmpDNppRTZ p12()AAASmDcNccZ c12()AAADNccZ2.2.4 對流擴(kuò)散1、單相內(nèi)對流傳質(zhì)的有效膜模型a 對流傳質(zhì)濃度分布圖 b在層流膜以內(nèi)的傳質(zhì)為分子擴(kuò)散，而層流膜以外為對流擴(kuò)散。氣相主體中，分壓線幾乎是一條水平線，到靠近層流膜層時才略向下彎曲（減?。?。在層流膜層內(nèi)，溶質(zhì)只能靠分子擴(kuò)散而轉(zhuǎn)移，沒有渦流的幫助，需要較大的分壓差才能克服擴(kuò)散阻力，因此其分壓迅速下降，壓力梯度較大。 我們可以將層流膜以外的渦流擴(kuò)散折合為通過一定厚度的靜止氣體的分子擴(kuò)散。 我們可以認(rèn)為由氣相主體到界面的對流擴(kuò)散速率等于通過厚度為 的膜層的分子擴(kuò)散速率。在此厚度

36、為的膜層稱為有效層流膜或虛擬膜。 GZGZ2. 氣相傳質(zhì)速率方程式吸收質(zhì)在氣相中的單向擴(kuò)散速率方程: 12()TAAABmpDNppRTZ p將式中擴(kuò)散距離Z用虛擬膜厚度 代替, 、 分別用氣相主體平均分壓 和界面處吸收質(zhì)分壓 代替，即得到氣相對流傳質(zhì)速率方程： GZ1Ap2ApAGpAip()TAAGAiGBmpDNppRTZp21212211()()lnlnlnTiTGBBTATABmBTATiBTATGppppppppppppppppppppp令： TGGBmpDkRTZp氣膜傳質(zhì)系數(shù)或氣膜傳質(zhì)分系數(shù) /()kmolm s kPa以 代替 ，以 代替 ， GpAGpipAip則： ()1

37、GiAGGiGppNkppk氣膜傳質(zhì)推動力氣膜傳質(zhì)阻力或： /()AGGiNk A pp氣相傳質(zhì)速率方程 Gipp溶質(zhì)在氣相主體與界面間的壓力差 kPa3、液相傳質(zhì)速率方程()AiLLSmDcNccZc令 LLSmDckZc液膜傳質(zhì)系數(shù)或液膜傳質(zhì)分系數(shù) 則： ()1iLALiLLccNkcck液膜傳質(zhì)推動力液膜傳質(zhì)阻力或 /()ALiLNk A cc-液相傳質(zhì)速率方程iLcc溶質(zhì)A在界面與液相主體之間的濃度差 2121()()()()lnlnTLTiTATASmTATLTATiCCCCCCCCCCCCCCCCC2.2.5兩相間的傳質(zhì)雙膜理論雙膜理論認(rèn)為： 當(dāng)氣體與液體相互接觸時，即使流體的主體

38、中已呈湍流，但在氣液相際兩側(cè)仍分別存有穩(wěn)定的氣體滯流層（氣膜）和液體滯流層（液膜）。吸收過程是吸收質(zhì)分子從氣相主體運(yùn)動到氣膜面，再以分子擴(kuò)散的方式通過氣膜到達(dá)氣液兩相界面，在界面上吸收質(zhì)溶入液相，再從液相界面以分子擴(kuò)散方式通過液膜進(jìn)入液相主體。 對流擴(kuò)散分子擴(kuò)散穿過氣膜吸收、溶入分子擴(kuò)散穿過液膜對流擴(kuò)散氣相主體氣膜面氣相界面液相界面液膜面液相主體吸收操作中吸收質(zhì)的傳質(zhì)歷程 雙膜理論示意圖雙膜理論的基礎(chǔ)論點（1）、相互接觸的氣、液兩相流體間存在著穩(wěn)定的相界面，界面兩側(cè)分別有一層虛擬的停滯氣膜和停滯液膜，吸收質(zhì)以分子擴(kuò)散方式通過氣膜和液膜。（2）、在相界面處，氣液兩相一經(jīng)接觸就達(dá)到平衡，即 即界面

39、上無傳質(zhì)阻力。iicpH（3）界面上吸收質(zhì)的溶解能較快地進(jìn)行，吸收質(zhì)在兩相界面上處于平衡狀態(tài)，即液相界面的溶液是氣相界面吸收質(zhì)分壓下的飽和溶液；氣相界面吸收質(zhì)的分壓等于液相界面溶液吸收質(zhì)的平衡分壓。但在兩相主體中，吸收質(zhì)相互之間并不存在特定的依賴關(guān)系。 （4）在膜層以外，氣液兩相主體中，流體都充分湍動，組成均一，濃度梯度幾乎為零。溶質(zhì)在每一相內(nèi)的傳質(zhì)阻力都集中于虛擬的停滯膜內(nèi)。即吸收過程的全部阻力集中在這兩層滯流膜內(nèi)。 2.2.6 吸收傳質(zhì)速率方程()AGGiNkpp()ALiLNkccLLcHpGGcpHiicpHiicHp()ALiLNHkpp()ALiLNkcc()AGGiNkpp()A

40、LiLNHkppAAGLLGNNppHkk11GLALGppNHkk令 111GLGKHkk則： ()AGGLNKpp以分壓差（ ）表示吸收推動力的總傳質(zhì)速率方程 GLppGK以氣相分壓差（ ）表示吸收推動力的總傳質(zhì)系數(shù) GLpp2/()kmolm s kPaLp與液相主體濃度 相平衡的氣相中吸收質(zhì)的平衡分壓（ ） LckPaLLcpH()AGGiNkppiicpH()GiAGccNkHH()ALiLNkcc()GiAGccNkHH1GLAGLccNHkk令： 11LGLHKkk則： ()ALGLNKcc以液相濃度差（ ）表示推動力的總傳質(zhì)速率方程 GLcc以液相濃度差（ ）表示吸收推動力的總

41、傳質(zhì)系數(shù)（m/s） GLccGc與氣相主體中吸收質(zhì)分壓 相平衡的液相中吸收質(zhì) 的平衡濃度。 GpGGcHp111GLGKHkk11LGLHKkkGLKHK111 GLGKHkk總阻力液膜阻力 氣膜阻力11 LGLHKkk總阻力 氣膜阻力 液膜阻力LK對于易溶氣體： 由于其溶解度系數(shù)H值很大，液膜阻力 很小，可忽略， 1LHk11GGKk或 即：吸收過程的總阻力主要集中在氣膜上，稱為氣膜控制。 GGKk說明: 氣膜控制時，液相界面濃度 ，氣膜推動力 (吸收總推動力)iLccGiGLpppp（2）溶解系數(shù)H很大時，平衡線（ ）斜率很?。ㄈ鐖D）此時較小的氣相分壓 （或濃度 ）能與較大的液相濃度 相平

42、衡。 AAcpHAc（3）氣膜控制時， 要提高總傳質(zhì)系數(shù)，應(yīng)加大氣相湍動程度。 ApAc對于難溶氣體： 溶解度系數(shù)H很小 ，則 很小，可忽略， GHk11LLKk即吸收過程的總阻力主要集中在液膜上，稱為液膜控制。 LLKk GLiLcccc總推動力液膜推動力所以，對于難溶氣體，若要提高總傳質(zhì)系數(shù)，應(yīng)增大液相的湍動程度。對于中等溶解度的氣體吸收，氣、液膜的傳質(zhì)阻力相差不大，兩者均不可忽略。此時，總傳質(zhì)速率由氣膜和液膜聯(lián)合控制。 討論：總傳質(zhì)速率方程與氣、液平衡曲線的關(guān)系1、 總傳質(zhì)速率方程的分析 OE為符合亨利定律的氣、液相平衡線 AAcpH(,)LGM cp為吸收設(shè)備某一界面處的氣液相組成，與

43、吸收質(zhì)在氣相主體中的分壓 成平衡的液相組成位于B點，為 ，（ ）。 GpGcGGcHp與吸收質(zhì)在液相主體中的濃度 成平衡的氣相分壓 （ ）在A點。 LcLpLLcpHGLMApp-以氣相分壓差表示的吸收過程的總推動力 GLMBcc-以液相濃度差表示的吸收過程的總推動力 實際操作狀態(tài)與平衡狀態(tài)偏離越大，則M點離平衡線越遠(yuǎn)，傳質(zhì)推動力（ 或 ）就越大。 GLppGLcc當(dāng)M點落在平衡線OE下方時，則表示 或 ，過程將變?yōu)榻馕^程。AAppAAcc2、 相界面的組成相界面的組成當(dāng)氣、液兩相的組成不符合亨利定律時，平衡線為一曲線。 此時由于H不能確定， 只能通過求出界面組成（ , ）后，利用氣相傳質(zhì)速

44、率方程：ipic()AGGiNkpp及液相傳質(zhì)速率方程： ()ALiLNkcc得： GiLiLGppkcck即： 所以，通過圖解法可求出界面組成 ( ,)iiR c p對流傳質(zhì)的推動力為： 氣膜推動力： Gippp 液膜推動力： iLccc 相際傳質(zhì)的總推動力為： GLppp GLcccLLiiGLGGkkpcpckk LGkk是斜率為，且通過點的直線。(,)LGcp3、 吸收速率方程的各種表示形式ATApp y1AAAYyY1AATAYppY1AATAYppY則以分壓表示的吸收傳質(zhì)總速率方程為： ()()11GLAGGLGTTGLYYNKppKppYY(1)(1)GLGTGLYYK pYY令

45、(1)(1)GTYK pKYY則 ()AYNKYY1YYYK-以氣相摩爾比差表示推動力的總吸收速率方程 GY吸收質(zhì)A在氣相中的摩爾比 AGBnYnLY與液相主體中吸收質(zhì)摩爾比成平衡的氣相吸收質(zhì)摩爾比 LLYmX-吸收質(zhì)跨過氣、液兩膜的總阻力1YK()ALGLNKcc1XxXTcc x1LTXccX1GTXccX()()11ALGLLTTXXNKccKccXX(1)(1)L TXXK cXX令 (1)(1)L TXK cKXX得: ()AXNKXX1XXXK-以液相摩爾比差表示推動力的總速率方程 -吸收過程的總阻力。 1XK()AGGiNkpp()ALiLNkcc 1YyYATApp y1XxX

46、Tcc x()()()(1)(1)GTAGGiiYiik pNkppYYkYYYY-以氣膜摩爾比差( )為通過氣膜推動力的氣相吸收速率方程 iYY(1)(1)GTYik pkYY-以氣膜摩爾比差 為推動力的氣膜吸收分系數(shù)，簡稱氣膜吸收系數(shù)。 ()iYY()()()(1)(1)LTALiLiXiikcNkccXXkXXXX-以液膜摩爾比差 為通過液膜推動力的液相吸收速率方程 ()iXX(1)(1)LTXikckXX-以液膜摩爾比差 為吸收推動力的液膜吸收分系數(shù),簡稱氣膜吸收系數(shù) ()iXX在穩(wěn)態(tài)吸收過程中，吸收傳質(zhì)速率方程有以下幾種形式： ()()()()()()()()AGGiLiLGGLLG

47、LAYiXiYXNkppkccKppKccNk YYkXXKYYKXX 氣相液相兩相間 兩相間()()()()AyixiyxNkyykxxKyyKxx推導(dǎo)示例()AGGiNkpp GTpp yiTipp y()()()AGGiGTTiGTiNkppkp yp yk pyy令 yGTkk p則 ()AyiNkyy各傳質(zhì)系數(shù)之間的關(guān)系為： yGTkk pxTLkc kyTGKp KxTLKc K111GGLKkHk11LGLKHkkGLKHK11yyxKmkk111xyxKmkkYTGKp KXTLKc K(1)(1)yYikkYY(1)(1)xXikkXX濃度低時， YyTGKKp KXxTLK

48、Kc K對于氣液平衡關(guān)系服從亨利定律的系統(tǒng)，傳質(zhì)總阻力與雙膜傳質(zhì)阻力的關(guān)系為： 總阻力氣膜阻力液膜阻力111GGLKkHk 氣膜控制時 GGKk易溶氣體 1LGLHKkk1 液膜控制時 LLKk難溶氣體 1yyxmKkk1yyKk氣膜控制時 易溶氣體 111xyxKmkkxxKk液膜控制時 難溶氣體 11YYXmKkk氣膜控制時 YYKk易溶氣體 111XYXKmkk液膜控制時 XXKk難溶氣體 GyYkkk， ，-氣膜傳質(zhì)系數(shù) ,LxXkk k-液膜傳質(zhì)系數(shù) ,GyYKKK-氣相總傳質(zhì)系數(shù) ,LxXKKK液相總傳質(zhì)系數(shù) 例3、在總壓為100kPa、溫度為30時，用清水吸收混合氣體中 的 氨

49、， 氣 相 傳 質(zhì) 系 數(shù) = 3 . 8 4 1 0- 6 k m o l /（m2skPa），液相傳質(zhì)系數(shù) =1.8310-4 m/s，假設(shè)此操作條件下的平衡關(guān)系服從亨利定律，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(dāng)塔內(nèi)某截面上氣、液組成分別為y=0.05，x=0.01時（1） 以 、 表示的傳質(zhì)總推動力及相應(yīng)的傳質(zhì)速率、總傳質(zhì)系數(shù)；（2） 分析該過程的控制因素。GkLk*AApp*AAcc*A6.7134kPa0.05pEx相平衡常數(shù) 1341.34100Emp解：溶解度常數(shù) 0010000.4146134 18HEM*AApp=1000.05-1340.01=

50、3.66kPaGLG111KHkk4611131802406172537970.4146 1.83 103.86 106G3.94 10Kkmol/（m2skPa）*AGAA()NKpp=3.9410-63.66=1.4410-5 kmol/（m2s） A0.010.560.99 18/1000(1)AAsAAAAsssAsssAsAsAsAAsssAssnnnnxxxcVmmn MVnnnnnnnnxxMMxxkmol/m366GL3.94 109.5 10 m/s0.4146KKH*ALAA()NKcc=9.510-61.513=1.43810-5 kmol/（m2s） （2）與 表示的傳

51、質(zhì)總推動力相應(yīng)的傳質(zhì)阻力 為253797（m2skPa）/ kmol；其中液膜阻力為 113180LHkm2skPa/ kmol 氣膜阻力 1240617Gkm2skPa/ kmol 氣膜阻力占總阻力的百分?jǐn)?shù)為 240617100%94.8%253797故該傳質(zhì)過程為氣膜控制過程。 =0.4146=0.41461001000.050.050.56=1.513 kmol/m0.56=1.513 kmol/m3 3*AApp*AAAAAAccHpcHpyc1GK 2.2.7強(qiáng)化吸收過程的途徑/*()()()()AGGLLGLYXNK A ppK A ccK A YYK A XX 1、 提高吸收總系

52、數(shù)（ ）,GLYXK KKK 2、增大氣液兩相接觸面積A（1）、增大氣體在液體中的分散程度，使之以小氣泡 的形式分散于液體中。 （2）、增大液體在氣體中的分散程度，使之成為液體薄膜或細(xì)小液滴（或霧）分散與氣體中。3、增大吸收推動力（ ）*,GLGLppYccXX或Y或 2.3 吸收塔的設(shè)計及計算2.3.1吸收塔的物料衡算與操作線方程12,Y Y YBnV單位時間內(nèi)通過吸收塔的惰性組分摩爾流量（ ）/kmols惰氣SnL單位時間內(nèi)通過吸收塔 的 吸 收 劑 摩 爾 流 量 （ ）/kmols吸收劑分別為塔底、塔頂和塔內(nèi)任一截面上氣相中吸收質(zhì)的摩爾比。 / molkmolk吸收質(zhì)惰氣12,XXX分

53、別為塔底、塔頂和塔內(nèi)任一截面上液相中吸收劑的摩爾比。 假設(shè)在1-1截面上，氣、液兩相組成為Y和X，在相距 距離的2-2截面上，氣、液兩相組成為（ ）和（ ）。 YY+dXX+d在穩(wěn)態(tài)操作中 XYVY+LX+dVY+dLX（）= （）+YXVd =Ld22LLYX(YX )VV2YX2YXYXVdLd整理得： 在此截面和塔頂之間積分得： 即 / molkmolk吸收質(zhì)吸收劑11YXYXYXVdLd11LLYX(YX )VV在此截面和塔底之間積分得 即 由,得,全塔物料衡算式為： 即： 吸收操作線方程或： 1122LLYX = YX VV1212V(Y)(XX )YL2211LLX(X )VVYY

54、討論：(1)、 吸收操作線方程是由物料衡算得到的關(guān)系式，它僅由液氣比（ ）及塔一端氣液相濃度決定的，而與氣液相平衡關(guān)系、吸收速率、操作溫度，壓力、塔型等均無關(guān)。LV（2）、此操作線方程是指逆流吸收操作而言的，若為并流吸收，同樣可由物料衡算得到并流吸收操作線方程。（3） （吸收），代表了E點所在截面處以氣相濃度差 表示的總吸收推動力； *()YKYYAN (吸收)代表E點所在截面處以液相濃度差表示的總吸收推動力 。 *0ECXXX *()XKXXAN（4）、最小液氣比在吸收操作中，每摩爾惰性氣體所用吸收劑的量稱為吸收的液氣比 （L/V)*0EHYYY 1212LVXXYY121,max2()mi

55、nYYLVXX-最小液氣比 在此條件下，完成給定的分離任務(wù)需無窮大的傳質(zhì)面積，即要求塔高為無窮大。 2.3.2吸收劑用量和的計算min()LV1212min11,max22()YYYYLYVXXXm20X 1、相平衡關(guān)系服從亨利定律時：當(dāng)吸收率為純?nèi)軇r， 1212min11()YYYYLmYVYm溶質(zhì)的吸收率（或回收率） 100被吸收劑吸收的溶質(zhì)的量（kmol）混合氣中溶質(zhì)的總量（kmol）121211VYVYYYVYYmin()LmV則，當(dāng) 時， 20X 當(dāng)平衡線為下凹曲線時， 2、平衡線是曲線的情況先求得的 水平線與平衡線OE的交點C，繼而求得 ，然后代入 ，求得最小液氣比 。當(dāng)平衡線為

56、上凸曲線時，如圖： 過A點作平衡線OE的切線AC交平衡線于T點,顯然，在切點T處， , 則 吸 收液的最高濃度是切線AC和水平線 的交點C所對應(yīng)的濃度 ，然后代入 ，即可求得 。*YY*0YYY1,maxX1YY12min1,max2()YYLVXXmin()LV1YY1,maxX12min1,max2()YYLVXXmin()LV2.3.3 塔徑的確定204VqD u04VqDu例4 用清水吸收丙酮，吸收塔的操作壓強(qiáng)為101.32kPa，溫度為293K。進(jìn)吸收塔的氣體中丙酮含量為0.026（摩爾分?jǐn)?shù)），要求吸收率為80。在操作條件下，丙酮在兩相間的平衡關(guān)系為：Y=1.18X（摩爾比）。求最小

57、液氣比 。如果要求吸收率為90，則最小液氣比又為多少？min()LV解：（1）吸收率為80%時的最小液氣比進(jìn)塔氣中丙酮的摩爾比為1110.0260.026711 0.026yYy出塔氣中丙酮的組成為21(1)0.0267 (1 80%)0.00534YY由題意知：m=1.1820X 則：1212min11max22()YYYYLYVXXXm0.02670.005340.9440.026701.18（2）求吸收率為90%時的最小液氣比min()90% 1.181.062LmV可見，在其他條件相同時，吸收率不同，最小液氣比也不同；吸收率越高，最小液氣比越大。例5、某逆流吸收塔，用純?nèi)軇┪栈旌蠚庵?/p>

58、的易溶組分，設(shè)備高為無窮大，入塔氣體濃度 ，平衡關(guān)系為Y=2X。試問：18%Y （1）若液氣比為2.5時，求吸收率為多少？（2）若液氣比為1.5時，求吸收率為多少？解：（1）、因為操作線與平衡線的斜率比2.51.2512LVm所以，操作線只能在塔頂（下端）與平衡線相交，又因為塔高為無窮大，出塔氣體 總能與吸收劑 達(dá)到平衡，2Y此時，由于 則 所以吸收率為：20Y 20X 2X12111100%YYYYY（2）、因為操作線與平衡線的斜率比1.50.7512LVm所以，操作線只能在塔底（上端）與平衡線相交，又因為塔高為無窮大，出塔吸收液 總能與入塔氣體 達(dá)到平衡，出塔液濃度為最大，對應(yīng)的液氣比為最

59、小液氣比。1X所以，121211max22YYYYLmYVXXXm1.575%2LVm1Y2.3.4吸收塔填料層高度的計算1、 計算填料層高度的基本方程式在填料層中取一微元高度 在此微元填料塔層中對吸收質(zhì)進(jìn)行物料衡算得： ()()YXV YdLXVYL XdYXVdLd()BnVkmolh惰性組分/ABnYn/()ABAAYNBnndnVdddn()SnLkmolh吸收劑/ASnXn/()ASAAXNSnndnLdddn則： /AYXNVdLdd高度為 的微元填料層中，單位時間內(nèi)吸收質(zhì)由氣相轉(zhuǎn)入液相的量 /ANdkmolh吸收質(zhì)/dz在此微元填料層中，氣相和液相吸收速率方程分別為： /*()A

60、YANdKYYd/*()AXANdKXX d 微元填料層內(nèi)的傳質(zhì)面積（ ） 2mAd在穩(wěn)定操作條件下，由以上三式可得: *YYAdKdYYV*XXAdKdXXL若填料塔的填料層高度為Hm，空塔截面積為 , 2m則在高度為 的微元填料層中， dz微元體積為 ：3VZddm （）若以a代表每 填料的有效氣液傳質(zhì)面積（ ）, 3m23/mm則氣液兩相流經(jīng) 段，單位時間內(nèi)，通過接觸面積 從氣相向液相傳遞的溶質(zhì)A的量為： dzAVdadAAAZNdNa d AZda d 代入以上二式中得： *YYZdKa dYYV*XXZdKa dXXL*YXZYXddVLdK aYYK aXX同理也可得： YXYiX