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1、氣體吸收第三節(jié) 氣體吸收速率方程式 吸收速率方程一、以壓差和濃度差表示的吸收分率方程概念:穩(wěn)定擴(kuò)散:體系各部分的組成不隨時(shí)間而變化的擴(kuò)散,即擴(kuò)散速率為定值。 連續(xù)(生產(chǎn))穩(wěn)定(擴(kuò)散),或連續(xù)(生產(chǎn))穩(wěn)定(吸收)。因?yàn)殡p膜理論是吸收的 機(jī)理,吸收的主要方式是分子擴(kuò)散。實(shí)踐證明:吸收速率與氣液接觸面積成正比,與吸收的推動(dòng)力(吸收質(zhì)的分壓差和濃度差)成正比。其通式為: 氣膜阻力 液膜阻力 對(duì)流傳質(zhì)速率 氣膜吸收系數(shù) 液膜吸收系數(shù) 或以摩爾分率表示的氣液吸收分速率方程設(shè)和分別為氣相主體和液相主體中吸收質(zhì)的摩爾分率,和分別為界面上氣液兩相中吸收質(zhì)的摩爾分率,則在吸收過(guò)程中吸收質(zhì)穿過(guò)氣膜和液膜的速率分別為
2、:二、以摩爾分率表示的氣液膜吸收速率方程 因?yàn)檫B續(xù)(生產(chǎn))穩(wěn)定(吸收)吸收質(zhì)穿過(guò) 氣膜的速率必然等于穿過(guò)液膜的速率。 吸收質(zhì)的吸收傳質(zhì)速率 氣液接觸面積氣膜中的吸收推動(dòng)力,摩爾分率差;液膜中的吸收推動(dòng)力,摩爾分率差;氣膜吸收傳質(zhì)分系數(shù)液膜吸收傳質(zhì)分系數(shù) 三、以摩爾分?jǐn)?shù)表示的氣液相總吸收速率方程界面上氣液兩相處于平衡狀態(tài),故在亨利定律適用的范圍內(nèi) 即 另外,設(shè)與濃度(摩爾分率)溶液平衡的氣相中吸收質(zhì)的摩爾分率為 則: 將其代入(2)將(1)寫(xiě)成后與(3)聯(lián)立,依據(jù)數(shù)學(xué)上的等比定律 令 則 總阻力=氣膜阻力+液膜阻力(4)式是用氣相濃度差表示的總推動(dòng)力的吸收速率方程,簡(jiǎn)稱為氣相總吸收速率方程式,是
3、以氣相濃度差表示總推動(dòng)力是的吸收傳質(zhì)系數(shù),簡(jiǎn)稱為氣相吸收傳質(zhì)總系數(shù)。單位 同樣的方法也可以推導(dǎo)出用液相濃度差表示總推動(dòng)力的吸收速率方程式。即設(shè)與濃度為的氣體平衡的溶液濃度為根據(jù)亨利定律 上二式代入(1)得: 將(2)寫(xiě)成 與(5)采用數(shù)學(xué)上等比定律 令 式(6)是用液相總濃度差表示推動(dòng)力的吸收速率方程式,簡(jiǎn)稱液相總吸收速率方程是以總濃度差表示推動(dòng)力時(shí)的吸收傳質(zhì)系數(shù),稱為液相吸收傳質(zhì)總系數(shù)(2)式乘以得: 吸收速率方程式中的推動(dòng)力還可以分別用氣相和液相比摩爾分率差,氣相分壓差,液相摩爾濃度差等來(lái)表示。如: 利用濃度之間的換算關(guān)系可以推導(dǎo)出各種吸收傳質(zhì)系數(shù)之間的換算關(guān)系。例如: 對(duì)稀溶液: 強(qiáng)化吸
4、收的途徑一、提高傳質(zhì)系數(shù)K 同傳熱當(dāng)氣體鼓泡穿過(guò)液體,液體受到強(qiáng)烈的攪動(dòng),液膜厚度減小可以降低液膜阻力,適用于液膜控制當(dāng)液體分散或液滴與氣體接觸,氣體受到攪動(dòng),氣膜減薄。適用于氣膜控制 總阻力=氣膜阻力+液膜阻力增大氣液兩流體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度以減小膜厚度,易容氣體 氣膜控制難容氣體 液膜控制二.增大吸收推動(dòng)力主要是降低 即與(系統(tǒng)的總壓強(qiáng)),與(溶解度系數(shù))成正比。而溶解度系數(shù) 又隨溫度的降低而增大,因此選擇溶解度系數(shù)大的吸收劑,降低吸收的溫度,提高系統(tǒng)的壓強(qiáng)均能降低平衡常數(shù)從而降低與液相平衡的氣相中吸收質(zhì)的濃度,增大吸收的推動(dòng)力。吸收同傳熱一樣,采用逆流操作推動(dòng)力比流大。三.增大氣液接觸面積 1.增大氣體或液體的分散度 例如讓氣體通過(guò)篩板塔的篩板,使其分散成氣泡通過(guò)液層,或?qū)⑽談﹪姙⒊尚〉囊旱蔚取?2.在吸收塔內(nèi)放置填料,并選用比表面(單位體積填料的表面積)大的填料,以增大氣液接觸面積。 以上的討論單就影響吸收速率諸因素中的某一方面來(lái)考慮的,但各影響因素之間還有互相制約,互相影響的復(fù)雜關(guān)系,因此對(duì)具體問(wèn)題還要作綜合分析,全面考慮,抓住主要矛盾,采取適當(dāng)措施。如降低溫度可以增大推動(dòng)力,但溫度低又影響分子的擴(kuò)散速率,增大吸收阻力,降低吸收傳質(zhì)
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