化工基礎(chǔ)(張四方)_吸收

1、化工基礎(chǔ)化工基礎(chǔ)ElementaryChemicalEngineering第三章第三章 吸吸 收收31 概概 述述 質(zhì)質(zhì)量量傳傳遞遞熱熱量量傳傳遞遞動(dòng)動(dòng)量量傳傳遞遞三三傳傳 一、什么是吸收？一、什么是吸收？ 利用混合氣體中各組分在液體中利用混合氣體中各組分在液體中溶解度的差異溶解度的差異而分離氣體混合物的單元而分離氣體混合物的單元操作稱(chēng)為操作稱(chēng)為吸收吸收。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。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。分仍留在氣相，從而實(shí)現(xiàn)混合氣體的分離。-其分離的依據(jù)使什么？其分離的依據(jù)使什么？氣體混合物中各組分

2、在溶劑中的溶解度不同，氣體混合物中各組分在溶劑中的溶解度不同，若各組分在吸收劑中的溶解度差異越大，吸收的選擇性越好。若各組分在吸收劑中的溶解度差異越大，吸收的選擇性越好。例如欲分離例如欲分離氨氣空氣的混合物，可選擇水做溶劑，因?yàn)榘睔庠谒械娜芙舛茸畲?，而氨氣空氣的混合物，可選擇水做溶劑，因?yàn)榘睔庠谒械娜芙舛茸畲?，而空氣幾乎不溶于水空氣幾乎不溶于水?解吸：使溶質(zhì)從溶液中逸出的傳質(zhì)過(guò)程。該過(guò)程既可使溶劑再 生，又可使溶質(zhì)回收。 密閉容器水（溶劑） 氨氣(濃度高)空氣(惰性氣體)(溶質(zhì)，被吸收組分)氨氣（濃度低）空氣 ：總壓總壓 ：溶質(zhì)（：溶質(zhì)（A）分壓）分壓 ：與溶液中：與溶液中A的濃度的濃度

3、 成平衡的氣相分壓成平衡的氣相分壓 （飽和蒸氣壓）（飽和蒸氣壓） pApep 吸收，吸收， 解吸，解吸， 平衡。平衡。 吸收總推動(dòng)力。吸收總推動(dòng)力。eApp eApp eApp eApp 氣體吸收是混合氣體中某些組分在氣液相界面上溶解、在氣體吸收是混合氣體中某些組分在氣液相界面上溶解、在氣相和液相內(nèi)由濃度差推動(dòng)的傳質(zhì)過(guò)程氣相和液相內(nèi)由濃度差推動(dòng)的傳質(zhì)過(guò)程。吸收質(zhì)或溶質(zhì)吸收質(zhì)或溶質(zhì)：混合氣體中的溶解組分，以：混合氣體中的溶解組分，以A表示。表示。惰性氣體或載體：惰性氣體或載體：不溶或難溶組分，以不溶或難溶組分，以B表示。表示。吸收劑：吸收劑：吸收操作中所用的溶劑，以吸收操作中所用的溶劑，以S表示

4、。表示。吸收液：吸收液：吸收操作后得到的溶液，主要成分為吸收操作后得到的溶液，主要成分為溶劑溶劑S和溶質(zhì)和溶質(zhì)A。吸收尾氣：吸收尾氣：吸收后排出的氣體，主要成分為惰性吸收后排出的氣體，主要成分為惰性氣體氣體B和少量的溶質(zhì)和少量的溶質(zhì)A。 吸收過(guò)程在吸收過(guò)程在吸收塔吸收塔中進(jìn)行，逆流操作吸收塔示意中進(jìn)行，逆流操作吸收塔示意圖如右所示。圖如右所示。 吸吸收收塔塔混合尾氣混合尾氣(A+B)吸收液吸收液(A+S)吸收劑吸收劑(S)吸收尾氣吸收尾氣(A+B)吸收是一種典型傳質(zhì)過(guò)程吸收是一種典型傳質(zhì)過(guò)程 物質(zhì)從一相轉(zhuǎn)移到另一相的過(guò)程叫傳質(zhì)。物質(zhì)從一相轉(zhuǎn)移到另一相的過(guò)程叫傳質(zhì)。傳質(zhì)是在不同的傳質(zhì)是在不同的相

5、態(tài)間進(jìn)行的。相態(tài)間進(jìn)行的。按相態(tài)劃分按相態(tài)劃分 液液-固相傳質(zhì)過(guò)程固相傳質(zhì)過(guò)程 浸取浸取 氣氣-固固 吸附吸附 液液-液液 萃取萃取 氣氣-液液 吸收、精餾吸收、精餾 吸收設(shè)備吸收設(shè)備 填料塔結(jié)構(gòu)及填料填料塔結(jié)構(gòu)及填料二、吸收目的二、吸收目的2制取產(chǎn)品制取產(chǎn)品 例如，用例如，用98%的硫酸吸收的硫酸吸收SO3氣體制取發(fā)煙硫酸，用水吸收氣體制取發(fā)煙硫酸，用水吸收氯化氫制取氯化氫制取31%的工業(yè)鹽酸，的工業(yè)鹽酸， 用氨水吸收用氨水吸收CO2生產(chǎn)碳酸氫銨等。生產(chǎn)碳酸氫銨等。 3從氣體中回收有用的組分從氣體中回收有用的組分 例如，用硫酸從煤氣中回收氨生成硫胺；用洗油從煤氣中回例如，用硫酸從煤氣中回收氨

6、生成硫胺；用洗油從煤氣中回收粗苯等。收粗苯等。 4廢氣治理廢氣治理 對(duì)工業(yè)尾氣、廢氣的凈化以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，保護(hù)環(huán)境。例如對(duì)工業(yè)尾氣、廢氣的凈化以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，保護(hù)環(huán)境。例如燃煤鍋爐煙氣、冶煉廢氣等脫燃煤鍋爐煙氣、冶煉廢氣等脫SO2等。等。1. 凈化原料氣。凈化原料氣。例如用水或堿液脫除合成氨原料氣中的二氧化碳等。例如用水或堿液脫除合成氨原料氣中的二氧化碳等。三、吸收分類(lèi)三、吸收分類(lèi)溶質(zhì)氣體溶于液相中不發(fā)生顯著化學(xué)反應(yīng)的吸收過(guò)程溶質(zhì)氣體溶于液相中不發(fā)生顯著化學(xué)反應(yīng)的吸收過(guò)程物理吸收時(shí)，由于吸收質(zhì)只是單純的溶解于吸收劑中，因而物理吸收時(shí)，由于吸收質(zhì)只是單純的溶解于吸收劑中，因而很不穩(wěn)定，條件稍有有

7、改變，被吸收的吸收質(zhì)很容易從液相很不穩(wěn)定，條件稍有有改變，被吸收的吸收質(zhì)很容易從液相重新轉(zhuǎn)入到氣相中。重新轉(zhuǎn)入到氣相中。2、化學(xué)吸收化學(xué)吸收定義：定義：在吸收過(guò)程中，在吸收過(guò)程中，吸收質(zhì)與吸收劑之間發(fā)生顯著的化學(xué)吸收質(zhì)與吸收劑之間發(fā)生顯著的化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)，比如用堿吸收二氧化碳生成碳酸鹽。，比如用堿吸收二氧化碳生成碳酸鹽。NaOHCO2Na2CO3吸收是氣體溶質(zhì)在吸收劑中溶解的過(guò)程。因此，吸收是氣體溶質(zhì)在吸收劑中溶解的過(guò)程。因此，吸收劑性能吸收劑性能的優(yōu)劣是決定吸收效果的關(guān)鍵的優(yōu)劣是決定吸收效果的關(guān)鍵。選擇吸收劑時(shí)應(yīng)注意：。選擇吸收劑時(shí)應(yīng)注意：四、吸收劑的選擇四、吸收劑的選擇(1)溶解度溶解度吸收

8、劑對(duì)溶質(zhì)組分的溶解度越大，則傳質(zhì)推動(dòng)力越大，吸收速吸收劑對(duì)溶質(zhì)組分的溶解度越大，則傳質(zhì)推動(dòng)力越大，吸收速率越快，且吸收劑的耗用量越少。率越快，且吸收劑的耗用量越少。(2) 選擇性選擇性吸收劑應(yīng)對(duì)溶質(zhì)組分有較大的溶解度，而對(duì)混合氣體中的其它吸收劑應(yīng)對(duì)溶質(zhì)組分有較大的溶解度，而對(duì)混合氣體中的其它組分溶解度甚微，否則不能實(shí)現(xiàn)有效的分離。組分溶解度甚微，否則不能實(shí)現(xiàn)有效的分離。(3) 揮發(fā)度揮發(fā)度在吸收過(guò)程中，吸收尾氣往往為吸收劑蒸汽所飽和。故在操作在吸收過(guò)程中，吸收尾氣往往為吸收劑蒸汽所飽和。故在操作溫度下，吸收劑的蒸汽壓要低，即揮發(fā)度要小溫度下，吸收劑的蒸汽壓要低，即揮發(fā)度要小,以減少吸收劑的損失

9、量。以減少吸收劑的損失量。 (4)粘度粘度吸收劑在操作溫度下的粘度越低，其在塔內(nèi)的流動(dòng)阻力越小，擴(kuò)吸收劑在操作溫度下的粘度越低，其在塔內(nèi)的流動(dòng)阻力越小，擴(kuò)散系數(shù)越大，這有助于傳質(zhì)速率的提高。散系數(shù)越大，這有助于傳質(zhì)速率的提高。 (5)其它其它所選用的吸收劑應(yīng)盡可能無(wú)毒性、無(wú)腐蝕性、不易燃易爆、不發(fā)所選用的吸收劑應(yīng)盡可能無(wú)毒性、無(wú)腐蝕性、不易燃易爆、不發(fā)泡、冰點(diǎn)低、價(jià)廉易得，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。泡、冰點(diǎn)低、價(jià)廉易得，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。 在恒定的溫度與壓強(qiáng)下，使一定量的吸收劑與混合氣在恒定的溫度與壓強(qiáng)下，使一定量的吸收劑與混合氣體接觸，溶質(zhì)便向液相轉(zhuǎn)移，同時(shí)正在被吸收的吸收質(zhì)也體接觸，溶質(zhì)便向液相轉(zhuǎn)移，

10、同時(shí)正在被吸收的吸收質(zhì)也可由液相擴(kuò)散到氣相中，發(fā)生解吸過(guò)程。當(dāng)吸收和可由液相擴(kuò)散到氣相中，發(fā)生解吸過(guò)程。當(dāng)吸收和解吸兩解吸兩個(gè)過(guò)程的速率相等時(shí)，氣液兩相中吸收質(zhì)的濃度不再發(fā)生個(gè)過(guò)程的速率相等時(shí)，氣液兩相中吸收質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化。這種狀態(tài)稱(chēng)為相際動(dòng)平衡，簡(jiǎn)稱(chēng)變化。這種狀態(tài)稱(chēng)為相際動(dòng)平衡，簡(jiǎn)稱(chēng)相平衡或平衡相平衡或平衡。 32 吸收的氣液相平衡吸收的氣液相平衡注意：注意：此時(shí)并非沒(méi)有溶質(zhì)分子繼續(xù)進(jìn)入液相，只是任何瞬間此時(shí)并非沒(méi)有溶質(zhì)分子繼續(xù)進(jìn)入液相，只是任何瞬間進(jìn)入液相的溶質(zhì)分子數(shù)與從液相逸出的溶質(zhì)分子數(shù)恰好相等，進(jìn)入液相的溶質(zhì)分子數(shù)與從液相逸出的溶質(zhì)分子數(shù)恰好相等，在宏觀上過(guò)程就象是停止了，是一

11、種在宏觀上過(guò)程就象是停止了，是一種動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。 在溫度和壓力一定的條件下，平衡時(shí)的在溫度和壓力一定的條件下，平衡時(shí)的氣、液相組成具有一一對(duì)應(yīng)關(guān)氣、液相組成具有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系系。 平衡狀態(tài)下氣相中溶質(zhì)的分壓稱(chēng)為平衡狀態(tài)下氣相中溶質(zhì)的分壓稱(chēng)為平衡分壓平衡分壓或飽和分壓或飽和分壓，與之對(duì)應(yīng)的，與之對(duì)應(yīng)的液相濃度稱(chēng)為液相濃度稱(chēng)為平衡濃度平衡濃度或氣體在液體中的或氣體在液體中的平衡溶解度平衡溶解度。這時(shí)溶液已經(jīng)。這時(shí)溶液已經(jīng)飽和，即達(dá)到了它在一定條件下的飽和，即達(dá)到了它在一定條件下的溶解度溶解度，也就是指氣體在液相中的，也就是指氣體在液相中的飽和濃度，飽和濃度，習(xí)慣上以單位質(zhì)量（或體積）的液

12、體中所含溶質(zhì)的質(zhì)量來(lái)習(xí)慣上以單位質(zhì)量（或體積）的液體中所含溶質(zhì)的質(zhì)量來(lái)表示，也表明一定條件下吸收過(guò)程表示，也表明一定條件下吸收過(guò)程可能達(dá)到的極限程度可能達(dá)到的極限程度。 在一定溫度下達(dá)到平衡時(shí)，在一定溫度下達(dá)到平衡時(shí)，溶液的濃度隨氣體壓力的增加而增加溶液的濃度隨氣體壓力的增加而增加。如。如果要使一種氣體在溶液中達(dá)到某一特定的濃度，必須在溶液上方維持果要使一種氣體在溶液中達(dá)到某一特定的濃度，必須在溶液上方維持較高的平衡壓力。較高的平衡壓力。 氣體的溶解度與溫度有關(guān)，通常氣體的溶解度與溫度有關(guān)，通常溫度下降則氣體的溶解度增高溫度下降則氣體的溶解度增高。 一些氣體的吸收平衡曲線(xiàn)一些氣體的吸收平衡曲線(xiàn)

13、O2SO2NH3P*溶解度溶質(zhì)的平衡分壓g溶質(zhì)/1000gH2O250C從圖中可看出：從圖中可看出：1、同溫、同平衡分壓下，不同的物質(zhì)，、同溫、同平衡分壓下，不同的物質(zhì)，溶解度不同。溶解度不同。2、同溫、同溶解度時(shí)，不同的物質(zhì)，平、同溫、同溶解度時(shí)，不同的物質(zhì)，平衡分壓不同。衡分壓不同。如，如，t=25溶解度達(dá)溶解度達(dá)100g/1000H2O時(shí)時(shí)=90mmHg，表明易溶氣體表明易溶氣體,溶液上溶液上方平衡分壓低；方平衡分壓低；=780Hg=8000Hg，表明，表明難溶氣體，溶液上難溶氣體，溶液上方平衡分壓高。方平衡分壓高。溶液上方分壓越大的物質(zhì)越難溶溶液上方分壓越大的物質(zhì)越難溶。3NHP2SO

14、P2OP 由圖看出：由圖看出：P*溶解度溶解度；T 溶解度溶解度對(duì)于同一種氣體，分壓一定時(shí)，對(duì)于同一種氣體，分壓一定時(shí)，溫度溫度T越高，溶解度越小越高，溶解度越小。對(duì)于同一種氣體，溫度一定時(shí)，對(duì)于同一種氣體，溫度一定時(shí)，分壓分壓P越大，溶解度越大越大，溶解度越大。高壓、低溫有利于氣體吸收。高壓、低溫有利于氣體吸收。氨在水中的平衡溶解度氨在水中的平衡溶解度一定壓力下一定壓力下SO2在水中的溶解度在水中的溶解度32.1亨利定律亨利定律吸收操作最常用于分離低濃度的氣體混合物，此時(shí)液相的濃度通常比較吸收操作最常用于分離低濃度的氣體混合物，此時(shí)液相的濃度通常比較低。當(dāng)總壓不太高時(shí)，稀溶液的溶解度曲線(xiàn)常近

15、似為一過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)，即低。當(dāng)總壓不太高時(shí)，稀溶液的溶解度曲線(xiàn)常近似為一過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)，即溶溶質(zhì)在液相中的溶解度與其在氣相中的分壓成正比質(zhì)在液相中的溶解度與其在氣相中的分壓成正比，這一關(guān)系稱(chēng)為亨利定律。，這一關(guān)系稱(chēng)為亨利定律。Hxp *式中：式中：p p* * 溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓，溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓，kPakPa； x x 溶質(zhì)在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)；溶質(zhì)在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)； H H 亨利系數(shù)，單位與壓強(qiáng)單位一致亨利系數(shù)，單位與壓強(qiáng)單位一致 kPakPa。 亨利系數(shù)的值隨物系的特性及溫度而異；亨利系數(shù)的值隨物系的特性及溫度而異；H H 值的大小代表了氣體值的大小代表了氣體在該溶劑中溶解的難易程

16、度；在同一溶劑中，在該溶劑中溶解的難易程度；在同一溶劑中，易溶氣體易溶氣體 H 值很小，值很小，難溶氣體難溶氣體 H H 值很大；值很大；物系一定時(shí)：物系一定時(shí)：HtHP凡是理想溶液，在壓強(qiáng)不高，溫度恒定的情況下，凡是理想溶液，在壓強(qiáng)不高，溫度恒定的情況下，P*- x關(guān)系在整個(gè)濃度范關(guān)系在整個(gè)濃度范圍內(nèi)都符合亨利定律。圍內(nèi)都符合亨利定律。0P*x斜率為E亨利（亨利（Henry）定律）定律表明稀溶液上方的溶質(zhì)分壓與該溶質(zhì)表明稀溶液上方的溶質(zhì)分壓與該溶質(zhì)在液相中的摩爾分率成正比在液相中的摩爾分率成正比，其比例常數(shù)即為亨利系數(shù)。，其比例常數(shù)即為亨利系數(shù)。摩爾分率摩爾分率：指某相中一種組分在全部組分中

17、所占的比例。：指某相中一種組分在全部組分中所占的比例。 通常以通常以y 代表氣相摩爾分率、代表氣相摩爾分率、 x代表液相摩爾分率代表液相摩爾分率。 如：氣相中有如：氣相中有A、B兩種組分，兩種組分，A 為吸收質(zhì)，為吸收質(zhì)，B 為惰性組分，為惰性組分，則它們的摩爾分率為：則它們的摩爾分率為：y a=n a/n，（，（n=na+nb） y b=n b/n比摩爾分率比摩爾分率：指每摩爾惰性組分中所帶有吸收質(zhì)的摩爾數(shù)。氣：指每摩爾惰性組分中所帶有吸收質(zhì)的摩爾數(shù)。氣液兩相中惰性組分（或溶劑）的量可認(rèn)為不變。通常以液兩相中惰性組分（或溶劑）的量可認(rèn)為不變。通常以Y代代表氣相比摩爾分率表氣相比摩爾分率,以以

18、X代表液相比摩爾分率。代表液相比摩爾分率。液相中溶劑的摩爾數(shù)液相中溶質(zhì)的摩爾數(shù)Xxx1數(shù)氣相中惰性組分的摩爾氣相中溶質(zhì)的摩爾數(shù)Yyy1YYyXXx1 ,1例：已知氨水中含氨例：已知氨水中含氨15%（質(zhì)量分率），求氨水中氨的比（質(zhì)量分率），求氨水中氨的比摩爾分率？摩爾分率？(1) 用溶液中吸收質(zhì)的物質(zhì)的量濃度用溶液中吸收質(zhì)的物質(zhì)的量濃度c和氣相中的分壓表示和氣相中的分壓表示cEp1*32.2亨利定律亨利定律的的其他形式其他形式c c 溶質(zhì)在液相中的摩爾濃度，溶質(zhì)在液相中的摩爾濃度，kmol/mkmol/m3 3；E E 溶解度系數(shù)溶解度系數(shù) ，單位：?jiǎn)挝唬簁mol/mkmol/m3 3PaPa或

19、或kmol/mkmol/m3 3atmatm。 E E是溫度的函數(shù)。是溫度的函數(shù)。易溶氣體易溶氣體E E值大，難溶氣體值大，難溶氣體E E值小值小。E E與與H H的關(guān)系：的關(guān)系：溶液中吸收質(zhì)濃度為3/mCkmol設(shè)溶液的密度為 3/ mkgM、MS分別為吸收質(zhì)和溶劑的摩爾質(zhì)量kg.mol-1 ，則c與x的關(guān)系為：xxMMxcS)1 (ExMMxHS1)1 ( Et EPHMssE若為稀溶液，則有：若為稀溶液，則有：（2）用用氣液相中溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)表示氣液相中溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)表示mxy m與H 的關(guān)系： 由道爾頓分壓定律由道爾頓分壓定律：p=P總ym相平衡常數(shù)相平衡常數(shù) 。易溶氣體易溶氣體小，難

20、溶氣體小，難溶氣體大。大。m值越大，表明氣體的溶解度越小。值越大，表明氣體的溶解度越小。因此，因此，加壓、降溫對(duì)吸收有利加壓、降溫對(duì)吸收有利。 Ppy* mtmp, xHp*由亨利定律由亨利定律： xPHyPHm即： 例題：某系統(tǒng)溫度為10攝氏度，總壓為101.3千帕，試求在此條件下，空氣與水充分接觸后，每立方米水中能溶解多少克氧氣？解：空氣按理想氣體處理，由道爾頓分壓定律可知，氧氣在解：空氣按理想氣體處理，由道爾頓分壓定律可知，氧氣在氣相中的分壓為：氣相中的分壓為：pA*=py101.3kPa0.2121.27kPa氧氣為難溶氣體，故氧氣在水中的組成氧氣為難溶氣體，故氧氣在水中的組成x很低，

21、氣液相很低，氣液相平衡關(guān)系服從亨利定律，由表查得平衡關(guān)系服從亨利定律，由表查得10攝氏度時(shí)，氧氣在水?dāng)z氏度時(shí)，氧氣在水中的亨利系數(shù)為中的亨利系數(shù)為3.31106kPa。因?yàn)橐驗(yàn)镋=/ /H HM M，c cA AE Ep pA A 所以所以c cA A p pA A/ /H HM M3.573.571010-4-4kmol/mkmol/m3 3 每立方米水中的溶解氧為：每立方米水中的溶解氧為： 3.57 3.571010-4-432321000100011.42g/m11.42g/m3 3。32.3用摩爾比表示的相平衡關(guān)系用摩爾比表示的相平衡關(guān)系液相中溶劑的摩爾數(shù)液相中溶質(zhì)的摩爾數(shù)Xxx1數(shù)氣

22、相中惰性組分的摩爾氣相中溶質(zhì)的摩爾數(shù)Yyy1YYyXXx1,1在吸收計(jì)算中，認(rèn)為惰性組分不進(jìn)入液相，溶劑也沒(méi)有顯著的在吸收計(jì)算中，認(rèn)為惰性組分不進(jìn)入液相，溶劑也沒(méi)有顯著的氣化現(xiàn)象。所以惰性組分的氣化現(xiàn)象。所以惰性組分的molmol流量和溶劑的流量和溶劑的molmol流量始終不變。流量始終不變。若以二者為基準(zhǔn)分別表示溶質(zhì)在氣、液兩相中的濃度，則對(duì)吸若以二者為基準(zhǔn)分別表示溶質(zhì)在氣、液兩相中的濃度，則對(duì)吸收計(jì)算帶來(lái)很大方便。為此常采用比收計(jì)算帶來(lái)很大方便。為此常采用比molmol分?jǐn)?shù)分?jǐn)?shù)Y Y、X X分別表示氣、分別表示氣、液兩相的組成。比液兩相的組成。比molmol分?jǐn)?shù)定義如下：分?jǐn)?shù)定義如下：亨利

23、定律的幾種表達(dá)形式也可改寫(xiě)為亨利定律的幾種表達(dá)形式也可改寫(xiě)為EPcHPx ,mYXmyx , 由 ,得mxy XmXYY11XmmXY)1 (1當(dāng)溶液濃度很低時(shí)，當(dāng)溶液濃度很低時(shí)，X0， 上式簡(jiǎn)化為：上式簡(jiǎn)化為：mXY 3-3.3相平衡關(guān)系在吸收過(guò)程中的應(yīng)用相平衡關(guān)系在吸收過(guò)程中的應(yīng)用1、判斷過(guò)程進(jìn)行的方向若若yy*或或xx*，則吸收；若，則吸收；若yx*，則解吸，則解吸2、 指明過(guò)程進(jìn)行的極限2x*2yy 1y1x2x*1xx 1y2y塔高塔高 ，吸收劑用量，吸收劑用量 ， 即即使塔無(wú)限高，吸收劑用量很少，使塔無(wú)限高，吸收劑用量很少， 也不會(huì)無(wú)限增大，也不會(huì)無(wú)限增大，1x1xmyxx1max

24、, 1*反之，當(dāng)塔高反之，當(dāng)塔高 ，吸收劑用，吸收劑用量量 ， ，即使塔高無(wú)限高，吸收，即使塔高無(wú)限高，吸收劑用量很大，劑用量很大， 也不會(huì)無(wú)限減小，也不會(huì)無(wú)限減小，2y2y2max, 2* mxyy3、確定過(guò)程的推動(dòng)力、確定過(guò)程的推動(dòng)力X在吸收操作中，通常以實(shí)際操作濃度與平衡濃度的差距來(lái)表示吸收過(guò)程的推動(dòng)力。推動(dòng)力推動(dòng)力 或或 注意推動(dòng)力注意推動(dòng)力*)(yy)*(xx )!(xyX亨利定律小結(jié)（1）通式：氣相濃度=系數(shù)液相濃度（2）E 、m 、H的大小，能夠反映溶解度的大小。 H m E 溶解度，易溶 H m E 溶解度，難溶（3）t 、p對(duì)H、m 、E的影響： tH m E 溶解度 PH

25、m E 溶解度 在吸收過(guò)程中，低溫、高壓有利于氣體的吸收， 高溫、低壓有利于氣體的解吸。 （4）亨利定律是氣液達(dá)平衡時(shí)，所表示的氣液組成關(guān)系。（5）亨利定律的使用條件： 對(duì)氣相，應(yīng)是理想氣體，總壓 P 5atm 對(duì)液相，應(yīng)是稀溶液，x0.05（6）E 、H可在手冊(cè)中查得，而它們只有在符合亨利定律時(shí)才為常數(shù)。 例題：例題：從液相分析，從液相分析，與摩爾分?jǐn)?shù)為與摩爾分?jǐn)?shù)為0.1的氣體相平衡的液相平衡濃度為：的氣體相平衡的液相平衡濃度為： 利系從氣相分析，從氣相分析，與摩爾分?jǐn)?shù)為與摩爾分?jǐn)?shù)為0.003的液體相平衡的氣相平衡濃度為：的液體相平衡的氣相平衡濃度為： 可見(jiàn)，降低溫度，可見(jiàn)，降低溫度，E、m

26、，溶解度，溶解度，有利于吸收的進(jìn)行。，有利于吸收的進(jìn)行。33 吸收速率吸收速率平衡關(guān)系平衡關(guān)系只能回答混合氣體中只能回答混合氣體中溶質(zhì)氣體能否進(jìn)入液相及溶質(zhì)氣體能否進(jìn)入液相及進(jìn)入的程度和極限進(jìn)入的程度和極限問(wèn)題，問(wèn)題，至于進(jìn)入液相速率大小至于進(jìn)入液相速率大小，卻無(wú)法解，卻無(wú)法解決，后者屬于傳質(zhì)機(jī)理問(wèn)題。決，后者屬于傳質(zhì)機(jī)理問(wèn)題。吸收速率吸收速率決定吸收操作的決定吸收操作的生產(chǎn)強(qiáng)度生產(chǎn)強(qiáng)度，同時(shí)也是分析吸收，同時(shí)也是分析吸收操作與計(jì)算、設(shè)計(jì)、選型吸收設(shè)備的重要依據(jù)。操作與計(jì)算、設(shè)計(jì)、選型吸收設(shè)備的重要依據(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)臍鈿怏w吸收是溶質(zhì)先從氣相主體擴(kuò)散到氣液界面

27、，再?gòu)臍庖航缑鏀U(kuò)散到液相主體的液界面擴(kuò)散到液相主體的傳質(zhì)過(guò)程傳質(zhì)過(guò)程。 一相內(nèi)部有濃度差異的條件下，由于分子的無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)一相內(nèi)部有濃度差異的條件下，由于分子的無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)而造成的物質(zhì)傳遞現(xiàn)象。而造成的物質(zhì)傳遞現(xiàn)象。類(lèi)似于傳熱中的熱傳導(dǎo)，是分子微類(lèi)似于傳熱中的熱傳導(dǎo)，是分子微觀運(yùn)動(dòng)的宏觀統(tǒng)計(jì)結(jié)果。觀運(yùn)動(dòng)的宏觀統(tǒng)計(jì)結(jié)果。AB33.1單相內(nèi)的擴(kuò)散單相內(nèi)的擴(kuò)散1、分子擴(kuò)散：、分子擴(kuò)散： 混合物中存在溫度梯度、壓強(qiáng)梯混合物中存在溫度梯度、壓強(qiáng)梯度及濃度梯度都會(huì)產(chǎn)生分子擴(kuò)散，度及濃度梯度都會(huì)產(chǎn)生分子擴(kuò)散，本章僅討論因濃度梯度而造成的分本章僅討論因濃度梯度而造成的分子擴(kuò)散。發(fā)生在靜止或?qū)恿髁黧w里子擴(kuò)散。發(fā)

28、生在靜止或?qū)恿髁黧w里的擴(kuò)散就是分子擴(kuò)散。的擴(kuò)散就是分子擴(kuò)散。ddCDANA即即單位時(shí)間擴(kuò)散傳遞物質(zhì)量與傳質(zhì)面積和傳質(zhì)方向的濃度梯度成正比單位時(shí)間擴(kuò)散傳遞物質(zhì)量與傳質(zhì)面積和傳質(zhì)方向的濃度梯度成正比。N：傳質(zhì)速率，也稱(chēng)為擴(kuò)散速率，單位：傳質(zhì)速率，也稱(chēng)為擴(kuò)散速率，單位：kmol/s ； ：物質(zhì)物質(zhì)A的濃度梯的濃度梯度，即物質(zhì)度，即物質(zhì)A的濃度在的濃度在Z方向上的變化率；方向上的變化率；D:物質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)物質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)，mol.s-1，它，它是物質(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，一般由實(shí)驗(yàn)測(cè)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，一般由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，常用的擴(kuò)散系數(shù)可以在手冊(cè)中查到；定，常

29、用的擴(kuò)散系數(shù)可以在手冊(cè)中查到；負(fù)號(hào)：負(fù)號(hào)：是指該擴(kuò)散沿著是指該擴(kuò)散沿著A濃度濃度降低的方向進(jìn)行。降低的方向進(jìn)行。盡管分子熱運(yùn)動(dòng)的速度很大，但由于分子間的頻繁碰撞使分子不斷改盡管分子熱運(yùn)動(dòng)的速度很大，但由于分子間的頻繁碰撞使分子不斷改變其熱運(yùn)動(dòng)方向，所以物質(zhì)沿某一特定的方向的擴(kuò)散速度卻很小。變其熱運(yùn)動(dòng)方向，所以物質(zhì)沿某一特定的方向的擴(kuò)散速度卻很小。2、菲克定律、菲克定律 只要流體內(nèi)部有濃度梯度，就會(huì)產(chǎn)生分子擴(kuò)散，在恒只要流體內(nèi)部有濃度梯度，就會(huì)產(chǎn)生分子擴(kuò)散，在恒溫恒壓下，一維分子擴(kuò)散速率可用溫恒壓下，一維分子擴(kuò)散速率可用菲克定律菲克定律表達(dá)如下表達(dá)如下：ddCA 對(duì)雙組分混合物，在總濃度（對(duì)氣相

30、也可說(shuō)總壓）各處相等對(duì)雙組分混合物，在總濃度（對(duì)氣相也可說(shuō)總壓）各處相等及及 常數(shù)的前提下，也有常數(shù)的前提下，也有 ( (前提為前提為 常數(shù)，對(duì)氣壓為總壓常數(shù)，對(duì)氣壓為總壓 不變不變) ) 也就是說(shuō)菲克定律中，也就是說(shuō)菲克定律中，A A、B B兩組分的分子擴(kuò)散速率大小相等，兩組分的分子擴(kuò)散速率大小相等，方向相反，否則就不能保證總濃度方向相反，否則就不能保證總濃度 （或總壓（或總壓 ）不變。）不變。 BAMCCCddddBACCBANNMCPMCPdd)dd(ABABABBACDCDNNDDDBAAB 雙組分混合物中的分子擴(kuò)散 （1）單方向擴(kuò)散；（）單方向擴(kuò)散；（2）等物質(zhì)的量反向擴(kuò)散；（）等物

31、質(zhì)的量反向擴(kuò)散；（3）總體流動(dòng)。總體流動(dòng)?？倽舛瓤倽舛萯iCCCCCBABAM 也稱(chēng)渦流傳質(zhì)，是指憑藉流體質(zhì)點(diǎn)的湍流和漩渦而引起也稱(chēng)渦流傳質(zhì)，是指憑藉流體質(zhì)點(diǎn)的湍流和漩渦而引起的擴(kuò)散。發(fā)生在湍流流體里的傳質(zhì)除分子擴(kuò)散外更主要的的擴(kuò)散。發(fā)生在湍流流體里的傳質(zhì)除分子擴(kuò)散外更主要的是對(duì)流傳質(zhì)。是對(duì)流傳質(zhì)。將一勺砂糖投于杯水中，片刻后整杯的水都會(huì)變甜，將一勺砂糖投于杯水中，片刻后整杯的水都會(huì)變甜，這就是分子擴(kuò)散的結(jié)果。若用勺攪動(dòng)杯中水，則將甜得更這就是分子擴(kuò)散的結(jié)果。若用勺攪動(dòng)杯中水，則將甜得更快更均勻，那便是對(duì)流傳質(zhì)。快更均勻，那便是對(duì)流傳質(zhì)。ddCADNE式中式中DE為渦流擴(kuò)散系數(shù)，它不是物性常數(shù)

32、，與湍流程度、為渦流擴(kuò)散系數(shù)，它不是物性常數(shù)，與湍流程度、質(zhì)點(diǎn)位置等有關(guān)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定。質(zhì)點(diǎn)位置等有關(guān)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定。 3、對(duì)流擴(kuò)散、對(duì)流擴(kuò)散 在湍流流動(dòng)時(shí)，渦流擴(kuò)散與分子擴(kuò)散同時(shí)起著傳在湍流流動(dòng)時(shí)，渦流擴(kuò)散與分子擴(kuò)散同時(shí)起著傳質(zhì)作用：質(zhì)作用： 在湍流主體，以渦流擴(kuò)散為主，在湍流主體，以渦流擴(kuò)散為主，DED；在層流內(nèi)；在層流內(nèi)層，以分子擴(kuò)散為主，層，以分子擴(kuò)散為主，DDE，且，且DE0；在過(guò)渡；在過(guò)渡層，兩者都不可忽略。層，兩者都不可忽略。 ddCADDNE)(33.2 雙膜理論雙膜理論 吸收過(guò)程涉及兩相間的物質(zhì)傳遞，包括吸收過(guò)程涉及兩相間的物質(zhì)傳遞，包括三個(gè)步驟三個(gè)步驟： (1)溶質(zhì)由氣相主

33、體傳遞到相界面，即溶質(zhì)由氣相主體傳遞到相界面，即氣相內(nèi)的物質(zhì)傳遞氣相內(nèi)的物質(zhì)傳遞； (2)溶質(zhì)在溶質(zhì)在相界面上的溶解相界面上的溶解，由氣相轉(zhuǎn)入液相，由氣相轉(zhuǎn)入液相； (3)溶質(zhì)自界面被傳遞至液相主體，即溶質(zhì)自界面被傳遞至液相主體，即液相內(nèi)的物質(zhì)傳遞。液相內(nèi)的物質(zhì)傳遞。雙膜理論是以吸收質(zhì)在滯流層中的分雙膜理論是以吸收質(zhì)在滯流層中的分子擴(kuò)散的概念為基礎(chǔ)而推導(dǎo)出來(lái)的。雙子擴(kuò)散的概念為基礎(chǔ)而推導(dǎo)出來(lái)的。雙膜理論是劉易斯膜理論是劉易斯(LewisW.K.)和惠特曼和惠特曼(W.G.whitman)在本世紀(jì)二十年代提出在本世紀(jì)二十年代提出來(lái)的，一直占有重要的地位。來(lái)的，一直占有重要的地位。它的基本它的基本

34、論點(diǎn)是：論點(diǎn)是： 界面氣膜 液膜氣相主體液相主體傳質(zhì)方向PCPiCi( (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)很薄（等效厚度分別為?。ǖ刃Ш穸确謩e為 1 1 和和 2 2 ）的流體膜層。溶質(zhì)以）的流體膜層。溶質(zhì)以分子擴(kuò)散方式分子擴(kuò)散方式通通過(guò)此兩膜層。過(guò)此兩膜層。( (2) ) 相界面沒(méi)有傳質(zhì)阻力，溶質(zhì)在相相界面沒(méi)有傳質(zhì)阻力，溶質(zhì)在相界面處的濃度處于界面處的濃度處于相平衡狀態(tài)相平衡狀態(tài)。氣相主體 液相主體 相界面pi = ci / Hp 12pi ci c 氣膜液膜( (3) ) 在膜層以外的兩相主流區(qū)

35、由于流在膜層以外的兩相主流區(qū)由于流體湍動(dòng)劇烈，傳質(zhì)阻力可以忽略體湍動(dòng)劇烈，傳質(zhì)阻力可以忽略不計(jì)，相際的不計(jì)，相際的傳質(zhì)阻力集中在兩傳質(zhì)阻力集中在兩個(gè)膜層內(nèi)個(gè)膜層內(nèi)。兩膜的阻力決定了傳兩膜的阻力決定了傳質(zhì)速率的大小，因此雙膜理論也質(zhì)速率的大小，因此雙膜理論也稱(chēng)為稱(chēng)為雙阻力理論雙阻力理論。 （4）若氣相主體中吸收質(zhì)的分壓為）若氣相主體中吸收質(zhì)的分壓為P，界面氣膜的吸收質(zhì)分壓為，界面氣膜的吸收質(zhì)分壓為Pi，PPi 即為吸收過(guò)程的推動(dòng)力，同理，若液相主體中吸收質(zhì)的濃度為即為吸收過(guò)程的推動(dòng)力，同理，若液相主體中吸收質(zhì)的濃度為c，兩相，兩相 界面的液膜中的濃度為界面的液膜中的濃度為ci，cic也是吸收過(guò)程

36、的推動(dòng)力。也是吸收過(guò)程的推動(dòng)力。33.3 吸收速率方程吸收速率方程 1 1 吸收傳質(zhì)理論吸收傳質(zhì)理論 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：分為三個(gè)步驟： 溶質(zhì)由氣相主體擴(kuò)散至溶質(zhì)由氣相主體擴(kuò)散至 兩相界面氣相側(cè)兩相界面氣相側(cè)( (氣相氣相 內(nèi)傳質(zhì)內(nèi)傳質(zhì)) )；(2)(2)溶質(zhì)在界面上溶解溶質(zhì)在界面上溶解( (通過(guò)通過(guò) 界面的傳質(zhì)界面的傳質(zhì)) )；(3)(3)溶質(zhì)由相界面液相側(cè)擴(kuò)溶質(zhì)由相界面液相側(cè)擴(kuò) 散至液相主體散至液相主體( (液相內(nèi)傳液相內(nèi)傳 質(zhì)質(zhì)) )。 溶解氣相主體 液相主體 氣相擴(kuò)散 液相擴(kuò)散 相界面吸收速率：吸

37、收速率： 單位面積，單位時(shí)間內(nèi)吸收的溶質(zhì)單位面積，單位時(shí)間內(nèi)吸收的溶質(zhì)A的摩爾數(shù)，的摩爾數(shù)， 用用N表示，單位通常用表示，單位通常用kmol/m2.s。 吸收傳質(zhì)速率方程吸收傳質(zhì)速率方程：吸收速率與吸收推動(dòng)力之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式吸收速率與吸收推動(dòng)力之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式 吸收速率吸收速率=吸收系數(shù)吸收系數(shù)推動(dòng)力推動(dòng)力傳熱面積傳熱面積 1）氣膜吸收速率方程氣膜吸收速率方程 2 單相膜層分吸收速率方程單相膜層分吸收速率方程 雙膜理論將兩流體雙膜理論將兩流體相際傳質(zhì)相際傳質(zhì)過(guò)程簡(jiǎn)化為經(jīng)過(guò)程簡(jiǎn)化為經(jīng)兩膜層的穩(wěn)定分兩膜層的穩(wěn)定分子擴(kuò)散的串聯(lián)過(guò)程子擴(kuò)散的串聯(lián)過(guò)程。對(duì)吸收過(guò)程則為溶質(zhì)通過(guò)對(duì)吸收過(guò)程則為溶質(zhì)通過(guò)氣膜氣膜

38、和和液膜液膜的分的分子擴(kuò)散過(guò)程。子擴(kuò)散過(guò)程。 2）液膜吸收速率方程）液膜吸收速率方程k L：液膜分吸收系數(shù)，：液膜分吸收系數(shù)，m/s；kx=CMkL；cA，i：液膜界面上：液膜界面上A的濃度；的濃度；cA：液相主體：液相主體A的摩爾濃度。的摩爾濃度。 氣膜分吸收速率方程式氣膜分吸收速率方程式kG：氣膜分吸收系數(shù)：氣膜分吸收系數(shù)， kmol/(m2.s.kPa)；PA：氣相主體：氣相主體A的分壓；的分壓；PA，i：氣相界面上：氣相界面上A的分壓。的分壓。)()(,AiAxAiALxxAkccAkN)(,iGAAppAkN）yyPAkNyPPyPPiAAGiAiAAA,(總總總)(, iAAyyy

39、AkNGykP：k總其中pcAIcipi3、吸收總速率方程、吸收總速率方程-kL/kG為為AI線(xiàn)的斜率，線(xiàn)的斜率，I點(diǎn)位置與點(diǎn)位置與氣液膜阻力之比有關(guān)。氣膜阻力氣液膜阻力之比有關(guān)。氣膜阻力越大，越大，I點(diǎn)越下移；液膜阻力越點(diǎn)越下移；液膜阻力越大則大則I點(diǎn)越上移。點(diǎn)越上移。CCAkppAkNiLiGGLiikkccpp 對(duì)于連續(xù)定態(tài)過(guò)程，對(duì)于連續(xù)定態(tài)過(guò)程，N氣氣=N液液，即：，即：1) 傳質(zhì)過(guò)程的推動(dòng)力傳質(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)未達(dá)平衡的兩相接觸會(huì)發(fā)生相際間傳質(zhì)( (吸收或解吸吸收或解吸) )，離平衡濃，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。度越遠(yuǎn)，過(guò)程傳

40、質(zhì)推動(dòng)力越大，傳質(zhì)過(guò)程進(jìn)行越快。方法：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)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。程的推動(dòng)力。對(duì)吸收過(guò)程：對(duì)吸收過(guò)程：(y-y*)：以氣相摩爾分?jǐn)?shù)：以氣相摩爾分?jǐn)?shù)差表示的傳質(zhì)推動(dòng)力差表示的傳質(zhì)推動(dòng)力；(x*-x)：以液相摩爾分?jǐn)?shù)：以液相摩爾分?jǐn)?shù)差表示的傳質(zhì)推動(dòng)力差表示的傳質(zhì)推動(dòng)力。 傳質(zhì)推動(dòng)力的表示方法可傳質(zhì)推動(dòng)力的表示方法可以不同，但效果一樣以不同，但效果一樣。 yxoy*=f(x)Pyxy*x*（y-y*）（x*-x）iGppAkN2) 氣相吸收氣相吸收總總速率方程式速率方程式ccAkNiL 對(duì)于對(duì)于穩(wěn)定吸收穩(wěn)定吸收

41、過(guò)程，可根據(jù)雙膜理論建立相際傳質(zhì)速率方程過(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)速率方程總傳質(zhì)速率方程)。類(lèi)似于間壁式對(duì)流傳熱類(lèi)似于間壁式對(duì)流傳熱速率方程。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。都有與之相應(yīng)的傳質(zhì)速率方程。 在傳質(zhì)中，用傳質(zhì)系數(shù)（吸收系數(shù)）求傳質(zhì)速率很麻煩，在傳質(zhì)中，用傳質(zhì)系數(shù)（吸收系數(shù)）求傳質(zhì)速率很麻煩，Pi、Ci(或或yi、xi）難以確定。）難以確定。實(shí)際使用時(shí)須設(shè)法從式中消實(shí)際使用時(shí)須設(shè)法從式中消去去Pi、Ci 。如。如何消去呢？何消去呢？-用用PA*取代取代

42、PACCAkppAkNiLiG由亨利定律知由亨利定律知cEp1iicEp1液膜分吸收速率方程液膜分吸收速率方程為：為：)(*ppEAkccAkNiLiL)(ppAHkNiL氣膜分吸收速率方程氣膜分吸收速率方程為：為：iGppAkN)(iGppAkN合并兩式合并兩式ppAkEkNGL111氣相吸收氣相吸收總總速率方程：速率方程：ppAKppAKNGG11GLGkEkK111所以所以氣相吸收總阻力等于氣膜吸收阻力與液膜吸收阻力之和。氣相吸收總阻力等于氣膜吸收阻力與液膜吸收阻力之和。若若E很大（如易溶氣體很大（如易溶氣體NH3、HCl），）， 則則KGkG，過(guò)程為氣膜控制，傳質(zhì)阻力主要集中在氣膜一側(cè)

43、。，過(guò)程為氣膜控制，傳質(zhì)阻力主要集中在氣膜一側(cè)。KG：以氣相分壓差為：以氣相分壓差為推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)。推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)。GGGLkKkEk11113) 液相吸收液相吸收總總速率方程式速率方程式（以（以c*代替代替c）由亨利定律知由亨利定律知cHp1iicHp1液膜分吸收速率方程液膜分吸收速率方程為：為：ccAkNiL)(ccAkNiL氣膜分吸收速率方程氣膜分吸收速率方程為：為：iGiGccAEkppAkN)(iGccAkEN合并兩式合并兩式ccAkEkNGL11液相吸收液相吸收總總速率方程：速率方程：ccAKccAKNLL11GLLkEkK11所以所以KL：以液相摩爾濃度差：以液相摩爾濃度

44、差為推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)。為推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)。液相吸收總阻力等于氣膜吸收阻力與液膜吸收阻力之和。液相吸收總阻力等于氣膜吸收阻力與液膜吸收阻力之和。若若E很小（如難溶氣體很?。ㄈ珉y溶氣體H2、CO2、O2），）， 則則KLkL，過(guò)程為液膜控制，過(guò)程為液膜控制，傳質(zhì)阻力主要集中傳質(zhì)阻力主要集中在液膜一側(cè)。在液膜一側(cè)。LLLGkKkkE111 對(duì)于對(duì)于氣膜阻力控制氣膜阻力控制的吸收過(guò)程，欲提高傳質(zhì)速率，在選擇的吸收過(guò)程，欲提高傳質(zhì)速率，在選擇設(shè)備形式及確定操作條件時(shí)需設(shè)法設(shè)備形式及確定操作條件時(shí)需設(shè)法提高提高k kG G 以以減小氣膜阻力減小氣膜阻力，如氣體流率如氣體流率 kkG GKKG GNN。

45、這與對(duì)流傳熱時(shí)為提高這與對(duì)流傳熱時(shí)為提高傳熱傳熱速率需設(shè)法提高小的傳熱傳熱速率需設(shè)法提高小的 以減小傳熱阻力類(lèi)似。以減小傳熱阻力類(lèi)似。易易溶氣體溶解度大溶氣體溶解度大，平衡線(xiàn)斜率，平衡線(xiàn)斜率m m小，其吸收過(guò)程往往小，其吸收過(guò)程往往是氣膜是氣膜阻力控制阻力控制，如用水吸收，如用水吸收NHNH3 3，用濃硫酸吸收水蒸汽等均為氣，用濃硫酸吸收水蒸汽等均為氣膜控制。膜控制。 對(duì)于對(duì)于液膜阻力控制液膜阻力控制的吸收過(guò)程，欲提高傳質(zhì)速率，在選擇設(shè)的吸收過(guò)程，欲提高傳質(zhì)速率，在選擇設(shè)備形式及確定操作條件時(shí)需設(shè)法備形式及確定操作條件時(shí)需設(shè)法提高提高k kL L 以以減小液膜阻力減小液膜阻力，如液體流率如液體

46、流率 kkL LKKL LNN。難溶氣體溶解度小難溶氣體溶解度小，平，平衡線(xiàn)斜率衡線(xiàn)斜率m m大，其吸收過(guò)程往往大，其吸收過(guò)程往往是液膜阻力控制是液膜阻力控制，如用水吸，如用水吸收收COCO2 2、O O2 2、H H2 2、ClCl2 2等均為液膜控制。等均為液膜控制。 用水吸收用水吸收SOSO2 2 及丙酮蒸汽，氣膜阻力和液膜阻力各占一定比及丙酮蒸汽，氣膜阻力和液膜阻力各占一定比例，此時(shí)應(yīng)同時(shí)設(shè)法減小氣膜阻力和液膜阻力，傳質(zhì)速率才例，此時(shí)應(yīng)同時(shí)設(shè)法減小氣膜阻力和液膜阻力，傳質(zhì)速率才會(huì)有明顯提高，這種情況稱(chēng)為會(huì)有明顯提高，這種情況稱(chēng)為“雙膜控制雙膜控制”。 YYPPyp1 4）用摩爾比表示的

47、總吸收速率方程）用摩爾比表示的總吸收速率方程 *1*YYPPyP代入代入 ，得，得*)(*)1)(1 (YYAYYPKNGA*)1)(1(YYPKKGY*)(YYAKNYA令令 ，所以，所以若氣相中吸收質(zhì)濃度不高，則若氣相中吸收質(zhì)濃度不高，則Y、Y*較小，所以較小，所以同理，同理，PKKGYXXAKNXA)1)(1*XXCKKLX（總?cè)粢合嘀形召|(zhì)濃度較低，則若液相中吸收質(zhì)濃度較低，則X、X*較小，所以較小，所以總CKKLX1.吸收塔的類(lèi)型 工業(yè)生產(chǎn)中，吸收操作多采用塔式設(shè)備，設(shè)備主要有兩類(lèi)： （1）板式塔：在板式塔內(nèi)氣、液接觸逐級(jí)進(jìn)行。 （2）填料塔：在填料塔內(nèi)氣、液接觸連續(xù)進(jìn)行。由于填料塔

48、在吸收操作中使用較多，本章以填料塔為主要研究對(duì)象。2.塔內(nèi)氣、液兩相的流動(dòng)方式 （1）并流； （2）逆流，通常采用此種方式。34 吸收塔計(jì)算吸收塔計(jì)算 填料塔結(jié)構(gòu)及填料填料塔結(jié)構(gòu)及填料填料塔結(jié)構(gòu)及填料填料塔結(jié)構(gòu)及填料陶瓷、金屬、塑料陶瓷、金屬、塑料金屬絲金屬絲環(huán)形填料環(huán)形填料弧鞍弧鞍矩鞍矩鞍鞍型填料鞍型填料環(huán)矩鞍、環(huán)矩鞍、組合環(huán)、組合環(huán)、環(huán)鞍結(jié)合型填料環(huán)鞍結(jié)合型填料環(huán)、鞍型填料環(huán)、鞍型填料TRI球、球、TopPak、MellaringVSP、球形填料球形填料散堆填料散堆填料拉西環(huán)、鮑拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、階梯爾環(huán)、階梯環(huán)環(huán)1 1）拉西環(huán)填料）拉西環(huán)填料內(nèi)十字環(huán)內(nèi)十字環(huán)內(nèi)螺旋環(huán)內(nèi)螺旋環(huán)高度和外徑相等；

49、可用陶高度和外徑相等；可用陶瓷和金屬制造瓷和金屬制造;存在嚴(yán)重的存在嚴(yán)重的壁偏流和溝流現(xiàn)象，壁偏流和溝流現(xiàn)象，液體液體滯留量大，傳質(zhì)效率不高，滯留量大，傳質(zhì)效率不高，氣體通過(guò)能力低，阻力大。氣體通過(guò)能力低，阻力大。 其構(gòu)造大大提高了環(huán)內(nèi)空其構(gòu)造大大提高了環(huán)內(nèi)空間與環(huán)內(nèi)表面的利用率，而間與環(huán)內(nèi)表面的利用率，而且使氣液流通順暢，有利于且使氣液流通順暢，有利于氣液進(jìn)入環(huán)內(nèi)。比拉西環(huán)傳氣液進(jìn)入環(huán)內(nèi)。比拉西環(huán)傳質(zhì)效率高、氣體通過(guò)能力大。質(zhì)效率高、氣體通過(guò)能力大。4 4）三葉環(huán)填料）三葉環(huán)填料共軛環(huán)共軛環(huán) 規(guī)規(guī)整整波波紋紋填填料料塔塔示示意意圖圖4、填料塔的附屬設(shè)備、填料塔的附屬設(shè)備1）噴淋裝置）噴淋裝置

50、2）液體再分布器）液體再分布器3）填料支撐柵板）填料支撐柵板混合氣體通過(guò)吸收塔的過(guò)程中，可溶組分不斷被吸收，混合氣體通過(guò)吸收塔的過(guò)程中，可溶組分不斷被吸收，故氣體的故氣體的總量沿塔高而變總量沿塔高而變，液體也因其中不斷溶入可溶組，液體也因其中不斷溶入可溶組分，其量分，其量也沿塔高而變也沿塔高而變。但是，。但是，通過(guò)塔的惰性氣體量和溶通過(guò)塔的惰性氣體量和溶劑量是不變的。劑量是不變的。 5、吸收塔的物料衡算與操作線(xiàn)方程、吸收塔的物料衡算與操作線(xiàn)方程 1)物料衡算物料衡算 確定各物流之間的量的關(guān)系；確定各物流之間的量的關(guān)系； 確定設(shè)備中任意位置兩物料確定設(shè)備中任意位置兩物料 組成之間的關(guān)系組成之間的

51、關(guān)系。液氣1221LXVYLXVY下標(biāo)下標(biāo)“1”代表塔內(nèi)填料層下底截面，代表塔內(nèi)填料層下底截面，下標(biāo)下標(biāo)“2”代表填料層上頂截面。代表填料層上頂截面。V單位時(shí)間通過(guò)塔的惰性氣體量；單位時(shí)間通過(guò)塔的惰性氣體量；k m o l (B)/s ；L單位時(shí)間通過(guò)吸收塔的溶劑量；單位時(shí)間通過(guò)吸收塔的溶劑量；k m o l (S)/s ；Y 任一截面的混合氣體中溶質(zhì)與惰性氣體的摩爾任一截面的混合氣體中溶質(zhì)與惰性氣體的摩爾比；比；k m o l (A)/k m o l (B) ； X 任一截面的溶液中溶質(zhì)與溶劑的摩爾比；任一截面的溶液中溶質(zhì)與溶劑的摩爾比；km o l (A)/ k m o l( S) 。對(duì)對(duì)

52、穩(wěn)定吸收過(guò)程，單位時(shí)間內(nèi)氣相在塔內(nèi)被吸收穩(wěn)定吸收過(guò)程，單位時(shí)間內(nèi)氣相在塔內(nèi)被吸收的溶質(zhì)的溶質(zhì) A 的量必須等于液相吸收的量。的量必須等于液相吸收的量。對(duì)全塔對(duì)全塔A A物質(zhì)量作物料衡算物質(zhì)量作物料衡算，可得：，可得：出入AAMM)()(2121XXLYYV2211XVLYXVLY)1 (12YY2）吸收塔的操作線(xiàn)方程式與操作線(xiàn)）吸收塔的操作線(xiàn)方程式與操作線(xiàn) 在 mn截面與塔底截面塔底截面之間作組分A的衡算 LXVYLXVY11 進(jìn)塔氣體量進(jìn)塔氣體量 V和組成和組成 Y1 是吸收任務(wù)規(guī)定的，進(jìn)塔吸收劑溫度和是吸收任務(wù)規(guī)定的，進(jìn)塔吸收劑溫度和組成組成 X2 一般由工藝條件所確定，出塔氣體組成一般由

53、工藝條件所確定，出塔氣體組成 Y2 則由任務(wù)給定的則由任務(wù)給定的回收率回收率 求出。求出?；厥章剩夯厥章剩夯旌蠚庵腥苜|(zhì)混合氣中溶質(zhì)A被吸收的百分率，通過(guò)被吸收的百分率，通過(guò)可以判別吸收效果的好壞?？梢耘袆e吸收效果的好壞。)(11XVLYXVLY逆流吸收塔操作線(xiàn)方程逆流吸收塔操作線(xiàn)方程若在mn截面截面與塔頂截面塔頂截面之間作組分A的衡算，則 LXVYLXVY22)(22XVLYXVLY表明 ： 塔內(nèi)任一截面的氣相濃度Y與液相濃度X之間成直線(xiàn)關(guān)系，直線(xiàn)的斜率為為L(zhǎng)/V。 2121XXYYVL液氣比液氣比：每摩爾惰性氣體所用吸收劑的物質(zhì)的量。121YYY X*-XoX2XX1X*Y*=f(X)XY*Y2YY1YBMAY- Y* 當(dāng)當(dāng) L/V 一定，操作線(xiàn)方程在一定，操作線(xiàn)方程在 Y-X 圖圖上為以液氣比上為以液氣比 L/V為斜率，過(guò)塔進(jìn)、出為斜率，過(guò)塔進(jìn)、出口的氣、液兩相組成點(diǎn)口的氣、液兩相組成點(diǎn)A(X1，Y1)和和B(X2Y2)的直線(xiàn)，稱(chēng)為的直線(xiàn)，稱(chēng)為吸收操作線(xiàn)。吸收操作線(xiàn)。 線(xiàn)上任一點(diǎn)的坐標(biāo)線(xiàn)上任一點(diǎn)的坐標(biāo)M(Y，X)