沈陽(yáng)藥科大學(xué)化工原理第六章氣體吸收(1)

1、1第六章第六章 氣體吸收氣體吸收Gas Absorption2第二節(jié)第二節(jié) 吸收的基本原理吸收的基本原理第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第三節(jié)第三節(jié) 填料吸收塔的工藝計(jì)算填料吸收塔的工藝計(jì)算本章目錄3概述概述第一節(jié)第一節(jié)一、傳質(zhì)過(guò)程簡(jiǎn)介一、傳質(zhì)過(guò)程簡(jiǎn)介二、吸收操作的基本概念二、吸收操作的基本概念三、吸收操作在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用三、吸收操作在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用4一、傳質(zhì)過(guò)程簡(jiǎn)介一、傳質(zhì)過(guò)程簡(jiǎn)介借助于借助于擴(kuò)散擴(kuò)散作用物質(zhì)從一相進(jìn)入到另一相的過(guò)程。作用物質(zhì)從一相進(jìn)入到另一相的過(guò)程。 傳質(zhì)傳質(zhì)研究方向與手段：研究方向與手段：1 1、相平衡。、相平衡。 2 2、過(guò)程速率。、過(guò)程速率。氣體吸收氣體吸收液體蒸餾液體蒸餾固體

2、干燥固體干燥萃萃 取取液液萃取液液萃取固液萃取固液萃取氣相氣相 液相液相液相液相 氣相氣相固相固相 液相液相液相液相1 1 液相液相2 2固相固相 氣相氣相5二、吸收過(guò)程的基本概念二、吸收過(guò)程的基本概念混合氣體混合氣體 O2，N2，NH3H2OO2，N2NH3 吸收吸收利用混合氣體中各組分在某溶劑中利用混合氣體中各組分在某溶劑中溶解度差異溶解度差異分分離氣體混合物的單元操作。離氣體混合物的單元操作。 操作時(shí)某些易操作時(shí)某些易溶組分進(jìn)入液相形溶組分進(jìn)入液相形成溶液，不溶或難成溶液，不溶或難溶組分仍留在氣相溶組分仍留在氣相中，從而實(shí)現(xiàn)混合中，從而實(shí)現(xiàn)混合氣體的分離。氣體的分離。6基本基本概念概念混

3、合氣體混合氣體 溶質(zhì)溶質(zhì) A 氣體中氣體中 能夠能夠被溶解吸收的組分。被溶解吸收的組分。（吸收質(zhì)）（吸收質(zhì)）惰性氣體惰性氣體 B 氣體中氣體中 不能不能被溶解吸收的組分被溶解吸收的組分吸收劑吸收劑S 人為選定的能夠溶解溶質(zhì)人為選定的能夠溶解溶質(zhì)A的液體溶劑。的液體溶劑。吸收液吸收液 吸收操作后形成的溶解了溶質(zhì)吸收操作后形成的溶解了溶質(zhì)A的液相。的液相。吸收操作后的氣相。吸收操作后的氣相。吸收尾氣吸收尾氣惰性氣體與吸收尾氣間關(guān)系？惰性氣體與吸收尾氣間關(guān)系？思思 考考7 分類(lèi)分類(lèi)吸收組分多少吸收組分多少單組分吸收單組分吸收多組分吸收多組分吸收有無(wú)化學(xué)反應(yīng)有無(wú)化學(xué)反應(yīng)物理吸收物理吸收化學(xué)吸收化學(xué)吸收

4、溫度變化情況溫度變化情況等溫吸收等溫吸收非等溫吸收非等溫吸收應(yīng)用應(yīng)用1、凈化氣體、凈化氣體 2、制備溶劑、制備溶劑 3、回收有用物質(zhì)。、回收有用物質(zhì)。8 吸收基本原理吸收基本原理第二節(jié)第二節(jié)一、相組分的表示方法一、相組分的表示方法二、氣體在液體中的溶解度二、氣體在液體中的溶解度三、亨利定律三、亨利定律四、吸收速率四、吸收速率五、吸收機(jī)理五、吸收機(jī)理雙膜理論雙膜理論六、氣膜、液膜擴(kuò)散速率方程六、氣膜、液膜擴(kuò)散速率方程七、吸收速率方程七、吸收速率方程91質(zhì)量分率與物質(zhì)的量分率（摩爾分率）質(zhì)量分率與物質(zhì)的量分率（摩爾分率）混合物中某組分的質(zhì)量占混合物中某組分的質(zhì)量占總物質(zhì)質(zhì)量總物質(zhì)質(zhì)量的分率。的分率

5、。混合物中某組分的物質(zhì)的量占混合物中某組分的物質(zhì)的量占總物質(zhì)的量總物質(zhì)的量的分率。（摩爾分率）的分率。（摩爾分率）一、相組分的表示方法一、相組分的表示方法 質(zhì)量分率質(zhì)量分率物質(zhì)的量物質(zhì)的量 分率分率氣相氣相AwAmym液相液相nnxAAAwAmxmAm組分組分A質(zhì)量，質(zhì)量，kg氣相或液相總質(zhì)量，氣相或液相總質(zhì)量，kgm氣相氣相液相液相AAnynAn組分組分A物質(zhì)的量，物質(zhì)的量，moL總物質(zhì)的量，總物質(zhì)的量，moLn102質(zhì)量比（比質(zhì)量分率）與物質(zhì)的量比（比摩爾分率）質(zhì)量比（比質(zhì)量分率）與物質(zhì)的量比（比摩爾分率）一相中某組分的質(zhì)量與該相一相中某組分的質(zhì)量與該相其余組分其余組分質(zhì)質(zhì)量的之比。量的之

6、比。 質(zhì)量比質(zhì)量比 物質(zhì)的量比物質(zhì)的量比AABnYn溶質(zhì)物質(zhì)的量惰性氣體物質(zhì)的量AASnXn溶質(zhì)物質(zhì)的量吸收劑物質(zhì)的量ABWAmYm溶質(zhì)質(zhì)量惰性氣體質(zhì)量氣相氣相ASWAmXm溶質(zhì)質(zhì)量吸收劑的質(zhì)量液相液相一相中某組分的物質(zhì)的量與該相一相中某組分的物質(zhì)的量與該相其余組分其余組分物質(zhì)的量的之比。物質(zhì)的量的之比。11質(zhì)量分率與質(zhì)量比間的關(guān)系：質(zhì)量分率與質(zhì)量比間的關(guān)系：物質(zhì)的量分率與物質(zhì)的量比間的關(guān)系：物質(zhì)的量分率與物質(zhì)的量比間的關(guān)系：XXx1-xxX11WwWXxX1wWwxX- xYYy1-yyY1液相液相液相液相氣相氣相推導(dǎo)：推導(dǎo)：Anxn總1 XXAAsnnn1AsAsnnnn123質(zhì)量濃度與物

7、質(zhì)的量濃度（摩爾濃度）質(zhì)量濃度與物質(zhì)的量濃度（摩爾濃度）一相中單位體積含有混合物中某組分一相中單位體積含有混合物中某組分A的質(zhì)的質(zhì)量多少。量多少。 AA mCV一相中單位體積含有混合物中某組分一相中單位體積含有混合物中某組分A的的物質(zhì)的量的多少。物質(zhì)的量的多少。AA nCV 質(zhì)量濃度質(zhì)量濃度 物質(zhì)的量濃度物質(zhì)的量濃度兩者間的關(guān)系兩者間的關(guān)系A(chǔ)AACCM質(zhì)量濃度與質(zhì)量分率關(guān)系質(zhì)量濃度與質(zhì)量分率關(guān)系A(chǔ)ACx（Kg/m3）（mol/m3）134氣體總壓氣體總壓 P與組分的分壓與組分的分壓 pA總壓與某組分的分壓間的關(guān)系總壓與某組分的分壓間的關(guān)系物質(zhì)的量比與分壓間的關(guān)系物質(zhì)的量比與分壓間的關(guān)系A(chǔ)AAY

8、pPp物質(zhì)的量濃度與分壓間的關(guān)系物質(zhì)的量濃度與分壓間的關(guān)系A(chǔ)AAnpCVRTAApPynRTPVRTnVpAA nnPpAA Ay 14吸收速率解吸速率吸收速率解吸速率 吸收吸收過(guò)程，溶質(zhì)過(guò)程，溶質(zhì)( (氣體氣體) )向液相轉(zhuǎn)移。向液相轉(zhuǎn)移。吸收速率解吸速率吸收速率解吸速率 動(dòng)態(tài)平衡動(dòng)態(tài)平衡，無(wú)凈溶質(zhì)轉(zhuǎn)移。，無(wú)凈溶質(zhì)轉(zhuǎn)移。吸收速率解吸速率吸收速率解吸速率 解吸解吸過(guò)程，溶質(zhì)向氣相轉(zhuǎn)移。過(guò)程，溶質(zhì)向氣相轉(zhuǎn)移。二、氣體在液體中溶解度二、氣體在液體中溶解度氣體溶解度：氣體溶解度：一定溫度，壓力下，氣液兩相接觸達(dá)到一定溫度，壓力下，氣液兩相接觸達(dá)到 平衡時(shí)，氣體溶質(zhì)組分在液相中的平衡時(shí)，氣體溶質(zhì)組分在

9、液相中的平衡平衡 濃度（或飽和濃度）。濃度（或飽和濃度）。15 表明一定條件下吸收過(guò)程可能達(dá)到的表明一定條件下吸收過(guò)程可能達(dá)到的極限極限程度，程度，最最 大大程度。程度。平衡分壓和飽和濃度間關(guān)系可用平衡分壓和飽和濃度間關(guān)系可用“溶解度曲線溶解度曲線”表表示示.平衡分壓：平衡分壓：平衡時(shí)氣相中溶質(zhì)的分壓。平衡時(shí)氣相中溶質(zhì)的分壓。飽和濃度：飽和濃度：平衡時(shí)溶質(zhì)在液相中的濃度。平衡時(shí)溶質(zhì)在液相中的濃度。二、氣體在液體中溶解度二、氣體在液體中溶解度二、氣體在液體中溶解度二、氣體在液體中溶解度16二、氣體在液體中溶解度二、氣體在液體中溶解度溫度，壓力恒定，一定量溶劑和混合氣體充分接觸。溫度，壓力恒定，一

10、定量溶劑和混合氣體充分接觸。氣相氣相液相液相吸吸 收收解解 吸吸( (氣體吸收的相平衡）氣體吸收的相平衡）平衡狀態(tài)：平衡狀態(tài)： 一定壓力和溫度，一定量的吸收劑與一定壓力和溫度，一定量的吸收劑與 混合氣體混合氣體充分接觸，氣相中的溶質(zhì)向溶劑中轉(zhuǎn)移，長(zhǎng)期充分充分接觸，氣相中的溶質(zhì)向溶劑中轉(zhuǎn)移，長(zhǎng)期充分接接 觸后，液相中溶質(zhì)組分的濃度不再增加，此時(shí)，觸后，液相中溶質(zhì)組分的濃度不再增加，此時(shí)，氣液兩相達(dá)到平衡。氣液兩相達(dá)到平衡。17幾種氣體在水中的溶解度曲線幾種氣體在水中的溶解度曲線t=293KCO2NH3液相中溶質(zhì)的物質(zhì)的量分率液相中溶質(zhì)的物質(zhì)的量分率pA, kPa氣相中溶質(zhì)的分壓氣相中溶質(zhì)的分壓o

11、2 溶解度曲線：在一定溫度或壓力下，平衡時(shí)溶質(zhì)在溶解度曲線：在一定溫度或壓力下，平衡時(shí)溶質(zhì)在氣相和液相中的濃度的關(guān)系曲線。氣相和液相中的濃度的關(guān)系曲線。二、氣體在液體中溶解度二、氣體在液體中溶解度SO2 在相同條件下，在相同條件下，NH3 在水中的溶解度較在水中的溶解度較 SO2 大大得多。得多。 用水作吸收劑時(shí)，稱(chēng)用水作吸收劑時(shí)，稱(chēng) NH3 為易溶氣體，為易溶氣體，SO2為為中等溶解氣體，溶解度更小的氣體則為難溶氣體中等溶解氣體，溶解度更小的氣體則為難溶氣體(如如O2 在在 30 和溶質(zhì)的分壓為和溶質(zhì)的分壓為 40kPa 的條件下，的條件下，1kg 水中溶解的質(zhì)量?jī)H為水中溶解的質(zhì)量?jī)H為 0.

12、014g)。 二、氣體在液體中溶解度二、氣體在液體中溶解度氨在水中的溶解度液相中氨的摩爾數(shù)氣相中氨的分壓60504030二、氣體在液體中溶解度二、氣體在液體中溶解度20下SO2在水中的溶解度101.3kPa202.6kPaxy二、氣體在液體中溶解度二、氣體在液體中溶解度211 1、影響氣體溶解度的因素、影響氣體溶解度的因素（1 1）氣體溶質(zhì)）氣體溶質(zhì) 同一種溶劑中，溶質(zhì)不同，溶解同一種溶劑中，溶質(zhì)不同，溶解 度是不同的。度是不同的。（2 2）液體溶劑）液體溶劑 同一種溶質(zhì)在不同的溶劑中的溶解度同一種溶質(zhì)在不同的溶劑中的溶解度 也是不同的。也是不同的。（3 3）操作溫度）操作溫度（4 4）操作壓

13、力）操作壓力對(duì)于氣體而言，溫度升高，溶解度降低。對(duì)于氣體而言，溫度升高，溶解度降低。 低溫有利于吸收操作進(jìn)行。而高溫利于解吸過(guò)程。低溫有利于吸收操作進(jìn)行。而高溫利于解吸過(guò)程。總壓增加總壓增加, ,溶質(zhì)溶解度增加，有利于吸收溶質(zhì)溶解度增加，有利于吸收 。二、氣體在液體中溶解度二、氣體在液體中溶解度二、氣體在液體中溶解度二、氣體在液體中溶解度222 2、溶解度曲線對(duì)吸收操作的意義、溶解度曲線對(duì)吸收操作的意義（2 2）表明吸收操作進(jìn)行的方向和限度。）表明吸收操作進(jìn)行的方向和限度。pApA*CA CA*pApA*CACA*吸收過(guò)程吸收過(guò)程解吸過(guò)程解吸過(guò)程pApA*CACA*平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)（1 1）表

14、明氣液兩相）表明氣液兩相平衡平衡濃度是一一對(duì)應(yīng)的。濃度是一一對(duì)應(yīng)的。（3 3）表明吸收過(guò)程推動(dòng)力的大小。）表明吸收過(guò)程推動(dòng)力的大小。推動(dòng)力推動(dòng)力cccppp*二、氣體在液體中溶解度二、氣體在液體中溶解度23CpABpACApA*CA*CBCB*pB二、氣體在液體中溶解度二、氣體在液體中溶解度24三、亨利三、亨利（Henry）定律定律Exp*A 總壓不高總壓不高（P P5atm5atm）時(shí)，在一定溫度下，時(shí)，在一定溫度下，稀溶稀溶液液上方氣相中溶質(zhì)組成與溶質(zhì)在液相中組成成上方氣相中溶質(zhì)組成與溶質(zhì)在液相中組成成正比正比。 1. px關(guān)系關(guān)系*Ap溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓，溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓，kP

15、a； x 溶質(zhì)在液相中的物質(zhì)的量分率；溶質(zhì)在液相中的物質(zhì)的量分率； E亨利常數(shù)，亨利常數(shù)， kPa； 式中式中pxE25討討 論論（1）亨利系數(shù)與溶解度關(guān)系）亨利系數(shù)與溶解度關(guān)系 E小，溶解度大，易溶氣體小，溶解度大，易溶氣體E大，溶解度小，難溶氣體大，溶解度小，難溶氣體 E大大pxE小?。?）影響）影響E的因素：溶質(zhì)、溶劑、溫度的因素：溶質(zhì)、溶劑、溫度T、 物系等。物系等。 ET（3）E的來(lái)源：實(shí)驗(yàn)測(cè)得、查手冊(cè)等的來(lái)源：實(shí)驗(yàn)測(cè)得、查手冊(cè)等思思 考考Exp*AApEx*ApE x間關(guān)系？間關(guān)系？三、亨利三、亨利（Henry）定律定律26HcpA*A溶解度系數(shù)溶解度系數(shù)H與亨利系數(shù)與亨利系數(shù)E關(guān)

16、系關(guān)系2. pC關(guān)系關(guān)系H溶解度系數(shù)，溶解度系數(shù)， kmol/（m3kPa） cA液相中溶質(zhì)物質(zhì)的量濃度，液相中溶質(zhì)物質(zhì)的量濃度，kmol/m3； 式中式中pC1/H 溶解度系數(shù)溶解度系數(shù)H表示氣相分壓等于表示氣相分壓等于1KPa時(shí)，溶質(zhì)在溶時(shí)，溶質(zhì)在溶 液中能達(dá)到的最大物質(zhì)的量濃度。液中能達(dá)到的最大物質(zhì)的量濃度。SSHMEssM溶劑的密度溶劑的密度溶劑的分子量溶劑的分子量三、亨利三、亨利（Henry）定律定律27LLSA(1)AnxmxxxcVVMMMxM xSSAS1(1)EMxMx HHMx很 ?。?）H大，溶解度大，易溶氣體大，溶解度大，易溶氣體 H小，溶解度小，難溶氣體小，溶解度小，

17、難溶氣體推導(dǎo)如下：推導(dǎo)如下：討討 論論（2）溫度升高，）溫度升高，H降低，溶解度降低。降低，溶解度降低。H小小pcH大大c小小c大大三、亨利三、亨利（Henry）定律定律HcpA*AExp*A283. yx 關(guān)系關(guān)系*ymx m相平衡常數(shù)，無(wú)因次。相平衡常數(shù)，無(wú)因次。yxmm與與E關(guān)系關(guān)系*ApPy*y PExEmP*EyxP（1）m大，溶解度小，難溶氣體大，溶解度小，難溶氣體（2）溫度升高，）溫度升高，m增加，溶解度降低增加，溶解度降低討討 論論P(yáng)總壓，總壓，KPaExp*A三、亨利三、亨利（Henry）定律定律294. YX 關(guān)系關(guān)系 m相平衡常數(shù)，無(wú)因次。相平衡常數(shù)，無(wú)因次。*YmX*A

18、pE x*AAcpH*ymx*YmX 亨利定律的各種表達(dá)式所描述亨利定律的各種表達(dá)式所描述的都是的都是互成平衡互成平衡的氣液兩相組成間的氣液兩相組成間的關(guān)系，既可根據(jù)液相組成計(jì)算平的關(guān)系，既可根據(jù)液相組成計(jì)算平衡的氣相組成，也可根據(jù)氣相組成衡的氣相組成，也可根據(jù)氣相組成計(jì)算平衡的液相組成。計(jì)算平衡的液相組成。三、亨利三、亨利（Henry）定律定律30某吸收過(guò)程，氣體入口的溶質(zhì)濃度為某吸收過(guò)程，氣體入口的溶質(zhì)濃度為6（V），出口為），出口為0.4（同上），液體出口為（同上），液體出口為0.012KmoLNH3/KmoLH2O，入口為純?nèi)軇?，平衡關(guān)系為入口為純?nèi)軇胶怅P(guān)系為 Y * 0.76X，

19、求：塔頂、塔底的推動(dòng)力大?。壳螅核?、塔底的推動(dòng)力大??？例例 題題氣體入口氣體入口Y1氣體出口氣體出口Y2液體入口液體入口X2液體出口液體出口X11110.060.063811 0.06yYy32220.0044.02 1011 0.004yYy110.0120.76 0.0120.00912X已知，則Y220,0X已知?jiǎng)tY32224.02 10YYY塔頂氣相推動(dòng)力1110.0638 0.00912=0.0547YY Y 塔 底 氣 相 推 動(dòng) 力31 四、吸收速率四、吸收速率吸收過(guò)程吸收過(guò)程（1）溶質(zhì)）溶質(zhì)A由氣相主體到相界面，由氣相主體到相界面，氣相內(nèi)傳遞；氣相內(nèi)傳遞；（2）溶質(zhì)）溶質(zhì)A在

20、相界面上溶解，溶解過(guò)程；在相界面上溶解，溶解過(guò)程；（3）溶質(zhì)）溶質(zhì)A自相界面到液相主體，自相界面到液相主體，液相內(nèi)傳遞。液相內(nèi)傳遞。氣相擴(kuò)散氣相擴(kuò)散液相擴(kuò)散液相擴(kuò)散相界面相界面單相內(nèi)傳遞的兩種基本方式單相內(nèi)傳遞的兩種基本方式分子擴(kuò)散分子擴(kuò)散渦流擴(kuò)散渦流擴(kuò)散 分子擴(kuò)散現(xiàn)象分子擴(kuò)散現(xiàn)象 33費(fèi)克（費(fèi)克（Fick）定律）定律 靜止的或?qū)恿髁鲃?dòng)的流體內(nèi)部，若某組分存在靜止的或?qū)恿髁鲃?dòng)的流體內(nèi)部，若某組分存在濃濃度差度差，借助于，借助于分子無(wú)規(guī)則分子無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，組分由濃度較的熱運(yùn)動(dòng)，組分由濃度較高處遷移至濃度較低處的過(guò)程。高處遷移至濃度較低處的過(guò)程。 溫度、總壓一定，在擴(kuò)散方向上任一溫度、總壓一定，

21、在擴(kuò)散方向上任一 點(diǎn)處組分點(diǎn)處組分A的擴(kuò)散速率與該處的擴(kuò)散速率與該處A的濃度梯度成的濃度梯度成正比正比。AddcNDA 費(fèi)克定律費(fèi)克定律 四、吸收速率四、吸收速率34AddcNDA (kmol/s)NA 組分組分A擴(kuò)散速率，擴(kuò)散速率， kmol/s； 組分在擴(kuò)散方向上的濃度梯度，組分在擴(kuò)散方向上的濃度梯度，kmol/m4 ddc D 組分組分A的分子擴(kuò)散系數(shù)，的分子擴(kuò)散系數(shù)，m2/s。 負(fù)號(hào)負(fù)號(hào)表示擴(kuò)散方向與濃度梯度方向表示擴(kuò)散方向與濃度梯度方向相反相反，擴(kuò)散沿，擴(kuò)散沿 濃度降低的方向進(jìn)行濃度降低的方向進(jìn)行 。式中式中A 擴(kuò)散接觸面積，擴(kuò)散接觸面積，m2 四、吸收速率四、吸收速率AcNDA穩(wěn)態(tài)

22、條件穩(wěn)態(tài)條件35AddNDcA （）由費(fèi)克定律得由費(fèi)克定律得 沿著擴(kuò)散方向，當(dāng)物質(zhì)濃度梯度為沿著擴(kuò)散方向，當(dāng)物質(zhì)濃度梯度為1 1時(shí)，單位時(shí)間單時(shí)，單位時(shí)間單位面積上擴(kuò)散過(guò)物質(zhì)的量的多少。位面積上擴(kuò)散過(guò)物質(zhì)的量的多少。量綱量綱2A24/Nkmol sDmsAm kmol m（dc/d ）（1）表示物質(zhì)擴(kuò)散能力大小，）表示物質(zhì)擴(kuò)散能力大小，D越大，擴(kuò)散能力越強(qiáng)。越大，擴(kuò)散能力越強(qiáng)。（2 2）物性參數(shù)，受物質(zhì)種類(lèi)、溫度壓力、濃度等影響。）物性參數(shù)，受物質(zhì)種類(lèi)、溫度壓力、濃度等影響。（3 3）可通過(guò)手冊(cè)、實(shí)驗(yàn)測(cè)定、半經(jīng)驗(yàn)公式等獲得。）可通過(guò)手冊(cè)、實(shí)驗(yàn)測(cè)定、半經(jīng)驗(yàn)公式等獲得。討討 論論 四、吸收速率四、

23、吸收速率36NANBT PpA2pB2T PpA1pB112ABNN ApNDARTpVnRTApC RTApCRT費(fèi)克定律費(fèi)克定律用用分壓分壓表示表示 四、吸收速率四、吸收速率ACNDA37ABmBmpDAPNDAppRTpRTP斯蒂芬公式斯蒂芬公式 四、吸收速率四、吸收速率式中：式中：BmaapP 擴(kuò)散層中惰性氣體的平均分壓，kP ；總壓，kP 。 考慮到擴(kuò)散考慮到擴(kuò)散A組分穿過(guò)靜止的惰性分子，惰組分穿過(guò)靜止的惰性分子，惰性氣體分子占總量的性氣體分子占總量的 對(duì)擴(kuò)散距離進(jìn)行校對(duì)擴(kuò)散距離進(jìn)行校正正B mpP38AddEcND A 2 2、渦流擴(kuò)散、渦流擴(kuò)散 流體作流體作湍流湍流運(yùn)動(dòng)時(shí)，若內(nèi)部

24、存在濃度梯度，流運(yùn)動(dòng)時(shí)，若內(nèi)部存在濃度梯度，流體質(zhì)點(diǎn)靠湍動(dòng)的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，相互體質(zhì)點(diǎn)靠湍動(dòng)的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，相互碰撞碰撞和和混合混合，從，從高濃度向低濃度方向傳遞過(guò)程。高濃度向低濃度方向傳遞過(guò)程。渦流擴(kuò)散速率渦流擴(kuò)散速率DE 組分渦流擴(kuò)散系數(shù)，組分渦流擴(kuò)散系數(shù)， m2/s； （1 1）非物性參數(shù)，不僅受物質(zhì)物性，還受流體湍動(dòng)程）非物性參數(shù)，不僅受物質(zhì)物性，還受流體湍動(dòng)程 度，所處位置的影響。度，所處位置的影響。（2 2）可實(shí)驗(yàn)測(cè)定獲得。）可實(shí)驗(yàn)測(cè)定獲得。討討 論論 四、吸收速率四、吸收速率393 3、對(duì)流擴(kuò)散（對(duì)流傳質(zhì)）、對(duì)流擴(kuò)散（對(duì)流傳質(zhì)）定義：定義：發(fā)生在運(yùn)動(dòng)著的流體與相界面之間的傳質(zhì)過(guò)程。發(fā)生

25、在運(yùn)動(dòng)著的流體與相界面之間的傳質(zhì)過(guò)程。（1）靠近相界面層流內(nèi)層）靠近相界面層流內(nèi)層 濃度變化大，接近直線變化，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)濃度變化大，接近直線變化，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度慢，動(dòng)速度慢，分子擴(kuò)散分子擴(kuò)散。 （2）過(guò)渡區(qū)：）過(guò)渡區(qū)：濃度變化趨緩，曲線變化，濃度變化趨緩，曲線變化，分子擴(kuò)散和渦流擴(kuò)散分子擴(kuò)散和渦流擴(kuò)散.（3）湍流主體（中心）：）湍流主體（中心）：濃度均一化，幾濃度均一化，幾乎水平，質(zhì)點(diǎn)劇烈混合，乎水平，質(zhì)點(diǎn)劇烈混合，渦流擴(kuò)散渦流擴(kuò)散遠(yuǎn)大于分遠(yuǎn)大于分子擴(kuò)散。子擴(kuò)散。Ad()dEcNDD A 四、吸收速率四、吸收速率 對(duì)流擴(kuò)散速率，既有分子擴(kuò)散又有渦流擴(kuò)散。40有效滯流膜模型有效滯流膜模型ZG有效膜有效

26、膜 1、對(duì)流傳質(zhì)的、對(duì)流傳質(zhì)的傳質(zhì)阻力傳質(zhì)阻力全部集中全部集中在一層在一層虛擬的膜虛擬的膜內(nèi)，膜內(nèi)的傳質(zhì)形內(nèi)，膜內(nèi)的傳質(zhì)形式為式為分子擴(kuò)散分子擴(kuò)散 。2、有效膜厚、有效膜厚等于層流層厚度加等于層流層厚度加與湍流主體、過(guò)渡區(qū)阻力相當(dāng)?shù)呐c湍流主體、過(guò)渡區(qū)阻力相當(dāng)?shù)牧黧w厚度。流體厚度。3、膜外湍流主體濃度均勻，、膜外湍流主體濃度均勻，無(wú)傳無(wú)傳質(zhì)阻力質(zhì)阻力。 四、吸收速率四、吸收速率41 四、吸收速率四、吸收速率相界面氣相主體/GzGz 有效滯流膜模型對(duì)比傳熱中的傳熱邊界層模型對(duì)比傳熱中的傳熱邊界層模型42 五、吸收機(jī)理雙膜理論五、吸收機(jī)理雙膜理論ppicic氣相氣相液相液相傳質(zhì)方向傳質(zhì)方向氣膜氣膜液

27、膜液膜dttWtTWT傳熱壁傳熱壁冷冷流流體體熱熱流流體體傳熱方向傳熱方向傳熱邊界層傳熱邊界層43雙膜理論要點(diǎn)雙膜理論要點(diǎn)1、相互接觸的氣、液兩相存在、相互接觸的氣、液兩相存在穩(wěn)定的相界面穩(wěn)定的相界面，界面，界面 兩側(cè)存在很薄的兩側(cè)存在很薄的氣膜和液膜氣膜和液膜。膜內(nèi)為。膜內(nèi)為層流層流流動(dòng)，流動(dòng)， 吸收質(zhì)以吸收質(zhì)以分子擴(kuò)散分子擴(kuò)散方式通過(guò)兩膜。方式通過(guò)兩膜。3、在、在相界面相界面處，氣液兩相達(dá)平衡，處，氣液兩相達(dá)平衡，無(wú)擴(kuò)散阻力無(wú)擴(kuò)散阻力。 2、兩膜外氣、液兩相主體中，、兩膜外氣、液兩相主體中，湍流湍流流動(dòng)，濃度均勻，流動(dòng)，濃度均勻， 無(wú)無(wú)傳質(zhì)阻力，溶質(zhì)主要以傳質(zhì)阻力，溶質(zhì)主要以渦流渦流擴(kuò)散的

28、形式傳質(zhì)。全擴(kuò)散的形式傳質(zhì)。全 部阻力都集中在兩膜內(nèi)部阻力都集中在兩膜內(nèi)“雙阻力理論雙阻力理論”。 4、氣膜推動(dòng)力為、氣膜推動(dòng)力為 ，液膜推動(dòng)力為，液膜推動(dòng)力為ippiCC 五、吸收機(jī)理雙膜理論五、吸收機(jī)理雙膜理論AiGBmDPNAppRTzp對(duì)于氣相對(duì)于氣相對(duì)于液相對(duì)于液相0LAiLBmD CNAccz C 四、吸收速率雙膜理論四、吸收速率雙膜理論根據(jù)分子擴(kuò)散理論根據(jù)分子擴(kuò)散理論45GZ氣膜氣膜LZ液膜液膜pipCiC氣膜分子氣膜分子擴(kuò)散擴(kuò)散液膜分子液膜分子擴(kuò)散擴(kuò)散氣氣相相主主體體液液相相主主體體相界面相界面 五、吸收機(jī)理雙膜理論五、吸收機(jī)理雙膜理論 單向擴(kuò)散：?jiǎn)蜗驍U(kuò)散：設(shè)由設(shè)由A、B兩組分

29、組成的二元混合物中，兩組分組成的二元混合物中，組分組分A為擴(kuò)散組分，組分為擴(kuò)散組分，組分B為停滯組分，（不擴(kuò)散組為停滯組分，（不擴(kuò)散組分），則分），則組分組分A通過(guò)停滯組分通過(guò)停滯組分B的擴(kuò)散的擴(kuò)散，稱(chēng)為單向擴(kuò)散，稱(chēng)為單向擴(kuò)散或或A通過(guò)停滯組分通過(guò)停滯組分B的擴(kuò)散。的擴(kuò)散。 界面阻界面阻留組分留組分BcBicB組分組分B反反向擴(kuò)散向擴(kuò)散組分組分A在在界面溶解界面溶解p主體主體p界面界面混合物由氣相主混合物由氣相主體向界面移動(dòng)體向界面移動(dòng)主體流動(dòng)：主體流動(dòng)：混合物由主體向界面的流動(dòng)?；旌衔镉芍黧w向界面的流動(dòng)。 五、吸收機(jī)理雙膜理論五、吸收機(jī)理雙膜理論47由費(fèi)克定律和雙膜理論得由費(fèi)克定律和雙膜理論

30、得“氣膜擴(kuò)散速率方程氣膜擴(kuò)散速率方程”AGpNDARTZP總壓，總壓，P=pA+pB, PaGZ氣膜厚度，氣膜厚度，mD氣膜分子擴(kuò)散系數(shù)，氣膜分子擴(kuò)散系數(shù)，m2/s()BmPp漂流因子，無(wú)因次漂流因子，無(wú)因次p溶質(zhì)溶質(zhì)A在氣相主體分壓，在氣相主體分壓，Paip溶質(zhì)溶質(zhì)A在界面處分壓，在界面處分壓，Pa式中式中 宏觀上，氣膜中溶質(zhì)宏觀上，氣膜中溶質(zhì)A穿過(guò)了穿過(guò)了“靜止靜止”的惰性氣體的惰性氣體B到相界面溶解進(jìn)入液相。到相界面溶解進(jìn)入液相。 ()BmPp()()iGBmppPDARTZp 五、吸收機(jī)理雙膜理論五、吸收機(jī)理雙膜理論48BiBBmBiBln()pppppBp惰性氣體惰性氣體B在氣相主體

31、分壓，在氣相主體分壓，PaBip惰性氣體惰性氣體B在界面處分壓，在界面處分壓，Pa()BmP p漂流因子漂流因子()()()ln()iiPpPpPpPp 漂流因數(shù)大小反映了總體流動(dòng)對(duì)傳質(zhì)速率的影響漂流因數(shù)大小反映了總體流動(dòng)對(duì)傳質(zhì)速率的影響程度，其值為總體流動(dòng)使傳質(zhì)速率較單純分子擴(kuò)散增程度，其值為總體流動(dòng)使傳質(zhì)速率較單純分子擴(kuò)散增大的倍數(shù)。主要受濃度影響。大的倍數(shù)。主要受濃度影響。 五、吸收機(jī)理雙膜理論五、吸收機(jī)理雙膜理論492 2、液膜擴(kuò)散速率方程、液膜擴(kuò)散速率方程 宏觀上液膜中溶質(zhì)宏觀上液膜中溶質(zhì)A穿過(guò)了穿過(guò)了“靜止靜止”的吸收劑的吸收劑S.00()()()iALLLBmLBmCCCCCND

32、 AD AZCZC0C液相物質(zhì)總濃度，液相物質(zhì)總濃度，mol/m3LZ液膜厚度，液膜厚度，mLD液膜分子擴(kuò)散系數(shù)，液膜分子擴(kuò)散系數(shù)，m2/s0()BmCC漂流因子，無(wú)因次漂流因子，無(wú)因次C溶質(zhì)溶質(zhì)A在液相主體濃度，在液相主體濃度，mol/m3iC溶質(zhì)溶質(zhì)A在界面處濃度，在界面處濃度，mol/m3式中式中 五、吸收機(jī)理雙膜理論五、吸收機(jī)理雙膜理論50BiBmBiln()BBCCCCCBC吸收劑吸收劑S在液相主體濃度，在液相主體濃度，mol/m3BiC吸收劑吸收劑S在界面處濃度，在界面處濃度，mol/m30()BmCC漂流因子漂流因子0000()()()ln()AiAAiACCCCCCCC 五、吸

33、收機(jī)理雙膜理論五、吸收機(jī)理雙膜理論51 六、吸收速率方程六、吸收速率方程1 1、氣膜吸收速率方程、氣膜吸收速率方程由氣膜擴(kuò)散速率方程得由氣膜擴(kuò)散速率方程得()()iAGBmppPND ARTZp擴(kuò)散速率吸收速率擴(kuò)散速率吸收速率GGBm()DPkRTZp令令氣膜吸收分系數(shù)氣膜吸收分系數(shù),mol/(m2sPa)GkAGi()ANkpp-氣膜吸收速率方程氣膜吸收速率方程-氣膜吸收速率方程氣膜吸收速率方程=推動(dòng)力吸收速率吸收系數(shù) 推動(dòng)力吸收阻力52因?yàn)橐驗(yàn)閕ipPypPyAGi()ANkPyPyAGi()ANPkyyGykPk令令A(yù)yi()ANkyy-氣膜吸收速率方程氣膜吸收速率方程yk氣膜吸收分系數(shù)

34、，氣膜吸收分系數(shù)，mol/m2s其中其中 六、吸收速率方程六、吸收速率方程53由液膜擴(kuò)散速率方程得由液膜擴(kuò)散速率方程得0LLBm()LCDkZC令令A(yù)L()AiNkCC-液膜吸收速率方程液膜吸收速率方程-液膜吸收速率方程液膜吸收速率方程2 2、液膜吸收速率方程、液膜吸收速率方程0()()iALLBmCCCND AZC液膜吸收分系數(shù)，液膜吸收分系數(shù)，m/sLk因?yàn)橐驗(yàn)?0iiCC xCC x0LxkC k令令A(yù)x()AiNkxx-液膜吸收速率方程液膜吸收速率方程液膜吸收分系數(shù)，液膜吸收分系數(shù)，mol/(m2s)xk 六、吸收速率方程六、吸收速率方程54穩(wěn)定吸收傳質(zhì)過(guò)程：穩(wěn)定吸收傳質(zhì)過(guò)程：氣膜吸收

35、速率液膜吸收速率氣膜吸收速率液膜吸收速率 總吸收速率總吸收速率()()iAGBmppPND ARTZpAGi()ANkppAL()AiNkCC0()()iALLsmCCCND AZCAx()AiNkxxAyi()ANkyy問(wèn)問(wèn) 題題氣液兩相相界面如何界定氣液兩相相界面如何界定? ?界面濃度如何獲得界面濃度如何獲得? ? 六、吸收速率方程六、吸收速率方程553 3、總吸收速率方程、總吸收速率方程AGi()ANkpp氣膜氣膜AL()AiNkCC液膜液膜AiGANppkALAiNCCk由雙膜理論相界面處兩相達(dá)到平衡由雙膜理論相界面處兩相達(dá)到平衡*iiCCppHH*AL()AiNH ppk*ALAiN

36、ppkHALAiNCCk整理整理 六、吸收速率方程六、吸收速率方程56AiGANppk氣膜氣膜*ALAiNppkH液膜液膜兩式相加兩式相加*11()AGLNppAkk H111GGLKkk H令令*()AGNKppA因?yàn)橐驗(yàn)閜PypPyG(1)(1)YGPKKPKYY*()AYNKYYA 六、吸收速率方程六、吸收速率方程1YyY又57總吸收速率方程總吸收速率方程*()AGNKppA*()AYNKYYA氣相吸收總系數(shù)氣相吸收總系數(shù),mol/(m2sPa)GKYK氣相吸收總系數(shù)，氣相吸收總系數(shù)，mol/m2s其中其中111GGLKkk H總阻力氣膜阻力總阻力氣膜阻力+ +液膜阻力液膜阻力討討 論論