第八章氣體吸收

第八章氣體吸收1第一頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五第八章氣體吸收8.1概述8.2氣液相平衡8.3擴(kuò)散和單相傳質(zhì)8.4相際傳質(zhì)8.5低含量氣體吸收(本章重點(diǎn))8.6高含量氣體吸收8.7化學(xué)吸收2第二頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.1概述8．1．1化工生產(chǎn)中的傳質(zhì)過程傳質(zhì)分離過程：利用物系中不同組分的物理性質(zhì)或化學(xué)性質(zhì)的差異來造成一個(gè)兩相物系，使其中某一組分或某些組分從一相轉(zhuǎn)移到另一相，達(dá)到分離的目的，這一過程稱為傳質(zhì)分離過程。以傳質(zhì)分離過程為特征的基本單元操作在化工生產(chǎn)中很多，如：3第三頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8．1．1化工生產(chǎn)中的傳質(zhì)過程（1）氣體吸收選擇一定的溶劑（外界引入第二相）造成兩相，以分離氣體混合物。如用水作溶劑來吸收混合在空氣中的氨，它是利用氨和空氣在水中溶解度的差異，進(jìn)行分離。（2）液體蒸餾對(duì)于液體混合物，通過改變狀態(tài)，如加熱氣化，使混合物造成兩相，它是利用不同組分揮發(fā)性的差異，進(jìn)行分離。（3）固體干燥對(duì)含一定濕分（水或其它溶劑）的固體提供一定的熱量，使溶劑汽化，利用濕分壓差，使?jié)穹謴墓腆w表面或內(nèi)部轉(zhuǎn)移到氣相，從而使含濕固體物料得以干燥。4第四頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8．1．1化工生產(chǎn)中的傳質(zhì)過程（4）液-液萃取

向液體混合物中加入某種溶劑，利用液體中各組分在溶劑中溶解度的差異分離液體混合物，在其分離過程中，溶質(zhì)由一液相轉(zhuǎn)移到另一液相。（5）結(jié)晶

對(duì)混合物（蒸汽、溶液或熔融物）采用降溫或濃縮的方法使其達(dá)到過飽和狀態(tài)，析出溶質(zhì)，得到固體產(chǎn)品。（6）吸附

利用多孔固體顆粒選擇性地吸附混合物（液體或氣體）中的一個(gè)組分或幾個(gè)組分，從而使混合物得以分離。其逆過程為脫附過程。（7）膜分離

利用固體膜對(duì)混合物中各組分的選擇性滲透從而分離各個(gè)組分。

5第五頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五6第六頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8．1．2氣體吸收過程吸收過程：利用混合氣中各組分在溶劑中溶解度差異而使氣體混合物中各組分分離的單元操作稱為吸收過程。7第七頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五吸收設(shè)備8第八頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五9第九頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8．1．2氣體吸收過程溶質(zhì)：混合氣體中，能夠顯著溶解的組分稱為溶質(zhì)或吸收質(zhì)，以A表示；惰性組分：不被溶解的組分稱為惰性組分（惰氣）或載體，以B表示；吸收劑：吸收操作中所用的溶劑稱為吸收劑或溶劑，以S表示；吸收液：吸收操作中所得到的溶液稱為吸收液或溶液，其主要成份為溶質(zhì)A和溶劑S；吸收尾氣：吸收后排出的氣體稱為吸收尾氣，其主要成份是惰性氣體B及殘余的溶質(zhì)A。10第十頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8．1．2氣體吸收過程解吸：吸收的逆過程，使溶質(zhì)從液相轉(zhuǎn)移到氣相的過程。

吸收流程11第十一頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8．1．3吸收操作必須解決的問題①選擇合適的溶劑，使能選擇性地溶解某個(gè)（或某些）被分離組分；②提供適當(dāng)?shù)膫髻|(zhì)設(shè)備（多為填料塔，也有板式塔）以實(shí)現(xiàn)氣液兩相的接觸，使被分離組分得以從氣相轉(zhuǎn)移到液相（吸收）或氣相(解吸)；③溶劑的再生，即脫除溶解于其中的被分離組分以便循環(huán)使用。一個(gè)完整的吸收分離過程一般包括吸收和溶劑再生（如解吸）兩個(gè)組成部分。12第十二頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8．1．4氣體吸收過程的應(yīng)用（1）制造成品：生產(chǎn)三酸(鹽酸，硝酸，硫酸)肥料：碳酸氫銨（2）原料氣凈化:合成氨中水煤氣：N2+H2+CO213第十三頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8．1．4氣體吸收過程的應(yīng)用（3）環(huán)境保護(hù)（廢氣處理——當(dāng)今最熱門的課題）染料廠：臭皮蛋味HBr鋼鐵廠：紅煙SO2化肥廠：黃煙NO2（4）回收有用物質(zhì)：焦化廠焦?fàn)t煤氣中苯的回收注意：實(shí)際過程往往同時(shí)兼有凈化與回收雙重目的。14第十四頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8．1．5吸收操作的依據(jù)結(jié)論：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。思考：吸收操作的依據(jù)是什么？氣體混合物各組分在某種溶劑（吸收劑）中溶解度（或化學(xué)反應(yīng)活性）的不同。15第十五頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8．1．5吸收操作的依據(jù)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

例子氣相：混合氣體=氨+其它氣體=溶質(zhì)+惰性氣體=A+B液相：溶液=水+氨=溶劑（吸收劑）+溶質(zhì)=S+A16第十六頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8．1．6吸收劑的選用吸收劑性能往往是決定吸收效果的關(guān)鍵。在選擇吸收劑時(shí)，應(yīng)從以下幾方面考慮：

（1）溶解度溶劑應(yīng)對(duì)被分離組分（溶質(zhì)）有較大的溶解度，或者說在一定的溫度與濃度下，溶質(zhì)的平衡分壓要低；（2）選擇性溶劑對(duì)混合氣體中其他組分的溶解度要小，即溶劑應(yīng)具備較高的選擇性；（3）溶解度對(duì)操作條件的敏感性溶質(zhì)在溶劑中的溶解度應(yīng)對(duì)溫度的變化比較敏感；17第十七頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8．1．6吸收劑的選用（4）揮發(fā)度溶劑的蒸汽壓要低，不易揮發(fā)；（5）化學(xué)穩(wěn)定性溶劑應(yīng)有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，以免使用過程中發(fā)生變質(zhì)；（6）粘性溶劑應(yīng)有較低的粘度，不易產(chǎn)生泡沫，以實(shí)現(xiàn)吸收塔內(nèi)良好的氣液接觸和塔頂?shù)臍庖悍蛛x；（7）腐蝕性吸收劑腐蝕性應(yīng)盡可能小，以減少設(shè)備費(fèi)和維修費(fèi)；（8）其它溶劑應(yīng)盡可能滿足價(jià)廉、易的、無毒、不易燃燒等經(jīng)濟(jì)和安全條件。實(shí)際上很難找到一個(gè)理想的溶劑能夠滿足上述所有要求，應(yīng)對(duì)可供選擇的溶劑做全面的評(píng)價(jià)，以便作出經(jīng)濟(jì)、合理的選擇。18第十八頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8．1．7吸收操作的經(jīng)濟(jì)性吸收總費(fèi)用＝設(shè)備(塔、換熱器等)折舊費(fèi)＋操作費(fèi)(占比重大)操作費(fèi)用主要包括：①氣、液兩相流經(jīng)吸收設(shè)備的能量消耗；②溶劑的揮發(fā)損失和變質(zhì)損失；③溶劑的再生費(fèi)用，即解吸操作費(fèi)用。◆優(yōu)化設(shè)計(jì)19第十九頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8．1．8吸收過程的分類

（1）物理吸收和化學(xué)吸收物理吸收：在吸收過程中溶質(zhì)與溶劑不發(fā)生顯著化學(xué)反應(yīng)，如洗油吸收苯，水吸收CO2、SO2等?；瘜W(xué)吸收：在吸收過程中，溶質(zhì)與溶劑發(fā)生顯著化學(xué)反應(yīng)，如用K2CO3水溶液吸收CO2。作為化學(xué)吸收可被利用的化學(xué)反應(yīng)一般都滿足以下條件：

a.可逆性。

b.較高的反應(yīng)速率。20第二十頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8．1．8吸收過程的分類（2）單組分吸收與多組分吸收單組分吸收：在吸收過程中，混合氣體中只有一個(gè)組分被吸收，其余組分可認(rèn)為不溶于吸收劑。多組分吸收：混合氣體中有兩個(gè)或多個(gè)組分進(jìn)入液相。（3）等溫吸收與非等溫吸收等溫吸收：氣體溶于液體中時(shí)常伴隨熱效應(yīng)，若熱效應(yīng)很小，或被吸收的組分在氣相中的濃度很低，而吸收劑用量很大，液相的溫度變化不顯著，則可認(rèn)為是等溫吸收；非等溫吸收：若吸收過程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)熱很大，液相的溫度明顯變化，則該吸收過程為非等溫吸收過程。21第二十一頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8．1．8吸收過程的分類（4）低濃度吸收與高濃度吸收高濃度吸收：通常根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，規(guī)定當(dāng)混合氣中溶質(zhì)組分A的摩爾分?jǐn)?shù)大于0.1，且被吸收的數(shù)量多時(shí)，稱為高濃度吸收；低濃度吸收：如果溶質(zhì)在氣液兩相中摩爾分?jǐn)?shù)均小于0.1時(shí)，吸收稱為低濃度吸收。低濃度吸收的特點(diǎn)：（1）氣液兩相流經(jīng)吸收塔的流率為常數(shù)；（2）低濃度的吸收可視為等溫吸收。本章重點(diǎn)研究低濃度、單組分、等溫的物理吸收過程。22第二十二頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8．1．9氣、液兩相接觸方式按氣、液兩相的接觸方式的不同可將吸收設(shè)備分為級(jí)式接觸和微分接觸。級(jí)式接觸：氣體與液體為逐級(jí)逆流接觸，典型設(shè)備板式塔。

微分接觸：液體自塔頂均勻淋下并沿填料表面下流，氣體通過填料間的空隙上升與液體作連續(xù)的逆流接觸，典型設(shè)備填料塔。

23第二十三頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五

24第二十四頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8．1．10定態(tài)和非定態(tài)操作在工業(yè)上，兩種形式的塔設(shè)備大多情況均為連續(xù)操作，即設(shè)備內(nèi)的參數(shù)都不隨時(shí)間變化，稱為定態(tài)連續(xù)過程。當(dāng)然也可以是間歇操作的非定態(tài)過程，很少見，故后面除特殊說明外，均指連續(xù)定態(tài)操作。本章所作的基本假定：①單組分吸收,其余組分可視為一個(gè)惰性組分。②溶劑的蒸汽壓很低，因此氣相中不含溶劑蒸汽。25第二十五頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五本節(jié)小結(jié)26第二十六頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.2氣液相平衡

吸收（傳質(zhì)）與傳熱兩個(gè)過程的相似處——傳熱與吸收過程均由三步構(gòu)成。兩個(gè)過程也有不同處——傳熱的推動(dòng)力是兩流體的溫度差，過程的極限是兩流體的溫度相等；吸收的推動(dòng)力不是兩相的濃度差，過程的極限也不是兩相的濃度相等。氣液之間的相平衡不同于冷熱流體之間的熱平衡27第二十七頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8．2．1相組成表示法（1）質(zhì)量分率與摩爾分率質(zhì)量分率：質(zhì)量分率是指在混合物中某組分的質(zhì)量占混合物總質(zhì)量的分率。對(duì)于混合物中的A組分有:28第二十八頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8．2．1相組成表示法摩爾分率：摩爾分率是指在混合物中某組分的摩爾數(shù)nA占混合物總摩爾數(shù)n的分率。對(duì)于混合物中的A組分有：氣相：液相：29第二十九頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8．2．1相組成表示法質(zhì)量分率與摩爾分率的關(guān)系為：

30第三十頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8．2．1相組成表示法（2）質(zhì)量比與摩爾比

質(zhì)量比：混合物中某組分A的質(zhì)量與惰性組分B（不參加傳質(zhì)的組分）的質(zhì)量之比，其定義式為:摩爾比：混合物中某組分A的摩爾數(shù)與惰性組分B（不參加傳質(zhì)的組分）的摩爾數(shù)之比，其定義式為：31第三十一頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8．2．1相組成表示法質(zhì)量分率與質(zhì)量比的關(guān)系為：摩爾分率與摩爾比的關(guān)系為：32第三十二頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8．2．1相組成表示法（3）質(zhì)量濃度與摩爾濃度質(zhì)量濃度定義為單位體積混合物中某組分的質(zhì)量。

摩爾濃度是指單位體積混合物中某組分的摩爾數(shù)。

33第三十三頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8．2．1相組成表示法質(zhì)量濃度與質(zhì)量分率的關(guān)系為：

摩爾濃度與摩爾分率的關(guān)系為：cM—混合物在液相中的總摩爾濃度，；

—混合物液相的密度，。

34第三十四頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8．2．1相組成表示法（4）氣體的總壓與理想氣體混合物中組分的分壓摩爾比與分壓之間的關(guān)系為：摩爾濃度與分壓之間的關(guān)系為：總壓與某組分的分壓之間的關(guān)系為：35第三十五頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.2.2關(guān)于相平衡的幾個(gè)基本概念平衡狀態(tài)：在一定壓力和溫度下，使一定量的吸收劑與混合氣體充分接觸，氣相中的溶質(zhì)便向液相溶劑中轉(zhuǎn)移，經(jīng)長期充分接觸之后，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，此狀態(tài)為平衡狀態(tài)。飽和濃度：氣液平衡時(shí)，溶質(zhì)在液相中的濃度為飽和濃度（溶解度）。平衡分壓：氣液平衡時(shí)，氣相中溶質(zhì)的分壓為平衡分壓。相平衡關(guān)系：平衡時(shí)溶質(zhì)組分在氣液兩相中的濃度關(guān)系為相平衡關(guān)系。36第三十六頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.2.2關(guān)于相平衡的幾個(gè)基本概念溶解度曲線：氣液相平衡關(guān)系用二維坐標(biāo)繪成的關(guān)系曲線稱為溶解度曲線。易溶氣體：溶解度大的氣體如NH3等稱為易溶氣體；難溶氣體：溶解度小的氣體如O2、CO2等氣體稱為難溶氣體；溶解度適中的氣體：介乎其間的如SO2等氣體稱為溶解度適中的氣體。37第三十七頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.2.3平衡溶解度⑴溶解度曲線對(duì)單組分物理吸收的物系，根據(jù)相律有：自由度數(shù)F=C-Φ+2C=3,溶質(zhì)A，惰性組分B,溶劑SΦ＝2，氣、液兩相

即在溫度t，總壓p，氣、液相組成共4個(gè)變量中，有3個(gè)自變量（獨(dú)立變量），另1個(gè)是它們的函數(shù)，故可將平衡時(shí)溶質(zhì)在氣相中的分壓pe表達(dá)為溫度t，總壓p和溶解度x的函數(shù)：F=3-2+2=338第三十八頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.2.3平衡溶解度有關(guān)氣液相平衡關(guān)系的理論還不夠完善，故上述平衡關(guān)系的具體函數(shù)形式還不能從理論上推出，一般是針對(duì)具體物系進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測定。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)總壓不太高（一般p<0.5MPa）時(shí)，p對(duì)平衡的影響可以忽略，而溫度t對(duì)平衡的影響頗大。溫度一定時(shí)，有：39第三十九頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.2.3平衡溶解度p<0.5MPa時(shí)總壓對(duì)pe～x的對(duì)應(yīng)關(guān)系的影響可略去。t↑同一pe下x↓或同一x下pe↑。pe～x圖直接反映了相平衡的本質(zhì)（氣相組成用分壓表示直觀），可直截了當(dāng)?shù)赜靡运伎寂c分析。思考：圖8-3pe～x關(guān)系曲線為何不指定總壓？40第四十頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.2.3平衡溶解度當(dāng)總p、氣相中溶質(zhì)y一定時(shí)，吸收溫度下降，溶解度大幅度提高。吸收劑常常經(jīng)冷卻后進(jìn)入吸收塔。p變，y=pe

/p變，y～x溶解度曲線的位置不同。

思考：圖8-4y～x關(guān)系曲線為何要指定總壓？41第四十一頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.2.3平衡溶解度在一定的溫度下，氣相中溶質(zhì)組成y不變，當(dāng)總壓p增加時(shí)，在同一溶劑中溶質(zhì)的溶解度x隨之增加。這將有利于吸收，故吸收操作通常在加壓條件下進(jìn)行。圖8-520℃下SO2在水中的溶解度結(jié)論：加壓和降溫有利于吸收操作過程；而減壓和升溫則有利于解吸操作過程。42第四十二頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.2.3平衡溶解度

⑵亨利定律內(nèi)容：總壓不高（譬如不超過5×105Pa）時(shí)，在一定溫度下，稀溶液上方氣相中溶質(zhì)的平衡分壓與溶質(zhì)在液相中的摩爾分率成正比，其比例系數(shù)為亨利系數(shù)。數(shù)學(xué)表達(dá)式：

式中：Pe

——溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓，kPa；E——亨利系數(shù)，kPa；x——溶質(zhì)在液相中的摩爾分率。不同的表達(dá)形式：43第四十三頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.2.3平衡溶解度pe=Ex討論：1）E值隨物系和溫度而變化

t↑，則E↑而溶解度↓對(duì)不同氣體，E愈大，則愈難溶。2）該公式也可表示為：xe=pA/E3）對(duì)理想溶液，符合拉烏爾定律，pA=pA0x此時(shí)E=pA044第四十四頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.2.3平衡溶解度pe=Hcpe——溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓，kPac——單位體積溶液中溶質(zhì)的摩爾數(shù)（摩爾濃度），kmol/m3H——溶解度系數(shù)，kPa●m3/kmol討論：1）H值隨物系和溫度而變化

t↑則H↑，則溶解度減小對(duì)不同氣體，H小者，則易溶。2）該公式也可表示為：ce=pA/H45第四十五頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.2.3平衡溶解度3）H和E的關(guān)系：E=HcMcM——混合液的總濃度，kmol/m3cM=ρm/Mm

ρm——混合液的平均密度，kg/m3Mm——溶液摩爾質(zhì)量，kg/kmol46第四十六頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.2.3平衡溶解度ye=mxye－－與液相成平衡的氣相中溶質(zhì)摩爾分率x－－液相中溶質(zhì)的摩爾分率m－－相平衡常數(shù)，無因次討論：1）m隨物系、溫度、壓強(qiáng)而變化

t↑,m↑，則溶解度↓對(duì)不同氣體，m大者，難溶

2）該式也可表示為：xe=y/m47第四十七頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.2.3平衡溶解度3）m和E的關(guān)系：由分壓定律：pe=pye而pe=Ex

代入pye=Ex∴ye=xE/p∴m=E/p故p↑則m↓，有利于吸收。48第四十八頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.2.3平衡溶解度【練習(xí)】某系統(tǒng)溫度為10℃，總壓101.3kPa，試求此條件下在與空氣充分接觸后的水中，每立方米水中溶解了多少克氧氣？【例8-1】注意點(diǎn)：①平衡數(shù)據(jù)a換算成x；②y～x曲線與總壓有關(guān)。49第四十九頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.2.4相平衡與吸收過程的關(guān)系⑴判別過程的方向問題：設(shè)在101.3kPa，20℃下稀氨水的相平衡方程為ye=0.94x，使含氨摩爾分?jǐn)?shù)0.1的混合氣與x=0.05的氨水接觸，會(huì)發(fā)生什么？思考：若使y=0.048的混合氣與x=0.05的氨水接觸，情況又將如何？50第五十頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.2.4相平衡與吸收過程的關(guān)系51第五十一頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五小結(jié)：8.2.4相平衡與吸收過程的關(guān)系52第五十二頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.2.4相平衡與吸收過程的關(guān)系

⑵指明過程的極限塔高，吸收劑用量，即使塔無限高，吸收劑用量很少，也不會(huì)無限增大，反之，當(dāng)塔高，吸收劑用量，，即使塔高無限高，吸收劑用量很大，也不會(huì)無限減小，圖8-7吸收過程的極限53第五十三頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五⑶計(jì)算過程的推動(dòng)力

推動(dòng)力注意推動(dòng)力≠（y-x）！54第五十四頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五例題：在總壓101.3kPa，溫度30℃的條件下，SO2摩爾分率為0.3的混合氣體與SO2

摩爾分率為0.01的水溶液相接觸，試問：（1）從液相分析SO2

的傳質(zhì)方向；（2）從氣相分析，其它條件不變，溫度降到0℃時(shí)SO2

的傳質(zhì)方向；（3）其它條件不變，從氣相分析，總壓提高到202.6kPa時(shí)SO2的傳質(zhì)方向，并計(jì)算以液相摩爾分率差及氣相摩爾率差表示的傳質(zhì)推動(dòng)力。55第五十五頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.3擴(kuò)散和單相傳質(zhì)

①

溶質(zhì)由氣相主體傳遞到兩相界面，即氣相內(nèi)的物質(zhì)傳遞；②溶質(zhì)在相界面上的溶解，由氣相轉(zhuǎn)入液相，即界面上發(fā)生的溶解過程；③

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。在分析任一化工過程時(shí)都需要解決兩個(gè)基本問題：過程的極限和過程的速率。吸收過程涉及兩相間的物質(zhì)傳遞，它包括三個(gè)步驟：56第五十六頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.3擴(kuò)散和單相傳質(zhì)物質(zhì)傳遞的機(jī)理包括兩種：⑴分子擴(kuò)散類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。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。本章僅討論因濃度梯度而造成的分子擴(kuò)散速率。57第五十七頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.3擴(kuò)散和單相傳質(zhì)⑵對(duì)流傳質(zhì)在流動(dòng)的流體中不僅有分子擴(kuò)散，而且流體的宏觀流動(dòng)也將導(dǎo)致物質(zhì)的傳遞，這種現(xiàn)象稱為對(duì)流傳質(zhì)，是憑藉流體質(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)散外更主要的是對(duì)流傳質(zhì)。工業(yè)吸收過程多數(shù)是定態(tài)過程，以下僅討論定態(tài)條件下雙組分物系的分子擴(kuò)散和對(duì)流傳質(zhì)。雙組分A(被吸收)+B（惰性組分）58第五十八頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.3.1雙組分混合物中的分子擴(kuò)散

在恒溫恒壓下，一維分子擴(kuò)散速率可用費(fèi)克定律表達(dá)如下：只要混合物中存在濃度梯度，就會(huì)產(chǎn)生分子擴(kuò)散⑴費(fèi)克定律負(fù)號(hào)：表示擴(kuò)散方向與濃度梯度方向相反；擴(kuò)散沿著濃度降低的方向進(jìn)行。59第五十九頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.3.1雙組分混合物中的分子擴(kuò)散對(duì)雙組分混合物，在總濃度（對(duì)氣相也可說總壓）各處相等,即＝常數(shù)的前提下，也有：——雙組分混合物(前提為CM常數(shù)，對(duì)氣壓為總壓P不變)60第六十頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五總濃度：靜止或?qū)恿鳉鈱樱ぃ庀嘀黧w液相主體8.3.1雙組分混合物中的分子擴(kuò)散⑵分子擴(kuò)散與主體流動(dòng)◆氣液相界面只允許溶質(zhì)A溶解通過，惰性氣體B不能溶解通過，也不允許溶劑S逆向汽化通過。61第六十一頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五由于界面處A組分不斷地溶解被吸收，，A組分存在濃度梯度，其方向指向A組分濃度高的方向?yàn)檎?，而A組分的分子擴(kuò)散方向與其相反，朝界面擴(kuò)散。惰性氣體B組分由于不能被液體吸收，故B組分在相界處的濃度高于氣相主體，B組分存在濃度梯度，其方向指向B組分濃度高的方向?yàn)檎?，而B組分的分子擴(kuò)散方向與其相反，朝氣相主體擴(kuò)散。8.3.1雙組分混合物中的分子擴(kuò)散62第六十二頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五當(dāng)液相能以同一速率向界面供應(yīng)B組分時(shí)，界面處保持恒定，則，這種情況屬于等分子反向擴(kuò)散（下一章精餾屬于這種情況）。8.3.1雙組分混合物中的分子擴(kuò)散吸收過程液相不存在B組分，不可能向界面提供B組分，故吸收過程所發(fā)生的是組分A的單向擴(kuò)散，而不是等分子反向擴(kuò)散。63第六十三頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五等分子反向擴(kuò)散8.3.1雙組分混合物中的分子擴(kuò)散64第六十四頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五主體流動(dòng)：由于界面處組分A被液體吸收及組分B反向擴(kuò)散離開界面，都將導(dǎo)致截面處氣體總壓降低，使氣相主體與界面之間產(chǎn)生微小壓差，這一壓差必然促使混合氣體向界面流動(dòng)，此流動(dòng)稱為主體流動(dòng)。8.3.1雙組分混合物中的分子擴(kuò)散65第六十五頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.3.1雙組分混合物中的分子擴(kuò)散主體流動(dòng)的特點(diǎn)：1）因分子本身擴(kuò)散引起的宏觀流動(dòng)。2）A、B在總體流動(dòng)中方向相同，流動(dòng)速度正比于摩爾分率。66第六十六頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五67第六十七頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.3.1雙組分混合物中的分子擴(kuò)散主體流動(dòng)與擴(kuò)散流（或）的區(qū)別：（1）分壓差造成分子擴(kuò)散流，總壓差造成總體流動(dòng)；（2）擴(kuò)散流是分子微觀運(yùn)動(dòng)的宏觀結(jié)果，它所傳遞的是純組分A或純組分B。主體流動(dòng)系宏觀運(yùn)動(dòng)，它同時(shí)攜帶組分A與B流向界面。在定態(tài)條件下，主體流動(dòng)所帶組分B的量必恰好等于組分B反向擴(kuò)散的量，以使保持恒定。68第六十八頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.3.1雙組分混合物中的分子擴(kuò)散主體流動(dòng)的結(jié)果69第六十九頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五因氣相主體與界面間的微小壓差便足以造成必要的主體流動(dòng)，因此氣相各處的總壓（或）仍可認(rèn)為基本上是相等的，即的前提依然成立。

思考：總壓相等和總壓差引起流動(dòng)是否是矛盾的呢？70第七十頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.3.1雙組分混合物中的分子擴(kuò)散通過靜止或?qū)恿鳉饽ぶ信c界面平行的任一靜止平面PQ的物流由三個(gè)：兩個(gè)擴(kuò)散流和，及一個(gè)主體流動(dòng)。設(shè)通過靜止考察平面PQ的凈物流為N，對(duì)平面PQ作總物料衡算可得：(3)分子擴(kuò)散的速率方程上式說明，盡管主體流動(dòng)與凈物流的含義不同，但主體流動(dòng)的速率NM與凈物流速率N必相等。71第七十一頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.3.1雙組分混合物中的分子擴(kuò)散為了求出組分A因分子擴(kuò)散和主體流動(dòng)而造成的傳質(zhì)速率,可在平面PQ處對(duì)組分A作物料衡算得：

式中：——因組分A存在濃度梯度引起的分子擴(kuò)散速率；——主體流動(dòng)中A所占的傳遞速率?！褚话闱闆r下，對(duì)雙組分物系，凈物流速率N即包括組分A也包括組分B，即：72第七十二頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.3.1雙組分混合物中的分子擴(kuò)散由于主體流動(dòng)乃因分子擴(kuò)散而引起的一種伴生流動(dòng)，因而包括主體流動(dòng)在內(nèi)的組分A的傳遞速率NA仍可理解為分子擴(kuò)散所造成的總的宏觀結(jié)果。——分子擴(kuò)散速率方程73第七十三頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五(4)分子擴(kuò)散速率的積分式

8.3.1雙組分混合物中的分子擴(kuò)散①

等分子反向擴(kuò)散（精餾）等分子反向擴(kuò)散時(shí)沒有凈物流（因而也無主體流動(dòng)）令：——擴(kuò)散距離，積分上式得：74第七十四頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五上式對(duì)氣相或液相均適用，它表明等分子反向擴(kuò)散時(shí)組分A的濃度分布為一直線。對(duì)氣相有：8.3.1雙組分混合物中的分子擴(kuò)散75第七十五頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五②單向擴(kuò)散（吸收）吸收過程主體流動(dòng)所帶組分B的量必等于組分B反向分子擴(kuò)散的量，故惰性組分B的凈傳遞速率可改寫為：令：8.3.1雙組分混合物中的分子擴(kuò)散76第七十六頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.3.1雙組分混合物中的分子擴(kuò)散——表示單向擴(kuò)散時(shí)組分A的濃度分布為一對(duì)數(shù)函數(shù)。則故對(duì)氣相有：77第七十七頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.3.1雙組分混合物中的分子擴(kuò)散漂流因子（數(shù)）（、，無量綱）物理意義：反映了主體流動(dòng)對(duì)傳質(zhì)速率的影響，其大小反映了主體流動(dòng)對(duì)傳質(zhì)速率的影響程度，其值為主體流動(dòng)使傳質(zhì)速率較單純分子擴(kuò)散增大的倍數(shù)。78第七十八頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.3.1雙組分混合物中的分子擴(kuò)散漂流因數(shù)的影響因素：濃度高，漂流因數(shù)大，總體流動(dòng)的影響大。低濃度時(shí)，漂流因數(shù)近似等于1，總體流動(dòng)的影響小。79第七十九頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.3.2擴(kuò)散系數(shù)（1）擴(kuò)散系數(shù)D1)物理意義：表征物質(zhì)分子由于運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的擴(kuò)散能力大小的物性參數(shù)。

3）影響因素（a）和介質(zhì)有關(guān)（b）和溫度有關(guān)（c）和壓力有關(guān)4）D的來源（a）經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)（b）半經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算（c）實(shí)驗(yàn)測定——表示濃度梯度為1時(shí)，溶質(zhì)的擴(kuò)散通量2）單位：80第八十頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.3.2擴(kuò)散系數(shù)

(2)組分在氣體中的擴(kuò)散系數(shù)表8-1列出總壓在101.3kPa下某些氣體在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)數(shù)值，由表可見氣體擴(kuò)散系數(shù)的值約為。經(jīng)分子運(yùn)動(dòng)論的理論推導(dǎo)與試驗(yàn)修正，可以得到估算氣體擴(kuò)散系數(shù)的半經(jīng)驗(yàn)式，如下：※對(duì)一定物系氣體D與絕對(duì)溫度T的1.81次方成正比，與壓強(qiáng)P成反比。81第八十一頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五例8-2氣相擴(kuò)散系數(shù)的測定在圖８－１３所示的垂直細(xì)管中盛以待測組分的液體，該組分通過靜止氣層z擴(kuò)散至管口被另一股氣流Ｂ帶走．緊貼液面上方組分Ａ的分壓為液體Ａ在一定溫度下的飽和蒸氣壓，管口處Ａ的分壓可視為零．組分Ａ的汽化使擴(kuò)散距離z不斷增加，記錄τ與z的關(guān)系即可計(jì)算Ａ在Ｂ中的擴(kuò)散系數(shù)。求：在101.3kPa，48℃下測定CCl4在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)。解：通過靜止氣體層的擴(kuò)散為單向擴(kuò)散，且為一非定態(tài)過程，但因擴(kuò)散距離z的變化緩慢，故可作為擬定態(tài)處理。擴(kuò)散速率可用式（8-22）表示：82第八十二頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.3.2擴(kuò)散系數(shù)

求D必須知道，設(shè)汽化時(shí)間為τ，則的汽化速率也可用液面高度變化的速率表示，即83第八十三頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.3.2擴(kuò)散系數(shù)所以

84第八十四頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.3.2擴(kuò)散系數(shù)

=

=9.12×10-6m2/s

注意：①本題的難點(diǎn)在何處?（）②本解法與書本解法的區(qū)別在何處？

85第八十五頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.3.2擴(kuò)散系數(shù)(2)組分在液體中的擴(kuò)散系數(shù)

表8-3列出了某些物質(zhì)在液體中的擴(kuò)散系數(shù)，由于液體中的分子要比氣體中的分子密集的多，可以預(yù)計(jì)其擴(kuò)散系數(shù)要比氣體中的擴(kuò)散系數(shù)小的多，由表8-3知，液體中的擴(kuò)散系數(shù)的數(shù)量級(jí)約為10-5cm2/s，為氣相中的萬分之一（氣相約10-1～1cm2/s）。由于液體中的擴(kuò)散在理論上還不成熟，用半經(jīng)驗(yàn)式估算流體擴(kuò)散系數(shù)不如氣體可靠。此外，液體中組分的濃度對(duì)擴(kuò)散系數(shù)由很大的影響。對(duì)很稀的非電解溶液可按下式估算：※D與T成正比，與粘度成反比。由此式可以看出：86第八十六頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.3.3對(duì)流傳質(zhì)（1）對(duì)流對(duì)傳質(zhì)的貢獻(xiàn)對(duì)流傳質(zhì)：流動(dòng)流體與相界面之間的物質(zhì)傳遞。流體的流動(dòng)加快了相內(nèi)的物質(zhì)傳遞。87第八十七頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.3.3對(duì)流傳質(zhì)

①層流流動(dòng)88第八十八頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.3.3對(duì)流傳質(zhì)此時(shí)溶質(zhì)A組分再垂直于流動(dòng)方向上的傳質(zhì)機(jī)理仍為分子擴(kuò)散，但流動(dòng)改變了橫截面MN上的濃度分布，以氣相與相界面的傳質(zhì)為例，組分A的濃度分布由靜止氣體的直線1變?yōu)榍€2，根據(jù)分子擴(kuò)散速率方程式:

由于相界面出濃度梯度變大，強(qiáng)化了傳質(zhì)。89第八十九頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.3.3對(duì)流傳質(zhì)②湍流流動(dòng)大多數(shù)傳質(zhì)設(shè)備中流體的流動(dòng)都屬于湍流。湍流主體中流體產(chǎn)生大量的漩渦，引起流體質(zhì)點(diǎn)間的劇烈混合，促進(jìn)了橫向（傳質(zhì)方向）的物質(zhì)傳遞，流體主體的濃度分布被均化，濃度分布如曲線3所示。界面處的濃度梯度進(jìn)一步變大，在主體濃度與界面濃度差相等的情況下，傳質(zhì)速率得到進(jìn)一步的提高。90第九十頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.3.3對(duì)流傳質(zhì)（2）傳質(zhì)速率對(duì)流傳質(zhì)現(xiàn)象極為復(fù)雜，以湍流流動(dòng)為例：在湍流主體中存在大量漩渦，傳質(zhì)主要靠渦流擴(kuò)散；靠近界面附近有一層很薄的層流底層，傳質(zhì)主要靠分子擴(kuò)散；在湍流主體和層流底層之間的過渡區(qū)漩渦擴(kuò)散和分子擴(kuò)散都存在。對(duì)流擴(kuò)散速率可仿照分子擴(kuò)散的速率寫成：

DE不像D那樣是物性參數(shù)，它與流體的湍動(dòng)程度有關(guān)也與流體質(zhì)點(diǎn)的位置有關(guān)，難于用試驗(yàn)的方法測定，故上面的表達(dá)式形式好看但不好用，因而不能代入表達(dá)式中積分求出對(duì)流傳質(zhì)速率、怎么辦？91第九十一頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.3.3對(duì)流傳質(zhì)目前一般是仿照對(duì)流給熱，將對(duì)流傳質(zhì)速率方程寫成類似于牛頓冷卻定律或的形式，即認(rèn)為正比于流體主體濃度與界面濃度之差，但與對(duì)流傳熱不同的是氣液兩相的濃度都可用不同的單位表示，所以可寫成多種形式：以分壓差表示推動(dòng)力的氣相傳質(zhì)系數(shù)氣相與界面間的式中：92第九十二頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.3.3對(duì)流傳質(zhì)——摩爾分?jǐn)?shù)差表示推動(dòng)力的氣相傳質(zhì)系數(shù)或：界面與液相間的NA——以濃度差表示推動(dòng)力的液相傳質(zhì)系數(shù)93第九十三頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.3.3對(duì)流傳質(zhì)——以摩爾分?jǐn)?shù)差表示推動(dòng)力的液相傳質(zhì)系數(shù)或比較以上各式可得出：94第九十四頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.3.3對(duì)流傳質(zhì)上述處理方法實(shí)際上是將一組流體主體濃度和界面濃度之差作為對(duì)流傳質(zhì)的推動(dòng)力，而將影響對(duì)流傳質(zhì)的眾多因素包括到氣相（或液相）傳質(zhì)系數(shù)中。思考：如何得到各種具體條件下的傳質(zhì)系數(shù)？95第九十五頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.3.3對(duì)流傳質(zhì)(3)傳質(zhì)系數(shù)的無因次關(guān)聯(lián)式①找出影響傳質(zhì)系數(shù)的因素，式中d為定性尺寸，D為擴(kuò)散系數(shù)。②對(duì)各變量的因次進(jìn)行分析，得出無因次數(shù)群的函數(shù)表達(dá)式：③由試驗(yàn)測定函數(shù)的定量關(guān)系對(duì)降膜式吸收器

96第九十六頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.3.3對(duì)流傳質(zhì)然而，實(shí)際使用的傳質(zhì)設(shè)備形式各樣（各種填料塔和板式塔），塔內(nèi)流動(dòng)情況十分復(fù)雜，兩相的接觸界面也往往難以確定，這使對(duì)流傳質(zhì)分系數(shù)（氣相或液相）的一般準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式遠(yuǎn)不及傳熱那樣完善和可靠。同學(xué)們以后設(shè)計(jì)塔設(shè)備時(shí)要查閱有關(guān)的文獻(xiàn)資料找出自己的設(shè)計(jì)條件相近的傳質(zhì)系數(shù)關(guān)聯(lián)式，有條件應(yīng)通過試驗(yàn)測定。97第九十七頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.3.4三傳（質(zhì)量、動(dòng)量、熱量傳遞）類比

三傳之間彼此有些類似的規(guī)律可進(jìn)行類比研究（自學(xué)）。98第九十八頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.3.5對(duì)流傳質(zhì)理論

上述關(guān)于對(duì)流傳質(zhì)問題的處理方法是基于因次分析的試驗(yàn)法，并未對(duì)對(duì)流傳質(zhì)過程做理論上的探討。為了揭示對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)的物理本質(zhì)，從理論上說明各因素對(duì)它的影響，不少研究者采用數(shù)學(xué)模型法加以研究，提出了多種傳質(zhì)模型。我們先簡要回顧上學(xué)期學(xué)過的數(shù)學(xué)模型法的主要研究步驟：

99第九十九頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.3.5對(duì)流傳質(zhì)理論①將復(fù)雜的真實(shí)過程本身簡化成易于用數(shù)學(xué)方程式描述的物理模型；②對(duì)所得到的物理模型進(jìn)行數(shù)學(xué)描述即建立數(shù)學(xué)模型；③通過試驗(yàn)對(duì)數(shù)學(xué)模型的合理性進(jìn)行檢驗(yàn)并測定模型參數(shù)。不同的研究者對(duì)過程的理解不同從而導(dǎo)出不同的模型，下面簡要介紹三個(gè)重要的傳質(zhì)模型。

100第一百頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.3.5對(duì)流傳質(zhì)理論（1）有效膜理論（惠特曼Whitman，1923年）

①物理模型惠特曼對(duì)復(fù)雜的對(duì)流傳質(zhì)過程作如下簡述：a、氣液相界面兩側(cè)各存在一層靜止的或作層流流動(dòng)的氣膜和液膜，其厚度分別為和，氣相或液相主體內(nèi)由于流體高度湍動(dòng)混合均勻故不存在濃度差，所有濃度差集中于有效氣膜和液膜內(nèi)，故氣相和液相的傳質(zhì)阻力也全部集中于該兩層有效膜內(nèi)；b、靜止或?qū)恿饔行ぶ械膫髻|(zhì)是定態(tài)的分子擴(kuò)散。101第一百零一頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.3.5對(duì)流傳質(zhì)理論102第一百零二頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.3.5對(duì)流傳質(zhì)理論②數(shù)學(xué)模型根據(jù)上述有效膜物理模型，通過膜的擴(kuò)散為分子擴(kuò)散，且吸收為單向擴(kuò)散，故分別可用式（8-22）和式（8-20）描述氣膜和液膜的傳質(zhì)情況：

氣膜：

式中：103第一百零三頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.3.5對(duì)流傳質(zhì)理論液膜：式中：104第一百零四頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.3.5對(duì)流傳質(zhì)理論③試驗(yàn)測定模型參數(shù)

中分別包含了待定的參數(shù)與，既有效膜的厚度，稱之為數(shù)學(xué)模型參數(shù)，需由試驗(yàn)測定。如果該模型能有效地反映過程的實(shí)質(zhì)，那么，、應(yīng)主要取決于流體的流動(dòng)狀況（流體湍動(dòng)越劇烈，膜厚度越薄，反之亦然）而與溶質(zhì)組分A的擴(kuò)散系數(shù)D無關(guān)，然而以上兩式預(yù)示均正比于D，而試驗(yàn)結(jié)果表明，兩者不符合。若為了與試驗(yàn)結(jié)果相吻合，有效膜厚度不僅與流動(dòng)狀況有關(guān)，而且與擴(kuò)散系數(shù)D有關(guān)。這樣，，不是實(shí)際存在的有效膜厚度，而是一種虛擬的或當(dāng)量的膜厚，從而失去了該膜型應(yīng)具有的理論含義。

105第一百零五頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.3.5對(duì)流傳質(zhì)理論有效膜提出的意義：有效膜厚、是個(gè)虛擬的厚度，但它與層流內(nèi)層厚度存在一對(duì)應(yīng)關(guān)系。流體湍流程度愈劇烈，層流內(nèi)層厚度愈薄，相應(yīng)的有效膜厚、也愈薄，對(duì)流傳質(zhì)阻力愈小。

106第一百零六頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.3.5對(duì)流傳質(zhì)理論（２）溶質(zhì)滲透理論（希格比Higbie，1935年）

希格比認(rèn)為液體在流動(dòng)過程中每隔一定時(shí)間發(fā)生一次完全的混合，使液體的濃度均勻化，在時(shí)間內(nèi)，液相中發(fā)生的不再是定態(tài)的擴(kuò)散過程，而是非定態(tài)的擴(kuò)散過程。根據(jù)上述假設(shè)經(jīng)數(shù)學(xué)描述得到：與試驗(yàn)結(jié)果較吻合，但溶質(zhì)滲透時(shí)間難以測定。溶質(zhì)滲透理論的主要貢獻(xiàn)是放棄了定態(tài)擴(kuò)散的觀點(diǎn)，采用了非定態(tài)過程的解析方法，并指出了液體定期混合對(duì)傳質(zhì)的作用。107第一百零七頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.3.5對(duì)流傳質(zhì)理論（３）表面更新理論（丹克沃茨Danckwerts,1951年）丹克沃茨認(rèn)為液體在流動(dòng)過程中表面不斷更新，即不斷地有液體從主體轉(zhuǎn)為界面而暴露于氣相中，這種界面的不斷更新使傳質(zhì)過程大大強(qiáng)化，其原因在于原來需要通過緩慢的擴(kuò)散過程才能將溶質(zhì)傳至液體深處，現(xiàn)通過表面更新，深處的液體就有機(jī)會(huì)直接與氣體接觸以接受溶質(zhì)。定義S為表面更新頻率，經(jīng)過數(shù)學(xué)描述并求解得到：

與試驗(yàn)結(jié)果較吻合，但S難求。

綜上所述，溶質(zhì)滲透理論和表面更新理論比有效膜理論更接近實(shí)際情況，但或S難以測定，將它們用于傳質(zhì)過程的設(shè)計(jì)仍有一段距離，故目前用于傳質(zhì)設(shè)備設(shè)計(jì)主要還是有效膜理論。108第一百零八頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.4相際傳質(zhì)

溶質(zhì)從一個(gè)相轉(zhuǎn)移到另一個(gè)相稱為相際傳質(zhì)或兩相間的傳質(zhì)。解決吸收過程相際傳質(zhì)速率問題目前常用雙膜模型。（1）雙膜模型8.4.１相際傳質(zhì)速率109第一百零九頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.4.１相際傳質(zhì)速率110第一百一十頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五雙膜模型的要點(diǎn)如下：

①在相互接觸的氣液兩相間存在著穩(wěn)定的相界面，界面兩側(cè)分別存在著一個(gè)很薄的有效層流氣膜和液膜，被吸收的溶質(zhì)組分只能以分子擴(kuò)散的方式通過這兩層膜，氣相和液相的濃度變化（即推動(dòng)力）及阻力均分別分布在這兩層膜中，故氣相與界面：

＝氣相傳質(zhì)推動(dòng)力/氣相傳質(zhì)阻力

界面與液相：＝液相傳質(zhì)推動(dòng)力/液相傳質(zhì)阻力8.4.１相際傳質(zhì)速率111第一百一十一頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.4.１相際傳質(zhì)速率

②相界面上不存在傳質(zhì)阻力，所需傳質(zhì)推動(dòng)力等零，即在界面上氣、液兩相濃度成平衡，。對(duì)稀溶液：（通過原點(diǎn)的直線）或在計(jì)算范圍內(nèi)平衡線近似為直線：

③在氣膜和液膜以外的氣液主體中，由于流體的充分湍動(dòng)，溶質(zhì)A的濃度均勻，溶質(zhì)主要以渦流擴(kuò)散的形式傳質(zhì)。112第一百一十二頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五（2）相際傳質(zhì)速率方程既然我們討論的是定態(tài)傳質(zhì)問題，氣相與界面間的傳質(zhì)速率應(yīng)等于界面與液相的傳質(zhì)速率，即為消去界面濃度，上式最右端分子分母均乘以m，并將串聯(lián)過程的推動(dòng)力和阻力加和即得：113第一百一十三頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五對(duì)稀溶液，則吸收總推動(dòng)力/吸收總阻力令

(總阻力＝氣膜阻力＋液膜阻力，符合雙膜模型)以氣相摩爾分?jǐn)?shù)差為總推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)，。114第一百一十四頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五思考：①若平衡關(guān)系為，上式成立否？為什么？115第一百一十五頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五

＝吸收總推動(dòng)力/吸收總阻力比較的表達(dá)式可知

②為得到以（xe-x)為總推動(dòng)力的總傳質(zhì)（相對(duì)傳質(zhì)）速率方程，該如何處理？116第一百一十六頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.4.１相際傳質(zhì)速率解吸時(shí)總推動(dòng)力與吸收相反，但總傳質(zhì)系數(shù)與吸收相同。

③你能導(dǎo)出解吸時(shí)的總傳質(zhì)（相際傳質(zhì)）速率方程嗎？117第一百一十七頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.4.１相際傳質(zhì)速率由于傳質(zhì)速率方程中的傳質(zhì)系數(shù)可用總傳質(zhì)系數(shù)或某一相的分傳質(zhì)系數(shù)兩種方法表示，相應(yīng)的推動(dòng)力也有總推動(dòng)力或某一相的推動(dòng)力兩種，而氣液相的濃度又可以用不同的方法表示，相平衡方程亦有不同的表達(dá)形式，故傳質(zhì)速率方程也有多種形式。表8-4列出了幾種常用的速率方程，使用時(shí)應(yīng)特別注意不同的推動(dòng)力應(yīng)對(duì)應(yīng)于不同的傳質(zhì)系數(shù)。118第一百一十八頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.4.2傳質(zhì)阻力的控制步驟與界面含量

從前面根據(jù)雙膜模型導(dǎo)出的結(jié)果可知總傳質(zhì)阻力為氣膜傳質(zhì)阻力與液膜傳質(zhì)阻力之和，即

，(1)氣膜阻力控制

傳熱傳熱速率需設(shè)法提高小的以減小傳熱阻力類似。易溶氣體溶解度大，平衡線斜率m小，其吸收過程往往是氣膜阻力控制，如用水吸收氨、氯化氫，用濃硫酸吸收水蒸汽等均為氣膜控制。

時(shí)，，即，此時(shí)的傳質(zhì)阻力主要集中于

氣膜，稱這種情況為“氣膜阻力控制”。顯然，對(duì)于氣膜阻力控制的吸收過程，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)法提

高以減小氣膜阻力，如氣體流率，。

這與對(duì)流傳熱時(shí)為提高119第一百一十九頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.4.2傳質(zhì)阻力的控制步驟與界面含量(2)液膜阻力控制當(dāng)

時(shí)，即，此時(shí)的傳質(zhì)阻力主要集中于液膜，稱這種情況為“液膜阻力控制”。顯然，對(duì)于液膜阻力控制的吸收過程，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)法提高

以減小氣膜阻力，如液體流率。難溶氣體溶解度小，平衡線斜率m大，其吸收過程多為液膜控制，如用水吸收等均為液膜控制。

用水吸收及丙酮蒸汽，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)速率才會(huì)有明顯提高，我們稱這種情況為“雙膜控制”。

120第一百二十頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五例題１：已知：傳質(zhì)總壓P＝314kPa,ｋy=1.07kmol/（m2●h）ｋx=22kmol/（m2●h）氣液平衡關(guān)系：pe=1.07×104x(kPa)求：1)Ky

和Kx2）液相中的擴(kuò)散阻力為氣相中的若干倍？121第一百二十一頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五例題２：在總壓為101.3kPa、溫度為303K下用水吸收混合氣體中的氨，操作條件下的氣液平衡關(guān)系為y=1.20x。已知?dú)庀鄠髻|(zhì)系數(shù)ky=5.31×10-4kmol/（m2·s），液相傳質(zhì)系數(shù)kx=5.33×10-3kmol/（m2·s），并在塔的某一截面上測得氨的氣相摩爾分?jǐn)?shù)y=0.05，液相摩爾分?jǐn)?shù)為x=0.012。（1）以、表示的傳質(zhì)總推動(dòng)力及相應(yīng)的傳質(zhì)速率、總傳質(zhì)系數(shù)；（2）氣液界面上兩相的摩爾分?jǐn)?shù)；（3）分析該過程的控制因素。122第一百二十二頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.5低含量氣體吸收本節(jié)以連續(xù)接觸操作的填料塔為例，介紹吸收塔的設(shè)計(jì)型和操作型計(jì)算。設(shè)計(jì)型和操作型計(jì)算的依據(jù)123第一百二十三頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.5.1吸收過程的數(shù)學(xué)描述以逆流填料吸收塔為例，如右圖所示式中：G——

，為塔截面積；

——

，為傳質(zhì)面積；

——，單位填料體積內(nèi)具有的有效吸收表面積；

——，填料層高度。124第一百二十四頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.5.1吸收過程的數(shù)學(xué)描述（1）低含量氣體吸收的特點(diǎn)①G、L可視為常量②吸收過程是等溫的（不必進(jìn)行熱量衡算）③傳質(zhì)系數(shù)為常量低含量氣體吸收的上述特點(diǎn)將使計(jì)算過程大為簡化。（2）全塔物料衡算

125第一百二十五頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.5.1吸收過程的數(shù)學(xué)描述（3）物料衡算和傳遞速率的微分表達(dá)式對(duì)氣相:對(duì)液相：以微元塔段為控制體作物料衡算，忽略控制體兩斷面軸向的分子擴(kuò)散，氣體中組分A減少的量=被傳遞到液相中的量126第一百二十六頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.5.1吸收過程的數(shù)學(xué)描述（4）傳質(zhì)速率積分式

——低濃度氣體吸收過程的基本方程式127第一百二十七頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.5.1吸收過程的數(shù)學(xué)描述（5）傳質(zhì)單元數(shù)與傳質(zhì)單元高度

令：——分別為氣相、液相總傳質(zhì)單元高度，m；

——分別為氣相、液相總傳質(zhì)單元數(shù)，無因次。

128第一百二十八頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.5.1吸收過程的數(shù)學(xué)描述

根據(jù)上述定義，吸收塔填料層高度可以表達(dá)為：填料層高度＝傳質(zhì)單元高度×傳質(zhì)單元數(shù)①傳質(zhì)單元數(shù)（）的大小反映吸收過程進(jìn)行的難易程度，它只與物質(zhì)的相平衡以及進(jìn)、出口含量條件有關(guān)，與設(shè)備的型式、設(shè)備中的操作條件無關(guān)

。②傳質(zhì)單元高度可理解為完成一個(gè)傳質(zhì)單元所需的填料層高度，是吸收設(shè)備效能高低的反映。它與設(shè)備的型式、設(shè)備中的操作條件有關(guān)

。

思考：傳質(zhì)單元高度和傳質(zhì)單元數(shù)的物理意義代表什么呢？

129第一百二十九頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.5.1吸收過程的數(shù)學(xué)描述由于NA有不同的表達(dá)形式，H塔高由不同的表達(dá)形式，見表8-5：130第一百三十頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.5.2操作線

（1）操作線

吸收塔內(nèi)氣、液組成沿塔高的變化受物料衡算式的約束，為求得逆流吸收塔任一截面上相互接觸的氣液組成y與x的關(guān)系，可在塔頂與任一截面間作溶質(zhì)A的物料衡算，得：或：同理，在塔底與任一截面間作物料衡算，可得：131第一百三十一頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.5.2操作線線上任意一點(diǎn)M的坐標(biāo)代表塔內(nèi)某一截面上氣、液兩相的組成。◆結(jié)論：吸收塔內(nèi)推動(dòng)力的變化規(guī)律是由操作線與平衡線共同決定的。132第一百三十二頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.5.2操作線1）定態(tài)，L、G、y1、y2恒定，操作線x～y坐標(biāo)上為一直線，斜率為L/G。L/G為吸收操作的液氣比。2）操作線通過塔頂（稀端）A（x2，y2）及塔底（濃端）B（x1，y1）。3）操作線僅與液氣比、濃端及稀端組成有關(guān)，與系統(tǒng)的平衡關(guān)系、塔型及操作條件T、p無關(guān)。4）吸收操作線在平衡線的上方，解吸操作線在平衡線下方。5）平衡線與操作線共同決定吸收推動(dòng)力。操作線離平衡線愈遠(yuǎn)吸收的推動(dòng)力愈大。逆流吸收操作線的特點(diǎn)小結(jié)：133第一百三十三頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.5.2操作線思考：①并流吸收塔操作線方程及操作線形式怎樣？134第一百三十四頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五思考：②解吸塔操作線位置在什么地方？135第一百三十五頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.5.3傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算方法

（1）操作線與推動(dòng)力的變化規(guī)律（平衡線為直線）為了積分求出、,必須找到推動(dòng)力和分別隨氣液組成y和x的變化規(guī)律。在吸收塔內(nèi)推動(dòng)力的變化規(guī)律式由操作線與平衡線共同決定的。以低含量逆流吸收塔為例，操作線AB為直線，若平衡線亦為直線，則和隨y和x呈線性變化，其變化率為常數(shù)，可用塔底和塔頂?shù)亩酥当硎?，即?36第一百三十六頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.5.3傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算方法137第一百三十七頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五(2)平衡線為直線()時(shí)的對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法令：則：138第一百三十八頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五注：該方法必須知道出塔液相濃度x1。令：則：139第一百三十九頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五思考：以上對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法均以逆流為例導(dǎo)出，對(duì)并流吸收塔是否適用？140第一百四十頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.5.3傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算方法

除對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法之外，為計(jì)算傳質(zhì)單元數(shù)，可將相平衡關(guān)系與操作線方程代入傳質(zhì)單元數(shù)的定義式中直接積分求解（3）吸收因數(shù)法（也用于平衡線是直線型）141第一百四十一頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.5.3傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算方法該式包括、、三個(gè)數(shù)群，可將其繪制成圖8-22（p32），由圖可看出：1/A的意義：反映了吸收過程推動(dòng)力的大小，為平衡線斜率與吸收操作線斜率的比值。稱為解吸因數(shù)，A為吸收因素142第一百四十二頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.5.3傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算方法

a.當(dāng)S一定時(shí)，（即吸收要求，），，

b.若一定，，這說明S值大時(shí)對(duì)吸收不利，故稱S為解吸因素。反之故A越大，對(duì)吸收越有利，故稱A為吸收因素。

c.定量計(jì)算不用該圖（查閱不準(zhǔn)確），但定性分析該圖很有用。143第一百四十三頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.5.3傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算方法

——塔底與任一截面間的物料衡算導(dǎo)出的操作線方程。有時(shí)要求判斷x1的變化趨勢，須導(dǎo)出與x1有關(guān)的NOL（或NOG），以NOL為例：記?。捍斯皆谖詹僮餍蛦栴}定性分析中有用144第一百四十四頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.5.3傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算方法

思考：若平衡關(guān)系為ye=mx+b的形式，吸收因數(shù)法NOG、NOL的表達(dá)式形式如何？145第一百四十五頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.5.3傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算方法

平衡關(guān)系為曲線時(shí)，m為變量，一般取一平均的m，將Ky視為常數(shù)，則為某一平均值移出積分號(hào)外，有：(4)平衡關(guān)系為曲線時(shí)傳質(zhì)單元數(shù)的求法（圖解法或數(shù)值積分法）然后用圖解法或數(shù)值積分法求出,此法誤差大146第一百四十六頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.5.3傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算方法圖解法（1）由塔頂T到塔底B由操作線向平衡線作垂線，TT/…

…BB/皆為推動(dòng)力y-ye（2）找出各推動(dòng)力線中點(diǎn)連接成NM曲線。（3）由T作水平線交NM于F，延長TF到FF/使TF=FF/，由FF/作垂線交操作線于H成一個(gè)Δ梯級(jí)。（4）再由H作水平線，同前。（5）一直做到超出塔底B點(diǎn)為止。（6）則Δ個(gè)數(shù)即為NOG。147第一百四十七頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.5.3傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算方法ybyaoE數(shù)值積分法148第一百四十八頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.5.3傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算方法小結(jié)：

1）以上四種方法，最常用的是吸收因數(shù)法和對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法。

2）吸收因數(shù)法可不需要求出塔液濃度x1

，較為方便，但它不適合S=1（A=1），即兩線平行時(shí)。此時(shí)可用平均推動(dòng)力法即可用塔任一端的推動(dòng)力代替全塔平均推動(dòng)力149第一百四十九頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.5.3傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算方法

①易溶氣體（氣膜控制），，可視為常數(shù)移出積分號(hào)外，用圖解或數(shù)值積分法求

②難溶氣體（液膜控制），，，可視為常數(shù)移至積分號(hào)外，用圖解積分或數(shù)值積分求(5)幾種特殊情況的近似求法150第一百五十頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.5.3傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算方法

③中等溶解度氣體（雙膜控制），例如水吸收SO2，平衡線為曲線，m為變量，此時(shí)用下式求H：聯(lián)立解出值，然后圖解積分或數(shù)值積分求151第一百五十一頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.5.4吸收塔的設(shè)計(jì)型計(jì)算（1）吸收計(jì)算基本類型與基本關(guān)系式（2）流向的選擇（3）吸收劑進(jìn)口濃度的選擇及其最高允許濃度（4）吸收劑用量的選擇和最小液氣比（要求重點(diǎn)掌握）（5）塔內(nèi)返混的影響（6）吸收劑再循環(huán)152第一百五十二頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.5.4吸收塔的設(shè)計(jì)型計(jì)算（1）吸收計(jì)算基本類型與基本關(guān)系式

①基本類型：設(shè)計(jì)型計(jì)算（求H），操作型計(jì)算（H已知）②基本關(guān)系式全塔物料衡算式相平衡方程式（曲線）

（直線）或153第一百五十三頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.5.4吸收塔的設(shè)計(jì)型計(jì)算吸收過程基本方程式

或變量數(shù)：、、、、、、、、（或）共9個(gè)

關(guān)系式：3個(gè)。還需給出5個(gè)獨(dú)立變量才能求出另1個(gè)應(yīng)變量。通常、、、為已知量，、、、、（或）視不同的題型可以是已知量、亦可為待

求量。154第一百五十四頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.5.4吸收塔的設(shè)計(jì)型計(jì)算

有時(shí)題目不是給出值，而是用吸收率（也稱回收率）表示分離程度，定義如下：

則分離要求傳質(zhì)單元高度的值約為0.15～1.5，具體數(shù)值須由實(shí)驗(yàn)測定（或由試驗(yàn)得到或的關(guān)聯(lián)式求或），這將在傳質(zhì)設(shè)備一章詳述。中在本章（或）及（或）均為已知值或根據(jù)已知條

件易求出，故計(jì)算H的問題主要在于傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算。155第一百五十五頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.5.4吸收塔的設(shè)計(jì)型計(jì)算（2）流向的選擇逆流：氣體由塔底通入，從塔頂排出，而液體則靠自重由上而流下；并流：氣液同向。逆流操作與并流操作的比較：逆流操作與并流的氣液兩相進(jìn)、出口組成相等的條件下逆流操作的優(yōu)點(diǎn)：1、逆流操作可獲得較大的吸收推動(dòng)力，從而提高吸收過程的傳質(zhì)速率；156第一百五十六頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.5.4吸收塔的設(shè)計(jì)型計(jì)算2、逆流操作吸收液從塔底流出之前與入塔氣接觸，則可得到濃度較高的吸收液；3、逆流吸收操作吸收后的氣體從塔頂排出之前與剛?cè)胨奈談┙佑|，可使出塔氣體中溶質(zhì)的含量降低，提高溶質(zhì)的吸收率。所以工業(yè)上多采用逆流吸收操作。注意：在逆流操作過程中，液體在向下流動(dòng)時(shí)受到上升氣體的曳力，這種曳力過大會(huì)妨礙液體順利流下，因而限制了吸收塔的液體流量和氣體流量。m很小時(shí)，溶解度很大，逆流、并流均可采用。157第一百五十七頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.5.4吸收塔的設(shè)計(jì)型計(jì)算（3）吸收劑進(jìn)口濃度的選擇及其最高允許濃度分析過程：當(dāng)氣、液兩相流量及溶質(zhì)吸收率一定時(shí)，若吸收劑進(jìn)口濃度過高，吸收過程的推動(dòng)力減小，則吸收塔的塔高將增加，使設(shè)備投資增加；若吸收劑進(jìn)口濃度太低，吸收劑再生費(fèi)用增加；所以吸收劑進(jìn)口濃度的選擇是一個(gè)總費(fèi)用的優(yōu)化問題，通常往往結(jié)合解吸過程確定。158第一百五十八頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.5.4吸收塔的設(shè)計(jì)型計(jì)算除了上述經(jīng)濟(jì)方面的考慮，還有一個(gè)技術(shù)上的限制。所選吸收劑進(jìn)口含量x2必須低于x2e才有可能達(dá)到規(guī)定的分離要求。159第一百五十九頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.5.4吸收塔的設(shè)計(jì)型計(jì)算（4）吸收劑用量的選擇和最小液氣比做全塔物料衡算，有：液氣比越大，x1愈小。160第一百六十頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.5.4吸收塔的設(shè)計(jì)型計(jì)算操作線的斜率反映處理單位氣體量所耗用的溶劑量。存在一個(gè)使總費(fèi)用＝（操作費(fèi)用＋設(shè)備折舊費(fèi)）最小，必須進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定最佳液氣比。結(jié)論：一方面，液氣比的選擇是個(gè)經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)化問題。另一方面，吸收劑的最小用量也存在著技術(shù)上的限制。161第一百六十一頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.5.4吸收塔的設(shè)計(jì)型計(jì)算162第一百六十二頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.5.4吸收塔的設(shè)計(jì)型計(jì)算2、最小液氣比但是，當(dāng)減小到圖中的D點(diǎn)時(shí)，操作線與平衡線相交與D點(diǎn)，塔底的氣、液兩相組成達(dá)到平衡，此時(shí)塔底推動(dòng)力為零，所需塔高將為無窮大，顯然這是液氣比的下限，通常稱之為吸收設(shè)計(jì)的最小液氣比，可按物料衡算求得：163第一百六十三頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.5.4吸收塔的設(shè)計(jì)型計(jì)算①若相平衡關(guān)系符合亨利定律，則；又若題目給用純?nèi)軇ㄈ缜逅┪眨瑒t，故：②若題給平衡關(guān)系為，則，此時(shí)若為純?nèi)軇┪?，。③若平衡關(guān)系為曲線，分兩種情況處理。最小液氣比計(jì)算方法：164第一百六十四頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.5.4吸收塔的設(shè)計(jì)型計(jì)算最小液氣比計(jì)算方法：165第一百六十五頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.5.4吸收塔的設(shè)計(jì)型計(jì)算3、吸收劑用量的確定最佳液氣比須通過優(yōu)化設(shè)計(jì)求出（在課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)完成），為避免優(yōu)化（須建立數(shù)學(xué)模型用最優(yōu)化方法編程求解）計(jì)算，可按下式確定適宜液氣比，然后求出吸收劑用量L：

L=（1.1～2.0）Lmin注意：(L/G)min是對(duì)一定的分離要求而言的，當(dāng)L/G<(L/G)min時(shí)，將達(dá)不到分離要求。166第一百六十六頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.5.4吸收塔的設(shè)計(jì)型計(jì)算（5）塔內(nèi)返混的影響返混：吸收塔內(nèi)氣、液兩相可因種種原因造成少量流體自下游返回至上游，這一現(xiàn)象稱為返混。傳質(zhì)設(shè)備的任何形式的返混都將破壞逆流操作條件，使傳質(zhì)推動(dòng)力下降，對(duì)傳質(zhì)造成不利影響。返混的量及范圍越大，推動(dòng)力的降低也越嚴(yán)重。設(shè)計(jì)時(shí)一般將返混的影響放在傳質(zhì)單元高度中加以考慮。167第一百六十七頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五8.5.4吸收塔的設(shè)計(jì)型計(jì)算（6）吸收劑再循環(huán)吸收劑再循環(huán)：將出塔液體的一部分返回塔頂與新鮮吸收劑相混，然后一并進(jìn)入塔頂，此種流程稱為吸收劑再循環(huán)一般情況下，吸收劑再循環(huán)對(duì)吸收過程不利。在下列兩種情況下采用吸收劑再循環(huán)將是有利的：1、吸收過程有顯著的熱效應(yīng)，大量吸收劑再循環(huán)可降低吸收劑出塔溫度，平衡線向下移動(dòng)，全塔平均推動(dòng)力反而有所提高。2、吸收目的在于獲得x1較高的液相產(chǎn)物，按物料衡算所需的新鮮吸收劑量過少，以至不能保持塔內(nèi)填料良好的潤濕，此時(shí)采用吸收劑再循環(huán)，推動(dòng)力的降低將可由容積傳質(zhì)系數(shù)Kya的增加所補(bǔ)償。168第一百六十八頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五【例題】吸收劑用量的計(jì)算某礦石焙燒爐排出含SO2的混合氣體，除SO2外其余組分可看作惰性氣體。冷卻后送入填料吸收塔中，用清水洗滌以除去其中的SO2。吸收塔的操作溫度為20℃，壓力為101.3kPa?；旌蠚獾牧髁繛?000m3/h，其中含SO2體積百分?jǐn)?shù)為9%，要求SO2的回收率為90%。若吸收劑用量為理論最小用量的1.2倍，塔截面積為1m2，試計(jì)算：（1）吸收劑用量及塔底吸收液的組成x；（2）當(dāng)用含SO20.0003（摩爾分率）的水溶液作吸收劑時(shí)，保持二氧化硫回收率不變，吸收劑用量比原情況增加還是減少？塔底吸收液組成變?yōu)槎嗌?？已?01.3kPa，20℃條件下SO2在水中的平衡數(shù)據(jù)如附表所示。169第一百六十九頁，共一百九十八頁，編輯于2023年，星期五【例題】SO2溶液濃度x氣相中SO2平衡濃度ySO2溶液濃度x氣相中SO2平衡濃度y0.00005620.00