化工原理讲稿-气体吸收课件.ppt

1、气气 体体 吸吸 收收第一节第一节 概述概述第二节第二节 吸收过程的相平衡关系吸收过程的相平衡关系第三节第三节 吸收过程的机理及传质速率方程吸收过程的机理及传质速率方程第四节第四节 吸收（或解吸吸收（或解吸)塔的计算塔的计算第五节第五节 传质系数和传质理论传质系数和传质理论第六节第六节 其他条件下的吸收其他条件下的吸收 利用混合气体中各组分在液体中溶解度差异，使某些利用混合气体中各组分在液体中溶解度差异，使某些易溶组分进入液相形成溶液，不溶或难溶组分仍留在气相，易溶组分进入液相形成溶液，不溶或难溶组分仍留在气相，从而实现混合气体的分离。从而实现混合气体的分离。第一节第一节 概述概述溶质溶质：混

2、合气体中的溶解组分，以：混合气体中的溶解组分，以A A表示。表示。惰性气体：惰性气体：不溶或难溶组分，以不溶或难溶组分，以B B表示。表示。吸收剂吸收剂：吸收操作中所用的溶剂，以：吸收操作中所用的溶剂，以S S表示。表示。吸收液吸收液：吸收操作得到的溶液，主要成分溶剂：吸收操作得到的溶液，主要成分溶剂S S和溶质和溶质A A。吸收尾气吸收尾气：吸收后排出的气体，主要成分为惰性气体：吸收后排出的气体，主要成分为惰性气体B B和和少量的溶质少量的溶质A A。解吸或脱吸解吸或脱吸：与吸收相反的过程，即溶质从液相中分离而：与吸收相反的过程，即溶质从液相中分离而转移到气相的过程。转移到气相的过程。1.1

3、.吸收定义吸收定义2.2.吸收操作实例：石油液化气脱除硫化氢吸收操作实例：石油液化气脱除硫化氢第一节第一节 概述概述v物理吸收物理吸收：吸收过程溶质与溶剂不发生显著的化学反应。如用水吸收：吸收过程溶质与溶剂不发生显著的化学反应。如用水吸收二氧化碳、用水吸收乙醇或丙醇蒸汽、用洗油吸收芳烃等。二氧化碳、用水吸收乙醇或丙醇蒸汽、用洗油吸收芳烃等。v化学吸收化学吸收：溶质与溶剂有显著的化学反应发生。如用：溶质与溶剂有显著的化学反应发生。如用NaOHNaOH吸收吸收COCO2 2、用稀硫酸吸收氨等过程。化学反应能大大提高单位体积液体所能吸收用稀硫酸吸收氨等过程。化学反应能大大提高单位体积液体所能吸收的气

4、体量并加快吸收速率。但溶液解吸再生较难。的气体量并加快吸收速率。但溶液解吸再生较难。v单组分吸收单组分吸收：混合气体中只有单一组分被液相吸收，其余组分因溶解：混合气体中只有单一组分被液相吸收，其余组分因溶解度甚小其吸收量可忽略不计。度甚小其吸收量可忽略不计。v多组分吸收多组分吸收：有两个或两个以上组分被吸收。：有两个或两个以上组分被吸收。v非等温吸收非等温吸收：体系温度发生明显变化的吸收过程。：体系温度发生明显变化的吸收过程。v等温吸收等温吸收：体系温度变化不显著的吸收过程。：体系温度变化不显著的吸收过程。3.3.吸收过程的分类吸收过程的分类第一节第一节 概述概述4.4.吸收过程在石油化工中的

5、应用吸收过程在石油化工中的应用(1)(1)回收有用组分回收有用组分 吸收剂选择性地吸收气体中某些组分以达到分离吸收剂选择性地吸收气体中某些组分以达到分离目的。如用洗油从焦炉气或城市煤气中分离苯，用烃类从石油裂解气目的。如用洗油从焦炉气或城市煤气中分离苯，用烃类从石油裂解气中回收乙烯、丙烯等。中回收乙烯、丙烯等。(2)(2)制取产品制取产品 用吸收剂吸收气体中某些组分而获得产品。如硫酸吸用吸收剂吸收气体中某些组分而获得产品。如硫酸吸收收SOSO3 3制浓硫酸，水吸收甲醛制福尔马林液等。制浓硫酸，水吸收甲醛制福尔马林液等。(3)(3)气体净化气体净化 一类是原料气的净化，即除去混合气体中的杂质，如

6、一类是原料气的净化，即除去混合气体中的杂质，如合成氨原料气脱合成氨原料气脱H H2 2S S、脱、脱COCO2 2；液化气中脱除硫化氢等。；液化气中脱除硫化氢等。第一节第一节 概述概述5.5.气液两相的接触方式气液两相的接触方式连续接触连续接触(也称微分接触也称微分接触)溶剂b 级式接触a a 微分接触图9-2 填料塔和板式塔气体溶剂气体级式接触：级式接触：第一节第一节 概述概述6.6.吸收剂的选择吸收剂的选择溶解度大；溶解度大；选择性好；选择性好；挥发度低；挥发度低；粘度低；粘度低；无毒、无腐蚀；无毒、无腐蚀；不易燃、不易发泡、价廉易得、稳定。不易燃、不易发泡、价廉易得、稳定。第一节第一节

7、概述概述第二节第二节 吸收过程的相平衡关系吸收过程的相平衡关系一、吸收过程的气液相平衡关系一、吸收过程的气液相平衡关系 二、亨利定律二、亨利定律三、传质过程的方向、限度及推动力三、传质过程的方向、限度及推动力一、吸收过程的气液相平衡关系一、吸收过程的气液相平衡关系1.1.气体在液体中的溶解度气体在液体中的溶解度 在一定的温度与压力下、当气体混合物与一定量的溶在一定的温度与压力下、当气体混合物与一定量的溶剂接触时，气相中的溶质便向液相中转移，直至液相中溶剂接触时，气相中的溶质便向液相中转移，直至液相中溶质达到饱和为止，这时，我们称之为达到了相平衡状态。质达到饱和为止，这时，我们称之为达到了相平衡

8、状态。达到了相平衡状态时气相中溶质的分压，称达到了相平衡状态时气相中溶质的分压，称平衡分压平衡分压；液；液相中溶质的浓度称为平衡浓度（或相中溶质的浓度称为平衡浓度（或溶解度溶解度）。）。大量实验表明，溶解度与平衡分压有关。大量实验表明，溶解度与平衡分压有关。第二节第二节 吸收过程的相平衡关系吸收过程的相平衡关系2.2.溶解度曲线溶解度曲线第二节第二节 吸收过程的相平衡关系吸收过程的相平衡关系气体的气相分压（组成）越高，溶解度越大气体的气相分压（组成）越高，溶解度越大气体的温度越高，溶解度越小气体的温度越高，溶解度越小启示：吸收操作应在低温、高压下进行；启示：吸收操作应在低温、高压下进行；脱吸操

9、作应在高温、低压下进行。脱吸操作应在高温、低压下进行。第二节第二节 吸收过程的相平衡关系吸收过程的相平衡关系结论：结论：二、亨利定律（二、亨利定律（Henrys lawHenrys law）当总压不太高时，一定温度下的稀溶液的溶解度曲线近当总压不太高时，一定温度下的稀溶液的溶解度曲线近似为直线，即溶质在液相中的溶解度与其在气相中的分压成似为直线，即溶质在液相中的溶解度与其在气相中的分压成正比。正比。式中：式中：p pe e 溶质在气相中的平衡分压，溶质在气相中的平衡分压，kPakPa；E E 亨利系数，亨利系数，kPakPa。x x 溶质在液相中的摩尔分数；溶质在液相中的摩尔分数；Expe 亨

10、利定律亨利定律1.1.亨利定律亨利定律第二节第二节 吸收过程的相平衡关系吸收过程的相平衡关系F亨利系数的值随物系的特性及温度而异；亨利系数的值随物系的特性及温度而异；F物系一定，物系一定，E E值一般随温度的上升而增大；值一般随温度的上升而增大；F难溶气体难溶气体E E值很大，易溶气体值很大，易溶气体E E值很小；值很小；FE E的单位与压强单位一致。的单位与压强单位一致。讨论：讨论：第二节第二节 吸收过程的相平衡关系吸收过程的相平衡关系C C 溶质在液相中的摩尔浓度，溶质在液相中的摩尔浓度，kmol/mkmol/m3 3；H H 溶解度系数；溶解度系数；kmol/(mkmol/(m3 3 k

11、Pa)kPa)。HCpe2 2用溶解度系数表示的亨利定律用溶解度系数表示的亨利定律xCCm 溶液中溶质的摩尔浓度和摩尔分率及溶液的总摩尔浓度溶液中溶质的摩尔浓度和摩尔分率及溶液的总摩尔浓度之间的关系为之间的关系为C Cm m 溶液的总摩尔浓度，溶液的总摩尔浓度，kmol/mkmol/m3 3；x x 溶质在溶液中的摩尔分数。溶质在溶液中的摩尔分数。第二节第二节 吸收过程的相平衡关系吸收过程的相平衡关系ECHm 对于稀溶液，因溶质的浓度很小，因此对于稀溶液，因溶质的浓度很小，因此c cm m/M/Ms s，其中，其中 为溶液的密度，为溶液的密度，MsMs为溶剂的摩尔质量。为溶剂的摩尔质量。xHC

12、pme所以所以sEMH易溶气体易溶气体H H值大；难溶气体值大；难溶气体H H值小。值小。第二节第二节 吸收过程的相平衡关系吸收过程的相平衡关系mxyePEm 3 3用相平衡常数表示的亨利定律用相平衡常数表示的亨利定律 xpEppe第二节第二节 吸收过程的相平衡关系吸收过程的相平衡关系温度降低、总压升高则温度降低、总压升高则m m值变小，有利于吸收操作。值变小，有利于吸收操作。相平衡常数相平衡常数m m是温度及总压的函数是温度及总压的函数;m m值愈小，表明该气体的溶解度愈大值愈小，表明该气体的溶解度愈大;Expe相平衡常数相平衡常数 在低浓度气体吸收计算中，通常采用摩尔比浓度在低浓度气体吸收

13、计算中，通常采用摩尔比浓度Y Y（或（或X X）表示组成。表示组成。4 4用摩尔比浓度表示的亨利定律用摩尔比浓度表示的亨利定律 yyBAY1的摩尔数气相中惰气的摩尔数气相中溶质xxSAX1的摩尔数液相中溶剂的摩尔数液相中溶质YYy1XXx1XXmYYee11mxye第二节第二节 吸收过程的相平衡关系吸收过程的相平衡关系X X 溶质在液相中的摩尔比浓度；溶质在液相中的摩尔比浓度；Y Ye e 与与X X呈平衡的气相中溶质的摩尔比浓度；呈平衡的气相中溶质的摩尔比浓度；XmmXYe)1(1mXYe即即当当X X很小时很小时摩尔比浓度表示的摩尔比浓度表示的亨利定律亨利定律第二节第二节 吸收过程的相平衡

14、关系吸收过程的相平衡关系 1atm 1atm下，浓度为下，浓度为0.020.02（摩尔分数）的稀氨水在（摩尔分数）的稀氨水在2020时氨时氨的平衡分压为的平衡分压为1.666kPa1.666kPa，其相平衡关系服从亨利定律，氨水，其相平衡关系服从亨利定律，氨水密度可近似取密度可近似取1000kg/m1000kg/m3 3。求：。求：E E、m m、H H。例题例题1第二节第二节 吸收过程的相平衡关系吸收过程的相平衡关系三、传质过程的方向、限度及推动力三、传质过程的方向、限度及推动力 1.1.传质过程的方向传质过程的方向 气、液相浓度气、液相浓度(y,x)(y,x)在平衡线上方在平衡线上方(N(

15、N点点)：结论：若系统气、液相浓度结论：若系统气、液相浓度(y,x)(y,x)在平衡线上方，则体系将发生从在平衡线上方，则体系将发生从气相到液相的传质，即吸收过程。气相到液相的传质，即吸收过程。yxoye=f(x)Nyxyexe释放溶质吸收溶质第二节第二节 吸收过程的相平衡关系吸收过程的相平衡关系气、液相浓度气、液相浓度(y,x)(y,x)在平衡线下方在平衡线下方(M(M点点)：yxoye=f(x)Myxye结论：若系统气、液相浓度结论：若系统气、液相浓度(y,x)(y,x)在平衡线下方，则体系将在平衡线下方，则体系将发生从液相到气相的传质，即解吸过程。发生从液相到气相的传质，即解吸过程。xe

16、释放溶质溶质解吸第二节第二节 吸收过程的相平衡关系吸收过程的相平衡关系气、液相浓度气、液相浓度(y,x)(y,x)处于平衡线上处于平衡线上(K(K点点)：yxoye=f(x)Kyxye 结论：若系统气、液相浓度结论：若系统气、液相浓度(y,x)(y,x)处于平衡线上，则体处于平衡线上，则体系从宏观上讲将不会发生相际间的传质，即系统处于平衡系从宏观上讲将不会发生相际间的传质，即系统处于平衡状态。状态。xe第二节第二节 吸收过程的相平衡关系吸收过程的相平衡关系2.2.传质过程的限度传质过程的限度 对吸收而言：对吸收而言：若保持液相浓度若保持液相浓度x x不变，气相不变，气相浓度浓度y y最低只能降

17、到与之相平最低只能降到与之相平衡的浓度衡的浓度y ye e，即，即y yminmin=y=ye e；若保持气相浓度若保持气相浓度y y不变，则液不变，则液相浓度相浓度x x最高也只能升高到与最高也只能升高到与气相浓度气相浓度y y相平衡的浓度相平衡的浓度x xe e，即即x xmaxmax=x=xe e。yxoye=f(x)Nyxyexe第二节第二节 吸收过程的相平衡关系吸收过程的相平衡关系yxoye=f(x)Myxyexe对解吸而言：对解吸而言：若保持液相浓度若保持液相浓度x x不变，气相浓度不变，气相浓度y y最高只能升到与之相平最高只能升到与之相平衡的浓度衡的浓度y ye e，即，即 y

18、 ymaxmax=y=ye e；若保持气相浓度若保持气相浓度y y不变，则液相浓度不变，则液相浓度x x最低也只能降到与气最低也只能降到与气相浓度相浓度y y相平衡的浓度相平衡的浓度x xe e，即，即 x xminmin=x=xe e。第二节第二节 吸收过程的相平衡关系吸收过程的相平衡关系传质推动力的表示方法可以传质推动力的表示方法可以不同，但效果一样。不同，但效果一样。(xe-x(xe-x)：以液相摩尔分数差：以液相摩尔分数差表示的传质推动力。表示的传质推动力。对吸收过程：对吸收过程：(y-ye)(y-ye)：以气相摩尔分数差：以气相摩尔分数差表示的传质推动力；表示的传质推动力；3.3.传

19、质过程的推动力传质过程的推动力未达平衡的两相接触会发生相际间传质未达平衡的两相接触会发生相际间传质(吸收或解吸吸收或解吸)，离平衡浓度越，离平衡浓度越远，过程传质推动力越大，传质过程进行越快。远，过程传质推动力越大，传质过程进行越快。方法：用气相或液相浓度远离平衡的程度来表征气液相际传质过程的方法：用气相或液相浓度远离平衡的程度来表征气液相际传质过程的推动力。推动力。yxoye=f(x)Myxyexe（y-ye）（xe-x）第二节第二节 吸收过程的相平衡关系吸收过程的相平衡关系 用煤油从苯用煤油从苯空气混合气体中吸收苯，入塔气体中含苯空气混合气体中吸收苯，入塔气体中含苯2%2%（体积），吸收后

20、浓度降为（体积），吸收后浓度降为0.01%0.01%（体积），入塔煤油中（体积），入塔煤油中含苯含苯0.02%0.02%（摩尔分数）。操作温度为（摩尔分数）。操作温度为5050，压力为，压力为200 200 kN/mkN/m2 2，操作条件下相平衡关系为，操作条件下相平衡关系为p pe e=80 xkN/m=80 xkN/m2 2。求求 ：（：（1 1）塔顶处气相推动力；（）塔顶处气相推动力；（2 2）若改善吸收设备的吸）若改善吸收设备的吸收效果，提高吸收率，则出口液体浓度极限是多少？收效果，提高吸收率，则出口液体浓度极限是多少？例题例题2 2吸收塔吸收塔混合气体混合气体,p1气气,p2液液,

21、x2液液,x1 含溶质含溶质A 且摩尔分率为且摩尔分率为x=0.2的溶液与压力为的溶液与压力为 2atm,y=0.15的气体等温接触的气体等温接触,平衡关系为：平衡关系为：pe=1.2x(atm)，则此时将发生则此时将发生 过程。用气相组成和液相组成表过程。用气相组成和液相组成表示的总传质推动力分别为示的总传质推动力分别为y=，x=（摩尔分（摩尔分率）。如系统温度略有增高，则率）。如系统温度略有增高，则y将将 。如系统。如系统总压略有增高，则总压略有增高，则x将将 。例题例题3 3第三节第三节 吸收过程的机理及传质速率方程吸收过程的机理及传质速率方程一、一、吸收过程的机理吸收过程的机理二、二、

22、传质速率方程式传质速率方程式 吸收过程是溶质由气相向液相转移的相际传递过程，吸收过程是溶质由气相向液相转移的相际传递过程，可分为三个步骤：可分为三个步骤：气相主体 液相主体 相界面溶解气相扩散 液相扩散(1)(1)溶质由气相主体扩散至两相界面溶质由气相主体扩散至两相界面 (气相内传质气相内传质)；(2)(2)溶质在界面上溶解溶质在界面上溶解(通过界面的传质通过界面的传质)；(3)(3)溶质由相界面扩散至液相主体溶质由相界面扩散至液相主体(液相内传质液相内传质)。一、吸收过程的机理一、吸收过程的机理第三节第三节 吸收过程的机理及传质速率方程吸收过程的机理及传质速率方程1.1.双膜理论双膜理论 由

23、由W.K.Lewis W.K.Lewis 和和 W.G.Whitman W.G.Whitman 在上世纪二十年代提出，是最早出在上世纪二十年代提出，是最早出现的传质理论。双膜理论的基本论点是：现的传质理论。双膜理论的基本论点是：(1)(1)相互接触的两流体间存在着稳定的相界面，界面两侧各存在相互接触的两流体间存在着稳定的相界面，界面两侧各存在着一个很薄（等效厚度分别为着一个很薄（等效厚度分别为 1 1和和 2 2）的流体膜层。溶质以分子扩散）的流体膜层。溶质以分子扩散方式通过此两膜层。方式通过此两膜层。(2)(2)界面上气液两相呈平衡。界面上气液两相呈平衡。(3)(3)在膜层以外的两相主体在膜

24、层以外的两相主体区无传质阻力，相际的传质阻力区无传质阻力，相际的传质阻力集中在两个膜层内。集中在两个膜层内。气相主体 液相主体 相界面p 12pi Ci C 气膜液膜第三节第三节 吸收过程的机理及传质速率方程吸收过程的机理及传质速率方程两相相内传质速率可用下面的形式表达为：两相相内传质速率可用下面的形式表达为：iBmGApppPRTDN1BmGGpPRTDk1令SmmLLccDk2令D DG G、D DL L 溶质组分在气膜与液膜中的分子扩散系数；溶质组分在气膜与液膜中的分子扩散系数；P/pP/pBmBm 气相扩散漂流因子；气相扩散漂流因子；c cm m/c/cBmBm 液相扩散漂流因子；液相

25、扩散漂流因子；1 1、2 2 界面两侧气液相等效膜层厚度，待定参数。界面两侧气液相等效膜层厚度，待定参数。双膜理论将两流体相际传质过程简化为经两膜层的稳定分子扩双膜理论将两流体相际传质过程简化为经两膜层的稳定分子扩散的串联过程。对吸收过程则为溶质通过气膜和液膜的分子扩散过散的串联过程。对吸收过程则为溶质通过气膜和液膜的分子扩散过程。程。)(2ccccDNiSmmLA第三节第三节 吸收过程的机理及传质速率方程吸收过程的机理及传质速率方程iGAppkN)(cckNiLA 由此理论所得的传质系数计算式形式简单，但等效膜层厚度由此理论所得的传质系数计算式形式简单，但等效膜层厚度 1 1 和和 2 2

26、以及界面上浓度以及界面上浓度 p pi i 和和 C Ci i 都难以确定；都难以确定；双膜理论存在着很大的局限性，例如对高度湍动的两流体间的传质双膜理论存在着很大的局限性，例如对高度湍动的两流体间的传质体系，相界面是不稳定的，因此界面两侧存在稳定的等效膜层以及体系，相界面是不稳定的，因此界面两侧存在稳定的等效膜层以及物质以分子扩散方式通过此两膜层的假设都难以成立；另外按双膜物质以分子扩散方式通过此两膜层的假设都难以成立；另外按双膜理论，传质系数与扩散系数成正比，这与实验所得的关联式的结果理论，传质系数与扩散系数成正比，这与实验所得的关联式的结果相差较大；相差较大；该理论提出的双阻力概念，即认

27、为传质阻力集中在相接触的两流体该理论提出的双阻力概念，即认为传质阻力集中在相接触的两流体相中，而界面阻力可忽略不计的概念，在传质过程的计算中得到了相中，而界面阻力可忽略不计的概念，在传质过程的计算中得到了广泛承认，仍是传质过程及设备设计的依据；广泛承认，仍是传质过程及设备设计的依据；本书后续部分也将以该理论为讨论问题的基础。本书后续部分也将以该理论为讨论问题的基础。第三节第三节 吸收过程的机理及传质速率方程吸收过程的机理及传质速率方程二、二、传质速率方程式传质速率方程式 在吸收过程中，相际传质由三个步骤串联而成。按在吸收过程中，相际传质由三个步骤串联而成。按照流体与界面间的对流传质速率方程式，

28、可将传质速率照流体与界面间的对流传质速率方程式，可将传质速率分别写成：分别写成：)(iGGAppkN)(CCkNiLA液相液相气相气相或或)(iyAyykN)(xxkNixA气相气相液相液相第三节第三节 吸收过程的机理及传质速率方程吸收过程的机理及传质速率方程ppyGppyii)(iyAyykNGypkk 对气相，当总压不很高时，根据分压定律可知：对气相，当总压不很高时，根据分压定律可知：)()()(iGiGGiGGAyypkpppppkppkN第三节第三节 吸收过程的机理及传质速率方程吸收过程的机理及传质速率方程LMxkCk MLCCx MiiCCx 同理可推同理可推)()()(xxkCCC

29、CCkCCCkNiLMMMiLMiLA)(xxkNixA第三节第三节 吸收过程的机理及传质速率方程吸收过程的机理及传质速率方程)()()()(xxkyykCCkppkNixiyLiLiGGA对于稳定的吸收过程，气、液两相中的传质速率相等：对于稳定的吸收过程，气、液两相中的传质速率相等：第三节第三节 吸收过程的机理及传质速率方程吸收过程的机理及传质速率方程1.1.界面组成的确定界面组成的确定 计算法：计算法：对稳定的吸收过程，气、液两相内传质速率应相等。若对稳定的吸收过程，气、液两相内传质速率应相等。若两相浓度均以摩尔分数表示，有两相浓度均以摩尔分数表示，有 )()(xxkyykNixiyA i

30、ixfy 相平衡关系相平衡关系第三节第三节 吸收过程的机理及传质速率方程吸收过程的机理及传质速率方程yxoyxxiyiAxxkkyyiyxi作图法：作图法：)()(xxkyykNixiyAE由由在在y-xy-x图上作出平衡线图上作出平衡线在在y-xy-x图上找到点图上找到点A(x,y)A(x,y)过点过点A A作斜率为作斜率为-k-kx x/k/ky y的直的直线，交相平衡线于点线，交相平衡线于点B(xB(xi i,y,yi i)B第三节第三节 吸收过程的机理及传质速率方程吸收过程的机理及传质速率方程2.2.总传质速率方程总传质速率方程 )(xxkyykNixiyAmyxe根据双膜理论，界面上

31、气、液两相互成平衡，则根据双膜理论，界面上气、液两相互成平衡，则myxii令与液相主体浓度令与液相主体浓度x x成平衡的气相浓度为成平衡的气相浓度为y ye e，则，则)()(eixeixiyAyymkmymykyykN第三节第三节 吸收过程的机理及传质速率方程吸收过程的机理及传质速率方程xyexeiyiAkmkyykmyykyyN11传质速率方程式可以写为：传质速率方程式可以写为：)(eyAyyKN令令xyykmkK11以以y yy ye e为总推动力为总推动力的总传质速率方程的总传质速率方程第三节第三节 吸收过程的机理及传质速率方程吸收过程的机理及传质速率方程)(xxkyykNixiyA同

32、理同理xyexiyieixieyAkmkxxkxxmkxxxxkxxmkN1111)(传质速率方程式可以写为：传质速率方程式可以写为：)(xxKNexA令令以以x xe ex x为总推动力为总推动力的总传质速率方程的总传质速率方程xyxkmkK111第三节第三节 吸收过程的机理及传质速率方程吸收过程的机理及传质速率方程xyykmkK11mKKxy讨论：讨论：eyAyyKNvK Ky y是以是以(y-y(y-ye e)为推动力的总传质系数，单位为为推动力的总传质系数，单位为 kmol/(mkmol/(m2 2 s)s)v1/K1/Ky y为气、液两相总传质阻力。为气、液两相总传质阻力。v总传质阻

33、力总传质阻力1/K1/Ky y等于气相传质阻力等于气相传质阻力1/k1/ky y与液相传质阻力与液相传质阻力m/km/kx x之和。之和。v因为总阻力因为总阻力1/K1/Ky y以气相为基准，所以液相阻力以气相为基准，所以液相阻力1/k1/kx x需乘以换算系数需乘以换算系数m m。v气、液传质总推动力为两相的相内传质推动力之和。气、液传质总推动力为两相的相内传质推动力之和。xyykmkK11以以y yy ye e为总推动力为总推动力的总传质速率方程的总传质速率方程第三节第三节 吸收过程的机理及传质速率方程吸收过程的机理及传质速率方程)(xxKNexAyxxmkkK111以液相浓度差为基以液相

34、浓度差为基准的总传质速率方准的总传质速率方程程vK Kx x是以是以(x(xe e-x-x)为推动力的总传质系数，单位为为推动力的总传质系数，单位为kmol/(mkmol/(m2 2 s)s)。v1/K1/Kx x代表了以液相为基准的吸收传质过程的总传质阻力。代表了以液相为基准的吸收传质过程的总传质阻力。v总传质阻力总传质阻力1/K1/Kx x等于液相传质阻力等于液相传质阻力1/k1/kx x与气相传质阻力与气相传质阻力1/mk1/mky y之和。之和。v因为总阻力因为总阻力1/K1/Kx x以液相为基准，所以气相阻力以液相为基准，所以气相阻力1/k1/ky y需除以换算系数需除以换算系数m

35、m。v气、液传质总推动力为两相的相内传质推动力之和。气、液传质总推动力为两相的相内传质推动力之和。第三节第三节 吸收过程的机理及传质速率方程吸收过程的机理及传质速率方程对易溶气体，平衡常数对易溶气体，平衡常数m m值小，这时：值小，这时：传质阻力主要集中在气相，此类传质过程称为气相阻力控制过程，传质阻力主要集中在气相，此类传质过程称为气相阻力控制过程，或称或称气膜控制气膜控制过程。过程。yyyyxykKkKkmk111 采用总传质速率方程进行计算可避开难以确定的相界面组成采用总传质速率方程进行计算可避开难以确定的相界面组成x xi i和和 y yi i。这与通过间壁对流传热问题中用总传热速率方

36、程可避开固体壁面两侧温这与通过间壁对流传热问题中用总传热速率方程可避开固体壁面两侧温度是相似的。度是相似的。总传质阻力取决于气、液两相的传质阻力。但对一些吸收过程，气、总传质阻力取决于气、液两相的传质阻力。但对一些吸收过程，气、液两相传质阻力在总传质阻力中所占的比例相差甚远，可对问题进行简液两相传质阻力在总传质阻力中所占的比例相差甚远，可对问题进行简化处理。化处理。第三节第三节 吸收过程的机理及传质速率方程吸收过程的机理及传质速率方程对难溶气体，平衡常数对难溶气体，平衡常数 m m 值大值大,这时：这时：xxxxyxkKkKmkk1111 传质阻力主要集中在液相，此类过程称为液相阻力控制过程，

37、或传质阻力主要集中在液相，此类过程称为液相阻力控制过程，或液膜控制过程。液膜控制过程。分析气、液两相中传质阻力所占的比例，对于强化传质过程，提分析气、液两相中传质阻力所占的比例，对于强化传质过程，提高传质速率有重要的指导意义。例如，以气相阻力为主的吸收操作，高传质速率有重要的指导意义。例如，以气相阻力为主的吸收操作，增加气体流速，可减薄气膜层的厚度，从而降低气相传质阻力，有效增加气体流速，可减薄气膜层的厚度，从而降低气相传质阻力，有效地提高吸收速率；而增加液体流速吸速率则不会有明显改变。地提高吸收速率；而增加液体流速吸速率则不会有明显改变。第三节第三节 吸收过程的机理及传质速率方程吸收过程的机

38、理及传质速率方程吸收传质速率方程的几种形式吸收传质速率方程的几种形式mxy MXY Hcp xxKyyKxxkyykNexeyixiyAXXKYYKXXkYYkNeXeYiXiYAccKppKcckppkNeLeGiLiGAxyykmkK11xyxkmkK1)(11XYYkMkK11)(111LGGHkkKLGLkkHK11XYXkMkK1)(11iyYGyYYkkPkk11ixXLmxXXkkkck11eyYGyYYKKPKK11exXLmxXXKKKcK11mKKxyMKKXYLGHKK 例例8-48-4：传质速率及界面浓度的求取：传质速率及界面浓度的求取(Pg26)(Pg26)在总压为在

39、总压为101.3kPa101.3kPa、温度为、温度为303K303K用水吸收混合用水吸收混合气中的氨，操作条件下的气液平衡关系为气中的氨，操作条件下的气液平衡关系为y=1.20 xy=1.20 x。已知气相传质系数已知气相传质系数k ky y=5.31=5.311010-4-4kmol/(mkmol/(m2 2s)s)，液相，液相传质系数传质系数k kx x=5.33=5.331010-3-3kmol/(mkmol/(m2 2s)s)，并在塔的某一，并在塔的某一截面上测得氨的气相浓度截面上测得氨的气相浓度y=0.05y=0.05，液相浓度，液相浓度x=0.012x=0.012（均为摩尔分数）

40、。试求该截面上的传质速率及气（均为摩尔分数）。试求该截面上的传质速率及气液界面上的两相的浓度。液界面上的两相的浓度。例例:在吸收塔某处，气相主体浓度在吸收塔某处，气相主体浓度y=0.025,y=0.025,液相主体浓液相主体浓度度x=0.01x=0.01，气相传质分系数，气相传质分系数 =2kmol/m=2kmol/m2 2.h,.h,气相总传气相总传质系数质系数K Ky y=1.5kmol/m=1.5kmol/m2 2.h.h，则该处气液界面上气相浓度，则该处气液界面上气相浓度y yi i应为（应为（），平衡关系），平衡关系y=0.5Xy=0.5X。()0.02()0.02()0.01 ()0.01 ()0.015()0.015()0.005)0.005 yk