第九章-吸收优秀文档.ppt

第第九章章 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 利利用用混混合合气气体体中中各各组组分分在在液液体体中中溶溶解解度度差差异异，使使某某些些易易溶溶组组分分进进入入液液相相形形成成溶溶液液，不不溶溶或或难难溶溶组组分分仍仍留留在在气气相相，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。吸吸收收尾尾气气：吸吸收收后后排排出出的的气气体体，主主要要成成分分为为惰惰性性气气体体B B和和少少量的溶质量的溶质A A。解解吸吸或或脱脱吸吸：与与吸吸收收相相反反的的过过程程，即即溶溶质质从从液液相相中中分分离离而而转移到气相的过程。转移到气相的过程。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物物理理吸吸收收：吸吸收收过过程程溶溶质质与与溶溶剂剂不不发发生生显显著著的的化化学学反反应应。如如用用水水吸吸收收二氧化碳、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化化学学吸吸收收：溶溶质质与与溶溶剂剂有有显显著著的的化化学学反反应应发发生生。如如用用NaOHNaOH吸吸收收COCO2 2、用用稀稀硫硫酸酸吸吸收收氨氨等等过过程程。化化学学反反应应能能大大大大提提高高单单位位体体积积液液体体所所能能吸吸收收的的气体量并加快吸收速率。但溶液解吸再生较难。气体量并加快吸收速率。但溶液解吸再生较难。v单单组组分分吸吸收收：混混合合气气体体中中只只有有单单一一组组分分被被液液相相吸吸收收，其其余余组组分分因因溶溶解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应用吸收过程在石油化工中的应用(1)(1)回回收收有有用用组组分分 吸吸收收剂剂选选择择性性地地吸吸收收气气体体中中某某些些组组分分以以达达到到分分离离目目的的。如如用用洗洗油油从从焦焦炉炉气气或或城城市市煤煤气气中中分分离离苯苯，用用烃烃类类从从石石油油裂裂解解气气中回收乙烯、丙烯等。中回收乙烯、丙烯等。(2)(2)制制取取产产品品 用用吸吸收收剂剂吸吸收收气气体体中中某某些些组组分分而而获获得得产产品品。如如硫硫酸酸吸吸收收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)气气体体净净化化 一一类类是是原原料料气气的的净净化化，即即除除去去混混合合气气体体中中的的杂杂质质，如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 概述概述连续接触连续接触(也称微分接触也称微分接触)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 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Ky是以(y-ye)为推动力的总传质系数，单位为 kmol/(m2 s)总传质阻力取决于气、液两相的传质阻力。在低浓度气体吸收计算中，通常采用摩尔比浓度Y（或X）表示组成。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相差较大；第九章 气 体 吸 收摩尔比浓度表示的亨利定律第二节 吸收过程的相平衡关系气、液传质总推动力为两相的相内传质推动力之和。液化气中脱除硫化氢等。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物质以分子扩散方式通过此两膜层的假设都难以成立；第三节 吸收过程的机理及传质速率方程结论：若系统气、液相浓度(y,x)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。3310-3kmol/(m2s)，并在塔的某一截面上测得氨的气相浓度y=0.一、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 在在一一定定的的温温度度与与压压力力下下、当当气气体体混混合合物物与与一一定定量量的的溶溶剂剂接接触触时时，气气相相中中的的溶溶质质便便向向液液相相中中转转移移，直直至至液液相相中中溶溶质质达达到到饱饱和和为为止止，这这时时，我我们们称称之之为为达达到到了了相相平平衡衡状状态态。达达到到了了相相平平衡衡状状态态时时气气相相中中溶溶质质的的分分压压，称称平平衡衡分分压压；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）当当总总压压不不太太高高时时，一一定定温温度度下下的的稀稀溶溶液液的的溶溶解解度度曲曲线线近近似似为为直直线线，即即溶溶质质在在液液相相中中的的溶溶解解度度与与其其在在气气相相中中的的分分压压成成正比。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；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 kPa)kPa)。2 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 溶溶液液中中溶溶质质的的摩摩尔尔浓浓度度和和摩摩尔尔分分率率及及溶溶液液的的总总摩摩尔尔浓浓度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 对对于于稀稀溶溶液液，因因溶溶质质的的浓浓度度很很小小，因因此此c cm m/M/Ms s，其其中中 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。所以所以易溶气体易溶气体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 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;相平衡常数相平衡常数 在在低低浓浓度度气气体体吸吸收收计计算算中中，通通常常采采用用摩摩尔尔比比浓浓度度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 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吸收液：吸收操作得到的溶液，主要成分溶剂S和溶质A。按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：例8-4：传质速率及界面浓度的求取(Pg26)在低浓度气体吸收计算中，通常采用摩尔比浓度Y（或X）表示组成。总传质阻力取决于气、液两相的传质阻力。液化气中脱除硫化氢等。Whitman 在上世纪二十年代提出，是最早出现的传质理论。过点A作斜率为-kx/ky的直线，交相平衡线于点B(xi,yi)Cm 溶液的总摩尔浓度，kmol/m3；液化气中脱除硫化氢等。二、传质速率方程式3用相平衡常数表示的亨利定律吸收操作实例：石油液化气脱除硫化氢第三节 吸收过程的机理及传质速率方程Ye 与X呈平衡的气相中溶质的摩尔比浓度；摩尔比浓度表示的亨利定律吸收操作实例：石油液化气脱除硫化氢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；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 吸收过程的相平衡关系吸收过程的相平衡关系 1atm1atm下下，浓浓度度为为0.020.02（摩摩尔尔分分数数）的的稀稀氨氨水水在在2020时时氨氨的的平平衡衡分分压压为为1.666kPa1.666kPa，其其相相平平衡衡关关系系服服从从亨亨利利定定律律，氨氨水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(N点点)：结结论论：若若系系统统气气、液液相相浓浓度度(y,x)(y,x)在在平平衡衡线线上上方方，则则体体系系将将发发生生从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结结论论：若若系系统统气气、液液相相浓浓度度(y,x)(y,x)在在平平衡衡线线下下方方，则则体体系系将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 结结论论：若若系系统统气气、液液相相浓浓度度(y,x)(y,x)处处于于平平衡衡线线上上，则则体体系系从从宏宏观观上上讲讲将将不不会会发发生生相相际际间间的的传传质质，即即系系统统处处于于平平衡衡状态。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：若若保保持持液液相相浓浓度度x x不不变变，气气相相浓浓度度y y最最低低只只能能降降到到与与之之相相平平衡的浓度衡的浓度y ye e，即，即y yminmin=y=ye e；若若保保持持气气相相浓浓度度y y不不变变，则则液液相相浓浓度度x x最最高高也也只只能能升升高高到到与与气气相相浓浓度度y y相相平平衡衡的的浓浓度度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：若若保保持持液液相相浓浓度度x x不不变变，气气相相浓浓度度y y最最高高只只能能升升到到与与之之相相平平衡的浓度衡的浓度y ye e，即，即 y ymaxmax=y=ye e；若若保保持持气气相相浓浓度度y y不不变变，则则液液相相浓浓度度x x最最低低也也只只能能降降到到与与气气相浓度相浓度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传质质推推动动力力的的表表示示方方法法可可以以不同，但效果一样。不同，但效果一样。(xe-x)(xe-x)：以以液液相相摩摩尔尔分分数数差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)：以以气气相相摩摩尔尔分分数数差差表示的传质推动力；表示的传质推动力；未未达达平平衡衡的的两两相相接接触触会会发发生生相相际际间间传传质质(吸吸收收或或解解吸吸)，离离平平衡衡浓浓度度越越远远，过程传质推动力越大，传质过程进行越快。过程传质推动力越大，传质过程进行越快。方方法法：用用气气相相或或液液相相浓浓度度远远离离平平衡衡的的程程度度来来表表征征气气液液相相际际传传质质过过程程的的推推动力。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 用用煤煤油油从从苯苯空空气气混混合合气气体体中中吸吸收收苯苯，入入塔塔气气体体中中含含苯苯2%2%（体体积积），吸吸收收后后浓浓度度降降为为0.01%0.01%（体体积积），入入塔塔煤煤油油中中含含苯苯0.02%0.02%（摩摩尔尔分分数数）。操操作作温温度度为为5050，压压力力为为200 200 kN/mkN/m2 2，操操作作条条件件下下相相平平衡衡关关系系为为p pe e=80 xkN/m=80 xkN/m2 2。求求 ：（1 1）塔塔顶顶处处气气相相推推动动力力；（2 2）若若改改善善吸吸收收设设备备的的吸吸收效果，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吸吸收收塔塔混合气体混合气体,p1气气,p2液液,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：pex(atm)，则此，则此时将发生时将发生 过程。用气相组成和液相组成表示的总过程。用气相组成和液相组成表示的总传质推动力分别为传质推动力分别为y=，x=（摩尔分率）。（摩尔分率）。如系统温度略有增高，则如系统温度略有增高，则y将将 。如系统总压略有。如系统总压略有增高，则增高，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、传质速率方程式传质速率方程式 吸吸收收过过程程是是溶溶质质由由气气相相向向液液相相转转移移的的相相际际传传递递过过程程，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 由由W.K.Lewis W.K.Lewis 和和 W.G.Whitman W.G.Whitman 在在上上世世纪纪二二十十年年代代提提出出，是是最最早早出出现的传质理论。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)相相互互接接触触的的两两流流体体间间存存在在着着稳稳定定的的相相界界面面，界界面面两两侧侧各各存存在在着着一一个个很很薄薄（等等效效厚厚度度分分别别为为 1 1和和 2 2）的的流流体体膜膜层层。溶溶质质以以分分子子扩扩散散方方式通过此两膜层。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)在在膜膜层层以以外外的的两两相相主主体体区区无无传传质质阻阻力力，相相际际的的传传质质阻阻力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：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/pBm Bm 气相扩散漂流因子；气相扩散漂流因子；c cm m/c/cBm Bm 液相扩散漂流因子；液相扩散漂流因子；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。双双膜膜理理论论将将两两流流体体相相际际传传质质过过程程简简化化为为经经两两膜膜层层的的稳稳定定分分子子扩扩散散的串联过程。对吸收过程则为溶质通过气膜和液膜的分子扩散过程。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。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由由此此理理论论所所得得的的传传质质系系数数计计算算式式形形式式简简单单，但但等等效效膜膜层层厚厚度度 1 1 和和 2 2 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；双双膜膜理理论论存存在在着着很很大大的的局局限限性性，例例如如对对高高度度湍湍动动的的两两流流体体间间的的传传质质体体系系，相相界界面面是是不不稳稳定定的的，因因此此界界面面两两侧侧存存在在稳稳定定的的等等效效膜膜层层以以及及物物质质以以分分子子扩扩散散方方式式通通过过此此两两膜膜层层的的假假设设都都难难以以成成立立；另另外外按按双双膜膜理理论论，传传质质系系数数与与扩扩散散系系数数成成正正比比，这这与与实实验验所所得得的的关关联联式式的的结结果果相差较大；相差较大；该该理理论论提提出出的的双双阻阻力力概概念念，即即认认为为传传质质阻阻力力集集中中在在相相接接触触的的两两流流体体相相中中，而而界界面面阻阻力力可可忽忽略略不不计计的的概概念念，在在传传质质过过程程的的计计算算中中得得到到了了广泛承认，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 在在吸吸收收过过程程中中，相相际际传传质质由由三三个个步步骤骤串串联联而而成成。按按照照流流体体与与界界面面间间的的对对流流传传质质速速率率方方程程式式，可可将将传传质质速速率率分别写成：分别写成：液相液相气相气相或或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：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同理可推同理可推第三节第三节 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：对对稳稳定定的的吸吸收收过过程程，气气、液液两两相相内内传传质质速速率率应应相相等等。若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 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yxoyxxiyiA作图法：作图法：E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 根据双膜理论，界面上气、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传质速率方程式可以写为：传质速率方程式可以写为：令令以以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同理同理传质速率方程式可以写为：传质速率方程式可以写为：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讨论：讨论：vK 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。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以液相浓度差为基以液相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 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：传传质质阻阻力力主主要要集集中中在在气气相相，此此类类传传质质过过程程称称为为气气相相阻阻力力控控制制过过程程，或称或称气膜控制气膜控制过程。过程。采采用用总总传传质质速速率率方方程程进进行行计计算算可可避避开开难难以以确确定定的的相相界界面面组组成成x xi i和和 y yi i。这这与与通通过过间间壁壁对对流流传传热热问问题题中中用用总总传传热热速速率率方方程程可可避避开开固固体体壁壁面面两两侧侧温温度是相似的。度是相似的。总总传传质质阻阻力力取取决决于于气气、液液两两相相的的传传质质阻阻力力。但但对对一一些些吸吸收收过过程程，气气、液液两两相相传传质质阻阻力力在在总总传传质质阻阻力力中中所所占占的的比比例例相相差差甚甚远远，可可对对问问题题进进行行简简化处理。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：传传质质阻阻力力主主要要集集中中在在液液相相，此此类类过过程程称称为为液液相相阻阻力力控控制制过过程程，或或液液膜控制过程。膜控制过程。分分析析气气、液液两两相相中中传传质质阻阻力力所所占占的的比比例例，对对于于强强化化传传质质过过程程，提提高高传传质质速速率率有有重重要要的的指指导导意意义义。例例如如，以以气气相相阻阻力力为为主主的的吸吸收收操操作作，增增加加气气体体流流速速，可可减减薄薄气气膜膜层层的的厚厚度度，从从而而降降低低气气相相传传质质阻阻力力，有有效效地提高吸收速率；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理及传质速率方程气、液传质总推动力为两相的相内传质推动力之和。第三节 吸收过程的机理及传质速率方程难溶气体E值很大，易溶气体E值很小；等温吸收：体系温度变化不显著的吸收过程。第三节 吸收过程的机理及传质速率方程本书后续部分也将以该理论为讨论问题的基础。m值愈小，表明该气体的溶解度愈大;根据双膜理论，界面上气、液两相互成平衡，则若保持气相浓度y不变，则液相浓度x最低也只能降到与气相浓度y相平衡的浓度xe，即 xmin=xe。第二节 吸收过程的相平衡关系达到了相平衡状态时气相中溶质的分压，称平衡分压；若保持气相浓度y不变，则液相浓度x最低也只能降到与气相浓度y相平衡的浓度xe，即 xmin=xe。传质速率方程式可以写为：吸收尾气：吸收后排出的气体，主要成分为惰性气体B和少量的溶质A。(2)界面上气液两相呈平衡。例8-4：传质速率及界面浓度的求取(Pg26)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相平衡方程相平衡方程 吸收传质速率吸收传质速率方程方程 总传质系数总传质系数 相内或同基准的传质系数换算相内或同基准的传质系数换算 相际或不同基准传质系数换算相际或不同基准传质系数换算 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=5.3110=5.3110-4-4kmol/(mkmol/(m2 2s)s)，液相，液相传质系数传质系数k kx x=5.3310=5.3310-3-3kmol/(mkmol/(m2 2s)s)，并在塔的某，并在塔的某一截面上测得氨的气相浓度一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）。试求该截面上的传质速（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。率及气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