《化工传质与分离过程》（第2版）笔记和考研真题详解.pdf

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1、目录内容简介目 录绪 论0 1 复习笔记0 2 名校考研真题详解第 1 章 传质过程基础L 1 复习笔记L 2 名校考研真题详解第 2 章 气 体 吸 收2.1 复习笔记2.2 名 校考研真题详解第 3 章 蒸 储3.1 复习笔记3.2 名校考研真题详解第 4 章气液传质设备4.1 复习笔记4.2 名校考研真题详解第 5 章液-液萃取5.1 复习笔记5.2 名 校考研真题详解第 6 章固体物料的干燥6.1 复习笔记6.2 名校考研真题详解第 7 章 其他传质与分离过程7.1 复习笔记7.2 名校考研真题详解绪 论0.1 复习笔记一、传质分离方法的分类依据物理化学原理的不同，传质分离过程可分为平

2、衡分离和速率分离两大类。1平衡分离过程平衡分离过程是指借助分离媒介（如热能、溶剂、吸附剂等），使均相混合物系统变为两相体系，再以混合物中各组分在处于平衡的两相中分配关系的差异为依据而实现分离的过程。根据两相状态的不同，平衡分离过程可分为:（1）气液传质过程，如 吸 收（或脱吸）、气体的增湿和减湿。（2）汽液传质过程，如液体的蒸帽和精储。（3）液液传质过程，如萃取。（4）液固传质过程，如 结 晶（或溶解）、浸取、吸 附（脱附）、离子交换、色层分离、参数泵分离等。（5）气固传质过程，如固体干燥、吸 附（脱附）等。在平衡分离过程中，i组分在两相中的组成关系常用分配系数（又称相平衡比）K来表示,K,=

3、y,/x,即K值的大小取决于物系特性及操作条件（如温度和压力等）。组分i 和 j 的分配系数K和 K之比称为分离因子a”即a4=通常将K值大的当作分子，s 一般大于1。当的偏离1时，可采用平衡分离过程使均相混合物得以分离，a”越大越容易分离。2速率分离过程速率分离过程是指借助某种推动力，如浓度差、压力差、温度差、电位差等的作用，某些情况下在选择性透过膜的配合下，利用各组分扩散速度的差异而实现混合物分离操作的过程。速率分离过程可分为：（1）膜分离；（2）场分离。二、传质设备1对传质设备性能要求（1）单位体积中，两相的接触面积应尽可能大，两相分布均匀，避免或抑制短路及返混;（2）流体的通量大，单位

4、设备体积的处理量大；（3）流动阻力小，运转时动力消耗低；（4）操作弹性大，对物料的适应性强；（5）结构简单，造价低廉，操作调节方便，运行可靠安全。2传质设备分类（1）按照所处理物系的相态可分为气（汽）液传质设备（用于蒸镭及吸收等）、液液传质设备（用于萃取等）、气固传质设备（用于干燥、吸附）、液固传质设备（用于吸附、浸取、离子交换等）。（2）按照两相的接触方式可分为分级接触设备（如各种板式塔、多级混合-澄清槽、多层流化床吸附等）和微分接触 设 备（如填料塔、膜式塔、喷淋塔、移动床吸附柱等）。（3）按促使两相混合和实现两相密切接触的动力依靠一种流体自身所具有的能量分散到另一相中去的设备，如大多数的

5、板式塔、填料塔、流化床、移动床等；依靠外加能量促使两相密切接触的设备，如搅拌式混合-澄清槽、转盘塔、脉冲填料塔、往复式筛板塔等。0.2名校考研真题详解本章为非重点内容，暂未编选名校考研真题，如有最新真题会及时更新。第1章 传质过程基础1.1复习笔记质量传递是指当物系中的某组分存在浓度梯度时，该组分由高浓度区向低浓度区的迁移的过程。一、传质概论1混合物组成的表示方法(1)质量浓度单位体积混合物中某组分的质量称为该组分的质量浓度，以符号p表示。组分A的质量浓度定义式为p=斗 f设痛容物由N个组分组成，则混合物的总质量浓度为(2)物质的量浓度单位体积混合物中某组分的物质的量称为该组分的物质的量浓度，

6、简称浓度，以符号c表示。组分A的物质的量浓度定义式为设心合物由N个组分组成，则混合物的总物质的量浓度为组分A的质量浓度与物质的量浓度的关系为（3）质量分数混合物中某组分的质量与混合物总质量之比称为该组分的质量分数，以符号3表示。组分 A的质量分数定义式为=1暴混合物由N个组分组成，则有（4）摩尔分数混合物中某组分的物质的量与混合物总物质的量之比称为该组分的摩尔分数，以符号x表示。组分A的摩尔分数定义式为Nijx,=1锭混合物由N个组分组成，则有当混合物为气液两相体系时，常以x表示液相中的摩尔分数，y表示气相中的摩尔分数。组分i 的质量分数与摩尔分数的互换关系为Xi：x,M(5)质量比混合物中某

7、组分质量与惰性组分质量的比值称为该组分的质量比，以符号了表示。若混合物中除组分A外，其余为惰性组分，则组分A的质量比定义式为v _ WAKA t-I-WA质量比与质量分数的关系为(6)摩尔比混合物中某组分物质的量与惰性组分物质的量的比值称为该组分的摩尔比，以符号X表示。若混合物中除组分A外，其余为惰性组分，则组分A的摩尔比定义式为摩尔比弥尔分数的关系为当混合物为气液两相体系时，常以X表示液相的摩尔比，Y表示气相的摩尔比。2传质的速度与通量（1）传质的速度设系统由A、B两组分组成，组分A、B通过系统内任一静止平面的速度为UA、UB,该二元混合物通过此平面的速度为U或U m （U以质量为基准，U

8、m以摩尔为基准）。UA、UB代表组分A、B的实际移动速度，称为绝对速度；u或U m代表混合物的移动速度，称为主体流动速度或平均速度；UA-U UB U或UA UB、UB-U m代表相对于主体流动速度的移动速度，称为扩散速度。（2）传质的通量单位时间通过垂直于传质方向上单位面积的物质量称为传质通量。传质通量等于传质速度与浓度的乘积。以绝对速度表示的质量通量设二元混合物的总质量浓度为P，组分A、组 分B的质量浓度分别为PA、p,则以绝对速 A=p A A度表示的质量通量为=A+B=PAA+PBB=P混合物的总质量通量为得1 ,、+/OBWB）设二元混合物的总物质的量浓度为c,组分A、组分B的物质的

9、量浓度分别为CA、CB,则以绝对速度表示的摩尔通量为NA=CAANB=”BN =N A+NH=CA A+CB=CUm混合物的总摩尔通量为得“RCA“A+CB“B）以扩散速率表示的质量通量，A=p A（A “）扩散速率与浓度的乘积称为以扩散速率表示的质量通量，即j u=（OB（UB-）J=:c(u-um)JB=CU(B-mjA一一以扩散速率表示的组分A 的质量通量,kg/(m2-s)；jB一一以扩散速率表示的组分B 的质量通量,kg/(m z-s)；JA一一以扩散速率表示的组分A 的摩尔通量,kmol/(m zs)；JB一一以扩散速率表示的组分B 的摩尔通量,kmol/(m 2s)。=A+?B对

10、两组分系统，有J=JA+JB以主体流动速度表示的质量通量p U-p 十（pAA+,BUB）=a A（A+B）主体流动速度与浓度的乘积称为以主体流动速度表示的质量通量，即pB“=a B（NA+B）CA n=CAI A（NA+NB）t,BMm=B（NA+NB）3质量传递的基本方式（1）分子传质分子扩散现象分子传质又称为分子扩散，简称为扩散，它是由于分子的无规则热运动而形成的物质传递现象。费克第一定律描述分子扩散的通量或速率的方程为费克第一定律，数学表达式/A=-DA B，B=-DBA 第及)A JB-组分A、B的质量扩散通量，k g/(m2，s)；dp*djOH1、战组分A、B在扩散方向的质量浓度

11、梯度，(k g/m 3)/m；DA B组分A在组分B中的扩散系数，m z/s；DB A组分B在组分A中的扩散系数，m z/s。若以摩尔为基准，则菲克定律可表达成以下形式及dc*B不JA JB-组分A、B的摩尔扩散通量，k m o l/(m z-s)；&A dfBd T 赤 组分A、B在扩散方向的浓度梯度，(k m o l/i w)/m。J Jb对两组分扩散系统，净的扩散通量为零。即在总物质的量浓度不变的情况下，则DAB=DBAn=D+A(WA+HB)菲克第一定用的普遍表达形式NA=-D+NA(NA+NB)同理组分的实际传质通量=分子扩散通量+主体流动通量(2)对流传质涡流扩散涡流扩散是指凭借流

12、体质点的湍动和旋涡来传递物质的现象。对于涡流肝散，扩散通量表达式为=YM 普或卜A-涡流质量通量，kg/(m-s)；网-涡流摩尔通量，kmol/(m2S)；6M-涡流扩散系数，m2/So分子扩散系数D是物质的物理性质，仅与温度、压力及组成等因素有关；涡流扩散系数6M与流体的性质无关，与湍动的强度、流道中的位置、壁粗糙度等因素有关。对流传质对流传质是指壁面与运动流体之间，或两个有限互溶的运动流体之间的质量传递。NA=AC&A对流传质的基本方程NA-对流传质的摩尔通量，kmol/(m-s)；cA一一组分A在界面处的浓度与流体主体浓度之差，kmol/m3；k-对流传质系数，kmol/(m2s)。二、

13、分子传质(扩散)1气体中的稳态扩散(1)等分子反方向扩散设由A、B两组分组成的二元混合物中，组分A、B进行反方向扩散，若二者扩散的通量相等，则称为等分子反方向扩散。NA=A1-p M N 1 一 22战(2)组分A通过停滞组分B的扩散扩散通量方程NA=丽瑞嬴(PAL/)pM其中PB M组分B的对数平均分压。比 较 上 式 与 遥；可得P/PBM反映了主体流动对传质速率的影响，定义为 漂流因数。因 PPBM,所以漂流因数p/pBM l o当混合气体中组分A的浓度很低时，pB Mp,p/pB Mlo浓度分布方程1-，A1-21 -JA2 (ti)1 一 “u)L Php-P z2液体中的稳态扩散（

14、1）液体中的扩散通量方程詈+*+NG稳态扩散时，气体的扩散系数D及总浓度c均为常数；液体中A的扩散系数随浓度而变,总浓度在整个液相中也并非到处一致。（2）等分子反方向扩散扩散通量方程NA=JA=CA2）浓度分布方程（3）组分A通过停滞组分B的扩散扩散通量方程NA=I-CCCM-CA2)之CRM或fB M=JLBLIn CBICBM一一停滞组分B的对数平均浓度，由下式定义.D,、NA=(CAI-CA2)当液体为稀溶液时，C a./C B M=1,于是C-CM I浓度分布方程为1 7 A =/1-X A 2 ()1 加 1-XAi I或三、对流传质1对流传质的类型与机理(1)对流传质的类型根据流体

15、流动产生的原因，可分为强制对流传质和自然对流传质。根据流体的作用方式，可分为流体与固体壁面间的传质、两流体通过相界面的传质，即相际间的传质。（2）对流传质的机理当流体以湍流流过固体壁面时，在壁面附近形成湍流边界层。在湍流边界层中，与壁面垂直的方向上，分为层流内层、缓冲层和湍流主体三部分。在层流内层中，流体沿着壁面平行流动，在与流向相垂直的方向上，只有分子的无规则热运动，壁面与流体之间的质量传递以分子扩散形式进行。在缓冲层中，流体既有沿壁面方向的层流流动，又有一些旋涡运动，该层内的质量传递既有分子扩散，也有涡流扩散，二者的作用同样重要。在湍流主体中，发生强烈的旋涡运动，涡流扩散远远大于分子扩散，

16、分子扩散的影响可忽略不计。2 浓度边界层与对流传质系数（1）浓度边界层当流体流过固体壁面时，若流体与固体壁面间存在浓度差，受壁面浓度的影响，在与壁面垂直方向上的流体内部将建立起浓度梯度，该浓度梯度自壁面向流体主体逐渐减小。通常将壁面附近具有较大浓度梯度的区域称为浓度边界层或传质边界层。（2）对流传质系数GA=NAS=-S b）根据对流传质速率方程，固体壁面与流体之间的对流传质速率为GA对流传质速率，kmol/s；S-传质面积，m2；CAS-壁面浓度，kmol/ms；cAb-流体的主体浓度或称为平均浓度，kmol/mJo3 相际间的对流传质模型(1)双膜模型双膜模型又称停滞膜模型。图1-1双膜模

17、型示意图双膜模型的设想a.当气液两相相互接触时，在气液两相间存在着稳定的相界面，界面两侧各有一个很薄的停滞膜，溶质A经过两膜层的传质方式为分子扩散。b.在气液相界面处，气液两相处于平衡状态。c.在两个停滞膜以外的气液两相主体中，由于流体的强烈湍动，各处浓度均匀一致。双膜模型把复杂的相际传质过程归结为两种流体停滞膜层的分子扩散过程，在相界面处及两相主体中均无传质阻力存在，整个相际传质过程的阻力全部集中在两个停滞膜层内。对流传质系数的确定a.等分子反方向扩散koG一一气膜对流传质系数，上标。”表示在气膜内进行等分子反方向扩散。组分A通过液膜的扩散通量方程为ANA=AGA/A等分子反方向扩散 必二左

18、法组分A通过停滞组分B的扩散 W2 =k0（备k c=;p =&;ZBM=kyyaM =ie jB M C=kc；y n M p气相传质系数的转换关系液相传质速率方程与传质系数NA=-AA等分子反方向扩散组分A通过停滞组分B的扩散NA=/IAANA=4 4A液相传质系数的转换关系LC.v-l.g（2）溶质渗透模型图1-2溶质渗透模型示意图溶质渗透模型的设想液面是由无数微小的流体单元所构成，当气液两相处于湍流状态相互接触时，液相主体中的某些流体单元运动至界面便停滞下来。在气液未接触前（6 0）,相界面处（z =0）立即达到与气相的平衡状态（CA=CAJ。在流体单元深处（Z=Z b）,仍保持原来的

19、主体浓度（CA=CA。）o流体单元不断进行交换，每批流体单元在界面暴露的时间a是一样的。（3）表面更新模型表面更新模型又称为渗透-表面更新模型。表面更新模型的设想：溶质向液相内部的传质为非稳态分子扩散过程，但否定表面上的流体单元有相同的暴露时间，认为液体表面是由具有不同暴露时间（或称“年龄”）的液面单元所构成。4动量、热量与质量传递之间的类比（1）三传类比的基本概念三传类比是指对三种传递过程进行类比和分析，建立一些物理量间的定量关系。表 1-2三传类比有关的物理量或公式对照物或公式动 量 传 遍熄传 递质 量 传 遍分 子 传 递 的 通 微L 一 年六一一包铲人-。爵分 子 扩 敷 系 数V

20、aD期 流 传 的 通 慧r-（告）j”件就 谑 小 败 系 败WW He M怵 度 检 度d，d()dy&Aa 7通 过 壁 画 的 速 率 方 程r.-2-UUC/M/U p u（件）含年“科 一 口 浓 度 差-4、C A b-。传 递 系 政Ap c.:（2）三传类比的满足条件物性参数可视为常数或取平均值；无内热源；无辐射传热；无边界层分离，无形体阻力；传质速率很低，速度场不受传质的影响。（3）三传类比表达式雷诺类比当湍流流体与壁面间进行动量、热量和质量传递时，湍流中心一直延伸到壁面，故雷诺类比为单层模型。雷诺类比表达式J _ A _=g2 即“b b=st=st,或St一一为传质的斯

21、坦顿数，它与传热的斯坦顿数S t相对应。雷诺类比的适用条件：只有当Pr=l及S c=l时，才可把湍流区一直延伸到壁面，用简化的单层模型来描述整个边界层，此即雷诺类比的适用条件。普朗特-泰勒类比湍流边界层由湍流主体和层流内层组成。动量和热量传递类比-1 +5 v772(Pr-l)St=-=/,-1+5/7/2(Pr-l)F /7 7 I(P L D +ln(l+5Pr)/6l N，b 14-5/772(P r-l)+ln(l+5 P r)/6 )动量和质量传递类比居_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _(/2)“b _ S，=_5_c 1 +5 y7 7 2(S c-l)+ln(

22、l+5S c)/6)*1+5/7 2(S=2动量、热量和质量传递的契尔顿-柯尔本的广义类比式为适用范围为：0.6PrV100,0.6 Sc 100/n-0.01l9R r uS/iO.O149Re XMSc 1(1圆 竹 直 径 m“&主 体 流 速 m/n流 体 平 行 流 过 平 板R r 5 X 1 35 S c-0.6 2500P r-0.6 100J LO.036&1S A-O.O 3 6&S i L 一 板长“C-边 界 以 外 澹 速,，n 4流体气 体 流 过单个凰球KL 14 2 流过液 体 淹 过R，=2 2000S h-2“95Rr sSr*d,球 形 粒 子 的 直 径

23、,mU.远 离 粒 子 去 武 旗 体 的 速单个侬个圜球R r 2000 17 000SA-=O.3 4 7&”*S d ,IA 球诫 体 与 融 粒 间/H rS c10000S A-L O/V1 1源 体 垂 河 流 过不 一 圜 柱 体Rr-40025(X)0Sc=0.6 2 6料 r 0.2 8】26 G.为 席 尔 波 速 kmol/nr s)史d.HI柱 体 直 径，m明-远 离 网 柱 体 表 白 流 体 的 速度m/s气 体 流 过球 彩 敕 子同 定康R，-9 0 4000 Sr-0.6X，H 产R-流体R r-5000 10300 S c-0.6 产。95加 一 平 ，c

24、八 一 收 粒 直 楂.m渡过囹定床液 体 流 过球 形 粒 子固 定床&-0.0016 551B.1C.=1D.不一定【答案】A2 根据传质双膜理论，气膜传质分系数kc的数值正比于（）。北京理工大学2007研A.溶质的气相主体浓度B.气膜厚度C.溶质的气相界面浓度D.气相中分子扩散系数【答案】B【解析】双膜理论基于这样的认识，即当液体湍流流过固体溶质表面时，固液间传质阻力全部集中在液体内紧靠两相界面的一层停滞膜内，此膜厚度大于层流内层的厚度，而它提供的分子扩散传质阻力恰等于实际过程中存在的对流传质阻力。3 传质速率NA等于扩散通量人的条件是：（）。浙江大学2006研A.单向扩散B.等分子相互

25、扩散C.湍流流动D.稳定过程【答案】B【解析】在单纯的等分子相互扩散中，物质A 的传质速率应等于A 的扩散通量。4 根据双膜理论，当被吸收组分在液体中溶解度很小时，已液相浓度表示的总传质系数()o 中南大学2009研A.大于气相分传质系数B.近似等于液相分传质系数C.小于气相分传质系数D.近似等于气相分传质系数【答案】B【解析】溶解度很小时，为液膜控制。二、填空题依据传质双膜理论，吸收溶解度很小的气体，传质过程速率由 控制。北京理工大学2007 研【答案】液膜控制三、判断题气 相 中 一 组 分 通 过 另 一 静 止 组 分 的 一 维 稳 态 分 子 扩 散 通 量 可 表 示 为&举()

26、北京理工大学2007研【答案】x【解析】该过程为单向扩散，扩 散 通 量-RT 6 P s=。第 2章 气 体 吸 收2.1复习笔记一、概述1气体吸收过程气体吸收是指根据混合气体中各组分在某液体溶剂中的溶解度（或化学反应活性）不同而将气体混合物分离的操作。吸收操作所用的液体溶剂称为吸收剂，以 S表示；混合气体中，能够显著溶解的组分称为吸收物质或溶质，以A表示；几乎不被溶解的组分统称为惰性组分（也称为惰气或载气），以 B表示。吸收过程是溶质由气相转移至液相的相际传质过程。解吸也称为脱吸，是吸收过程的逆过程，是使溶质从吸收液中释放出来的过程。2气体吸收的分类（1）按化学反应是否发生:物理吸收；化学

27、吸收。（2）按被吸收组分数目：单组分吸收；多组分吸收。（3）按温度是否变化：等温吸收；非等温吸收。（4）按吸收的浓度：低组成吸收；高组成吸收。3气体吸收的工业应用（1）净化或精制气体混合气中杂质的去除；（2）制取某种气体的液态产品；（3）分离混合气体以回收所需组分；（4）工业废气的治理。4吸收剂的选择选择吸收剂时，应注意：（1）溶解度吸收剂对溶质组分的溶解度要大，这样可以提高吸收速率并减少吸收剂的耗用量。（2）选择性吸收剂对溶质组分要有良好地吸收能力，对混合气体中的其他组分无吸收或吸收甚微。（3）挥发度操作温度下吸收剂的蒸气压要低，因为吸收尾气往往为吸收剂蒸汽所饱和，吸收剂的挥发度越高，其损失

28、量便越大。（4）黏度吸收剂在操作温度下的黏度越低，其在塔内的流动性越好，这有助于传质速率和传热速率的提高。（5）其他所选用的吸收剂还应尽可能满足无毒性、无腐蚀性、不易燃易爆、不发泡、冰点低、价廉易得以及化学性质稳定等要求。二、气体吸收的平衡关系1气体在液体中的溶解度相平衡或平衡是指在一定的温度和压力下，使一定量的吸收剂与混合气体接触，气相中的溶质便向液相溶剂中转移，直至液相中溶质组成达到饱和为止。平衡状态下气相中的溶质分压称为平衡分压或饱和分压，液相中的溶质组成称为平衡组成或饱和组成。气体在液体中的溶解度是指气体在液体中的饱和组成。加压和降温有利于吸收操作，可提高气体溶质的溶解度；减压和升温有

29、利于解吸操作。2亨利定律（1）在一定温度下，当总压不很高时，稀溶液上方气体溶质的平衡分压与该溶质在液相中的组成之间存在如下的关系：P e=E XP c-溶质在气相中的平衡分压，k P a；x 一一溶质在液相中的摩尔分数；E 一一亨利系数，其数值随物系的特性及温度而异，单位与压力的单位一致。稀溶液上方的溶质分压与该溶质在液相中的摩尔分数成正比，其比例系数即为亨利系数。对于一定的气体溶质和溶剂，亨利系数随温度而变化。一般说来，温度升高E增大，这体现了气体的溶解度随温度升高而减小的变化趋势。在同一溶剂中，难溶气体的E值较大，而易溶气体的E值则较小。在应用亨利定律时，除要求溶液是理想溶液或稀溶液外，还

30、要求溶质在气相和液相中的分子状态必须相同。（2）若将亨利定律表示成溶质在液相中的浓度c与其在气相中的平衡分压p e 之间的关系,则c 一一溶液中溶质的物质的量浓度（或称浓度），k m o l/m 3；Pe 一一气相中溶质的平衡分压，k Pa；H-溶解度系数，k m o l/(m3-k Pa)o溶解度系数H也是温度的函数。对于一定的溶质和溶剂，H值随温度升高而减小。易溶气体的H值较大，难溶气体的H值则较小。(3)若溶质在液相和气相中的组成分别用摩尔分数x和y表示时，则y e=m xx一一液相中溶质的摩尔分数；y e一一与液相成平衡的气相中溶质的摩尔分数；m 相平衡常数，或称为分配系数。对于一定的

31、物系，相平衡常数m是温度和压力的函数，其数值可由试验测得。易溶气体的m值较小，而难溶气体的m值则较大。摩尔比的定义可知v-液相中溶质的摩尔分数 X一液相中溶剂的席尔芬致-K丫 二 气相中本质的津尔分数 一 y气相中横性组分的摩尔芬致一1 一 y1+X则Yy=I+Y匕=得mX1 +(1 W!)X当溶液组成很低时，（1-m）X y e）（或液相的实际组成x小于与气相组成y相平衡的液相组成上，即x x e）,传质由气相到液相，即进行吸收；反之，发生解吸（或脱吸）。（2）确定传质的推动力以气相组成差表示的推动力为4 y=y-ye,以液相组成差表示的推动力为4 x=xe-x o以气相分压差表示的推动力为

32、4 P=p Pe,以液相组成表示的推动力为 C =C e C。实际组成偏离平衡组成的程度越大，过程的推动力就越大，其传质速率也将越大。（3）指明传质过程进行的极限平衡状态是传质过程进行的极限。三、气体吸收速率方程吸收速率是指单位相际传质面积上在单位时间内所吸收溶质的量。吸收速率方程是指描述吸收速率与吸收推动力之间关系的数学表达式。1膜吸收速率方程（1）气膜吸收速率方程。=展（即 一%）k,；一一气膜吸收系数，kmol/（nvskPa）,气膜吸收系数的倒数及即表示吸收质通过气膜的传递阻力，其表达形式是与气膜推动力（pcp）相对应的。当气相组成以摩尔分数表示时，相应的气膜吸收速率方程为NA=ky（

33、yyi）y-溶质A在气相主体中的摩尔分数；y,溶质A在相界面处的摩尔分数。当气相总压不很高时.，根据分压定律可知pc=pyP尸 Pyiky=pkcky-气膜吸收系数，kmol/（mzs）。其倒数A是与气膜推动力（y相对应的气膜阻力。NA=Q.(Q G(2)液膜吸收速率方程心=巧 且h.k i-液膜吸收系数，k m o l/(m -s-k m o l/m s)或 m/s。液膜吸收系数的倒数人表示吸收质通过液膜的传质阻力，其表达形式是与液膜推动力(c-c.)相对应的。当液相组成以摩尔分数表示时，相应的液膜吸收速率方程为NA=kx(X ix)k x=c kLkx一一液膜吸收系数，k m o l/(m

34、 z-s)。其倒数上是与液膜推动力(x-x)相对应的液膜阻力。2总吸收速率方程总吸收速率方程中的吸收系数，称为总吸收系数，以 K 表示。其倒数1/K 即为总吸收阻力，总阻力是气膜阻力和液膜阻力之和。(1)以(p c-p Q 表示总推动力的吸收速率方程1 _ 1 ,1KG*G-PCKc一一气相总吸收系数，k m o l/(n v s k Pa)。自为两膜总阻力，止匕总阻力是由气膜阻力儿和液膜阻力两部分组成；上 T或K Z c对于易溶气体，H 值很大，则 去 土，此时液膜阻力可忽略，有该式表明气膜阻力控制着整个吸收过程的速率，吸收的总推动力主要用来克服气膜阻力,这种情况称为“气膜控制。1 =1 +

35、.HK|八 kc（2）以（Ce-Cl）表示总推动力的吸收速率方程NA=KLQ一5.)1Ki.-液相总吸收系数，kmol/（mz-S-kmol/mO即 m/s。底为两膜总阻力，此总阻力是由气膜阻力系和液膜阻力上两部分构成。/a s 5 或对于难溶气体，H 值很小，则总飞 士，此时气膜阻力可以忽略，有该式表明液膜阻力控制着整个吸收过程的速率，吸收总推动力的绝大部分用于克服液膜阻力，这种情况称为“液膜控制”1 /I,1Kv=6：+最（3）（y-ye）表示总推动力的吸收速率方程NA=Ky(y-%)1Ky一 一 以(yy0)为总推动力的气相总吸收系数，kmol/(n v-s)。心为吸收总阻力，即两膜阻力

36、之和。(4)以(XeX)表示总推动力的吸收速率方程_L=JL+_LK,k、mkYNA=KHC 力Kx-以(xex)为总推动力的液相总吸收系数,kmol/(m2 s)。K x=m K yNA HKYW-Y：)(5)以(Y-Y e)表示总推动力的吸收速率方程KY一 一 以(Y-Y e)为总推动力的气相总吸收系数,kmol/(m 2-s),基为两膜阻力。当吸收质在气相中的组成很低时，Y 和 Ye都很小，有NA=KX(XC-X)(6)以(XcX)表示总推动力的吸收速率方程Kx以(X e-X)为总推动力的液相总吸收系数，kmol/(m“s),W 为两膜总阻力。K xK c当溶质在液相中的组成很低时，X。

37、和X都很小，有3吸收速率方程及吸收系数小结（1）常用的吸收速率方程表2-1常用的吸收速率方程吸收速率方程推动力吸收系数表达式单位符号 J位NA=kGNA=RLNA=RXNA=ky(PG-Pi)(C i-CL)(K-X)(y_y，)(PG -Pi)(C i -CL)(X L X)(y _ y。kGkPakm ol/m 3;kykm ol/(m2-s-kPa)km ol/m 2s(km ol/m O 或 m/skm ol/(m2-s)km ol/(m2-s)NAKL(ce-CL)(C e -CL)KLNA=KG(pG-pe)(PG -Pe)KGkm ol/m 2s(km ol/m O 或 m/sN

38、A=KX(Xe -X)(Xe x)kmol/m3kPa+Kykm ol/(m2skPa)km ol/(m2S)N*=Ky（y-y。）（y-y。）km ol/(m2-s)km ol/(n v s)km ol/NA=KX(X e-X)(X e-X)Kx(m2s)NA=KY(Y-Ye)(Y-Ye)KY（2）吸收系数的表达式及吸收系数的换算表2-2吸收系数的换算.能吸收系数表达式X=J _ LKQ Hk.1 1 .mK；=*7*71 H JK i.品1 1 .1吸收膜系数换算关系A.=小.A,F Ph总吸收票数的换算KY KY-PKGKcmKy KX AKLK Ke.HKi四、低组成气体吸收的计算1

39、物料衡算与操作线方程(1)物料衡算r.r5 L MY x匕匕 I.*、图 2-1逆流吸收塔的物料衡算图塔底截面以下标1表示，塔顶截面以下标“2”表示。V单位时间通过吸收塔的惰性气体量，kmol(B)/s；L一一单位时间通过吸收塔的溶剂量，kmol(S)/s；Yn Y z分别为进塔和出塔气体中溶质组分的摩尔比，kmol(A)/kmol(B)；VY1+LX2=VY2+LX1X”先一一分别为出塔和进塔液体中溶质组分的摩尔比，kmol(A)/kmol(S)或V(Y i-y2)=L(Xl-X2)物理意义：逆流吸收塔中气液两相流率V、L 和塔底、塔顶两端的气液两相组成Y、K 与丫 2、X2 之间的关系。气

40、体出塔时的组成丫 2 为匕=丫1（1一”）（PA一一混合气体中溶质A被吸收的百分率，称为吸收率或回收率。（2）吸收塔的操作线方程与操作线丫=*+（匕一%）丫书+但一畀）或当进行吸收操作时，溶质在气相中的实际组成Y总是高于与其相接触的液相平衡组成Ye o反之，如果操作线位于相平衡吐线的下方，则应进行脱吸过程。2吸收剂用量的确定（1）液气比操作线的斜率L/V,称为“液气比，是溶剂与惰性气体摩尔流量的比值。它反映单位气体处理量的溶剂耗用量大小。L _匕V Xx-X2（2）最小液气比如图2-2 所示，在 V 值一定的情况下，吸收剂用量L 减小，操作线的斜率也将变小，点B便沿水平线Y=向右移动，结果是使

41、出塔吸收液的组成增大，而吸收推动力相应减小。若吸收剂用量减少到恰使点B 移至水平线Y=K 与平衡线的交点B-时，X 1=X，亦即塔底流出的吸收液与刚进塔的混合气达到平衡。图 2-2 吸收塔的最小液气比此种状况下吸收操作线(B T)的斜率称为最小液气比，以(L/V)m m 表示，相应的吸收剂用量即为最小吸收剂用量，以 Lmn表示若平衡美系符合亨利定律，可用Y，=m X 表示，则可直接用下式算出最小液气比，即(3)适宜液气比的选择吸收剂用量一般取为最小用量的1.12.0倍,与=(1.12.0)伯L=(l.1 2.0：._或43 塔径的计算。=庠或D一一吸收塔的直径，m；Vs一一操作条件下混合气体的

42、体积流量，iw/s；u一一空塔气速，即按空塔截面计算的混合气体的线速度，m/s。4 填料层高度的计算（1）传质单元数法传质单元高度与传质单元数a.传质单元高度传质单元高度反映了传质阻力的大小、填料性能的优劣以及润湿情况的好坏。气相总传质单元高度HOG：液相总传质单元高度Hoi：HOLK xaQb.传质单元数传质单元数反映吸收过程进行的难易程度。生产任务所要求的气体组成变化越大，吸收过程的平均推动力越小，则意味着过程的难度越大，此时所需的传质单元数也就越大。传质单元数的求法a.脱吸因数法11-Si n+S第一，气相总传质单元数3c =-m-V-L 一一解吸因数（脱吸因数），反映了吸收过程推动力的

43、大小，其值为平衡线斜率与吸收操作线斜率的比值，量纲为1。I；-mXz八一也/值的大小反映了溶质A吸收率的高低。第二，液相总传质单元数L一一吸收因数，是脱吸因数s 的倒数，其值为吸收操作线斜率与平衡线斜率的比值,量 纲 为 1。b.对数平均推动力法第一，气相匕-%,A r.匕-A L（匕-印）-（%-，；）,A r,M函,Y,-Y；一一塔顶与塔底两截面上吸收推动力的对数平均值，称为对数平均推动力。第二，液相AXAX、一 AX1 （X；-X1）-（X；-X】）-7T7-=-二 二-石-左1 工 1 AX_第三，在使用平均推动力法时，当2 Y：V2或5 V足2时，对数平均推动力可用算术平均推动力替代

44、；当平衡线与操作线平行，即S =1时，-V0 G匕一】；工一】；。C.数值积分法（2）等板高度法等板高度H E TP是指分离效果与一个理论级（或一层理论板）的作用相当的填料层高度,又称当量高度。填料层高度Z=W HE T PNT一一理论级数或理论板数；H E TP 等板高度，m oZ-o i.以 O L填料层高度=传质单元数X 传质单元高度Z=NGHGZ=NLHt五、解吸1 脱吸过程脱吸或解吸：使溶解于液相的气体释放出来的操作。2.脱吸方法（1）气提脱吸；（2）减压脱吸；（3）加热脱吸；（4）加热-减压脱吸。3解吸过程的说明（1）解吸操作线在平衡线下方，液相浓度大于气相浓度。（2）解吸过程最小

45、气液比及气液比当解吸平衡线为非下凹线时，操作线的极限位置为与平衡线相交，此时，对应的气液fn比为最小气液比。以工 表示。对应的气体用量为最小用量，记作V.。电、_ 占一乂上屋 31嚷=4千生产实际操作气液比为最小气液比的1.12.0倍,匕 田L=(1.1-2.0)上实际载气流量V=L(1.1-2.0)a(3)解吸填料层高度计算式：Z=N L月aKxaQayOL x x*传质单元数可以采用平均推动力法工-冬一 区1nXX心 AA=_ _ 2C、In -.式中,这1=区-占，A A T：=X：-区传质单元数也可用吸收因数法计算:。一*+x4=告 _ _ 吸 收 因 数。2.2名校考研真题详解一、选

46、择题1低浓度溶质的气液平衡系统，当温度和压力不变，而液相总浓度增加时，其溶解度系数H将（）。西北大学2009研A.变大B.变小C.不变D.不定【答案】C2吸收塔设计中，最大吸收率“m a x与（）无关。中南大学2009研A.液气比B.液体入塔浓度X 2C.相平衡常数mD.吸收塔型式【答案】D3对一定的逆流吸收操作体系，若其解吸因数（1/A）进气中苯的气相摩尔比为：”1一 心y.出气中苯的气相摩尔比为:l-y.1-0.008 0 0 8 0.00806X Y 0.0417-0.00806T)=-=-=ov.Z/Q因此，吸收率为：K 0 0 4 1 7(2)当出口处气、液相刚好达到平衡状态时，有最

47、小液气比为:Z、，K-K 0.0417-0.00805.,.=-=-=U.1U2!、匕L i-0 0.0417 0.126m2240E、r、F =10010/h因为入口气体总体积为：22.4所以纯煤气体积为：V=V，(ly。=9 6 kmo l/h则最小油体积为：Lmi n=Vx0.1 0 2 =9.7 6 kmo l/h故 L=1.4 x9.7 6 =1 3.7 kmo l/hL 4-乂(3)根据物料守恒，得 广 苟-X：Z-K 0.0417-0.00806.X.=1=-=0.251 L 13.7/96将已知数据代入，解得：V.F 另 一AK _ 5一7：）一（X _ X-加区一区-用区）啜

48、（4）由题意可知:其中，Y,=0.0 4 1 7,Y2=0.0 0 8 0 6,XI=0.24,X2=0,m=0.1 2 6 o 则有:_ 0.0417-0.126 x 0 24-0.00806/二 ,0.041 7-0.126 0.24In-0.00806=0.0 0 9 6 6（5）设循环量为U,入塔液浓度为X J,则入口液量为L+IA在最大1 7下，塔顶进口浓度T最大。根据气液平衡条件，得：泡0.1 2 6因此有最小液气比为:_ Yx-Y,_ O-.-O-4-1-7-O-.-O-O-8-O-5-_ U.1.1【刁一占 0.24-0.064则最小的入口油量：（L +L ）、=0.191V=

49、0.191X96=18.35回流液体中最小油量：L s =1 8.3 5 L=1 8.3 5 1 3.7 =4.6 5又回流液体中苯的液相摩尔比K=0.2 4,则可得回流液体总量的最小值:Lme=-4 6 =6Akmoi h1-匕 1-0.24部分循环和不带循环情况下得操作线如图所示:图 2-25在逆流填料吸收塔中，用清水吸收含N%3%（体积）的空气-氨混合气中的氨。已知混合气流量为2 8 2 6 N i w/h,气体空塔气速为0.5 m/s（标准状况），相平衡关系为Y=1.2 X（摩尔比），以摩尔比为推动力计算的气相体积总传质系数K v a 为 1 8 0 kmo l/m3-h,吸收剂用量为

50、最小用量的1.4 倍，要求吸收率为9 9%。试求：（1）液相的出口浓度k （摩尔比）；（2）气相总传质单元高度HO G和气相总传质单元数NO G;（3）若吸收剂改为含N H 3 0.0 0 0 5 （摩尔比）的水溶液，填料层高度可以调整，问能否达到吸收率9 9%的要求？中国石油大学（华东）2007研解:（1）匕=耳 1-7）-0.03093（1-0.99）=0.0003093石飞=0.025 7 7,%*1-4=0.018 4 1(2)A li =0.0309 3-1.2x 0.018 4 1=0.008 8 36A1：=Y2=0.0003093=0.0025-14所以3a:In 3；A F：