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1、第二章第二章 气体吸收气体吸收2024/9/51第二章 气体吸收第二章第二章 气体吸收气体吸收2.1 概述概述2.2 气体吸收的平衡关系气体吸收的平衡关系2.3 气体吸收速率方程式气体吸收速率方程式2.4 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算2.5 吸收系数吸收系数2.6 其它吸收与解吸其它吸收与解吸本章总结联系图本章总结联系图2024/9/52第二章 气体吸收2.1 概述概述2.1.1 2.1.1 气体吸收过程气体吸收过程v吸吸收收：利利用用混混和和气气体体中中各各组组分分溶溶解解度度（或或化化学学反反应应活活性性）的的差差异异而而将将其其进进行行分离的单元操作。分离的单元操作。（依据、
2、目的、方法）（依据、目的、方法） 分离的依据：分离的依据：各组分溶解度的差异。各组分溶解度的差异。 在在吸吸收收操操作作中中，通通常常将将混混合合气气体体中中能能够够溶溶解解于于溶溶剂剂中中的的组组分分称称为为溶溶质质，以以A A表表示示，而而不不溶溶或或微微溶溶的的组组分分称称为为载载体体或或惰惰性性组组分分，以以B B表表示示；吸吸收收所所用用的的溶溶剂剂称称为为吸吸收收剂剂，以以S S表表示示；经经吸吸收收后后得得到到的的溶溶液液称称为为吸吸收收液液（富富液液）；被被吸吸收收后后排排出出吸吸收收塔塔的的气气体体称称为为吸吸收收尾尾气气（贫贫气气）。吸吸收收的的逆逆操操作作称称为为解解吸吸
3、，解解吸吸后后的液体成为的液体成为贫液贫液，气体称为，气体称为再生气再生气。吸吸收收塔塔吸收液吸收液A+A+少量少量S S混和气体混和气体A+BA+B吸收剂吸收剂S S吸收尾气吸收尾气B+B+少量少量A A2024/9/53第二章 气体吸收2.1.2 气体吸收的分类气体吸收的分类按溶质与溶剂间是否发生显著化学反应分：按溶质与溶剂间是否发生显著化学反应分：v物理吸收：物理吸收：如水吸收二氧化碳如水吸收二氧化碳v化学吸收：化学吸收：如硫酸吸收氨如硫酸吸收氨按被吸收组分数目分：按被吸收组分数目分：v单组分吸收：单组分吸收：如水吸收氯化氢气体如水吸收氯化氢气体v多组分吸收：多组分吸收：如洗油处理焦炉气
4、，苯、甲苯、二甲苯等如洗油处理焦炉气，苯、甲苯、二甲苯等组分均溶解组分均溶解按吸收前后温度是否发生变化分：按吸收前后温度是否发生变化分：v等温吸收：等温吸收：v非等温吸收非等温吸收按溶质在气液两相中组成大小分：按溶质在气液两相中组成大小分：v低组成吸收：低组成吸收：摩尔分数摩尔分数0.10.1v高组成吸收：高组成吸收：摩尔分数摩尔分数0.10.1本章重点讨论单组分低组成的等温物理吸收本章重点讨论单组分低组成的等温物理吸收2024/9/54第二章 气体吸收2.1.3 气体吸收的工业应用气体吸收的工业应用净净化化气气体体或或精精制制气气体体。如如用用水水脱脱除除合合成成氨氨原原料料气气中中的的CO
5、CO2 2，用用丙丙酮酮脱脱除除石石油油裂裂解解气气中中的的乙乙炔炔等等以以除除去去气气体体中中的的有有害害成成分分，便于下一步的反应顺利进行。便于下一步的反应顺利进行。制制备备液液体体产产品品。如如用用水水吸吸收收HClHCl气气体体制制备备盐盐酸酸，用用水水吸吸收收NONO2 2气气体体制制硝硝酸酸，用用水水吸吸收收NHNH3 3气气制制氨氨水水，用用稀稀硫硫酸酸吸吸收收SOSO3 3制制浓浓硫硫酸等均属于吸收操作。酸等均属于吸收操作。回回收收有有用用物物质质。如如用用洗洗油油从从焦焦炉炉气气中中回回收收粗粗苯苯( (苯苯、甲甲苯苯、二甲苯二甲苯) )等。等。环环境境保保护护的的需需要要。
6、如如用用碱碱液液吸吸收收工工业业过过程程排排放放的的废废气气中中含含有有的一些有害物质如的一些有害物质如SOSO2 2、H H2 2S S、NONO、HFHF等。等。 2024/9/55第二章 气体吸收2.1.4 吸收剂的选择吸收剂的选择完完成成一一个个吸吸收收过过程程需需选选择择合合适适的的溶溶剂剂，对对吸吸收收剂剂的的要要求求是是：溶解度大。溶解度大。可提高吸收速率并减少吸收剂的耗用量。可提高吸收速率并减少吸收剂的耗用量。选选择择性性好好。对对溶溶质质有有良良好好的的溶溶解解能能力力，而而对对其其它它组组分分不不溶溶或或微溶，且便于再生，否则不能实现分离的目的。微溶，且便于再生，否则不能实
7、现分离的目的。挥挥发发度度小小，即即在在操操作作温温度度下下蒸蒸汽汽压压小小，基基本本不不汽汽化化。离离开开吸吸收收设设备备的的气气体体被被吸吸收收剂剂所所饱饱和和，吸吸收收剂剂挥挥发发度度愈愈大大，损损失失量量便便愈大。愈大。粘粘度度低低。可可改改善善吸吸收收设设备备内内的的流流动动状状况况，从从而而提提高高传传质质速速率率和传热速率，有助于降低泵的功率，减小传质、传热阻力。和传热速率，有助于降低泵的功率，减小传质、传热阻力。其其它它。来来源源充充分分，价价格格低低廉廉，无无毒毒，无无腐腐蚀蚀性性不不易易燃燃，不不发发泡，化学性质稳定等。泡，化学性质稳定等。2.1.5 2.1.5 吸收流程（
8、略）吸收流程（略） 2024/9/56第二章 气体吸收2.2 气体吸收的相平衡关系气体吸收的相平衡关系2.2.1 2.2.1 气体在液体中的溶解度气体在液体中的溶解度 在在一一定定温温度度和和压压强强下下，当当气气体体混混合合物物与与一一定定量量的的液液体体吸吸收收剂剂接接触触时时，溶溶质质组组分分便便不不断断进进入入液液相相中中，这这一一过过程程称称为为溶溶解解即即吸吸收收。而而同同时时已已被被溶溶解解的的溶溶质质也也将将不不断断摆摆脱脱液液相相的的束束缚缚重重新新回回到到气气相相，该该过过程程称称为为解解吸吸。这这两两个个过过程程互互为为逆逆过过程程并并具具有有各各自自的的速速率率，当当气
9、气液液两两相相经经过过长长时时间间的的接接触触后后，溶溶质质的的溶溶解解速速率率与与解解吸吸速速率率达达到到相相等等时时，气气液液两两相相中中溶溶质质的的浓浓度度就就不不再再因因两两相相间间的的接接触触而而变变化化，这种状态称为相际动平衡，这种状态称为相际动平衡，简称相平衡或平衡简称相平衡或平衡。 平平衡衡状状态态下下气气相相中中的的溶溶质质分分压压称称为为平平衡衡分分压压或或饱饱和和分分压压，液液相中的溶质组成称为相中的溶质组成称为平衡组成或饱和组成平衡组成或饱和组成。 气气体体在在液液体体中中的的溶溶解解度度，是是指指气气体体在在液液体体中中的的饱饱和和组组成成，常常以单位质量或体积的液体
10、所含溶质的质量来表示。以单位质量或体积的液体所含溶质的质量来表示。 气体的溶解度标明一定条件下吸收过程可能达到的极限程度气体的溶解度标明一定条件下吸收过程可能达到的极限程度。2024/9/57第二章 气体吸收1.相律相律F=C-P+nF=C-P+n独立组分数：独立组分数：C=3 (AC=3 (A、B B、S)S)相数：相数： P=2P=2（气、液相）（气、液相）影影响响因因素素： n=2n=2（温温度度、压压强）强） 故故：自自由由度度F=3-2+2=3F=3-2+2=3，即即气气相相组组成成、液液相相组组成成、温温度度、压压力力4 4个个变变量量中中，已已知知3 3个个量量，便可确定余下的便
11、可确定余下的1 1个量。个量。温温度度、压压力力一一定定：溶溶解解度度（液相组成）（液相组成）=f(=f(气相组成气相组成) )总总压压5105105 5PaPa时时：溶溶解解度度=f(=f(气相组成，温度）气相组成，温度）2024/9/58第二章 气体吸收2.2.溶解度曲线溶解度曲线横标：气相分压；纵标：溶解度；参数：温度（总压不太高时）。横标：气相分压；纵标：溶解度；参数：温度（总压不太高时）。同种溶质：同种溶质：v温度一定：气相分压愈大，溶解度愈大温度一定：气相分压愈大，溶解度愈大v气相分压一定：温度愈低，溶解度愈大气相分压一定：温度愈低，溶解度愈大不不同同溶溶质质：溶溶解解度度一一定定
12、时时，易易溶溶气气体体溶溶液液上上方方分分压压小小，难难溶溶气气体上方分压大体上方分压大说明说明加压、降温有利于吸收操作的进行加压、降温有利于吸收操作的进行易溶气体仅需较小的分压就能达到一定溶解度易溶气体仅需较小的分压就能达到一定溶解度 2024/9/59第二章 气体吸收2.2.2 亨利定律亨利定律 随随着着对对相相平平衡衡关关系系的的研研究究，发发现现很很多多气气体体在在浓浓度度较较小小时时其其溶溶解解度度曲曲线线为为通通过过坐坐标标原原点点的的直直线线，这这一一规规律律用用亨亨利利(Henry)(Henry)定定律进行描述律进行描述。 1. 1. p pe e=Ex=Ex称为吸收过程的相平
13、衡方程称为吸收过程的相平衡方程 亨利定律。亨利定律。式中：式中： p pe e 溶质溶质A A在气相中的平衡分压，在气相中的平衡分压，kPakPa；x x 溶质溶质A A在液相中的摩尔分率；在液相中的摩尔分率；E E 亨利系数，亨利系数，kPakPa。 表表明明：当当总总压压不不高高(0.5MPa)(0.5MPa)时时，在在一一定定温温度度下下气气液液两两相相达达到到平平衡衡时时，稀稀溶溶液液上上方方气气相相中中溶溶质质的的平平衡衡分分压压与与液液相相中中溶溶质质的的摩尔分率成正比。摩尔分率成正比。 2024/9/510第二章 气体吸收说明说明理想溶液：拉乌尔定律：理想溶液：拉乌尔定律：非理想
14、溶液：非理想溶液：低浓度气体吸收：低浓度气体吸收：E=E=常量常量难溶物系：难溶物系：EE常量，但当常量，但当P0.1MPaP0.1MPa时，时，E E可视为常量可视为常量P0.1MPaP0.1MPaP0.1MPa时，时，E=f(P,t)E=f(P,t)E E由由实实验验测测定定确确定定：以以p pe e/x/x对对x x作作图图，当当x x00， p pe e/x/x的的值值即即为为E E。常见物系的。常见物系的E E可查有关手册。可查有关手册。对对于于一一定定的的气气体体和和一一定定的的溶溶剂剂，E E值值随随温温度度变变化化：tt，EE，x x，体现气体溶解度随温度升高而减小的变化趋势。
15、，体现气体溶解度随温度升高而减小的变化趋势。同一溶剂中：同一溶剂中：v易溶气体的易溶气体的E E值很小值很小v难溶气体的难溶气体的E E值相对较大。值相对较大。2024/9/511第二章 气体吸收2. 2. p pe e=c/H=c/H 表明：当气液两相达到平衡时，稀溶液上方气相中溶质的平表明：当气液两相达到平衡时，稀溶液上方气相中溶质的平衡分压与液相中溶质的体积摩尔浓度成正比。衡分压与液相中溶质的体积摩尔浓度成正比。 设溶液组成为设溶液组成为ckmol(A)/mckmol(A)/m3 3，密度为，密度为kg/mkg/m3 3；溶质和溶剂的；溶质和溶剂的分子量分别为分子量分别为M MA A k
16、g/ kg/kmolkmol 、M MS S kg/ kg/kmolkmol ，则：，则：2024/9/512第二章 气体吸收P P对对H H影响小，影响小， H H大，溶解度大，易溶气体大，溶解度大，易溶气体对于稀溶液，对于稀溶液，c c值很小，值很小，c(Mc(MS S-M-MA A)说明说明2024/9/513第二章 气体吸收说明说明 温度、总压的影响：温度、总压的影响：m m大，溶解度小，难溶气体大，溶解度小，难溶气体 3. ye=mxm m与与E E的关系的关系 ：m m相平衡常数，无因次。相平衡常数，无因次。2024/9/514第二章 气体吸收4. Ye=mX 以上亨利定律的各种表
17、达式描述的都是互成平衡的气液两相以上亨利定律的各种表达式描述的都是互成平衡的气液两相组成间的关系，它们都是根据液相组成来计算与之平衡的气相组组成间的关系，它们都是根据液相组成来计算与之平衡的气相组成。同样，也可根据气相组成计算平衡的液相组成，此时，亨利成。同样，也可根据气相组成计算平衡的液相组成，此时，亨利定律可写成：定律可写成：2024/9/515第二章 气体吸收【例例】某某系系统统温温度度为为1010，总总压压101.3101.3kPakPa，试试求求此此条条件件下下在在与与空空气气充充分分接接触触后后的的水水中中，每每立立方方米米水水溶溶解解了了多少克氧气？多少克氧气？=101.30.2
18、1=21.27kPa【解解】查查得得1010时时，氧氧气气在在水水中中的的亨亨利利系系数数E E为为3.31103.31106 6kPakPa。W=3.5710-4321000=11.42g/m32024/9/516第二章 气体吸收2.2.3. 相平衡关系在吸收过程中的应用1 1判断过程进行的方向判断过程进行的方向吸收平衡解吸气相ppep=pepyey=yeyYeY=YeYYe液相ccexxeXXemyxABCyxyexey/yexe/xyxxeye结论结论组成点在平衡线上方，为吸收过程组成点在平衡线上方，为吸收过程组成点在平衡线上，为平衡过程组成点在平衡线上，为平衡过程组成点在平衡线下方，为
19、解吸过程组成点在平衡线下方，为解吸过程2024/9/517第二章 气体吸收2.2.确定传质的推动力确定传质的推动力 当当传传质质进进行行时时，其其速速率率与与传传质质的的推推动动力力大大小小有有关关，传传质质过过程程是是否否容容易易进进行行取取决决于于实实际际组组成成偏偏离离平平衡衡组组成成的的程程度度，因因而而推推动力可用一相的实际组成与其对应的平衡组成之差来表示动力可用一相的实际组成与其对应的平衡组成之差来表示 。myxACyxyexeyxxeye吸收平衡解吸气相p-pe0pe-py-ye0ye-yY-Ye0Ye-Y液相ce-c0c-cexe-x0x-xeXe-X0X-Xe说明说明 实实际
20、际组组成成偏偏离离平平衡衡组组成成的的程程度度愈愈大大，过过程程的的推推动动力力愈愈大大，其其传传质质速速率率愈愈大大，吸吸收收/ /解解吸吸过过程程愈愈容容易易进行。进行。2024/9/518第二章 气体吸收y2y1x2x13.3.指明传质过程进行的极限指明传质过程进行的极限因因为为平平衡衡是是过过程程进进行行的的极极限限，所所以以当当两两相相进进行行接接触触，达达到到平平衡衡时时过过程程也也就就终终止止，即即：y=yy=ye e或或者者x=x=x xe e时时，吸吸收收或或者者解解吸吸过过程程将将停停止止，不不会会无无限限进进行行下下去去。若若要要使使过过程程进进行行，必必须须改改变变条条
21、件件，使使原原来来的的平平衡衡打打破破，在在新新的的条条件件下重新建立平衡。下重新建立平衡。对对吸吸收收而而言言，无无论论气气液液相相流流量量、塔塔高高、塔塔径径如如何何，出出塔塔尾尾气气的的组组成成不不会会低低于于与与该该位位置置液液相相组组成成相相平平衡衡的的气气相相组组成成。如如逆逆流流：y y2 2yye2e2=mx=mx2 2 ；并流：并流： y y1 1yye1e1=mx=mx1 1 ；对对吸吸收收而而言言，无无论论气气液液相相流流量量、塔塔高高、塔塔径径如如何何，吸吸收收液液的的组组成成不不会会高高于于与与该该位位置置气气相相组组成成相相平平衡衡的的液液相相组组成成。如如逆逆流流
22、& &并并流流：x x1 1xxe1e1=y=y1 1/m/m。y2y1x2x1逆逆流流并并流流2024/9/519第二章 气体吸收【例】在在总总压压101.3101.3kPakPa，温温度度3030的的条条件件下下, , SOSO2 2摩摩尔尔分分率率为为0.30.3的混合气体与的混合气体与SOSO2 2摩尔分率为摩尔分率为0.010.01的水溶液相接触，试问：的水溶液相接触，试问：(1)(1)SOSO2 2的传质方向；的传质方向；(2)(2)其它条件不变，温度降到其它条件不变，温度降到00时时SOSO2 2的传质方向；的传质方向；(3)(3)其其它它条条件件不不变变，总总压压提提高高到到2
23、02.6202.6kPakPa时时SOSO2 2的的传传质质方方向向，并并计计算以液相摩尔分率差及气相摩尔分率差表示的传质推动力。算以液相摩尔分率差及气相摩尔分率差表示的传质推动力。【解解】1.1.查查P18P18表表2-12-1，得得SOSO2 2在在101.33101.33kPakPa、3030时时亨亨利利系系数数E=0.48510E=0.485104 4kPakPa，则：则：2024/9/520第二章 气体吸收2.2.查查 P18P18表表 2-12-1， 得得 SOSO2 2在在 101.33101.33kPakPa、 00时时 亨亨 利利 系系 数数E=0.16710E=0.1671
24、04 4kPakPa，则：则：3.3.查查 P18P18表表 2-12-1， 得得 SOSO2 2在在 101.33101.33kPakPa、 3030时时 亨亨 利利 系系 数数E=0.48510E=0.485104 4kPakPa，则：则：第一次课第一次课2024/9/521第二章 气体吸收2.3.1传质的速度与通量传质的速度与通量 （不讲（不讲)!1.1.传质的速度传质的速度 多多组组分分的的传传质质过过程程中中，各各组组分分均均以以不不同同的的速速度度运运动动。设设系系统统由由A A、B B两两组组分分组组成成，组组分分A A、B B通通过过系系统统内内任任一一静静止止平平面面的的速速
25、度度为为u uA A、u uB B，该该二二元元混混合合物物通通过过此此平平面面的的速速度度为为u u，它它们们之之间间的的差差值值为为u uA A-u-u、u uB B-u-u。 在在上上述述的的各各速速度度中中，u uA A、u uB B代代表表组组分分A A、B B的的实实际际移移动动速速度度，称称为为绝绝对对速速度度。u u代代表表混混合合物物的的移移动动速速度度，称称为为主主体体流流动动速速度度或或平平均均速速度度；u uA A-u-u及及u uB B-u-u代代表表相相对对于于主主体体流流动动速速度度的的移移动动速速度度，称称为为扩扩散散速度。速度。 因因 u uA A= =u+(
26、uu+(uA A-u-u) ) u uB B= =u+(uu+(uB B-u-u) ) 故：故： 绝对速度主体流动速度扩散速度绝对速度主体流动速度扩散速度2.3 2.3 传质机理与气体吸收速率方程式传质机理与气体吸收速率方程式2024/9/5222.2.传质的通量传质的通量 传质通量：传质通量：单位时间通过垂直于传质方向上单位面积的物质量。单位时间通过垂直于传质方向上单位面积的物质量。 传质通量等于传质速度与浓度的乘积。传质通量常用质量通量、摩尔通传质通量等于传质速度与浓度的乘积。传质通量常用质量通量、摩尔通量表示。量表示。(1)(1)以绝对速度表示的传质通量。以绝对速度表示的传质通量。质量通
27、量：质量通量：j jA A= =A Au uA A j jB B= =B Bu uB B混合物的总质量通量：混合物的总质量通量： j=j=j jA A+j+jB B = =A Au uA A + +B Bu uB B = =uu 质量平均速度的定义式质量平均速度的定义式 摩尔通量：摩尔通量：N NA A= =c cA Au uA A N NB B= =c cB Bu uB B混合物的总摩尔通量：混合物的总摩尔通量：N=NN=NA A+N+NB B= =c cA Au uA A + +c cB Bu uB B =cu=cu 摩尔平均速度的定义式摩尔平均速度的定义式2024/9/523(2)(2)
28、以扩散速度表示的传质通量。以扩散速度表示的传质通量。质量通量：质量通量：j jA A= =A A(u(uA A-u-u) ) j jB B= =B B(u(uB B-u-u) )摩尔通量：摩尔通量：J JA A= =c cA A(u(uA A-u-um m) ) J JB B= =c cB B(u(uB B-u-um m) )混合物：混合物：j=j=j jA A+j+jB B J=J J=JA A+J+JB B(3)(3)以主体流动速度表示的传质通量。以主体流动速度表示的传质通量。2024/9/5242.3.2 质量传递的基本方式质量传递的基本方式 分为分子传质和对流传质分为分子传质和对流传质
29、1.1.分子扩散（传质）分子扩散（传质）(1)(1)分子扩散现象分子扩散现象 左左室室A A分分子子向向右右运运动动，右右室室B B分分子子向向左左运运动动。左左右右两两室室交交换换的的分分子子数数虽虽相相等等，但但因因左左室室A A浓浓度度高高，故故在在同同一一时时间间内内A A分分子子进进入入右右室室较较多多而而返返回回左左室室较较少少，其其净净结结果果是是物物质质A A自自左左向向右右传传递递。同同理理，物质物质B B自右向左传递。两种物质各自沿其浓度降低的方向传递。自右向左传递。两种物质各自沿其浓度降低的方向传递。 上上述述扩扩散散过过程程将将一一直直进进行行到到整整个个容容器器中中A
30、 A、B B两两种种物物质质的的浓浓度度完完全全均均匀匀为为止止，此此时时，通通过过任任一一截截面面物物质质A A、B B的的净净的的扩扩散散通通量量为为零零，但但扩扩散散仍仍在在进进行行，只只是是左左、右右两两方方向向物物质质的的扩扩散散通通量量相相等等，系统处于扩散的动态平衡中。系统处于扩散的动态平衡中。 当当流流体体内内部部存存在在某某一一组组分分的的浓浓度度( (或或分分压压) )差差时时，凭凭借借分分子子的的无无规规则则热热运运动动使使该该组组分分由由高高浓浓处处向向低低浓浓处处迁迁移移的的过过程程，称称为为分分子子扩散或分子传质，简称扩散。扩散或分子传质，简称扩散。 分子扩散发生在
31、固体、静止或层流流动的流体中。分子扩散发生在固体、静止或层流流动的流体中。2024/9/525(2)(2)费克（费克（FickFick）第一定律）第一定律描述分子扩散的通量或速率的方程。描述分子扩散的通量或速率的方程。式中：式中：j jA A组分组分A A的质量通量，的质量通量，kg/(mkg/(m2 2.s).s) ddA A/dz/dz组分在传质方向上的质量浓度梯度，组分在传质方向上的质量浓度梯度，(kg/m(kg/m3 3)/m)/m D DABAB组分组分A A在在B B中的扩散系数，中的扩散系数，m m2 2/s/s J JA A组分组分A A的摩尔通量，的摩尔通量，kmol/(mk
32、mol/(m2 2.s).s) dcdcA A/dz/dz组分在传质方向上的摩尔浓度梯度，组分在传质方向上的摩尔浓度梯度，(kmol/m(kmol/m3 3)/m)/m 2024/9/526(3)(3)等分子反向扩散等分子反向扩散 因因两两容容器器中中气气体体总总压压相相同同，所所以以A A、B B两两组组分分相相互互扩扩散散的的量量n nA A和和n nB B必然相等，故称为等摩尔反方向扩散。即：必然相等，故称为等摩尔反方向扩散。即：J JA A=-J=-JB B 在在扩扩散散过过程程，虽虽然然A A、B B两两组组分分发发生生变变化化，但但混混合合气气体体总总压压不不变，即变，即c=c=c
33、 cA A+c+cB B= =常数，因而常数，因而dcdcA A/dz/dz=-=-dcdcB B/dz/dz，根据菲克定律：，根据菲克定律：故：故：D DABAB=D=DBABA 该该关关系系说说明明：对对双双组组分分混混合合气气体体，在在进进行行等等摩摩尔尔反反方方向向分分子子扩散时，扩散时，A A在在B B中和中和B B在在A A中的分子扩散系数相等，以后以中的分子扩散系数相等，以后以D D表示。表示。2024/9/527(4)(4)一组分通过另一停滞组分的扩散一组分通过另一停滞组分的扩散 当当截截面面上上有有一一层层只只允允许许A A组组分分通通过过但但不不允允许许B B组组分分通通过
34、过的的膜膜时时。由由于于在在气气相相主主体体与与液液面面处处存存在在A A组组分分的的分分压压差差，所所以以组组分分A A将将不不断断向向右右进进行行分分子子扩扩散散，并并进进入入液液相相中中去去，而而液液相相中中无无任任何何组组分分进进入入气气相相，使使得得液液面面处处总总压压低低于于气气相相主主体体，在在此此压压差差的的作作用用下下，混混合合气气体体(A+B)(A+B)便便会会自自动动向向截截面面处处发发生生宏宏观观运运动动，称称为为总总体流动。体流动。 总总体体流流动动的的结结果果又又使使得得液液面面附附近近B B组组分分的的分分压压大大于于气气相相主主体体中中B B的的分分压压，因因而
35、而组组分分B B又又将将以以分分子子扩扩散散的的方方式式向向气气相相主主体体移移动动。这这样样实实际际的的净净结结果果是是A A组组分分不不断断向向液液面面移移动动，对对于于B B组组分分来来讲讲，随随总总体体流流动动向向液液面面运运动动的的同同时时又又以以相相反反方方向向进进行行分分子子扩扩散散到到气气相相主主体体，实实际际上上等等于于没没有有运运动动，故故称称为为A A组组分分通通过过停停滞滞组组分分B B的的扩散。扩散。 2024/9/528A A的实际传的实际传质通量质通量A A的分子扩的分子扩散通量散通量A A的主体流的主体流动通量动通量据以上形式，得结论：据以上形式，得结论：组分的
36、实际通量分子扩散通量主体流动通量组分的实际通量分子扩散通量主体流动通量这是费克第一定律的一般表达式。这是费克第一定律的一般表达式。2024/9/5292.对流传质对流传质(1)(1)涡流扩散涡流扩散 湍湍流流时时流流体体除除了了沿沿流流动动方方向向整整体体向向前前运运动动外外，在在其其它它方方向向上上还还存存在在着着流流体体质质点点的的脉脉动动和和旋旋涡涡运运动动，碰碰撞撞和和混混合合程程度度比比较较剧剧烈烈。在在湍湍流流主主体体中中，借借流流体体质质点点的的脉脉动动和和旋旋涡涡混混合合作作用用，使使物物质质由由高高浓浓度度向向低低浓浓度度处处进进行行的的物物质质扩扩散散，称称为为涡涡流流扩扩
37、散散。( (实实际际上上，湍湍流流中中也也存存在在着着一一定定的的分分子子扩扩散散，只只是是涡涡流流扩扩散散起起主主要要作作用用 ) )。由由于于涡涡流流扩扩散散的的复复杂杂性性，涡涡流流扩扩散散通通量量常常借借助助费费克克第第一一定律的形式表示，即：定律的形式表示，即： 注注意意分分子子扩扩散散系系数数D D是是物物质质的的物物性性常常数数，它它仅仅与与温温度度、压压力力、组组成成等等因因素素有关；有关；涡涡流流扩扩散散系系数数M M不不是是物物性性常常数数，它它与与流流体体的的湍湍动动程程度度有有关关、所所处处位位置置、壁壁面面粗粗糙糙度度等等因因素素有有关。关。 2024/9/530(2
38、)(2)对流传质对流传质 流流动动流流体体与与相相界界面面一一侧侧进进行行的的物物质质传传递递，称称为为对对流流扩扩散散。它它包包括括流流体体主主体体中中的的涡涡流流扩扩散散和和层层流流层层中中的的分分子子扩扩散散，为为物物质质在在单单一相内进行迁移的总称。一相内进行迁移的总称。 对流传质的基本方程，采用下式表示：对流传质的基本方程，采用下式表示： N NA A= =k kc cccA A 式中：式中：N NA A对流传质的摩尔通量，对流传质的摩尔通量，kmol/(mkmol/(m2 2.s).s) k kc c对流传质系数，对流传质系数，m/sm/s； ccA A 组分组分A A界面浓度与主
39、体浓度差，界面浓度与主体浓度差，kmol/mkmol/m3 3。上式称对流传质速率方程上式称对流传质速率方程注注意意因因组组成成有有不不同同的的表表示示法法，故故对对流流传传质质速速率率方方程程有有不不同同的表达形式。的表达形式。2024/9/5312.3.3 分子传质（扩散）分子传质（扩散）2.3.3.12.3.3.1气体中的稳态扩散气体中的稳态扩散（1 1） 等分子反向扩散等分子反向扩散稳稳态态等等分分子子反反向向扩扩散散时时扩扩散散通量计算式通量计算式2024/9/532（2 2） 组分组分A A通过停滞组分通过停滞组分B B的扩散的扩散2024/9/5332.3.3.2 液体中的稳态扩
40、散液体中的稳态扩散 在在液液相相中中进进行行扩扩散散时时，物物质质的的扩扩散散速速度度远远远远小小于于气气相相中中的的，但液体密度大，浓度梯度大，因而扩散通量与气相中的大致相同。但液体密度大，浓度梯度大，因而扩散通量与气相中的大致相同。（1 1） 液体中的扩散通量方程液体中的扩散通量方程 仍仍可可用用费费克克第第一一定定律律描描述述液液体体中中的的扩扩散散通通量量方方程程。但但与与稳稳态态气气体体扩扩散散不不同同的的是是，液液体体的的扩扩散散系系数数随随浓浓度度而而变变化化，且且总总浓浓度度随随位位置置变变化化，因因此此在在应应用用费费克克第第一一定定律律时时，用用平平均均扩扩散散系系数数、平
41、平均均总浓度代替原式中的扩散系数、总浓度，即：总浓度代替原式中的扩散系数、总浓度，即：2024/9/534(2) 等分子反向扩散等分子反向扩散 发发生生在在摩摩尔尔潜潜热热相相等等的的二二元元化化合合物物蒸蒸馏馏中中。求求解解过过程程与与气气相相中的相同。中的相同。1.2.2.3 1.2.2.3 组分组分A A通过停滞组分通过停滞组分B B的扩散的扩散 发生在吸收、萃取等单元操作中。求解过程与气相中的相同。发生在吸收、萃取等单元操作中。求解过程与气相中的相同。2024/9/5352.3. 4 扩散系数扩散系数 ( (分分子子) )扩扩散散系系数数D D为为物物质质的的物物性性常常数数之之一一，
42、其其物物理理意意义义表表示示单单位位浓浓度度梯梯度度下下物物质质的的扩扩散散通通量量，因因而而表表明明一一种种物物质质在在另另外外一一种种物物质质中中的的扩扩散散能能力力。其其值值由由实实验验测测定定，数数值值大大小小与与温温度度、压压强强及及浓浓度有关，度有关，常用物质的扩散系数见本书附录一。常用物质的扩散系数见本书附录一。 当当无无数数据据可可查查时时，可可采采用用一一些些理理论论公公式式进进行行计计算算或或用用经经验验公公式估算。式估算。 理论公式：理论公式： 2024/9/536经验公式：经验公式：上述各式中的符号的含义参见教材上述各式中的符号的含义参见教材P34-P41P34-P41
43、。作业：作业：1 1、3 3、5 5题题2024/9/5372.3.5 对流传质对流传质 流流体体与与固固体体壁壁面面间间对对流流传传质质中中，一一方方面面由由于于浓浓度度梯梯度度的的存存在在，物物质质以以分分子子扩扩散散的的方方式式进进行行传传递递，另另一一方方面面，流流体体在在运运动动过过程程中中，也也必必然然将将物物质质从从一一处处向向另另一一处处传传递递。所所以以，对对流流传传质质的的速速率率除除了了分分子子传传递递的的影影响响外外，还还受受到到流流体体流流动动的影响。的影响。 本节讨论对流传质的基本规律，重点讨论对流传质速率的计算问题。本节讨论对流传质的基本规律，重点讨论对流传质速率
44、的计算问题。2.3.5.1 2.3.5.1 对流传质的类型与机理对流传质的类型与机理(1) (1) 对流传质的类型对流传质的类型按流体的流动发生原因不同，分：自然对流传质按流体的流动发生原因不同，分：自然对流传质 强制对流传质强制对流传质l强制层流传质强制层流传质l强制湍流传质强制湍流传质按流体的作用方式，分：按流体的作用方式，分：流体作用于固体壁面，即流体与固体壁面的传质，如水流过可溶性固体壁面。流体作用于固体壁面，即流体与固体壁面的传质，如水流过可溶性固体壁面。一一种种流流体体作作用用于于另另一一种种流流体体，两两流流体体通通过过相相界界面面进进行行传传质质，即即相相际际传传质质，如如用水
45、吸收混于空气的氨。用水吸收混于空气的氨。2024/9/538(2) (2) 对流传质的机理对流传质的机理 以流体与固体壁面的对流传质为例讨论，对有固定相以流体与固体壁面的对流传质为例讨论，对有固定相 界面界面的相际传质，其机理类似。的相际传质，其机理类似。 层层流流区区：质质量量传传递递仅仅以以分分子子扩扩散散方方式式进进行行，据据费费克克第第一一定定律律知知，其其浓浓度度梯梯度度很很大大，浓浓度度分分布布曲曲线线很很陡陡，为为一一直线。直线。zcA层流区层流区缓冲区缓冲区湍流主体区湍流主体区 缓缓冲冲区区：质质量量传传递递以以分分子子扩扩散散和和涡涡流流扩扩散散方方式式进进行行，浓浓度度梯梯
46、度度较较层层流流区区的的小，且非常量，浓度分布曲线为一曲线。小，且非常量，浓度分布曲线为一曲线。 湍湍流流主主体体区区：质质量量传传递递以以分分子子扩扩散散和和涡涡流流扩扩散散方方式式进进行行，但但分分子子扩扩散散占占比比重重很很小小，忽忽略略不不计计。浓浓度度梯梯度度非非常常小小，近近似似为为零零，浓浓度度分分布布曲曲线线为为一一水水平线。平线。2024/9/539 将将层层流流区区、湍湍流流主主体体区区的的直直线线延延长长，其其交交点点与与壁壁面面间间形形成成的的膜膜层层称为停滞膜层。称为停滞膜层。zcA层流区层流区缓冲区缓冲区湍流主体区湍流主体区停滞膜层停滞膜层 停停滞滞膜膜层层内内浓浓
47、度度分分布布曲曲线线为为直直线线，说说明明在在停停滞滞膜膜层层内内物物质质传传质质是是以以分分子子扩扩散散的的方方式式进进行行的的。停停滞滞膜膜层层以以外外的的浓浓度度分分布布曲曲线线为为水水平平线线，说说明明此此区区域域内内无无传传质质阻阻力力，全全部部传传质阻力集中在停滞膜内质阻力集中在停滞膜内。2024/9/5402.3.5.2 2.3.5.2 浓度边界层与对流传质系数浓度边界层与对流传质系数1.3.2.1 1.3.2.1 浓度边界层浓度边界层 当当流流体体流流过过固固体体壁壁面面时时，若若流流体体与与固固体体壁壁面面间间存存在在浓浓度度差差，受受壁壁面面浓浓度度的的影影响响，在在与与壁
48、壁面面垂垂直直方方向向上上的的流流体体内内部部将将建建立立起起浓浓度度梯梯度度，该该浓浓度度梯梯度度自自壁壁面面向向流流体体主主体体逐逐渐渐减减小小。通通常常将将壁壁面面附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。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。 如如图图示示，流流体体最最初初以以均均匀匀速速度度u u0 0和和均均匀匀浓浓度度c cA0A0进进入入圆圆管管内内，因因流流体体受受壁壁面面浓浓度度的的影影响响，浓浓度度边边界界层层厚厚度度由由进进口口的的零零值值逐逐渐渐增增加加，经经过过一一段段距距离离LeLe后后，在在管管中中心心汇汇合合，汇汇合合后后浓浓度度边
49、边界界层层厚厚度度等等于于圆圆管管的的半半径径。超超过过汇汇合合点点后后，浓浓度度分分布布将将逐逐渐渐趋趋于于平平坦坦，若若管管子子的的长长度度足足够够，则则截截面面上上的的浓浓度度最最后后变变为为均均匀匀一一致致并并等等于于壁壁面面的的浓浓度度c cAsAs。此此段段距距离离LeLe称称为为传传质质进进口口段段长长度度，处处于于进进口口段段内内的的传传质质称称为为进进口口段段传传质质，处处于于进进口口段段后的传质称为充分发展的传质。后的传质称为充分发展的传质。u0cA0LeDcAs2024/9/541对流传质系数对流传质系数 据对流传质速率方程，固体壁面与流体间的对流传质速率为：据对流传质速
50、率方程，固体壁面与流体间的对流传质速率为： G GA A=N=NA AS=S=k kc cS(cS(cAsAs-c-cAbAb) )式中：式中：G GA A对流传质速率，对流传质速率，kmol/skmol/s； C CASAS壁面浓度，壁面浓度， C CAbAb流体的主体浓度或平均浓度，流体的主体浓度或平均浓度，kmol/mkmol/m3 3。 从从上上式式可可以以看看出出，要要计计算算对对流流传传质质速速率率G GA A，关关键键在在于于对对流流传传质质系系数数kckc的的确确定定。但但kckc的的确确定定是是一一项项复复杂杂的的问问题题，它它与与流流体体的的性性质质、壁壁面面的的几几何何形
51、形状状和和粗粗糙糙度度、流流体体的的速速度度等等因因素素有有关关，一一般般通通过过实实验验确确定定经经验验公公式式，使使用用时时通通过过选选取取适适当当的的经经验验公公式式加加以计算确定。以计算确定。2024/9/5422.3.6 相际间的对流传质模型相际间的对流传质模型 先先对对对对流流传传质质过过程程作作一一定定的的假假定定，然然后后，根根据据假假定定建建立立描描述述对对流流传传质质过过程程的的数数学学模模型型，最最后后求求解解对对流流传传质质模模型型，即即可可得得出出对对流传质系数的计算式。流传质系数的计算式。2.3.6.1 2.3.6.1 双膜模型双膜模型 1923 1923年惠特曼年
52、惠特曼(Whiteman)(Whiteman)提出最早的传质模型。提出最早的传质模型。要点：要点： 气气液液两两相相接接触触时时，两两相相间间存存在在稳稳定定的的相相界界面面，界界面面两两侧侧各各有有一个很薄的停滞膜，溶质一个很薄的停滞膜，溶质A A以分子扩散的方式通过此膜层。以分子扩散的方式通过此膜层。 在气液相界面处，气液两相处于平衡状态。在气液相界面处，气液两相处于平衡状态。 在在两两个个停停滞滞膜膜以以外外的的气气液液两两相相主主体体中中，由由于于流流体体的的强强烈烈湍湍动动，各处浓度均匀一致。各处浓度均匀一致。 双双膜膜理理论论将将复复杂杂的的相相际际传传质质过过程程归归结结为为两两
53、种种流流体体停停滞滞膜膜层层的的分分子子扩扩散散过过程程，依依此此模模型型，在在相相界界面面处处及及两两相相主主体体中中均均无无传传质质阻阻力力存存在在。故故，整整个个相相际际传传质质过过程程的的阻阻力力便便全全部部集集中中在在两两个个停停滞滞膜膜层内。因此，层内。因此，双膜模型又称双阻力模型。双膜模型又称双阻力模型。2024/9/5432.3.6.2 2.3.6.2 溶质渗透模型溶质渗透模型 1935 1935年希格比年希格比( (HigbieHigbie) )提出。提出。 其其要要点点为为：溶溶质质开开始始从从界界面面进进入入液液膜膜直直到到建建立立稳稳定定的的浓浓度度梯梯度度需需要要一一
54、段段过过渡渡时时间间，在在此此期期间间，溶溶质质从从相相界界面面向向液液膜膜深深度度方方向向逐逐步步渗渗透透，其其渗渗透透过过程程为为一一段段不不稳稳定定的的传传质质过过程程，常常采采用用不稳定传质方程来描述。不稳定传质方程来描述。2.3.6.3 2.3.6.3 表面更新理论表面更新理论 1951 1951年丹克沃茨年丹克沃茨( (DanckwertsDanckwerts) )提出提出. . 其其要要点点为为：在在气气液液两两相相接接触触过过程程中中，不不断断有有液液体体单单元元从从主主体体到到达达界界面面，置置换换原原来来界界面面上上的的液液体体，停停留留一一段段时时间间后后又又为为新新的的
55、液液体体单单元元所所置置换换，如如此此不不断断地地进进行行，其其接接触触表表面面也也在在不不断断更更新，因此传质过程为不稳定状态，其速率与置换的频率有关。新，因此传质过程为不稳定状态，其速率与置换的频率有关。 后后两两种种理理论论虽虽然然用用于于具具体体过过程程的的计计算算还还有有一一定定距距离离，但但它它有有助助于于更更深深刻刻地地揭揭示示过过程程进进行行的的物物理理本本质质 不不稳稳定定扩扩散散和和表面更新，对寻求强化过程途径有一定指导意义。表面更新，对寻求强化过程途径有一定指导意义。第二次课第二次课2024/9/5442.3 .7 气体吸收速率方程式气体吸收速率方程式 反反映映吸吸收收过
56、过程程进进行行快快慢慢程程度度以以吸吸收收速速率率来来表表示示，它它是是指指单单位位时时间间内内，通通过过单单位位传传质质面面积积吸吸收收的的溶溶质质的的量量。通通过过吸吸收收速速率率可可确确定定完完成成指指定定的的吸吸收收任任务务所所需需设设备备的的尺尺寸寸及及混混和和气气体体通通过过指指定定设备所能达到的吸收程度。设备所能达到的吸收程度。 描描述述吸吸收收速速率率与与吸吸收收推推动动力力之之间间关关系系的的数数学学表表达达式式即即为为吸吸收收速率方程式。速率方程式。由于推动力的形式不同，可写出不同的吸收速率方程式。由于推动力的形式不同，可写出不同的吸收速率方程式。 2024/9/545第二
57、章 气体吸收2.3.7.1 膜吸收速率方程式膜吸收速率方程式 在在稳稳定定操操作作的的吸吸收收设设备备内内任任一一部部位位上上，相相界界面面两两侧侧的的气气、液液相相膜膜层层中中的的传传质质速速率率应应是是相相同同的的，否否则则会会在在相相界界面面处处有有溶溶质质积积累累。因因此此，其其中中任任一一侧侧停停滞滞膜膜中中的的传传质质速速率率都都能能代代表表该该部部位位上上的的吸吸收收速速率率。单单独独根根据据气气膜膜或或液液膜膜的的推推动动力力及及阻阻力力写写出出的的速速率率关关系系式式称称为为气气膜膜或或液液膜膜吸吸收收速速率率方方程程式式，相相应应的的吸吸收收系系数数称称为为膜系数或分系数，
58、用膜系数或分系数，用k k表示。表示。pGpicicL气相气相液相液相zGzL2024/9/546第二章 气体吸收2.3.7.1.1 气膜吸收速率方程式气膜吸收速率方程式1.1.用用( (p pG G-p-pi i) )表示气膜推动力的膜吸收速率方程式表示气膜推动力的膜吸收速率方程式 据双膜模型，溶质以分子扩散方式通过据双膜模型，溶质以分子扩散方式通过气相一侧停滞膜时的传质速率为：气相一侧停滞膜时的传质速率为：pGpicicL气相液相zGzL 上上式式中中，停停滞滞膜膜厚厚度度z zG G难难以以确确定定，但但一一定定的的物物系系及及一一定定的的操操作作条条件件规规定定了了T T、P P、D
59、D，一一定定的的流流动动状状况况及及传传质质条条件件规规定定了了z zG G的的值，故：值，故：k kG G 气气 膜膜 吸吸 收收 系系 数数 ， kmol/kmol/(m(m2 2.s.kPa).s.kPa)；1/ 1/ k kG G气气膜膜阻阻力力， ( (m m2 2.s.kPa)/kmol.s.kPa)/kmol，此此阻阻力力的的表表达达形形式式是是与与气气膜膜推推动动力力（p pG G- -p pi i）相对应的。相对应的。2024/9/547第二章 气体吸收各气相传质分系数之间的关系：各气相传质分系数之间的关系：带入式带入式与与比较比较2.2.以（以（y-yy-yi i）为气膜推
60、动力的膜吸收速率方程式为气膜推动力的膜吸收速率方程式 当气相的组成以摩尔分率表示时，相应的气膜吸收速率方程当气相的组成以摩尔分率表示时，相应的气膜吸收速率方程式为：式为：k ky y 气气 膜膜 吸吸 收收 系系 数数 ， kmol/kmol/(m(m2 2.s).s)；1/ 1/ k ky y气气膜膜阻阻力力， (m(m2 2.s)/kmol.s)/kmol， 此此 阻阻力力的的表表达达形形式式是是与与气气膜膜推推动动力力（y-yy-yi i）相相对应的对应的。2024/9/548第二章 气体吸收2.3.7.1.2 液膜吸收速率方程式液膜吸收速率方程式1.1.用用( (c ci i-c-cL
61、 L) )表示液膜推动力的膜吸收速率方程式表示液膜推动力的膜吸收速率方程式 据双膜模型，溶质以分子扩散方式通过液相一侧停滞膜时的据双膜模型，溶质以分子扩散方式通过液相一侧停滞膜时的传质速率为：传质速率为： pGpicicL气相液相zGzLk kL L液液膜膜吸吸收收系系数数，m/sm/s；1/ 1/ k kL L液液膜膜阻阻力力， s/ms/m，此此阻阻力力的的表表达达形形式式是是与与液液膜膜推推动动力力（c ci i-c-cL L）相对应的。相对应的。2024/9/549第二章 气体吸收各液相传质分系数之间的关系：各液相传质分系数之间的关系：带入式带入式与比较比较2.2.以（以（x xi i
62、-x-x）为液膜推动力的膜吸收速率方程式为液膜推动力的膜吸收速率方程式 当液相的组成以摩尔分率表示时，相应的液膜吸收速率方程当液相的组成以摩尔分率表示时，相应的液膜吸收速率方程式为：式为：k kx x 液液 膜膜 吸吸 收收 系系 数数 ， kmol/kmol/(m(m2 2.s).s)；1/ 1/ k kx x气气膜膜阻阻力力， (m(m2 2.s)/kmol.s)/kmol，此此阻阻力力的的表表达达形形式式是是与与液液膜膜推推动动力力（x xi i-x-x）相对应的。相对应的。2024/9/550第二章 气体吸收2.3.7.1.3界面组成的确定界面组成的确定根据根据(1)(1)一般情况一般
63、情况定态传质定态传质pi、ci而而 (2)(2)平衡关系满足亨利定律平衡关系满足亨利定律 pi、ci2024/9/551第二章 气体吸收I（pi，ci）气膜阻力气膜阻力液膜阻力液膜阻力操作点操作点OI（界面）界面）cA/kmol/m3cApA/kPa0 采用图解的方法采用图解的方法由操作点作斜率为由操作点作斜率为k kL L/k/kG G 的直线与平衡线的交点确定界面组成的直线与平衡线的交点确定界面组成 2024/9/552第二章 气体吸收2.3.8 总吸收速率方程式总吸收速率方程式 为为了了避避开开难难以以测测定定的的界界面面组组成成，可可采采用用两两相相主主体体组组成成的的某某种种差差值值
64、来来表表示示总总推推动动力力而而写写出出吸吸收收速速率率方方程程式式，称称为为总总吸吸收收速速率率方方程程式式。这这种种吸吸收收速速率率方方程程式式中中的的吸吸收收系系数数，称称为为总总吸吸收收系系数数，用用K K表示。表示。 总总吸吸收收系系数数的的倒倒数数即即为为总总阻阻力力，总总阻阻力力应应当当是是两两膜膜阻阻力力的的代代数数和和。总总推推动动力力是是两两相相主主体体组组成成的的某某种种差差值值，因因气气、液液相相组组成成表表示示法法不不同同，二二者者不不能能直直接接相相减减，即即使使表表示示法法相相同同，差差值值也也不不能能代代表过程的总推动力。表过程的总推动力。 吸吸收收过过程程能能
65、自自动动进进行行，是是由由于于两两相相主主体体组组成成未未达达到到平平衡衡。一一旦旦任任何何一一相相主主体体组组成成与与另另一一相相主主体体组组成成达达到到平平衡衡，推推动动力力便便为为0 0。因因此此，吸吸收收过过程程的的总总推推动动力力采采用用任任何何一一相相的的主主体体组组成成与与其其平平衡衡组组成的差值表示。成的差值表示。2024/9/553第二章 气体吸收1.1.以（以（p pG G-p-pe e）表示总推动力的总吸收速率方程式表示总推动力的总吸收速率方程式2024/9/554第二章 气体吸收说明说明K KG G总吸收系数，总吸收系数，kmol/(mkmol/(m2 2.s.kPa)
66、.s.kPa)；1/ 1/ K KG G总总阻阻力力， (m(m2 2.s.kPa)/kmol.s.kPa)/kmol，此此阻阻力力的的表表达达形形式式是是与与总总推推动动力力（p pG G-p-pe e）相相对对应应的的，且且由由气气膜膜阻阻力力1/1/k kG G与与液液膜膜阻阻力力1/(1/(HkHkL L) )组成。组成。气膜控制：气膜控制： 表表明明易易溶溶气气体体吸吸收收时时，传传质质总总阻阻力力的的绝绝大大部部分分集集中中气气膜膜中中，气气膜膜阻阻力力控控制制着着整整个个吸吸收收过过程程的的速速率率；传传质质总总推推动动力力的的绝绝大大部部分分集集中中在在气气膜膜中中；吸吸收收总
67、总推推动动力力的的绝绝大大部部分分用用于于克克服服气气膜膜阻阻力力，这这种情况称为气膜控制。种情况称为气膜控制。 对对于于气气膜膜控控制制的的吸吸收收过过程程，要要提提高高吸吸收收速速率率，在在选选择择设设备备型型式及式及确定操作条件时应注意主要减小气膜阻力。确定操作条件时应注意主要减小气膜阻力。2024/9/555第二章 气体吸收2.以（以（ce-cL）表示总推动力的总吸收速率方程式表示总推动力的总吸收速率方程式2024/9/556第二章 气体吸收说明说明K KL L总吸收系数，总吸收系数，m/sm/s；1/ 1/ K KL L总总阻阻力力， s/ms/m，此此阻阻力力的的表表达达形形式式是
68、是与与总总推推动动力力（c ce e- -c cL L）相对应的，且由气膜阻力相对应的，且由气膜阻力H/H/k kG G与液膜阻力与液膜阻力1/1/k kL L组成。组成。液膜控制：液膜控制：表表明明难难溶溶气气体体吸吸收收时时，传传质质总总阻阻力力的的绝绝大大部部分分集集中中液液膜膜中中，液液膜膜阻阻力力控控制制着着整整个个吸吸收收过过程程的的速速率率；传传质质总总推推动动力力的的绝绝大大部部分分集集中中在在液液膜膜中中；吸吸收收总总推推动动力力的的绝绝大大部部分分用用于于克克服服液液膜膜阻阻力力，这这种种情况称为液膜控制。情况称为液膜控制。对对于于液液膜膜控控制制的的吸吸收收过过程程，要要
69、提提高高吸吸收收速速率率，在在选选择择设设备备型型式式及确定操作条件时及确定操作条件时应注意主要减小液膜阻力。应注意主要减小液膜阻力。2024/9/557第二章 气体吸收【例例】110110kPakPa下下操操作作的的氨氨吸吸收收塔塔，某某截截面面上上，含含氨氨0.030.03摩摩尔尔分分率率的的气气体体与与氨氨浓浓度度为为1 1kmol/mkmol/m3 3的的氨氨水水接接触触，已已知知气气膜膜传传质质系系数数k kG G=510=510-6-6kmol/(mkmol/(m2 2skPa)skPa)，液液膜膜传传质质系系数数k kL L=1.510=1.510-4-4m/sm/s，氨氨水水的
70、的平平衡衡关关系系可可用用亨亨利利定定律律表表示示，H=0.73kmol/(mH=0.73kmol/(m3 3kPa)kPa)，试试计算：计算：1.1.气液相界面上的两相组成；气液相界面上的两相组成；2.2.以以分分压压差差和和体体积积摩摩尔尔浓浓度度差差表表示示的的总总推推动动力力、总总传传质质系系数数、传质速率；传质速率；3.3.该吸收过程的控制因素；该吸收过程的控制因素；4. 4. 气、液膜系数分别增加气、液膜系数分别增加1010时，总阻力的变化情况。时，总阻力的变化情况。2024/9/558第二章 气体吸收【解】【解】2024/9/559第二章 气体吸收2024/9/560第二章 气体
71、吸收3.以（以（y-ye）表示总推动力的总吸收速率方程式表示总推动力的总吸收速率方程式K Ky y 总总 吸吸 收收 系系 数数 ， kmol/kmol/(m(m2 2.s).s)；1/ 1/ K Ky y总总阻阻力力， (m(m2 2.s)/kmol.s)/kmol，此此阻阻力力的的表表达达形形式式是是与与总总推推动动力力（y-yy-ye e）相对应的。相对应的。2024/9/561第二章 气体吸收4.4.以（以（x xe e-x-x）表示总推动力的总吸收速率方程式表示总推动力的总吸收速率方程式K Kx x 总总 吸吸 收收 系系 数数 ， kmol/kmol/(m(m2 2.s).s)；1
72、/ 1/ K Kx x总总阻阻力力， (m(m2 2.s)/kmol.s)/kmol，此此阻阻力力的的表表达达形形式式是是与与总总推推动动力力（x xe e-x-x）相对应的。相对应的。2024/9/562第二章 气体吸收5.5.以（以（Y-YY-Ye e）表示总推动力的总吸收速率方程式表示总推动力的总吸收速率方程式K KY Y 总总 吸吸 收收 系系 数数 ， kmol/kmol/(m(m2 2.s).s)；1/ 1/ K KY Y总总阻阻力力， (m(m2 2.s)/kmol.s)/kmol，此此阻阻力力的的表表达达形形式式是是与与总总推推动动力力（Y-YY-Ye e）相对应的。相对应的。
73、2024/9/563第二章 气体吸收6.6.以（以（X Xe e-X-X）表示总推动力的总吸收速率方程式表示总推动力的总吸收速率方程式K KX X 总总 吸吸 收收 系系 数数 ， kmol/kmol/(m(m2 2.s).s)；1/ 1/ K KX X总总阻阻力力， (m(m2 2.s)/kmol.s)/kmol，此此阻阻力力的的表表达达形形式式是是与与总总推推动动力力（X Xe e-X-X）相对应的。相对应的。2024/9/564第二章 气体吸收2.3.9 吸收速率方程及吸收系数小结吸收速率方程及吸收系数小结1.1.推推动动力力涉涉及及范范围围及及组组成成表表示示方方法法不不同同，吸吸收收
74、速速率率方方程程有有多多种形式种形式(10)(10)，归纳为两类：，归纳为两类：与与膜膜系系数数相相对对应应的的速速率率式式，采采用用一一相相主主体体组组成成与与界界面面处处组组成成之差表示推动力；之差表示推动力；与与总总系系数数相相对对应应的的速速率率式式，采采用用任任一一相相主主体体组组成成与与其其相相平平衡衡浓度之差表示推动力浓度之差表示推动力。2.2.吸收系数应与推动力表示方法及其单位相一致。如吸收系数应与推动力表示方法及其单位相一致。如吸收速率方程推动力吸收系数NA=kG(pG-pi)(pG-pi)kG，kmol/(m2.s.kPa)NA=kL(ci-cL)(ci-cL)kL,m/s
75、NA=KL(ce-cL)(ce-cL)KL,m/sNA=KG(pG-pe)(pG-pe)KG，kmol/(m2.s.kPa)2024/9/565第二章 气体吸收3.3.因因为为塔塔内内不不同同横横截截面面上上气气液液相相组组成成各各不不相相同同，因因此此吸吸收收速速率率也也不不同同，故故吸吸收收速速率率方方程程适适用用于于塔塔内内某某一一截截面面上上稳稳态态吸吸收收的的过程，不能直接用来描述全塔的吸收速率。过程，不能直接用来描述全塔的吸收速率。4.4.总总吸吸收收速速率率方方程程适适用用于于全全部部组组成成范范围围内内平平衡衡关关系系符符合合亨亨利利定律的溶液。定律的溶液。5.5.两两种种特特
76、殊殊情情况况：易易溶溶气气体体吸吸收收，气气膜膜控控制制；难难溶溶气气体体吸吸收收，液膜控制。液膜控制。6.6.总总吸吸收收系系数数通通过过膜膜系系数数计计算算；各各膜膜系系数数可可相相互互换换算算；各各总总系数可相互换算。系数可相互换算。第三次课第三次课作业：、题作业：、题2024/9/566第二章 气体吸收2.4 低组成气体吸收的计算低组成气体吸收的计算吸收塔的计算内容：吸收塔的计算内容：设计型：流向、流程、吸收剂用量、吸收剂组成、设计型：流向、流程、吸收剂用量、吸收剂组成、溶质回收量或回收率、塔高、塔径溶质回收量或回收率、塔高、塔径操作型：核算；操作条件与吸收结果的关系。操作型：核算；操
77、作条件与吸收结果的关系。计算依据：物料恒算计算依据：物料恒算 相平衡相平衡 吸收速率方程吸收速率方程2024/9/567第二章 气体吸收 工工业业吸吸收收过过程程既既可可采采用用板板式式塔塔又又可可采采用用填填料料塔塔，本本章章主主要要讨讨论填料塔。论填料塔。 填填料料塔塔是是在在塔塔的的筒筒体体内内填填充充某某种种特特定定形形状状的的固固体体物物即即填填料料，构构成成填填料料层层。填填料料的的作作用用：增增大大两两相相间间的的接接触触面面积积和和接接触触时时间，增加湍动程度。间，增加湍动程度。 气液两相的流动方式：逆流、并流。气液两相的流动方式：逆流、并流。 通通常常液液体体在在塔塔内内作作
78、为为分分散散相相，依依靠靠重重力力自自上上而而下下流流动动，而而气气体则在压差的作用下，以连续相的方式流过全塔。体则在压差的作用下，以连续相的方式流过全塔。逆流特点：逆流特点：平均推动力比并流的大，能有效地提高吸收速率；平均推动力比并流的大，能有效地提高吸收速率；可提高出塔吸收液的组成；可提高出塔吸收液的组成；使出塔气体组成降至最低。使出塔气体组成降至最低。湍动程度高湍动程度高接触时间长接触时间长2024/9/568第二章 气体吸收2.4.1 物料衡算与操作线方程物料衡算与操作线方程2.4.1.1 2.4.1.1 物料衡算物料衡算1.1.逆流逆流 对对图图中中稳稳定定操操作作状状态态的的逆逆流
79、流吸吸收收塔塔进进行行溶溶质质A A的物料衡算的物料衡算 ：VYVY1 1+LX+LX2 2=VY=VY2 2+LX+LX1 1 说明说明一一般般已已知知V V、Y Y1 1，Y Y2 2由由生生产产工工艺艺要要求求确确定定，X X2 2在选定吸收剂后为定值。未知量在选定吸收剂后为定值。未知量L L、X X1 1。溶质回收量溶质回收量G GA A=V(Y=V(Y1 1-Y-Y2 2)=L(X)=L(X1 1-X-X2 2) ) 溶质回收溶质回收( (吸收吸收) )率：率：（确定（确定Y Y2 2）吸收塔V,Y2V,Y1L,X2L,X12024/9/569第二章 气体吸收混和气体：混和气体：V
80、Vh h m m3 3/s/s，y y1 1纯溶剂：纯溶剂：X X2 2=0=02.2.并流并流对图中稳定操作状态的并流吸收对图中稳定操作状态的并流吸收塔进行溶质塔进行溶质A A的物料衡算的物料衡算 ：VYVY1 1+LX+LX1 1=VY=VY2 2+LX+LX2 2G= V(YG= V(Y2 2-Y-Y1 1)=L(X)=L(X1 1-X-X2 2) ) 吸收塔V,Y2V,Y1L,X2L,X12024/9/570第二章 气体吸收2.4.1.2 吸收塔的操作线方程与操作线吸收塔的操作线方程与操作线1.1.逆流逆流 塔内任一截面塔内任一截面m-nm-n至塔底处溶质至塔底处溶质A A的物料的物料
81、衡算，如蓝框衡算，如蓝框 ：V,Y2V,Y1L,X2L,X1Y Xmn 塔内任一截面塔内任一截面m-nm-n至塔顶处溶质至塔顶处溶质A A的物料衡的物料衡算，如红框算，如红框 ：2024/9/571第二章 气体吸收说明说明操作线方程反映在塔的任一截面上，上升气相组成与下降液相操作线方程反映在塔的任一截面上，上升气相组成与下降液相组成之间的关系。组成之间的关系。XY1Y2X1X2TBYAB B点点代代表表塔塔底底组组成成，T T点点代代表表塔塔顶顶组组成成，A A点点代代表表塔塔内内任任一一截截面面的的气气、液液组组成。成。从从A A点点引引一一垂垂线线，与与平平衡衡线线交交与与一一点点，两两点
82、点之之间间垂垂直直距距离离代代表表以以气气相相表表示示的的推推动动力力( (Y-YY-Ye e) )；从从A A点点引引一一水水平平线线，与与平平衡衡线线交交与与一一点点，两两点点之之间间水水平平距距离离代表以液相表示的推动力代表以液相表示的推动力( (X Xe e-X)-X)；吸吸收收过过程程的的操操作作线线位位于于平平衡衡线线上上方方，若位于下方，则为解吸过程。若位于下方，则为解吸过程。操操作作线线离离平平衡衡线线愈愈远远吸吸收收的的推推动动力力愈大；愈大；2024/9/572第二章 气体吸收2.4.1.2 吸收塔的操作线方程与操作线（续）吸收塔的操作线方程与操作线（续）2.2.并流并流
83、塔内任一截面塔内任一截面m-nm-n至塔底处溶质至塔底处溶质A A的物料衡算，如蓝框的物料衡算，如蓝框 ：V,Y2V,Y1L,X2L,X1Y Xmn 塔内任一截面塔内任一截面m-nm-n至塔顶处溶质至塔顶处溶质A A的物料衡的物料衡算，如红框算，如红框 ：2024/9/573第二章 气体吸收说明说明操作线方程反映在塔的任一截面上，下降气相组成与下降液相操作线方程反映在塔的任一截面上，下降气相组成与下降液相组成之间的关系。组成之间的关系。XY2Y1X1X2TBYA从从A A点点引引一一垂垂线线，与与平平衡衡线线交交与与一一点点，两两点点之之间间垂垂直直距距离离代代表表以以气气相相表表示示的的推推
84、动动力力( (Y-YY-Ye e) )；从从A A点点引引一一水水平平线线，与与平平衡衡线线交交与与一一点点，两两点点之之间间水水平平距距离离代代表表以以液液相相表表示示的的推推动动力力( (X Xe e-X)-X)；B B点点代代表表塔塔底底组组成成，T T点点代代表表塔塔顶顶组组成成，A A点点代代表表塔塔内内任任一一截截面面的的气气、液组成。液组成。吸吸收收过过程程的的操操作作线线位位于于平平衡衡线线上上方，若位于下方，则为解吸过程。方，若位于下方，则为解吸过程。 无无论论并并流流、逆逆流流，操操作作线线方方程程与与操操作作线线均均由由物物料料衡衡算算得得到到，与与系系统统的的平平衡衡关
85、关系系、操操作作条条件件及及设设备备结结构构型型式式没有关系。没有关系。2024/9/574第二章 气体吸收abY2aX2aX2bY2bY1bX1bY1aX1aY2bY1b=Y1aY2aX2bX1b=X2aX1aC CD DA AB B并流、逆流操作线练习（多塔联合操作）并流、逆流操作线练习（多塔联合操作）2024/9/575第二章 气体吸收2.4.2 吸收剂用量的确定吸收剂用量的确定以逆流为例。以逆流为例。 在在V V、Y Y1 1、Y Y2 2、X X2 2已已知知的的情情况况下下，吸吸收收塔塔的的操操作作线线的的一一个个端端点点T T已已确确定定，另另一一个个端端点点B B则则可可在在Y
86、=YY=Y1 1的的水水平平线线上上移移动动，点点B B的的横横标标取取决决于于操操作作线线的的斜斜率率L/VL/V。2.4.2.1 2.4.2.1 最小液气比最小液气比( (L/V)L/V)minmin L/VL/V：液液气气比比，是是吸吸收收剂剂与与惰惰性性气气体体摩摩尔尔流流量量的的比比值值，反反映映单位气体处理量时的吸收剂耗用量的大小。单位气体处理量时的吸收剂耗用量的大小。 V V确定，确定，LL，L/VL/V，B B点右移，点右移，X X1 1。 当当L L减减小小至至使使B B点点右右移移至至B Be e点点时时，X X1 1=X=Xe1e1，即即吸吸收收液液与与进进塔塔混混和和气
87、气相相平平衡衡，为为理理论论上上吸吸收收液液能能达达到到的的最最高高组组成成。此此时时操操作作线线B Be eT T的的斜斜率率称称为为最最小小液液气气比比，用用( (L/V)L/V)minmin表表示示，相相应应的的吸吸收收剂剂用用量量称为最小吸收剂用量，用称为最小吸收剂用量，用L Lminmin表示。表示。XY1Y2X1X2TBYABeXe12024/9/576第二章 气体吸收最小液气比的计算最小液气比的计算1.1.平衡发生在塔底平衡发生在塔底 最最小小液液气气比比定定义义：针针对对一一定定的的分分离离任任务务，操操作作条条件件和和吸吸收收物物系系一一定定，塔塔内内某某截截面面吸吸收收推推
88、动动力力为为零零，达达到到分分离离程程度度所所需需塔塔高高无穷大时的液气比。无穷大时的液气比。XY1Y2X1X2TBYABeXe1平衡关系符合亨利定律时：平衡关系符合亨利定律时： 2024/9/577第二章 气体吸收2.平衡发生在塔内平衡发生在塔内过过T T作平衡线的切线，作平衡线的切线，交交Y=Y1Y=Y1水平线于水平线于BB点。点。2024/9/578第二章 气体吸收3.3.操作液气比操作液气比2024/9/579第二章 气体吸收【例例】在在逆逆流流吸吸收收塔塔中中，用用洗洗油油吸吸收收焦焦炉炉气气中中的的芳芳烃烃。吸吸收收塔塔压压强强为为105105kPakPa ，温温度度为为30030
89、0K K ，焦焦炉炉气气流流量量为为10001000m m3 3/h /h ，其其中中所所含含芳芳烃烃组组成成为为0.020.02（摩摩尔尔分分率率, ,下下同同），吸吸收收率率为为95%95%，进进塔塔洗洗油油中中所所含含芳芳烃烃组组成成为为0.0050.005。若若取取吸吸收收剂剂用用量量为为最最小小用用量量的的1.51.5倍倍，试试求求进进入入塔塔顶顶的的洗洗油油摩摩尔尔流流量量及及出出塔塔吸吸收收液液组组成成。（操操作条件下气液平衡关系为作条件下气液平衡关系为Y Y* *=0.125X =0.125X ）进入吸收塔的惰性气体摩尔流量为进入吸收塔的惰性气体摩尔流量为：进塔气组成：进塔气组
90、成：出塔气组成：出塔气组成：2024/9/580第二章 气体吸收吸收剂组成：吸收剂组成： 由于入塔洗油中含有少量芳烃，则入塔的洗油量为：由于入塔洗油中含有少量芳烃，则入塔的洗油量为：L=L(1+XL=L(1+X2 2)=7.59(1+0.0053)=7.63kmol/h)=7.59(1+0.0053)=7.63kmol/h2024/9/581第二章 气体吸收2.4.3 塔径的计算塔径的计算根据圆形管路流量公式计算。根据圆形管路流量公式计算。 式中：式中：V VS S操作条件下混和气体的流量，操作条件下混和气体的流量，m m3 3/s/s。以入塔气以入塔气流量计（逆流：塔底，并流：塔顶）。流量计
91、（逆流：塔底，并流：塔顶）。 利用上式关键在于空塔气速利用上式关键在于空塔气速u u的确定，的确定，u u的确定取决于塔的的确定取决于塔的类型、操作条件、物系等因素，将在第类型、操作条件、物系等因素，将在第4 4章介绍。章介绍。2024/9/582第二章 气体吸收2.4.4 填料层高度的计算填料层高度的计算有传质单元数法和等板高度法。有传质单元数法和等板高度法。2.4.4.1 2.4.4.1 传质单元数法传质单元数法1.1.基本计算式基本计算式 所所以以填填料料层层高高度度计计算算涉涉及及物物料料衡衡算算、传传质质速速率率和和相相平平衡衡关关系系。我我们们前前面面介介绍绍的的所所有有传传质质速
92、速率率方方程程都都适适用用于于稳稳定定操操作作的的吸吸收收塔塔中中的的“某某一一横横截截面面”,”,而而不不能能用用于于全全塔塔。对对于于整整个个吸吸收收塔塔，气气、液液的的浓浓度度分分布布都都沿沿塔塔高高变变化化，吸吸收收速速率率也也在在变变化化。所所以以要要在在全全塔塔范范围围应应用用吸吸收收速速率率关关系系式式，就就要要采采用用微微分分方方法法，然然后后积积分分得得到到填填料料层的总高度。层的总高度。 2024/9/583第二章 气体吸收单位时间，单位时间，d dZ Z内吸收内吸收A A的量：的量：X+dX微元填料层内，因气液组成变化极小，可认微元填料层内，因气液组成变化极小，可认为吸收
93、速率为吸收速率N NA A为定值。为定值。微元填料层内，吸收速率方程式：微元填料层内，吸收速率方程式：2024/9/584第二章 气体吸收积分上两式积分上两式 有有效效传传质质面面积积 a a mL/Vm，即：即：在在S1S1时才有可能。时才有可能。希望得到高组成的吸收液：希望得到高组成的吸收液：力图使力图使X X1 1XXe1e1 方方法法是是减减小小液液体体量量，改改变变操操作作线方程，从而使线方程，从而使L/VmL/V1S1时才有可能。时才有可能。 一般一般S=0.7-0.8S=0.7-0.8时，可兼顾上述两种情况。时，可兼顾上述两种情况。2024/9/593第二章 气体吸收同理：同理：
94、此式常用于解吸操作的计算此式常用于解吸操作的计算2024/9/594第二章 气体吸收对数平均推动力法对数平均推动力法适用情况：平衡关系符合线性关系。适用情况：平衡关系符合线性关系。YY1Y2X1X2TBYXY1Y2Y1Y2YY2024/9/595第二章 气体吸收同理：同理：2024/9/596第二章 气体吸收说明说明对数平均推动力法适用于平衡线为直线，逆流、对数平均推动力法适用于平衡线为直线，逆流、并流吸收皆可。并流吸收皆可。平衡线与操作线平行平衡线与操作线平行 时，时，当当2024/9/597第二章 气体吸收梯级图解法梯级图解法适用情况：适用情况：平衡关系为直线或弯曲率不大的曲线。平衡关系为
95、直线或弯曲率不大的曲线。图解步骤图解步骤：在在Y-XY-X图上绘出图上绘出TBTB线及线及OEOE线；线；TBYXFFOE在在TBTB及及OEOE线线之之间间画画出出若若干干( (Y-YY-Ye e) )的的中点联成的曲线中点联成的曲线MNMN；从从塔塔顶顶T T出出发发，作作水水平平线线交交MNMN于于F F，延延长长TFTF至至FF，使使TF=FFTF=FF，从从FF出出发发，重重复复绘绘制制梯梯级级过过程程，直直至至达达到到或或超过塔底超过塔底B B点为止；点为止；N NOGOG梯级数梯级数 ( (非整数非整数) )MN2024/9/598第二章 气体吸收 适适用用情情况况：平平衡衡关关
96、系系符符合合曲曲线线且无具体函数关系且无具体函数关系步骤：步骤：根根据据已已知知条条件件在在Y-XY-X图图上上作作出出平平衡衡线和操作线。线和操作线。在在Y Y1 1与与Y Y2 2之之间间任任选选若若干干个个Y Y值值，从从图中读出相应的图中读出相应的Y Ye e值，并计算值，并计算 值。值。在在直直角角坐坐标标系系中中以以 作作图得曲线。图得曲线。 曲曲线线与与Y=YY=Y1 1、Y=YY=Y2 2及及横横轴轴所所包包围围的面积即为的面积即为N NOGOG。 图解积分法图解积分法OEBTY1Y22024/9/599第二章 气体吸收数值积分法数值积分法 适用情况：适用情况：平衡关系符合曲线
97、且已知函数关系平衡关系符合曲线且已知函数关系 图图解解积积分分法法虽虽为为一一种种理理论论上上严严格格的的方方法法，但但计计算算起起来来特特别别繁繁琐琐。可可采采用用数数值值积积分分法法进进行行计计算算，例例如如采采用用辛辛普普森森( (Simpson)Simpson)数数值积分法。其方法是：值积分法。其方法是： 在在Y Y1 1和和Y Y2 2之之间间作作偶偶数数等等分分，对对每每一一个个Y Yi i值值计计算算出出对对应应的的f(Yf(Yi i) ) ，并并令令Y Y0 0=Y=Y2 2( (塔塔顶顶气气相相组组成成) )，Y Yn n=Y=Y1 1( (塔塔底底气气相相组组成成) )，然
98、然后后按按下下式进行求解式进行求解：此外可采用龙贝格方法、高斯积分法等。此外可采用龙贝格方法、高斯积分法等。 2024/9/5100第二章 气体吸收2.4.4.2 等板高度法等板高度法 设设填填料料层层由由N N级级组组成成，吸吸收收剂剂从从塔塔顶顶进进入入第第I I级级，逐逐级级向向下下流流动动，最最后后从从塔塔底底第第N N级级流流出出；原原料料气气从从塔塔底底进进入入第第N N级级，逐逐级级向向上上流流动动，最最后后从从塔塔顶顶第第1 1级级排排出出。在在每每一一级级上上，气气液液两两相相的的组组成成达达到到平平衡衡，溶溶质质组组成成由由气气相相向向液液相相转转移移。若若离离开开某某一一
99、级级时时，气气液液两两相相的的组组成成达达到到平平衡衡，则则称称该该级级为一个理论级，或称为一层理论板，为一个理论级，或称为一层理论板，N NT T。 等等板板高高度度：分分离离效效果果达达到到一一个个理理论论级级所所需需的的填料层高度。填料层高度。Z Z=HETP=HETPN NT TN NT T完成分离任务，所需的理论级数；完成分离任务，所需的理论级数；HETPHETP等等板板高高度度，由由实实验验测测定定或或经经验验公公式式计计算。算。Y2=YIX2=X0YIYiXIIii+1NXiYi+1Xi+1YNXNY1=YN+1X1=XN2024/9/5101第二章 气体吸收Y1X0X1Y2X2
100、Y3X3Y4TBoE1. 1. 图解法求图解法求N NT T步骤：步骤：画平衡线画平衡线OEOE，操作线操作线TBTB；从从T T点出发画梯级，点出发画梯级，直到越过直到越过B B点。点。梯级数为理论板数梯级数为理论板数N NT T。2024/9/5102第二章 气体吸收2.解析法解析法逆流。逆流。平衡线：平衡线：Y Yi i= =mXmXi i+b+b操作线：操作线：Y2=YIX2=X0YIYiXIIii+1NXiYi+1Xi+1YNXNY1=YN+1X1=XN2024/9/5103第二章 气体吸收当A=1时NT=NOGA1时NTNOGANOG2024/9/5104第二章 气体吸收2.4.5
101、 吸收塔的设计型计算吸收塔的设计型计算 逆流：逆流：气液流向相反气液流向相反； 并流：气液流向相同。并流：气液流向相同。逆流与并流的比较：逆流与并流的比较： 逆逆流流操操作作与与并并流流的的气气液液两两相相进进、出出口口组组成成相相等等的的条条件件下下逆逆流操作的优点：流操作的优点：逆逆流流操操作作可可获获得得较较大大的的吸吸收收推推动动力力，从从而而提提高高吸吸收收过过程程的的传传质质速率；速率；可得到浓度较高的吸收液；可得到浓度较高的吸收液；可使出塔气体中溶质的含量降低，提高溶质的吸收率。可使出塔气体中溶质的含量降低，提高溶质的吸收率。 所以工业上多采用逆流吸收操作。所以工业上多采用逆流吸
102、收操作。 注注意意：在在逆逆流流操操作作过过程程中中，液液体体在在向向下下流流动动时时受受到到上上升升气气体体的的曳曳力力，这这种种曳曳力力过过大大会会妨妨碍碍液液体体顺顺利利流流下下，因因而而限限制制了了吸吸收收塔塔的液体流量和气体流量。的液体流量和气体流量。1流向的选择流向的选择2024/9/5105第二章 气体吸收2吸收剂进口组成的选择及其最高允许组成 吸吸收收剂剂进进口口组组成成过过高高，吸吸收收过过程程的的推推动动力力减减小小，则则吸吸收收塔塔的的塔塔高高将将增增加加，使使设设备备投投资资增增加加；若若吸吸收收剂剂进进口口组组成成太太低低，吸吸收收剂剂再生费用增加。再生费用增加。 吸
103、吸收收塔塔的的操操作作型型计计算算是是指指吸吸收收塔塔塔塔高高一一定定时时，吸吸收收操操作作条条件件与与吸吸收收效效果果间间的的分分析析和和计计算算。例例如如已已知知塔塔高高Z Z，气气、液液流流量量，混混合合气气体体中中溶溶质质进进口口组组成成、吸吸收收剂剂进进口口组组成成、体体积积吸吸收收系系数数K KY Ya a时时，核核算算指指定定设设备备能能否否完完成成分分离离任任务务。又又如如某某一一操操作作条条件件（L L、V V、T T、p p、Y Y1 1、X X2 2）之一变化时，计算吸收效果如何变化。之一变化时，计算吸收效果如何变化。1 1、定性分析、定性分析 定定性性分分析析步步骤骤：
104、（1 1）常常根根据据条条件件确确定定H HOGOG、S S，然然后后用用Z=HZ=HOGOGN NOGOG确定确定N NOGOG的变化；的变化；（2 2）用脱吸因数法图）用脱吸因数法图 ( (P118)P118)确定确定Y Y2 2的变化趋势；的变化趋势；（3 3）用全塔物料衡算分析）用全塔物料衡算分析X X1 1的变化。的变化。2.4.6 吸收塔的操作型计算吸收塔的操作型计算2024/9/5106第二章 气体吸收【例例】在在一一填填料料塔塔中中用用清清水水吸吸收收氨氨空空气气中中的的低低浓浓氨氨气气，若若清清水水量量适适量量加加大大，其其余余操操作作条条件件不不变变，则则Y Y2 2、X
105、X1 1如如何何变变化化？（已已知知体积传质系数随气量变化关系为体积传质系数随气量变化关系为k kY YaVaV0.80.8）【 解解 】 用用 水水 吸吸 收收 混混 合合 气气 中中 的的 氨氨 为为 气气 膜膜 控控 制制 过过 程程 ， 故故K KY Ya ak kY YaVaV0.80.8 因气体流量因气体流量V V不变，所以不变，所以K KY Ya a近似不变，所以近似不变，所以H HOGOG不变。不变。因塔高不变，故根据因塔高不变，故根据Z Z= H= HOGOGN NOGOG可知可知N NOGOG不变。不变。当当清清水水量量加加大大时时，因因S=mV/LS=mV/L，故故S S
106、降降低低，由由图图2-12-18 8可可以以看看出出( (Y Y1 1-Y-Ye2e2)/(Y)/(Y2 2-Y-Ye2e2) )会增大，故会增大，故Y Y2 2将减小将减小。根据物料衡算根据物料衡算L(XL(X1 1-X-X2 2)=V(Y)=V(Y1 1-Y-Y2 2)VY)VY1 1可近似推出可近似推出X X1 1将下降。将下降。2024/9/5107第二章 气体吸收2 2、定量计算、定量计算 在在定定量量计计算算时时，由由于于传传质质单单元元数数计计算算式式的的非非线线性性，因因此此，计计算需采用试差法及对比法求解。算需采用试差法及对比法求解。 【例例】某某填填料料吸吸收收塔塔在在10
107、1.3 101.3 kPakPa，293K293K下下用用清清水水逆逆流流吸吸收收丙丙酮酮空空气气混混合合气气中中的的丙丙酮酮，操操作作液液气气比比为为2.02.0，丙丙酮酮的的回回收收率率为为95%95%。已已知知该该吸吸收收为为低低浓浓度度吸吸收收，操操作作条条件件下下气气液液平平衡衡常常数数为为1.181.18，吸吸收收过过程程为为气气膜膜控控制制，气气相相总总体体积积吸吸收收系系数数与与气气体体流流率率的的0.80.8次方成正比。（塔截面积为次方成正比。（塔截面积为1 1m m2 2）（1 1）若若气气体体流流量量增增加加15%15%，而而液液体体流流量量及及气气、液液进进口口组组成成
108、不不变变，试求丙酮的回收率有何变化？试求丙酮的回收率有何变化？（2 2）若若丙丙酮酮回回收收率率由由95%95%提提高高到到98%98%，而而气气体体流流量量，气气、液液进进口口组组成成，吸吸收收塔塔的的操操作作温温度度和和压压力力皆皆不不变变，试试求求吸吸收收剂剂用用量量提提高到原来的多少倍。高到原来的多少倍。2024/9/5108第二章 气体吸收【解解】（1 1） 设设操操作作条条件件变变化化前前为为原原工工况况，气气量量增增加加15%15%时为新工况。时为新工况。2024/9/5109第二章 气体吸收2024/9/5110第二章 气体吸收 2024/9/5111第二章 气体吸收(2) (
109、2) 当气体流量不变时，对于气膜控制的吸收过程，当气体流量不变时，对于气膜控制的吸收过程，H HOGOG不变，不变，故吸收塔塔高不变时，故吸收塔塔高不变时，N NOGOG也不变化，即将丙酮回收率由也不变化，即将丙酮回收率由95%95%提高提高到到98%98%，提高吸收剂用量时，新工况下，提高吸收剂用量时，新工况下 ， 2024/9/5112第二章 气体吸收2.4.7 2.4.7 强化吸收过程的措施强化吸收过程的措施 强强化化吸吸收收过过程程即即提提高高吸吸收收速速率率。吸吸收收速速率率为为吸吸收收推推动动力力与与吸吸收收阻阻力力之之比比，故故强强化化吸吸收收过过程程从从以以下下两两个个方方面面
110、考考虑虑：提提高高吸吸收收过程的推动力；）降低吸收过程的阻力。过程的推动力；）降低吸收过程的阻力。1 1提高吸收过程的推动力提高吸收过程的推动力（1 1）逆流操作）逆流操作 （2 2）提高吸收剂的流量）提高吸收剂的流量 通通常常混混合合气气体体入入口口条条件件由由前前一一工工序序决决定定，即即气气体体流流量量V V、气气体体入入塔塔组组成成一一定定，如如果果吸吸收收操操作作采采用用的的吸吸收收剂剂流流量量L L提提高高，即即L/VL/V提提高高，则则吸吸收收的的操操作作线线上上扬扬，气气体体出出口口浓浓度度下下降降，吸吸收收程程度度加大，吸收推动力提高，因而提高了吸收速率。加大，吸收推动力提高
111、，因而提高了吸收速率。2024/9/5113第二章 气体吸收（3 3）降低吸收剂入口温度）降低吸收剂入口温度 当当吸吸收收过过程程其其它它条条件件不不变变，吸吸收收剂剂温温度度降降低低时时，相相平平衡衡常常数数将将增增加加，吸吸收收的的操操作作线线远远离离平平衡衡线线，吸吸收收推推动动力力增增加加，从从而而导导致吸收速率加快。致吸收速率加快。（4 4）降低吸收剂入口溶质的浓度）降低吸收剂入口溶质的浓度 当当吸吸收收剂剂入入口口浓浓度度降降低低时时，液液相相入入口口处处吸吸收收的的推推动动力力增增加加，从而使全塔的吸收推动力增加。从而使全塔的吸收推动力增加。 2 2降低吸收过程的传质阻力降低吸收
112、过程的传质阻力（1 1）提高流体流动的湍动程度）提高流体流动的湍动程度吸收的总阻力包括：吸收的总阻力包括：气相与界面的对流传质阻力；气相与界面的对流传质阻力；溶质组分在界面处的溶解阻力；溶质组分在界面处的溶解阻力；液相与界面的对流传质阻力。液相与界面的对流传质阻力。2024/9/5114第二章 气体吸收 通通常常界界面面处处溶溶解解阻阻力力很很小小，故故总总吸吸收收阻阻力力由由两两相相传传质质阻阻力力的的大大小小决决定定。若若一一相相阻阻力力远远远远大大于于另另一一相相阻阻力力，则则阻阻力力大大的的一一相相传传质质过过程程为为整整个个吸吸收收过过程程的的控控制制步步骤骤，只只有有降降低低控控制
113、制步步骤骤的的传传质阻力，才能有效地降低总阻力。质阻力，才能有效地降低总阻力。 降低吸收过程传质阻力的具体有效措施降低吸收过程传质阻力的具体有效措施： 1 1）若若气气相相传传质质阻阻力力大大，提提高高气气相相的的湍湍动动程程度度，如如加加大大气气体体的流速，可有效地降低吸收阻力；的流速，可有效地降低吸收阻力； 2 2）若若液液相相传传质质阻阻力力大大，提提高高液液相相的的湍湍动动程程度度，如如加加大大液液体体的流速，可有效地降低吸收阻力。的流速，可有效地降低吸收阻力。（2 2）改善填料的性能）改善填料的性能 因因吸吸收收总总传传质质阻阻力力可可用用 表表示示，所所以以通通过过采采用用新新型型
114、填填料料，改改善善填填料料性性能能，提提高高填填料料的的相相际际传传质质面面积积a a，也也可可降降低低吸吸收收的的总总阻力。阻力。 2024/9/5115第二章 气体吸收2.5 吸收系数吸收系数 吸吸收收系系数数是是反反映映吸吸收收过过程程物物系系及及设设备备传传质质动动力力学学特特性性的的参参数数，是是设设计计计计算算的的基基本本数数据据，其其大大小小主主要要受受物物系系的的性性质质、操操作作条条件件及及设设备备结结构构等等三三方方面面的的影影响响。由由于于影影响响因因素素十十分分复复杂杂，目目前前还还无无通通用用的的计计算算方方法法和和计计算算公公式式。一一般般是是针针对对具具体体的的物
115、物系系，在在一一定定的的操操作作条条件件和和设设备备条条件件下下进进行行实实验验，将将实实验验数数据据整整理理成成相相应应的的经经验验公公式或准数关联式，供计算时使用。式或准数关联式，供计算时使用。2.5.1 2.5.1 吸收系数的测定吸收系数的测定 吸吸收收系系数数的的测测定定是是采采用用与与生生产产条条件件相相近近的的吸吸收收塔塔以以及及操操作作条条件件下下进进行行，这这种种测测定定方方法法依依据据全全塔塔内内的的吸吸收收速速率率方方程程式式进进行行，因因而而得到的吸收系数值实际是全塔的平均值得到的吸收系数值实际是全塔的平均值。 例例如如当当吸吸收收过过程程在在所所涉涉及及的的浓浓度度范范
116、围围内内平平衡衡关关系系为为直直线线时时，只只要要测测定定出出气气液液两两相相流流量量及及其其浓浓度度组组成成，便便可可根根据据填填料料层层高高度度的的计算公式得到平均的总体积吸收系数计算公式得到平均的总体积吸收系数K Ky ya a 。2024/9/5116第二章 气体吸收2.5.2 2.5.2 吸收系数的经验公式吸收系数的经验公式 吸收系数的经验公式是根据特定系统及一定条件下的实验吸收系数的经验公式是根据特定系统及一定条件下的实验数据整理而来，因而运用范围较窄。数据整理而来，因而运用范围较窄。某些体积吸收系数经验公式如下。某些体积吸收系数经验公式如下。G,WG,W分别为气相和液相空塔质量流
117、速分别为气相和液相空塔质量流速. .UU单位时间单位面积上喷淋的液体体积单位时间单位面积上喷淋的液体体积. . 2024/9/5117第二章 气体吸收2.5.3 2.5.3 吸收系数的准数关联式吸收系数的准数关联式 对对吸吸收收过过程程进进行行理理论论分分析析，将将影影响响因因素素归归纳纳为为几几个个准准数数。然然后后进进行行实实验验，确确定定准准数数之之间间的的函函数数关关系系，从从而而得得到到相相应应的的准准数数关关联式，使用时注意应用条件和范围。联式，使用时注意应用条件和范围。1.1.传质过程中常用的传质过程中常用的4 4个准数个准数施伍德施伍德( (Sherwood)Sherwood)
118、准数准数ShSh它它包包含含待待求求的的吸吸收收膜膜系系数数，为为反反映映吸吸收收过过程程进进行行难难易易程程度度的的准准数。数。 2024/9/5118第二章 气体吸收施密特施密特( (Schmidt)Schmidt)准数准数ScSc它反映物性对吸收过程影响的准数。它反映物性对吸收过程影响的准数。雷诺雷诺( (Reynolds)Reynolds)准数准数ReRe反映流体流动时湍动程度的准数。反映流体流动时湍动程度的准数。伽利略伽利略( (GallilioGallilio) )准数准数GaGa反映液体受重力作用而沿填料表面向下流动时，所受重力与粘反映液体受重力作用而沿填料表面向下流动时，所受重
119、力与粘滞力相对关系的准数滞力相对关系的准数 2024/9/5119第二章 气体吸收2.2.计算气膜吸收系数的准数关联式计算气膜吸收系数的准数关联式3.3.计算液膜吸收系数的准数关联式计算液膜吸收系数的准数关联式2024/9/5120第二章 气体吸收2.6 其它吸收与解吸其它吸收与解吸2.6.1 2.6.1 高组成气体吸收高组成气体吸收 当当混混合合气气体体中中溶溶质质含含量量大大于于10%10%以以上上时时，而而且且被被吸吸收收的的数数量量又又较较多多，称称为为高高组组成成气气体体的的吸吸收收。与与低低组组成成气气体体相相比比具具有有以以下下特特点点：(1)(1)气气液液两两相相流流量量沿沿塔
120、塔高高显显著著发发生生变变化化，因因而而操操作作线线方方程程式式和吸收速率方程式中的组成采用摩尔分率表示。和吸收速率方程式中的组成采用摩尔分率表示。(2)(2)吸吸收收过过程程伴伴有有显显著著的的热热效效应应，使使液液体体温温度度升升高高，为为非非等等温温吸吸收收过过程程。液液体体的的升升温温使使溶溶质质溶溶解解度度降降低低，将将直直接接影影响响气气液液平平衡衡关系。关系。(3)(3)传质系数受气速和漂流因数的影响较大，不能再视为常量。传质系数受气速和漂流因数的影响较大，不能再视为常量。 因而高组成气体吸收的计算相当复杂，必须同时联立物料衡因而高组成气体吸收的计算相当复杂，必须同时联立物料衡算
121、式、热量衡算式、传质速率方程式和相平衡方程式，通过数值算式、热量衡算式、传质速率方程式和相平衡方程式，通过数值计算方法求解。计算方法求解。2024/9/5121第二章 气体吸收2.6.2 非等温吸收非等温吸收 非等温吸收对吸收过程的影响：非等温吸收对吸收过程的影响：气体的溶解度减小气体的溶解度减小吸收的推动力减小吸收的推动力减小 故需较高的填料层或较多的理论板层数。故需较高的填料层或较多的理论板层数。 非非等等温温吸吸收收采采用用近近似似处处理理方方法法：假假定定所所有有释释放放出出的的热热量量均均被被液液体体吸吸收收，即即忽忽略略气气体体温温度度变变化化及及其其它它热热损损失失。据据此此推推
122、算算出出液液体浓度与温度的对应关系，从而得到非等温吸收下的平衡曲线。体浓度与温度的对应关系，从而得到非等温吸收下的平衡曲线。 当当吸吸收收热热效效应应很很大大时时，必必须须设设法法排排除除热热量量。通通常常采采取取的的措措施施有有：在在吸吸收收塔塔内内装装置置冷冷却却元元件件。如如板板式式塔塔可可以以在在塔塔板板上上安安装装冷冷却却蛇蛇管或在板间设置冷却器；管或在板间设置冷却器；引出吸收剂到外部进行冷却；引出吸收剂到外部进行冷却；采用边吸收边冷却的吸收装置；采用边吸收边冷却的吸收装置；采用大的喷淋密度。采用大的喷淋密度。2024/9/5122第二章 气体吸收2.6.3 多组分吸收多组分吸收 气
123、气体体混混合合物物中中若若有有两两个个或或两两个个以以上上的的组组分分同同时时被被吸吸收收的的操操作作，称为多组分吸收。称为多组分吸收。 如如用用液液态态烃烃吸吸收收石石油油裂裂解解气气中中的的C C2 2、C C3 3、C C4 4等等烃烃类类使使之之与与H H2 2、CHCH4 4分分离离；用用洗洗油油吸吸收收焦焦炉炉气气中中的的苯苯、甲甲苯苯、二二甲甲苯苯蒸蒸汽汽回回收收粗粗苯都为典型的多组分吸收。苯都为典型的多组分吸收。 多多组组分分吸吸收收中中，由由于于其其它它组组分分的的存存在在使使得得各各溶溶质质在在气气液液两两相相中中的的平平衡衡关关系系、扩扩散散系系数数等等有有所所改改变变，
124、因因而而其其计计算算较较单单组组分分复复杂杂。但但是是，对对于于某某些些溶溶剂剂用用量量很很大大的的低低组组成成气气体体吸吸收收，所所得得稀稀溶溶液液的的平平衡衡关关系系可可认认为为服服从从亨亨利利定定律律，而而且且各各组组分分的的平平衡衡关关系系互互不不影影响响，因而可分别对各溶质组分予以单独考虑因而可分别对各溶质组分予以单独考虑。 在在进进出出吸吸收收塔塔的的气气体体中中，各各组组分分组组成成都都不不相相同同，因因而而每每一一溶溶质质组组分分都都有有自自己己的的操操作作线线方方程程式式及及相相应应的的操操作作线线，但但因因液液气气比比L/VL/V为常数，所以各操作线相互平行。为常数，所以各
125、操作线相互平行。2024/9/5123第二章 气体吸收2.6.4 化学吸收化学吸收 化化学学吸吸收收通通常常指指溶溶质质气气体体A A溶溶于于溶溶液液后后，即即与与溶溶液液中中不不挥挥发发的反应剂的反应剂B B组分进行化学反应的过程：组分进行化学反应的过程： 这这是是一一种种传传质质与与反反应应同同时时进进行行的的过过程程。由由于于在在吸吸收收的的同同时时液液相相伴伴有有化化学学变变化化，使使其其中中的的溶溶质质转转化化为为反反应应产产物物，因因而而具具有有下下述几个主要的优点：述几个主要的优点：优点：优点：化学反应提高了吸收的选择性；化学反应提高了吸收的选择性； 加快吸收速率，设备容积，设备
126、投资费减小；加快吸收速率，设备容积，设备投资费减小； 反应增加了溶质在液相中的溶解度，吸收剂用量减小；反应增加了溶质在液相中的溶解度，吸收剂用量减小； 反反应应降降低低了了溶溶质质在在气气相相中中的的平平衡衡分分压压，可可较较彻彻底底地地除除去去气相中很少量的有害气体。气相中很少量的有害气体。 缺缺点点：解解吸吸困困难难，解解吸吸能能耗耗高高。若若反反应应为为不不可可逆逆，吸吸收收剂剂不不能循环使用，用途就大受限制。能循环使用，用途就大受限制。2024/9/5124第二章 气体吸收2.6.5 解吸解吸 解解吸吸( (或或脱脱吸吸) ) 是是吸吸收收的的逆逆过过程程。通通常常解解吸吸操操作作既既
127、可可获获得得较较纯纯净净的的溶溶质质组组分分，又又可可使使吸吸收收剂剂得得以以再再生生，循循环环使使用用。解解吸吸操操作作方方法法一一般般是是在在解解吸吸塔塔底底通通入入某某种种情情性性气气体体或或蒸蒸汽汽，目目的的在在于于提提供供与与吸吸收收液液不不相相平平衡衡的的气气相相。这这样样在在解解吸吸推推动动力力的的作作用用下下，溶溶质质将将不不断断由由液液相相传传递递至至气气相相，塔塔底底得得到到较较纯纯净净的的溶溶剂剂，塔塔顶顶则得到溶质组分与惰性气体或者蒸汽的混合物。则得到溶质组分与惰性气体或者蒸汽的混合物。 采采用用惰惰性性气气体体( (空空气气、N N2 2、COCO2 2等等) )的的
128、解解吸吸过过程程，适适用用于于脱脱除除少少量量溶溶质质以以回回收收溶溶剂剂，一一般般难难以以同同时时得得到到纯纯净净的的溶溶质质组组分分。采采用用蒸蒸汽汽的的解解吸吸过过程程，若若溶溶质质不不溶溶于于水水，则则可可用用冷冷凝凝的的方方法法将将塔塔顶顶混混合合气气体体冷冷凝凝而而分分离离出出水水层层的的办办法法，得得到到纯纯净净的的溶溶质质组组分分。 吸吸收收操操作作的的设设备备同同样样适适用用于于解解吸吸操操作作。解解吸吸的的操操作作线线位位于于平平衡衡线线的的下下方方，即即其其推推动动力力为为吸吸收收过过程程推推动动力力的的相相反反值值。所所以以需需将将吸吸收收速速率率的的方方程程式式中中推
129、推动动力力的的前前后后项项调调换换，计计算算公公式式便便可可用于解吸。用于解吸。2024/9/5125第二章 气体吸收1.1.气液相平衡气液相平衡2.2.物料衡算物料衡算稀溶液：亨利定律稀溶液：亨利定律V(Y1Y2)=L(X1X1)全塔全塔塔顶与塔任一截面塔顶与塔任一截面塔底与塔任一截面塔底与塔任一截面基本原理与概念基本原理与概念2024/9/5126第二章 气体吸收X1=V（Y!Y2）/L+ X2回收率回收率吸收液浓度吸收液浓度液气比液气比定定义义：气气体体吸吸收收操操作作中中吸吸收收剂剂流流量量和和惰惰性性气气体体流流量量之之比比。它它可可影影响响吸吸收收质质量量和和操操作作成成本本。它它
130、是是一一个技术指标，也是一个经济指标。个技术指标，也是一个经济指标。2024/9/5127第二章 气体吸收对流扩散：双膜理论（三个要点）对流扩散：双膜理论（三个要点）3.3.传质速率方程传质速率方程2024/9/5128第二章 气体吸收4.4.传质系数传质系数分子扩散基本定律分子扩散基本定律( (FickFick定律定律) )单向扩散传递速率：单向扩散传递速率：传质系数求法：传质系数求法：实验测定实验测定经验公式经验公式准数关联式准数关联式2024/9/5129第二章 气体吸收气相总体积吸收系数，气相总体积吸收系数，kmol/kmol/（m m3 3ss）液相总体积吸收系数，液相总体积吸收系数
131、，kmol/kmol/（m m3 3ss）体积吸收系数的物理意义：体积吸收系数的物理意义： 在单位推动力下，单位时间，单位体积填料层内吸收的溶在单位推动力下，单位时间，单位体积填料层内吸收的溶质量。质量。分系数与总系数之间的关系：分系数与总系数之间的关系：2024/9/5130第二章 气体吸收1.1.塔径塔径D D2.2.填料层高度填料层高度Z ZZ Z= =传质单元高度传质单元高度传质单元数传质单元数(1).(1).传质单元高度传质单元高度定义：定义：传质单元高度的意义传质单元高度的意义: : 完成一个传质单元分离效果所需的填料层高度，反映了吸完成一个传质单元分离效果所需的填料层高度，反映了
132、吸收设备效能的高低。收设备效能的高低。传质单元高度影响因素：填料性能、流动状况传质单元高度影响因素：填料性能、流动状况 设计计算设计计算2024/9/5131第二章 气体吸收(2).(2).传质单元数：传质单元数： 定义：定义： 传质单元数的意义：传质单元数的意义：一个传质单元，即气相流过一段填料一个传质单元，即气相流过一段填料后，其组成变化等于该段填料的总的平均推动力。后，其组成变化等于该段填料的总的平均推动力。平均推动力法（适合平衡线、操作线为直线）平均推动力法（适合平衡线、操作线为直线）2024/9/5132第二章 气体吸收 脱吸因数法（适合平衡线、操作线为直线）脱吸因数法（适合平衡线、
133、操作线为直线）的意义：的意义：反映了反映了A A吸收率的高低。吸收率的高低。 图解积分法（适合平衡线为曲线）图解积分法（适合平衡线为曲线） 数值积分法（适合平衡线为曲线）数值积分法（适合平衡线为曲线）参参数数S S的的意意义义：反反映映了了吸吸收收过过程程推推动动力力的的大大小小， 其其值值为为平衡线斜率与吸收操作线斜率的比值。平衡线斜率与吸收操作线斜率的比值。 2024/9/5133第二章 气体吸收等板高度法等板高度法当A=1时NT=NOGA1时NTNOGANOGZ=NTHETP2024/9/5134第二章 气体吸收扩展延伸扩展延伸1.1.解吸解吸定义：使溶解在液相中的气体释放出来的操作。定
134、义：使溶解在液相中的气体释放出来的操作。特点特点( (与吸收相比与吸收相比) )：v所用设备相同。板式塔、填料塔；所用设备相同。板式塔、填料塔；v原理相同。均为物质单向扩散；原理相同。均为物质单向扩散；v计算填料高度的方法和计算步骤相同。计算填料高度的方法和计算步骤相同。2.2.化学吸收化学吸收定义：溶质定义：溶质A A与溶剂进行化学反应的吸收过程。与溶剂进行化学反应的吸收过程。特点：特点：v液液相相溶溶质质平平衡衡分分压压降降低低，甚甚至至可可以以降降到到零零，吸吸收收推推动动力力增增大；大；v液膜传质阻力下降，传质系数有所提高；液膜传质阻力下降，传质系数有所提高；v可可以以使使溶溶剂剂吸吸
135、收收更更多多的的溶溶质质，溶溶剂剂不不易易饱饱和和，因因而而有有些些物物理吸收无效的情况下，化学吸收仍有效。理吸收无效的情况下，化学吸收仍有效。2024/9/5135第二章 气体吸收3.3.多组分吸收多组分吸收定义：气体混和物中几个组分同时被溶剂吸收的过程。定义：气体混和物中几个组分同时被溶剂吸收的过程。特点：特点：v多多组组成成吸吸收收的的设设计计原原则则是是根根据据其其中中某某一一组组分分( (称称关关键键组组分分) )的的吸吸收收要要求求，按按单单组组分分的的计计算算方方法法，定定出出所所需需理理论论板板层层数数，然然后后核核算算用用这这么么多多理理论论板板同同时时能能把把其其它它组组分
136、分吸吸收收多多少少，从从而根据进塔的气液相组成计算出塔的气液组成。而根据进塔的气液相组成计算出塔的气液组成。4.4.非等温吸收非等温吸收定义：具有溶解热或反应热等热效应的吸收过程。定义：具有溶解热或反应热等热效应的吸收过程。特点：特点：v由由于于热热效效应应使使溶溶液液温温度度升升高高，平平衡衡分分压压增增大大，平平衡衡线线向向上上移移动动，不不利利于于吸吸收收，比比等等温温吸吸收收需需要要更更大大的的液液气气比比，或或较较高高的的填填料料层层( (或或理理论论板板数数) )，因因而而通通常常要要设设法法排排除除热热量量，尽量使吸收接近等温。尽量使吸收接近等温。2024/9/5136第二章 气体吸收
