化工原理吸收

化工原理吸收化工原理吸收化工原理吸收相平衡关系在吸收过程中的应用1、判断过程的方向xyx＊2020/11/22化工原理吸收化工原理吸收化工原理吸收相平衡关系在吸收过程中的1相平衡关系在吸收过程中的应用

1、判断过程的方向

xyx＊2024/4/2相平衡关系在吸收过程中的应用1、判断过程的方向xyx＊222、计算过程的推动力

当气液相的组成均用摩尔分数表示时，吸收的推动力可表示为：

以气相组成差表示的吸收推动力；以液相组成差表示的吸收推动力。

3、确定过程的极限

所谓过程的极限是指两相充分接触后，各相组成变化的最大可能性。

2024/4/22、计算过程的推动力当气液相的组成均用摩尔3吸收过程涉及两相间的物质传递，包括三个步骤：溶质由气相主体传递到两相界面，即气相内的物质传递；溶质在相界面上的溶解，由气相转入液相，即界面上发生的溶解过程；溶质自界面被传递至液相主体，即液相内的物质传递。单相内物质传递的机理分子扩散

涡流扩散第二节传质机理与吸收速率2024/4/2吸收过程涉及两相间的物质传递，包括三个步骤：单相内物质传递的4一、分子扩散与菲克定律

1、分子扩散：

一相内部有浓度差异的条件下，由于分子的无规则热运动而造成的物质传递现象。AB2024/4/2一、分子扩散与菲克定律1、分子扩散：一相内部有浓度差异的52）菲克定律

与傅立叶定律以及牛顿粘性定律的区别及联系。

3）分子扩散系数间的关系对于双组分物系：2．菲克定律

单位面积上单位时间内扩散传递的物质量，单位：kmol/(m2.s)。1）扩散通量：2024/4/22）菲克定律与傅立叶定律以及牛顿粘性定律的区别及联6根据菲克定律：

由A、B两种气体所构成的混合物中，A与B的扩散系数相等。

3、用扩散速度表示扩散通量CA：该点处物质A的浓度，kmol/m3uDA：该点处物质A沿Z方向的扩散速度，m/s2024/4/2根据菲克定律：由A、B两种气体所构成的混合物中，A与B的扩7二、气相中的稳态分子扩散

1．等摩尔反向扩散1）等摩尔反向扩散

例如精馏过程

分子扩散的两种形式气相中的定态分子扩散一组分通过另一停滞组分的扩散2024/4/2二、气相中的稳态分子扩散1．等摩尔反向扩散例如精馏过程分82）传递速率

在任一固定的空间位置上，单位时间通过单位面积的A物质量，称为A的传递速率，以NA表示。

分离变量并进行积分，积分限为：

2024/4/22）传递速率分离变量并进行积分，积分限为：2024/4/9传质速率为：2、一组分通过另一停滞组分的扩散

1）一组分通过另一停滞组分的扩散

2024/4/2传质速率为：2、一组分通过另一停滞组分的扩散1）一组分通过102024/4/22024/4/111例如吸收2）传递速率设总体流动通量为N，其中物质A的通量为2024/4/2例如吸收2）传递速率2024/4/112总体流动中物质B向右传递的通量为

而即故单位时间通过单位膜层面积而进入右侧的物质量NA应等于连同管内任意截面上A的扩散通量JA与A在总体流动中的传递通量之和连通管内两物质扩散通量为数值相等方向相反，即：JA=-JB

2024/4/2总体流动中物质B向右传递的通量为而即故单位时间通过单位膜层13将

和代入

若扩散在气相中进行，则：

总体流动通量等于组分A的传质通量2024/4/2将和代入若扩散在气相中进行，则：总体流动通量等于组分A14或分离变量后积分2024/4/2或分离变量后积分2024/4/115——漂流因数，无因次。反映总体流动对传质速率的影响。

因p＞pBm，所以漂流因数

pBm：1、2两截面上物质B分压的对数平均值，kPa2024/4/2——漂流因数，无因次。反映总体流动对传质速率的因p＞pBm，16三、扩散系数

分子扩散系数简称扩散系数，它是物质的特性常数之一。同一物质的扩散系数随介质的种类、温度、压强及浓度的不同而变化。物质在不同条件下的扩散系数一般需要通过实验测定。1、物质在气体中的扩散系数气体A在气体B中（或B在A中）的扩散系数，可按马克斯韦尔—吉利兰（Maxwell-Gilliland）公式进行估算

2024/4/2三、扩散系数分子扩散系数简称扩散系数，它是172、物质在液体中的扩散系数

物质在液体中的散系数与组分的性质、温度、粘度以及浓度有关。

对于很稀的非电解溶液，物质在液体中的扩散系数

2024/4/22、物质在液体中的扩散系数物质在液体中的散系数18扩散系数物质的特性常数，表示物质分子扩散能力的大小，D越大，分子扩散越快。单位：m2/s物理意义：单位距离内，扩散组分降低一个浓度时单位时间内通过单位面积的物质量。不仅取决于物质本身，还与介质、介质浓度、温度、压力有关液体的扩散系数小，但由于液体浓度大，故在气体中的扩散通量只比液体大10-102倍扩散只发生在A、B组成的混和气中时，DAB=DBA2024/4/2扩散系数物质的特性常数，表示物质分子扩散能力的大小，D越大，19四、对流传质

1、涡流扩散凭籍流体质点的流动和旋涡来传递物质的现象。扩散通量：2、对流传质

流动流体与两相界面之间的传质1）固定界面气固两相或液固两相间的界面

DE：涡流扩散系数不是物性常数，与湍流状况有关，并随位置变化2024/4/2四、对流传质1、涡流扩散2、对流传质DE：涡流扩散系数不20

2）流动界面气液两相和液液两相间的界面气相有效层流膜（传质边界层)液相有效层流膜2024/4/22）流动界面气相有效层流膜（传质边界层)2021对于气体分子单向扩散

故：kG:气膜吸收系数或气膜传质系数液相一侧Csm：溶剂S在液相主体与相界面处的浓度的对数平均值kG：液膜吸收系数或液膜传质系数2024/4/2对于气体分子单向扩散故：kG:气膜吸收系数或气膜传质系数22基础理论：

当液体湍流流过固体溶质表面时，固液间的全部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厚度，而它提供的分子传质阻力恰等于实际存在的对流传质阻力。五、吸收机理

（双膜理论、溶质渗透理论和表面更新理论）

1、双膜理论（双阻力理论）

2024/4/2基础理论：五、吸收机理

（双膜理论、溶质渗透理论和23双膜理论的模式理论相互接触的气液两相间有一个稳定的界面，界面上没有传质阻力，气液两相处于平衡状态。界面两侧分别存在着两层停滞膜，气膜和液膜。气相一侧叫气膜，液相一侧叫液膜，这两层膜均很薄，膜内的流体是滞流流动，溶质以分子扩散的方式进行传质。

膜外的气液相主体中，流体流动的非常剧烈，溶质的浓度很均匀，传质的阻力可以忽略不计，传质阻力集中在两层膜内。2024/4/2双膜理论的模式理论2024/4/1242024/4/22024/4/1252、双膜理论的适用条件和优缺点适用条件：用于描述具有固定相界面的系统及速度不高的两流体间的传质过程。优缺点：教材2024/4/22、双膜理论的适用条件和优缺点适用条件：用于描述具有固定相界26六、吸收速率方程式

吸收速率：

单位相际传质面积上，单位时间内吸收的溶质A的量，用NA表示，单位通常用kmol/m2.s。吸收传质速率方程：吸收速率与吸收推动力之间关系的数学式

吸收速率=传质系数×推动力

1、气膜吸收速率方程式

2024/4/2六、吸收速率方程式吸收速率：单位相际传质面积上，单位27令——气膜吸收速率方程式——气膜吸收系数，kmol/(m2.s.kPa)。

也可写成：

2024/4/2令——气膜吸收速率方程式——气膜吸收系数，kmol/(m28当气相的组成以摩尔分数表示时

—以

表示的气膜吸收系数，kmol/(m2.s)。

当气相组成以摩尔比浓度表示时

—以

表示推动力的气膜吸收系数，kmol/(m2.s)。

2024/4/2当气相的组成以摩尔分数表示时—以表示的气膜吸收系数，km292、液膜吸收速率方程式

令

或

——液膜吸收速率方程—以

为推动力的液膜吸收系数，m/s；

2024/4/22、液膜吸收速率方程式令或——液膜吸收速率方程—以为30当液相的组成以摩尔分数表示时

—以

为推动力的液膜吸收系数，kmol/(m2.s)。

当液相组成以摩尔比浓度表示时

—以

为推动力的液膜吸收系数，kmol/(m2.s)。

2024/4/2当液相的组成以摩尔分数表示时—以为推动力的液膜吸收系数，313、界面浓度当已知两相组成的平衡关系，如

和上式联立便可

求出

2024/4/23、界面浓度当已知两相组成的平衡关系，如和上式联立便可求32pcAIcipi2024/4/2pcAIcipi2024/4/133上节内容复习一、分子扩散：1、Fick定律2、等摩尔反向扩散3、一组分通过另一停滞组分的扩散

总体流动促进分子扩散的进行，分子扩散的流量等于总体流动通量2024/4/2上节内容复习一、分子扩散：2、等摩尔反向扩散3、一组分通过另34二、扩散系数物质的特性常数，表示物质分子扩散能力的大小，D越大，分子扩散越快。不仅取决于物质本身，还与介质、介质浓度、温度、压力有关液体的扩散系数小，但由于液体浓度大，故在气体中的扩散通量只比液体大10-102倍由A、B两种气体所构成的混合物中，A与B的扩散相等2024/4/2二、扩散系数物质的特性常数，表示物质分子扩散能力的大小，2035三、涡流扩散：涡流扩散系数DE四、对流传质：2024/4/2三、涡流扩散：涡流扩散系数DE四、对流传质：2024/4/136双膜理论的模式理论相互接触的气液两相间有一个稳定的界面，界面上没有传质阻力，气液两相处于平衡状态。界面两侧分别存在着两层停滞膜，气膜和液膜。气相一侧叫气膜，液相一侧叫液膜，这两层膜均很薄，膜内的流体是滞流流动，溶质以分子扩散的方式进行传质。

膜外的气液相主体中，流体流动的非常剧烈，溶质的浓度很均匀，传质的阻力可以忽略不计，传质阻力集中在两层膜内。五、吸收机理

2024/4/2双膜理论的模式理论五、吸收机理

2024/4/137六、吸收速率方程式

吸收速率=传质系数×推动力

1、气膜吸收速率方程式

——气膜吸收系数，kmol/(m2.s.kPa)。

（1）（2）—以

表示的气膜吸收系数，kmol/(m2.s)。

2024/4/2六、吸收速率方程式吸收速率=传质系数×推动力1、气膜吸收38—以

表示推动力的气膜吸收系数，kmol/(m2.s)。

（3）2024/4/2—以表示推动力的气膜吸收系数，kmol/(m2.s)。（392、液膜吸收速率方程式

—以

为推动力的液膜吸收系数，m/s；

（1）（2）（3）—以

为推动力的液膜吸收系数，kmol/(m2.s)。

—以

为推动力的液膜吸收系数，kmol/(m2.s)。

2024/4/22、液膜吸收速率方程式—以为推动力的液膜吸收系数，m/s403、总吸收系数及相应的吸收速率方程式1）以气相组成表示总推动力的吸收速率方程式a）以△p为推动力的吸收速率方程

2024/4/23、总吸收系数及相应的吸收速率方程式2024/4/141----以分压差为推动力的气相总吸收速率方程2024/4/2----以分压差为推动力的气相总吸收速率方程2024/4/142

b）以△y为推动力的吸收速率方程2）以液相组成表示总推动力的吸收速率方程式

—以△y为推动力的气相总吸收系数，kmol/(m2.s)。

a）以△c为推动力的吸收速率方程

同乘以H，得：2024/4/2b）以△y为推动力的吸收速率方程2）以液相组成表示总推动43—以△c为推动力的液相总吸收系数，m/s

令：则：b）以△x为推动力的吸收速率方程

2024/4/2—以△c为推动力的液相总吸收系数，m/s令：则：b）以△x44—以△x为推动力的液相总吸收系数，kmol/(m2.s)

3）用摩尔比浓度为总推动力的吸收速率方程式适用条件：溶质浓度很低时

a）以

表示总推动力的总吸收速率方程式据分压定律2024/4/2—以△x为推动力的液相总吸收系数，kmol/(m2.s)345代入

令

—以

为推动力的气相总吸收系数，kmol/(m2.s)

2024/4/2代入令—以为推动力的气相总吸收系数，kmol/(m2.46b）以

表示总推动力的吸收速率方程式

若XA、XA*很小2024/4/2b）以表示总推动力的吸收速率方程式若XA、XA*很小2047分别为总阻力、气膜阻力和液膜阻力

即总阻力=气膜阻力+液膜阻力

同理

4、各种吸收系数之间的关系1）总系数与分系数的关系

2024/4/2分别为总阻力、气膜阻力和液膜阻力即总阻力=气膜阻力+液膜阻48在溶质浓度很低时

2）总系数间的关系

a）气相总吸收系数间的关系

2024/4/2在溶质浓度很低时2）总系数间的关系2024/4/149当溶质在气相中的浓度很低时

b）液相总传质系数间的关系

c）气相总吸收系数与液相总吸收系数的关系2024/4/2当溶质在气相中的浓度很低时b）液相总传质系数间的关系c）50液相总传质推动力气相总传质推动力气相分传质推动力液相分传质推动力增加气相分压或减小溶质在液相中的浓度2024/4/2液相总传质推动力气相总传质推动力气相分传质推动力液相分传质推51气膜控制（易溶体系）：H很大，m值很小

故1）溶解度很大时的易溶气体

2024/4/2气膜控制（易溶体系）：H很大，m值很小故1）溶解度很大时52液膜控制（难溶体系）：故2024/4/2液膜控制（难溶体系）：故2024/4/153气膜控制例：水吸收氨或HCl气体

液膜控制例：水吸收氧、CO2

2024/4/2气膜控制例：水吸收氨或HCl气体液膜控制例：水吸收氧、CO54双膜控制（中等溶解度体系）气膜阻力和液膜阻力均不可忽略，称其为双膜控制。如用水吸收SO22024/4/2双膜控制（中等溶解度体系）2024/4/155影响传质阻力的因素：气液流动状况如降膜湿壁塔、圆盘塔等：

kGV0.75，kL

L0.7，填料塔：

kL

L0.75

0.95操作条件（降低温度、增加压力）物性（扩散系数、粘度等）2024/4/2影响传质阻力的因素：气液流动状况2024/4/156小结：吸收速率方程

与膜系数相对应的吸收速率式与总系数对应的速率式

用一相主体与界面的浓度差表示推动力用一相主体的浓度与其平衡浓度之差表示推动力2024/4/2小结：吸收速率方程与膜系数相对应的吸收速率式与总系数对应57五、传质速率方程小结NA=单相的分吸收（传质）推动力×分传质系数

=双相的总吸收（传质）推动力×总传质系数基于不同形式的推动力，可以写出相应的吸收速率方程式。使用吸收速率方程式应注意以下几点：p30，表9-1（1）各吸收速率方程式是等效的。均可计算吸收过程的速率。（2）任何吸收系数的单位都是kmol/(m2·s·单位推动力)。kmol/(m2·s)（3）注意各吸收速率方程式中的吸收系数与吸收推动力的正确搭配及其单位的一致性。（4）上述各吸收速率方程式，都是以气液组成保持不变为前提的，因此只适合于描述稳态操作的吸收塔内任一横截面上的速率关系，而不能直接用来描述全塔的吸收速率。在塔内不同横截面上的气液组成各不相同，其吸收速率也不相同。

（5）在使用与总吸收系数相对应的吸收速率方程式时，在整个过程所涉及的组成范围内，平衡关系须为直线。否则，即使膜系数(如kG、kL)为常数，总吸收系数仍随组成而变化，这将不便于吸收塔的计算。2024/4/2五、传质速率方程小结NA=单相的分吸收（传质）推动力×58[补例1]：用煤油从苯–空气混合气体中吸收苯，入塔气体中含苯2%（体积），吸收后浓度降为0.01%（体积），入塔煤油中含苯0.02%（摩尔分数）。操作温度为50℃，压力为200kpa，操作条件下相平衡关系为pA*=80xkpa。求：（1）塔顶处气相推动力；（2）若改善操作条件，提高吸收率，则出口液体浓度极限是多少？解：（1）∴塔顶气相推动力为：（2）气,p2液,x2液,x1气,p12024/4/2[补例1]：