第8章氣體吸收ppt課件

1、第第8 8章章 氣體吸收氣體吸收Gas Absorption1、掌握的內(nèi)容、掌握的內(nèi)容 相組成的表示法及換算；亨利定律各種表達(dá)式及相互間的關(guān)系；分子擴(kuò)散、菲克定律相組成的表示法及換算；亨利定律各種表達(dá)式及相互間的關(guān)系；分子擴(kuò)散、菲克定律及其在等分子反向擴(kuò)散和單向擴(kuò)散的應(yīng)用；對(duì)流傳質(zhì)概念；雙膜理論要點(diǎn)；吸收的物及其在等分子反向擴(kuò)散和單向擴(kuò)散的應(yīng)用；對(duì)流傳質(zhì)概念；雙膜理論要點(diǎn)；吸收的物料衡算、操作線(xiàn)方程及圖示方法；最小液氣比概念及吸收劑用量的確定；填料層高度料衡算、操作線(xiàn)方程及圖示方法；最小液氣比概念及吸收劑用量的確定；填料層高度的計(jì)算，傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)的定義、物理意義，傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算平

2、推動(dòng)的計(jì)算，傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)的定義、物理意義，傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算平推動(dòng)力法和吸收因數(shù)法）；吸收塔的設(shè)計(jì)計(jì)算力法和吸收因數(shù)法）；吸收塔的設(shè)計(jì)計(jì)算本章學(xué)習(xí)要求本章學(xué)習(xí)要求本章學(xué)習(xí)要求本章學(xué)習(xí)要求 2、熟悉的內(nèi)容、熟悉的內(nèi)容 各種形式的傳質(zhì)速率方程、傳質(zhì)系數(shù)和各種形式的傳質(zhì)速率方程、傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)推動(dòng)力的對(duì)應(yīng)關(guān)系；各種傳質(zhì)系數(shù)間傳質(zhì)推動(dòng)力的對(duì)應(yīng)關(guān)系；各種傳質(zhì)系數(shù)間的關(guān)系；氣膜控制與液膜控制；吸收劑的的關(guān)系；氣膜控制與液膜控制；吸收劑的選擇；吸收塔的操作型分析；解吸的特點(diǎn)選擇；吸收塔的操作型分析；解吸的特點(diǎn)及計(jì)算。及計(jì)算。 3、了解的內(nèi)容、了解的內(nèi)容 分子擴(kuò)散系數(shù)及影響因素；塔高計(jì)算基分子擴(kuò)散系

3、數(shù)及影響因素；塔高計(jì)算基本方程的推導(dǎo)。本方程的推導(dǎo)。利用利用氣體混合物氣體混合物中各組分在液體溶劑中中各組分在液體溶劑中溶解度的差異溶解度的差異來(lái)分來(lái)分離氣體混合物的離氣體混合物的操作操作稱(chēng)為吸收。稱(chēng)為吸收。 一、什么是吸收？一、什么是吸收？溶溶質(zhì)質(zhì) A惰惰性性組組分分 B吸吸收收劑劑 S8.1 概述概述二、吸收的目的二、吸收的目的1制取產(chǎn)品制取產(chǎn)品 例如，用例如，用98.3%的硫酸吸收的硫酸吸收SO3氣體制取發(fā)煙硫氣體制取發(fā)煙硫酸，酸， 用水吸收氯化氫制取用水吸收氯化氫制取37%的工業(yè)鹽酸，的工業(yè)鹽酸， 用氨水吸收用氨水吸收CO2生產(chǎn)碳酸氫銨等。生產(chǎn)碳酸氫銨等。 2從氣體中回收有用的組分從氣

4、體中回收有用的組分 例如，用硫酸從廢氣中回收氨生成硫酸銨；例如，用硫酸從廢氣中回收氨生成硫酸銨； 用洗油從煤氣中回收粗苯等。用洗油從煤氣中回收粗苯等。 3除去有害組分以?xún)艋瘹怏w除去有害組分以?xún)艋瘹怏w 主要包括原料氣凈化和尾氣、廢氣的凈化以保主要包括原料氣凈化和尾氣、廢氣的凈化以保護(hù)環(huán)境。護(hù)環(huán)境。 例如用水或堿液脫除合成氨原料氣中的二氧化例如用水或堿液脫除合成氨原料氣中的二氧化碳，碳， 燃煤鍋爐煙氣、冶煉廢氣脫燃煤鍋爐煙氣、冶煉廢氣脫SO2等。等。8.18.1概述概述三、三、 吸收的依據(jù)吸收的依據(jù) 為達(dá)到吸收分離氣體混合物的目的，要用什么物為達(dá)到吸收分離氣體混合物的目的，要用什么物質(zhì)溶劑，吸收劑

5、），其分離的依據(jù)是什么？質(zhì)溶劑，吸收劑），其分離的依據(jù)是什么？ 氣體混合物中各組分在溶劑中的溶解度不同，若氣體混合物中各組分在溶劑中的溶解度不同，若各組分在吸收劑中的溶解度差異越大，吸收的選各組分在吸收劑中的溶解度差異越大，吸收的選擇性越好擇性越好例如例如 欲分離氨氣空氣的混合物，可選擇水做溶欲分離氨氣空氣的混合物，可選擇水做溶劑，因?yàn)榘彼谒械娜芙舛群艽?，而空氣幾乎劑，因?yàn)榘彼谒械娜芙舛群艽?，而空氣幾乎不溶于水。不溶于水?密閉容器密閉容器水溶劑）水溶劑） 氨氣氨氣(濃度高濃度高)空氣空氣(惰性氣體惰性氣體)(溶質(zhì)，被吸收組分溶質(zhì)，被吸收組分)氨氣濃度低）空氣氨氣濃度低）空氣 總壓總壓

6、溶質(zhì)溶質(zhì)A分壓分壓 與溶液中與溶液中A的濃度成的濃度成平衡的氣相分壓平衡的氣相分壓 pApep 吸收， 解吸， 平衡， 吸收總推動(dòng)力eAppeAppeAppeApp圖8-18.1概述概述 多組分吸收多組分吸收單組分吸收單組分吸收非等溫吸收非等溫吸收等溫吸收等溫吸收化學(xué)吸收化學(xué)吸收物理吸收物理吸收四、吸收分類(lèi)四、吸收分類(lèi)1吸吸收收設(shè)設(shè)備備-塔塔設(shè)設(shè)備備 填料塔填料塔板式塔板式塔 吸收劑吸收劑 吸收尾氣吸收尾氣 吸吸 收收 塔塔 混合氣混合氣 吸收液吸收液 逆流吸收操作示意圖逆流吸收操作示意圖 氣體氣體溶劑溶劑 1 n 被吸收氣體被吸收氣體 板式塔板式塔 氣體氣體溶劑溶劑 填料填料 被吸收氣體被吸

7、收氣體 填料塔填料塔五、吸收設(shè)備和流程五、吸收設(shè)備和流程板式塔和填料塔板式塔和填料塔 (1) 單單一一吸吸收收塔塔流流程程 （a）氣、液串聯(lián)（逆流）（b）氣體串聯(lián)、液體并聯(lián)（逆流） 多塔吸收流程多塔吸收流程2吸收流程吸收流程(2) 多多塔塔吸吸收收流流程程 吸收劑再循環(huán)流程吸收劑再循環(huán)流程 吸吸 解解 收收 吸吸 塔塔 塔塔 吸收吸收-解吸流程解吸流程(3) 吸收劑在吸收塔內(nèi)再循環(huán)流程吸收劑在吸收塔內(nèi)再循環(huán)流程(4) 吸收吸收-解吸流程解吸流程用洗油吸收苯系物質(zhì)的吸收與解吸流程 煤氣脫苯吸收操作流程 從合成氨原料氣中回收CO2的流程 8.18.1概述概述 在工業(yè)上，兩種形式的塔設(shè)備大多情況均為

8、連續(xù)操作，即設(shè)備內(nèi)的參數(shù)都不隨時(shí)間變化，稱(chēng)為定態(tài)連續(xù)過(guò)程。當(dāng)然也可以間歇操作的非定態(tài)過(guò)程，很少見(jiàn)，故后面除特殊說(shuō)明外，均指連續(xù)定態(tài)操作。 采用吸收操作實(shí)現(xiàn)氣體混合物的分離必須解采用吸收操作實(shí)現(xiàn)氣體混合物的分離必須解決下列問(wèn)題：決下列問(wèn)題： 選擇合適的溶劑，能選擇性地溶解某個(gè)選擇合適的溶劑，能選擇性地溶解某個(gè)或某些被分離組分；或某些被分離組分； 提供適當(dāng)?shù)膫髻|(zhì)設(shè)備多為填料塔，也提供適當(dāng)?shù)膫髻|(zhì)設(shè)備多為填料塔，也有板式塔以實(shí)現(xiàn)氣液兩相的接觸，使被分有板式塔以實(shí)現(xiàn)氣液兩相的接觸，使被分離組分得以從氣相轉(zhuǎn)移到液相吸收或液離組分得以從氣相轉(zhuǎn)移到液相吸收或液相轉(zhuǎn)移到氣相相轉(zhuǎn)移到氣相(解吸解吸)； 8.1概述

9、概述8.18.1概述概述 溶劑的再生，即脫除溶解于其中的被分離組分以便循環(huán)使用。除了直接制取溶液產(chǎn)品只需單獨(dú)吸收外，一般都要進(jìn)行解吸操作，使溶劑再生循環(huán)使用。 總之，一個(gè)完整的吸收分離過(guò)程一般包括吸收和解吸兩個(gè)組成部分。 溶劑的選擇溶劑的選擇 溶劑應(yīng)對(duì)被分離組分溶質(zhì)有較大的溶劑應(yīng)對(duì)被分離組分溶質(zhì)有較大的溶解度，或者說(shuō)在一定的溫度與濃度下，溶解度，或者說(shuō)在一定的溫度與濃度下，溶質(zhì)的平衡分壓要低。這樣，從平衡角度溶質(zhì)的平衡分壓要低。這樣，從平衡角度來(lái)說(shuō)，處理一定量混合氣體所需溶劑量較來(lái)說(shuō)，處理一定量混合氣體所需溶劑量較少，氣體中溶質(zhì)的極限殘余濃度亦可降低；少，氣體中溶質(zhì)的極限殘余濃度亦可降低；就過(guò)

10、程數(shù)率而言，溶質(zhì)平衡分壓就過(guò)程數(shù)率而言，溶質(zhì)平衡分壓，過(guò)程，過(guò)程推動(dòng)力大，傳質(zhì)數(shù)率快，所需設(shè)備尺寸小。推動(dòng)力大，傳質(zhì)數(shù)率快，所需設(shè)備尺寸小。8.1概述概述8.1概述 溶劑對(duì)混合氣體中其他組分的溶解度要小，即溶劑應(yīng)具備較高的選擇性。若溶劑的選擇性不高，將同時(shí)吸收混合物中的其他組分，只能實(shí)現(xiàn)組分間某種程度的增濃而不能實(shí)現(xiàn)較為完全的分離。 溶質(zhì)在溶劑中的溶解度應(yīng)對(duì)溫度的變化比較敏感，即不僅在低溫下溶解度要大，平衡分壓要小，而且隨著溫度升高，溶解度應(yīng)迅速下降，平衡分壓應(yīng)迅速上升。這樣，被吸收的氣體容易解吸，溶劑再生方便。 8.18.1概述概述 溶劑的蒸汽壓要低，不易揮發(fā)。一方面是為了減少溶劑在吸收和再

11、生過(guò)程的損失，另一方面也是避免在氣體中引入新的雜質(zhì) 溶劑應(yīng)有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，以免使用過(guò)程中發(fā)生變質(zhì)； 溶劑應(yīng)有較低的粘度，不易產(chǎn)生泡沫，以實(shí)現(xiàn)吸收塔內(nèi)良好的氣液接觸和塔頂?shù)臍庖悍蛛x。 溶劑應(yīng)盡可能滿(mǎn)足價(jià)廉、易得、無(wú)毒、不易燃燒等經(jīng)濟(jì)和安全條件。 吸收操作的經(jīng)濟(jì)性 吸收總費(fèi)用設(shè)備(塔、換熱器等)折舊費(fèi) 操作費(fèi)(占比重大)操作費(fèi)用主要包括：操作費(fèi)用主要包括： 氣、液兩相流經(jīng)吸收設(shè)備的能量消耗；氣、液兩相流經(jīng)吸收設(shè)備的能量消耗； 溶劑的揮發(fā)損失和變質(zhì)損失；溶劑的揮發(fā)損失和變質(zhì)損失； 溶劑的再生費(fèi)用，即解吸操作費(fèi)用溶劑的再生費(fèi)用，即解吸操作費(fèi)用 (在三者中占比例最大在三者中占比例最大)。8.18.1

12、概述概述本章所作的基本假定本章所作的基本假定 單組分吸收單組分吸收, ,其余組分可視為一個(gè)惰性組分。其余組分可視為一個(gè)惰性組分。 溶劑的蒸汽壓很低，因此氣相中不含溶劑溶劑的蒸汽壓很低，因此氣相中不含溶劑蒸汽蒸汽 。8.28.2氣液相平衡氣液相平衡 吸收傳質(zhì)與傳熱兩個(gè)過(guò)程的相似處： 傳熱與吸收過(guò)程均由三步構(gòu)成解釋三步相似），但兩個(gè)過(guò)程也有不同處：傳熱的推動(dòng)力是兩流體的溫度差，過(guò)程的極限是兩流體的溫度相等；吸收的推動(dòng)力不是兩相的濃度差，過(guò)程的極限也不是兩相的濃度相等。這是由于氣液之間的相平衡不同于冷熱流體之間的熱平衡，氣液相平衡關(guān)系是吸收過(guò)程的重要基礎(chǔ)，8.2.18.2.1平衡溶解度平衡溶解度 在

13、一定的溫度 T 與總壓 P 下，使一定量的溶劑與溶質(zhì)接觸，溶質(zhì)便由氣相向液相轉(zhuǎn)移，隨著溶液濃度的逐漸增高，傳質(zhì)速率將逐漸減慢，最后降為零，此時(shí)液相中溶質(zhì)達(dá)到飽和，濃度達(dá)到一最大限度為液相中溶質(zhì)A的摩爾分?jǐn)?shù)，下標(biāo)e代表平衡），這時(shí)稱(chēng)氣液兩相達(dá)到相平衡， 稱(chēng)為平衡溶解度，簡(jiǎn)稱(chēng)為溶解度 Xe 留意：此時(shí)并非沒(méi)有溶質(zhì)分子繼續(xù)進(jìn)入液相，只是任何瞬間進(jìn)入液相的溶質(zhì)分子數(shù)與從液相逸出的溶質(zhì)分子數(shù)恰好相等，在宏觀(guān)上過(guò)程就象是停止了。這種狀態(tài)稱(chēng)為相際動(dòng)態(tài)平衡，簡(jiǎn)稱(chēng)相平衡。 pt8.2.18.2.1平衡溶解度平衡溶解度 溶解度曲線(xiàn) 對(duì)單組分物理吸收的物系，根據(jù)相律，自由度數(shù)F為F=C-+2=3-2+2=3(C=3

14、,溶質(zhì)A，惰性組分B,溶劑S，2，氣、液兩相)，即在溫度 t，總壓 P ，氣、液相組成共4個(gè)變量中，由3個(gè)自變量獨(dú)立變量），另1個(gè)是它們的函數(shù)，故可將平衡時(shí)溶質(zhì)在氣相中的分壓 Pe , 表達(dá)為溫度t ，總壓 P 和溶解度 x 的函數(shù)：一般針對(duì)具體物系進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)定。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)總壓不太高普通 P0.5Mpa時(shí)， P對(duì)平衡Pe的影響可以忽略，而溫度 t 對(duì)平衡Pe的影響頗大。xptgpe、圖圖8-2 20下下SO2在水中的溶解度在水中的溶解度 8.2.18.2.1平衡溶解度平衡溶解度圖圖8-3 Pe 8-3 Pe x x 關(guān)系曲線(xiàn)為何不指定總壓？關(guān)系曲線(xiàn)為何不指定總壓？（ P0.5MpaP ye

15、或或 x PA 吸收）吸收）y xe 解吸解吸 （ PA Pe 解吸）解吸）8.2.2相平衡和吸收過(guò)程的關(guān)系相平衡和吸收過(guò)程的關(guān)系8.2.28.2.2相平衡吸收過(guò)程的關(guān)系相平衡吸收過(guò)程的關(guān)系 2.指明過(guò)程的極限 2x2xexx111yeyy221y1x2ymyxxe11max, 122min, 2mxyye圖8-53.3.計(jì)算過(guò)程的推動(dòng)力計(jì)算過(guò)程的推動(dòng)力 推動(dòng)力推動(dòng)力 y-ye 或或 xe-x 注意推動(dòng)力不等于注意推動(dòng)力不等于y-x！【例】在總壓【例】在總壓101.3kPa，溫度，溫度30的條件下的條件下, SO2摩摩爾分率為爾分率為0.3的混合氣體與的混合氣體與SO2摩爾分率為摩爾分率為0.

16、01的水溶的水溶液相接觸，試問(wèn)液相接觸，試問(wèn): 1.從液相分析從液相分析SO2的傳質(zhì)方向；的傳質(zhì)方向； 2.從氣相分析，其它條件不變，溫度降到從氣相分析，其它條件不變，溫度降到0SO2的傳的傳質(zhì)方向；質(zhì)方向； 3.其它條件不變，從氣相分析，總壓提高到其它條件不變，從氣相分析，總壓提高到202.6kPa時(shí)時(shí)SO2的傳質(zhì)方向，并計(jì)算以液相摩爾分率的傳質(zhì)方向，并計(jì)算以液相摩爾分率差及氣相摩爾分率差表示的傳質(zhì)推動(dòng)力。差及氣相摩爾分率差表示的傳質(zhì)推動(dòng)力。pEm3 .101485000627. 088.473 . 0*myx解：解：(1)(1)查得在總壓查得在總壓101.3kPa101.3kPa，溫度，溫

17、度3030條件下條件下SO2SO2在水中的亨利系數(shù)在水中的亨利系數(shù)E=4850kPa E=4850kPa 所以所以 47.88 從液相分析從液相分析 x=0.01故故SO2必然從液相轉(zhuǎn)移到氣相，進(jìn)行解吸過(guò)必然從液相轉(zhuǎn)移到氣相，進(jìn)行解吸過(guò)程。程。（2查得在總壓101.3kPa，溫度0的條件下，SO2在水中的亨利系數(shù)E=1670kPa 從氣相分析從氣相分析y*=mx=16.490.01=0.16y=0.3故故SO2必然從氣相轉(zhuǎn)移到液相，進(jìn)行吸收必然從氣相轉(zhuǎn)移到液相，進(jìn)行吸收過(guò)程。過(guò)程。pEm3 .1011670=16.49pEm6 .2024850（3 3在總壓在總壓202.6kPa202.6kP

18、a，溫度，溫度3030條件下，條件下，SO2SO2在在水中的亨利系數(shù)水中的亨利系數(shù)E=4850kPa E=4850kPa 從氣相分析y*=mx=23.940.01=0.24y=0.3故SO2必然從氣相轉(zhuǎn)移到液相，進(jìn)行吸收過(guò)程。 =23.940125. 094.233 . 0*myx 以液相摩爾分?jǐn)?shù)表示的吸收推動(dòng)力為:x=x*x=0.01250.01=0.0025以氣相摩爾分?jǐn)?shù)表示的吸收推動(dòng)力為:y= y y*=0.30.24=0.06結(jié)論：結(jié)論：1.降低操作溫度，降低操作溫度，E、m，溶質(zhì)在，溶質(zhì)在液相中的溶解度增加，有利于吸收；液相中的溶解度增加，有利于吸收；2.壓力不太高時(shí)，壓力不太高時(shí)，

19、P, E變化忽略不變化忽略不計(jì)；但計(jì)；但m使溶質(zhì)在液相中的溶解度使溶質(zhì)在液相中的溶解度增加，有利于吸收。增加，有利于吸收。8.3 8.3 擴(kuò)散和單相傳質(zhì)擴(kuò)散和單相傳質(zhì) 解決兩個(gè)基本問(wèn)題：過(guò)程的極限和過(guò)程的數(shù)率。解決兩個(gè)基本問(wèn)題：過(guò)程的極限和過(guò)程的數(shù)率。吸收過(guò)程的極限決定于吸收的相平衡常數(shù)。本節(jié)將討論吸收的速率問(wèn)題。吸吸收過(guò)程的極限決定于吸收的相平衡常數(shù)。本節(jié)將討論吸收的速率問(wèn)題。吸收過(guò)程涉及兩相間的物質(zhì)傳遞，它包括三個(gè)步驟：收過(guò)程涉及兩相間的物質(zhì)傳遞，它包括三個(gè)步驟： 溶質(zhì)由氣相主體傳遞到兩相界面，即氣相內(nèi)的物質(zhì)傳遞；溶質(zhì)由氣相主體傳遞到兩相界面，即氣相內(nèi)的物質(zhì)傳遞； 溶質(zhì)在相界面上的溶解，由

20、氣相轉(zhuǎn)入液相，即界面上發(fā)生的溶解溶質(zhì)在相界面上的溶解，由氣相轉(zhuǎn)入液相，即界面上發(fā)生的溶解過(guò)程過(guò)程 溶質(zhì)自界面被傳遞至液相主體，即液相內(nèi)的物質(zhì)傳遞。溶質(zhì)自界面被傳遞至液相主體，即液相內(nèi)的物質(zhì)傳遞。 通常，通常，第第步即界面上發(fā)生的溶解過(guò)程很容易進(jìn)行，其阻力很小步即界面上發(fā)生的溶解過(guò)程很容易進(jìn)行，其阻力很小 ( )( )故故認(rèn)為相界面上的溶解推動(dòng)力亦很小，認(rèn)為相界面上的溶解推動(dòng)力亦很小， 傳質(zhì)阻力傳質(zhì)推動(dòng)力傳質(zhì)速率 8.3 8.3 擴(kuò)散和單相傳質(zhì)擴(kuò)散和單相傳質(zhì) 過(guò)程的速率將由兩個(gè)單相即過(guò)程的速率將由兩個(gè)單相即步氣相和步氣相和步液步液相內(nèi)的傳質(zhì)速率所決定。無(wú)論是氣相還是液相，相內(nèi)的傳質(zhì)速率所決定。無(wú)

21、論是氣相還是液相，物質(zhì)傳遞的機(jī)理包括以下兩種。物質(zhì)傳遞的機(jī)理包括以下兩種。 分子擴(kuò)散。類(lèi)似于傳熱中的熱傳導(dǎo)，分子擴(kuò)散。類(lèi)似于傳熱中的熱傳導(dǎo)，是分子微觀(guān)運(yùn)動(dòng)的宏觀(guān)統(tǒng)計(jì)結(jié)果。本章僅討論是分子微觀(guān)運(yùn)動(dòng)的宏觀(guān)統(tǒng)計(jì)結(jié)果。本章僅討論因濃度梯度而造成的分子擴(kuò)散速率。發(fā)生在靜因濃度梯度而造成的分子擴(kuò)散速率。發(fā)生在靜止或?qū)恿髁黧w里的擴(kuò)散就是分子擴(kuò)散。止或?qū)恿髁黧w里的擴(kuò)散就是分子擴(kuò)散。 對(duì)流傳質(zhì)。是憑藉流體質(zhì)點(diǎn)的湍流和對(duì)流傳質(zhì)。是憑藉流體質(zhì)點(diǎn)的湍流和漩渦而引起的擴(kuò)散稱(chēng)為對(duì)流傳質(zhì)。發(fā)生在湍流漩渦而引起的擴(kuò)散稱(chēng)為對(duì)流傳質(zhì)。發(fā)生在湍流流體里的傳質(zhì)除分子擴(kuò)散外更主要的是對(duì)流傳流體里的傳質(zhì)除分子擴(kuò)散外更主要的是對(duì)流傳質(zhì)。質(zhì)

22、。 將一勺砂糖投于杯水中，片刻后整杯的將一勺砂糖投于杯水中，片刻后整杯的水都會(huì)變甜，這就是分子擴(kuò)散的結(jié)果。若用勺水都會(huì)變甜，這就是分子擴(kuò)散的結(jié)果。若用勺攪動(dòng)杯中水，則將甜得更快更均勻，那便是對(duì)攪動(dòng)杯中水，則將甜得更快更均勻，那便是對(duì)流傳質(zhì)的結(jié)果。流傳質(zhì)的結(jié)果。 8.3.18.3.1雙組分混合物中的分子擴(kuò)散雙組分混合物中的分子擴(kuò)散 費(fèi)克定律 只要流體內(nèi)部有濃度梯度，就會(huì)產(chǎn)生分子擴(kuò)散，在恒溫恒壓下，一維分子擴(kuò)散速率可用費(fèi)克定律表達(dá)如下 ： 濃度梯度 指向濃度增加的方向，而擴(kuò)散向濃度降低的方 向進(jìn)行，故式中加負(fù)號(hào)。DAB為組分A在雙組分混合物A、B中的擴(kuò)散系數(shù)。 ddCDJAABAddCAsmKmo

23、l24mKmolsm28.3.18.3.1雙組分混合物中的分子擴(kuò)散雙組分混合物中的分子擴(kuò)散 對(duì)雙組分混合物，在總濃度對(duì)氣相也可說(shuō)總壓各處相等及 常數(shù)的前提下， (前提為 常數(shù)，對(duì)氣壓為總壓 不變) 也就是說(shuō)費(fèi)克定律中的“ ”為“分子對(duì)稱(chēng)面”，A、B兩組分的分子擴(kuò)散速率大小相等，方向相反，否則就不能保證總濃度 （或總壓 ）不變。 BAMCCCddddBACCBAJJMCP2mMCPdd)dd(ABABABBACDCDJJDDDBAAB8.3.18.3.1雙組分混合物中的分子擴(kuò)散雙組分混合物中的分子擴(kuò)散 分子擴(kuò)散與主體流動(dòng) 氣液相界面只允許溶質(zhì)A溶解穿過(guò)，惰性氣體B不能溶解穿過(guò)，也不允許溶劑S逆向

24、汽化通過(guò)。 由于界面處A組分不斷地溶解被吸， ，A組分存在濃 度梯度 ，其方向指向A組分濃度高的方向?yàn)檎?，而A組分的分 子擴(kuò)散方向與其相反，朝界面擴(kuò)散 惰性氣體B組分由于不能被液體吸收，故B組分在相界處的濃 度高于氣相主體， B組分存在濃度梯度 ，其方向指向B 組分濃度高的方向?yàn)檎鳥(niǎo)組分的分子擴(kuò)散方向與其相反，朝氣相主體擴(kuò)散， iccAAddAcAJBBiccBddczBJ8.3.18.3.1雙組分混合物中的分子擴(kuò)散雙組分混合物中的分子擴(kuò)散 總濃度總濃度iiCCCCCBABAM層流氣層氣膜）氣相主體液相主體8.3.18.3.1雙組分混合物中的分子擴(kuò)散雙組分混合物中的分子擴(kuò)散 當(dāng)液相能以同一

25、速率向界面供應(yīng)B組分時(shí)，界面處 保持恒定，那么 ，這種情況屬于等分子反向擴(kuò)散下一章精餾屬于這種情況）。吸收過(guò)程液相不存在B組分，不可能向截面提供B組分，故吸收過(guò)程所發(fā)生的是組分A的單向擴(kuò)散，而不是等分子反向擴(kuò)散。 由于界面處組分A被液體吸收及組分B反向擴(kuò)散離開(kāi)界面，都將導(dǎo)致截面處氣體總壓降低，使氣相主體與界面之間產(chǎn)生微小壓差，這一壓差必然促使混合氣體向界面流動(dòng)，此流動(dòng)稱(chēng)為主體流動(dòng)。 主體流動(dòng)不同于擴(kuò)散流（ 或 ），擴(kuò)散流是分子微觀(guān)運(yùn)動(dòng)的宏觀(guān)結(jié)果，它所傳遞的是純組分A或純組分B。主體流動(dòng)系宏觀(guān)運(yùn)動(dòng)，它同時(shí)攜帶組分A與B流向界面。在定態(tài)條件下，主體流動(dòng)BicABJJ AJBJ 所帶組分B的量必恰好

26、等于組分B反向擴(kuò)散的量，以使 保持恒定。 因氣相主體與界面間的微小壓差便足以造成必要的主體流動(dòng)，因此氣相各處的總壓或 ）仍可認(rèn)為基本上是相等的，即 的前提依然成立。 (3)分子擴(kuò)散的速率方程 通過(guò)靜止或?qū)恿鳉饽ぶ信c界面平行的任一靜止平面PQ的物流由三個(gè)：兩個(gè)擴(kuò)散流 和 ，及一個(gè)主體流動(dòng) 。設(shè)通過(guò)靜止考擦平面PQ的凈物流為N，對(duì)平面PQ作總物料衡算可得 BicMcABJJ ()MABMABNNJJNJJ AJBJMN主體流動(dòng)與凈物流的含義不同，但主體流動(dòng)的速率主體流動(dòng)與凈物流的含義不同，但主體流動(dòng)的速率 與凈物流速率與凈物流速率N N必相等。必相等。在平面在平面PQPQ處組分處組分A A作物料衡

27、算得：作物料衡算得： 式中：式中： 因組分因組分A A存在濃度梯度引起的分子擴(kuò)散速率；存在濃度梯度引起的分子擴(kuò)散速率； 主體流動(dòng)中主體流動(dòng)中A A所占的傳遞速率。所占的傳遞速率。 一般情況下，對(duì)雙組分物系，凈物流速率一般情況下，對(duì)雙組分物系，凈物流速率N N即包括組分即包括組分A A也包括也包括組分組分B B MNAAAAMAMMccNJNJNccAJAMMcNc (4)分子擴(kuò)散速率的積分式 等分子反向擴(kuò)散精餾） 等分子反向擴(kuò)散時(shí)沒(méi)有凈物流 （因而也無(wú)主體流動(dòng)ABNNNAAAABM()cNJNNc0N ABNN AAAddzcNJD 2211AAddAAzczcJzDc 21zzAA1A2DJ

28、cc等分子反向擴(kuò)散時(shí)組分等分子反向擴(kuò)散時(shí)組分A A的濃度分布為一直線(xiàn)。的濃度分布為一直線(xiàn)。AAAnpcVRTAA1A2()DJppRT 單向擴(kuò)散吸收）吸收過(guò)程主體流動(dòng)所帶組分B的量必等于組分B反向分子擴(kuò)散的量，故惰性組分B的凈傳遞速率 ，可改寫(xiě)為： ABAAAM0,cNNJNc2A21A1AAAMAAMMAMMA2MB2A21MA1B1d(1)dddlnlnzczcccNDczcNzDcccDcccDccNzzccc B2B1BmB2B1lnccccc 此式表面單向擴(kuò)散時(shí)組分A的濃度分布為一對(duì)數(shù)函數(shù)對(duì)氣相B2B2B1A1A2B1BmBmlnccccccccMA1B1A2B2B2B1A1A2cc

29、cccccccMAA1A2Bm()cDNcccB2B2A1A2MB1B1BM,lnlncppppcRTcppB2AA1A2BmB1()()lnpDpDpNppRTpRTp 與等分子反向擴(kuò)散速率方程相比，單向擴(kuò)散時(shí)多了一個(gè)因子 我們稱(chēng)之為漂流因子數(shù)），它反映了主體流動(dòng)對(duì)傳質(zhì)速率的影響， ，主體流動(dòng)作用 ，對(duì)吸收愈好，這就如順?biāo)浦?水流使船速加大，故稱(chēng)之為漂流因子,假設(shè) , ，主體流動(dòng)的影響可略去。 MBmccBmppMBmBm1(1)cpcpBmppAc BmBm,1pppp8.3.28.3.2擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù) 擴(kuò)散系數(shù)是物質(zhì)的一種傳遞性質(zhì)。它在傳質(zhì)中的作用與導(dǎo)熱系數(shù)在傳熱中的作用相類(lèi)似，但比

30、導(dǎo)熱系數(shù)更為復(fù)雜：一種物質(zhì)的擴(kuò)散總是相對(duì)于其他物質(zhì)而言的，所以它至少要涉及兩種物質(zhì)，同一組分在不同混合物中的擴(kuò)散系數(shù)是不一樣的；擴(kuò)散系數(shù)還與體系的溫度、總壓氣相或濃度液相有關(guān)。目前，擴(kuò)散系數(shù)可由以下3種途徑獲得： 由試驗(yàn)測(cè)得。試驗(yàn)測(cè)定是求物質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)的根本途徑，后面通過(guò)例8-2說(shuō)明試驗(yàn)測(cè)定擴(kuò)散系數(shù)的方法，當(dāng)然還有其他的試驗(yàn)測(cè)定法。 從現(xiàn)有的手冊(cè)中查得。 借助某些經(jīng)驗(yàn)的或半經(jīng)驗(yàn)的公式進(jìn)行估算查不到D又缺乏進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)定的條件時(shí)）。 8.3.28.3.2擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù) (1) 組分在氣體中的擴(kuò)散系數(shù) 表8-1列出總壓在101.3kpa下某些氣體在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)數(shù)值，由表可見(jiàn)氣體擴(kuò)散系數(shù)的值約為

31、經(jīng)分子運(yùn)動(dòng)論的理論推導(dǎo)與試驗(yàn)修正，可以得到估算氣體擴(kuò)散系數(shù)的半經(jīng)驗(yàn)式，如式8-23所示。該式形式復(fù)雜不須記住，只要能正確使用即可。由該式可知?dú)怏w擴(kuò)散系數(shù)D與A、B兩組分的性質(zhì)、體系和溫度、壓強(qiáng)有關(guān)。對(duì)一定物系氣體D與絕對(duì)溫度T的1.81次方成正比，與壓強(qiáng)p成反比，式8-24須記住。 例8-2，解： 通過(guò)靜止氣體層的擴(kuò)散為單向擴(kuò)散，且為一非定態(tài)過(guò)程，但因擴(kuò)散距離z的變化緩慢，故可作為擬定態(tài)處理。擴(kuò)散速率可用式8-22表示 12101/cms8.3.28.3.2擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù) 求D必須知道,設(shè)汽化時(shí)間為，則的汽化速率也可用液面高度變化的速率表示，即B2AB1lnpDpNRTzpA1A2101.3

32、,37.6,0pkpa pkpa pB1A1101.337.663.7pppkpa8.314KJ/(KmolgK),321KRTLLAAAddddA zzNM AM3LA1540Kg/m154Kg/KmolM8.3.28.3.2擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù) LB2AB1dlndpzDpMRTzp0AB20LB1dlndzzMpDpz zRTp2AB220LB11ln2MpDPzzRTp8.3.28.3.2擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù) = =9.1210-6m2/s 留意：本題的難點(diǎn)在何處?（ ）本解法與書(shū)本解法的區(qū)別在何處？ 220LB2AB12lnzzRTDpMpp3223315408.314 103210.060

33、.01101.31542 109 10101.3 10 ln63.7AN8.3.28.3.2擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù)(2) (2) 組分在液體中的擴(kuò)散系數(shù)組分在液體中的擴(kuò)散系數(shù) 表表8-38-3列出了某些物質(zhì)在液體中的擴(kuò)散系數(shù)，由于液體中的分子列出了某些物質(zhì)在液體中的擴(kuò)散系數(shù)，由于液體中的分子要比氣體中的分子密集的多，可以預(yù)計(jì)其擴(kuò)散系數(shù)要比氣體中的擴(kuò)要比氣體中的分子密集的多，可以預(yù)計(jì)其擴(kuò)散系數(shù)要比氣體中的擴(kuò) 散系數(shù)小的多散系數(shù)小的多, ,由表由表8-38-3知，液體中的擴(kuò)散系數(shù)的數(shù)量級(jí)約為知，液體中的擴(kuò)散系數(shù)的數(shù)量級(jí)約為10-5cm2/s10-5cm2/s，為氣相中的萬(wàn)分之一氣相約為氣相中的萬(wàn)分之一氣

34、相約10-110-11cm2/s1cm2/s）。）。 由于液體中的擴(kuò)散在理論上還不成熟，用半經(jīng)驗(yàn)式估算流體擴(kuò)散系由于液體中的擴(kuò)散在理論上還不成熟，用半經(jīng)驗(yàn)式估算流體擴(kuò)散系數(shù)不如氣體可靠。此外，液體中組分的濃度對(duì)擴(kuò)散系數(shù)有很大的影響。數(shù)不如氣體可靠。此外，液體中組分的濃度對(duì)擴(kuò)散系數(shù)有很大的影響。對(duì)很稀的非電解溶液可按對(duì)很稀的非電解溶液可按8-258-25估算。此式亦不須記住，但須記住式估算。此式亦不須記住，但須記住式（8-268-26），），D D與與T T成正比，與黏度成反比。成正比，與黏度成反比。 8.3.38.3.3對(duì)流傳質(zhì)對(duì)流傳質(zhì) （1對(duì)流對(duì)傳質(zhì)的貢獻(xiàn) 通常傳質(zhì)設(shè)備中的流體都是流動(dòng)的，流

35、動(dòng)流體與相界面之間的物質(zhì)傳遞稱(chēng)為對(duì)流傳質(zhì)如前述溶質(zhì)由氣相主體傳到相界面及由相界面?zhèn)鞯揭合嘀黧w）。流體的流動(dòng)加快了相內(nèi)的物質(zhì)傳遞，層流及湍流兩種流動(dòng)加快傳質(zhì)的原因如下： 層流流動(dòng) 溶質(zhì)A組分在垂直于流動(dòng)方向上的傳質(zhì)機(jī)理仍為分子擴(kuò)散，但流動(dòng)改變了橫截面MN上的濃度分布，以氣相和相界面的傳質(zhì)為例，組分A的濃度分布由靜止氣體的直線(xiàn)1變?yōu)榍€(xiàn)2，根據(jù)分子擴(kuò)散速率方程式: 由于相界面處濃度梯度 變大， 強(qiáng)化了傳質(zhì)。 AAWddcJDz AW(dd )czAA,JN8.3.38.3.3對(duì)流傳質(zhì)對(duì)流傳質(zhì) 8.3.38.3.3對(duì)流傳質(zhì)對(duì)流傳質(zhì) 湍流流動(dòng) 大多數(shù)傳質(zhì)設(shè)備中流體的流動(dòng)都屬于湍流。湍流主體中流體產(chǎn)生大

36、量的漩渦，引起流體質(zhì)點(diǎn)間的劇烈混合，促進(jìn)了橫向傳質(zhì)方向的物質(zhì)傳遞，流體主體的濃度分布被均化，濃度分布如曲線(xiàn)3所示。界面處的濃度梯度進(jìn)一步變大，在主體濃度與界面濃度差相等的情況下，傳質(zhì)速率得到進(jìn)一步的提高。 （2傳質(zhì)速率 對(duì)流傳質(zhì)現(xiàn)象極為復(fù)雜，以湍流流動(dòng)為例：在湍流主體中存在大量漩渦，傳質(zhì)只要靠渦流擴(kuò)散；靠近界面附近有一層很薄的層流底層，傳質(zhì)主要靠分子擴(kuò)散；在湍流主體和層流底層之間的過(guò)渡區(qū)漩渦擴(kuò)散和分子擴(kuò)散都存在。對(duì)流擴(kuò)散速率可仿照分子擴(kuò)散的速率寫(xiě)成：AATEddcJDDz 8.3.38.3.3對(duì)流傳質(zhì)對(duì)流傳質(zhì) 不像 D那樣是物性參數(shù)，它與流體的湍動(dòng)程度有關(guān)，也與流體質(zhì)點(diǎn)的位置有關(guān)，難于用試驗(yàn)的

37、方法測(cè)定，它的表達(dá)式形式好看但不好用，因而不能將代入的表達(dá)式中積分求出對(duì)流傳質(zhì)速率、怎么辦？目前一般是仿照對(duì)流給熱，將對(duì)流傳質(zhì)速率方程寫(xiě)成類(lèi)似于牛頓冷卻定律 或 的形式，即認(rèn)為 正比于流體主體濃度與界面濃度之差，但與對(duì)流傳熱不同的是氣液兩相的濃度都可用不同的單位表示，所以 可寫(xiě)成多種形式： 氣相與界面間的 式中： 以分壓差表示推動(dòng)力的氣相傳質(zhì)系數(shù) EDW()QA TTW()qTTANANAGAA()iNkppG2kmolkms kpa 8.3.38.3.3對(duì)流傳質(zhì)對(duì)流傳質(zhì) Ay()iNkyyy2kmolkmsALAA()iNkccL2kmolmkms kpas Ax()iNkxxx2kmolk

38、ms8.3.3對(duì)流傳質(zhì) 上述處理方法實(shí)際上是將一組流體主體濃度和界面濃度之差作為對(duì)流傳質(zhì)的推動(dòng)力，而將影響對(duì)流傳質(zhì)的眾多因素包括到氣相或液相傳質(zhì)系數(shù)中?，F(xiàn)在問(wèn)題歸結(jié)到如何得到各種具體條件下的傳質(zhì)系數(shù)用試驗(yàn)測(cè)定的方法），對(duì)這么復(fù)雜的問(wèn)題，具體用何種試驗(yàn)研究方法比較適宜？（因次分析法） yGkpkxMLkc k8.3.38.3.3對(duì)流傳質(zhì)對(duì)流傳質(zhì) (3)(3)傳質(zhì)系數(shù)的無(wú)因次關(guān)聯(lián)式傳質(zhì)系數(shù)的無(wú)因次關(guān)聯(lián)式 找出影響傳質(zhì)系數(shù) 的因素 ，式中d為定性尺寸， D為擴(kuò)散系數(shù)。k( , , ,)kfu d D 對(duì)各變量的因次進(jìn)行分析，得出無(wú)因次數(shù)群的函數(shù)表達(dá)式：對(duì)各變量的因次進(jìn)行分析，得出無(wú)因次數(shù)群的函數(shù)表達(dá)

39、式：(Re,)ShfSc 由試驗(yàn)測(cè)定函數(shù)的定量關(guān)系0.67,Re,kdduShSckDDD對(duì)降膜式吸收器對(duì)降膜式吸收器 0.830.330.023ReShSc0.80.30.40.023RePrNu 8.3.38.3.3對(duì)流傳質(zhì)對(duì)流傳質(zhì) 然而，實(shí)際使用的傳質(zhì)設(shè)備形式各樣各種填料塔和板式塔），塔內(nèi)流動(dòng)情況十分復(fù)雜，兩相的接觸面液往往難以確定，這使對(duì)流傳質(zhì)分系數(shù)氣相或液相的一般準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式遠(yuǎn)不及傳熱那樣完善和可靠。同學(xué)們以后設(shè)計(jì)塔設(shè)備時(shí)要查閱有關(guān)的文獻(xiàn)資料找出自己的設(shè)計(jì)條件相近的傳質(zhì)系數(shù)關(guān)聯(lián)式，有條件應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定。8.3.48.3.4三傳質(zhì)量、動(dòng)量、熱量傳遞類(lèi)比三傳質(zhì)量、動(dòng)量、熱量傳遞類(lèi)比 三傳之

40、間彼此有些類(lèi)似的規(guī)律可進(jìn)行類(lèi)比研究自學(xué)）。 8.3.58.3.5對(duì)流傳質(zhì)理論對(duì)流傳質(zhì)理論 上述關(guān)于對(duì)流傳質(zhì)問(wèn)題的處理方法時(shí)基于因次分析的試驗(yàn)法，并未對(duì)對(duì)流傳質(zhì)過(guò)程做理論上的探討。為了揭示對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)的物理本質(zhì)，從理論上說(shuō)明各因素對(duì)它的影響，不少研究者采用數(shù)學(xué)模型法加以研究，提出了多種傳質(zhì)模型。我們先簡(jiǎn)要回顧數(shù)學(xué)模型法的主要研究步驟： 將復(fù)雜的真實(shí)過(guò)程本省簡(jiǎn)化成易于用數(shù)學(xué)方程式描述的物理模將復(fù)雜的真實(shí)過(guò)程本省簡(jiǎn)化成易于用數(shù)學(xué)方程式描述的物理模型；型；對(duì)所得到的物理模型進(jìn)行數(shù)學(xué)描述即建立數(shù)學(xué)模型；對(duì)所得到的物理模型進(jìn)行數(shù)學(xué)描述即建立數(shù)學(xué)模型；通過(guò)試驗(yàn)對(duì)數(shù)學(xué)模型的合理性進(jìn)行檢驗(yàn)并測(cè)定模型參數(shù)。通過(guò)試

41、驗(yàn)對(duì)數(shù)學(xué)模型的合理性進(jìn)行檢驗(yàn)并測(cè)定模型參數(shù)。 8.3.58.3.5對(duì)流傳質(zhì)理論對(duì)流傳質(zhì)理論 不同的研究者對(duì)過(guò)程的理解不同從而導(dǎo)出不同的模型，下面簡(jiǎn)要介紹三個(gè)重要的產(chǎn)值模型。 （1 1有效膜理論惠特曼有效膜理論惠特曼 WhitmanWhitman，19231923年）年） 物理模型惠特曼對(duì)復(fù)雜的對(duì)流傳質(zhì)過(guò)程作如下簡(jiǎn)述：物理模型惠特曼對(duì)復(fù)雜的對(duì)流傳質(zhì)過(guò)程作如下簡(jiǎn)述： a a、氣液相界面兩側(cè)各存在一層靜止的或作層流流動(dòng)的氣膜和液膜，其、氣液相界面兩側(cè)各存在一層靜止的或作層流流動(dòng)的氣膜和液膜，其厚度分別為厚度分別為 和和 ，氣相或液相主體內(nèi)由于流體高度湍動(dòng)混合均勻故不，氣相或液相主體內(nèi)由于流體高度湍動(dòng)

42、混合均勻故不存在濃度差，所有濃度差集中于有效氣膜和液膜內(nèi)，故氣相和液相的傳存在濃度差，所有濃度差集中于有效氣膜和液膜內(nèi)，故氣相和液相的傳質(zhì)阻力也全部集中于該兩層有效膜內(nèi)；質(zhì)阻力也全部集中于該兩層有效膜內(nèi)； b b、靜止或?qū)恿饔行?、靜止或?qū)恿饔行?膜中的傳質(zhì)是定態(tài)的分子擴(kuò)散。膜中的傳質(zhì)是定態(tài)的分子擴(kuò)散。 GL8.3.58.3.5對(duì)流傳質(zhì)理論對(duì)流傳質(zhì)理論數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型 根據(jù)上述有效膜物理模型，通過(guò)膜的擴(kuò)散為分子擴(kuò)散，且吸收為單向擴(kuò)散，故分別可用式8-22和式8-20描述氣膜和液膜的傳質(zhì)情況： 氣膜氣膜 GGAAAGBmGBm1()()iiDDpNpppyyRTpRTyBmBmm(1)pyypGG

43、GGGBmGBmGm11(1)DDDpkRTpRTyRTyyGkpk8.3.58.3.5對(duì)流傳質(zhì)理論對(duì)流傳質(zhì)理論液膜液膜LMLAAAMLBmLBm1()()iiDcDNcccxxcxBmBmmM(1)cxxcLMLLLLBmLBmm11(1)LDcDDkcxxxMLkc k8.3.58.3.5對(duì)流傳質(zhì)理論對(duì)流傳質(zhì)理論試驗(yàn)測(cè)定模型參數(shù)試驗(yàn)測(cè)定模型參數(shù) 中分別包含了待定的參數(shù) 與 ，即有效膜的厚度，稱(chēng)之為數(shù)學(xué)模型參數(shù)，需由試驗(yàn)測(cè)定。如果該模型能有效地反映過(guò)程的實(shí)質(zhì)，那么， 、 應(yīng)主要取決于流體的流動(dòng)狀況流體湍動(dòng)越劇烈，膜厚度越薄，反之亦然）而與溶質(zhì)組分A的擴(kuò)散系數(shù)D無(wú)關(guān)，然而以上兩式預(yù)示 均正比于

44、D，而試驗(yàn)結(jié)果表面 ，兩者不符合。若為了與試驗(yàn)結(jié)果相吻合，有效膜厚度不僅與流動(dòng)狀況有關(guān)，而且與擴(kuò)散系數(shù)D有關(guān)。這樣， ， 不是實(shí)際存在的有效膜厚度，而是一種虛擬的或當(dāng)量的膜厚，從而失去了該膜型應(yīng)具有的理論含義。 GL,kkGLGLGL,kk0.67kDGL8.3.58.3.5對(duì)流傳質(zhì)理論對(duì)流傳質(zhì)理論 由于有效膜理論與實(shí)際情況有些不符，促使許多研究者對(duì)對(duì)流傳質(zhì)理論進(jìn)行了更深入的研究，從不同的角度研究提出的理論，下面介紹兩種。 （1 1溶質(zhì)滲透理論希格比溶質(zhì)滲透理論希格比 HigbieHigbie，19351935年）年） 希格比認(rèn)為液體在流動(dòng)過(guò)程中每隔一定時(shí)間發(fā)生一次完全的混合，希格比認(rèn)為液體在

45、流動(dòng)過(guò)程中每隔一定時(shí)間發(fā)生一次完全的混合，使液體的濃度均勻化，在使液體的濃度均勻化，在 時(shí)間內(nèi)，液相中發(fā)生的不再是定態(tài)的擴(kuò)時(shí)間內(nèi)，液相中發(fā)生的不再是定態(tài)的擴(kuò)散過(guò)程，而是非定態(tài)的擴(kuò)散過(guò)程。根據(jù)上述假設(shè)經(jīng)數(shù)學(xué)描述得到：散過(guò)程，而是非定態(tài)的擴(kuò)散過(guò)程。根據(jù)上述假設(shè)經(jīng)數(shù)學(xué)描述得到： 00.5L02DkD與試驗(yàn)結(jié)果較吻合，但與試驗(yàn)結(jié)果較吻合，但 難以測(cè)定。難以測(cè)定。08.3.58.3.5對(duì)流傳質(zhì)理論對(duì)流傳質(zhì)理論（2 2表面更新理論丹克沃茨表面更新理論丹克沃茨 Danckwerts,1951Danckwerts,1951年）年） 丹克沃茨認(rèn)為液體在流動(dòng)過(guò)程中表面不斷更新，即不斷地有液體從主體轉(zhuǎn)為界面而暴露于

46、氣相中，這種界面不斷更新傳質(zhì)過(guò)程大大強(qiáng)化，其原因在于原來(lái)需要通過(guò)緩慢的擴(kuò)散過(guò)程才能將溶質(zhì)傳至液體深處，現(xiàn)通過(guò)表面更新，深處的液體就有機(jī)會(huì)直接與氣體接觸以接受傳質(zhì)。定義S為表面更新頻率，經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)描述并求解得到： 0.5LkDSD與試驗(yàn)結(jié)果較吻合，但與試驗(yàn)結(jié)果較吻合，但S S難求。難求。 綜上所述，溶質(zhì)滲透理論和表面更新理論比有效膜理論更接近實(shí)際情況，但 或S難以測(cè)定，將它們用于傳質(zhì)過(guò)程的設(shè)計(jì)仍有一段距離，故目前用于傳質(zhì)設(shè)備設(shè)計(jì)主要還是有效膜理論。08.4 8.4 相際傳質(zhì)相際傳質(zhì) 溶質(zhì)從一個(gè)相轉(zhuǎn)移到另一個(gè)相稱(chēng)為相際傳質(zhì)或兩相間的傳質(zhì)。吸收過(guò)程的相際傳質(zhì)是由氣相與界面間的對(duì)流傳質(zhì)、界面上溶質(zhì)組分的

47、溶解、液相與界面間的對(duì)流傳質(zhì)三個(gè)過(guò)程串聯(lián)而成。解決吸收過(guò)程相際傳質(zhì)速率問(wèn)題目前是用雙膜模型。（1 1雙膜模型雙膜模型在相互接觸的氣液兩相間存在著穩(wěn)定的相界面，界面兩側(cè)分別在相互接觸的氣液兩相間存在著穩(wěn)定的相界面，界面兩側(cè)分別存在著一個(gè)很薄的有效層流氣膜和液膜，被吸收的溶質(zhì)組分只能存在著一個(gè)很薄的有效層流氣膜和液膜，被吸收的溶質(zhì)組分只能分子擴(kuò)散的方式通過(guò)這兩層膜，氣相和液相的濃度變化即推動(dòng)分子擴(kuò)散的方式通過(guò)這兩層膜，氣相和液相的濃度變化即推動(dòng)力及阻力均分別幾種在這兩層膜中，故力及阻力均分別幾種在這兩層膜中，故氣相與界相氣相與界相 Ayy()1/iiyyNkyyk界面與液相界面與液相 Axx()1

48、/iixxNkxxk8.4 8.4 相際傳質(zhì)相際傳質(zhì) 相界面上不存在傳質(zhì)阻力，所需傳質(zhì)推動(dòng)力等零，即在界面上氣、液兩相濃度成平衡， 。 ( )iiyf x對(duì)稀溶液：對(duì)稀溶液： （通過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)）（通過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)） iiymx或在計(jì)算范圍內(nèi)平衡線(xiàn)近似為直線(xiàn)：或在計(jì)算范圍內(nèi)平衡線(xiàn)近似為直線(xiàn)： iiymxa8.4 8.4 相際傳質(zhì)相際傳質(zhì)（2 2相際傳質(zhì)速率方程相際傳質(zhì)速率方程我們討論的是定態(tài)傳質(zhì)問(wèn)題，氣相與界面間的傳質(zhì)速率應(yīng)等于界面我們討論的是定態(tài)傳質(zhì)問(wèn)題，氣相與界面間的傳質(zhì)速率應(yīng)等于界面與液相的傳質(zhì)速率，即與液相的傳質(zhì)速率，即 A1/1/iiyxyyxxNkk Ayx1iiyyxx mNmkk8

49、.4 8.4 相際傳質(zhì)相際傳質(zhì)對(duì)稀溶液對(duì)稀溶液e,iiymx ymxe()iim xxyyeAyx1/yyNkm kyyx11/Kkm kyyx11mKkk( (總阻力氣膜阻力液膜阻力，符合雙膜模型總阻力氣膜阻力液膜阻力，符合雙膜模型) ) Aye()NKyy8.4 8.4 相際傳質(zhì)相際傳質(zhì)eymxaiiymxa思考題：思考題：若平衡關(guān)系為若平衡關(guān)系為 ， 上式成立否？上式成立否？為什么？為什么？ 為得到以為得到以 為總推動(dòng)力的總傳質(zhì)相對(duì)傳質(zhì)速率方程，為總推動(dòng)力的總傳質(zhì)相對(duì)傳質(zhì)速率方程，該如何處理？該如何處理？()exxeAyxyx/()1111iiyymxxxxNmkkmkk Axe()NK

50、xxxyx11/1/Kmkkxyx111KmkkxyKmK8.4 8.4 相際傳質(zhì)相際傳質(zhì)你能導(dǎo)出解吸時(shí)的總傳質(zhì)相際傳質(zhì)速率方程嗎？若能你能導(dǎo)出解吸時(shí)的總傳質(zhì)相際傳質(zhì)速率方程嗎？若能請(qǐng)導(dǎo)出其表達(dá)式，并與吸收的方程比較。請(qǐng)導(dǎo)出其表達(dá)式，并與吸收的方程比較。 Aye()NKyyAxe()NKxx解吸時(shí)總推動(dòng)力與吸收相反，但總傳質(zhì)系數(shù)與吸收相同。解吸時(shí)總推動(dòng)力與吸收相反，但總傳質(zhì)系數(shù)與吸收相同。 8.4.2 8.4.2 傳質(zhì)阻力的控制步驟傳質(zhì)阻力的控制步驟 總傳質(zhì)阻力為氣膜傳質(zhì)阻力與液膜傳質(zhì)阻力之和，即總傳質(zhì)阻力為氣膜傳質(zhì)阻力與液膜傳質(zhì)阻力之和，即 yyx11mKkkxyx111Kmkk(1)(1)

51、氣膜阻力控制氣膜阻力控制 1yxmkk ，此時(shí)的傳質(zhì)阻力主要集中于 yyKkyy11Kk氣膜，氣膜，稱(chēng)這種情況為稱(chēng)這種情況為“氣膜阻力控制氣膜阻力控制”。8.4.2 8.4.2 傳質(zhì)阻力的控制步驟傳質(zhì)阻力的控制步驟(2)(2)液膜阻力控制液膜阻力控制yx11mkk當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，xx11KkxxKk即即此時(shí)的傳質(zhì)阻力只要集中于液膜此時(shí)的傳質(zhì)阻力只要集中于液膜稱(chēng)這種情況為稱(chēng)這種情況為“液膜阻力控制液膜阻力控制”。8.5 8.5 低含量氣體吸收進(jìn)塔混合氣中溶質(zhì)含量）低含量氣體吸收進(jìn)塔混合氣中溶質(zhì)含量）8.5.1 8.5.1 吸收過(guò)程的數(shù)學(xué)描述吸收過(guò)程的數(shù)學(xué)描述 以逆流填料吸收塔為例以逆流填料吸收塔為

52、例（1 1低含量氣體吸收的特點(diǎn)低含量氣體吸收的特點(diǎn) G G、L L可視為常量可視為常量吸收過(guò)程時(shí)等溫吸收過(guò)程時(shí)等溫傳質(zhì)系數(shù)為常量傳質(zhì)系數(shù)為常量（2全塔物料衡算 1212()G yyL xx8.5.1 8.5.1 吸收過(guò)程的數(shù)學(xué)描述吸收過(guò)程的數(shù)學(xué)描述（3 3物料衡算和傳遞速率的微分表達(dá)式物料衡算和傳遞速率的微分表達(dá)式 對(duì)氣相對(duì)氣相Ayedd()dG yN a hK a yyhAyeyi()()NKyykyyAxedd()dL xN a hK a xxh對(duì)液相對(duì)液相8.5.1 8.5.1 吸收過(guò)程的數(shù)學(xué)描述吸收過(guò)程的數(shù)學(xué)描述（4 4傳質(zhì)速率積分式傳質(zhì)速率積分式 Hy10y2yeddGyHhK ay

53、y12Hx0 xxeddLxHhK axx8.5.1 8.5.1 吸收過(guò)程的數(shù)學(xué)描述吸收過(guò)程的數(shù)學(xué)描述（5 5傳質(zhì)單元數(shù)與傳質(zhì)單元高度傳質(zhì)單元數(shù)與傳質(zhì)單元高度 y1OGOGy2eyd,yGNHyyK ax1OLOLx2exd,xLNHxxK aOGOGOLOLHHNHN8.5.1 8.5.1 吸收過(guò)程的數(shù)學(xué)描述吸收過(guò)程的數(shù)學(xué)描述 傳質(zhì)單元高度和傳質(zhì)單元數(shù)的物理意義傳質(zhì)單元高度和傳質(zhì)單元數(shù)的物理意義傳質(zhì)單元數(shù)（傳質(zhì)單元數(shù)（ ）的大小反映吸收過(guò)程進(jìn)行的）的大小反映吸收過(guò)程進(jìn)行的難易程度，它與吸收塔的結(jié)構(gòu)因素以及氣液流動(dòng)狀況無(wú)關(guān)。難易程度，它與吸收塔的結(jié)構(gòu)因素以及氣液流動(dòng)狀況無(wú)關(guān)。 OGOL,NN

54、傳質(zhì)單元高度可理解為一個(gè)傳質(zhì)單元所需的填料層高度，是吸收設(shè)備效能高度的反映。 8.5.1 8.5.1 吸收過(guò)程的數(shù)學(xué)描述吸收過(guò)程的數(shù)學(xué)描述（6 6吸收計(jì)算基本類(lèi)型與基本關(guān)系式吸收計(jì)算基本類(lèi)型與基本關(guān)系式 類(lèi)型：設(shè)計(jì)型計(jì)算求類(lèi)型：設(shè)計(jì)型計(jì)算求H H），操作型計(jì)算），操作型計(jì)算H H已知已知這兩種類(lèi)型計(jì)算的具體命題及計(jì)算方法以后詳細(xì)介紹，這兩種類(lèi)型計(jì)算的具體命題及計(jì)算方法以后詳細(xì)介紹，但兩類(lèi)問(wèn)題均可聯(lián)立以下三個(gè)基本關(guān)系式得以解決。但兩類(lèi)問(wèn)題均可聯(lián)立以下三個(gè)基本關(guān)系式得以解決?；娟P(guān)系式基本關(guān)系式全塔物料衡算式全塔物料衡算式 1212()G yyL xx相平衡方程式相平衡方程式eymxeymxbe(

55、 )yf x（曲線(xiàn)）（曲線(xiàn)）吸收過(guò)程基本方程式吸收過(guò)程基本方程式 y1OGOGy2yedGyHHNK ayy 12xOLOLxxedLxHHNK axx變量數(shù)：變量數(shù)：9 9個(gè)個(gè)mHGL1y2y1x2xyK axK a關(guān)系式：關(guān)系式：3 3個(gè)。個(gè)。 需給出5個(gè)獨(dú)變量才能求出另1個(gè)因變量。8.5.1 8.5.1 吸收過(guò)程的數(shù)學(xué)描述吸收過(guò)程的數(shù)學(xué)描述用吸收率也稱(chēng)回收率）用吸收率也稱(chēng)回收率） 表示分離程度，表示分離程度， 定義如下：定義如下： 122111yyyyy 21(1)yy2, y分離要求高分離要求高 傳質(zhì)單元高度的值約為0.51.5 詳述。計(jì)算計(jì)算H H的問(wèn)題主要在于傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算的問(wèn)題

56、主要在于傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算吸收劑用量吸收劑用量L如何確定亦很重要，下面討論這兩個(gè)問(wèn)題。如何確定亦很重要，下面討論這兩個(gè)問(wèn)題。8.5.2 8.5.2 操作線(xiàn)、最小液氣比及吸收劑用量操作線(xiàn)、最小液氣比及吸收劑用量 （1操作線(xiàn) 22GyLxGyLx 22LLyxyxGG11()LLyxyxGG8.5.2 8.5.2 操作線(xiàn)、最小液氣比及吸收劑用量操作線(xiàn)、最小液氣比及吸收劑用量（2 2最小液氣比最小液氣比當(dāng)當(dāng) 減小到圖中的減小到圖中的C C時(shí)，操作線(xiàn)與平衡線(xiàn)時(shí)，操作線(xiàn)與平衡線(xiàn)相交與相交與C C點(diǎn)，塔底的氣、液兩相組成達(dá)到點(diǎn)，塔底的氣、液兩相組成達(dá)到平衡，此時(shí)塔底推動(dòng)力為零，所需塔高平衡，此時(shí)塔底推動(dòng)力為

57、零，所需塔高將為無(wú)窮大，顯然這是液氣比的下限，將為無(wú)窮大，顯然這是液氣比的下限，通常稱(chēng)之為吸收設(shè)計(jì)的最小液氣比，可通常稱(chēng)之為吸收設(shè)計(jì)的最小液氣比，可按物料衡算求得：按物料衡算求得：LG12min1e2()yyLGxx計(jì)算方法：計(jì)算方法：若平衡關(guān)系為曲線(xiàn)，分兩種情況若平衡關(guān)系為曲線(xiàn)，分兩種情況處理。處理。12min21212()01yyLyyxmmyGyxm平衡關(guān)系符合亨利定律純?nèi)軇┪誩ymxb11eybxm8.5.2 8.5.2 操作線(xiàn)、最小液氣比及吸收劑用量操作線(xiàn)、最小液氣比及吸收劑用量 （3收劑用量的確定 最佳液氣比須通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)求出，為避免優(yōu)化（須建立數(shù)學(xué)模型用最優(yōu)化方法編程求解計(jì)算，

58、可按下式確定適宜液氣比，然后求出吸收劑用量L： min(1.1 2)()LLGG8.5.38.5.3傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算方法傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算方法 （1 1操作線(xiàn)與推動(dòng)力的變化規(guī)律平衡線(xiàn)為直線(xiàn)）操作線(xiàn)與推動(dòng)力的變化規(guī)律平衡線(xiàn)為直線(xiàn)） e()yyy e()xxx 12121212d()d(),ddyyxxyxyyyxxx（2 2平衡線(xiàn)為直線(xiàn)時(shí)的對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力平衡線(xiàn)為直線(xiàn)時(shí)的對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法法 eeymxymxb或112212121OGe12122dd()lnyyyyyyyyyyyNyyyyyyyy12m12lnyyyyy1211ee11e1122ee22e22,yyyymxymxbyyyymxymxb

59、或或12OGmyyNy1S 112212121OLe12122dd()lnxxxxxxxxxxxNxxxxxxxx12m12lnxxxxx1111e1e1e1222e22e2e2,yybxxx xxmmyybxxxxxmm或或12OLmxxNx1S （3 3吸收因數(shù)法吸收因數(shù)法 12OGedyyyNyye22()GymxmyyxLe221,()mGLSAyS yymxLSmG12OG221ln(1)1ymxNSSSymx1s （3 3吸收因數(shù)法吸收因數(shù)法 該式包括該式包括 、 、 三個(gè)數(shù)群，可將其繪制成圖三個(gè)數(shù)群，可將其繪制成圖8-228-22，由圖可看出：，由圖可看出： a.a.當(dāng)當(dāng)S S一

60、定時(shí)，一定時(shí)， （即吸收要（即吸收要求求 ， ），）， ， b.b.若一定若一定 ， ， 這說(shuō)明這說(shuō)明S S值值大時(shí)對(duì)吸收不利，故稱(chēng)大時(shí)對(duì)吸收不利，故稱(chēng)S S為解吸因素。反之為解吸因素。反之 故故A A越大，對(duì)吸收越有利，故稱(chēng)越大，對(duì)吸收越有利，故稱(chēng)A A為吸收因素。為吸收因素。 c.c.定量計(jì)算不用該圖查閱不準(zhǔn)確），但定性分析該定量計(jì)算不用該圖查閱不準(zhǔn)確），但定性分析該圖很有用，記?。簣D很有用，記?。?OGNS1222ymxymx1222ymxymx2y OGNH 1222ymxymxOG(),SANHOG,SANH8.5.38.5.3傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算方法傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算方法 12OLedx