氣體吸收-理論部分

1、第第1 1章章 氣體吸收氣體吸收2015年年8月月12日晚日晚23時(shí)時(shí)30分左右，天津?yàn)I海新區(qū)分左右，天津?yàn)I海新區(qū)開發(fā)區(qū)發(fā)生劇烈爆炸，爆炸火光沖天。國家地震開發(fā)區(qū)發(fā)生劇烈爆炸，爆炸火光沖天。國家地震臺網(wǎng)清晰記錄到了臺網(wǎng)清晰記錄到了12日晚間天津發(fā)生的爆炸事故，日晚間天津發(fā)生的爆炸事故，從記錄結(jié)果看，共有兩次爆炸，間隔約從記錄結(jié)果看，共有兩次爆炸，間隔約30秒，第秒，第二次震級更高，相當(dāng)于二次震級更高，相當(dāng)于21噸噸TNT。等值換算，戰(zhàn)。等值換算，戰(zhàn)斧式巡航導(dǎo)彈的斧式巡航導(dǎo)彈的TNT當(dāng)量約為當(dāng)量約為454千克，即第一千克，即第一次爆炸相當(dāng)于近次爆炸相當(dāng)于近7個(gè)戰(zhàn)斧式巡航導(dǎo)彈的能量，第個(gè)戰(zhàn)斧式巡航

2、導(dǎo)彈的能量，第二次爆炸的能量則接近于二次爆炸的能量則接近于46個(gè)戰(zhàn)斧式巡航導(dǎo)彈落個(gè)戰(zhàn)斧式巡航導(dǎo)彈落地爆炸。地爆炸。目前已檢測到氰化氫、甲苯、三氯甲烷和環(huán)氧目前已檢測到氰化氫、甲苯、三氯甲烷和環(huán)氧乙烷等有毒氣體。乙烷等有毒氣體。氰化氫在空氣中的含量達(dá)到氰化氫在空氣中的含量達(dá)到5.6%12.8%時(shí)，具時(shí)，具有爆炸性。氫氰酸屬于劇毒類。急性氰化氫中毒有爆炸性。氫氰酸屬于劇毒類。急性氰化氫中毒的臨床表現(xiàn)為患者呼出氣中有明顯的苦杏仁味，的臨床表現(xiàn)為患者呼出氣中有明顯的苦杏仁味，輕度中毒主要表現(xiàn)為胸悶、心悸、心率加快、頭輕度中毒主要表現(xiàn)為胸悶、心悸、心率加快、頭痛、惡心、嘔吐、視物模糊。重度中毒主要表現(xiàn)痛

3、、惡心、嘔吐、視物模糊。重度中毒主要表現(xiàn)呈深昏迷狀態(tài)，呼吸淺快，陣發(fā)性抽搐，甚至強(qiáng)呈深昏迷狀態(tài)，呼吸淺快，陣發(fā)性抽搐，甚至強(qiáng)直性痙攣。二次世界大戰(zhàn)中納粹德國常把氰化氫直性痙攣。二次世界大戰(zhàn)中納粹德國常把氰化氫作為毒氣室的殺人毒氣使用。作為毒氣室的殺人毒氣使用。氰化氫廢氣吸收塔氰化氫廢氣吸收塔用用Na2CO3溶液吸收氫氰酸，再加入溶液吸收氫氰酸，再加入Fe與與CN-離子反應(yīng)生離子反應(yīng)生成黃血鹽。成黃血鹽。p 吸收過程的概念吸收過程的概念 利用混合氣體中各組分利用混合氣體中各組分(component)在液體中在液體中溶解度溶解度的差異而的差異而分離氣體混合物的單元操作稱為分離氣體混合物的單元操作稱

4、為吸收吸收。吸收操作時(shí)某些易溶。吸收操作時(shí)某些易溶組分進(jìn)入液相形成溶液組分進(jìn)入液相形成溶液(solution)，不溶或難溶組分仍留在氣，不溶或難溶組分仍留在氣相相(gas phase)，從而實(shí)現(xiàn)混合氣體的分離。，從而實(shí)現(xiàn)混合氣體的分離。 吸收的推動(dòng)力吸收的推動(dòng)力氣體吸收是混合氣體氣體吸收是混合氣體中某些組分在氣液相中某些組分在氣液相界面上溶解、在氣相界面上溶解、在氣相和液相內(nèi)由和液相內(nèi)由濃度差濃度差推推動(dòng)的傳質(zhì)過程。動(dòng)的傳質(zhì)過程。吸收劑吸收劑氣體氣體yx界面界面氣相主體氣相主體 液相主體液相主體 相界面相界面氣相擴(kuò)散氣相擴(kuò)散 液相擴(kuò)散液相擴(kuò)散 yi xi 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述相組成如何表示？

5、相組成如何表示？相關(guān)概念相關(guān)概念吸收質(zhì)或溶質(zhì)吸收質(zhì)或溶質(zhì)：混合氣體中的溶混合氣體中的溶解組分，以解組分，以A表示。表示。惰性氣體或載體惰性氣體或載體：不溶或難溶組：不溶或難溶組分，以分，以B表示。表示。吸收劑吸收劑：吸收操作中所用的溶劑，：吸收操作中所用的溶劑，以以S表示。表示。吸收液吸收液：吸收操作后得到的溶液，：吸收操作后得到的溶液，主要成分為溶劑主要成分為溶劑S和溶質(zhì)和溶質(zhì)A。吸收尾氣吸收尾氣：吸收后排出的氣體，：吸收后排出的氣體，主要成分為惰性氣體主要成分為惰性氣體B和少量的溶和少量的溶質(zhì)質(zhì)A。 吸收過程在吸收過程在吸收塔吸收塔中進(jìn)行，逆流中進(jìn)行，逆流操作吸收塔示意圖如右所示。操作吸收

6、塔示意圖如右所示。 吸吸收收塔塔混合氣混合氣(A+B)(A+B)吸收液吸收液(A+S)(A+S)吸收劑吸收劑(S)(S)吸收尾氣吸收尾氣(A+B)(A+B)貧油貧油吸收塔吸收塔含苯煤氣含苯煤氣解吸塔解吸塔過熱蒸汽過熱蒸汽冷凝器冷凝器粗苯粗苯水水冷卻器冷卻器換熱器換熱器補(bǔ)充新補(bǔ)充新鮮洗油鮮洗油富油富油脫苯煤氣脫苯煤氣工業(yè)吸收過程工業(yè)吸收過程工業(yè)吸收過程實(shí)例：工業(yè)吸收過程實(shí)例：吸收劑的選擇吸收劑的選擇 吸收劑性能的優(yōu)劣，是決定吸收操作效果吸收劑性能的優(yōu)劣，是決定吸收操作效果是否良好的關(guān)鍵。是否良好的關(guān)鍵。 溶解度大溶解度大 ； 選擇性好選擇性好 ； 揮發(fā)度要小揮發(fā)度要小 。 此外所選用的溶劑盡可能

7、滿足此外所選用的溶劑盡可能滿足無腐蝕性，無腐蝕性，粘度小，無毒，不燃，價(jià)廉易得粘度小，無毒，不燃，價(jià)廉易得等條件。等條件。 吸收操作的用途吸收操作的用途(1)制取產(chǎn)品制取產(chǎn)品 用吸收劑吸收氣體中某些組分而獲得產(chǎn)品。用吸收劑吸收氣體中某些組分而獲得產(chǎn)品。 如硫酸吸收如硫酸吸收SO3制濃硫酸，水吸收甲醛制福爾馬林液，制濃硫酸，水吸收甲醛制福爾馬林液，用水吸收氯化氫制鹽酸等用水吸收氯化氫制鹽酸等 。 (2) 分離混合氣體分離混合氣體 吸收劑選擇性地吸收氣體中某些組分以吸收劑選擇性地吸收氣體中某些組分以達(dá)到分離目的。達(dá)到分離目的。 如石油餾分裂解生產(chǎn)出來的乙烯、丙烯，還與氫、甲如石油餾分裂解生產(chǎn)出來的

8、乙烯、丙烯，還與氫、甲烷等混在一起，可用分子量較大的液態(tài)烴把乙烯、丙烷等混在一起，可用分子量較大的液態(tài)烴把乙烯、丙烯吸收，使與甲烷、氫分離開來烯吸收，使與甲烷、氫分離開來 。 (3) 氣體凈化氣體凈化 一類是原料氣的凈化，即除去混合氣體中的一類是原料氣的凈化，即除去混合氣體中的雜質(zhì)。雜質(zhì)。 如合成氨原料氣脫如合成氨原料氣脫H2S、脫脫CO2等；另一類是尾氣處理等；另一類是尾氣處理和廢氣凈化以保護(hù)環(huán)境，如燃煤鍋爐煙氣，冶煉廢氣和廢氣凈化以保護(hù)環(huán)境，如燃煤鍋爐煙氣，冶煉廢氣等脫除等脫除SO2，硝酸尾氣脫除硝酸尾氣脫除NO2等。等。 吸收操作的分類吸收操作的分類 物理吸收物理吸收(physical

9、absorption)：吸收過程溶質(zhì)與溶劑：吸收過程溶質(zhì)與溶劑不發(fā)生顯著的化學(xué)反應(yīng)，可視為單純的氣體溶解于液不發(fā)生顯著的化學(xué)反應(yīng)，可視為單純的氣體溶解于液相的過程。如用水吸收二氧化碳、用水吸收乙醇或丙相的過程。如用水吸收二氧化碳、用水吸收乙醇或丙醇蒸汽、用洗油吸收芳烴等。醇蒸汽、用洗油吸收芳烴等。 化學(xué)吸收化學(xué)吸收(chemical absorption)：溶質(zhì)與溶劑有顯著的：溶質(zhì)與溶劑有顯著的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。如用氫氧化鈉或碳酸鈉溶液吸收二氧化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。如用氫氧化鈉或碳酸鈉溶液吸收二氧化碳、用稀硫酸吸收氨等過程?；瘜W(xué)反應(yīng)能大大提高化碳、用稀硫酸吸收氨等過程?；瘜W(xué)反應(yīng)能大大提高單位體積液體所能吸

10、收的氣體量并加快吸收速率。但單位體積液體所能吸收的氣體量并加快吸收速率。但溶液解吸再生較難。溶液解吸再生較難。 單組分吸收單組分吸收：混合氣體中只有單一組分被液相吸收，：混合氣體中只有單一組分被液相吸收，其余組分因溶解度甚小其吸收量可忽略不計(jì)。其余組分因溶解度甚小其吸收量可忽略不計(jì)。 多組分吸收多組分吸收：有兩個(gè)或兩個(gè)以上組分被吸收。：有兩個(gè)或兩個(gè)以上組分被吸收。 溶解熱溶解熱：氣體溶解于液體時(shí)所釋放的熱量?；瘜W(xué)吸收：氣體溶解于液體時(shí)所釋放的熱量?；瘜W(xué)吸收時(shí)，還會有反應(yīng)熱。時(shí)，還會有反應(yīng)熱。 非等溫吸收非等溫吸收：體系溫度發(fā)生明顯變化的吸收過程。：體系溫度發(fā)生明顯變化的吸收過程。 等溫吸收等溫

11、吸收：體系溫度變化不顯著的吸收過程。：體系溫度變化不顯著的吸收過程。氣液兩相的接觸方式氣液兩相的接觸方式連續(xù)接觸連續(xù)接觸( (也稱微分接觸也稱微分接觸) )：氣、氣、液兩相的濃度呈連續(xù)變化。如填液兩相的濃度呈連續(xù)變化。如填料塔。料塔。溶劑b 級式接觸a a 微分接觸圖9-2 填料塔和板式塔氣體溶劑氣體級式接觸：級式接觸：氣、液兩相逐級接氣、液兩相逐級接觸傳質(zhì)，兩相的組成呈階躍變觸傳質(zhì)，兩相的組成呈階躍變化?；?。 如板式塔。如板式塔。散裝填料散裝填料塑料鮑爾環(huán)填料塑料鮑爾環(huán)填料規(guī)整填料規(guī)整填料 塑料絲網(wǎng)波紋填料塑料絲網(wǎng)波紋填料 氣體吸收是物質(zhì)氣體吸收是物質(zhì)自氣相到液相自氣相到液相的轉(zhuǎn)移，這是一種

12、的轉(zhuǎn)移，這是一種傳質(zhì)傳質(zhì)過程過程。 氣液兩相達(dá)到平衡氣液兩相達(dá)到平衡。 吸收與解吸吸收與解吸。 兩相的濃度兩相的濃度距離平衡愈遠(yuǎn)距離平衡愈遠(yuǎn)，則傳質(zhì)的，則傳質(zhì)的推動(dòng)力愈大，傳推動(dòng)力愈大，傳質(zhì)速率也愈大質(zhì)速率也愈大。一、氣體的溶解度一、氣體的溶解度氣液相平衡氣液相平衡 如果把氨氣和水共同封存在容器中，令體系的壓如果把氨氣和水共同封存在容器中，令體系的壓力和溫度維持一定，由于氨易溶于水，氨的分子力和溫度維持一定，由于氨易溶于水，氨的分子便穿越兩相界面進(jìn)入水中，但進(jìn)到水中的氨分子便穿越兩相界面進(jìn)入水中，但進(jìn)到水中的氨分子也會有一部分返回氣相，只不過剛開始的時(shí)候進(jìn)也會有一部分返回氣相，只不過剛開始的時(shí)

13、候進(jìn)多出少。水中溶解的氨量越多，濃度越大，氨分多出少。水中溶解的氨量越多，濃度越大，氨分子從溶液逸出的速率也就越大，直到最后，氨分子從溶液逸出的速率也就越大，直到最后，氨分子從氣相進(jìn)入液相的速率便等于它從液相返回氣子從氣相進(jìn)入液相的速率便等于它從液相返回氣相的速率，氨實(shí)際上便不再溶解進(jìn)水里，溶液的相的速率，氨實(shí)際上便不再溶解進(jìn)水里，溶液的濃度也就不再變化，這種狀態(tài)稱為濃度也就不再變化，這種狀態(tài)稱為相際動(dòng)平衡，相際動(dòng)平衡，簡稱相平衡或平衡簡稱相平衡或平衡。 氣體的溶解度氣體的溶解度 在溫度和壓力一定的條件下，平衡時(shí)的氣、液相組成具有在溫度和壓力一定的條件下，平衡時(shí)的氣、液相組成具有一一對應(yīng)關(guān)系。

14、一一對應(yīng)關(guān)系。 平衡狀態(tài)下氣相中溶質(zhì)的分壓稱為平衡狀態(tài)下氣相中溶質(zhì)的分壓稱為平衡分壓或飽和分壓平衡分壓或飽和分壓，與之對應(yīng)的液相濃度稱為平衡濃度或氣體在液體中的與之對應(yīng)的液相濃度稱為平衡濃度或氣體在液體中的溶解溶解度度。這時(shí)溶液已經(jīng)飽和，即達(dá)到了它在一定條件下的溶解這時(shí)溶液已經(jīng)飽和，即達(dá)到了它在一定條件下的溶解度，也就是指氣體在液相中的飽和濃度，習(xí)慣上以單位質(zhì)度，也就是指氣體在液相中的飽和濃度，習(xí)慣上以單位質(zhì)量（或體積）的液體中所含溶質(zhì)的質(zhì)量來表示，也表明一量（或體積）的液體中所含溶質(zhì)的質(zhì)量來表示，也表明一定條件下吸收過程可能達(dá)到的極限程度。定條件下吸收過程可能達(dá)到的極限程度。 在一定溫度下達(dá)

15、到平衡時(shí)，在一定溫度下達(dá)到平衡時(shí)，溶液的濃度隨氣體壓力的增加溶液的濃度隨氣體壓力的增加而增加而增加。如果要使一種氣體在溶液中里達(dá)到某一特定的濃。如果要使一種氣體在溶液中里達(dá)到某一特定的濃度，必須在溶液上方維持較高的平衡壓力。度，必須在溶液上方維持較高的平衡壓力。 氣體的溶解度與溫度有關(guān)，一般來說，氣體的溶解度與溫度有關(guān)，一般來說，溫度下降則氣體的溫度下降則氣體的溶解度增高溶解度增高。 溶解度曲線：溶解度曲線：在一在一定溫度、壓力下，平定溫度、壓力下，平衡時(shí)溶質(zhì)在氣相和液衡時(shí)溶質(zhì)在氣相和液相中的濃度的關(guān)系曲相中的濃度的關(guān)系曲線。線。溶解度溶解度/g(NH3)/1000g(H2O)1 0 01 0

16、 00 05005000 020204040606080801 01 00 0120120p pNHNH3 3/kPa/kPa50 50 o oCC40 40 o oCC30 30 o oCC20 20 o oCC10 10 o oCC0 0 o oCC120120溶解度溶解度/g(SOg(SO2 2)/1000g(H)/1000g(H2 2O)O)2502502002000 020204040606080801 01 00 0p pSOSO2 2/kPa/kPa150150100100505012012050 50 o oCC40 40 o oCC30 30 o oCC20 20 o oCC

17、10 10 o oCC0 0 o oCC當(dāng)總壓不太高時(shí)，一定溫度下的稀溶液的溶解度曲線近似當(dāng)總壓不太高時(shí)，一定溫度下的稀溶液的溶解度曲線近似為直線，即溶質(zhì)在液相中的溶解度與其在氣相中的分壓成為直線，即溶質(zhì)在液相中的溶解度與其在氣相中的分壓成正比。正比。式中：式中： p* 溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓，溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓，kPa； x 溶質(zhì)在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)；溶質(zhì)在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)； E 亨利系數(shù)，亨利系數(shù)，kPa。 Exp * 亨利定律亨利定律 亨利系數(shù)的值隨物系的特性及溫度而異；亨利系數(shù)的值隨物系的特性及溫度而異； 物系一定，物系一定，E 值一般隨溫度的上升而增大；值一般隨溫度的上升而增大；

18、E 值的大小代表了氣體在該溶劑中溶解的難易程度；值的大小代表了氣體在該溶劑中溶解的難易程度； 在同一溶劑中，難溶氣體在同一溶劑中，難溶氣體 E 值很大，易溶氣體值很大，易溶氣體 E 值很小；值很??； E 的單位與氣相分壓的壓強(qiáng)單位一致。的單位與氣相分壓的壓強(qiáng)單位一致。當(dāng)氣、液相溶質(zhì)濃度用其它組成表示法表示時(shí)，通過濃度當(dāng)氣、液相溶質(zhì)濃度用其它組成表示法表示時(shí)，通過濃度換算可得其它形式的亨利定律。常用的形式有換算可得其它形式的亨利定律。常用的形式有 y* 與組成為與組成為 x 的液相呈平衡的氣相中溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)；的液相呈平衡的氣相中溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)；c 溶質(zhì)在液相中的摩爾濃度，溶質(zhì)在液相中的摩爾濃度

19、，kmol/m3；m 相平衡常數(shù)；相平衡常數(shù)；H 溶解度系數(shù)；溶解度系數(shù)；kmol/(m3 kPa)； mxy *cHp1*三個(gè)比例系數(shù)之間的關(guān)系：三個(gè)比例系數(shù)之間的關(guān)系：PEm HcEm式中式中 cm 為溶液的總濃度（為溶液的總濃度（kmol/m3）。）。對于稀溶液，因溶質(zhì)的濃度很小，因此對于稀溶液，因溶質(zhì)的濃度很小，因此 cm = / Ms ，其中，其中 為溶液的密度，為溶液的密度，Ms 為溶劑的摩爾質(zhì)量。為溶劑的摩爾質(zhì)量。 smMc相對于氣相濃度相對于氣相濃度 y 而言，而言，液相濃度欠飽和液相濃度欠飽和(xy*)，溶質(zhì)溶質(zhì) A 由氣相由氣相向液相轉(zhuǎn)移。向液相轉(zhuǎn)移。氣、液相濃度氣、液相濃

20、度(y,x)在平在平衡線上方衡線上方(P點(diǎn)點(diǎn))：yxoy*=f(x)Pyxy*結(jié)論：結(jié)論：若系統(tǒng)氣、液相濃度若系統(tǒng)氣、液相濃度(y,x)在平衡線上方，則體系將在平衡線上方，則體系將發(fā)生從氣相到液相的傳質(zhì)，即吸收過程。發(fā)生從氣相到液相的傳質(zhì)，即吸收過程。x*釋放溶質(zhì)釋放溶質(zhì)吸收溶質(zhì)吸收溶質(zhì)相對于氣相濃度而言相對于氣相濃度而言實(shí)際液相濃度過飽和實(shí)際液相濃度過飽和(xx*)，故液相有釋放，故液相有釋放溶質(zhì)溶質(zhì) A 的能力。的能力。相對于液相濃度相對于液相濃度 x 而言而言氣 相 濃 度 為 欠 飽 和氣 相 濃 度 為 欠 飽 和(yy*)，溶質(zhì)溶質(zhì) A 由液相由液相向氣相轉(zhuǎn)移。向氣相轉(zhuǎn)移。氣、液相

21、濃度氣、液相濃度(y,x)在平在平衡線下方衡線下方(Q點(diǎn)點(diǎn))：yxoy*=f(x)Qyxy*結(jié)論：結(jié)論：若系統(tǒng)氣、液相濃度若系統(tǒng)氣、液相濃度(y,x)在平衡線下方，則體系將在平衡線下方，則體系將發(fā)生從液相到氣相的傳質(zhì)，即解吸過程。發(fā)生從液相到氣相的傳質(zhì)，即解吸過程。x*釋放溶質(zhì)釋放溶質(zhì)吸收溶質(zhì)吸收溶質(zhì)相對于氣相濃度而言液相對于氣相濃度而言液相 濃 度 為 平 衡 濃 度相 濃 度 為 平 衡 濃 度(x=x*)，故液相不釋放，故液相不釋放或吸收溶質(zhì)或吸收溶質(zhì) A。相對于液相濃度相對于液相濃度 x 而言而言氣相濃度為平衡濃度氣相濃度為平衡濃度(y=y*)，溶質(zhì)溶質(zhì) A 不發(fā)生不發(fā)生轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)移。氣

22、、液相濃度氣、液相濃度(y,x)處于處于平衡線上平衡線上(R點(diǎn)點(diǎn))：yxoy*=f(x)Ryxy*結(jié)論：結(jié)論：若系統(tǒng)氣、液相濃度若系統(tǒng)氣、液相濃度(y,x)處于平衡線上，則體系從處于平衡線上，則體系從宏觀上講將不會發(fā)生相際間的傳質(zhì)，即系統(tǒng)處于平宏觀上講將不會發(fā)生相際間的傳質(zhì)，即系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。衡狀態(tài)。x*對吸收而言：對吸收而言：若保持液相濃度若保持液相濃度 x 不變，氣相濃度不變，氣相濃度 y 最低只能降到與最低只能降到與之相平衡的濃度之相平衡的濃度 y*，即即 ymin=y*；若保持氣相濃度若保持氣相濃度 y 不變，則液相濃度不變，則液相濃度 x 最高也只能升最高也只能升高到與氣相濃度高到

23、與氣相濃度 y 相平衡的濃度相平衡的濃度 x*，即即 xmax=x*。yxoy*=f(x)Pyxy*x*yxoy*=f(x)Qyxy*x*對解吸而言：對解吸而言：若保持液相濃度若保持液相濃度 x 不變，氣相濃度不變，氣相濃度 y 最高只能升到與之相最高只能升到與之相平衡的濃度平衡的濃度 y*，即即 ymax=y*；若保持氣相濃度若保持氣相濃度 y 不變，則液相濃度不變，則液相濃度 x 最高也只能降到與最高也只能降到與氣相濃度氣相濃度 y 相平衡的濃度相平衡的濃度 x*，即即 xmin=x*。傳質(zhì)推動(dòng)力的表示方法傳質(zhì)推動(dòng)力的表示方法可以不同，但效果一樣。可以不同，但效果一樣。 (x*-x)：以液

24、相摩爾分以液相摩爾分?jǐn)?shù)差表示的傳質(zhì)推動(dòng)力。數(shù)差表示的傳質(zhì)推動(dòng)力。 對吸收過程：對吸收過程：(y-y*)：以氣相摩爾分?jǐn)?shù)以氣相摩爾分?jǐn)?shù)差表示的傳質(zhì)推動(dòng)力；差表示的傳質(zhì)推動(dòng)力；未達(dá)平衡的兩相接觸會發(fā)生相際間傳質(zhì)未達(dá)平衡的兩相接觸會發(fā)生相際間傳質(zhì)(吸收或解吸吸收或解吸)，離平，離平衡濃度越遠(yuǎn)，過程傳質(zhì)推動(dòng)力越大，傳質(zhì)過程進(jìn)行越快。衡濃度越遠(yuǎn)，過程傳質(zhì)推動(dòng)力越大，傳質(zhì)過程進(jìn)行越快。方法：方法：用氣相或液相濃度遠(yuǎn)離平衡的程度來表征氣液相際用氣相或液相濃度遠(yuǎn)離平衡的程度來表征氣液相際傳質(zhì)過程的推動(dòng)力。傳質(zhì)過程的推動(dòng)力。yxoy*=f(x)Pyxy*x*（y-y*）（x*-x）第三節(jié)第三節(jié) 傳質(zhì)機(jī)理與吸收速

25、率傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率 平衡關(guān)系平衡關(guān)系只能回答混合氣體中只能回答混合氣體中溶質(zhì)氣體能否溶質(zhì)氣體能否進(jìn)入液相進(jìn)入液相這個(gè)問題，這個(gè)問題，至于進(jìn)入液相速率大小至于進(jìn)入液相速率大小，卻無法解決，后者屬于卻無法解決，后者屬于傳質(zhì)的機(jī)理問題傳質(zhì)的機(jī)理問題。本。本節(jié)的內(nèi)容是結(jié)合吸收操作來說明節(jié)的內(nèi)容是結(jié)合吸收操作來說明傳質(zhì)的基本傳質(zhì)的基本原理原理，并導(dǎo)出，并導(dǎo)出傳質(zhì)的速率關(guān)系傳質(zhì)的速率關(guān)系，作為分析吸，作為分析吸收操作與計(jì)算吸收設(shè)備的依據(jù)。收操作與計(jì)算吸收設(shè)備的依據(jù)。 氣體吸收是溶質(zhì)先從氣相主體擴(kuò)散到氣液界氣體吸收是溶質(zhì)先從氣相主體擴(kuò)散到氣液界面，再從氣液界面擴(kuò)散到液相主體的傳質(zhì)過面，再從氣液界面擴(kuò)散到液

26、相主體的傳質(zhì)過程。程。 一、吸收傳質(zhì)理論一、吸收傳質(zhì)理論 吸收過程是溶質(zhì)由氣相向液相轉(zhuǎn)移的相際傳質(zhì)過程，可分吸收過程是溶質(zhì)由氣相向液相轉(zhuǎn)移的相際傳質(zhì)過程，可分為三個(gè)步驟：為三個(gè)步驟： 氣相主體氣相主體 液相主體液相主體 相界面相界面溶解溶解氣相擴(kuò)散氣相擴(kuò)散 液相擴(kuò)散液相擴(kuò)散 (1) (1) 溶質(zhì)由氣相主體擴(kuò)散至兩相界面氣相側(cè)溶質(zhì)由氣相主體擴(kuò)散至兩相界面氣相側(cè)( (氣相內(nèi)傳質(zhì)氣相內(nèi)傳質(zhì)) )；(2) (2) 溶質(zhì)在界面上溶解溶質(zhì)在界面上溶解( (通過界面的傳質(zhì)通過界面的傳質(zhì)) )；(3) (3) 溶質(zhì)由相界面液相側(cè)擴(kuò)散至液相主體溶質(zhì)由相界面液相側(cè)擴(kuò)散至液相主體( (液相內(nèi)傳質(zhì)液相內(nèi)傳質(zhì)) )。

27、分子擴(kuò)散與單相傳質(zhì)分子擴(kuò)散與單相傳質(zhì)單相內(nèi)傳遞方式：分子擴(kuò)散；對流擴(kuò)散單相內(nèi)傳遞方式：分子擴(kuò)散；對流擴(kuò)散 。分子擴(kuò)散與菲克定律分子擴(kuò)散與菲克定律分子擴(kuò)散分子擴(kuò)散：在靜止或滯流流體內(nèi)部，若某一組分存在濃度差，：在靜止或滯流流體內(nèi)部，若某一組分存在濃度差，則因分子無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)使該組分由濃度較高處傳遞至濃度則因分子無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)使該組分由濃度較高處傳遞至濃度較低處，這種現(xiàn)象稱為分子擴(kuò)散。較低處，這種現(xiàn)象稱為分子擴(kuò)散。氣相主體氣相主體 液相主體液相主體 相界面相界面溶解溶解氣相擴(kuò)散氣相擴(kuò)散 液相擴(kuò)散液相擴(kuò)散 擴(kuò)散通量擴(kuò)散通量：單位時(shí)間內(nèi)通過垂直于擴(kuò)散方向的單位截面積擴(kuò)散：單位時(shí)間內(nèi)通過垂直于擴(kuò)散方向

28、的單位截面積擴(kuò)散的物質(zhì)量，的物質(zhì)量，J表示，表示， kmol/(m2s)。 菲克定律菲克定律：溫度、總壓一定，組分：溫度、總壓一定，組分A在擴(kuò)散方向上任一點(diǎn)處在擴(kuò)散方向上任一點(diǎn)處的擴(kuò)散通量與該處的擴(kuò)散通量與該處A的濃度梯度成正比。的濃度梯度成正比。z zzcDJddAABAJA組分組分A擴(kuò)散速率（擴(kuò)散通量），擴(kuò)散速率（擴(kuò)散通量）， kmol/（m2s）；）； 組分組分A在擴(kuò)散方向在擴(kuò)散方向z上的濃度梯度（上的濃度梯度（kmol/m3）/m； zcddA DAB組分組分A在在B組分中的擴(kuò)散系數(shù)，組分中的擴(kuò)散系數(shù)，m2/s。 負(fù)號：表示擴(kuò)散方向與濃度梯度方向相反，擴(kuò)散沿著濃度降負(fù)號：表示擴(kuò)散方向與

29、濃度梯度方向相反，擴(kuò)散沿著濃度降低的方向進(jìn)行低的方向進(jìn)行 理想氣體：理想氣體：RTpcAAzpRTzcdd1ddAAzpRTDJddAABA分子擴(kuò)散兩種形式：等分子反向擴(kuò)散，單向擴(kuò)散。分子擴(kuò)散兩種形式：等分子反向擴(kuò)散，單向擴(kuò)散。1 1等分子反向擴(kuò)散及速率方程等分子反向擴(kuò)散及速率方程 (1)(1)等分子反向擴(kuò)散等分子反向擴(kuò)散JAJBT PpA2pB2T PpA1pB112等分子反向擴(kuò)散：任一截面處兩個(gè)組分的擴(kuò)散速率等分子反向擴(kuò)散：任一截面處兩個(gè)組分的擴(kuò)散速率 大小相等，方向相反。大小相等，方向相反。 zpRTDJddAABAzpRTDJddBBABBpppA總壓一定總壓一定 zpzpddddBA

30、 JA=JB DAB=DBA=D （2）等分子反向擴(kuò)散傳質(zhì)速率方程）等分子反向擴(kuò)散傳質(zhì)速率方程傳質(zhì)速率定義：任一固定的空間位置上，傳質(zhì)速率定義：任一固定的空間位置上， 單位時(shí)間單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的物質(zhì)量，記作內(nèi)通過單位面積的物質(zhì)量，記作N, kmol/(m2 s) 。 NA= zpRTDJddAA氣相：氣相：)(A2A1AcczDNNA= zcDJddAABA)(A2A1AppRTzDN液相：液相：（3 3）討論）討論1）21AAAppN2）組分的濃度與擴(kuò)散距離）組分的濃度與擴(kuò)散距離z成直線關(guān)系。成直線關(guān)系。 3）等分子反方向擴(kuò)散發(fā)生在蒸餾過程中。）等分子反方向擴(kuò)散發(fā)生在蒸餾過程中。 pp

31、B1pA1pA2pB2擴(kuò)散距離擴(kuò)散距離z0zp12JAJBNMcA/cNMcB/c總體流總體流動(dòng)動(dòng)NMNA（1）總體流動(dòng)：因溶質(zhì)擴(kuò)散）總體流動(dòng)：因溶質(zhì)擴(kuò)散 到界面溶解于溶劑中，造成界到界面溶解于溶劑中，造成界面與主體的微小壓差，使得混面與主體的微小壓差，使得混合物向界面處的流動(dòng)。合物向界面處的流動(dòng)。（2）總體流動(dòng)的特點(diǎn)：）總體流動(dòng)的特點(diǎn)：1）因分子本身擴(kuò)散引起的宏觀流動(dòng)。）因分子本身擴(kuò)散引起的宏觀流動(dòng)。2）A、B在總體流動(dòng)中方向相同，流動(dòng)速度正比于摩在總體流動(dòng)中方向相同，流動(dòng)速度正比于摩爾爾 分率。分率。 2 2單向擴(kuò)散及速率方程單向擴(kuò)散及速率方程ccNNAMMAccNNBMMB（3 3）單向

32、擴(kuò)散傳質(zhì)速率方程）單向擴(kuò)散傳質(zhì)速率方程ccNJBMB12JAJBNMcA/cNMcB/c總體流總體流動(dòng)動(dòng)NMNAccNJNAMAAccNJNBMBBccNJBMB0=0MANNccNzcDNAAAAddzcccDcNddAAA微分式微分式在氣相擴(kuò)散在氣相擴(kuò)散 RTpcAARTpc zpppRTDpNdd)(AAAA1A2AlnppppRTzDpNB1B2AlnppRTzDpN積分式積分式21)-(ddAA0AAAppzpppRTDpzNB2A2B1A1pppppB1B2B1B2Bmlnppppp)(lnlnB1B2B1B2A2A1B1B2B1B2B1B2ppppppRTzDpppppppRTz

33、DpNAS1S2S1S2Smlnccccc)(A2A1SmAcczcDcN積分式積分式)(A2A1BmAppRTzpDpN積分式積分式液相：液相：（4 4）討論）討論1 1）組分）組分A A的濃度與擴(kuò)散距離的濃度與擴(kuò)散距離z z為指數(shù)關(guān)系為指數(shù)關(guān)系 Bmpp2 2）Smcc、漂流因數(shù)，無因次漂流因數(shù)，無因次 B1B2B1B2Bmlnppppp漂流因數(shù)意義漂流因數(shù)意義：其大小反映了總體流動(dòng)對傳質(zhì)速率的：其大小反映了總體流動(dòng)對傳質(zhì)速率的影響程度，其值為總體流動(dòng)使傳質(zhì)速率較單純分子擴(kuò)影響程度，其值為總體流動(dòng)使傳質(zhì)速率較單純分子擴(kuò) 散增大的倍數(shù)。散增大的倍數(shù)。 1Bmpp1Smccu漂流因數(shù)的影響因素

34、：漂流因數(shù)的影響因素： 濃度高，漂流因數(shù)大，總體流動(dòng)的影響大。濃度高，漂流因數(shù)大，總體流動(dòng)的影響大。 低濃度時(shí)，漂流因數(shù)近似等于低濃度時(shí)，漂流因數(shù)近似等于1，總體流動(dòng)的影響，總體流動(dòng)的影響小。小。 3）單向擴(kuò)散體現(xiàn)在吸收過程中。）單向擴(kuò)散體現(xiàn)在吸收過程中。擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù)的意義：單位濃度梯度下的擴(kuò)散通量，擴(kuò)散系數(shù)的意義：單位濃度梯度下的擴(kuò)散通量，反映某組分在一定介質(zhì)中的擴(kuò)散能力，是物質(zhì)特反映某組分在一定介質(zhì)中的擴(kuò)散能力，是物質(zhì)特性常數(shù)之一；性常數(shù)之一；D，m2/s。 D的影響因素：溶質(zhì)的影響因素：溶質(zhì)A、惰性組分、惰性組分B、T、P、濃度濃度D的來源：查手冊；半經(jīng)驗(yàn)公式；實(shí)驗(yàn)測定的來源

35、：查手冊；半經(jīng)驗(yàn)公式；實(shí)驗(yàn)測定（1 1）氣相中的）氣相中的D D范圍：范圍：1010-5-51010-4-4m m2 2/s /s 經(jīng)驗(yàn)公式經(jīng)驗(yàn)公式D pDTpTDpTfD )(75. 1，（2 2）液相中的）液相中的D D范圍：范圍：1010-10-101010-9-9m m2 2/s /s D DTTDTfD )( ，傳質(zhì)理論傳質(zhì)理論-單相對流傳質(zhì)單相對流傳質(zhì)渦流擴(kuò)散：流體作湍流運(yùn)動(dòng)時(shí)，若流體內(nèi)部存在濃渦流擴(kuò)散：流體作湍流運(yùn)動(dòng)時(shí)，若流體內(nèi)部存在濃度梯度，流體質(zhì)點(diǎn)便會靠質(zhì)點(diǎn)的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，相互度梯度，流體質(zhì)點(diǎn)便會靠質(zhì)點(diǎn)的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，相互碰撞和混合，組分從高濃度向低濃度方向傳遞，這碰撞和混合，組

36、分從高濃度向低濃度方向傳遞，這種現(xiàn)象稱為渦流擴(kuò)散。種現(xiàn)象稱為渦流擴(kuò)散。 zcDJeeddA,AeJ,A渦流擴(kuò)散速率，渦流擴(kuò)散速率，kmol/(m2s)； eD渦流擴(kuò)散系數(shù)，渦流擴(kuò)散系數(shù)，m2/s。注意：渦流擴(kuò)散系數(shù)與分子擴(kuò)散系數(shù)不同，不是物性注意：渦流擴(kuò)散系數(shù)與分子擴(kuò)散系數(shù)不同，不是物性 常數(shù)，其值與流體流動(dòng)狀態(tài)及所處的位置有關(guān)常數(shù)，其值與流體流動(dòng)狀態(tài)及所處的位置有關(guān) ?？倲U(kuò)散通量：總擴(kuò)散通量：zc)D(DJeddAA傳質(zhì)理論傳質(zhì)理論-雙膜理論雙膜理論 由由W.K.Lewis 和和 W.G.Whitman 在上世紀(jì)二十年代提出，在上世紀(jì)二十年代提出，是最早出現(xiàn)的傳質(zhì)理論。雙膜理論的基本論點(diǎn)是：

37、是最早出現(xiàn)的傳質(zhì)理論。雙膜理論的基本論點(diǎn)是： (1) 相互接觸的兩流體間存在著穩(wěn)定的相界面，界面兩側(cè)相互接觸的兩流體間存在著穩(wěn)定的相界面，界面兩側(cè)各存在著一個(gè)很?。ǖ刃Ш穸确謩e為各存在著一個(gè)很?。ǖ刃Ш穸确謩e為 1 和和 2 ）的流體）的流體膜層。溶質(zhì)以分子擴(kuò)散方膜層。溶質(zhì)以分子擴(kuò)散方 式通過此兩膜層。式通過此兩膜層。(2) 相界面沒有傳質(zhì)阻力，相界面沒有傳質(zhì)阻力，即溶質(zhì)在相界面處的即溶質(zhì)在相界面處的濃度處于相平衡狀態(tài)濃度處于相平衡狀態(tài)。(3) 在膜層以外的兩相主在膜層以外的兩相主流區(qū)由于流體湍動(dòng)劇流區(qū)由于流體湍動(dòng)劇烈，傳質(zhì)速率高，傳烈，傳質(zhì)速率高，傳質(zhì)阻力可以忽略不計(jì)，質(zhì)阻力可以忽略不計(jì)，相

38、際的傳質(zhì)阻力集中相際的傳質(zhì)阻力集中在兩個(gè)膜層內(nèi)。在兩個(gè)膜層內(nèi)。 氣相主體氣相主體 液相主體液相主體 相界面相界面pi = ci / Hp 1 2pi ci c 氣氣膜膜液液膜膜雙膜理論雙膜理論 兩相相內(nèi)傳質(zhì)速率可用下面的形式表達(dá)為：兩相相內(nèi)傳質(zhì)速率可用下面的形式表達(dá)為： igAppkNcckNicABmGgpPRTDk1BmmLcccDk2DG、DL 溶質(zhì)組分在氣膜與液膜中的分子擴(kuò)散系數(shù)；溶質(zhì)組分在氣膜與液膜中的分子擴(kuò)散系數(shù)；P/pBm 氣相擴(kuò)散漂流因子；氣相擴(kuò)散漂流因子；cm/cBm 液相擴(kuò)散漂流因子；液相擴(kuò)散漂流因子； 1、 2 界面兩側(cè)氣液相等效膜層厚度，待定參數(shù)。界面兩側(cè)氣液相等效膜層

39、厚度，待定參數(shù)。 雙膜理論將兩流體相際傳質(zhì)過程簡化為經(jīng)兩膜層的穩(wěn)定分雙膜理論將兩流體相際傳質(zhì)過程簡化為經(jīng)兩膜層的穩(wěn)定分子擴(kuò)散的串聯(lián)過程。對吸收過程則為溶質(zhì)通過氣膜和液膜子擴(kuò)散的串聯(lián)過程。對吸收過程則為溶質(zhì)通過氣膜和液膜的分子擴(kuò)散過程。的分子擴(kuò)散過程。 按雙膜理論，傳質(zhì)系數(shù)與擴(kuò)散系數(shù)成正比，這與實(shí)驗(yàn)所按雙膜理論，傳質(zhì)系數(shù)與擴(kuò)散系數(shù)成正比，這與實(shí)驗(yàn)所得的關(guān)聯(lián)式地結(jié)果相差較大；得的關(guān)聯(lián)式地結(jié)果相差較大； 由此理論所得的傳質(zhì)系數(shù)計(jì)算式形式簡單，但等效膜層由此理論所得的傳質(zhì)系數(shù)計(jì)算式形式簡單，但等效膜層厚度厚度 1 和和 2 以及界面上濃度以及界面上濃度 pi 和和 ci 都難以確定；都難以確定； 雙膜

40、理論存在著很大的局限性，例如對具有自由相界面雙膜理論存在著很大的局限性，例如對具有自由相界面或高度湍動(dòng)的兩流體間的傳質(zhì)體系，相界面是不穩(wěn)定的，或高度湍動(dòng)的兩流體間的傳質(zhì)體系，相界面是不穩(wěn)定的，因此界面兩側(cè)存在穩(wěn)定的等效膜層以及物質(zhì)以分子擴(kuò)散因此界面兩側(cè)存在穩(wěn)定的等效膜層以及物質(zhì)以分子擴(kuò)散方式通過此兩膜層的假設(shè)都難以成立；方式通過此兩膜層的假設(shè)都難以成立； 該理論提出的雙阻力概念，即認(rèn)為傳質(zhì)阻力集中在相接該理論提出的雙阻力概念，即認(rèn)為傳質(zhì)阻力集中在相接觸的兩流體相中，而界面阻力可忽略不計(jì)的概念，在傳觸的兩流體相中，而界面阻力可忽略不計(jì)的概念，在傳質(zhì)過程的計(jì)算中得到了廣泛承認(rèn)，仍是傳質(zhì)過程及設(shè)備質(zhì)

41、過程的計(jì)算中得到了廣泛承認(rèn)，仍是傳質(zhì)過程及設(shè)備設(shè)計(jì)的依據(jù)；設(shè)計(jì)的依據(jù)； 本書后續(xù)部分也將以該理論為討論問題的基礎(chǔ)。本書后續(xù)部分也將以該理論為討論問題的基礎(chǔ)。 二、吸收速率方程式二、吸收速率方程式 吸收設(shè)備中進(jìn)行的傳質(zhì)過程為吸收設(shè)備中進(jìn)行的傳質(zhì)過程為吸收過程吸收過程，其傳質(zhì)速率即為，其傳質(zhì)速率即為吸收速率吸收速率，所對應(yīng)的傳質(zhì)速率方程即為，所對應(yīng)的傳質(zhì)速率方程即為吸收速率方程吸收速率方程。 氣體吸收因過程的復(fù)雜性，傳質(zhì)速率氣體吸收因過程的復(fù)雜性，傳質(zhì)速率(吸收速率吸收速率)一般難以一般難以理論求解，但遵循現(xiàn)象方程所描述的物理量傳遞的共性規(guī)理論求解，但遵循現(xiàn)象方程所描述的物理量傳遞的共性規(guī)律。律。

42、 根據(jù)推動(dòng)力及阻力可寫出速率關(guān)系式，單獨(dú)根據(jù)氣膜或液根據(jù)推動(dòng)力及阻力可寫出速率關(guān)系式，單獨(dú)根據(jù)氣膜或液膜的推動(dòng)力及阻力寫出的速率關(guān)系式稱為膜的推動(dòng)力及阻力寫出的速率關(guān)系式稱為氣膜或液膜吸收氣膜或液膜吸收速率方程式速率方程式，相應(yīng)的吸收系數(shù)稱為，相應(yīng)的吸收系數(shù)稱為膜系數(shù)或分系數(shù)膜系數(shù)或分系數(shù)，用，用k表示，與傳熱中的對流傳熱系數(shù)相當(dāng)。表示，與傳熱中的對流傳熱系數(shù)相當(dāng)。 p傳遞速率傳遞速率 = 推動(dòng)力推動(dòng)力/阻力阻力 = 傳遞系數(shù)傳遞系數(shù)過程推動(dòng)力過程推動(dòng)力igAppkN 氣相氣相(氣膜氣膜)傳質(zhì)速率方程傳質(zhì)速率方程對于穩(wěn)定吸收過程，可根據(jù)雙膜理論建立相際傳質(zhì)速率方對于穩(wěn)定吸收過程，可根據(jù)雙膜理論

43、建立相際傳質(zhì)速率方程程(總傳質(zhì)速率方程總傳質(zhì)速率方程)。類似于間壁式對流傳熱速率方程。類似于間壁式對流傳熱速率方程。 由于混合物的組成可用多種方式表示，對應(yīng)于每一種表達(dá)由于混合物的組成可用多種方式表示，對應(yīng)于每一種表達(dá)法都有與之相應(yīng)的傳質(zhì)速率方程。法都有與之相應(yīng)的傳質(zhì)速率方程。 液相液相(液膜液膜)傳質(zhì)速率方程傳質(zhì)速率方程cckNicA（一）、氣相傳質(zhì)速率方程（一）、氣相傳質(zhì)速率方程igAppkNiyAyykNiYAYYkNkg 推動(dòng)力為分壓差的氣相傳質(zhì)系數(shù)，推動(dòng)力為分壓差的氣相傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(s m2 kPa)；ky 推動(dòng)力為摩爾分率之差的氣相傳質(zhì)系數(shù)，推動(dòng)力為摩爾分率之差的氣相傳質(zhì)系

44、數(shù)，kmol/(s m2)；kY 推動(dòng)力為摩爾比濃度差的氣相傳質(zhì)系數(shù)，推動(dòng)力為摩爾比濃度差的氣相傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(s m2)；p、y、Y 溶質(zhì)溶質(zhì)A在氣相主體的分壓在氣相主體的分壓(kPa)、摩爾分率和摩爾摩爾分率和摩爾比；比；pi 、yi、Yi 溶質(zhì)溶質(zhì)A在界面氣相側(cè)的分壓在界面氣相側(cè)的分壓(kPa)、摩爾分率和摩爾分率和摩爾比。摩爾比。 氣相傳質(zhì)速率方程常用的表達(dá)形式有三種氣相傳質(zhì)速率方程常用的表達(dá)形式有三種 氣相液相相界面相界面yi xi yi =fe(xi)yx氣相傳質(zhì)速率方程氣相傳質(zhì)速率方程不同形式的傳質(zhì)速率方程物理意義一樣，都代表單位時(shí)間不同形式的傳質(zhì)速率方程物理意義一樣，都代

45、表單位時(shí)間內(nèi)通過單位界面面積傳遞的溶質(zhì)內(nèi)通過單位界面面積傳遞的溶質(zhì) A 的量；的量；傳質(zhì)系數(shù)與傳質(zhì)推動(dòng)力的表達(dá)方式有關(guān)，其倒數(shù)表達(dá)的是傳質(zhì)系數(shù)與傳質(zhì)推動(dòng)力的表達(dá)方式有關(guān)，其倒數(shù)表達(dá)的是氣相傳質(zhì)阻力；氣相傳質(zhì)阻力；注意：注意：不同單位的傳質(zhì)系數(shù)數(shù)值不同，但可根據(jù)組成表示不同單位的傳質(zhì)系數(shù)數(shù)值不同，但可根據(jù)組成表示法的相互關(guān)系進(jìn)行換算。法的相互關(guān)系進(jìn)行換算。例：例：當(dāng)氣相總壓不很高時(shí)，根據(jù)道爾頓分壓定律當(dāng)氣相總壓不很高時(shí)，根據(jù)道爾頓分壓定律 p=Py，有有 對對 y 值較小的低濃度吸收：值較小的低濃度吸收： )()()(iyigigAyykyyPkppkNgyPkk )1)(1 (iyYYYkkY

46、ykk gYPkk （二）、液相傳質(zhì)速率方程（二）、液相傳質(zhì)速率方程液相傳質(zhì)速率方程常用的表達(dá)形式也有三種液相傳質(zhì)速率方程常用的表達(dá)形式也有三種 kc 推動(dòng)力為摩爾濃度差的液相傳質(zhì)系數(shù)，推動(dòng)力為摩爾濃度差的液相傳質(zhì)系數(shù)，m/s；kx 推動(dòng)力為摩爾分率之差的液相傳質(zhì)系數(shù)，推動(dòng)力為摩爾分率之差的液相傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(s m2)；kX 推動(dòng)力為摩爾比之差的液相傳質(zhì)系數(shù)，推動(dòng)力為摩爾比之差的液相傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(s m2)；c、x、X 溶質(zhì)溶質(zhì)A在液相主體的摩爾濃度、摩爾分率和摩在液相主體的摩爾濃度、摩爾分率和摩爾比濃度；爾比濃度；ci、xi、Xi 溶質(zhì)溶質(zhì)A在界面液相側(cè)的摩爾濃度、摩爾分率和

47、在界面液相側(cè)的摩爾濃度、摩爾分率和摩爾比濃度。摩爾比濃度。 )(cckNicA)(xxkNixA)(XXkNiXA氣相液相相界面相界面yi xi yi =fe(xi)yx液相傳質(zhì)速率方程液相傳質(zhì)速率方程三個(gè)液相傳質(zhì)系數(shù)的倒數(shù)也分別為傳質(zhì)推動(dòng)力以不同組成三個(gè)液相傳質(zhì)系數(shù)的倒數(shù)也分別為傳質(zhì)推動(dòng)力以不同組成表示法表達(dá)時(shí)的液相傳質(zhì)阻力。表示法表達(dá)時(shí)的液相傳質(zhì)阻力。同樣，根據(jù)各種表示法的相互關(guān)系可推得同樣，根據(jù)各種表示法的相互關(guān)系可推得 式中式中 cm 為液相的總摩爾濃度。為液相的總摩爾濃度。cmxkck )1)(1 (ixXXXkkxXkkcmXkck液相濃度很低時(shí)：液相濃度很低時(shí)： （三）、相界面的

48、濃度（三）、相界面的濃度 在氣、液兩相內(nèi)傳質(zhì)速率的計(jì)算中，推動(dòng)力項(xiàng)中含有溶質(zhì)在氣、液兩相內(nèi)傳質(zhì)速率的計(jì)算中，推動(dòng)力項(xiàng)中含有溶質(zhì)在相界面的濃度在相界面的濃度 yi 和和 xi ，可用計(jì)算方法或作圖法得出?？捎糜?jì)算方法或作圖法得出。計(jì)算法：計(jì)算法：對穩(wěn)定的吸收過程，氣、液兩相內(nèi)傳質(zhì)速率應(yīng)相等。若兩對穩(wěn)定的吸收過程，氣、液兩相內(nèi)傳質(zhì)速率應(yīng)相等。若兩相濃度均以摩爾分?jǐn)?shù)表示，有相濃度均以摩爾分?jǐn)?shù)表示，有 當(dāng)當(dāng) kx 和和 ky 為定值時(shí)，在直角坐標(biāo)系中為定值時(shí)，在直角坐標(biāo)系中 yixi 關(guān)系是一條過關(guān)系是一條過定點(diǎn)（定點(diǎn)（x,y）而斜率為而斜率為 -kx/ky 的直線。的直線。 )()(xxkyykNi

49、xiyAyxiikkxxyy根據(jù)雙膜理論，界面處根據(jù)雙膜理論，界面處 yixi 應(yīng)滿足相平衡關(guān)系：應(yīng)滿足相平衡關(guān)系：若已知相平衡關(guān)系式以及氣、液相傳質(zhì)系數(shù)若已知相平衡關(guān)系式以及氣、液相傳質(zhì)系數(shù) ky、kx，將上兩將上兩式聯(lián)立就可求得當(dāng)氣、液相主體摩爾分率為式聯(lián)立就可求得當(dāng)氣、液相主體摩爾分率為 y、x 時(shí)所對應(yīng)時(shí)所對應(yīng)的界面處氣、液相摩爾分率的界面處氣、液相摩爾分率 yi、xi。 ieixfy 相界面的濃度相界面的濃度 作圖法：作圖法：yxoy*=f(x)斜率=-kx/kyyxy*x*xiyiA氣相液相相界面yi xi yi =fe(xi)yxiyxixxkkyy ieixfy yi、xi 為

50、直線為直線 與平衡線與平衡線 的交點(diǎn)的交點(diǎn)坐標(biāo)，直線上坐標(biāo)，直線上 A 點(diǎn)坐標(biāo)為與之對應(yīng)的氣、液主體流的摩爾點(diǎn)坐標(biāo)為與之對應(yīng)的氣、液主體流的摩爾分?jǐn)?shù)分?jǐn)?shù) y、x。 （四）、總傳質(zhì)速率方程（四）、總傳質(zhì)速率方程 傳遞過程的傳遞過程的阻力具有加和性阻力具有加和性。若以雙膜理論為依據(jù)，則吸收過程的傳質(zhì)總阻力是氣相傳質(zhì)若以雙膜理論為依據(jù)，則吸收過程的傳質(zhì)總阻力是氣相傳質(zhì)阻力與液相傳質(zhì)阻力之和阻力與液相傳質(zhì)阻力之和(相界面無阻力相界面無阻力)?？倐髻|(zhì)速率為總傳質(zhì)推動(dòng)力總傳質(zhì)速率為總傳質(zhì)推動(dòng)力(y-y*)與總的傳質(zhì)阻力與總的傳質(zhì)阻力(1/Ky)之比。之比。相平衡關(guān)系為直線相平衡關(guān)系為直線 對稀溶液，物系的

51、相平衡關(guān)系服從亨利定律對稀溶液，物系的相平衡關(guān)系服從亨利定律 y*=mx。*yykmNixAiyAyykNxyxyiiAkmkyykmkyyyyN11*xyykmkK11*1yyKKyyNyyA氣相：氣相： 液相：液相： 相際：相際： 比較可得：比較可得： 總傳質(zhì)速率方程總傳質(zhì)速率方程 以氣相為基準(zhǔn)的總傳質(zhì)速率方程以氣相為基準(zhǔn)的總傳質(zhì)速率方程*yyKNyAKy 是以是以 (y-y*) 為推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)，單位為為推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)，單位為 kmol/(s m2)，其倒數(shù)為氣、液兩相傳質(zhì)總阻力。其倒數(shù)為氣、液兩相傳質(zhì)總阻力?？倐髻|(zhì)系數(shù)總傳質(zhì)系數(shù) Ky（相際傳質(zhì)系數(shù)）與相內(nèi)傳質(zhì)系數(shù)相際傳質(zhì)系數(shù)）

52、與相內(nèi)傳質(zhì)系數(shù) kx、ky 的的關(guān)系式，實(shí)質(zhì)表達(dá)了總傳質(zhì)阻力關(guān)系式，實(shí)質(zhì)表達(dá)了總傳質(zhì)阻力 1/Ky 等于氣相傳質(zhì)阻力等于氣相傳質(zhì)阻力 1/ky 與液相傳質(zhì)阻力與液相傳質(zhì)阻力 m/kx 之和。之和。因?yàn)榭傋枇σ驗(yàn)榭傋枇?1/Ky 以氣相為基準(zhǔn)，所以液相阻力以氣相為基準(zhǔn)，所以液相阻力 1/kx 需乘以需乘以換算系數(shù)換算系數(shù) m。 (yi-y*) 項(xiàng)是與液相傳質(zhì)推動(dòng)力項(xiàng)是與液相傳質(zhì)推動(dòng)力 (xi-x) 相對應(yīng)的，可以看作是相對應(yīng)的，可以看作是以氣相濃度差的形式等價(jià)表示的液相傳質(zhì)推動(dòng)力。氣、液以氣相濃度差的形式等價(jià)表示的液相傳質(zhì)推動(dòng)力。氣、液傳質(zhì)總推動(dòng)力為兩相的相內(nèi)傳質(zhì)推動(dòng)力之和。傳質(zhì)總推動(dòng)力為兩相的相內(nèi)傳質(zhì)推動(dòng)力之和。xyykmkK11總傳質(zhì)速率方程總傳質(zhì)速率方程