氣體吸收-理論部分

2023/2/31第1章

氣體吸收2015年8月12日晚23時(shí)30分左右，天津?yàn)I海新區(qū)開(kāi)發(fā)區(qū)發(fā)生劇烈爆炸，爆炸火光沖天。國(guó)家地震臺(tái)網(wǎng)清晰記錄到了12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30秒，第二次震級(jí)更高，相當(dāng)于21噸TNT。等值換算，戰(zhàn)斧式巡航導(dǎo)彈的TNT當(dāng)量約為454千克，即第一次爆炸相當(dāng)于近7個(gè)戰(zhàn)斧式巡航導(dǎo)彈的能量，第二次爆炸的能量則接近于46個(gè)戰(zhàn)斧式巡航導(dǎo)彈落地爆炸。2023/2/32目前已檢測(cè)到氰化氫、甲苯、三氯甲烷和環(huán)氧乙烷等有毒氣體。氰化氫在空氣中的含量達(dá)到5.6%～12.8%時(shí)，具有爆炸性。氫氰酸屬于劇毒類(lèi)。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，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)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(guó)常把氰化氫作為毒氣室的殺人毒氣使用。2023/2/33氰化氫廢氣吸收塔用Na2CO3溶液吸收氫氰酸，再加入Fe與CN-離子反應(yīng)生成黃血鹽。2023/2/34吸收過(guò)程的概念

利用混合氣體中各組分(component)在液體中溶解度的差異而分離氣體混合物的單元操作稱(chēng)為吸收。吸收操作時(shí)某些易溶組分進(jìn)入液相形成溶液(solution)，不溶或難溶組分仍留在氣相(gasphase)，從而實(shí)現(xiàn)混合氣體的分離。

吸收的推動(dòng)力氣體吸收是混合氣體中某些組分在氣液相界面上溶解、在氣相和液相內(nèi)由濃度差推動(dòng)的傳質(zhì)過(guò)程。吸收劑氣體yx界面氣相主體液相主體相界面氣相擴(kuò)散液相擴(kuò)散yixi第一節(jié)概述相組成如何表示？2023/2/35相關(guān)概念吸收質(zhì)或溶質(zhì)：混合氣體中的溶解組分，以A表示。惰性氣體或載體：不溶或難溶組分，以B表示。吸收劑：吸收操作中所用的溶劑，以S表示。吸收液：吸收操作后得到的溶液，主要成分為溶劑S和溶質(zhì)A。吸收尾氣：吸收后排出的氣體，主要成分為惰性氣體B和少量的溶質(zhì)A。吸收過(guò)程在吸收塔中進(jìn)行，逆流操作吸收塔示意圖如右所示。

吸收塔混合氣(A+B)吸收液(A+S)吸收劑(S)吸收尾氣(A+B)2023/2/36貧油吸收塔含苯煤氣解吸塔過(guò)熱蒸汽冷凝器粗苯水冷卻器換熱器補(bǔ)充新鮮洗油富油脫苯煤氣工業(yè)吸收過(guò)程工業(yè)吸收過(guò)程實(shí)例：2023/2/37吸收劑的選擇吸收劑性能的優(yōu)劣，是決定吸收操作效果是否良好的關(guān)鍵。溶解度大；選擇性好；揮發(fā)度要小。此外所選用的溶劑盡可能滿(mǎn)足無(wú)腐蝕性，粘度小，無(wú)毒，不燃，價(jià)廉易得等條件。

2023/2/38吸收操作的用途制取產(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SO3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

。(2)分離混合氣體吸收劑選擇性地吸收氣體中某些組分以達(dá)到分離目的。如石油餾分裂解生產(chǎn)出來(lái)的乙烯、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、丙烯吸收，使與甲烷、氫分離開(kāi)來(lái)。(3)氣體凈化一類(lèi)是原料氣的凈化，即除去混合氣體中的雜質(zhì)。如合成氨原料氣脫H2S、脫CO2等；另一類(lèi)是尾氣處理和廢氣凈化以保護(hù)環(huán)境，如燃煤鍋爐煙氣，冶煉廢氣等脫除SO2，硝酸尾氣脫除NO2等。2023/2/39吸收操作的分類(lèi)物理吸收(physicalabsorption)：吸收過(guò)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相的過(guò)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。化學(xué)吸收(chemicalabsorption)：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碳、用稀硫酸吸收氨等過(guò)程?；瘜W(xué)反應(yīng)能大大提高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。單組分吸收：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)。多組分吸收：有兩個(gè)或兩個(gè)以上組分被吸收。溶解熱：氣體溶解于液體時(shí)所釋放的熱量。化學(xué)吸收時(shí)，還會(huì)有反應(yīng)熱。非等溫吸收：體系溫度發(fā)生明顯變化的吸收過(guò)程。等溫吸收：體系溫度變化不顯著的吸收過(guò)程。2023/2/310氣液兩相的接觸方式連續(xù)接觸(也稱(chēng)微分接觸)：氣、液兩相的濃度呈連續(xù)變化。如填料塔。級(jí)式接觸：氣、液兩相逐級(jí)接觸傳質(zhì)，兩相的組成呈階躍變化。如板式塔。散裝填料塑料鮑爾環(huán)填料規(guī)整填料塑料絲網(wǎng)波紋填料2023/2/311本章重點(diǎn)講解單組分的等溫物理吸收。

氣體吸收是物質(zhì)自氣相到液相的轉(zhuǎn)移，這是一種傳質(zhì)過(guò)程。氣液兩相達(dá)到平衡。吸收與解吸。兩相的濃度距離平衡愈遠(yuǎn)，則傳質(zhì)的推動(dòng)力愈大，傳質(zhì)速率也愈大。2023/2/312第二節(jié)氣—液相平衡

一、氣體的溶解度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)到水中的氨分子也會(huì)有一部分返回氣相，只不過(guò)剛開(kāi)始的時(shí)候進(jìn)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，溶液的濃度也就不再變化，這種狀態(tài)稱(chēng)為相際動(dòng)平衡，簡(jiǎn)稱(chēng)相平衡或平衡。2023/2/313氣體的溶解度在溫度和壓力一定的條件下，平衡時(shí)的氣、液相組成具有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。平衡狀態(tài)下氣相中溶質(zhì)的分壓稱(chēng)為平衡分壓或飽和分壓，與之對(duì)應(yīng)的液相濃度稱(chēng)為平衡濃度或氣體在液體中的溶解度。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(lái)表示，也表明一定條件下吸收過(guò)程可能達(dá)到的極限程度。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(lái)說(shuō)，溫度下降則氣體的溶解度增高。

2023/2/314溶解度曲線(xiàn)：在一定溫度、壓力下，平衡時(shí)溶質(zhì)在氣相和液相中的濃度的關(guān)系曲線(xiàn)。溶解度/[g(NH3)/1000g(H2O)]1000500020406080100120pNH3/kPa50oC40oC30oC20oC10oC0oC120溶解度/[g(SO2)/1000g(H2O)]250200020406080100pSO2/kPa1501005012050oC40oC30oC20oC10oC0oC2023/2/315二、亨利定律當(dāng)總壓不太高時(shí)，一定溫度下的稀溶液的溶解度曲線(xiàn)近似為直線(xiàn)，即溶質(zhì)在液相中的溶解度與其在氣相中的分壓成正比。式中：p*——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)；E——亨利系數(shù)，kPa?！嗬珊嗬禂?shù)的值隨物系的特性及溫度而異；物系一定，E值一般隨溫度的上升而增大；E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E值很大，易溶氣體E值很??；E的單位與氣相分壓的壓強(qiáng)單位一致。2023/2/316當(dāng)氣、液相溶質(zhì)濃度用其它組成表示法表示時(shí)，通過(guò)濃度換算可得其它形式的亨利定律。常用的形式有y*——與組成為x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，kmol/m3；m——相平衡常數(shù)；H——溶解度系數(shù)；kmol/(m3kPa)；三個(gè)比例系數(shù)之間的關(guān)系：式中cm為溶液的總濃度（kmol/m3）。對(duì)于稀溶液，因溶質(zhì)的濃度很小，因此cm=/Ms，其中為溶液的密度，Ms為溶劑的摩爾質(zhì)量。2023/2/317三、相平衡關(guān)系在吸收過(guò)程中的應(yīng)用相對(duì)于氣相濃度y而言，液相濃度欠飽和(x<x*)，故液相有吸收溶質(zhì)A的能力。相對(duì)于液相濃度x而言，氣相濃度為過(guò)飽和(y>y*)，溶質(zhì)A由氣相向液相轉(zhuǎn)移。（一）、傳質(zhì)過(guò)程的方向

氣、液相濃度(y,x)在平衡線(xiàn)上方(P點(diǎn))：yxoy*=f(x)Pyxy*結(jié)論：若系統(tǒng)氣、液相濃度(y,x)在平衡線(xiàn)上方，則體系將發(fā)生從氣相到液相的傳質(zhì)，即吸收過(guò)程。x*釋放溶質(zhì)吸收溶質(zhì)2023/2/318相對(duì)于氣相濃度而言實(shí)際液相濃度過(guò)飽和(x>x*)，故液相有釋放溶質(zhì)A的能力。相對(duì)于液相濃度x而言氣相濃度為欠飽和(y<y*)，溶質(zhì)A由液相向氣相轉(zhuǎn)移。傳質(zhì)過(guò)程的方向氣、液相濃度(y,x)在平衡線(xiàn)下方(Q點(diǎn))：yxoy*=f(x)Qyxy*結(jié)論：若系統(tǒng)氣、液相濃度(y,x)在平衡線(xiàn)下方，則體系將發(fā)生從液相到氣相的傳質(zhì)，即解吸過(guò)程。x*釋放溶質(zhì)吸收溶質(zhì)2023/2/319相對(duì)于氣相濃度而言液相濃度為平衡濃度(x=x*)，故液相不釋放或吸收溶質(zhì)A。相對(duì)于液相濃度x而言氣相濃度為平衡濃度(y=y*)，溶質(zhì)A不發(fā)生轉(zhuǎn)移。傳質(zhì)過(guò)程的方向氣、液相濃度(y,x)處于平衡線(xiàn)上(R點(diǎn))：yxoy*=f(x)Ryxy*結(jié)論：若系統(tǒng)氣、液相濃度(y,x)處于平衡線(xiàn)上，則體系從宏觀上講將不會(huì)發(fā)生相際間的傳質(zhì)，即系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。x*2023/2/320（二）、傳質(zhì)過(guò)程的限度

對(duì)吸收而言：若保持液相濃度x不變，氣相濃度y最低只能降到與之相平衡的濃度y*，即ymin=y*；若保持氣相濃度y不變，則液相濃度x最高也只能升高到與氣相濃度y相平衡的濃度x*，即xmax=x*。yxoy*=f(x)Pyxy*x*2023/2/321傳質(zhì)過(guò)程的限度

yxoy*=f(x)Qyxy*x*對(duì)解吸而言：若保持液相濃度x不變，氣相濃度y最高只能升到與之相平衡的濃度y*，即ymax=y*；若保持氣相濃度y不變，則液相濃度x最高也只能降到與氣相濃度y相平衡的濃度x*，即xmin=x*。2023/2/322傳質(zhì)推動(dòng)力的表示方法可以不同，但效果一樣。(x*-x)：以液相摩爾分?jǐn)?shù)差表示的傳質(zhì)推動(dòng)力。對(duì)吸收過(guò)程：(y-y*)：以氣相摩爾分?jǐn)?shù)差表示的傳質(zhì)推動(dòng)力；（三）、傳質(zhì)過(guò)程的推動(dòng)力未達(dá)平衡的兩相接觸會(huì)發(fā)生相際間傳質(zhì)(吸收或解吸)，離平衡濃度越遠(yuǎn)，過(guò)程傳質(zhì)推動(dòng)力越大，傳質(zhì)過(guò)程進(jìn)行越快。方法：用氣相或液相濃度遠(yuǎn)離平衡的程度來(lái)表征氣液相際傳質(zhì)過(guò)程的推動(dòng)力。yxoy*=f(x)Pyxy*x*（y-y*）（x*-x）2023/2/323第三節(jié)傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率

平衡關(guān)系只能回答混合氣體中溶質(zhì)氣體能否進(jìn)入液相這個(gè)問(wèn)題，至于進(jìn)入液相速率大小，卻無(wú)法解決，后者屬于傳質(zhì)的機(jī)理問(wèn)題。本節(jié)的內(nèi)容是結(jié)合吸收操作來(lái)說(shuō)明傳質(zhì)的基本原理，并導(dǎo)出傳質(zhì)的速率關(guān)系，作為分析吸收操作與計(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)散到氣液界面，再?gòu)臍庖航缑鏀U(kuò)散到液相主體的傳質(zhì)過(guò)程。2023/2/324一、吸收傳質(zhì)理論

吸收過(guò)程是溶質(zhì)由氣相向液相轉(zhuǎn)移的相際傳質(zhì)過(guò)程，可分為三個(gè)步驟：氣相主體液相主體相界面溶解氣相擴(kuò)散液相擴(kuò)散(1)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))；(2)溶質(zhì)在界面上溶解(通過(guò)界面的傳質(zhì))；(3)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))。2023/2/325(一)、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(duì)流擴(kuò)散。分子擴(kuò)散與菲克定律分子擴(kuò)散：在靜止或滯流流體內(nèi)部，若某一組分存在濃度差，則因分子無(wú)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(chēng)為分子擴(kuò)散。2023/2/326氣相主體液相主體相界面溶解氣相擴(kuò)散液相擴(kuò)散擴(kuò)散通量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)垂直于擴(kuò)散方向的單位截面積擴(kuò)散的物質(zhì)量，J表示，kmol/(m2·s)。菲克定律：溫度、總壓一定，組分A在擴(kuò)散方向上任一點(diǎn)處的擴(kuò)散通量與該處A的濃度梯度成正比。z2023/2/327JA——組分A擴(kuò)散速率（擴(kuò)散通量），kmol/（m2·s）；

—組分A在擴(kuò)散方向z上的濃度梯度（kmol/m3）/m；

DAB——組分A在B組分中的擴(kuò)散系數(shù)，m2/s。負(fù)號(hào)：表示擴(kuò)散方向與濃度梯度方向相反，擴(kuò)散沿著濃度降低的方向進(jìn)行2023/2/328理想氣體：2023/2/329單相分子擴(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．等分子反向擴(kuò)散及速率方程(1)等分子反向擴(kuò)散JAJBTPpA2pB2TPpA1pB1122023/2/330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。總壓一定2023/2/331

JA=－JB

DAB=DBA=D（2）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，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的物質(zhì)量，記作N,kmol/(m2·s)。NA=氣相：2023/2/332NA=液相：（3）討論1）2023/2/3332）組分的濃度與擴(kuò)散距離z成直線(xiàn)關(guān)系。3）等分子反方向擴(kuò)散發(fā)生在蒸餾過(guò)程中。ppB1pA1pA2pB2擴(kuò)散距離z0zp2023/2/33412JAJBNMcA/cNMcB/c總體流動(dòng)NMNA（1）總體流動(dòng)：因溶質(zhì)Ａ擴(kuò)散到界面溶解于溶劑中，造成界面與主體的微小壓差，使得混合物向界面處的流動(dòng)。（2）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)。2）A、B在總體流動(dòng)中方向相同，流動(dòng)速度正比于摩爾分率。2．單向擴(kuò)散及速率方程2023/2/335（3）單向擴(kuò)散傳質(zhì)速率方程12JAJBNMcA/cNMcB/c總體流動(dòng)NMNA=0——微分式2023/2/336在氣相擴(kuò)散——積分式2023/2/3372023/2/338——積分式——積分式液相：（4）討論1）組分A的濃度與擴(kuò)散距離z為指數(shù)關(guān)系2）、——漂流因數(shù)，無(wú)因次2023/2/339漂流因數(shù)意義：其大小反映了總體流動(dòng)對(duì)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)散增大的倍數(shù)。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。低濃度時(shí)，漂流因數(shù)近似等于1，總體流動(dòng)的影響小。3）單向擴(kuò)散體現(xiàn)在吸收過(guò)程中。2023/2/340擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù)的意義：?jiǎn)挝粷舛忍荻认碌臄U(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)特性常數(shù)之一；D，m2/s。D的影響因素：溶質(zhì)A、惰性組分B、T、P、濃度D的來(lái)源：查手冊(cè)；半經(jīng)驗(yàn)公式；實(shí)驗(yàn)測(cè)定2023/2/341（1）氣相中的D范圍：10-5～10-4m2/s經(jīng)驗(yàn)公式（2）液相中的D范圍：10-10～10-9m2/s2023/2/342傳質(zhì)理論--單相對(duì)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)部存在濃度梯度，流體質(zhì)點(diǎn)便會(huì)靠質(zhì)點(diǎn)的無(wú)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，這種現(xiàn)象稱(chēng)為渦流擴(kuò)散。2023/2/343——渦流擴(kuò)散速率，kmol/(m2·s)；——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，不是物性常數(shù)，其值與流體流動(dòng)狀態(tài)及所處的位置有關(guān)。總擴(kuò)散通量：2023/2/344傳質(zhì)理論--雙膜理論

由W.K.Lewis和W.G.Whitman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：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1

和2

）的流體膜層。溶質(zhì)以分子擴(kuò)散方

式通過(guò)此兩膜層。(2)相界面沒(méi)有傳質(zhì)阻力，即溶質(zhì)在相界面處的濃度處于相平衡狀態(tài)。(3)在膜層以外的兩相主流區(qū)由于流體湍動(dòng)劇烈，傳質(zhì)速率高，傳質(zhì)阻力可以忽略不計(jì)，相際的傳質(zhì)阻力集中在兩個(gè)膜層內(nèi)。氣相主體液相主體相界面pi=ci/Hp12pi

ci

c氣膜液膜2023/2/345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：DG、DL——溶質(zhì)組分在氣膜與液膜中的分子擴(kuò)散系數(shù)；P/pBm——?dú)庀鄶U(kuò)散漂流因子；cm/cBm——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)。雙膜理論將兩流體相際傳質(zhì)過(guò)程簡(jiǎn)化為經(jīng)兩膜層的穩(wěn)定分子擴(kuò)散的串聯(lián)過(guò)程。對(duì)吸收過(guò)程則為溶質(zhì)通過(guò)氣膜和液膜的分子擴(kuò)散過(guò)程。2023/2/346雙膜理論

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；由此理論所得的傳質(zhì)系數(shù)計(jì)算式形式簡(jiǎn)單，但等效膜層厚度1和2以及界面上濃度pi和ci都難以確定；雙膜理論存在著很大的局限性，例如對(duì)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，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(guò)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(guò)程的計(jì)算中得到了廣泛承認(rèn)，仍是傳質(zhì)過(guò)程及設(shè)備設(shè)計(jì)的依據(jù)；本書(shū)后續(xù)部分也將以該理論為討論問(wèn)題的基礎(chǔ)。2023/2/347二、吸收速率方程式吸收設(shè)備中進(jìn)行的傳質(zhì)過(guò)程為吸收過(guò)程，其傳質(zhì)速率即為吸收速率，所對(duì)應(yīng)的傳質(zhì)速率方程即為吸收速率方程。氣體吸收因過(guò)程的復(fù)雜性，傳質(zhì)速率(吸收速率)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)律。根據(jù)推動(dòng)力及阻力可寫(xiě)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(xiě)出的速率關(guān)系式稱(chēng)為氣膜或液膜吸收速率方程式，相應(yīng)的吸收系數(shù)稱(chēng)為膜系數(shù)或分系數(shù)，用k表示，與傳熱中的對(duì)流傳熱系數(shù)相當(dāng)。

傳遞速率=推動(dòng)力/阻力

=傳遞系數(shù)×過(guò)程推動(dòng)力2023/2/348傳質(zhì)速率方程

——?dú)庀?氣膜)傳質(zhì)速率方程對(duì)于穩(wěn)定吸收過(guò)程，可根據(jù)雙膜理論建立相際傳質(zhì)速率方程(總傳質(zhì)速率方程)。類(lèi)似于間壁式對(duì)流傳熱速率方程。由于混合物的組成可用多種方式表示，對(duì)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?！合?液膜)傳質(zhì)速率方程2023/2/349（一）、氣相傳質(zhì)速率方程kg—推動(dòng)力為分壓差的氣相傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(sm2kPa)；ky—推動(dòng)力為摩爾分率之差的氣相傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(sm2)；kY—推動(dòng)力為摩爾比濃度差的氣相傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(sm2)；p、y、Y—溶質(zhì)A在氣相主體的分壓(kPa)、摩爾分率和摩爾比；pi、yi、Yi—溶質(zhì)A在界面氣相側(cè)的分壓(kPa)、摩爾分率和摩爾比。氣相傳質(zhì)速率方程常用的表達(dá)形式有三種氣相液相相界面yixiyi=fe(xi)yx2023/2/350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)間內(nèi)通過(guò)單位界面面積傳遞的溶質(zhì)A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)的是氣相傳質(zhì)阻力；注意：不同單位的傳質(zhì)系數(shù)數(shù)值不同，但可根據(jù)組成表示法的相互關(guān)系進(jìn)行換算。例：當(dāng)氣相總壓不很高時(shí)，根據(jù)道爾頓分壓定律

p=Py，有對(duì)

y值較小的低濃度吸收：2023/2/351（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kc—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)，kmol/(sm2)；kX—推動(dòng)力為摩爾比之差的液相傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(sm2)；c、x、X—溶質(zhì)A在液相主體的摩爾濃度、摩爾分率和摩爾比濃度；ci、xi、Xi—溶質(zhì)A在界面液相側(cè)的摩爾濃度、摩爾分率和摩爾比濃度。氣相液相相界面yixiyi=fe(xi)yx2023/2/352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)系可推得式中cm為液相的總摩爾濃度。液相濃度很低時(shí)：2023/2/353（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)在相界面的濃度yi和

xi，可用計(jì)算方法或作圖法得出。計(jì)算法：對(duì)穩(wěn)定的吸收過(guò)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，有當(dāng)kx和ky為定值時(shí)，在直角坐標(biāo)系中yi~xi關(guān)系是一條過(guò)定點(diǎn)（x,y）而斜率為-kx/ky的直線(xiàn)。根據(jù)雙膜理論，界面處yi~xi應(yīng)滿(mǎn)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)ky、kx，將上兩式聯(lián)立就可求得當(dāng)氣、液相主體摩爾分率為y、x時(shí)所對(duì)應(yīng)的界面處氣、液相摩爾分率yi、xi。2023/2/354相界面的濃度

作圖法：yxoy*=f(x)斜率=-kx/kyyxy*x*xiyiA氣相液相相界面yixiyi=fe(xi)yxyi、xi為直線(xiàn)與平衡線(xiàn)的交點(diǎn)坐標(biāo)，直線(xiàn)上A點(diǎn)坐標(biāo)為與之對(duì)應(yīng)的氣、液主體流的摩爾分?jǐn)?shù)y、x。2023/2/355（四）、總傳質(zhì)速率方程

傳遞過(guò)程的阻力具有加和性。若以雙膜理論為依據(jù)，則吸收過(guò)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(相界面無(wú)阻力)?？倐髻|(zhì)速率為總傳質(zhì)推動(dòng)力(y-y*)與總的傳質(zhì)阻力(1/Ky)之比。相平衡關(guān)系為直線(xiàn)對(duì)稀溶液，物系的相平衡關(guān)系服從亨利定律y*=mx。氣相：液相：相際：比較可得：2023/2/356總傳質(zhì)速率方程

以氣相為基準(zhǔn)的總傳質(zhì)速率方程Ky是以(y-y*)

為推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)，單位為kmol/(sm2)，其倒數(shù)為氣、液兩相傳質(zhì)總阻力?？倐髻|(zhì)系數(shù)Ky（相際傳質(zhì)系數(shù)）與相內(nèi)傳質(zhì)系數(shù)kx、ky的關(guān)系式，