化工单元过程

化工单元过程及单元操作
目录
第一章化工过程与单元操作 (3)
第一节概述 (3)
第二节《化工原理》课程的内容、性质及任务 (3)
第三节单位与单位换算 (3)
第四节单元操作中常用的基本概念 (4)
第二章吸收 (7)
第一节概述 (7)
第二节气液相平衡 (9)
2-２-１气体在液体中的溶解度 (9)
2-2-３吸收速率方程 (11)
2-2-4吸收塔的计算 (11)
2-2-5吸收剂用量的计算 (11)
第三章蒸馏 (17)
第一节概述 (17)
第二节双组分溶液的气液相平衡 (17)
3.2.1 溶液的蒸汽压及拉乌尔定律 (17)
3.2.2 温度组成图（T—Y—X图） (18)
3.2.3 汽液相平衡图（Y—Ｘ图） (18)
3.2.4 双组分非理想溶液 (18)
3.2.5 挥发度及相对挥发度 (18)
第三节蒸馏与精馏原理 (19)
3．3．1 简单蒸馏与平衡蒸馏 (19)
3．3．2 精馏原理 (19)
第一章化工过程与单元操作
第一节概述
化学工业是将自然界的各种物质，经过化学和物理方法处理，制造成生产资料和生活资料的工业。

一种产品的生产过程中，从原料到成品，往往需要几个或几十个加工过程。

其中除了化学反应过程外，还有大量的物理加工过程。

化学工业产品种类繁多。

各种产品的生产过程中，使用着各种各样的物理加工过程。

根据它们的操作原理，可以归纳为应用较广的数个基本操作过程，如流体输送、搅拌、沉降、过滤、热交换、蒸发、结晶、吸收、蒸馏、萃取、吸附以及干燥等。

例如，乙醇、乙烯及石油等生产过程中，都采用蒸馏操作分离液体混合物，所以蒸馏为一基本操作过程。

又如合成氨、硝酸及硫酸等生产过程中，都采用吸收操作分离气体混合物，所以吸收也是一个基本操作过程。

又如尿素、聚氯乙烯及染料等生产过程中，都采用干燥操作以除去固体中的水分，所以干燥也是一个基本操作过程。

这些基本操作过程称为单元操作（unit operation）。

任何一种化工产品的生产过程，都是由若干单元操作及化学反应过程组合而成的。

每个单元操作，都是在一定的设备中进行的。

例如，吸收操作是在吸收塔内进行的；干燥操作是在干燥器内进行的。

单元操作不仅在化工生产中占有重要地位，而且在石油、轻工、制药及原子能等工业中也广泛应用。

第二节《化工原理》课程的内容、性质及任务
为学习化工单元操作而编写的教材，在我国习惯上称之为《化工原理》（Principles of Chemical Engineering）。

单元操作按其理论基础可分为下列三类：
（1）流体流动过程（fluid flow process）包括流体输送、搅拌、沉降、过滤等。

（2）传热过程（heat transfer process）包括热交换、蒸发等。

（3）传质过程（madd transfer process）包括吸收、蒸馏、萃取、吸附、干燥等。

流体流动时，其内部发生动量传递（momentum transfer），故流体流动过程也称为动量传递过程。

流体流动的基本原理，不仅是流体输送、搅拌、沉降及过滤的理论基础，也是传热与传质过程中各单元操作的理论基础，因为这些单元操作中的流体都处于流动状态。

传热的基本原理，不仅是热交换和蒸发的理论基础，也是传质过程中某些单元操作（例如干燥）的理论基础。

因为干燥操作中，不仅有质量传递而且有热量传递。

因此，流体力学、传热及传质的基本原理是各单元操作的理论基础。

《化工原理》是化工各专业学生必修的一门基础技术课程，其主要任务是介绍流体流动、传热、传质的基本原理及主要单元操作的典型设备构造、操作原理、计算、选型及实验研究方法；培养学生运用基础理论分析和解决化工单元操作中各种工程实际问题的能力。

第三节单位与单位换算
1.单位制
由于科学技术的迅速发展和国际学术交流的日益频繁，以及理科与工科的关系进一步密切，国际计量会议制定了一种国际上统一的国际单位制，其国际代号为SI（法文Syst｀eme International d′Unites的缩写）。

国际单位制中的单位是由基本单位、辅助单位和具有专门名称的导出单位构成的，分别列于表1、表2及表3中；国际单位制中用于构成十进倍数和分数单位的词头，列于表4中。

表1 国际单位制的基本单位
量的名称单位名称单位符号
长度米m
质量千克kg
时间秒s
电流安培 A
热力学温度开尔文K
物质的量摩尔mol
发光强度坎德拉cd
表2 国际单位制的辅助单位
量的名称单位名称单位符号
平面角弧度rad
立体角球面角sr
表3 国际单位制中具有专门名称的导出单位（只列出本书常用的单位）
量的名称单位名称单位符号其它表示式示例
频率赫兹Hz s－1
力；重力牛顿N ㎏·m/s2
压力（压强），应力帕斯卡Pa N/m2
能量，功，热焦耳J N·m
功率瓦特W J/s
摄氏温度摄氏度℃*
表4 用于构成十进倍数和分数单位的词头（只列出本书常用的词头）
所表示的因数词头名称词头符号所表示的因数词头名称词头符号106 兆M 10-1 分 d
103 千k 10-2 厘 c
102 百h 10-3 毫m
101 十da 10-4 微µ我国已开始实行法定计量单位。

法定计量单位是以国际单位制的单位为基础，根据我国的情况，适当增加了一些其他单位构成的。

国家选定的非国际单位制单位，列于表5中。

本书采用法定计量单位，但因目前常用的物理、化学数据和工程用数、表、列线图仍有许多是用物理制（CGS制）单位和工程单位，尚未换算过来，故本书兼用这些单位制中的个别单位（如例题、习题中），望注意这些单位，并要掌握单位的换算方法。

CGS与工程单位制中的基本单位如表6所示。

工程单位制中以“力”为基本量，用符号kgf表示。

表5 国家选定的非国际单位制单位（只列出本书常用的单位）
量的名称单位名称单位符号换算关系和说明
时间分min 1min=60s
小时h 1h=60min=3600s 天（日） d 1d=24h=86400s
平面角秒(") 1"=(π/648000)rad
分(') 1'=60"(π/108000)rad
度(°) 1°=60'(π/180)rad 旋转角度转每分r/min 1r/min=(1/60)s-1
质量吨t 1t=103kg
原子质量单位u 1u≈1.6605655×10-27kg
体积升L,(l) 1L=1dm3=10-3m3
表6 CGS制与工程制的基本单位
CGS制工程制
量的名称长度质量时间温度长度力时间温度单位符号cm g s ℃m kgf s ℃2.因次
法定计量单位中，基本量的长度、质量、时间、温度可分别用符号L、M、T、θ表示，
则导出量可由这些基本量的符号组合而成。

例如，速度可用［LT－1］、加速度用［LT－2］、
力用［MLT－2］表示。

若某物理量以［MaLbTc］表示，则称它为该物理量的因次或量纲（dimension）（严格地说，指数a、b、c称为因次，［MaLbTc］称为该物理量的因次式或量
纲式）。

它表示该物理量的单位与基本量的单位之间的关系。

当a＝b＝c＝0时，时［M0L0T0］
＝［1］，称为无因次（dimensionless）。

例如，液体的相对密度为该液体的密度与4℃时纯
水的密度之比值，其因次为［ML－3/ML－3］＝［M0L0］＝［1］，为无因次。

3.单位换算
同一物理量若用不同单位度量时，其数值需相应地改变。

这种换算称为单位换算。

法定
计量单位刚实行不久，由过去的CGS和工程单位制过渡到全部使用法定单位，还需要一段时
间。

因此，必须掌握这些单位间的换算关系。

单位换算时，需要换算因数。

化工中常用单位
的换算因数，可从本教材附录中查得。

要特别注意工程单位制中的“力”的单位kgf与国际
单位制中“力”的单位N之间的换算关系，在这里对这两个单位的换算关系作简要说明。

若物体受地心引力作用产生a＝9.80665m/s2的重力加速度（国际标准重力加速度，即
在北纬45海面上的重力加速度），则作用于质量为m＝1kg的物体上的重力为
F＝ma＝1×9.80665＝9.80665N
物体在重力场中所受的重力，就是该物体的重量。

因此，工程单位制中是把SI中的
9.80665N重量，作为其1kgf重量，故有1kgf＝9.80665N 由于质量为1kg物体的重量为
1kgf，所以工程单位制中的重量与SI中的质量数值相等。

例1 通用气体常数R＝0.08206L·atm/mol·°K，试用法定单位J/mol·K表示。

解从单位换算表查得1L＝10-3m3 ， 1atm＝1.013×105Pa
因此，得 R＝0.08206×10-3 × 1.013×105＝8.313m3·Pa/mol·K
从单位换算表查得 1Pa＝1N/m2＝1N·m/m3＝1J/m3
因此，得 R＝8.313J/mol·K
第四节单元操作中常用的基本概念
在研究化工单元操作时，经常用到下列五个基本概念，即物料衡算，能量衡算，物系的
平衡关系，传递速率及经济核算等。

这五个基本概念贯串于本课程的始终，在这里仅作简要
说明，详细内容见各章。

1.物料衡算
依据质量守恒定律，进入与离开某一化工过程的物料质量之差，等于该过程中累积的物
料质量，即
输入量－输出量＝累积量
对于连续操作的过程，若各物理量不随时间改变，即牌稳定操作状态时，过程中不应有物料的积累。

则物料衡算（material balance ）关系为 输入量＝输出量
用物料衡算式可由过程的已知量求出未知量。

物料衡算可按下列步骤进行：（1）首先根据题意画出各物流的流程示意图，物料的流向用箭头表示，并标上已知数据与待求量。

（2）在写衡算式之前，要计算基准，一般选用单位进料量或排料量、时间及设备的单位体积等作为计算的基准。

在较复杂的流程示意图上应圈出衡算的范围，列出衡算式，求解未知量。

例1 用连续操作的蒸发器把含盐浓度为（质量分率）的衡盐水溶液蒸发到浓度为（质量分率）的浓盐水溶液，每小时衡盐水溶液的进料量为Fkg 。

试求每小时所得浓盐水溶液量W 及水分蒸发量V 各为多少。

解：各股物系的流程图如附图所示，计算基准取1，由于是连续稳定操作，总物料衡算
式为
F ＝V ＋W 溶质衡算式为 FxF=Wxw
由此两式解得 W=（xF/xw ）F ，V=（1-xF/xw ）F
例 1 附图
2.能量衡算
本教材中所用到的能量主要有机械能和热能。

能量衡算（energy balance ）的依据是能量守恒定律。

机械能衡算将在第一章流体流动中说明；热量衡算也将在传热、蒸馏、干燥等章中结合具体单元操作有详细说明。

热量衡算的步骤与物料衡算的基本相同。

3.物系的平衡关系
平衡状态是自然界中广泛存在的现象。

例如，在一定温度下，不饱和的食盐溶液与固体食盐接触时，食盐向溶液中溶解，直到溶液为食盐所饱和，食盐就停止溶解，此时固体食盐表面已与溶液成动平衡状态。

反之，若溶液中食盐浓度大于饱和浓度，则溶液中的食盐会析出，使溶液中的固体食盐结晶长大，最终达到平衡状态。

一定温度下食盐的饱和浓度，就是这个物系的平衡浓度。

当溶液中食盐的浓度低于饱和浓度，则固体食盐将向溶液中溶解。

当溶液中食盐的浓度大于饱和浓度，则溶液中溶解的食盐会析出，最终都会达到平衡状态。

从这个例子可以看出，平衡关系（equilibrium relation ）可以用来判断过程能否进行，以及进行的方向和能达到的限度。

4.传递速率
仍以食盐溶解为例说明。

食盐溶液中食盐浓度低时，溶解速率（单位时间内溶解的食盐质量）大；食盐浓度高时，溶解速率小。

当溶液达到饱和浓度（即平衡状态）时，不再溶解，即溶解速率为零。

由此可知，溶液浓度越是远离平衡浓度，其溶解速率就越大；溶液浓度越是接近平衡浓度，其溶解速率就越小。

溶液浓度与平衡浓度之差值，可以看作是溶解过程的推动力（driving force ）。

另外，由实验得知，把一个大食盐块破碎成许多小块，溶液由不搅拌改为搅拌，都能使溶解速率加快。

这是因为由大块改为许多小快，能使固体食盐与溶液的接触面积增大；由不搅拌改为搅拌，能使溶液质对流。

其结果能减小溶解过程的阻力（resistance ）。

因此，过程的传递速率（rate of transfer process ）与推动力成正比，与阻力成反比，即
=推动力
传递速率
阻力
这个关系类似于电学中欧姆定律。

过程的传递速率是决定化工设备的重要因素，传递速率大时，设备尺寸可以小。

5.经济核算
为生产定量的某种产品所需要的设备，根据设备的型式和材料的不同，可以有若干设计方案。

对同一台设备，所选用的操作参数不同，会影响到设备费与操作费。

因此，要用经济核算确定最经济的设计方案。

第二章吸收
第一节概述
在化工生产中，通常会遇到均相物系混合物的分离问题，即将这些混合物分离为较净或几乎纯态的物质。

利用原物系中各组分间某种物性的差异，从而将均相物系形成一个两相物质，达到分离的目的。

物质在相间的转移过程称为物质传递过程（简称传质过程）。

化学工业中常见的传质过程有蒸馏、吸收、干燥、萃取和吸附等单元操作。

利用气体中各组分在液相中溶解的差异而分离气体混合的操作称为吸收。

所用液体称为吸收剂（或溶剂）。

气体中被溶解的组分称为吸收质或溶质。

不被溶解的组分称为惰性气体或载体。

吸收操作是化学工业常用的分离方法，主要用于下列几方面：
（１）分离和净化原料气。

原料气在加工以前，其中无用的或有害的成分都要预先除去。

如从合成氨所用的原料气中健分离出ＣＯ２、ＣＯ、Ｈ２Ｓ等杂质。

（２）分离和吸收气体中的有用组分。

如从合成氨厂的放空气中用水回收氨；从焦炉煤气中以洗油回收粗苯（含甲苯、二甲苯等）蒸气和从某些干燥废气中回收有机溶剂蒸气等。

（３）某些产品的制取。

如制酸工业中用水分别吸收混合气体中的HCl、ＳＯ３和ＮＯ２制取盐酸、硫酸和硝酸。

（４）废气的治理。

生产过程中排放的废气往往含有对人体和环境有害的物质，如ＳＯ２、Ｈ２Ｓ等这类环境保护问题已愈来愈受重视。

选择适当的工艺和溶剂进行吸收是废气治理中应用较广的方法。

用吸收操作来进行气体混合物的分离时必须解决以下几方面的问题：
一、选择合适的溶剂。

吸收剂的性能是吸收操作良好与否的关键，选择时要从以下几方面来考虑：
１.对被吸收的组分要有较大的溶解度，且有较好的选择性。

即对溶质的溶解度要大，而对惰性气体几乎不溶解。

２.要有较低的蒸气压，以减少吸收过程中溶剂的挥发损失。

３要有较好的化学稳定性，以免使用过程中变质。

４腐蚀性要小,以减小设备费用和维修费。

５粘度要低，以利于传质及输送；比热要小，使再生时的耗热量较小；不易燃，以利于安全生产。

６吸收后的溶剂应易于再生。

实际上很难找到一种能满足以上所有要求的溶剂，因此，对可供选用的溶剂应作经济评价后作出合理的选择。

吸收与解吸流程
二、提供传质设备以利于实现气液两相的接触，使溶质从气相转移到液相。

生产中为了提高传质的效果，总是力求让两相接触充分，即尽可能增大两相的接触面积与湍动程度。

根据这个原则，吸收设备大致可分成两大类，即扳式塔和填料塔。

图７－１（Ａ）是板式塔的示意图。

塔内部由塔板分成许多层，各层之间有溢流管连通，可以让液体从上层流到下层。

板上有许多孔道，气体可以通过它们从下层升入上层。

气体在板上的液层内分散成许多小增加了两相的接触面积，且提高了液流瑞动程度。

液体从塔顶进入，两相逆流，在塔内的塔板上接触，溶质部分地溶解于溶剂中，故气体每向上经过一块塔扳，溶质浓度阶跃式地下降，溶剂从塔顶板下降,溶质浓度阶跃式地式板上升高。

图７－１（Ｂ）是填料塔，塔内充以诸如瓷环之类的填料层。

溶剂从塔顶进入，沿着填料的表面广为散布并逐渐下流。

气体通过各个填料的间隙上升，与液体作连续地逆流接触。

气相中的溶质不断地被吸收，浓度从下而上连续降低，液体则相反，其浓度从上而下连续地增高。

在吸收的过程中，如果溶剂中的气体不与溶剂发生明显的化学反应，所进行的操作称为物理吸收，如用水吸收ＣＯ２等。

若气体溶解后与溶剂或预先溶于溶剂里的其它物质进行化学反应，则称为化学吸收。

如用ＮａＯＨ溶液吸收CO2、ＳＯ２等。

按被吸收组分数目可分为单组分吸收和多组分吸收。

如制取盐酸、硫酸等为单组分吸收，回收苯、治理ＮＯ等为多组分吸收。

本章以介绍组分、等温、物理吸收为重点，以便掌握吸收操作的方法。

非等温、多组分、化学吸收在此不作介绍。

气体吸收是物质自气相到液的转移，是一种传质过程。

混合气体中某一组分能否进入溶剂里，
是由气体中该组分的分压Ｐ和溶剂里该组分的平衡蒸气压Ｐｅ来决定。

如果Ｐ＞Ｐｅ，这个组分便可自气相转移到液相，即被吸收。

由于转移的结果，溶液里这个组分的浓度便增高，其平衡汽压Ｐｅ也随着增高，到最后，当ｐ＝ｐｅ时。

传质过程就停止，这时称为气液两相达到平衡。

反之，若ｐｅ＞ｐ时，则这个组分便要从溶液中释放出来，即从液相转移到气相，这种情况称为解吸。

因此，要根据两相的平衡关系来判断传质过程的方向与极限。

且两相的浓度（对气体，以分压表示浓度）距离平衡愈远，则传质的推动力愈大，传质速率也愈大。

对吸收操作进行分析，应从气液两相的平衡关系与传质速率关系着手。

第二节气液相平衡
2-２-１气体在液体中的溶解度
溶质Ａ与溶剂接触，进行溶解的过程中，随着溶质在溶液中浓度Ｃ１的逐渐提高，传质速率将逐渐减慢，最后降到零，Ｃ１达到一最大限度Ｈ。

这时称气液达到了平衡，Ｈ称为平衡溶解度。

简称为溶解度。

溶解度随温度和溶质气体的分压不同而不同，平衡时溶质在气相中的分压称为平衡分压Ｐｅ。

溶质组分在两相中的组0成服从相平衡关系。

平衡分压Ｐｅ与溶解度间的关系如图５－２、５－３、５－４上的曲线所示，这些曲线称为溶解度曲线。

2－２－２亨利定律
一亨利定律
当总压不高（一般小于５×１０５N.Cm-2)时，在一定温度下，稀溶液上方溶质的平衡分压与其在液相中的浓度之间存在着如下的关系：
Pe=E·X (5-1)
式中: Pe---------溶质在气相中的平衡分压, KN/m2
X----------溶质在液相中的摩尔分率
E----------享利系数，kN/m2
式(5-1)表示溶液的浓度低于一定数值时溶质的平衡分压与它在溶液中的摩尔分率成正比。

亨利系数Ｅ值较大表示溶解度较小。

一般Ｅ值随温度的升高而增大。

常见气体的Ｅ值见附录１。

取用其它的气液相浓度表示时，亨利定律有以下几种表达形式:
Pe=C/H (5-2)
式中: C-----------液相中溶质的摩尔浓度, Kmol/m3 ;
H----------溶解度系数, kmol/m·kN;
在亨利定律适用的范围内,H是温度的函数,而与PE或C无关。

Ｈ值一般随温度升高减小。

ye==m·x (5-3)
式中: ye----------溶质在气相的摩尔分率;
m-----------相平衡常数,无因次。

ｍ值越大，表示溶解度越小。

在吸收过程中,常可认为惰性气体不溶于液相,溶剂也没有显著的气化现象,因而在吸收塔的任一截面上惰性气体和溶剂的摩尔流量均不发生变化,故以惰性气体和溶剂的量为其准,分别表示溶质在气液两相的浓度,以便简化吸收计算.因此,常将组成以摩尔比X、Ｙ表示。

摩尔比的定义为：
(5-4)
(5-4)
由式(5-4)和式(5-5)可知:
(5-6)
(5-7)
由式(5-6)和式(5-7)代入式(5-3)得:
(5-8)
当溶液浓度很低时,式(5-8)右端分母约等于1,于是上式可简化为:
Ye=mX (5-9)
二.亨利定律各系数之间的关系
1.H和E之间的关系
由式(5-1)和式(5-2)可得:
(A)
式中溶质的摩尔浓度CA可用摩尔分率表示。

溶液的总摩尔浓度:
溶液的总摩尔浓度C与溶质的摩尔浓度的关系为:
(B)
(C)
式中: L----------溶液的密度, kg/m3 ;
--------溶液的平均分子量, kg/kmol
对单一组分吸收,若溶质的分子量为M,溶剂的分子量为MS,则溶液的平均分子量:
=M·x+Ms·(1-x) (D)
式(C)和式(D)代入(B)得:
(E)
将式(E)代入式(A)得:
(F)
若气体吸收时所形成的溶液浓度一般比较低,X值一般很小,若其值小于0.05左右,上式则可简化。

式中M.x + MS·(1-x) = MS·(1-x) = MS
即溶液中的分子量可用溶剂的分子量代替。

这样，溶液的密度也可用溶剂的密度代替。

即：
ρL =ρS
于是,式(F)可近似写成:
(G)
把式（G）代入式（A），H和E之间的近似关系为
(5-10)
2 . E和m的换算
将式(5-1)和式（5－3）合并，并通过分压定律
得出
（5－11）
2-2-３吸收速率方程
１、吸收分速率方程
根据上述的双膜理论，吸收质从气相转移到液相的吸收过程是：
气相主体分子扩散分子扩散液相主体
---------------------------->相界面----------->---------------
吸收质(A) 穿过气膜穿过液膜吸收质(A)
气相一方,其吸收速率,实质上就是吸收质穿过气膜的分子扩散速率。

液相一方,其吸收速率,实质上就是吸收质穿过液膜的分子扩散速率。

吸收质分子在气膜或液膜中的扩散就相当于吸收质分子在静止的或滞流流体中的扩散。

根据费克扩散理论，吸收质在稳定条件下的扩散速率与扩散系数Ｄ、扩散传质面积Ａ、扩散传质推动力（P - Pi ）及气体总压P成正比;与分子扩散距离Z、扩散层中的惰性质Ｂ的平均分压PBm成反比。

因此：
(5-16)
式中PBm影响吸收质(A)的扩散,是因为惰性质(B)分子的存在降低了吸收质(A)分子的自由
路径,因而对A的扩散起了阻碍作用。

式中的RT是由浓度C换算过来的.
若令则式(5-13) 变为: NA = KG (P - Pi ) (5-17)
此式称为气膜吸收速率方程,KG为气膜吸收分系数, 单位是Kmol/m2·S(KN/m2)
NA的单位是Kmol/m2·S
同样道理,在液相一侧的气液
界面处的吸质浓度为Ci ,液膜外的
液相主体吸收质浓度为C,可以导出
液膜吸收速率方程为:
NA = KL.(Ci - C) (5-15)
式中,KL称为液膜吸收分系数,其单
位为m/s 。

CAi-CA称为液膜吸收（图）
推动力.单位是kmol/m3。

上述式（５－１４）和式（５－１５）中的P - Pi ,Ci -C的关系可以从图5-6看出。

图中OE为气液平衡线,OE以上为溶液不饱和区。

以M点为例，该点对应于液相浓度Ｃ与气相吸收质分压Ｐ相接触；Pi 和Ci 同落在平衡线上一点(I )；与气相Ｐ成平衡的液相浓度为Ce ，与液相浓度Ｃ成平衡的气相浓度为Pe 。

显然，P>Pi , Ci >C , 或P>Pe ,Ce >C ,则A组分由气相转移到液相的过程将继续进行。

吸收是在稳定条件下进行，吸收质从气相传到界面不可能积累起来,而是以同样的速率向液相传递,因此: KG = (P - Pi ) ·A = KL (Ci - C) ·A
得: ,(5-18)
显然, (-KL /KG ) 为图中MI的斜率。

２、吸收总速率方程
在上述的吸收分速率方程中的Pi 和Ci 是难以测定的。

因此用为两式之一来计算吸收速率有困难。

对于吸收过程可以采用两相主体浓度的某种差值来表示总推动力, 即用P - Pe 或Ce - C来表示。

这就不限于主体与界面之间的关系。

因此,用P - Pe 或Ce - C表示吸收过程推动力的速率方程称为总吸收速率方程。

即: NA = KG (P - Pe ) = (P - Pe )/(1/KG) (5-19)
或NA = KL (Ce - C) = (Ce - C)/(1/KL ) (5-20)
式中: Pe ----与液相主体浓度CA 平衡的气相分压, kN/m2 ；
Ce ----与气相主体分压PA平衡的液相平衡浓度, kmol/m3;
KG----气相传质总系数, kmol/m2·S(KN/m2) ;
KL ----液相传质总系数, m/S。

1/KG 或1/KL 为跨过气膜与液膜的总阻力,KG或KL在吸收速率方程中的地位与K在传热总速率方程中的地位相类似。

３、吸收总系数与两相分系数的关系
稳定的吸收过程有：NA =KG (P - Pi ) = (P - Pi )/(1/KG );
=KL (Ci - C) = (Ci - C)/(1/KL ) (5-21)
式中1/KG为溶质通过气膜的阻力,1/KL为溶质通过液膜的阻力。

若物系服从亨利定律,则有: Pe = C/H 和Pi = Ci /H ,
即: C =H·Pe 和Ci = H·Pi
代入上式得:NA =(P - Pi )/(1/KG ) = (H·Pi - H·Pe )/(1/KL )
= (P- Pe )/(1/KG -1/H·KL ) (5-22)
与式(5-17)比较可知: 1/KG = 1/KG +1/H·KL = RG +RL (5-23) 吸收总阻力1/KG 是气膜阻力1/kG 与液膜阻力1/H.kL 两者之和。

由于kG 、KL单位为同,kL 与H相乘之后,H.kL 与KG 、KG 的单位就一致了。

用与上述相似的推导方法可得KL 与kG、kL的关系为:
1/KL = 1/kL +H/kG = RL’ +RG’ (5-24)
注意,KG和KL都是用来表示吸收传质的总系数,它们的倒数都表示吸收的总阻力,两者的数据不一样,是因为KL与KG的单位不一致。

对于易溶气体,其溶解度很大,即H值很大,1/H.kL相对1/kG来说小多了,故可略去不计, 则: ----------> KG 约等于kG ,这就是说,易溶气体的吸收速率主要由气相一方即气膜作用来控制,这叫做气膜控制过程。

对于难溶气体,其溶解度很低或较小,即H值很小,则H/kG相对1/kL来说要小得多,故可略去H/kG ,则:-------->KL约等于kL,这就是说,难溶气体的吸收速率主要由液相一方即液膜的作用来控制,这叫做液膜控制过程。

溶解度适中的气体,其吸收速率由两个膜起控制作用。

４、用摩尔比表示的吸收速率方程式
在进行吸收设备的计算时,以摩尔比表示组成浓度较为方便。

即将分压P或Pe转换为Y 或Ye ,将摩尔浓度C或Ce转换为X或Xe ,则可得到应用较为广泛的以
(Y - Ye )或(Xe - X)表示的总推动力的速率方程式。

( 1 ) 以(Y - Ye )表示的吸收速率方程式
若总压为P,溶质在气相的分压为: P = P.y
根据比摩尔分率的概念:
故P = P·Y/(1- Y) (5-25)
同理: Pe = P·ye = P·Ye/(1+Ye ) (5-26)
(5-27)
则: NA = (Y-Ye ) (5-28)
式中KY------以摩尔比之差(Y-Ye)为推动力的气相吸收总系数, Kmol/m2·S 。

式(5-28)为以总推动力(Y-Ye)表示的吸收速率方程式。

吸收总系数的倒数1/KY为跨过双膜的阻力。

当溶质在气相和液相中浓度很低时，
即Ｙ和Ye很小时,式(5-27)中分母(1+Y) ·(1+Ye) =1
则: KY =P·KG
（２）、以(Xe -X)表示总推动力的速率方程_。