传质机理吸收过程
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吸收过程的传质速率
ln p B 2 p B1
p p A1 p B1 p A2 p B 2
Dp N A RTZ
p A 1 p A 2 ln p B 2 p B2 p B1 p B1
或
NA
D RTZ
p p Bm
( p A1
p A2)
气相中组分A单 方向扩散时的 传质速率方程
液相：
PV nRT
c
p RT ,cA
NAKX(X*X)
总传质速率方程
NA
X* X 1 1
推动力 相间传质总阻力
kX mk Y
1/KX
1 1 1 KX kX mkY
相间传质总阻力＝气膜阻力+液膜阻力
KX—液相总传质系数，kmol/(m2·s)
111
KX kX mkY 1 m 1 KY kX kY
KX mKY
（二）气膜控制与液膜控制 （1）溶质的溶解度很大
传质速率＝液膜传质系数×（界面处的参数－液相主体的参数）
（三）气液两相界面的溶质组成
N A k Y (Y Yi ) N A kX(X i X ) Y Yi kX X X i kY
Xi、Yi的求解方法：
（1）若已知Y、X以及kX/KY,可与平衡关系Yi＝mXi
联立求解；
（2）作图法。
3）过渡区：
分子扩散+涡流扩散，pA随z的变化逐渐平缓。
活性炭吸附中的传质机理
活性炭吸附中的传质机理
活性炭是一种广泛应用于环境保护领域的功能材料，它通常被用来吸附各种有机和无机物。活性炭的吸附机理非常重要，因为它关系到物质在炭表面吸附和解吸的速率。而传质机制则是活性炭吸附机理的核心之一。
传质机制是指，从液相到炭粒表面的质量转移过程。它是有机物或无机物被吸附到活性炭表面的关键步骤。传质机制所涉及的物理化学过程包括：传递、扩散、溶解、反应和渗透。这些过程导致物质从液相进入活性炭中，最终形成吸附层。
传递是指物质在液相和固相(活性炭)之间的移动。它是物质分配在两相之间的第一步，在传质过程中起到了重要的作用。传递可以通过对流、润湿和静电效应实现。
扩散是一种质量转移的过程，它会导致物质从液相中向固相移动。扩散是吸附过程中最重要的传质机制之一。它通常依赖于物质的浓度梯度和温度，扩散调控了吸附的能力。此外，竞争吸附也会影响扩散速度。
溶解是指液相中固体物质的溶解行为。这种传质机制在液相中
往往是非常重要的。当活性炭暴露在有机物溶液中时，有机物将
溶解到液相中。这种物质在液相和固相之间的移动被称为物质进
行气体-液体平衡。
反应是活性炭去除污染物的过程中发生的过程之一。当吸附剂
与污染物接触时，化学反应可能发生在活性炭的表面，而此过程
也可以被视为一种传质机制。活性炭中的一些表面官能团可能会
吸附有效的分子，同时反应效果可能会受到溶液中氧气含量、温度、pH等各种参数的影响。
渗透是指液相渗透到固相的过程。液相通常沿着液膜和气膜穿
过两相界面，然后进入活性炭中。这种传质机制的影响取决于温
度和渗透压。
2传质机理与吸收速率
对流传质系数
2.2.6 吸收过程机理 先对对流传质过程作一定的假定，然后，根据假定建立描 述对流传质过程的数学模型，最后求解对流传质模型，即 可得出对流传质系数的计算式。
1、双膜模型 1923年惠特曼(Whiteman)提出，最早的 传质模型。 要点： 1、气液两相接触时，两相间存在稳定的 相界面，界面两侧各有一个很薄的停滞膜， 溶质A以分子扩散的方式通过此膜层。 2、在气液相界面处，气液两相处于平衡状态;在两个停滞膜以 外的气液两相主体中，由于流体的强烈湍动，各处浓度均匀一 致。 3、双膜理论将复杂的相际传质过程归结为两种流体停滞膜层 的分子扩散过程，依此模型，在相界面处及两相主体中均无传 质阻力存在。故，整个相际传质过程的阻力便全部集中在两个 停滞膜层内。因此，双膜模型又称双阻力模型。
后两种理论虽然用于具体过程的计算还有一定距离，但它 有助于更深刻地揭示过程进行的物理本质 —— 不稳定扩散 和表面更新，对寻求强化过程途径有一定指导意义。
2.2.3、液相中的稳态分子扩散
（1）液相中等分子反方向的扩散
D c A1 c A2 NA z
（2）液相中一组分通过另一停滞组分的扩散
D C c A1 c A2 NA z cBm
cBm cB 2 cB1 cB 2 ln cB1
2.2.4 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。 扩散系数是计算分子扩散通量的关键。同一物质的扩散系数 随介质的种类、温度、压力及组成的不同而变化。
2.2.6 吸收过程机理 先对对流传质过程作一定的假定，然后，根据假定建立描 述对流传质过程的数学模型，最后求解对流传质模型，即 可得出对流传质系数的计算式。
1、双膜模型 1923年惠特曼(Whiteman)提出，最早的 传质模型。 要点： 1、气液两相接触时，两相间存在稳定的 相界面，界面两侧各有一个很薄的停滞膜， 溶质A以分子扩散的方式通过此膜层。 2、在气液相界面处，气液两相处于平衡状态;在两个停滞膜以 外的气液两相主体中，由于流体的强烈湍动，各处浓度均匀一 致。 3、双膜理论将复杂的相际传质过程归结为两种流体停滞膜层 的分子扩散过程，依此模型，在相界面处及两相主体中均无传 质阻力存在。故，整个相际传质过程的阻力便全部集中在两个 停滞膜层内。因此，双膜模型又称双阻力模型。
后两种理论虽然用于具体过程的计算还有一定距离，但它 有助于更深刻地揭示过程进行的物理本质 —— 不稳定扩散 和表面更新，对寻求强化过程途径有一定指导意义。
2.2.3、液相中的稳态分子扩散
（1）液相中等分子反方向的扩散
D c A1 c A2 NA z
（2）液相中一组分通过另一停滞组分的扩散
D C c A1 c A2 NA z cBm
cBm cB 2 cB1 cB 2 ln cB1
2.2.4 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。 扩散系数是计算分子扩散通量的关键。同一物质的扩散系数 随介质的种类、温度、压力及组成的不同而变化。
化工基础 第三章 传质过程-I
稳定情况下，分子扩散速率的积分形式为：
N 分 DA (c1 c2 )
(3 I 1a)
式中： (c1 - c2) － 扩散组分的浓度差 [kmol/m3]；
δ － 扩散层厚度 [m]；
式（3-I-1a）也经常写成分子传质通量 [kmol/m2· s]
或 [kmol/ m2· h]的形式：
1-1 单相中的物质的扩散
物质在单相中的扩散有分子扩散和对流扩散两 种方式。 分子扩散是物质分子在静止流体或层流流体中 的扩散，相当于传热中的传导。 对流扩散是物质在湍流流体中发生质点位移的 结果，相当于传热中的对流。
分子扩散
（1）当流体作为整体是处于相对静止状态时，只要
流体内部组分在各部位上分布不均匀，也就是说有浓度 差存在，则由于分子运动的结果，组分的分子将扩散开 来，直到组分在流体内各处的浓度相等为止。 （2）工程上遇到的扩散过程，大多数是在流体处于 流动状态中进行的，在做层流运动的流体中，与流动方 向垂直的截面上如果存在着浓度差，则在此平面上的物
图 3-I-2 即为双膜理论示意
图。图形表明，这个理论假设 在界面两侧分别存在着有效膜
所以 pi 、 ci 的相对位置由相与 相的平衡关系所决定。
（气膜和液膜），在那里，物
质传递全部借助分子扩散来进 行，浓度梯度在两个层中的分 布是线性的，而在有效膜以外 浓度梯度消失，即假设折线 pGpi 和 ciHc 代表实际浓度变化 pBpi 和 ciEc 。膜层厚度假设为 L1 和 L2 。因为已假设界面上气、
吸收传质机理
（三）双膜理论的局限性
双膜理论对于那些具有固定传质界面的吸收
设备而言，具有重要的指导意义，为我们的 设计计算提供了重要的依据。
当气液两相接触时，两相之间有一个相界面，在相界面两侧
分别存在着呈层流流动的稳定膜层（有效层流膜层）。溶质必 须以分子扩散的形式连续的通过这两个膜层，膜层的厚度主要
随流速而变，流速愈大厚度愈小。
叶落
该理论反映出：膜层中
二、溶质渗透 理论
ci s
的浓度分布，是由瞬变过程
发展为稳定过程的；期间溶
c0 =0
质在膜中有积累。
NA
4 D
s
c Ai co
（2－29）
s——液体微团暴露于气相中的时间。
补充知识：了解
渗透理论；
定义：
当介质密度达到某一临界值, 渗透物突然能够从
一、双膜理论基本论点：
(1)当气、液两相接触时，两相间有一个相界面；界 面两侧分别存在着层流流动的稳定膜层——停滞膜， 溶质A以分子扩散的方式通过这两层膜，膜外的流 体仍是湍流流动；膜层厚度与流体流动状态有关。 (2)在相界面处，气液两相达平衡。 (3)在气液两相的主体中，由于流体充分湍动，物质 浓度均匀。
在相界面上气液两相相互成平衡。 在膜层以外的主体内，由于流体的充分湍动，溶质的浓度分
布均匀，可认为两相主体中的浓度梯度为零，即浓度梯度全部
化工单元操作-传质过程(吸收)
22填料类型填料类型按照材质不同可将填料分为陶瓷钢材塑料木材按照材质不同可将填料分为陶瓷钢材塑料木材等材料制成等材料制成按照在塔内安装方式不同可分为按照在塔内安装方式不同可分为散装乱堆填料和散装乱堆填料和规整整砌填料规整整砌填料按形状可分为拉西环鲍尔环阶梯环矩鞍形弧按形状可分为拉西环鲍尔环阶梯环矩鞍形弧鞍形波纹网填料等
•气液平衡时，溶质在液相 中的含量称为气体在液相 的平衡溶解度，简称溶解 度。气液平衡时，溶液上 方溶质的分压称为平衡分 压。
（三）亨利定律
• 当气、液相处于平衡状态时，溶质气 体在两相中的浓度存在着一定的分布 关系，这种关系可以用亨利定律来表 明。
• 在一定温度和总压不超过506.5kpa的情 况下，多数气体溶解后形成的溶液为 稀溶液，气液平衡时，溶质在液相中 的溶解度与其在气相中的平衡分压成 正比，这一规律称为亨利定律。
在以上的传质过程中，溶质在
界面上及气液主体中的传质阻 力很小，其阻力主要集中在气 膜和液膜中。因此要想强化吸 收，就要设法减小传质阻力， 即两膜的厚度。流速越大，气 膜和液膜的厚度越薄，故增大 流速，可以减少传质阻力，提 高吸收速率。
易溶气体：气膜控制 加快气相速率有利于吸收 难溶气体：液膜控制 加快液相速率有利于吸收
双膜理论的基本要点如下：
• （1）吸收过程中，气液两流体相共有 一个相界面（简称界面）。在相界面 的两侧分别为气膜和液膜，膜内流体 做层流流动。双膜以外的区域为气相 和液相主体。在两相主体中，流体做 湍流流动。
•气液平衡时，溶质在液相 中的含量称为气体在液相 的平衡溶解度，简称溶解 度。气液平衡时，溶液上 方溶质的分压称为平衡分 压。
（三）亨利定律
• 当气、液相处于平衡状态时，溶质气 体在两相中的浓度存在着一定的分布 关系，这种关系可以用亨利定律来表 明。
• 在一定温度和总压不超过506.5kpa的情 况下，多数气体溶解后形成的溶液为 稀溶液，气液平衡时，溶质在液相中 的溶解度与其在气相中的平衡分压成 正比，这一规律称为亨利定律。
在以上的传质过程中，溶质在
界面上及气液主体中的传质阻 力很小，其阻力主要集中在气 膜和液膜中。因此要想强化吸 收，就要设法减小传质阻力， 即两膜的厚度。流速越大，气 膜和液膜的厚度越薄，故增大 流速，可以减少传质阻力，提 高吸收速率。
易溶气体：气膜控制 加快气相速率有利于吸收 难溶气体：液膜控制 加快液相速率有利于吸收
双膜理论的基本要点如下：
• （1）吸收过程中，气液两流体相共有 一个相界面（简称界面）。在相界面 的两侧分别为气膜和液膜，膜内流体 做层流流动。双膜以外的区域为气相 和液相主体。在两相主体中，流体做 湍流流动。
化工原理第五章吸收(传质理论之一)超详细讲解
2 希望液相A的浓度高制取产品：则采用液 相循环吸收。
3 要分离和回收A：则采用吸收—解吸 联合流程。
吸收 — 解吸 联合流程
喷淋塔：
气相连续
4 吸收塔 液膜塔(填料塔)：气相连续
鼓泡塔：
液相连续
（1）喷淋塔
（2）填料塔
（3）鼓泡塔
六、吸收剂的选取原则：
高选择性、 低蒸气压、 低粘度、 低价格、 无毒无污染。
解：由于吸收前后混合气体总体积变化，以吸收前 混合气体总体积100m3为基准计算：
VNH3吸收=VNH3前-VNH3后 吸收前：VNH3前=V总前*20 %(yA1)=100*20% = 20 m3 吸收后：VNH3后=V总后(无法求得)*5% (yA2) 而: VB =V空气=100-20 =80 m3 (吸收前后VB不变)
溶解度的差异分离气体 速率：g l扩散速率
极限：达g l相平衡
化学吸收： A—S发生化学反应而分离气体
(本章只讨论物理吸收)
特点：强结合，不可逆 速率：反应或扩散速率 极限：化学平衡
五、吸收流程： 在连续操作的立式吸收塔中，气↑，液↓逆流
接触进行传质。
1 要使气相中A被吸收完 全-净化气体：则采用 单程(单塔或多塔)吸 收。
2 yA=nA/nT YA=yA/yB=nA/nB xA=n`A/n`T XA=xA/xS=n`A/nS 3 溶解度 mA—g(A)/100g(S)
3 要分离和回收A：则采用吸收—解吸 联合流程。
吸收 — 解吸 联合流程
喷淋塔：
气相连续
4 吸收塔 液膜塔(填料塔)：气相连续
鼓泡塔：
液相连续
（1）喷淋塔
（2）填料塔
（3）鼓泡塔
六、吸收剂的选取原则：
高选择性、 低蒸气压、 低粘度、 低价格、 无毒无污染。
解：由于吸收前后混合气体总体积变化，以吸收前 混合气体总体积100m3为基准计算：
VNH3吸收=VNH3前-VNH3后 吸收前：VNH3前=V总前*20 %(yA1)=100*20% = 20 m3 吸收后：VNH3后=V总后(无法求得)*5% (yA2) 而: VB =V空气=100-20 =80 m3 (吸收前后VB不变)
溶解度的差异分离气体 速率：g l扩散速率
极限：达g l相平衡
化学吸收： A—S发生化学反应而分离气体
(本章只讨论物理吸收)
特点：强结合，不可逆 速率：反应或扩散速率 极限：化学平衡
五、吸收流程： 在连续操作的立式吸收塔中，气↑，液↓逆流
接触进行传质。
1 要使气相中A被吸收完 全-净化气体：则采用 单程(单塔或多塔)吸 收。
2 yA=nA/nT YA=yA/yB=nA/nB xA=n`A/n`T XA=xA/xS=n`A/nS 3 溶解度 mA—g(A)/100g(S)
2传质机理及模型
溶质在单一相中的传递（对流传质），在不同流型的区域中， 有不同的机理。 同时存在两种传质机理：分子扩散与涡流扩散。
第一部分：分子扩散 一、分子扩散的概念
先看一个实验
A P, T
B P, T
流体之中的物质分子，由于在流体内部各部位存在浓度差，凭 借微观热运动，自发地从浓度高处向低处转移，直至其浓度在整个 流体空间中分布均匀的物质传递现象。 在这个过程中，扩散的快慢用单位时间内，单位面积上扩散的 物质的量来衡量，称为扩散通量（速度），kmol/(m2⋅s)。
物质在某个位置处的扩散通量，大小与该处的浓度梯度成正比。
改写为等式
dc A JA ∝ dz dc A J A = − D A, B dz
——费克定律（一维形式）
JA——组分A在z方向上的扩散通量，kmol/(m2⋅s)； dcA/dz——组分A在z方向上的浓度变化率（浓度梯度），kmol/m4； DA,B——组分A在介质B中的扩散系数，m2/s。
引言
气体吸收是溶质从气相转移到液相的传质过程。
尾气 Y2 吸收剂 X2
稳态连续操作的吸收塔，塔内 气液两相的组成沿塔高分布稳定。
l
Y(l)
X(l)
l
塔任意横截面上相接触的气液两 相，由于浓度不平衡，都在进行溶质 的稳态传递。
原料气
Y1
X1 吸收液
吸收塔任意横截面上，相互接触的气液两相，微观分析：
传质机理与吸收速率
pi
ci H
p c H
18
1.6 吸收速率方程式
1 N A ( Hk L
1 kG
)
p
p
令1 1 1 KG Hk L kG
KG：气相总吸收系数,kmol/(m2.s.kPa)
则 NA KG ( p p)
易溶气体，K G
k
，气膜控制
G
提高传质速率措施：提高气速，增大气体湍动程度
19
1.6 吸收速率方程式
B
NA
DP RTZ
ln
pB2 pB1
pA1 pB1 pA2 pB2 即pA1 pA2 pB2 pB1
NA
DP RTZ
p A1 pB2
pA2 pB1
ln
pB2 pB1
D RTZ
P
pB2
pB1 pA1
pA2
ln pB2
pB1
10
1.2 气相中的定态分子扩散
NA
D RTZ
化工原理
传质机理与吸收速率
1.1 分子扩散与菲克定律 1.2 气相中的定态分子扩散 1.3 液相中的定态分子扩散 1.4 对流传质 1.5 吸收过程的机理 1.6 吸收速率方程式
2
传质机理与吸收速率
吸收传质包括三步： ① 溶质由气相主体传递至相界面——气相内传递 ② 溶质在界面上发生溶解进入液相——溶解过程 ③ 由界面向液体主体传递——液相内传递
吸收传质机理
双膜理论 溶质渗透理论 表面更新理论
双膜理论
1923年由美国麻省理工学院教授W.K.刘易斯和 W.惠特曼提出的一种描述气液两相相际传质的模型。
双膜理论的基本论点：
①气液两流体间存在着稳定的相界面，界面两侧各有一有 效滞流膜层，分别称为气膜、液膜，吸收质以分子扩散的方 式通过此二膜层。
②在相界面处，气、液两相达到平衡。 ③在膜层以外的气，液两相中心区，流体充分湍流，吸收 质浓度是均匀，全部浓度变化集中在两相有效膜内。 ④质量传递过程是定态的。根据双膜理论，每一相的传质 分系数正比于传递组分在该相中的分子扩散系数，反比于层 流膜的厚度。相际传质的总阻力等于两相传质的分阻力之和。
这种理论与吸收传质的实验结果比较符合，其主要贡献 在于放弃了定态扩散的观点，揭示了过程的非定态特性，并 指出了液体定期混合对传质的作用。
表面更新理论
1951年英国人P.V.丹克沃茨提出这一理论。 他超脱了前两理论关于在界面两侧是两层无湍流旋涡的层 流膜概念。 两相的流体旋涡在界面上接触一定的时间进行传质后，又 由于湍流的作用分别被带回各自的流体主流中去。这样就使 两相的接触界面不断更新。湍流愈激烈，表面更新也愈频繁。
吸收传质机理
a. 吸收过程两相间物质传递的三个步骤： ①溶质由气相主体传递到两相界面，即气源自文库内物质传递。 ②溶质在界面上溶解，由气相转入液相，即界面上发生
双膜理论
1923年由美国麻省理工学院教授W.K.刘易斯和 W.惠特曼提出的一种描述气液两相相际传质的模型。
双膜理论的基本论点：
①气液两流体间存在着稳定的相界面，界面两侧各有一有 效滞流膜层，分别称为气膜、液膜，吸收质以分子扩散的方 式通过此二膜层。
②在相界面处，气、液两相达到平衡。 ③在膜层以外的气，液两相中心区，流体充分湍流，吸收 质浓度是均匀，全部浓度变化集中在两相有效膜内。 ④质量传递过程是定态的。根据双膜理论，每一相的传质 分系数正比于传递组分在该相中的分子扩散系数，反比于层 流膜的厚度。相际传质的总阻力等于两相传质的分阻力之和。
这种理论与吸收传质的实验结果比较符合，其主要贡献 在于放弃了定态扩散的观点，揭示了过程的非定态特性，并 指出了液体定期混合对传质的作用。
表面更新理论
1951年英国人P.V.丹克沃茨提出这一理论。 他超脱了前两理论关于在界面两侧是两层无湍流旋涡的层 流膜概念。 两相的流体旋涡在界面上接触一定的时间进行传质后，又 由于湍流的作用分别被带回各自的流体主流中去。这样就使 两相的接触界面不断更新。湍流愈激烈，表面更新也愈频繁。
吸收传质机理
a. 吸收过程两相间物质传递的三个步骤： ①溶质由气相主体传递到两相界面，即气源自文库内物质传递。 ②溶质在界面上溶解，由气相转入液相，即界面上发生
传质机理、吸收机理、传质方向的判断
• 若y>ye或x<xe,则溶质由气相向 液相转移，即发生吸收过程； • 若y<ye或x>xe,则溶质由液相向 气相转移，即发生解吸过程； • 若y=ye或x=xe，则溶质 不发生 转移，液相不释放或吸收溶质 ， 即系统处于平衡状态，不发生吸 收或解吸。
吸收的机理—双膜理论
双膜理论的基本论点是： （1） 相互接触的两流体间存在着稳定的相界面，界面两侧各 1 存在着一个很薄（等效厚度分别为δ1 和δ2 ）的流体膜层。 1 2 溶质以分子扩散方式通过此两膜层。 （2）相界面没有传质阻力，即溶质在相界面处的浓度处于相 2 平衡状态。 （3）在膜层以外的两相主流区由于流体湍动剧烈，传质阻力 3 可忽略不计，传质阻力集中在两个膜层内。
吸收操作分类：
（1）按有无化学反应分为：物理吸收和化学吸收。 1 （2）按有无温度变化分为：等温吸收和非等温吸收。 2 （3）按被吸收组分数分为：单组分吸收和多组分吸收。 3
吸收过程的极限决定于吸收的相平衡关系，吸收过程涉及 两相间的物质传递，它包括三个步骤： （1）溶质由气相主体体传递到气、液两相的界面； （2）在相界面上溶解后进入液相; ; （3）再从相界面向液相主体传递，即液相内的物质传递。 3
传质速率正比于界面浓度与流体主体浓度之差。 传质速率正比于界面浓度与流体主体浓度之差。 用式子表示为： 用式子表示为： N=k
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1 1 KG kG 气膜阻力
气膜阻力控 制整个吸收
过程的速率
气膜 控制
示例：水吸收氨
14
气膜控制示意图
pA pA* pA pAi
二、总吸收速率方程式
2. 以(c*- c)表示总推动力的吸收速率方程式
设吸收系统服从亨利定律或平衡关系在过程 所涉及的浓度范围内为直线，则
pA
cA* H
根据双膜模型，相界面上两相互成平衡，则
逆流吸收塔的物料衡算
27
一、物 料 衡 算
在吸收塔的两端面间，对溶质A作物料衡算
VY1 LX 2 VY2 LX1
VY1 Y2 L X1 X2
溶质A的吸收率
A
Y1 Y2 Y1
气体出塔时的组成
Y2 Y1 1A
28
二、操作线方程与操作线
吸收塔内任一横截面上，气液组成Y与X之间
7
一、膜吸收速率方程式
由
cA cxA cAi cxAi
NA
kL
(cAi
c)
A
kL (cxAi
cx )
A
kL c( xAi
x)
A
比较得
kx ckL
8
一、膜吸收速率方程式
3.界面组成的确定 稳态下，气、液两膜中的传质速率相等，即
NA kG pA pAi kL cAi cA
对于低浓度吸收
液相总吸收 速率方程式
KX Kx KLc 式中：KX ——液相总吸收系数，kmol/(m2·s)。
22
三、吸收速率方程式小结
使用吸收速率方程式应注意以下几点: ①上述的各种吸收速率方程式是等效的。采用
任何吸收速率方程式，均可计算吸收过程速率。 ②任何吸收系数的单位都是kmol/(m2·s·单位推
pA
pAi
kL kG
(c A cAi )
直线
通过定点A (c，p)
斜率——kL / kG
9
界面组成的确定
10
二、总吸收速率方程式
1. 以(p- p*)表示总推动力的吸收速率方程式
设吸收系统服从亨利定律或平衡关系在过程
Fra Baidu bibliotek
所涉及的浓度范围内为直线，则
pA*
cA H
根据双膜模型，相界面上两相互成平衡
pAi
cAi H
15
二、总吸收速率方程式
由此得 NA kG pA pAi kG / H cA* cAi
整理得 由 相加得
NAH kG
cA* cAi
NA
kL (cAi
c )
A
NA
1 kL
H kG
cA*
cA
NA kL
(cAi
液膜阻力控 制整个吸收
过程的速率
液膜 控制
示例：水吸收氧
液膜控制示意图
cA* cA cAi cA
18
二、总吸收速率方程式
3. 以(y –y*)表示总推动力的吸收速率方程式
同理，可导出
NA Ky yA yA*
气相总吸收 速率方程式
Ky KG p
式中：Ky——气相总吸收系数，kmol/(m2·s) 。
pAi
cAi H
11
二、总吸收速率方程式
由此得 NA kL cAi cA kLH pAi pA*
整理得 由 相加得
NA
kL H
pAi pA*
NA
kG
(
p
A
pAi )
NA
1 HkL
1 kG
pA
pA*
NA kG
( pA
19
二、总吸收速率方程式
4. 以(x*- x)表示总推动力的吸收速率方程式
同理，可导出
NA Kx xA* xA
液相总吸收 速率方程式
Kx KLc
式中：Kx ——液相总吸收系数，kmol/(m2·s) 。
20
二、总吸收速率方程式
5. 以(Y- Y* )表示总推动力的吸收速率方程式
同理，可导出
NA KY YA YA*
气相总吸收 速率方程式
对于低浓度吸收
KY K y KG p
式中：KY ——气相总吸收系数，kmol/(m2·s) 。
21
二、总吸收速率方程式
6. 以( X*- X)表示总推动力的吸收速率方程式
同理，可导出
NA KX
X
* A
X
A
26
尾气：B(含微量A) V (kmolB/s) Y2 (kmolA/kmolB) Y
m
吸收剂：S L (kmolS/s) n X2 (kmolA/kmolS)
X
填
料
原料气：A＋B
塔
V (kmolB/s) Y1 (kmolA/kmolB)
L(kmolS/s) 溶液：S+A
X1(kmolA/kmolS)
pAi )
12
二、总吸收速率方程式
令
1 1 1
KG
HkL
kG
总阻力
液膜阻力
气膜阻力
则
NA KG pA pA*
气相总吸收 速率方程式
式中：KG ——气相总吸收系数，kmol/(m2·s·kPa)。
13
二、总吸收速率方程式
对于易溶气体，H值很大
11 =
HkL kG
液膜阻力 =
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浓度范围内，平衡关系 须为直线。
24
第2章 吸 收
2.3 传质机理与吸收速率 2.4 吸收塔的计算 2.4.1 物料衡算与操作线方程
25
一、物 料 衡 算
在工业中，吸收操作多采用塔式设备，既可 采用气液两相在塔内逐级接触的板式塔，也可采 用气液两相在塔内连续接触的填料塔。工业中以 采用填料塔为主，故本节对于吸收过程计算的讨 论结合填料塔进行。
cA )
16
二、总吸收速率方程式
令
1 H1
KL
kG
kL
总阻力
气膜阻力
液膜阻力
则
NA KL cA* cA
液相总吸收 速率方程式
式中：KL——液相总吸收系数，m/s。
17
二、总吸收速率方程式
对于难溶气体，H值很小
H 1 1 1 kG kL KL kL
气膜阻力 液膜阻力
32
L V
X
Y2
L V
X 2
逆流吸收塔 操作线方程
操作线方 程为直线
斜率 过点
L V B (X1，Y1) T (X2，Y2)
塔底 塔顶
30
斜率 L/V
（液气比）
Y1
B
操作
线
Y
T
Y2
Y*
推动 力
X2 X
X1
逆流吸收塔中的操作线
31
Y*=f(X)
练习题目
思考题 1.如何判断吸收过程是属于哪种过程控制？ 2.总吸收速率方程与膜吸收速率方程有何不同？ 3.何为吸收过程的操作线？操作线如何获得？ 作业题: 7、8
动力)。 ③必须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。
23
三、吸收速率方程式小结
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。
第2章 吸 收
2.3 传质机理与吸收速率 2.3.5 对流传质 2.3.6 吸收过程的机理
1
三、表面更新模型
由丹克沃茨(Danckwerts) 提出，为非稳态模型。
1.表面更新模型的要点 ① 溶质向液相内部传质为非稳态分子扩散过程。 ② 界面上液体单元有不同的暴露时间或称年龄，
界面上各种不同年龄的液体单元都存在。 ③ 不论界面上液体单元暴露时间多长，被置换
4
一、膜吸收速率方程式
1.气膜吸收速率方程式
NA
kG
(
p
A
pAi )
NA
pA pAi 1/ kG
NA ky yA yAi
NA
yA yAi 1/ ky
1/ kG 1/ ky
气膜阻力
5
一、膜吸收速率方程式
由道尔顿分压定律
pA pyA
pAi pyAi
NA
kG
(
的关系称为操作关系，描述该关系的方程即为操 作线方程。
在 m-n 截面与塔底端面之间对组分 A 进行衡算，
可得
VY LX1 VY1 LX
Y
L V
X
Y1
L V
X1
逆流吸收塔 操作线方程
29
二、操作线方程与操作线
同理，在 m-n截面与塔顶端面之间作组分 A 的衡
算，得
Y
的概率是均等的。单位时间内表面被置换的分率称
为表面更新率，用符号S 表示。
2
三、表面更新模型
2.对流传质系数的确定 根据表面更新模型，推出
k
L
DA BS
D kL ∝
1/ 2
AB
表面更新模型 的模型参数
表面更新率 S
3
第2章 吸 收
2.3 传质机理与吸收速率 2.3.5 对流传质 2.3.6 吸收过程的机理 2.3.7 吸收速率方程式
p A
pAi )
kG
(
py
A
pyAi )
kG
p(y
A
yAi )
比较得
ky pkG
6
一、膜吸收速率方程式
2.液膜吸收速率方程式
NA
kL
(c
Ai
c )
A
NA
cAi cA 1/ kL
NA kx xAi xA
NA
xAi xA 1/ kx
1/ kL
1/ kx
液膜阻力