传质机理吸收过程
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第八章 传质过程导论 第九章 气体吸收
第八章传质过程导论第九章气体吸收1-1 吸收过程概述与气液平衡关系1-1 在25℃及总压为101.3kPa的条件下，氨水溶液的相平衡关系为p*=93.90x kPa。
试求(1) 100g水中溶解1g的氨时溶液上方氨气的平衡分压和溶解度系数H；(2) 相平衡常数m。
1-2 已知在20℃和101.3kPa下，测得氨在水中的溶解度数据为：溶液上方氨平衡分压为0.8kPa时，气体在液体中溶解度为1g (NH3)/1000g(H2O)。
试求在此温度和压力下，亨利系数E、相平衡常数m及溶解度系数H。
1-3 在总压为101.3kPa，温度为30℃的条件下，含有15%（体积%）SO2的混合空气与含有0.2%（体积%）SO2的水溶液接触，试判断SO2的传递方向。
已知操作条件下相平衡常数m=47.9。
1-2 传质机理1-4 组分A通过厚度为的气膜扩散到催化剂表面时，立即发生化学反应：，生成的B离开催化剂表面向气相扩散。
试推导稳态扩散条件下组分A、B的扩散通量及。
1-5 假定某一块地板上洒有一层厚度为1mm的水，水温为297K，欲将这层水在297K的静止空气中蒸干，试求所需时间为若干。
已知气相总压为101.3kPa，空气湿含量为0.002kg/（kg 干空气），297K时水的饱和蒸汽压为22.38 kPa。
假设水的蒸发扩散距离为5mm。
1-3 吸收速率1-6 采用填料塔用清水逆流吸收混于空气中的CO2。
已知25℃时CO2在水中的亨利系数为1.66×105kPa，现空气中CO2的体积分率为0.06。
操作条件为25℃、506.6kPa，吸收液中CO2的组成为。
试求塔底处吸收总推动力∆p、∆c、∆ X和∆ Y。
1-7 在101.3kPa及20℃的条件下，在填料塔中用清水逆流吸收混于空气中的甲醇蒸汽。
若在操作条件下平衡关系符合亨利定律，甲醇在水中的溶解度系数H＝1.995kmol/(m3·kPa)。
塔内某截面处甲醇的气相分压为6kPa，液相组成为2.5 kmol/m3，液膜吸收系数k L=2.08×10-5m/s，气相总吸收系数K G＝1.122×105 kmol/(m2·s·kPa)。
第5章吸收-传质与分离过程的基本概念及吸收系数
少倍？
kYa V0.8
气体流量增加20%
8
z HOG NOG
V
HOG KY a
解： (1)回收率变为多少？
NOG
1 1 S
ln1
S Y1
Y2
Y2 Y2
S
原工况下： S m 1.18 0.56 L V 2.1
NOG
1 1 S
ln1
S 1
1
S
1
1 0.56
ln1
0.56
1
1 0.95
11
解：∵
Y1
y1 1 y1
0.05 1 0.05
0.0527
Y2
y2 1 y2
0.0263 1 0.0263
0.00264
X1
61.2 / 58 (1000 61.2)
/ 18
0.02023
X2 0
Y1* 2X1 2 0.02023 0.04046 Y2* 0
∴ ΔY1 Y1 Y1* 0.0527 0.04046 0.01224
解①水的用量：
100/ 32 y1 (11000) / 22.4 0.07
0.07 Y1 1 0.07 0.0753
Y2 Y1(1 ) 0.0753 (1 0.98) 0.00151 X 2 0
5
习题课
X1
0.67
X
* 1
0.67
0.0753 1.15
0.0439
1000
1000
学习目的 与要求
通过本章学习，应掌握吸收的基本概念和吸收过 程的平衡关系与速率关系；掌握低浓度气体吸收的计 算方法；了解传质与分离过程的基本概念及吸收系数 的获取途径、解吸过程的概念。
化工基础 第三章 传质过程-I
如果没有实验数据，物质的分子扩散系数值 D可以由 经验或半经验公式进行估算。 （1）扩散组分A在气体B中的扩散系 T 1 1 2 D [ m / h] 1/ 3 1/ 3 2 P(v A vB ) M A M B 式中：D － 扩散系数 [m2/h]；
首先建立虚拟膜的概念。 浓度的变化也逐渐减慢，至 湍流流体经过固体壁面时， 外流区后几乎不存在浓度梯 在壁面附近有一个层流底层， 度了，如图3-I-1所示。 或称流体膜。若有扩散物质 从固体表面扩散出来（例如 食糖溶于水中，或萘升华到 空气中），则扩散物质只能 靠分子扩散通过层流底层， 分子扩散速度小，所以层流 底层中浓度差很大，即浓度 梯度大。在层流底层外，从 过渡区到外流区（湍流主 体），逐步依靠流体质点的 图3-I-1 位移和混和进行传质，
作用。
§2 传质设备
经验公式（ 3-I-2 ）虽然误差较大，但能说明影
响扩散的诸因素中，既有物质本身的性质如分子量
和摩尔体积，又有外部条件如温度和压力，而且使
用也比较方便，可用于估算D值。
从式（ 3-I-2 ）也可以看出，扩散系数与气体浓 度无关，但随温度升高和压力下降而加大。 如果已经知道在热力学温度T0和压力P0下的扩散 系数D0，则可按下式计算出它在热力学温度T和压力 P时的扩散系数D的数值：
有人认为在这种情况下这个膜层已经不复存在。
（ 2 ）在上述情况下，物质传递主要靠漩涡来进行，
即传质方式主要是对流扩散，而分子扩散很少。此时的 传质速率主要取决于流体力学条件，而与流体性质的关 系极小。
继双膜理论之后又陆续提出了一些理论，如溶质渗透
理论，表面更新理论，界面动力状态理论，无规漩涡模
型等。这些理论在说明自由界面的非稳态漩涡扩散和流 体力学影响因素等方面又大大向前发展了。它们所提出 的传质机理和实际情况更为接近。但是由于这些理论所 依据的主要参数（如表面单元暴露时间，新表面的形成 速率等）还难于直接测出，因此直接根据它们进行计算 来解决实际问题尚有困难，而只是在指导研究上有较大
化工原理课件,华南理工,吸收-2
根据双膜理论，界面处气液浓度成平衡
ci Hpi
N A kL (ci c)
NA HkL ( pi p*)
1 N A pi p * HkL
N A kG ( p pi )
1 N A p pi kG
1 1 NA p p * Hk k G L
解： 操作压强P=850/760=1.12atm
由平衡常数关系
E m P
得 E=mP=0.25×1.12=0.56atm
对于稀溶液
ρ应该是溶液的密度，这里 近似用水的密度代替
使气体与界面之间产生微小的压差，从而产生混合
气主体向界面递补的运动，这种递补运动称之为总
体流动。
以液相及气相为推动力的传质速率方程。
液相：N A 气相：N A D Co c A1 c A 2 z cBm D P RTz p Bm
p A1
p A2
p 、 co 称为漂流因子，其值大于1。 c Bm pBm
例 用水吸收气体组分，平衡关系服从亨利定律， 操作压力为850mmHg，相平衡常数m=0.25， 气膜吸收分系数kp = 1.25kmol/(m2•h•atm)， 液膜吸收分系数kc = 0.85 m/h。计算用气相分 压浓度表示的总传质系数和用液相体积浓度 表示的总传质系数值。试分析该气体被水吸收 时，是属于气膜控制过程还是液膜控制过程？
1 KG
K G p p * K y ( y y*)
NA
液相：N A＝
c * c
1 KL
K L c * c K x ( x * x)
KG，Ky，KL,Kx—气、液相总传质系数； p* ,c*—气液相的平衡分压及平衡摩尔浓度。
ci Hpi
N A kL (ci c)
NA HkL ( pi p*)
1 N A pi p * HkL
N A kG ( p pi )
1 N A p pi kG
1 1 NA p p * Hk k G L
解： 操作压强P=850/760=1.12atm
由平衡常数关系
E m P
得 E=mP=0.25×1.12=0.56atm
对于稀溶液
ρ应该是溶液的密度，这里 近似用水的密度代替
使气体与界面之间产生微小的压差，从而产生混合
气主体向界面递补的运动，这种递补运动称之为总
体流动。
以液相及气相为推动力的传质速率方程。
液相：N A 气相：N A D Co c A1 c A 2 z cBm D P RTz p Bm
p A1
p A2
p 、 co 称为漂流因子，其值大于1。 c Bm pBm
例 用水吸收气体组分，平衡关系服从亨利定律， 操作压力为850mmHg，相平衡常数m=0.25， 气膜吸收分系数kp = 1.25kmol/(m2•h•atm)， 液膜吸收分系数kc = 0.85 m/h。计算用气相分 压浓度表示的总传质系数和用液相体积浓度 表示的总传质系数值。试分析该气体被水吸收 时，是属于气膜控制过程还是液膜控制过程？
1 KG
K G p p * K y ( y y*)
NA
液相：N A＝
c * c
1 KL
K L c * c K x ( x * x)
KG，Ky，KL,Kx—气、液相总传质系数； p* ,c*—气液相的平衡分压及平衡摩尔浓度。
化工单元操作-传质过程(吸收)
• 吸收剂解吸了大部分被吸收的气体后，为了 使气体进一步解吸完全，有时向解吸塔中通 入水蒸气、空气等气体，降压液面上溶质气 体的分压，使吸收剂中溶质气体更完全的解 吸出来。这一过程称为汽提，所用的水蒸气 、空气等气体称为汽提气。
• 2.解吸方法 • 解吸方法有汽提解吸、减压解吸、加热解吸、
加热减压解吸。工程上很少采用单一的解吸方 法，往往是先升温再减压至常压，最后采用汽 提法解吸。 • （1）汽提解吸 也称为载气解吸法。 • 向解吸塔中通入不含溶质的惰性气体或溶剂蒸 气等气体，降压液面上溶质气体的分压，使吸 收剂中溶质气体更完全的解吸出来，常以空气 、氮气、二氧化碳、水蒸气、吸收剂蒸气作为 载气。
经济上：X 2L (1.1 ~ 2.0)Lmin
4、塔内返混
吸收塔内气液两相可因种种原因造成少量流体发生
与主流提方向相反的流动，这一现象称为返混。
传质设备发生返混会使传质推动力下降、效率降低
或填料层高度增加。
5、吸收剂是否再循环
吸收剂再循环会降低吸收推动力，使填料层 高度加大，但当喷淋密度不足以保证填料的 充分润湿时，必须采用溶剂再循环。
• 第五节 解吸和吸收流程
一、基本概念——解吸
• 从吸收液中分离岀已被吸收的气体吸收 质的操作称为解吸。显然，解吸与吸收 是相反的过程。生产中解吸的作用有两 个：一个是把吸收剂中吸收的气体重新 释放出来，获得高纯度的吸收质气体； 另一个是使吸收剂释放了被吸收的气体 ，使吸收剂从新具有吸收作用，再返回 吸收塔循环使用，节约操作费用。
1、液气比
操作线斜率L/V称为液气比，是吸收剂与惰性气体摩 尔流量之比，反映了单位气体处理量的吸收剂消 耗量的大小。
当气体处理量一定时，确定吸收剂用量就是确定液 气比，是一个重要参数。
• 2.解吸方法 • 解吸方法有汽提解吸、减压解吸、加热解吸、
加热减压解吸。工程上很少采用单一的解吸方 法，往往是先升温再减压至常压，最后采用汽 提法解吸。 • （1）汽提解吸 也称为载气解吸法。 • 向解吸塔中通入不含溶质的惰性气体或溶剂蒸 气等气体，降压液面上溶质气体的分压，使吸 收剂中溶质气体更完全的解吸出来，常以空气 、氮气、二氧化碳、水蒸气、吸收剂蒸气作为 载气。
经济上：X 2L (1.1 ~ 2.0)Lmin
4、塔内返混
吸收塔内气液两相可因种种原因造成少量流体发生
与主流提方向相反的流动，这一现象称为返混。
传质设备发生返混会使传质推动力下降、效率降低
或填料层高度增加。
5、吸收剂是否再循环
吸收剂再循环会降低吸收推动力，使填料层 高度加大，但当喷淋密度不足以保证填料的 充分润湿时，必须采用溶剂再循环。
• 第五节 解吸和吸收流程
一、基本概念——解吸
• 从吸收液中分离岀已被吸收的气体吸收 质的操作称为解吸。显然，解吸与吸收 是相反的过程。生产中解吸的作用有两 个：一个是把吸收剂中吸收的气体重新 释放出来，获得高纯度的吸收质气体； 另一个是使吸收剂释放了被吸收的气体 ，使吸收剂从新具有吸收作用，再返回 吸收塔循环使用，节约操作费用。
1、液气比
操作线斜率L/V称为液气比，是吸收剂与惰性气体摩 尔流量之比，反映了单位气体处理量的吸收剂消 耗量的大小。
当气体处理量一定时，确定吸收剂用量就是确定液 气比，是一个重要参数。
化工原理第五章吸收(传质理论之一)超详细讲解
上例用比摩尔分率计算： VNH3＝VB(YA1-YA2) 吸收前： YA1= yA1/yB2=yA1/(1-yA1 )=0.2/0.8=0.25 吸收后：YA2=yA2/yB2=yA2/(1-yA2)=0.05/0.95=0.053
被吸收NH3的体积： VNH3＝80*(0.25-0.053) =15.8 m3
传热过程
吸收过程
理论 将对流给热视为壁 实质 附近滞流层的热传
导过程—付立叶定
将吸收视为A穿过相界面附 近滞流双膜的分子扩散过 程—费克定律
At
T
T
t
t
A1 (T tw1 ) A2 (tw2 t )
N
DAC
DgP
RTpBg
A(
Dl (CA CS
CSl
p )
pi) A(Ci C)
作业： P185 7
§5-3 吸收速率
吸收速率决定吸收达到平衡的时间，决定吸收操作的 生产强度，是吸收设备选型和设备设计的重要依据。
一、吸收速率定义：NA= dnA/dτ 对于稳定吸收过程：NA=nA/τ mol(A)/s 吸收过程是物质的相转移过程，通过扩散方式进行。
二、扩散 1、分子扩散：物质以分子热运动方式穿过静止或滞流流 体的传递过程——特点：传递速率慢。 2 、对流扩散：物质以相对运动方式穿过湍流流体的传递 过程——特点：传递速率快。
A(Ci
C) =klA(Ci-C)
kl
DlCT
lCS
所以，可用界面附近气膜中的扩散速率：
NA=kgA(p-pi) 或液膜中的扩散速率：
计算吸收速率。
NA=klA(Ci-C)
作业： P185 12、13
六、吸收速率方程 1 气膜吸收分速率方程
被吸收NH3的体积： VNH3＝80*(0.25-0.053) =15.8 m3
传热过程
吸收过程
理论 将对流给热视为壁 实质 附近滞流层的热传
导过程—付立叶定
将吸收视为A穿过相界面附 近滞流双膜的分子扩散过 程—费克定律
At
T
T
t
t
A1 (T tw1 ) A2 (tw2 t )
N
DAC
DgP
RTpBg
A(
Dl (CA CS
CSl
p )
pi) A(Ci C)
作业： P185 7
§5-3 吸收速率
吸收速率决定吸收达到平衡的时间，决定吸收操作的 生产强度，是吸收设备选型和设备设计的重要依据。
一、吸收速率定义：NA= dnA/dτ 对于稳定吸收过程：NA=nA/τ mol(A)/s 吸收过程是物质的相转移过程，通过扩散方式进行。
二、扩散 1、分子扩散：物质以分子热运动方式穿过静止或滞流流 体的传递过程——特点：传递速率慢。 2 、对流扩散：物质以相对运动方式穿过湍流流体的传递 过程——特点：传递速率快。
A(Ci
C) =klA(Ci-C)
kl
DlCT
lCS
所以，可用界面附近气膜中的扩散速率：
NA=kgA(p-pi) 或液膜中的扩散速率：
计算吸收速率。
NA=klA(Ci-C)
作业： P185 12、13
六、吸收速率方程 1 气膜吸收分速率方程
吸收传质机理
式中 s为表面更新频率。表面更新理论对溶质渗透理论作了进一步的发展,但表面 更新频率s是未知的，仅在某些条件下可从实验中得到。 随着相际传质机理研究的逐步深化，还提出了一些新的传质理论：如 Β.Γ.列 维奇提出的扩散边界层理论；也有一些是由前述几种理论加以组合和改进的理论， 如膜渗透理论、渗透表面更新理论、无规则旋涡的表面更新理论以及表面拉伸理 论等。这些理论各有特点，都能说明一定的问题，但都包含了一些难以求得的参 数。相际传质机理和自由相界面的湍流运动密切相关，而目前对此研究得还很不 充分。此外，伴随着相际传质，常引起界面湍流，这对相际传质有着重要的影响。 只有在湍流基本理论，特别是两相湍流理论的研究，取得更多的实质性进展时， 相际传质理论的研究才能取得新的突破。
表面更新理论1
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。旋涡在界面上的停留时间可 长可短，有一年龄分布，但是它们被新的旋涡置换的概率都一样。这样由非定态 传质的概念出发，并从统计上考虑表面更新的时间因素，导得公式如下： 算式
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
集中在两个有效膜层中。
用双膜理论解释具有固定相界面的系统及速度不高的两流体 间的传质过程（如湿壁塔），与实际情况是大致相符合的。
双膜理论与具有固定相界面的系统及速度
（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
吸收传质机理
相际传质过程为经由气、液两膜的分子扩散过程。
缺点 ①将复杂的相际传质过于简单化 ； ② 两相界面状态和定态分子扩散的假设都与实际情 况有明显差别 。
溶质渗透理论
1935年由R.希格比提出。他将相际传质过程设想为：工 业吸收设备中气液接触、溶质从液面渗入液内而形成浓度梯 度、混合、消失浓度梯度的交替过程。由于接触时间很短， 扩散过程难以发展到定态，因此传质是靠非定态的分子扩散。
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。
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，即气相内物质传递。 ②溶质在界面上溶解，由气相转入液相，即界面上发生
溶解过程； ③溶质自界面被传递到液相主体，即液相内物质传递。
b. 传质的基本形式：分子扩散，涡流扩散 分子扩散：物质通过静止流体或者层流流动的流
谢谢观看！
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。
缺点 ①将复杂的相际传质过于简单化 ； ② 两相界面状态和定态分子扩散的假设都与实际情 况有明显差别 。
溶质渗透理论
1935年由R.希格比提出。他将相际传质过程设想为：工 业吸收设备中气液接触、溶质从液面渗入液内而形成浓度梯 度、混合、消失浓度梯度的交替过程。由于接触时间很短， 扩散过程难以发展到定态，因此传质是靠非定态的分子扩散。
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。
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，即气相内物质传递。 ②溶质在界面上溶解，由气相转入液相，即界面上发生
溶解过程； ③溶质自界面被传递到液相主体，即液相内物质传递。
b. 传质的基本形式：分子扩散，涡流扩散 分子扩散：物质通过静止流体或者层流流动的流
谢谢观看！
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。
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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)
的概率是均等的。单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
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
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
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) 。
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
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
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
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
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
(
32
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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)
的概率是均等的。单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
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
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
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) 。
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
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
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
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
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
(
32
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
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
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
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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
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
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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
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
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
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
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