化工原理 第五章 气体吸收

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（三）确定过程的推动力
（1）吸收过程推动力的表达式
* * pA pA , y - y*, x* -x或 c A c A
（2）在x～Βιβλιοθήκη 图上yA ·P
y*
P192， 例5-2
x
* x24
第三节 吸收过程的传质速率 一、 分子扩散与菲克定律 二、 等摩尔逆向扩散 三、 组分A通过静止组分B的扩散 四、 分子扩散系数 五、 单相内对流传质 六、 两相间的双模理论 七、 总传质速率方程
dc A —组分A在扩散方向z上的浓度梯度（kmol/m3）/m； dz
DAB——组分A在B组分中的扩散系数，m2/s。
负号：表示扩散方向与浓度梯度方向相反，扩散沿 着浓度降低的方向进行
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理想气体：
pA cA RT
dc A 1 dp A = dz RT dz
DAB dpA JA RT dz
1）因分子本身扩散引起的宏观流动。 2）A、B在整体移动中方向相同，流动速度正比于摩尔 分率。
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N MA N M
N MB N M
cA c
cB c
NA JA NM
cA c
NB JB NM
0 JB NM
cB c
cB c
Dc dc A NA c c A dz
存在浓度梯度，流体质点便会靠
质点的无规则运动，相互碰撞和
混合，组分从高浓度向低浓度方 向传递，这种现象称为涡流扩散。
dc A De dz
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J A ,e
J A ,e ——涡流扩散速率，kmol/(m2· s)；
De
——涡流扩散系数，m2/s。
注意：涡流扩散系数与分子扩散系数不同，不是物性 常数，其值与流体流动状态及所处的位置有 关。
散增大的倍数。
p pBm 1
c cSm
1
漂流因子的影响因素：
浓度高，漂流因数大，总体流动的影响大。
低浓度时，漂流因数近似等于1，总体流动的影响小。 3）单向扩散体现在吸收过程中。
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四、分子扩散系数
扩散系数的意义：单位浓度梯度下的扩散通量，反映
某组分在一定介质中的扩散能力，是物质特性常
数之一；D，m2/s。 D的影响因素：A、B、T、P、浓度 D的来源：查手册；半经验公式；测定
物系一定， E T 2）E大的，溶解度小，难溶气体 E小的，溶解度大，易溶气体
3）E的来源：实验测得；查手册
对于理想溶液，亨利常数即为纯溶质的饱和蒸汽压。亨利常数E值较大表示溶解度 较小。一般E值随温度的升高而增大，常压下压力对E值影响不大。
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（二）亨利定律其它形式
cA 1）p H
D BA dp B JB RT dz
总压一定
p p A pB
dp A dp B = dz dz
JA=－JB DAB=DBA=D
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传质速率定义：任一固定的空间位置上， 单位时间 内通过单位面积的物质量，记作N,
kmol/(m2· 。 s)
仿照传热速率的表达方式：
传质推动力 传质速率 传质系数 传质推动力 传质阻力
* A
H——溶解度系数， kmol/（m3· kPa）
cA——摩尔浓度，kmol/m3；
H与E的关系：
cA c c p x H c H
* A
c E H
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c

ML


M S (1 x) M A x

S
MS
E
S
HM S
c E H
——溶液的密度, kg/m3 ； s——溶剂的密度, kg/m3 ；
第五章 气体吸收
第一节 概述
第二节 气液相平衡
第三节 吸收过程的传质速率 第四节 吸收塔的计算 第五节 填料塔
1
第一节 概述
一、吸收操作的应用 二、吸收过程与设备 三、吸收过程分类
四、吸收剂的选择
2
一、吸收操作的应用
（1）分离混合气体以获得一定的组分。
（2）除去有害组分以净化或精制气体。
（3）制备某种气体的溶液。
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第二节 气液相平衡
一、 平衡溶解度 二、 亨利定律 三、 气液相平衡关系在吸收中的应用
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一、平衡溶解度
平衡状态：一定压力和温度，一定量的吸收 剂与混合气体充分接触，气相 中的溶质
向溶剂中转移，长期充分接 触后，液相
中溶质组分的浓度不再增加，此时，气
液两相达到平衡。
饱和浓度：平衡时溶质在液相中的浓度。 平衡分压：平衡时气相中溶质的分压。
分子扩散两种形式：等摩尔逆向扩散 组分A通过静止组分B的扩散。
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二、等摩尔逆向扩散
T P pA1 pB1 1
JA
JB
T P pA2 2 pB2
互通容器，总压P和温度T均相同 pA1> pA2； pB1 < pB2
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等摩尔逆向扩散：任一截面处两个组分的扩散速率
大小相等，方向相反。
DAB dp A JA RT dz
体主体浓度线相交于一点E，则厚度zG为E到相界
面的垂直距离。
（二）气相传质速率方程
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Dp NA (pAG pAi ) RTzG pBm
N A kG ( pAG pA i )
Dp kG RTzG pBm
k G——以分压差表示推动力的气膜传质分系数， kmol/（m2· kPa）。 s·
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吸收过程： （1）A由气相主体到相界面，气相内传递； （2）A在相界面上溶解，溶解过程； （3）A自相界面到液相主体，液相内传递。
单相内传递方式：分子扩散；对流扩散 。
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一、 分子扩散与菲克定律
分子扩散：在静止或滞流流体内部，若某一组分存 在浓度差，则因分子无规则的热运动使
该组分由浓度较高处传递至浓度较低处，
——微分式
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在气相扩散
pA cA RT
c
p RT
dpA Dp NA RT ( p pA ) dz
NA
p Dp ln B2 RTz pB1
——积分式 ——积分式
NA
Dp ( pA1 pA2 ) RTzpBm
pB 2 pB 1 pB m pB 2 ln pB 1
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气相：
D dpA NA= J A RT dZ
D NA ( pA1 pA2 ) RTZ
液相：
NA= J A DAB
dcA dZ
D N A (cA1 cA2 ) Z
等摩尔逆向扩散传质速率方程
讨论 1） N A p A1 p A2
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2）组分的浓度与扩散距离z成直线关系。
（1）物理吸收和化学吸收 （2）单组分吸收和多组分吸收 （3）等温吸收和非等温吸收 （4）低浓度吸收和高浓度吸收
四、吸收剂的选择
（1）溶解度大；
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（2）选择性高；
（3）再生容易；
（4）挥发性小； （5）粘度低； （6）化学稳定性高； （7）腐蚀性低； （8）无毒、无害、价廉等。 选择原则：经济、合理。
Y
*
mX 1 (1 m) X
当溶液浓度很低时,上式右端分母约等于1,于是上式可简化为:
Y*=mX
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三、 相平衡关系在吸收中的应用
（一）判断过程进行的方向
* pA pA * pA pA * pA pA
A由气相向液相传质，吸收过程 平衡状态
A由液相向气相传质，解吸过程
*或x* >x或 c * y
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二、亨利定律
（一）亨利定律 总压不高时，在一定温度下，稀溶液上方
气相中溶质的平衡分压与溶质在液相中的摩尔
分率成正比，其比例系数为亨利系数。
* p A Ex
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* p A ——溶质在气相中的平衡分压，kPa；
x——溶质在液相中的摩尔分率；
E——亨利常数，kPa。
讨论： 1）E的影响因素：溶质、溶剂、T
ML——溶液的平均分子量, kg/mol Ms——溶剂的平均分子量, kg/mol
H的讨论：1）H大，溶解度大，易溶气体 2）P对H影响小， T H
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y * mx 2）
式中： y*——平衡时溶质在气相中的摩尔分率；
x——溶质在液相中的摩尔分率； m——相平衡常数,无因次。
m与E的关系 ：
变化较陡。
2）湍流主体：涡流扩散远远大于分子扩散，
溶质浓度均一化，pA随z的变化近似为水 平线。 3）过渡区：分子扩散+涡流扩散，pA随z的 变化逐渐平缓。
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有效膜模型 单相对流传质的传质阻力全部集中在一层虚 拟的膜层内，膜层内的传质形式仅为分子扩散 。 有效膜厚zG由层流内层浓度梯度线延长线与流
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不同气体在同一吸收剂中的溶解度
在同一温度下，
对于不同种类的气
体组分，欲得到相
同浓度的溶液，易 溶气体仅需控制较 低的分压，而难溶
气体则需较高分压。
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讨论：
（1）总压、y一定，温度下降，在同一溶剂中，
溶质的溶解度x随之增加，有利于吸收 。
（2）温度、y一定，总压增加，在同一溶剂中， 溶质的溶解度x随之增加，有利于吸收 。 （3）相同的总压及摩尔分率， cO2 < cCO2 < cSO2 < cNH3 氧气等为难溶气体，氨气等为易溶气体 (4) 加压和降温对吸收操作有利；反之，升温 和减压有利于解吸。
A
吸收过程： y
cA
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y
y y* y* y
· · ·
A
P
B
C