第二章吸收(1)

液相传质速率方程
D C c Ai c AL NA z L c Sm
或
N A k L ci cL
N A k x xi x
N A k X X i X
44

气液相界面的溶质组成（Yi，Xi）
N A kY Y Yi
由
N A kX X i X

同理，液相对流传质速率方程式为：
D c c Ai c AL NA Z L cBm
令
D c kL Z L cBm
ci c A 液膜传质推动力 N A k L (ci c A ) 1 液膜传质阻力 kL
40
则
吸收过程的机理
1. 双膜理论
（1）气液两相间存在稳定的相界面， 界面两侧各有一层有效膜，溶质以 分子扩散的传质方式由气相主体进 入液相主体。 （2）在相界面处，气液两相达到相平 衡。 （3） 在气液两相主体中，溶质浓度均 匀，浓度梯度都集中在两膜内。
25
(2)已知y 0.1，x 0.0002 用气相组成判断，则 y* m x 1440 0.0002 0.288 y y *，CO 2从液相进入气相 传质推动力y * y 0.288 0.1 0.188 用液相组成判断，则 x* y / m 0.1 / 1440 0.0000694 0.0002 CO 2从液相进入气相 传质推动力x x* 0.0002 0.0000694 0.0001306
的量。

分子扩散定律（费克定律）
某组分沿任一方向的分子扩散速率与该组分在该方 向上的浓度变化率（梯度）成正比， 即
J A D AB
dcA dz
28
式中JA——组分A的扩散速率，kmol/(m2﹒s)； dcA/dZ——组分A沿扩散方向Z上的浓度梯度， kmol/m4； DAB——分子扩散系数，简称扩散系数，m2/s。 对于理想混合气体，费克定律可表达为：
30
组分A通过静止组分B的扩散
如图所示，设NAM、NBM
为整体移动中组分A和B的传递速率，
则
N A J A N AM N B J B N BM 0
由于
N AM pA N BM pB
31
N A J A N AM J A JA
pA N BM pB
pA pA JB JA JA pB pB
1.2 (15 / 17 1000/ 18) 76.8kPa 15 / 17 s 1000 H 0.723km ol/(m 3 kPa) EM S 76.8 18 E 76.8 m 0.758 p 101.325
17
气液相平衡在吸收中的应用

传质方向和传质推动力的判断
传质，包括分子扩散和湍流扩散。

湍流扩散：流体流动或搅拌时，由于流体质点的
湍流运动，使组分从浓度高处向浓度低处的移动， 称为湍流扩散。在湍流状态下，流体内部产生漩涡， 故又称涡流扩散。
37
有效膜模型
将单相内的传质 阻力看成全部集中在 一层虚拟的流体膜层
内，称为有效膜模型。
此时，由气相主体到界面的对流扩散速率等于 通过厚度为ZG的膜层的分子扩散速率。
26
第三节 吸收过程的速率方程

主要概念 扩散速率、漂流因子、有效膜模型

重点内容 费克定律 等摩尔逆向扩散和组分A通过静止组分B的扩散 单相对流传质模型和两相传质双膜理论 吸收过程的总传质速率方程
27
分子扩散与费克定律

分子扩散：因微观分子热运动而使组分从浓度高
处扩散到浓度低处的现象。

扩散速率：单位时间内通过单位面积扩散的物质
46
气相传质速率方程可写成：
Y Yi NA 1 kY
稳态的气液相传质过程中，
Y Yi Yi Y * Y Y* NA 1 m 1 m kY kX kY k X
令
KY
1 1 m kY k X
47
则以（Y-Y*）为推动力的总传质速率方程式为：
p Ex
式中 p ——溶质在气相中的平衡分压，kPa； A
A
x ——溶质在液相中的摩尔分率；
E ——亨利系数，kPa。
11
或
cA p H
A
式中 cA——溶质在液相中的摩尔浓度，kmol/m3；
H——溶解度系数，kmol/(mkN)。
或
y* m x
式中 y*——溶质在气相中的平衡摩尔分率； m——相平衡常数。
吸收的原理：利用气体在液体中溶解度的差异来分离
气体混合物的传质过程。 溶剂或吸收剂S：吸收所用液体 形成溶液
溶质或吸收质A：能溶解的气体组分
惰性气体或载体B：不能溶解的气体组分
3
吸收的应用

制取液体产品
例如，用硫酸吸收SO3制取发烟硫酸；用水吸收氯化氢
制取工业盐酸；用氨水吸收CO2生产碳酸氢铵等。
18
19
20
21
22
3. 吸收塔的吸收液及尾气的极限浓度
（1）吸收液的最大组成x1max
x1max x y1 / m
（2）吸收尾气的最小组成y2min
* 1
y2 max y mx2
* 2
23
例2
在温度20℃、总压0.1MPa下，含有CO2 0.1 （摩尔分数）的空气与含有CO2 0.00002（摩尔
D p NA ( p A1 p A 2 ) RTZ p B 0.18 10 101.325 (0.2 101.325 0) 8.314 293 0.001 90.8 1.67 10 4 km ol/(m 2 s )
35
4
36
单相内的对流传质

单相内的对流传质：指流体与某一界面之间的
pA D p A dpA (1 )J A (1 ) pB RT p B dZ D p dpA ( ) RT p p A dZ
32
Dp p p A2 Dp pB 2 积分得 N A RTz ln p p RTz ln p A1 B1
因 整理可得
p pA1 pB1 pA2 pB 2
第五章 吸收
1.1 概述
1.2 气液相平衡方程
1.3 吸收过程的速率方程
1.4 吸收塔的计算 1.5 填料塔
1
第一节 概述
主要概念
吸收


重点掌握
吸收的原理
吸收过程的分类
2
吸收

吸收：气体混合物与液体接触，气体中一个或几个组分
溶解于液体，而不能溶解的组分留在气体中，从而使气
体混合物分离的过程。

38
气相传质速率方程式

根据有效膜模型，气相对流传质速率方程式为：
D p p AG p Ai NA RTZG pBm
令
D p kG RTZG pBm
p A pi 气膜传质推动力 N A kG ( p A pi ) 1 气膜传质阻力 kG
39
则
液相传质速率方程式
12
13
ห้องสมุดไป่ตู้
亨利定律各系数间的关系
H C E
E m P
H
E mp
s
HM S
S
EM S
14

摩尔比
x 液相中溶质的摩尔数 X 1 x 液相中溶剂的摩尔数
y 气相中溶质的摩尔数 Y 1 y 气相中惰性气体的摩尔 数
当液相组成X很小（X<0.05）时，有
Y * mX
分数）的水溶液接触，试判断CO2的传质方向，
并计算传质推动力。如果水溶液中CO2的组成
为0.0002（摩尔分数），试判断CO2的传质方
向，并计算传质推动力。
24
解：温度20 C时，CO 2水溶液的E 144MPa E 144 则相平衡常数m 1440 p 0 .1 （1）已知y 0.1，x 0.00002 用气相组成判断，则 y* m x 1440 0.00002 0.0288 y y *，CO 2从气相进入液相 传质推动力y y* 0.1 0.0288 0.0712 用液相组成判断，则 x* y / m 0.1 / 1440 0.0000694 x CO 2气相进入液相 传质推动力x * x 0.0000694 0.00002 0.0000494

回收混合气中有用的组分
例如，用硫酸吸收煤气中的氨生成硫胺；用洗油从煤 气中回收粗苯等。

除去有害组分净化气体
包括原料气净化和尾气、废气的净化以保护环境。 例如用水或碱液脱除合成氨原料气中的二氧化碳；燃
煤锅炉烟气、冶炼废气等脱SO2等。
4
吸收设备
5
吸收过程的分类
物理吸收，H2O吸收CO2
化学吸收，NaOH溶液吸收CO2


在气相中的分压，记为 p 、y*、Y*。 A
9

气体溶解度的影响因素
cA f (T , p )
T↑，cA↓
p ↑，cA↑ A
A
所以：
低温高压有利吸收
高温低压有利解（脱）吸
10
亨利定律

亨利定律：在一定的温度和压力（不太高）下， 稀溶液中溶质在气相中的平衡分压与其在液相
中的摩尔分数成正比，即：
D AB dp A JA RT dZ
29
等摩尔逆向扩散
对于等摩尔逆向扩散，有
J A J B
根据
dc A D dp A N A J A D dz RT dZ
可推导得