化工原理 第8章-3

例子：难溶气体，水吸收CO2，O2等。
例题
• 含氨极少的空气在1atm、20°C下被水吸 收。已知气膜传质系数 kG=3.15x10-6 kkPmao)l,/(mH2=s0k.7P2a()k, PkaL/=k3m.8o1lx),1气0-4液km平o衡l/(服m2 s 从亨利定律。 求： 1、气相总传质系数KG 2、气相阻力占总阻力的分数。
NA = Ky（y-ye）= ky（y-yi）
1.5（0.025-0.005）=2（0.025-yi）
∴yi = 0.01
8.4.2.2 吸收过程的阻力分析
pi = HCi
关于传质推动力
操作点 A 离平衡线越近， 则总推动力就越小
气膜 液膜
p
组成
气相主体
pi
传质方向
Ci
液相主体
C
δG
δL
z
距离
双膜模型
NA
=
p
− pi 1
= Ci
−C 1
kG
kL
=
p− pe 1
KG
操作点 液相总传
P
质推动力 H
p
气
相 总
pi
传
质 推
pe
动
力
A B
液相分传 质推动力
气相分传 质推动力
O C ci ce
C
=
Ce
− 1
C
KL
传质推动力的图示
辨析
N A = K y ( y − ye ) N A = ky ( y − yi ) N A = K x (xe − x)
⇒
1 K ya
=
1 2
+
1 2 × 10−4
=
5000.5
K ya = 2 × 10−4 kmol / m3 ⋅ s
气膜，近似100%，易溶，氨或者HCl溶于水
8.5 低含量气体吸收 8.5.1 吸收过程的数学描述 描述过程的方法：
1、物料衡算 2、热量衡算 3、过程速率式 8.5.1.1 低含量气体吸收的特点 (1) G，L 为常量； (2) 过程等温； (3)传质系数为常量。
Lx出
逆流吸收塔的物料衡算
物料衡算微分式
塔截面积 A（ = π D2）
4
单位体积内的有效吸收表面 a m2/m3 微元段dh，则传质面积为 aAdh
传质量为NAaAdh 定态条件下： 进=出
GAy=GA(y+dy)+NAaAdh 得 - Gdy=NAadh 同理，液相有 Ldx=NAadh
8.5.1.3 传质速率积分式
N A = K x (xe − x)
Ky =
1
1 +m
ky kx
Kx =
1 1 +1
kym kx
解吸速率方程
N A = Kx (x − xe )
N A = K y ( ye − y)
Ky =
1
1 +m
ky kx
Kx =
1 1 +1
kym kx
辨析
N A = K y ( y − ye ) N A = ky ( y − yi ) N A = K x (xe − x)
NA
=
JA
+
NM
cA cM
( ) =
JA
+
N
cA cM
= JA +
NA + NB
cA cM
（1）等分子反向扩散
N = 0， NA = −NB
JA = NA > N = NM =0
（2）单向扩散
NB = 0， N = N A
NM = N = NA > JA>0
吸收速率方程
N A = K y ( y − ye )
NA = kx(xi − x)
传质阻力在两相中的分配
气相分传质推动力 ≥液相分传质推动力
y –yi ≈ y-ye
气相阻力控制
液相分传质推动力 ≥气相分传质推动力 xi – x ≈ xe-x
液相阻力控制
（1）气相阻力控制
1 = 1 +m K y ky kx
1 >> m
ky
kx
Ky ≈ ky
条件-?：
NA = kx(xi − x)
NA = ky (y − yi )
NA = kx (xi − x)
8.4.2 界面浓度与传质阻力的控制步骤
8.4.2.1界面浓度的求取
y − yi = kx xi − x ky
或
y − yi = − kx x − xi ky
（1）图解法
（2）解析法
界面浓度的求取
yi = f (xi ) 与上式联立求解。
1、ky << kx 或
kx >> 1 ky
传质阻力在两相中的分配
2、 m小（溶解度很大）；
例子：易溶气体：水吸收NH3，HCl。
（2）液相阻力控制
Kx ≈ kx
1 = 1 +1 K x ky ⋅ m kx
1 << 1 mk y kx
1、 ky >> kx 或
kx << 1 ky
2、 m很大（溶解度很小）；
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界面浓度求取
在吸收塔某处， 气相主体浓度y = 0.025， 液相主体浓度x = 0.01，气相传质分系数 ky = 2 kmol.m-2.h-1，气相总传质系数 Ky = 1.5 kmol.m-2.h-1，则该处气液界面上 气相浓度yi 应为____，平衡关系y = 0.5x。 A. 0.02 B. 0.01 C. 0.015 D. 0.005 解：ye =mx= 0.5×0.01 = 0.005
（相同阻学力们占可总以阻练力习的液分相数总）传质系数KL，液
解：1 = 1 + H KG kG kL
=
1 3.15 ×10−6
+
0.72 1.81 × 10−4
= 3.17 ×105 + 3.98×103 = 3.21×105
KG = 3.11×10−6 kmol /( m3 ⋅ s ⋅ kPa ) 由计算所得：KG ≈kG，属于气膜控制。 气膜阻力占总阻力的分 数：
复习
• 在分子扩散时，漂流因子的数值=1，表示 低浓度气体扩散或等分子反向扩散
• 对流传质理论中，三个有代表性的是 有效膜理论、溶质渗透理论、表面更新理论
等分子方向扩散，写出下列式子的关系： JA NA N NM 0
N 净物流 , NM主体流动
A分子单向扩散，写出下列式子的关系： NM N NA JA 0
1 kG 1 KG
=
3.17 ×105 3.21 × 105
= 98.8%
思考
已知： kya=2×10-4kmol/m3·s,
kxa=2 kmol/m3·s, m=1。则该过程为
阻力控制。气膜阻力占总阻力的百分
数为
， 该气体为 溶气体。
举例说明吸收属于上述过程。
1 K ya
=
m kxa
+
1 kya
流经微元塔段 两相浓度变化
8.5.1.2 物料衡算微分式
全塔物料衡算： G ——混合气体流率
对溶质 A，有 L ——液体流率
Gy出
Lx 进
气相A的减少 = 液相A的增加
G（y进 − y出）= L（x出 − x进）
定义回收率ɳ
η = y进 − y出 = 1 − y出
y进
y进
y出 =（1 −η）y进
Gy进