环境化工第八章吸收第三节讲稿

第八章吸收一、吸收机理——双膜理论二、吸收速率方程式第三节传质机理与吸收速率2020/7/172吸收过程涉及两相间的物质传递，包括三个步骤：•溶质由气相主体传递到两相界面，即气相内的物质传递；•溶质在相界面上的溶解，由气相转入液相，即界面上发生的溶解过程；•溶质自界面被传递至液相主体，即液相内的物质传递。单相内物质传递的机理分子扩散对流传质2020/7/173吸收剂气体yx界面气相主体液相主体相界面气相扩散液相扩散yixi2020/7/174吸收动力学——双膜理论1、双膜理论•相互接触的气液两相间有一个稳定的界面，界面上没有传质阻力，气液两相处于平衡状态。•界面两侧分别存在着两层膜，气膜和液膜。气相一侧叫气膜，液相一侧叫液膜，这两层膜均很薄，膜内的流体是滞流流动，溶质以分子扩散的方式进行传质。•膜外的气液相主体中，流体流动的非常剧烈，溶质的浓度很均匀，传质的阻力可以忽略不计，传质阻力集中在两层膜内。2020/7/1752020/7/176六、吸收速率方程式吸收速率：单位面积，单位时间内吸收的溶质A的摩尔数，用NA表示，单位通常用kmol/m2.s。吸收传质速率方程：吸收速率与吸收推动力之间关系的数学式吸收速率=传质系数×推动力1、气膜吸收速率方程式)(iBmGABAppPPRTZDN2020/7/177GBmGABkRTPZPD令)(iGAppkN——气膜吸收速率方程式Gk——气膜吸收系数，kmol/(m2.s.kPa)。也可写成：GiAkppN12020/7/178当气相的组成以摩尔分率表示时)(iyAyykNyk—以y表示的气膜吸收系数，kmol/(m2.s)。当气相组成以摩尔比浓度表示时)(iYAYYkNYk—以Y表示推动力的气膜吸收系数，kmol/(m2.s)。2020/7/1792、液膜吸收速率方程式)(ccczCDNismLA令LsmLkcZCD)(cckNiLA或LiAkccN1——液膜吸收速率方程Lk—以c为推动力的液膜吸收系数，m/s；2020/7/1710当液相的组成以摩尔分率表示时)(xxkNixAxk—以x为推动力的液膜吸收系数，kmol/(m2.s)。当液相组成以摩尔比浓度表示时)(XXkNiXAXk—以X为推动力的液膜吸收系数，kmol/(m2.s)。2020/7/17113、界面浓度)()(cckppkNiLiGAGLiikkccpp当已知两相组成的平衡关系，如)(*cfp和上式联立便可求出iicp,2020/7/1712(8.2.16)GAiAAiAGGAkppppkN1)17.2.8(1LAAiAAiLLAkcccckN速率相等气相和液相的对流传质AAiLAiAGLAGAcckppkNNGLAAiAiAkkccpp2020/7/17134、总吸收系数及相应的吸收速率方程式1）以气相组成表示总推动力的吸收速率方程式a）以△p为推动力的吸收速率方程*)(ppKNGAGK—以p为推动力的气相总吸收系数，kmol/(m2.s.Pa)*p—与液相主体浓度c成平衡的气相分压，Pa。2020/7/1714)(*yyKNyAb）以△y为推动力的吸收速率方程2）以液相组成表示总推动力的吸收速率方程式yK—以△y为推动力的气相总吸收系数，kmol/(m2.s)。yKa）以△c为推动力的吸收速率方程)*(ccKNLALK—以△c为推动力的液相总吸收系数，m/s2020/7/1715b）以△x为推动力的吸收速率方程)(*xxKNxAxK—以△x为推动力的液相总吸收系数，kmol/(m2.s)3）用摩尔比浓度为总推动力的吸收速率方程式适用条件：溶质浓度很低时a）以*)(YY表示总推动力的总吸收速率方程式据分压定律PypYYy1YYPp1*1**YYPp2020/7/1716代入*)(ppKNGA)*1*1(YYPYYPKNGA*)(*)1)(1(YYYYPKNGA令YGKYYPK*)1)(1(*)(YYKNYAYK—以Y为推动力的气相总吸收系数，kmol/(m2.s)2020/7/1717b）以)*(XX表示总推动力的吸收速率方程式)*(XXKNXAXK—以X为推动力的液相总吸收系数，kmol/(m2.s)5、各种吸收系数之间的关系1）总系数与分系数的关系*)(ppKNGAGAKNpp*)(iGAppkNGAikNpp2020/7/1718)(cckNiLALAikNcc由亨利定律：*Hpc)(cckNiLA*)(ppHkiLLAiHkNpp**)()(*ppppppiiLAGAHkNkN2020/7/1719LAGAGAHkNkNKNLGGHkkK111LGGHkkK1,1,1分别为总阻力、气膜阻力和液膜阻力即总阻力=气膜阻力+液膜阻力同理LGLkkHK11LGHKK因此2020/7/1720xyykmkK11xyxkmkK111在溶质浓度很低时XYYkmkK11YXXmkkK1112）总系数间的关系a）气相总吸收系数间的关系GyPKKyxmKK2020/7/1721)1)(1(*YYPKKGY当溶质在气相中的浓度很低时PKKGYb）液相总传质系数间的关系LxLXCKKCKK,3）各种分系数间的关系GyPkkLxCkk2020/7/17226、传质速率方程的分析1）溶解度很大时的易溶气体LGHkk11LGGHkkK111GGkK11GGkK即——气膜控制2020/7/17232）溶解度很小时的难溶气体LGLkkHK11当H很小时，LGkkH1LLkK11——液膜控制3）对于溶解度适中的气体吸收过程气膜阻力和液膜阻力均不可忽略，要提高过程速率，必须兼顾气液两端阻力的降低。2020/7/1724气膜控制例：水吸收氨或HCl气体液膜控制例：水吸收氧、CO22020/7/1725•例8.2.2