化工原理：4.4相际传质

1、相际传质包括三个步骤： （1）气相与界面的对流传质 （2）界面上溶质组分的溶解 （3）液相与界面的对流传质,4.4 相际传质,4.4.1 相际传质速率,4.4.1.1 传质速率方程,主体浓度与界面浓度的图示,符号说明,符号说明： y，x溶质的气相与液相主体浓度，摩 尔分率； yi，xi 界面两侧气、液相的溶质浓度，摩尔分率； ky，kx传质分系数，kmol/sm2,解吸速率方程,4.4.1.2 传质速率方程的各种表达形式,4.4.2 界面浓度与传质阻力的控制步骤 4.4.2.1 界面浓度的求取,或,1）图解法 （2）解析法,与上式联立求解,界面浓度的求取,4.4.2.2 吸收过程的阻力分析,1

2、）气相阻力控制,条件,或,m很小（溶解度很大）；易溶气体：水吸收NH3，HCl,传质阻力在两相中的分配,2）液相阻力控制,条件,m很大（溶解度很小）； 难溶气体：水吸收CO2，O2等,或,传质阻力 在两相中的分配,讨论： 1、传质阻力的大小，不仅与传质分系数kx、ky的大小有关，还与相平衡关系m有关； 除非kx、ky相差极大，否则仅从k的大小，难以确定过程阻力的分配情况； (溶解度的大小往往成为过程阻力分配的控制因素,温度、压力的影响 (1) 压力的影响 P对kx、ky无影响(因是摩尔分率)，但平衡关系用y=f(x)(如ye=mx) 表示时， 因m=E/p，故P、m，则x、y将改变,也将变化,

3、传质阻力,2) 温度的影响 温度T将引起物性变化，进而使kx、ky发生变化， 但在非精确计算或定性讨论时，其影响不大，可忽略， 但因T,m，同样会引起或传质总阻力的变化,流动条件的影响 湍动程度越高，k，K越大，传质阻力越小，流量是主要因素之一 工程上，不考虑P、T、结构的变化，可表示为 kyG， kxL （G不改变kx，L不改变ky） Kx、 KyGL (、均小于1，大于0) =0，液膜控制；=0，气膜控制,4.5 低含量气体吸收 4.5.1 吸收过程的数学描述 4.5.1.1 低含量气体吸收特点 (1) G，L 为常量； (2) 等温； (3)传质系数为常量。 4.5.1.2 物料衡算微分

4、式,衡算条件：忽略控制体两 端面轴向的分子扩散,流经微元塔段 两相浓度变化,符号说明,横截面积为A,符号说明： G 混合气体流率， kmol/sm2； L 液体流率， kmol/sm2； a 单位容积内具有的有效吸收表面，m2/m3,4.5.1.3 传质速率积分式,_容积传质系数,4.5.1.4 传质单元数与传质单元高度,传质单元高度传质单元数,传质单元高度HOG、HOL与设备形式，操作条件有关，为完成一个传质单元所需的塔高，反映设备性能高低。 传质单元数NOG、NOL与相平衡及进出口浓度条件有关，反映了分离任务的难易,传质单元数与传质单元高度,4.5.2 传质单元数的计算方法 4.5.2.1

5、 操作线与推动力的变化规律 两相逆流接触，如图 对控制体作物料衡算,操作线,逆流吸收的操作,如平衡线在操作范围内可视为直线， 则:推动力沿塔高的变化 也为线性,逆流吸收操作线,4.5.2.2 平衡线为直线时的对数平均推动力法,y1,y2,x1,x2, 四全时，用,同理,4.5.2.3 吸收因数法,解吸因数，A吸收因数,缺x1时，用,4.5.3 吸收塔的设计型计算 4.5.3.1 计算公式 全塔物料衡算式 相平衡方程式 吸收过程基本方程式,4.5.3.2 设计型计算的命题 设计要求：求达到指定分离要求所需的塔高。 给定条件：y1，G，相平衡关系， 分离要求(y2或,被吸收的溶质量,气体进塔的溶质

6、量,尚须作设计条件选择。技术上可行,经济上合理,回收率,G1=G2=G,4.5.3.3 流向选择 一般选逆流，ym较大。在特殊情况下， 可考虑用并流,并流吸收的操作线,技术上： x2， ym , H （最高允许浓度：x2 = x2e，ym = 0，H） 技术限制范围：0 x2x2e 经济上：x2，H ，设备费 ，但解吸操作费，须优化选择,吸收剂进口浓度上限,4.5.3.4 吸收剂进口浓度的选择,4.5.3.5 吸收剂用量的选择及最小液气比,由G(y1-y2)=L(x1-x2)知： L，L/G，x1 经济上：L, H，设备投资，但吸收剂消耗费用，吸收剂需解吸时，吸收费用高，需优化选择 技术上：L

7、,推动力，NOG、 H 当L，x1=y1/m=x1e时，LLmin， 推动力=0， NOG、 H 技术限制范围：LminL 工业上，经济较优化： L=(1.1-2.0) Lmin,讨论,最小液气比,讨论： ，x1，ym，NOG ，H ，设备费，但解吸操作费，须优化选择,解吸塔的最小气液比,解吸操作线和最小气液比,经济上：t，m，但能耗，有优化问题 t，m，推动力(m线靠近操作线)，传质总系数也可能变小（HOG ），传质速率，（NA ） H,4.5.3.6 吸收剂入塔温度的选择,高压（ m ）、低温有利于吸收， 低压、高温有利于解吸,4.5.3.7 塔内返混的影响,返混：少量流体自身由下游返回至

8、上游。返混破坏逆流操作条件，使推动力下降，对传质不利,轴向返混降低推动力,a,b,a,b,返混的本质和处理方法 返混影响的是传质推动力，即影响NOG 。 但设计时，在没有返混条件下计算NOG ， 而把返混这一影响因素在实测HOG中予以考虑,对设计型问题，当y1，y2，x2，L/G 确定后 有物料衡算 x1唯一确定，（不影响产品质量）与循环量的大小无关,4.5.3.8 吸收剂再循环,若吸收剂循环量 则塔内实际液气比为 L/G=(1+)L/G上升 实际入塔浓度上升为 x2=( Lx2+Lx1)/ (L+L), 推动力下降，但因LL，K可能上升,1)吸收过程有显著热效应，吸收剂升温明显时，用吸收剂再循环可减