工艺参数的确定培训课件

项目二吸收技术化工产品分离精制与控制项目二吸收技术化工产品分离精制与控制1任务二：工艺参数的确定吸收传质机理吸收过程的相平衡关系气体吸收速率方程任务二：工艺参数的确定吸收传质机理吸收过程的相平衡关系气体吸2摩尔比摩尔比与摩尔分数的关系吸收操作中气液相的量会改变，如何变化？摩尔比摩尔比与摩尔分数的关系吸收操作中气液相的量会改变，如气体吸收是物质自气相到液相的转移，这是一种传质过程。如果把氨气和水共同封存在容器中，令体系的压力和温度维持一定，随着时间的进行会发生什么变化？吸收过程的相平衡关系一、气液相平衡传质速率逐渐减慢到0在一定温度和压力下，令某气体混合物（A＋B）与液体S接触。溶质便向液相转移，直至液相中溶质达到饱和浓度为止，这种状态称为相际动态平衡，简称相平衡或平衡。液体S气体（A＋B）A

溶解A

逸出气体吸收是物质自气相到液相的转移，这是一种传质过程。吸收过程气相中溶质的分压称为平衡分压或饱和分压；液相中的溶质浓度称为平衡浓度或饱和浓度，也就是气体在液体中的溶解度，习惯上以单位或体积的液体中所含溶质的质量或物质的量来表示。ρA、cA溶解度是一定条件下吸收过程可以达到的极限程度。在温度和压力一定的条件下，平衡时的气、液相组成具有一一对应关系，溶质组分在两相中的组成符合相平衡关系，组成关系用曲线表示——溶解度曲线。一、气液相平衡吸收过程的相平衡关系气相中溶质的分压称为平衡分压或饱和分压；一、气液相平衡吸收过平衡分压液相组成溶解度曲线～一、气液相平衡达平衡状态时平衡方程气相分压饱和浓度（溶解度）吸收过程的相平衡关系平衡分压液相组成溶解度曲线～一、气液相平衡达平衡状态时平溶解度曲线：由实验测定的溶解度绘制的曲线，溶解度与物系种类、温度、压力有关。溶解度/[g(NH3)/1000g(H2O)]1000500020406080100120pNH3/kPa50oC40oC30oC20oC10oC0oC120溶解度/[g(SO2)/1000g(H2O)]250200020406080100pSO2/kPa1501005012050oC40oC30oC20oC10oC0oC氨在水中的溶解度

二氧化硫在水中的溶解度一、气液相平衡吸收过程的相平衡关系溶解度曲线：由实验测定的溶解度绘制的曲线，溶解度与物系种类、在相同条件下，不同气体溶解度有很大差别。溶解度很小的气体称为难溶气体，溶解度很大的气体称为易溶气体，介于之间的为溶解度适中的气体。一、气液相平衡氧气在水中的溶解度吸收过程的相平衡关系在相同条件下，不同气体溶解度有很大差别。溶解度很小的温度的影响加压和降温对同一溶质，在相同的气相分压下，溶解度随温度的升高而减小。对同一溶质，在相同的温度下，溶解度随气相分压的升高而增大。分压的影响注意减压和升温有利于吸收操作有利于解吸操作溶解度的影响因素吸收过程的相平衡关系一、气液相平衡溶解度/[g(NH3)/1000g(H2O)]1000500020406080100120pNH3/kPa50oC40oC30oC20oC10oC0oC温度的影响加压和降温对同一溶质，在相同的气当总压不高（不超过0.5MPa）时，一定温度下稀溶液的溶解度曲线近似为直线，即气液两相的浓度成正比，这种关系称为亨利定律。1.p～x关系（二）亨利定律E的单位与气相分压的压强单位一致亨利系数的值随物系的特性及温度而异；在同一溶剂中，难溶气体E值很大，易溶气体E值很小；物系一定，E值一般随温度的上升而增大。吸收过程的相平衡关系溶液上方溶质的平衡分压与其在液相中的摩尔分数成正比。当总压不高（不超过0.5MPa）时，一定温度下若溶质在气、液相中的组成分别以分压p、摩尔浓度c表示，亨利定律为H—溶解度系数，kmol/(m3·kPa)溶解度系数溶解度～2.p～c关系易溶气体注意难溶气体H大H小（二）亨利定律吸收过程的相平衡关系若溶质在气、液相中的组成分别以分压p、摩尔浓度c表示，亨若溶质在气、液相中的组成分别以摩尔分数y、x表示，亨利定律为m—相平衡常数溶解度相平衡常数～3.y～x关系易溶气体注意难溶气体m小m大（二）亨利定律吸收过程的相平衡关系若溶质在气、液相中的组成分别以摩尔分数y、x表示，亨利定律由得整理得对于低组成吸收简化得4.Y～X关系（二）亨利定律吸收过程的相平衡关系由得整理得对于低组成吸收简化得4.Y～X关系（二）亨利定律既可以用来根据液相组成计算与之平衡的气相组成，也可用来根据气相组成计算与之平衡的液相组成。因此，亨利定律可改写为：（二）亨利定律吸收过程的相平衡关系亨利定律既可以用来根据液相组成计算与之平衡的气相组成推导可得亨利定律表达式各系数间的关系如下：E～H关系E～m关系H～m关系各系数的换算关系吸收过程的相平衡关系推导可得亨利定律表达式各系数间的关系如下：E～H关系E～作业1在总压101.3KPa及20℃下，液相中氨的浓度为0.582kmol*m-3时，气相中氨的平衡分压为800Pa，若此组成符合相平衡关系，试求其H，E，m值。作业1在总压101.3KPa及20℃下，液相中氨的浓1.判断传质进行的方向传质方向由气相到液相进行吸收过程传质方向由液相到气相进行解吸过程吸收过程的相平衡关系二、相平衡关系在吸收过程中的应用1.判断传质进行的方向传质方向由气相到液相进行吸收过程传质方相对于气相浓度y而言，液相浓度欠饱和(x<x*)，故液相有吸收溶质A的能力。相对于液相浓度x而言，气相浓度为过饱和(y>y*)，溶质A由气相向液相转移。气、液相浓度(y,x)在平衡线上方(P点)：yxoy*=f(x)Pyxy*若系统气、液相浓度(y,x)在平衡线上方，则体系将发生从气相到液相的传质，即吸收。x*释放溶质吸收溶质吸收平衡线1.判断传质进行的方向吸收过程的相平衡关系相对于气相浓度y而言，液相浓度欠饱和(x<x*)，故液相相对于气相浓度而言实际液相浓度过饱和(x>x*)，故液相有释放溶质A的能力。相对于液相浓度x而言气相浓度为欠饱和(y<y*)，溶质A由液相向气相转移。气、液相浓度(y,x)在平衡线下方(Q点)：若系统气、液相浓度(y,x)在平衡线下方，则体系将发生从液相到气相的传质，即解吸。yxoy*=f(x)Qyxy*x*释放溶质吸收溶质1.判断传质进行的方向吸收过程的相平衡关系相对于气相浓度而言实际液相浓度过饱和(x>x*)，故液相有释相对于气相浓度而言液相浓度为平衡浓度(x=x*)，故液相不释放或吸收溶质A。相对于液相浓度x而言气相浓度为平衡浓度(y=y*)，溶质A不发生转移。气、液相浓度(y,x)处于平衡线上(R点)：yxoy*=f(x)Ryxy*若系统气、液相浓度(y,x)处于平衡线上，则体系从宏观上讲将不会发生相际间的传质，即系统处于平衡状态。x*1.判断传质进行的方向吸收过程的相平衡关系相对于气相浓度而言液相浓度为平衡浓度(x=x*)，故液相不释以气相表示的传质推动力以液相表示的传质推动力吸收推动力示意图y*=mx传质推动力的表示方法可以不同，但效果一样。未达平衡的两相接触会发生相间传质，离平衡浓度越远，传质推动力越大。方法：用气相或液相浓度偏离平衡的程度来表征气液相际传质过程的推动力。2.确定传质的推动力四、相平衡关系在吸收中的应用吸收过程的相平衡关系以气相表示的传质推动力以液相表示的传质推动力吸收推动力示意图对吸收而言：若保持液相浓度x不变，气相浓度y最低只能降到与之相平衡的浓度y*，即ymin=y*；若保持气相浓度y不变，则液相浓度x最高也只能升高到与气相浓度y相平衡的浓度x*，即xmax=x*。yxoy*=f(x)Pyxy*x*3.指明传质进行的极限——平衡四、相平衡关系在吸收中的应用传质极限限制了吸收液的最高组成及吸收尾气的最低组成。吸收过程的相平衡关系对吸收而言：yxoy*=f(x)Pyxy*x*3.指明传质进yxoy*=f(x)Qyxy*x*对解吸而言：若保持液相浓度x不变，气相浓度y最高只能升到与之相平衡的浓度y*，即ymax=y*；若保持气相浓度y不变，则液相浓度x最高也只能降到与气相浓度y相平衡的浓度x*，即xmin=x*。3.指明传质进行的极限四、相平衡关系在吸收中的应用吸收过程的相平衡关系yxoy*=f(x)Qyxy*x*对解吸而言：3.指明传质进对于逆流吸收塔液相出口最大组成气相出口最低组成X2X1Y1Y23.指明传质进行的极限四、相平衡关系在吸收中的应用吸收过程的相平衡关系对于逆流吸收塔液相出口最大组成气相出口最低组成X2X1Y1Y【例题2】在总压为101.3

kPa，温度为30℃的条件下，某含SO2为0.105（摩尔分数，下同）的混合空气与含SO2为0.002的水溶液接触，试判断SO2的传递方向。已知操作条件下气、液相平衡关系为y*＝46.5x。例题解：从气相分析：

y*＝46.5x从液相分析：【例题2】在总压为101.3kPa，温度为30℃的条件下，在总压为1200kPa，温度为303K的条件下，含CO2为5%（体积分数）的气体与含CO2为1.0g/L的水溶液相遇，问：会发生吸收还是脱吸？以分压差表示的推动力有多大？若要改变其传质方向可以采取哪些措施？作业2在总压为1200kPa，温度为303K的条件下，含C【例题3】在一吸收塔内，用含苯为0.45%（摩尔分数，下同）的再生循环洗油逆流吸收煤气中的苯。进塔煤气中含苯2.5%，要求出塔煤气中含苯不超过0.1%，已知气、液相平衡方程为y*＝0.065x。试计算：（1）塔顶处的推动力△y2和△x2；（2）塔顶排出煤气中苯的含量最低可降到多少；（3）塔底排出洗油中苯的含量最高可达到多少。例题解：（1）△y2＝y2－y2*＝y2－mx2△x2＝x2*

－x2

＝y2/m

－x2（2）（3）【例题3】在一吸收塔内，用含苯为0.45%（摩尔分数，下同）27思考题1.温度和压力对吸收过程的平衡关系有何影响？2.亨利定律为何具有不同的表达形式？3.亨利定律的适用条件是什么？4.相平衡关系在吸收过程中有何作用？课堂练习思考题1.温度和压力对吸收过程的平衡关系有何影响？课堂练习28课堂复习——相平衡关系1.什么是平衡分压和溶解度？2.简述亨利定律的内容和适用范围？3.E、H、m的含义以及跟溶解度的关系？4.温度和压力对吸收操作有何影响？5.如果液相组成x不变，y>y*，吸收还是解吸？如果y不变，x>x*，吸收还是解吸？6.x、y

X、Y分别代表什么含义？课堂复习——相平衡关系1.什么是平衡分压和溶解度？29二、吸收操作的现场工艺流程

二、吸收操作的现场工艺流程任务二：吸收操作的理论基础吸收传质机理吸收过程的相平衡关系气体吸收速率方程任务二：吸收操作的理论基础吸收传质机理吸收过程的相平衡关系气31吸收传质机理（1）流体中的分子扩散，简称扩散分子扩散是物质在一相内部有浓度差异的条件下，由流体分子的无规则热运动而引起的物质传递现象。这种扩散发生在静止流体或层流流体中相邻流体层间的传质。分子扩散在气相、液相和固相中均能发生。（2）涡流扩散凭藉流体质点的湍动和漩涡来传递物质的现象，称为涡流扩散。（3）对流扩散实际上，在湍流流体中，由分子运动而产生的分子扩散是与涡流扩散同时发挥着传递作用，这种扩散称为对流扩散，它与传热过程中的对流传热相类似。1.传质的基本方式吸收传质机理（1）流体中的分子扩散，简称扩散1.传质的基本方吸收传质机理描述分子扩散过程的基本定律—费克第一定律。kmol/(m2·

s)费克定律

DAB—组分A在组分B中的扩散系数，m2/sNA—组分A的扩散通量（扩散速率）1.传质的基本方式与热传导类似，与浓度梯度成正比吸收传质机理描述分子扩散过程的基本定律—费克第一定律。kmo吸收传质机理1.传质的基本方式分子扩散

通常，扩散系数与系统的温度、压力、总浓度以及物质的性质有关。对于双组分气体混合物，组分的扩散系数在低压下与浓度无关，只是温度及压力的函数。其值一般在

m2/s范围内。

液体中溶质的扩散系数不仅与物系的种类、温度有关，而且随溶质的浓度而变。液体中的扩散系数，其值一般在m2/s范围内。吸收传质机理1.传质的基本方式分子扩散通常，扩散系数吸收传质机理1.传质的基本方式涡流扩散由于流体质点的湍动和旋涡而形成的物质传递现象—涡流扩散。

涡流扩散在湍流流体中发生在涡流扩散中时刻存在分子扩散涡流扩散的通量远大于分子扩散的通量吸收传质机理1.传质的基本方式涡流扩散由于流体质点的吸收传质机理1.传质的基本方式涡流扩散—涡流扩散系数，m2/skmol/(m2·

s)描述涡流扩散速率的方程为NA——涡流扩散通量吸收传质机理1.传质的基本方式涡流扩散—涡流扩散系数，m2/吸收传质机理1.传质的基本方式对流扩散

运动流体与固体表面之间，或两个有限互溶的运动流体之间的质量传递过程—对流传质。

对流传质自然对流传质强制层流传质强制湍流传质√强制对流传质√吸收传质机理1.传质的基本方式对流扩散运动流体与固体吸收传质机理1.传质的基本方式对流扩散机理所谓对流传质的机理是指在传质过程中，流体以哪种方式进行传质。研究对流传质速率需首先弄清对流传质的机理。层流内层缓冲层湍流中心湍流流体流体与管壁间的浓度分布吸收传质机理1.传质的基本方式对流扩散机理所谓对流吸收传质机理1.传质的基本方式对流扩散机理湍流主体层流内层缓冲层传质机理：分子传质传质机理：涡流传质为主浓度分布：为一陡峭直线传质机理浓度分布：为一渐缓曲线浓度分布：为一平坦曲线分子传质涡流传质在与壁面垂直的方向上分为三层吸收传质机理1.传质的基本方式对流扩散机理湍流层流缓冲传质机吸收过程是溶质由气相向液相转移的相际传质过程，可分为三个步骤：气相主体液相主体相界面溶解气相扩散液相扩散①溶质A从气相主体扩散到相界面（气相内传质)；②在相界面上溶质A由气相转入液相，即溶解(通过界面的传质)；③溶质A由相界面扩散到液相主体(液相内传质)。吸收传质机理2.相际间的对流传质过程吸收过程是溶质由气相向液相转移的相际传质过程，可分为三个步骤2.相际间的对流传质过程相际间的传质

一般来说，相界面上组分A从气相转入液相的过程很快，相界面传质阻力可以忽略。因此，相际间传质的阻力主要集中在气相和液相中。若其中一相传质阻力较另一相大得多，则另一相传质阻力可以忽略，此种传质过程即称之为“该相控制”。吸收传质机理2.相际间的对流传质过程相际间的传质一般来说，相界3.双膜理论（1）双膜模型惠特曼(Whiteman)于1923年提出，应用最为广泛一种传质模型。pbcb停滞膜模型（双阻力模型）双膜模型示意图吸收传质机理3.双膜理论（1）双膜模型惠特曼(Whiteman（2）双膜理论的基本论点①相互接触的气液两相间存在着稳定的相界面，界面的两侧各有一个很薄的停滞膜—气膜和液膜，溶质以分子扩散的方式经过两膜层。②在气膜、液膜以外的气、液两相主体中，由于流体强烈湍动，各处浓度均匀一致，无传质阻力，全部阻力和浓度变化集中在两个有效膜层中。③溶质穿过相界面的阻力极小，因次在气液相界面处，气液两相处于平衡状态，即p和c符合相平衡关系。3.双膜理论吸收传质机理双膜理论的示意图（2）双膜理论的基本论点①相互接触的气液两相间存在着稳定的（3）双膜理论的局限①将相界面当成是稳定的，只有在气、液相相对速率很小时才能成立；随着相对速率增加，相界面将由静止到波动，进而产生漩涡—湍动，传质速率显著加快；②停滞膜厚度及相界面气液相组成难以测定；③按双模理论，传质系数与扩散系数成正比，与实验所得关联式有较大偏差。传质与传热区别（复杂所在）：①平衡关系：热平衡即温度相等，相平衡不能简单认为组成相等；②组成有多种表示方法，故传质速率方程形式相应也有多种。3.双膜理论一、吸收过程的机理——传质机理吸收传质机理（3）双膜理论的局限①将相界面当成是稳定的，只有在气、液相传质与传热区别（复杂所在）：①平衡关系：热平衡即温度相等，相平衡不能简单认为组成相等；②组成有多种表示方法，故传质速率方程形式相应也有多种。一、吸收过程的机理——传质机理吸收传质机理TTWtWt热流体冷流体间壁式换热过程pcApici液相GLE气相吸收过程传质与传热区别（复杂所在）：一、吸收过程的机理——传质机理吸溶质渗透模型

希格比(

Higbie

)于1935年提出，为非稳态模型。溶质渗透模型示意图拓展溶质渗透模型希格比(Higbie)溶质渗透模型的要点①液面由无数微小的液体单元所构成，当气液两

相相互接触时，液相主体中的某些单元运动至

相界面便停滞下来。在气液未接触前，液体单

元中溶质的浓度和液相主体的浓度相等，接触

开始后，相界面处立即达到与气相平衡状态。②随着接触时间的延长，溶质A通过不稳态扩

散方式不断地向液体单元中渗透。拓展溶质渗透模型的要点①液面由无数微小的液体单元所构成，当气液③

液体单元在界面处暴露的时间是有限的，经

过时间θc后，旧的液体单元即被新的液体单

元所置换而回到液相主体中去。在液体单元

深处，仍保持原来的主体浓度不变。④液体单元不断进行交换，每批液体单元在界

面暴露的时间θc都是一样的。拓展③液体单元在界面处暴露的时间是有限的，经

过时间θ3.表面更新模型

丹克沃茨(Danckwerts)于1951年提出，为非稳态模型。表面更新模型的要点①

溶质向液相内部传质为非稳态分子扩散过程。②

界面上液体单元有不同的暴露时间或称年龄，界面上各种不同年龄的液体单元都存在。③

不论界面上液体单元暴露时间多长，被置换的概

率是均等的。单位时间内表面被置换的分率称为

表面更新率，用符号S表示。拓展3.表面更新模型丹克沃茨(Danckwer任务二：吸收操作的理论基础吸收传质机理吸收过程的相平衡关系气体吸收速率方程任务二：吸收操作的理论基础吸收传质机理吸收过程的相平衡关系气50吸收速率，指单位传质面积上单位时间内吸收的溶质量,用符号NA表示，单位为kmol/(m2*s)。描述吸收速率与推动力之间的关系式即为吸收速率方程。根据推动力及阻力可写出速率关系式，单独根据气膜或液膜的推动力及阻力写出的速率关系式称为气膜或液膜吸收速率方程式，相应的吸收系数称为膜系数或分系数，用k表示，与传热中的对流传热系数相当。吸收速率=过程推动力/过程阻力=吸收系数*过程推动力二、吸收速率方程气体吸收速率方程吸收速率，指单位传质面积上单位时间内吸收的溶质量,用符号NA

气相或液相的实际组成与相应条件下的平衡组成的差值可表示传质的推动力。对于吸收过程，传质的推动力为或y-

y*或x*

-x1、用气相（液相）摩尔组成来表示2、用压力来表示3、用摩尔浓度来表示气体吸收速率方程推动力气相或液相的实际组成与相应条件下的平衡组成的差值可表示气体吸收速率方程

—对流传质系数，kmol/(m2·s·△c)kmol/(m2·

s)对流传质速率方程气体吸收速率方程—对流传质系数，kmol/(m2·s·1.气膜吸收速率方程气膜内的吸收速率方程可表示为二、吸收速率方程气体吸收速率方程kG、kY——气膜吸收分系数1.气膜吸收速率方程气膜内的吸收速率方程可表示为二、吸收速比较得由道尔顿分压定律1.气膜吸收速率方程二、吸收速率方程气体吸收速率方程比较得由道尔顿分压定律1.气膜吸收速率方程二、吸收速率方2.液膜吸收速率方程液膜内的吸收速率方程可表示为二、吸收速率方程气体吸收速率方程kL、kx——液膜吸收分系数2.液膜吸收速率方程液膜内的吸收速率方程可表示为二、吸收比较得由2.

液膜吸收速率方程二、吸收速率方程比较得由2.液膜吸收速率方程二、吸收速率方程稳态下，气、液两膜中的传质速率相等，即直线通过定点A(c，p)斜率－kL/kG3.界面组成的确定二、吸收速率方程稳态下，气、液两膜中的传质速率相等，即直线通过定点A(c，界面组成的确定界面组成的确定

为了避开难以测定的界面浓度，效仿传热中类似问题的处理方法，即避开壁面温度而以冷、热流体的温度差来表示总推动力。对于吸收过程，同样可以采用两相主体浓度的差值来表示总推动力来写出吸收速率方程式。吸收速率=总推动力/总阻力=两相主体浓度差/两膜阻力之和4.总吸收速率方程二、吸收速率方程为了避开难以测定的界面浓度，效仿传热中类似问题的处理KG—气相总吸收系数，kmol/(m2·s·kPa)总阻力液膜阻力气膜阻力气相总吸收速率方程式（1）以(p-p*)表示的总吸收速率方程4.

总吸收速率方程二、吸收速率方程气体吸收速率方程KG—气相总吸收系数，kmol/(m2·s·kPa)总阻力液对于易溶气体，H值很大液膜阻力气膜阻力控制整个吸收过程的速率气膜控制示例：水吸收氨气膜阻力气膜控制示意图4.

总吸收速率方程二、吸收速率方程（1）以(p-p*)表示的总吸收速率方程气体吸收速率方程对于易溶气体，H值很大液膜阻力气膜阻力控气膜示例：水吸收氨KL—液相总吸收系数，m/s总阻力气膜阻力液膜阻力液相总吸收速率方程式（2）以(c*-c)表示的总吸收速率方程4.

总吸收速率方程二、吸收速率方程气体吸收速率方程KL—液相总吸收系数，m/s总阻力气膜阻力液膜阻力液相总吸对于难溶气体，H值很小气膜阻力示例：水吸收氧液膜阻力液膜控制示意图液膜阻力控制整个吸收过程的速率液膜控制（2）以(c*-c)表示的总吸收速率方程4.

总吸收速率方程二、吸收速率方程气体吸收速率方程对于难溶气体，H值很小气膜阻力示例：水吸收氧液膜阻力液膜控Ky—气相总吸收系数，kmol/(m2·s)

气相总吸收速率方程式（3）以(y-y*)表示的总吸收速率方程4.

总吸收速率方程二、吸收速率方程气体吸收速率方程Ky—气相总吸收系数，kmol/(m2·s)气相总吸收（3Kx—液相总吸收系数，kmol/(m2·s)液相总吸收速率方程式（4）以(x*-x)表示的总吸收速率方程4.

总吸收速率方程二、吸收速率方程气体吸收速率方程Kx—液相总吸收系数，kmol/(m2·s)液相总吸收（对于低浓度吸收KY—气相总吸收系数，kmol/(m2·s)气相总吸收速率方程式（5）以(Y-Y*)表示的总吸收速率方程4.

总吸收速率方程二、吸收速率方程气体吸收速率方程对于低浓度吸收KY—气相总吸收系数，kmol/(m2·s)对于低浓度吸收KX—液相总吸收系数，kmol/(m2·s)

液相总吸收速率方程式（6）以(X*-X)表示的总吸收速率方程4.

总吸收速率方程二、吸收速率方程气体吸收速率方程对于低浓度吸收KX—液相总吸收系数，kmol/(m2·s使用吸收速率方程式应注意以下几点:（1）上述的各种吸收速率方程式是等效的。采用任何吸收速率方程式均可计算吸收过程速率。（2）任何吸收系数的单位都是kmol/(m2·s·单位推动力)。（3）必须注意各吸收速率方程式中的吸收系数与吸收推动力的正确搭配及其单位的一致性。吸收速率方程小结气体吸收速率方程使用吸收速率方程式应注意以下几点:（1）上述的各种（4）上述各吸收速率方程式都是以气液组成保持不变为前提的，因此只适合于描述稳态操作的吸收塔内任一横截面上的速率关系，而不能直接用来描述全塔的吸收速率。在塔内不同横截面上的气液组成各不相同，其吸收速率也不相同。（5）在使用与总吸收系数相对应的吸收速率方程式时，在整个过程所涉及的浓度范围内，平衡关系须为直线。吸收速率方程小结气体吸收速率方程（4）上述各吸收速率方程式都是以气液组成保持不变为前提吸收速率方程小结气体吸收速率方程液膜吸收速率方程式注：有i下标的表示的是界面浓度（摩尔分率、摩尔浓度、分压）气膜吸收速率方程吸收速率方程小结气体吸收速率方程液膜吸收速率方程式注：有i下演讲完毕，谢谢观看！演讲完毕，谢谢观看！项目二吸收技术化工产品分离精制与控制项目二吸收技术化工产品分离精制与控制73任务二：工艺参数的确定吸收传质机理吸收过程的相平衡关系气体吸收速率方程任务二：工艺参数的确定吸收传质机理吸收过程的相平衡关系气体吸74摩尔比摩尔比与摩尔分数的关系吸收操作中气液相的量会改变，如何变化？摩尔比摩尔比与摩尔分数的关系吸收操作中气液相的量会改变，如气体吸收是物质自气相到液相的转移，这是一种传质过程。如果把氨气和水共同封存在容器中，令体系的压力和温度维持一定，随着时间的进行会发生什么变化？吸收过程的相平衡关系一、气液相平衡传质速率逐渐减慢到0在一定温度和压力下，令某气体混合物（A＋B）与液体S接触。溶质便向液相转移，直至液相中溶质达到饱和浓度为止，这种状态称为相际动态平衡，简称相平衡或平衡。液体S气体（A＋B）A

溶解A

逸出气体吸收是物质自气相到液相的转移，这是一种传质过程。吸收过程气相中溶质的分压称为平衡分压或饱和分压；液相中的溶质浓度称为平衡浓度或饱和浓度，也就是气体在液体中的溶解度，习惯上以单位或体积的液体中所含溶质的质量或物质的量来表示。ρA、cA溶解度是一定条件下吸收过程可以达到的极限程度。在温度和压力一定的条件下，平衡时的气、液相组成具有一一对应关系，溶质组分在两相中的组成符合相平衡关系，组成关系用曲线表示——溶解度曲线。一、气液相平衡吸收过程的相平衡关系气相中溶质的分压称为平衡分压或饱和分压；一、气液相平衡吸收过平衡分压液相组成溶解度曲线～一、气液相平衡达平衡状态时平衡方程气相分压饱和浓度（溶解度）吸收过程的相平衡关系平衡分压液相组成溶解度曲线～一、气液相平衡达平衡状态时平溶解度曲线：由实验测定的溶解度绘制的曲线，溶解度与物系种类、温度、压力有关。溶解度/[g(NH3)/1000g(H2O)]1000500020406080100120pNH3/kPa50oC40oC30oC20oC10oC0oC120溶解度/[g(SO2)/1000g(H2O)]250200020406080100pSO2/kPa1501005012050oC40oC30oC20oC10oC0oC氨在水中的溶解度

二氧化硫在水中的溶解度一、气液相平衡吸收过程的相平衡关系溶解度曲线：由实验测定的溶解度绘制的曲线，溶解度与物系种类、在相同条件下，不同气体溶解度有很大差别。溶解度很小的气体称为难溶气体，溶解度很大的气体称为易溶气体，介于之间的为溶解度适中的气体。一、气液相平衡氧气在水中的溶解度吸收过程的相平衡关系在相同条件下，不同气体溶解度有很大差别。溶解度很小的温度的影响加压和降温对同一溶质，在相同的气相分压下，溶解度随温度的升高而减小。对同一溶质，在相同的温度下，溶解度随气相分压的升高而增大。分压的影响注意减压和升温有利于吸收操作有利于解吸操作溶解度的影响因素吸收过程的相平衡关系一、气液相平衡溶解度/[g(NH3)/1000g(H2O)]1000500020406080100120pNH3/kPa50oC40oC30oC20oC10oC0oC温度的影响加压和降温对同一溶质，在相同的气当总压不高（不超过0.5MPa）时，一定温度下稀溶液的溶解度曲线近似为直线，即气液两相的浓度成正比，这种关系称为亨利定律。1.p～x关系（二）亨利定律E的单位与气相分压的压强单位一致亨利系数的值随物系的特性及温度而异；在同一溶剂中，难溶气体E值很大，易溶气体E值很小；物系一定，E值一般随温度的上升而增大。吸收过程的相平衡关系溶液上方溶质的平衡分压与其在液相中的摩尔分数成正比。当总压不高（不超过0.5MPa）时，一定温度下若溶质在气、液相中的组成分别以分压p、摩尔浓度c表示，亨利定律为H—溶解度系数，kmol/(m3·kPa)溶解度系数溶解度～2.p～c关系易溶气体注意难溶气体H大H小（二）亨利定律吸收过程的相平衡关系若溶质在气、液相中的组成分别以分压p、摩尔浓度c表示，亨若溶质在气、液相中的组成分别以摩尔分数y、x表示，亨利定律为m—相平衡常数溶解度相平衡常数～3.y～x关系易溶气体注意难溶气体m小m大（二）亨利定律吸收过程的相平衡关系若溶质在气、液相中的组成分别以摩尔分数y、x表示，亨利定律由得整理得对于低组成吸收简化得4.Y～X关系（二）亨利定律吸收过程的相平衡关系由得整理得对于低组成吸收简化得4.Y～X关系（二）亨利定律既可以用来根据液相组成计算与之平衡的气相组成，也可用来根据气相组成计算与之平衡的液相组成。因此，亨利定律可改写为：（二）亨利定律吸收过程的相平衡关系亨利定律既可以用来根据液相组成计算与之平衡的气相组成推导可得亨利定律表达式各系数间的关系如下：E～H关系E～m关系H～m关系各系数的换算关系吸收过程的相平衡关系推导可得亨利定律表达式各系数间的关系如下：E～H关系E～作业1在总压101.3KPa及20℃下，液相中氨的浓度为0.582kmol*m-3时，气相中氨的平衡分压为800Pa，若此组成符合相平衡关系，试求其H，E，m值。作业1在总压101.3KPa及20℃下，液相中氨的浓1.判断传质进行的方向传质方向由气相到液相进行吸收过程传质方向由液相到气相进行解吸过程吸收过程的相平衡关系二、相平衡关系在吸收过程中的应用1.判断传质进行的方向传质方向由气相到液相进行吸收过程传质方相对于气相浓度y而言，液相浓度欠饱和(x<x*)，故液相有吸收溶质A的能力。相对于液相浓度x而言，气相浓度为过饱和(y>y*)，溶质A由气相向液相转移。气、液相浓度(y,x)在平衡线上方(P点)：yxoy*=f(x)Pyxy*若系统气、液相浓度(y,x)在平衡线上方，则体系将发生从气相到液相的传质，即吸收。x*释放溶质吸收溶质吸收平衡线1.判断传质进行的方向吸收过程的相平衡关系相对于气相浓度y而言，液相浓度欠饱和(x<x*)，故液相相对于气相浓度而言实际液相浓度过饱和(x>x*)，故液相有释放溶质A的能力。相对于液相浓度x而言气相浓度为欠饱和(y<y*)，溶质A由液相向气相转移。气、液相浓度(y,x)在平衡线下方(Q点)：若系统气、液相浓度(y,x)在平衡线下方，则体系将发生从液相到气相的传质，即解吸。yxoy*=f(x)Qyxy*x*释放溶质吸收溶质1.判断传质进行的方向吸收过程的相平衡关系相对于气相浓度而言实际液相浓度过饱和(x>x*)，故液相有释相对于气相浓度而言液相浓度为平衡浓度(x=x*)，故液相不释放或吸收溶质A。相对于液相浓度x而言气相浓度为平衡浓度(y=y*)，溶质A不发生转移。气、液相浓度(y,x)处于平衡线上(R点)：yxoy*=f(x)Ryxy*若系统气、液相浓度(y,x)处于平衡线上，则体系从宏观上讲将不会发生相际间的传质，即系统处于平衡状态。x*1.判断传质进行的方向吸收过程的相平衡关系相对于气相浓度而言液相浓度为平衡浓度(x=x*)，故液相不释以气相表示的传质推动力以液相表示的传质推动力吸收推动力示意图y*=mx传质推动力的表示方法可以不同，但效果一样。未达平衡的两相接触会发生相间传质，离平衡浓度越远，传质推动力越大。方法：用气相或液相浓度偏离平衡的程度来表征气液相际传质过程的推动力。2.确定传质的推动力四、相平衡关系在吸收中的应用吸收过程的相平衡关系以气相表示的传质推动力以液相表示的传质推动力吸收推动力示意图对吸收而言：若保持液相浓度x不变，气相浓度y最低只能降到与之相平衡的浓度y*，即ymin=y*；若保持气相浓度y不变，则液相浓度x最高也只能升高到与气相浓度y相平衡的浓度x*，即xmax=x*。yxoy*=f(x)Pyxy*x*3.指明传质进行的极限——平衡四、相平衡关系在吸收中的应用传质极限限制了吸收液的最高组成及吸收尾气的最低组成。吸收过程的相平衡关系对吸收而言：yxoy*=f(x)Pyxy*x*3.指明传质进yxoy*=f(x)Qyxy*x*对解吸而言：若保持液相浓度x不变，气相浓度y最高只能升到与之相平衡的浓度y*，即ymax=y*；若保持气相浓度y不变，则液相浓度x最高也只能降到与气相浓度y相平衡的浓度x*，即xmin=x*。3.指明传质进行的极限四、相平衡关系在吸收中的应用吸收过程的相平衡关系yxoy*=f(x)Qyxy*x*对解吸而言：3.指明传质进对于逆流吸收塔液相出口最大组成气相出口最低组成X2X1Y1Y23.指明传质进行的极限四、相平衡关系在吸收中的应用吸收过程的相平衡关系对于逆流吸收塔液相出口最大组成气相出口最低组成X2X1Y1Y【例题2】在总压为101.3

kPa，温度为30℃的条件下，某含SO2为0.105（摩尔分数，下同）的混合空气与含SO2为0.002的水溶液接触，试判断SO2的传递方向。已知操作条件下气、液相平衡关系为y*＝46.5x。例题解：从气相分析：

y*＝46.5x从液相分析：【例题2】在总压为101.3kPa，温度为30℃的条件下，在总压为1200kPa，温度为303K的条件下，含CO2为5%（体积分数）的气体与含CO2为1.0g/L的水溶液相遇，问：会发生吸收还是脱吸？以分压差表示的推动力有多大？若要改变其传质方向可以采取哪些措施？作业2在总压为1200kPa，温度为303K的条件下，含C【例题3】在一吸收塔内，用含苯为0.45%（摩尔分数，下同）的再生循环洗油逆流吸收煤气中的苯。进塔煤气中含苯2.5%，要求出塔煤气中含苯不超过0.1%，已知气、液相平衡方程为y*＝0.065x。试计算：（1）塔顶处的推动力△y2和△x2；（2）塔顶排出煤气中苯的含量最低可降到多少；（3）塔底排出洗油中苯的含量最高可达到多少。例题解：（1）△y2＝y2－y2*＝y2－mx2△x2＝x2*

－x2

＝y2/m

－x2（2）（3）【例题3】在一吸收塔内，用含苯为0.45%（摩尔分数，下同）99思考题1.温度和压力对吸收过程的平衡关系有何影响？2.亨利定律为何具有不同的表达形式？3.亨利定律的适用条件是什么？4.相平衡关系在吸收过程中有何作用？课堂练习思考题1.温度和压力对吸收过程的平衡关系有何影响？课堂练习100课堂复习——相平衡关系1.什么是平衡分压和溶解度？2.简述亨利定律的内容和适用范围？3.E、H、m的含义以及跟溶解度的关系？4.温度和压力对吸收操作有何影响？5.如果液相组成x不变，y>y*，吸收还是解吸？如果y不变，x>x*，吸收还是解吸？6.x、y

X、Y分别代表什么含义？课堂复习——相平衡关系1.什么是平衡分压和溶解度？101二、吸收操作的现场工艺流程

二、吸收操作的现场工艺流程任务二：吸收操作的理论基础吸收传质机理吸收过程的相平衡关系气体吸收速率方程任务二：吸收操作的理论基础吸收传质机理吸收过程的相平衡关系气103吸收传质机理（1）流体中的分子扩散，简称扩散分子扩散是物质在一相内部有浓度差异的条件下，由流体分子的无规则热运动而引起的物质传递现象。这种扩散发生在静止流体或层流流体中相邻流体层间的传质。分子扩散在气相、液相和固相中均能发生。（2）涡流扩散凭藉流体质点的湍动和漩涡来传递物质的现象，称为涡流扩散。（3）对流扩散实际上，在湍流流体中，由分子运动而产生的分子扩散是与涡流扩散同时发挥着传递作用，这种扩散称为对流扩散，它与传热过程中的对流传热相类似。1.传质的基本方式吸收传质机理（1）流体中的分子扩散，简称扩散1.传质的基本方吸收传质机理描述分子扩散过程的基本定律—费克第一定律。kmol/(m2·

s)费克定律

DAB—组分A在组分B中的扩散系数，m2/sNA—组分A的扩散通量（扩散速率）1.传质的基本方式与热传导类似，与浓度梯度成正比吸收传质机理描述分子扩散过程的基本定律—费克第一定律。kmo吸收传质机理1.传质的基本方式分子扩散

通常，扩散系数与系统的温度、压力、总浓度以及物质的性质有关。对于双组分气体混合物，组分的扩散系数在低压下与浓度无关，只是温度及压力的函数。其值一般在

m2/s范围内。

液体中溶质的扩散系数不仅与物系的种类、温度有关，而且随溶质的浓度而变。液体中的扩散系数，其值一般在m2/s范围内。吸收传质机理1.传质的基本方式分子扩散通常，扩散系数吸收传质机理1.传质的基本方式涡流扩散由于流体质点的湍动和旋涡而形成的物质传递现象—涡流扩散。

涡流扩散在湍流流体中发生在涡流扩散中时刻存在分子扩散涡流扩散的通量远大于分子扩散的通量吸收传质机理1.传质的基本方式涡流扩散由于流体质点的吸收传质机理1.传质的基本方式涡流扩散—涡流扩散系数，m2/skmol/(m2·

s)描述涡流扩散速率的方程为NA——涡流扩散通量吸收传质机理1.传质的基本方式涡流扩散—涡流扩散系数，m2/吸收传质机理1.传质的基本方式对流扩散

运动流体与固体表面之间，或两个有限互溶的运动流体之间的质量传递过程—对流传质。

对流传质自然对流传质强制层流传质强制湍流传质√强制对流传质√吸收传质机理1.传质的基本方式对流扩散运动流体与固体吸收传质机理1.传质的基本方式对流扩散机理所谓对流传质的机理是指在传质过程中，流体以哪种方式进行传质。研究对流传质速率需首先弄清对流传质的机理。层流内层缓冲层湍流中心湍流流体流体与管壁间的浓度分布吸收传质机理1.传质的基本方式对流扩散机理所谓对流吸收传质机理1.传质的基本方式对流扩散机理湍流主体层流内层缓冲层传质机理：分子传质传质机理：涡流传质为主浓度分布：为一陡峭直线传质机理浓度分布：为一渐缓曲线浓度分布：为一平坦曲线分子传质涡流传质在与壁面垂直的方向上分为三层吸收传质机理1.传质的基本方式对流扩散机理湍流层流缓冲传质机吸收过程是溶质由气相向液相转移的相际传质过程，可分为三个步骤：气相主体液相主体相界面溶解气相扩散液相扩散①溶质A从气相主体扩散到相界面（气相内传质)；②在相界面上溶质A由气相转入液相，即溶解(通过界面的传质)；③溶质A由相界面扩散到液相主体(液相内传质)。吸收传质机理2.相际间的对流传质过程吸收过程是溶质由气相向液相转移的相际传质过程，可分为三个步骤2.相际间的对流传质过程相际间的传质

一般来说，相界面上组分A从气相转入液相的过程很快，相界面传质阻力可以忽略。因此，相际间传质的阻力主要集中在气相和液相中。若其中一相传质阻力较另一相大得多，则另一相传质阻力可以忽略，此种传质过程即称之为“该相控制”。吸收传质机理2.相际间的对流传质过程相际间的传质一般来说，相界3.双膜理论（1）双膜模型惠特曼(Whiteman)于1923年提出，应用最为广泛一种传质模型。pbcb停滞膜模型（双阻力模型）双膜模型示意图吸收传质机理3.双膜理论（1）双膜模型惠特曼(Whiteman（2）双膜理论的基本论点①相互接触的气液两相间存在着稳定的相界面，界面的两侧各有一个很薄的停滞膜—气膜和液膜，溶质以分子扩散的方式经过两膜层。②在气膜、液膜以外的气、液两相主体中，由于流体强烈湍动，各处浓度均匀一致，无传质阻力，全部阻力和浓度变化集中在两个有效膜层中。③溶质穿过相界面的阻力极小，因次在气液相界面处，气液两相处于平衡状态，即p和c符合相平衡关系。3.双膜理论吸收传质机理双膜理论的示意图（2）双膜理论的基本论点①相互接触的气液两相间存在着稳定的（3）双膜理论的局限①将相界面当成是稳定的，只有在气、液相相对速率很小时才能成立；随着相对速率增加，相界面将由静止到波动，进而产生漩涡—湍动，传质速率显著加快；②停滞膜厚度及相界面气液相组成难以测定；③按双模理论，传质系数与扩散系数成正比，与实验所得关联式有较大偏差。传质与传热区别（复杂所在）：①平衡关系：热平衡即温度相等，相平衡不能简单认为组成相等；②组成有多种表示方法，故传质速率方程形式相应也有多种。3.双膜理论一、吸收过程的机理——传质机理吸收传质机理（3）双膜理论的局限①将相界面当成是稳定的，只有在气、液相传质与传热区别（复杂所在）：①平衡关系：热平衡即温度相等，相平衡不能简单认为组成相等；②组成有多种表示方法，故传质速率方程形式相应也有多种。一、吸收过程的机理——传质机理吸收传质机理TTWtWt热流体冷流体间壁式换热过程pcApici液相GLE气相吸收过程传质与传热区别（复杂所在）：一、吸收过程的机理——传质机理吸溶质渗透模型

希格比(

Higbie

)于1935年提出，为非稳态模型。溶质渗透模型示意图拓展溶质渗透模型希格比(Higbie)溶质渗透模型的要点①液面由无数微小的液体单元所构成，当气液两

相相互接触时，液相主体中的某些单元运动至

相界面便停滞下来。在气液未接触前，液体单

元中溶质的浓度和液相主体的浓度相等，接触

开始后，相界面处立即达到与气相平衡状态。②随着接触时间的延长，溶质A通过不稳态扩

散方式不断地向液体单元中渗透。拓展溶质渗透模型的要点①液面由无数微小的液体单元所构成，当气液③

液体单元在界面处暴露的时间是有限的，经

过时间θc后，旧的液体单元即被新的液体单

元所置换而回到液相主体中去。在液体单元

深处，仍保持原来的主体浓度不变。④液体单元不断进行交换，每批液体单元在界

面暴露的时间θc都是一样的。拓展③液体单元在界面处暴露的时间是有限的，经

过时间θ3.表面更新模型

丹克沃茨(Danckwerts)于1951年提出，为非稳态模型。表面更新模型的要点①

溶质向液相内部传质为非稳态分子扩散过程。②

界面上液体单元有不同的暴露时间或称年龄，界面上各种不同年龄的液体单元都存在。③

不论界面上液体单元暴露时间多长，被置换的概

率是均等的。单位时间内表面被置换的分率称为

表面更新率，用符号S表示。拓展3.表面更新模型丹克沃茨(Danckwer任务二：吸收操作的理论基础吸收传质机理吸收过程的相平衡关系气体吸收速率方程任务二：吸收操作的理论基础吸收传质机理吸收过程的相平衡关系气122吸收速率，指单位传质面积上单位时间内吸收的溶质量,用符号NA表示，单位为kmol/(m2*s)。描述吸收速率与推动力之间的关系式即为吸收速率方程。根据推动力及阻力可写出速率关系式，单独根据气膜或液膜的推动力及阻力写出的速率关系式称为气膜或液膜吸收速率方程式，相应的吸收系数称为膜系数或分系数，用k表示，与传热中的对流传热系数相当。吸收速率=过程推动力/过程阻力=吸收系数*过程推动力二、吸收速率方程气体吸收速率方程吸收速率，指单位传质面积上单位时间内吸收的溶质量,用符号NA

气相或液相的实际组成与相应条件下的平衡组成的差值可表示传质的推动力。对于吸收过程，传质的推动力为或y-

y*或x*

-x1、用气相（液相）摩尔组成来表示2、用压力来表示3、用摩尔浓度来表示气体吸收速率方程推动力气相或液相的实际组成与相应条件下的平衡组成的差值可表示气体吸收速率方程