4吸收操作技术4.2.3吸收速率45课件

4吸收操作技术4.2.3吸收速率

根据生产任务进行吸收设备的设计计算，或核算混合气体通过指定设备所能达到的吸收程度，都需要知道吸收速率。吸收速率是反映吸收快慢的物理量，其大小关系到吸收设备投入的多少和吸收过程的经济性。

一、吸收速率方程在吸收操作中，单位时间内单位相际传质面积上吸收的溶质量称为吸收速率。表示吸收速率与吸收推动力之间的关系式称为吸收速率方程式。

吸收速率用符号NA表示，其单位为kmol/(㎡·s),计算依据如下：

该表达式类似于传热速率表达式。

传质的推动力为浓度差，而在吸收中表示浓度差的方法很多，本章主要讨论以摩尔比表示的浓度差的表达式。

根据双膜理论假设可知，传质的阻力和推动力主要集中在了气、液膜里，研究气相主体区与界面气相浓度差为推动力，或界面液相与液相主体区浓度差为推动力的情况；也可研究总浓度差为推动力的情况。以分系数（膜系数）表示的速率1、气膜吸收速率方程

2、液膜吸收速率方程

由以上研究可知，分系数（膜系数）表示的吸收速率方程中有Xi、Yi，而实际操作中气液界面上的浓度时无法测量的，因此，分系数法不能应用于实际计算。工程上常利用总吸收速率方程来表示吸收的速率方程。

此问题转向可应用型研究，其原理：以同一相中的实际状态浓度X、Y和平衡浓度X*、Y*的差为推动力。（一）气相总吸收速率方程——以气相分压差表示推动力的气相总传质系数，kmol/（m2·s·kPa）；

——以气相摩尔分率差表示推动力的气相总传质系数，kmol/（m2·s）；——以气相摩尔比差表示推动力的气相总传质系数，kmol/（m2·s）；3.总吸收速率方程（二）液相总吸收速率方程——以液相浓度差表示推动力的液相总传质系数kmol/m2·s·kmol/m3）；——以液相摩尔分率差表示推动力的液相总传质系数，kmol/（m2·s）；——以液相摩尔比差表示推动力的液相总传质系数，kmol/（m2·s）；10根据双膜理论：（三）总传质系数与单相传质分系数之间的关系系统服从亨利定律或平衡关系，在计算范围为直线12（四）总传质系数之间的关系13二、传质阻力的控制相间传质总阻力=液相(膜)阻力+气相(膜)阻力1.传质阻力注意：传质系数、传质阻力与推动力一一对应！142.传质速率的控制步骤（1）气膜控制:

传质阻力主要集中在气相，此吸收过程为气相阻力控制（气膜控制）。H较大易溶气体气膜控制的特点：.pAI（界面）pAicAcAi斜率：1/H15提高传质速率的措施：提高气体流速；加强气相湍流程度。

16（2）液膜控制:传质阻力主要集中在液相，此吸收过程为液相阻力控制（液膜控制）。液膜控制的特点：H较小难溶气体.斜率：1/HI（界面）17提高传质速率的措施：提高液体流速；加强液相湍流程度。18同理：气膜控制：液膜控制：m小易溶气体m大难溶气体19（3）中等溶解度的溶质:①

传质总阻力同时由气膜阻力和液膜阻力控制。②要提高传质速率，需同时加大气相和液相的湍动程度。20（4）气体在水中溶解度的难易程度区分:①当m<1时，可认为是易溶气体；②当m>100时，可认为是难溶气体；③当m=1～100时，可认为是中等溶解度的气体。

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，必须兼顾气液两膜阻力的降低，方能得到满意的效果，例如用水吸收二氧化硫、丙酮等。

速率方程的主要目的不在计算，而在于灵活运用。如气膜控制，在操作中增大气速可以减小气膜厚度，从而降低气膜阻力，增加吸收过程速率。讨论1、判断何种阻力为控制步骤，必须知道相平衡常数。并按照相应的方程进行计算做出判断。2、实际吸收过程是气液两相阻力各占一定比例。但是，以气相阻力为主的吸收操作，提高其流率G，可明显提高KY及NA，而提高液相流率L的作用很小。3、当总传质阻力的表示形式不同时，所谓的气相阻力和液相阻力的数值是不同的。分析气、液两相中传质阻力所占的比例，对于强化传质过程，提高传质速率有重要的指导意义。对于气膜控制吸收，欲提高传质速率，在选择设备形式及确定操作条件时需设法提高kG以减小气膜阻力，如气体流率。对于液膜控制吸收，欲提高吸收速率，在设备选型或确定操作条件时，应特别注意减小液膜阻力,如液体流率。双膜控制吸收应同时设法减小气膜阻力和液膜阻力,传质速率才会有明显提高。

应用吸收速率方程式的注意事项 ①吸收系数与推动力的正确搭配及其单位的一致性。②只适用于描述定态操作的吸收塔内任一横截面上的速率关系，不能直接用来描述全塔的吸收速率。③总系数表达的吸收速率方程式时，平衡关系须符合亨利定律。简化：对于易溶气体KY≈kY，对于难溶气体KX≈kX，此时不用考虑是否符合亨利定律。④具有中等溶解度的气体平衡关系不为直线，不能采用总系数表示的速率方程式。【例】在总压为100kPa、温度为30℃时，用清水吸收混合气体中的氨，气相传质系数=3.86×10-6kmol/（m2·s·kPa），液相传质系数=1.83×10-4m/s，假设此操作条件下的平衡关系服从亨利定律，测得液相溶质摩尔分率为0.05，其气相平衡分压为6.7kPa。求当塔内某截面上气、液组成分别为y=0.05，x=0.01时⑴以表示的传质总推动力及相应的传质速率、总传质系数；⑵分析该