福州大学化工原理电子教案 气体吸收 84相际传质 溶质从一个相转移到另一个相称为相际传质或两相间的传质。吸收过程的相际传质是由气相与界面间 的对流传质、界面上溶质组分的溶解、液相与界面间的对流传质三个过程串联而成。解决吸收过程相际传 质速率问题目前是用双膜模型 (1)双膜模型 双膜模型的要点如下: ①在相互接触的气液两相间存在着稳定的相界面,界面两侧分别存在着一个很薄的有效层流气膜和 液膜,被吸收的溶质组分只能分子扩散的方式通过这两层膜,气相和液相的浓度变化(即推动力)及阻力 均分别几种在这两层膜中,故 气相与界相MA=k(y-)=~y=气相传质推动力气相传质阻力 k 界面与液相NA=k2(x-x)= x.-x =液相传质推动力液相传质阻力 ②在相界面上不存在传质阻力,所需传质推动力等零,即在界面上气、液两相浓度成平衡 y=f(x 对稀溶液:y=mx1(通过原点的直线) 或在计算范围内平衡线近似为直线:y=mx1+a(图8-19) 斜率m 吸收 b.解吸 图8-19主体含量与界面含量的图示 (2)相际传质速率方程 以上求NA的两个式子中k,k可通过试验测定求得,但两式中的界面组成y,x难求,实际使用时须 设法从式中消去y3x。如何消去呢?既然我们讨论的是定态传质问题,气相与界面间的传质速率应等于 界面与液相的传质速率,即 = k 为消去界面浓度,上式最右端分子分母均乘以m,并将串联过程的推动力加和以及阻力加即得
福州大学化工原理电子教案 气体吸收 - 1 - 8.4 相际传质 溶质从一个相转移到另一个相称为相际传质或两相间的传质。吸收过程的相际传质是由气相与界面间 的对流传质、界面上溶质组分的溶解、液相与界面间的对流传质三个过程串联而成。解决吸收过程相际传 质速率问题目前是用双膜模型。 （1） 双膜模型 双膜模型的要点如下： ① 在相互接触的气液两相间存在着稳定的相界面，界面两侧分别存在着一个很薄的有效层流气膜和 液膜，被吸收的溶质组分只能分子扩散的方式通过这两层膜，气相和液相的浓度变化（即推动力）及阻力 均分别几种在这两层膜中，故 气相与界相 A y y ( ) 1 i i y y N k y y k − = − = ＝气相传质推动力/气相传质阻力 界面与液相 A x x ( ) 1 i i x x N k x x k − = − = ＝液相传质推动力/液相传质阻力 ② 在相界面上不存在传质阻力，所需传质推动力等零，即在界面上气、液两相浓度成平衡， ( ) i i y f x = 。 对稀溶液： i i y mx = （通过原点的直线） 或在计算范围内平衡线近似为直线： i i y mx a = + （图 8-19） （2） 相际传质速率方程 以上求 NA 的两个式子中 x y k k, 可通过试验测定求得，但两式中的界面组成 , i i y x 难求，实际使用时须 设法从式中消去 , i i y x 。如何消去呢？既然我们讨论的是定态传质问题，气相与界面间的传质速率应等于 界面与液相的传质速率，即 A 1 1 i i y x y y x x N k k − − = = 为消去界面浓度，上式最右端分子分母均乘以 m，并将串联过程的推动力加和以及阻力加即得：
福州大学化工原理电子教案 气体吸收 )m 对稀溶液y=mx1,y=mnx,则m(x-x)=y-y,故上式成为: N=1=吸收总推动力吸收总阻力 kk 令K 总阻力=气膜阻力+液膜阻力,符合双膜模型) K k NA=K、(y-y) 以气相摩尔分数差(y-y)为总推动力的总传质系数,kmol 思考题:①若平衡关系为y=mx+a,y=mx+a上式成立否?为什么: ②2为得到以(x2-x)为总推动力的总传质(相对传质)速率方程,该如何处理? N=(y=y1m+-=平二1=吸收总推动力吸收总阻力 K(x-x K K, mk, k, 比较Ky,Kx的表达式可知 K=mK ③你能导出解吸时的总传质(相际传质)速率方程吗?若能请导出其表达式,并与吸收的方程比较。 Ky(e NA=K(x-x 解吸时总推动力与吸收相反,但总传质系数与吸收相同 (3)传质速率方程的各种表达形式 由于传质速率方程中的传质系数可用总传质系数或某一相的分传质系数两种方法表示,相应的推动力 也有总推动力或某一相的推动力两种,而气液相的浓度又可以用不同的方法表示,相平衡方程亦有不同的 表达形式,故传质速率方程也有多种形式。表8-4列出了几种常用的速率方程,使用时应特别注意不同的 推动力应对应于不同的传质系数。在解题指南p267表15-2中列出了相平衡方程为=mx所对应的传质 速率方程。上标*代表平衡相当于教材下标e,Y、X为摩尔比,它们于y、x的关系为y 今后若题目给定的时该形式的相平衡方程,就要使用与之相应的传质速率方程。另外表15-2中的H与本 教材表8-4中的H为倒数关系 8.42传质阻力的控制步骤 从前面根据双膜模型导出的结果可知总传质阻力为气膜传质阻力与液膜传质阻力之和,即 kkkk mk k
福州大学化工原理电子教案 气体吸收 - 2 - ( ) ( ) A y x 1 i i y y x x m N m k k − + − = + 对稀溶液 e , i i y mx y mx = = ，则 e ( ) m x x y y i i − = − ，故上式成为： e A y x 1 y y N m k k − = = + 吸收总推动力/吸收总阻力 令 y y x 1 1 K m k k = + y y x 1 1 m K k k = + (总阻力＝气膜阻力＋液膜阻力，符合双膜模型 ) A y e N K y y = − ( ) 以气相摩尔分数差 e ( ) y y − 为总推动力的总传质系数， 2 kmol m s 。 思考题：①若平衡关系为 e y mx a = + ， i i y mx a = + 上式成立否？为什么： ②为得到以 ( ) e x x − 为总推动力的总传质（相对传质）速率方程，该如何处理？ ( ) e A y x y x / ( ) 1 1 1 1 i i y y m x x x x N mk k mk k − + − − = = + + ＝吸收总推动力/吸收总阻力 A x e N K x x = − ( ) x y x 1 1 1 K mk k = + x y x 1 1 1 K mk k = + 比较 y x K K, 的表达式可知 K mK x y = ③ 你能导出解吸时的总传质（相际传质）速率方程吗？若能请导出其表达式，并与吸收的方程比较。 A y e N K y y = − ( ) A x e N K x x = − ( ) 解吸时总推动力与吸收相反，但总传质系数与吸收相同。 （3）传质速率方程的各种表达形式 由于传质速率方程中的传质系数可用总传质系数或某一相的分传质系数两种方法表示，相应的推动力 也有总推动力或某一相的推动力两种，而气液相的浓度又可以用不同的方法表示，相平衡方程亦有不同的 表达形式，故传质速率方程也有多种形式。表 8-4 列出了几种常用的速率方程，使用时应特别注意不同的 推动力应对应于不同的传质系数。在解题指南 p267 表 15-2 中列出了相平衡方程为 Y mx = 所对应的传质 速率方程。上标*代表平衡相当于教材下标 e，Y、X 为摩尔比，它们于 y、x 的关系为 1 y Y y = − ， 1 x X x = − ， 今后若题目给定的时该形式的相平衡方程，就要使用与之相应的传质速率方程。另外表 15-2 中的 H 与本 教材表 8-4 中的 H 为倒数关系。 8.4.2 传质阻力的控制步骤 从前面根据双膜模型导出的结果可知总传质阻力为气膜传质阻力与液膜传质阻力之和，即 y y x 1 1 m K k k = + ， x y x 1 1 1 K mk k = +
福州大学化工原理电子教案 气体吸收 (1)气膜阻力控制 ≈,即K≈k,此时的传质阻力主要集中于气膜,称这种情况为“气膜阻力 控制”。显然,对于气膜阻力控制的吸收过程,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k,以减小气膜阻力,如气体流率↑,k↑K↑,N个。这与对流传热时为提高传热传热速率需设 法提高小的α以减小传热阻力类似。易溶气体溶解度大,平衡线斜率m小,其吸收过程往往是气膜阻力 控制,如用水吸收,用弄硫酸吸收水蒸汽等均为气膜控制。 (2)液膜阻力控制 mk”K,即K、≈k,此时的传质阻力只要集中于液膜,称这种情况为“液膜阻 力控制”。显然,对于液膜阻力控制的吸收过程,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k以减小气膜阻力,如液体流率↑,k↑,K↑,NA↑。难溶气体溶解度小,平衡线斜率m大, 其吸收过程多为液膜控制,如用水吸收CO2、O2,H2Cl2等均为液膜控制 用水吸收SO3及丙酮蒸汽,气膜阻力和液膜阻力各占一定比例,此时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,我们称这种情况为“双膜控制” 例8-4
福州大学化工原理电子教案 气体吸收 - 3 - （1） 气膜阻力控制 当 y x 1 m k k 时， y y 1 1 K k ，即 K k y y ，此时的传质阻力主要集中于气膜，称这种情况为“气膜阻力 控制”。显然，对于气膜阻力控制的吸收过程，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 y k 以减小气膜阻力，如气体流率 ， yyA k K N , , 。这与对流传热时为提高传热传热速率需设 法提高小的 以减小传热阻力类似。易溶气体溶解度大，平衡线斜率 m 小，其吸收过程往往是气膜阻力 控制，如用水吸收，用弄硫酸吸收水蒸汽等均为气膜控制。 （2）液膜阻力控制 当 y x 1 1 mk k 时， x x 1 1 K k ，即 K k x x ，此时的传质阻力只要集中于液膜，称这种情况为“液膜阻 力控制”。显然，对于液膜阻力控制的吸收过程，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 x k 以减小气膜阻力，如液体流率 ， x x A k K N , , 。难溶气体溶解度小，平衡线斜率 m 大， 其吸收过程多为液膜控制，如用水吸收 CO ,O ,H ,Cl 2 2 2 2 等均为液膜控制。 用水吸收 SO2 及丙酮蒸汽，气膜阻力和液膜阻力各占一定比例，此时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，我们称这种情况为“双膜控制”。 例 8-4