第7章 吸收 传质：在多组分均相体系中，若某组分的浓度分布不均匀，就会发生该组分由浓度高的区域向浓度低的区域转移，即发生物质传递现象。这种现象称为质量传递过程，简称传质过程。(180页)

传质分离过程(相际传质)：对于均相物系(单一相)，由于内部不存在相界面，各点处的物理性质又完全相同，这时可利用物系中不同组分的物理性质或化学性质的差异，通过引入第二相、外加能量造成两相或引入第二相与外加能量并举的手段，使其中某一组分或某些组分从一相转移到另一相，即进行相际传质，以达到分离的目的，这一过程称为传质分离过程。

常见的传质操作：吸收、萃取、吸附、离子交换、膜分离等。 传质推动力：浓度差、温度差、压力差、电场或磁场的场强差。 以浓度差为推动力的传质过程：扩散过程 传质速率：在任一固定的空间位置上，单位时间内通过垂直于传递方向的单位面积传递的物质量，记作N。

第八章 吸收 第一节 吸收的基本概念 吸收的定义与应用 依据混合气体各组分在同一种液体溶剂中的物理溶解度(或化学反应活性)的不同，而将气体混合物分离的操作过程(267页)。 吸收剂、溶质、惰性气体、吸收液、尾气(净化气) 用途：净化原料气、精制气体产品、分离获得混合气体中的有用组分等。

吸收的类型(268页) 按溶质和吸收剂之间发生的作用 按混合气体中被吸收组分的数目 按在吸收过程中温度是否变化

第二节 物理吸收 物理吸收的热力学基础 主要问题：传递过程的方向、极限、推动力。 气-液平衡和亨利定律 气-液平衡 动态平衡状态 平衡分压 平衡浓度 相平衡关系

吸收物系：气相 + 液相 气体溶质向液相转移的过程：扩散过程 质点转移过程(传质过程)使气液两相溶质浓度发生改变，因此通过浓度的变化来衡量传质过程进行的程度和传质速率的大小(浓度变化的快慢)。

气体吸收实质上是气体在溶剂中的溶解。当液相达到饱和时的浓度即为溶解度，这种状态称为平衡状态，此时，气液两相中的溶质都保持一定的浓度不变，分别称为气相平衡浓度和液相平衡浓度。

气液相平衡浓度是相互制约的。达到平衡状态后，当有一方浓度发生变化时都会打破这个平衡，使两者浓度发生变化，直至达到新的平衡。

当体系温度一定时，以气相中任一个浓度值开始吸收时，液相中都会有一个浓度和它对应，作为平衡浓度。当液相中当前实际浓度低于此值时，表明它可以继续吸收，使浓度增加，直至达到这个平衡浓度为止。

反这亦然。对于液相中任一个浓度，也同样有一个气相浓度和它对应作为平衡浓度。当气相中当前实际浓度低于这个浓度时，表明液相可以解吸，气相浓度升高，直至升到平衡浓度。

亨利定律(269页) 适用于稀溶液，温度一定，总压不大的条件下 亨利定律的其它表示形式

各常数之间的换算

摩尔分数与摩尔比之间的换算

相平衡关系在吸收过程中的应用 判断传质过程的方向 计算相际传质过程的推动力 确定传质过程的极限

在常压101. 3kPa、温度为25℃时，CO2在水中溶解的亨利系数为1. 66×105kPa，现将含CO2摩尔分数为0 在常压101.3kPa、温度为25℃时，CO2在水中溶解的亨利系数为1.66×105kPa，现将含CO2摩尔分数为0.05的空气与CO2浓度为1.0×10-3kmol/m2的水溶液接触，试：(1)判断传质方向；(2)以分压差和浓度差表示传质推动力；(3)计算逆流接触时空气中CO2的最低含量。

物理吸收的动力学基础 吸收过程机理 双膜理论 在同一相内存在着浓度分布差异 稳态连续传质：界面、 虚拟膜、扩散过程， 包含全部传质阻力 稳态连续传质：界面、 虚拟膜、扩散过程， 包含全部传质阻力 界面处瞬间相平衡 ， 无阻力 主体区域无阻力，充分湍动，无浓度梯度。

由此可得

总传质速率方程 根据分传质速率方程 根据亨利定律

根据双膜理论假设 ， 在相界面上，气、液两相呈平衡关系。即：

由于是稳定传质， 因此 (NA)G＝(NA)L＝NA 根据等比定律

设定 因此有 此方程称为总传质速率方程，其中KG称为气相总传质系数，以气相分压差为推动力。 1/KG为总传质阻力，为气膜阻力与液膜阻力之和。

同理，若以液相浓度差为推动力，则有 此方程也称为总传质速率方程，其中KL称为液相总传质系数，以液相浓度差为推动力。 1/KL为总传质阻力 并可知 KG＝HKL

总传质方程其它表示形式

传质阻力分析 气膜控制：对于易溶气体，H值很大，气膜阻力远大于液膜阻力。 这种控制称为气膜控制。传质阻力主要集中在气膜。

对于难溶气体，H值很小，液膜阻力相对很大，远远大于气膜阻力。 这种控制称为液膜控制，传质总阻力主要集中于液膜。

例题 在总压101. 3kPa、20℃条件下，某水溶液中SO2的摩尔分数为0. 65×10-3，与SO2的摩尔分数为0 例题 在总压101.3kPa、20℃条件下，某水溶液中SO2的摩尔分数为0.65×10-3，与SO2的摩尔分数为0.03的空气接触，已知kG＝1×10-6kmol/(m2·s·kPa)，kL＝8×10-6m/s，SO2的亨利系数E＝3.55×103kPa，计算： (1)以分压差和浓度差表示的总传质推动力、总传质系数和传质速率； (2)以分压差为推动力的总传质阻力和气、液两相传质阻力的相对大小； (3)以摩尔分数表示的总传质推动力和总传质系数。

第四节 吸收设备的主要工艺计算 吸收设备工艺简述 低浓度气体吸收：混合气体中溶质浓度5~10%的吸收。 从经济性考虑，吸收最适合于低浓度气体的分离和净化。 吸收操作常用设备：吸收塔 吸收塔种类：板式塔和填料塔 流动方式：并流和逆流

逆流操作的优点 当两相进、出口浓度相同时，逆流时的平均推动力大于并流，而且利用气、液两相的密度差，有利于两相的分离。 板式塔和填料塔：板式塔以两块塔板之间的气、液相为对象，进行进出塔板的气、液相物料衡算，并且认为两块塔板之间的气、液相传质推动力和传质系数是相同的；填料塔的传质推动力和传质系数沿塔高是变化的，每一个截面上的传质速率都不同。

填料塔计算主要解决问题 塔内任一截面上气液相组成之间的关系 吸收剂用量(最小吸收剂用量) 填料塔高度

填料塔吸收过程的物料衡算与操作线方程 全塔物料衡算 假定惰性气体和吸收剂在吸收过程中保持不变 混合气体中溶质气体减少的量等于吸收剂中增加的量。

全塔溶质A的物料衡算式： 溶质吸收率(回收率) 由此计算出塔气体组成

操作线方程式与操作线 截面与塔顶的物料衡算

截面与塔底的溶质物料衡算

均称为操作线方程，其中qnL/qnG称为液气比。两个操作线方程是等价的。操作线的两个端点为A(X2,Y2)和B(X1,Y1)，分别代表塔项和塔底的气液组成。 由此可见，操作线取决于塔顶和塔底的气液组成以及液气比。 操作线上的任一点为操作点。

吸收剂用量的计算 最大 吸收剂用量 最小吸收剂用量 当操作线平行于竖轴时，X1＝X2，即吸收剂从入塔到出塔浓度不变，而只有吸收剂达到无限大用量时，才能实现这种情况。 最小吸收剂用量 当操作线与平衡线相交于点C时，吸收塔出口浓度等于平衡浓度，达到最大，此时吸收剂用量最小。但从传质距离方面考虑，由于传质速率变得很小，使所需要的塔高变得无限高。

吸收塔用量的计算 根据全塔物料衡算

最小吸收剂用量计算 最小吸收剂用量时， 塔底截面气液两相达到平衡。即

吸收剂实际用量一般取最小用量的1.1~2.0倍，即 qnL＝(1.1~2.0)qnLmin 或 qnL/qnG＝(1.1~2.0)(qnL/qnG)min

dqn－经过dh微元填料层传递的溶质A的量， kmol/s。代表在dh微元填料内要达到的传质量。 填料层高度的基本计算 填料层高度的计算式 基本计算式 以填料塔中dh微元填料层作为研究对象。 dqn－经过dh微元填料层传递的溶质A的量， kmol/s。代表在dh微元填料内要达到的传质量。

dn微元填料层内的传质速率方程为 传质面积的计算 引入一个参数： a－称为填料层的有效传质比表面积，表示单位体积填料层所能提供的有效传质面积，m2/m3。

在dh微元层内的有效传质面积 在dh微元填料层内

由此得dh的微分方程 体积传质系数的物理意义 (KYa)称为气相总体积传质系数，kmol/(m3·s)； (KXa)称为液相总体积传质系数，kmol/(m3·s) ； 体积传质系数的物理意义 单位传质推动力下，单位时间单位体积填料层内传递的溶质量。

对上述方程式积分，可得吸收塔高度的积分式

传质单元数和传质单元高度 吸收塔高度的计算式可写成 h=气相传质单元高度×气相传质单元数 =HOG×NOG 其中

也可用液相传质单元高度和液相传质单元数表示 h =HOL×NOL

传质单元 指通过一定高度的填料层传质，使一相组成的变化恰好等于该段填料中的平均推动力，这样一段填料层的传质称为一个传质单元。 传质单元数 传质过程中所需的传质单元的数目。取决于传质前后气、液相的组成和相平衡关系，与设备的情况无关，其值的大小反映了吸收过程的难易程度。 传质单元高度 完成一个传质单元分离任务所需要的填料层高度，主要取决于设备情况、物理特性及操作条件等，其值大小反映了填料层传质动力学性能的优劣。

传质单元数的计算 对数平均推动力法 操作线方程

再根据传质单元数 定义式

ΔYm为气相对数平均推动力

吸收因数法 根据操作线方程与平衡线方程 由此得

再根据气相传质单元数表达式可得：

设定

当S＝1时，有 当S≠1时，有

吸收过程的计算类型 设计型计算 操作型计算 给定分离任务和要求，计算完成任务所需的吸收塔高度 给定吸收塔的条件，计算最终的吸收效果，如出塔浓度、吸收剂用量等。

计算依据 物料衡算关系 相平衡关系 填料层高度计算式

qnL/qnG＝(1.1~2.0)(qnL/qnG)min 最小吸收剂用量计算 吸收剂实际用量一般取最小用量的1.1~2.0倍，即 qnL＝(1.1~2.0)qnLmin 或 qnL/qnG＝(1.1~2.0)(qnL/qnG)min

吸收的目的是什么？ 吸收操作的对象是什么？ 吸收的实质是什么？ 吸收的推动力是什么？ 总传质速率方程

200页

当吸收推动力较小时，需要填料塔高度就会增加。当推动力趋向于0时，需要塔高趋向于无穷大。 因为推动力小，就意味着吸收慢，单位高度内吸收的量很小，欲完成吸收量，只能增加高度，所以当单位高度内吸收的量很小时，就使得吸收塔的高度要无限延伸。