c P 常数 RT dc A dc B dz dz J A J B
c c A c B 常数
根据菲克定律：
DAB DBA
dc A J A D AB dc z
dcB J B ห้องสมุดไป่ตู้BA dcz
1.
2-2-2 气相中的稳态分子扩散
等分子反方向扩散 pB1<pB2
第二章 吸收
• 吸收定义
利用组成混合气体各组分在溶剂中溶解度不同，来分离 气体混合物的操作，称为吸收操作。 溶质A 惰性组分B 溶剂S 吸收溶液 吸收尾气
• 吸收操作示意图 • 吸收在工业上的用途
分离混合气体以回收所需的组分 除去有害组分以净化气体 制备某种气体的溶液 工业废气的治理
• 吸收的分类
按有无化学反应 按溶质气体的数目
物理吸收 化学吸收
按有无明显热效应，
分单组分吸收 多组分吸收 等温吸收 非等温吸收
• 吸收与蒸馏的不同
原理不同 蒸馏可获得较纯的产品，而吸收则不能
2.1气体吸收的相平衡关系
2-1-1 气体的溶解度
• 相平衡 • 平衡分压（饱和分压） • 平衡浓度（饱和浓度） • 气体的溶解度：指气体在液相中的饱和浓度，用单位质
3. 指明传质过程进行的极限 yi2min≥y*i2=m xi2
xi1max≤x*i1=yi1/m
2.2 传质机理与吸收速率
2.2.1分子扩散与菲克定律
•
2.2.1分子扩散与菲克定律
扩散通量
J A D AB dc A dc z
菲克(Fick) 定律
JA：物质A在z方向上的分子扩散通量，kmo1/（m2· s） dcA/dcz：物质A的浓度梯度，kmol／ m4 DAB：物质A在介质B中的分子扩散系数， m2/s 当系统总压不高且各处温度均匀
另z=z2-z1
PD P p A2 PD pB 2 ln ln ( 3) RT ( z1 z2 ) P p A1 RTz pB1 p p B1 pBm B 2 另pBm为初、终截面处PB的对数平均值： p ln B 2 p B1 p p pB1 p p A2 ln B 2 B 2 A1 带入（3）式得： pB1 pBm pBm NA
量（或体积）的液体中所含溶质的质量来表示
2-1-1 气体的溶解度
温度 该溶质在气相中的浓度（分压） 物系的特性
在相同温度和分压下，不同物质的溶 解度有很大差异 对同一种溶质，溶解度随T而，随 分压而 T 、分压有利于吸收，而T 而分 压，有利于脱吸 欲得到一定浓度的溶液，易溶气体所需 分压较低，而对难溶气体所需分压较高
图5-12 双膜理论示意图
（3）在气膜和液膜以外的气液主体中，由于流体的充分湍动，溶质A 的浓度均匀。
2.2.7吸收速率方程式
一、气膜吸收速率方程式
NA DP ( PA PAi ) RTz G PBm 令 DP kG RTz G PBm
N A k G (PA PAi )(2 33)
cSm——溶剂S在液相主体与相界面处的浓度的对数平均值， kmol/m3
一、双膜理论 （双阻力理论）
基本假设：
2.2.6 吸收过程的机理
（1）相互接触的气液两相存在一个稳定的相 界面，界面两侧分别存在着稳定的气膜 和液膜。溶质A以分子扩散方式通过气膜 和液膜，由气相主体传递到液相主体。 （2）相界面处，气液两相达到相平衡。
y i mxi
*
在Yi—Xi坐标系中的图形总是曲线
Yi * mXi
当溶液浓度很低时，
• 溶解度 • 选择性 • 挥发度 • 粘性 • 其它
2-1-3 吸收剂的选择
无毒性 无腐蚀性 不易燃 不发泡 冰点低 价廉易得 具有化学稳定性
1. 判断传质进行的方向
气液相平衡关系为 y> y*i或xi<xi*进行吸收 反之，解吸（或脱吸） y*i=mxi
z N A z dz
2 1
pA P P cA J ( 1 ) J ( ) J A( ) N A J A (1 ) A A p P p pB cB B A
积分限：z=z1时pA=pA1， z=z2时pA=pA2
PD p dPA RT p P p A
A2 A1
在稳定情况下，总体流动通量等于A的传质通量
由（2）得：N
cB c J B A J A 带入（1）式得： c c c cA cA c J J NA JA N J A (1 A ) A A cB c c cB
•
2-2-2 气相中的稳态分子扩散
D dPA RT d z P D dPA N A ( )( ) P p A RT d z 又J A
Dc 令 kL z LcSm
kL——液膜吸收系数，m/s
液膜吸收速 率方程式 写成推动力/阻力的形式： N A c Ai c A 以液相摩尔分率 表示时：
1 kL
N A k x (x Ai x A )
2.1.4相平衡关系在吸收过程中的应用
y2 y y N x y* O y1 x1
图 5-7 吸收推动力示意图
x2 E A P
或xi*=yi/mM
x
x*
2. 确定传质的推动力
以气相组成差表示的推动力为Δyi = yi -y*i 以液相组成差表示的推动力为Δxi = x*i - xi 以气相分压差表示的推动力为Δpi = pi -p*i 以液相组成表示的推动力为Δci = c*i - ci
亨利系数
对理想溶液，亨利定律与拉乌尔定律一致，E=P° 与物系的特性、T、溶质的分压有关 当溶质分压不超过1x105Pa，恒定温度下E值可视为常数 T ， E
在同一溶剂中，难溶气体的E值很大，而易溶气体的E值很小
2-l-2 亨利定律
2. Pi-ci关系
pi * ci H
ci：单位体积溶液中溶质的摩尔数，Kmol/m3 Pi*：气相中溶质的平衡分压，kPa H：溶解度系数，kmol／(kN· m)
pA1 pB1 P B A pA2 pB2 P
pA1>pA2 定态扩散
传质速率（传质通量）：单位时间内通过单位面积的A的物质的量
dc A D dPA N A J A D RT dz dc z
定态过程中，通过连通管内各截面的NA都相等，为一常数
dPA 为常数 dz
z N A 0 dz
•
2-2-3 液相中的稳定分子扩散
液相中的稳定分子扩散属于一组分通过另一停滞组 分的扩散
Dc NA (c A1 c A 2 ) zcSm
N´A——溶质A在液相中的传质速率，kmol/（m2· s） D´——溶质A在溶剂S中的扩散系数，m2/s c——溶液的总浓度，c=cA+cS， kmol/m3 z——1、2截面间的距离，m cA1 、cA2——1、2截面上溶质浓度，kmol/m3 cSm——1、2截面上溶剂S浓度的对数平均值，kmol/m3
PAi——相截面处A的分压，kPa
PBm——B在气相主体与相界面处的分压的对数平均值，kPa
2.2.5 对流传质
由液相主体至相界面的对流传质速率关系式为：
Dc NA (c Ai c A ) z LcSm
zL——液相有效层流膜层厚度，m cA——主体中溶质A浓度，kmol/m3 cAi——相截面处溶质A浓度，kmol/m3
p* Ex
Ec i M s ci (M s M A )
1 EM s H ci (M s M A )
1 EM s H
H
EM s
在同一溶剂中，易溶气体 的H值很大，而难溶气体 的H值很小
3.
2-l-2 亨利定律
xi—yi关系
y i mx i
*
xi：液相中溶质的摩尔分率 yi*：与该液相成平衡的气相中溶质的摩尔分率 m：相平衡常数，或分配系数，无因次
2.2.5 对流传质
发生在运动着的流体与相界面间的传
质过程是湍流主体与相界面间的涡流 扩散与分子扩散两种作用的总和
zG ：分子扩散
气相有效 膜层厚度
由气相主体至相界面的对流传质速率关系式为：
NA DP ( PA PAi ) RTz G PBm
NA——溶质A的对流传质速率，kmol/（m2· s） zG——气相有效层流膜层厚度，m PA——气相主体中A的分压，kPa
1. 涡流扩散
2.2.5 对流传质
凭借流体质点的湍动和旋涡来传递物质的现象
dc A J A ( D DE ) dz
JA：扩散通量，kmo1/（m2· s） dcA/dcz：物质A的沿z方向的浓度梯度，kmol／ m4 D：分子扩散系数， m2/s DE：涡流扩散系数， m2/s
2. 对流传质
由于P=pA1+pB1= pA2+pB2 所以pB2 -pB1=pA1-pA2
•
2-2-2 气相中的稳态分子扩散
NA D P ( PA1 PA2 ) RTz PBm
D 等摩尔扩散 NA ( p A1 p A2 ) RTz
P 1 PBm
漂流因数
讨论： 当混合气中A的分压越高，漂流因数就越大 当混合气中A的分压越低，漂流因数就越接近1，总体流动的 因素可以忽略，单向扩散和等摩尔扩散就无差别了
•
亨利定律: 当总压不高(不超过5xl05Pa)时，在恒定的温度下，稀
溶液上方的气体溶质平衡分压与该溶质在液相中的浓度之间存在如 下的关系
2-l-2 亨利定律
p i * Ex i
1. pi-xi关系
Pi*：溶质在气相中的平衡分压，kPa
