第二炮兵工程学院《环境工程学》教案 吸收组分A浓度较低的情况,平衡状态时气相A组分的分压(平衡或饱和分压) 与液相中A组分的浓度(平衡或饱和浓度)之间的关系可用亨利定律来描述,即: P=Ex (7-1) 式中P4一组分A在气相中的平衡分压,MPa E一亨利系数,MPa; x一组分A在液相中的摩尔分数 难溶解气体的值较大,而易溶解气体的E值较小。亨利系数基本不 受压力的影响,但随温度的提高而增加,变化较大。亨利定律也可表示为 式中c一组分A在液相中的溶解度,kmol/m2; 压一溶解度系数,也称亨利系数,kmol/(MPa·m3)。 难溶气体的瓜值较小,易溶气体的压值大。亨利定律是吸收工艺计算的重要依 据和定律,它说明了在一定温度和压力下溶质在两相平衡中的关系,指出传质方 向和限度。其适用范围为:①常压或低压(0.5MPa以下)下的稀溶液;②溶质在 气相和溶液中的分子状态相同,即液相的溶质均以分子状态存在,没有离解成离 子形态或与其他物质发生化学反应。若发生了离解或者化学反应后,要对亨利定 律进行修正。 (二)气液传质的基本原理 1.双膜理论 吸收过程的实质是物质由气相转入液相的传质过程。气 液间的传质理论主要有双膜理论(又称滞留膜理论)、表、气膜液膜 面更新理论和溶质渗透理论等,目前仍以双膜理论为基 础来解释吸收过程机理。 双膜理论是惠特曼( Whitman)在1923年提出的一个描芋 述气液两相的物质传递理论,其模型如图4-18所示。翻 它假定:①在气、液两相接触处有一随时保持平衡状态 的相界面;②在气液相界面附近,分别存在一个无对流图418双膜理论模型 作用非常稳定的层流(滞流)薄膜,即气膜和液膜,薄 膜内存在浓度梯度,物质传递主要依靠分子扩散:③薄膜外气液两相各自的主体 为湍流,不存在浓度梯度,物质主要通过对流传递;④传质过程只在气液薄膜中 有分子扩散阻力,相界面上和湍流主体中不存在传质阻力,因此传递速质取决于 两膜的阻力大小 传质过程是,被吸收组分从气相主体对流扩散到气膜表面,再以分子扩 散通过气膜到达相界面,进入液膜后又以分子扩散通过液膜,最后通过对流扩散 进入液相主体,直到气液两相完全平衡后传质停止。如果此时再增加被吸收组分 的气相分压增加,或降低液相中该组分的浓度,传质继续进行 2.传质速率 传质速率是指被吸收气体组分在单位时间,通过相界面单位面积传递的物质量, 也称为吸收速率。根据质量守恒定律,稳定条件下,通过相界面气液两侧的物质 量相等。对于被吸收组分A,其传质速率为 第2页第 2 页 吸收组分 A 浓度较低的情况，平衡状态时气相 A 组分的分压(平衡或饱和分压) 与液相中 A 组分的浓度(平衡或饱和浓度)之间的关系可用亨利定律来描述，即： * A A A p E x = (7－1) 式中 * A p —组分 A 在气相中的平衡分压，MPa； EA—亨利系数，MPa； xA—组分 A 在液相中的摩尔分数。 难溶解气体的 EA值较大，而易溶解气体的 EA值较小。亨利系数基本不 受压力的影响，但随温度的提高而增加，变化较大。亨利定律也可表示为： * A A A c H p = (7－2) 式中 cA—组分 A 在液相中的溶解度，kmo1/m3； HA—溶解度系数，也称亨利系数， kmol／(MPa·m 3 )。 难溶气体的 HA值较小，易溶气体的 HA值大。亨利定律是吸收工艺计算的重要依 据和定律，它说明了在一定温度和压力下溶质在两相平衡中的关系，指出传质方 向和限度。其适用范围为：①常压或低压(0.5MPa 以下)下的稀溶液；②溶质在 气相和溶液中的分子状态相同，即液相的溶质均以分子状态存在，没有离解成离 子形态或与其他物质发生化学反应。若发生了离解或者化学反应后，要对亨利定 律进行修正。 （二）气液传质的基本原理 1. 双膜理论 吸收过程的实质是物质由气相转入液相的传质过程。气 液间的传质理论主要有双膜理论(又称滞留膜理论)、表 面更新理论和溶质渗透理论等，目前仍以双膜理论为基 础来解释吸收过程机理。 双膜理论是惠特曼(Whitman) 在 1923 年提出的一个描 述气液两相的物质传递理论，其模型如图 4-18 所示。 它假定：①在气、液两相接触处有一随时保持平衡状态 的相界面；②在气液相界面附近，分别存在一个无对流 作用非常稳定的层流（滞流）薄膜，即气膜和液膜，薄 膜内存在浓度梯度，物质传递主要依靠分子扩散；③薄膜外气液两相各自的主体 为湍流，不存在浓度梯度，物质主要通过对流传递；④传质过程只在气液薄膜中 有分子扩散阻力，相界面上和湍流主体中不存在传质阻力，因此传递速质取决于 两膜的阻力大小。 传质过程是，被吸收组分从气相主体对流扩散到气膜表面，再以分子扩 散通过气膜到达相界面，进入液膜后又以分子扩散通过液膜，最后通过对流扩散 进入液相主体，直到气液两相完全平衡后传质停止。如果此时再增加被吸收组分 的气相分压增加，或降低液相中该组分的浓度，传质继续进行。 2． 传质速率 传质速率是指被吸收气体组分在单位时间，通过相界面单位面积传递的物质量， 也称为吸收速率。根据质量守恒定律，稳定条件下，通过相界面气液两侧的物质 量相等。对于被吸收组分 A，其传质速率为：