第十八讲传质理论与传质系数

本次课内容及要求
第四节 吸收（解吸）塔的计算
七、理论板数的计算 八、解吸
第五节 传质系数和传质理论 自学：【例10-8】 【例10-9】 作业：P90-14，15，16 复习：本章内容
第五节 传质系数和传质理论
五、传质理论[558]
2.溶质渗透理论（Higbie,1935年）
浓度
ci
①每批流体单元在界面暴露的时间τ0（溶质 渗透时间）相同；
接触时间增加
c0
界面 离相界面的距离
②液膜中的浓度分布随时间变化，如左图 示。
kL =
D
πτ 0
优点：引入了非定态的传质概念，并指出了液体定期混合对传质的作用。 缺点： τ0难以确定。
K Y a = N OG ⋅
V Ω h0
NOG =
Yb − Ya ΔYm
实验只能测定总传质系数或总阻力，此总阻力是由气、液 两相阻力串联组成的。如要测定气膜或液膜传质系数，通常把实 验设计成另一相传质阻力可以忽略或可以推算才行。
第五节 传质系数和传质理论
一、传质系数的实验测定
？氧—水体系的液膜传质系数 k L a
？低浓度氨—水体系的气膜传质系数 k G a
第五节 传质系数和传质理论
二、传质系数的经验公式[551]
1. 用水吸收氨
kG a = 6.07 ×10 G W
-4 0.9
0.39
kG a
——气相体积传质分系数，kmol/(m3·h·kPa)； ——气相空塔质量流速，kg/(m2·h)； ——液相空塔质量流速，kg/(m2·h)。
A = S =1
N = N OG
第四节 吸收（解吸）塔的计算
七、理论板数的计算[547]
填料塔
h0 = N OG ⋅ H OG
N OG
h0 = N ⋅ HETP
板式塔
N e = N / E0
N
第四节 吸收（解吸）塔的计算
八、解吸[548]
以空气、氮气等作载体——惰性气体气提
气提解吸 减压解吸 加热解吸
0.7 G 1/3 G
1/3
−0.2
⎛ ρL ⎞ 2/3 −1/ 2 = 0.0095( Re′L ) ⋅ ( ScL ) ⋅ψ 0.4 kL ⎜ ⎟ ⎝ μL g ⎠
第五节 传质系数和传质理论
四、传质单元高度关联式[551]
0.5 HG = α ( G′) (W ′) ScG m n
HL = β (W ′ μL ) Sc
第五节 传质系数和传质理论
二、传质系数的经验公式
3. 用水吸收二氧化硫 [551]
1 1 H 1 H = + = + 0.82 KLa kLa kGa bW 9.9 ×10−4 G0.7W 0.25
适用条件：①直径为25mm的环形填料； ②气体空塔质量流速为0.09～1.1 kg/(m2·s)，液体 空塔质量流速为1.2～16.2 kg/(m2·s)。
G W
适用条件：12.5mm陶瓷填料
第五节 传质系数和传质理论
二、传质系数的经验公式[551]
2. 常压下用水吸收二氧化碳
kL a = 2.5U
U
0.96
——喷淋密度，m3/(m2·h)。
适用条件：①直径为10～32mm陶瓷环； ②喷淋密度为3～20 m3/(m2·h)； ③气体空塔质量流速为30～580 kg/(m2·h)； ④操作温度为21～27℃。
以水蒸气作载体——汽提
解吸方法
加热—减压解吸
第四节 吸收（解吸）塔的计算
八、解吸
最小气液 ⎜ ⎟ = ⎝ V ⎠max X a − X b
Ya Yb Xb Xa
X a − Xb ⎛V ⎞ ⎜ ⎟ = ⎝ L ⎠min Yae − Yb V ⎛V ⎞ = (1.2 : 2.0) ⎜ ⎟ L ⎝ L ⎠min
NOL
⎡ ⎤ mX a − Yb 1 N= + A⎥ ln ⎢(1 − A ) mX b − Yb ln S ⎣ ⎦ N 1− A A −1 = = N OL ln S ln A
第五节 传质系数和传质理论[550]
传质系数（或传质单元高度）——反映吸收过程物料体系及设备 传质动力学特性的参数。 影响因素——体系的物性、操作条件、传质设备结构。 确定方法——① 实验测定 ② 选用合适的经验公式求取 ③ 选用合适的准数关联式求取
第五节 传质系数和传质理论
三、传质系数的准数关联式[554]
恩田关联式
0.75 ⎡ ⎤ a ⎛ σc ⎞ 0.1 0.2 −0.05 = 1− exp ⎢−1.45⎜ ⎟ ⋅ ReL ⋅ FrL ⋅WeL ⎥ at ⎝σ ⎠ ⎢ ⎥ ⎣ ⎦
ShG = θ ⋅ Re ⋅ Sc ⋅ ( at d p )
(石油大学2005年）
第四节 吸收（解吸）塔的计算
七、理论板数的计算[545]
1.图解法 2.解析法
Ye = m X
Y Yb
⎡ ⎤ Yb − mX a 1 + S⎥ N= ln ⎢(1 − S ) Ya − mX a ln A ⎣ ⎦
Ya Xa Xb
X
N 1− S S −1 = = N OG ln A ln S
第五节 传质系数和传质理论
五、传质理论[559]
3.表面更新理论（Danckwerts,1951年）
① 液体表面是由具有不同暴露时间的液面单元构成； ② 液面单元被置换的概率均等，引入s表示表面更新率。
k L = Ds
优点：认为表面更新是随机过程，并指出了表面更新对强化传质的作用。 缺点： s仍难以确定。
第十章 气体吸收
第一节 概述 第二节 吸收过程的相平衡关系 第三节 吸收过程的机理及传质速率 第四节 吸收（解吸）塔的计算 第五节 传质系数和传质理论
一、传质系数的实验测定
第五节 传质系数和传质理论
一、传质系数的实验测定
填料层高度为h0、截面积为Ω的填料塔内，用一溶剂吸收混 合气中的溶质。测得进、出口处气、液流量及浓度后，可计算：
1 y - y∗
NOG = ∫
yb
ya
dy y − y*
y
ya
yb
【提问】
填料塔操作型命题
1. 某吸收塔h0 =∞，气体流量V与组成yb和液相组成xa不变，试绘出 以下两种情况下的操作线： （1）L/V>m （2）L/V<m （3）试讨论在以上两种情况下，增加L/V能否使气体出口含量ya 降 低？ 2. 在填料塔中，用清水逆流吸收低浓度混合气中的NH3，当水泵发 生故障上水量减少时，如果保持其他操作条件不变，则气相总传质单元 数 将 ________ ， 出 口 气 体 的 组 成 将 ________ ， 出 口 液 相 组 成 将 ________。（增加、减少、不变、不确定）
q
0.5 L
μ Sc = ρ⋅D
0.5
⎛ DL ⎞ ′ HL = HL ⎜ ⎟ ′ ⎝ DL ⎠
0.5
⎛ DL ⎞ ′ ′ kLa = kLa ⎜ ⎟ ⎝ DL ⎠
第五节 传质系数和传质理论
五、传质理论[557]
1.双膜理论（Whiteman,1923年 )
基本设想： ① 当气液两相相互接触时，在气液两相间存在着稳定的相界 面，界面两侧各有一个很薄的停滞膜，溶质A经过两膜层的 传质方式为分子扩散； ② 在气液相界面处，气液两相处于平衡状态； ③ 在两个停滞膜以外的气液两相主体中，由于流体的强烈湍 动，各处浓度均匀一致。
第四节 吸收（解吸）塔的计算
八、解吸[549]
最小气液比下操作线
Ya′ Ya Yb Xb Xa
Ya′ − Yb ⎛ L⎞ ⎜ ⎟ = ⎝ V ⎠max X a − X b X a − Xb ⎛V ⎞ ⎜ ⎟ = ′ ⎝ L ⎠min Ya − Yb
第四节 吸收（解吸）塔的计算
八、解吸[548]
⎡ ⎤ mX a − Yb 1 = + A⎥ ln ⎢(1 − A) 1− A ⎣ mX b − Yb ⎦