吸收阻力控制及传质速率分析

由吸收机理得知，吸收过程的相际传质是由气相与界面的对流传质、界面上溶质组分的溶解、液相与界面的对流传质三个过程构成。仿照间壁两侧对流给热过程传热速率分析思路，现分析对流传质过程的传质速率NA 的表达式及传质阻力的控制。

( 一) 气体吸收速率方程式

1.气相与界面的传质速率

式中:NA——传质速率( 单位时间内组分A 扩散通过单位面积的物质的量) ，kmol/( m2·s) ;

p、pi——溶质A 在气相主体与界面处的分压，kPa;

y、yi——气相主体与界面处的摩尔分数;

kG——以分压差表示推动力的气相传质系数，kmol/( s·m2·kPa) ;

ky——以摩尔分数差表示推动力的气相传质系数，kmol/( s·m2) 。

2.液相与界面的传质速率

式中:c、ci——溶质A 的液相主体浓度和界面浓度，kmol/m3;

x、xi——溶质A 在液相主体与界面处的摩尔分数;

kL——以摩尔浓度差表示推动力的液相传质系数，m/s;

kx——以摩尔分数差表示推动力的液相传质系数，kmol/( s·m2) 。

相界面上的浓度yi、xi，根据双膜理论呈平衡关系，如图3 -3 所示。但是无法测取。

以上传质速率用不同的推动力表达同一个传质速率，类似于传热中的牛顿冷却定律的形式，即传质速率正比于界面浓度与流体主体浓度之差。将其他所有影响对流传质的因素均包括在气相( 或液相) 传质系数之中。传质系数kG、ky、kL、kx 的数据只有根据具体操作条件由实验测取，它与流体流动状态和流体物性、扩散系数、密度、黏度、传质界面形状等因素有关。类似于传热中对流给热系数的研究方法。对流传质系数也有经验关联式，可通过查阅有关手册得到。(www.xing528.com)

3.相际传质速率方程——吸收总传质速率方程 气相和液相传质速率方程中均涉及相界面上的浓度( pi、yi、ci、xi) ，由于相界面是变化的，该参数很难获取。工程上常利用相际传质速率方程来表示吸收的速率方程。即:

式中: c* 、X* 、p* 、Y* ——分别与液相主体或气相主体组成成平衡关系的浓度;

X、Y——用摩尔比表示的液相主体或气相主体浓度;

KL——以液相浓度差为推动力的总传质系数，m/s;

KG——以气相浓度差为推动力的总传质系数，kmol/( m2·s·kPa) ;

KX——以液相摩尔比浓度差为推动力的总传质系数，kmol/( m2·s) ;

KY——以气相摩尔比浓度差为推动力的总传质系数，kmol/( m2·s) 。

采用与对流传热过程相类似的处理方法，气、液相传质系数与总传质系数之间的关系举例推倒如下:可见，气、液两相相际传质总阻力等于分阻力之和，总推动力等于各层推动力之和。

查一查 由于浓度有许多表示方法，因此吸收速率方程有很多形式，再能举出几种吗? 有什么规律?

( 二) 吸收阻力的控制

对于具有中等溶解度的气体吸收过程，气膜阻力与液膜阻力均不可忽略。要提高吸收过程速率，必须兼顾气、液两膜阻力的降低，方能得到满意的效果。