談化工生產(chǎn)工藝中的吸收機(jī)理

苗丹丹

摘 要：吸收速率是指單位時(shí)間內(nèi)吸收質(zhì)由氣相轉(zhuǎn)移到液相的量。吸收速率的大小決定著吸收操作的生產(chǎn)強(qiáng)度。吸收速率也是吸收設(shè)備選型和設(shè)備設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。為了討論吸收速率，首先應(yīng)搞清吸收的機(jī)理。

關(guān)鍵詞：化工；工藝 ； 吸收機(jī)理；吸收速率

吸收速率是指單位時(shí)間內(nèi)吸收質(zhì)由氣相轉(zhuǎn)移到液相的量。吸收速率的大小決定著吸收操作的生產(chǎn)強(qiáng)度。吸收速率也是吸收設(shè)備選型和設(shè)備設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。為了討論吸收速率，首先應(yīng)搞清吸收的機(jī)理。

1. 吸收過程的機(jī)理

1.1分子擴(kuò)散和渦流擴(kuò)散

吸收是吸收質(zhì)從氣相向液相轉(zhuǎn)移的傳質(zhì)過程，此過程包括三個(gè)步驟：①吸收質(zhì)從氣相主體向氣、液兩相界面的氣相一側(cè)傳遞，即氣相內(nèi)的傳質(zhì)；②在相界面上吸收質(zhì)因溶解進(jìn)入液相；③吸收質(zhì)再由相界面的液相一側(cè)向液相主體傳遞，即液相內(nèi)的傳質(zhì)。

相內(nèi)（氣相內(nèi)或液相內(nèi)）傳質(zhì)的基本方式有分子擴(kuò)散和渦流擴(kuò)散兩種。

分子擴(kuò)散是當(dāng)靜止的單一相內(nèi)存在組分的濃度差時(shí)而憑借分子的熱運(yùn)動(dòng)引起的質(zhì)量傳遞。工程上遇到的擴(kuò)散過程大多數(shù)是流體處于流動(dòng)狀態(tài)，這時(shí)當(dāng)組分垂直通過作層流流動(dòng)的薄層時(shí)，由于組分的移動(dòng)方向垂直流體的流動(dòng)方向，因此可以斷定，在這種情況下，組分垂直穿過層流薄層，靠分子擴(kuò)散才能完成。

在湍流流體中，物質(zhì)的傳遞主要依靠流體質(zhì)點(diǎn)的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)進(jìn)行傳遞。湍流流體中的旋渦使流體各部分劇烈混合，從而使物質(zhì)由高濃度向低濃度轉(zhuǎn)移。這種憑借流體質(zhì)點(diǎn)的湍動(dòng)和旋渦進(jìn)行的質(zhì)量傳遞稱為渦流擴(kuò)散。渦流擴(kuò)散速率比分子擴(kuò)散速率大得多。

1.2雙膜理論

研究吸收過程的機(jī)理目的在于對(duì)此傳質(zhì)過程的物理機(jī)制作恰當(dāng)?shù)拿枋?，進(jìn)而建立表達(dá)影響吸收速率各主要因素間的定量關(guān)系，從而可指導(dǎo)實(shí)際操作過程及設(shè)備的設(shè)計(jì)、強(qiáng)化等。

關(guān)于吸收機(jī)理人們提出過多種理論，但比較簡(jiǎn)明易懂且在較寬的范圍內(nèi)具有實(shí)用價(jià)值的是1923年惠特曼提出的雙膜理論，其基本論點(diǎn)是：

1.2.1相互接觸的氣、液兩相流體之間存在著穩(wěn)定的相界面，界面兩側(cè)存在著作滯流流動(dòng)的很薄的氣膜和液膜，在氣膜和液膜的外部則是作湍流流動(dòng)的氣相和液相主體。在吸收過程中，吸收質(zhì)首先由氣相主體擴(kuò)散到氣膜，再通過氣膜擴(kuò)散到相界面，在界面上吸收質(zhì)溶解于液體中，然后再通過液膜擴(kuò)散到液相主體。

1.2.2在相界面上，吸收質(zhì)的溶解過程是能夠瞬時(shí)完成的，即界面上氣、液兩相總是處于平衡，也就是說，吸收質(zhì)在通過界面時(shí)并不受任何阻力的影響。

1.2.3吸收質(zhì)以分子擴(kuò)散的方式通過氣膜和液膜。由于氣相主體和液相主體中流體的充分湍動(dòng)，吸收質(zhì)濃度均勻一致，不存在傳質(zhì)阻力。吸收過程的全部阻力集中在界面兩側(cè)的氣膜和液膜內(nèi)。吸收速率主要決定于通過此雙膜的擴(kuò)散速率，因此提高氣、液兩相流體的湍流程度，可以減小氣膜和液膜厚度，從而增大吸收速率。

2.吸收速率方程

吸收速率方程是表明吸收速率與吸收的推動(dòng)力之間關(guān)系的數(shù)學(xué)式。

從以上的討論中可以看到，吸收過程和傳熱過程非常相似，因此在考慮吸收速率時(shí)，也可以和傳熱速率作類似的推理。即在傳熱過程中：

傳熱速率=傳熱系數(shù)×傳熱面積×推動(dòng)力（溫度差）。同樣，在吸收過程中，吸收速率：吸收系數(shù)×傳質(zhì)面積×推動(dòng)力實(shí)踐也已證明，吸收速率與氣液接觸面積、吸收的推動(dòng)力成正比。

在穩(wěn)定操作的吸收設(shè)備任一部位上（如填料吸收塔的任一截面），氣液相界面兩側(cè)的氣、液兩膜中的傳質(zhì)速率是相等的，吸收速率是指單位時(shí)間內(nèi)吸收質(zhì)由氣相轉(zhuǎn)移到液相的量。吸收速率的大小決定著吸收操作的生產(chǎn)強(qiáng)度。吸收速率也是吸收設(shè)備選型和設(shè)備設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。因此任何一膜中的傳質(zhì)速率都能代表該部位上的吸收速率。單獨(dú)根據(jù)氣膜或液膜的推動(dòng)力寫出的速率方程稱為氣膜或液膜吸收速率方程。

參考文獻(xiàn)：

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