2010-2-6 1projects of Dr.Hao
Taiyuan University of Technology
,化工原理,
Principles of Chemical Engineering
主讲教师,郝晓刚
Prof,Dr,Hao Xiaogang
太原理工大学 太原（ 030024）
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第二章
气 体 吸 收
Gas Absorption
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概述 （ Introduction）
? 利用 混合气体中各组分 (component)在液体中 溶解度 (solubility)
的差异 而分离气体混合物的单元操作称为 吸收 。 吸收操作时
某些易溶组分进入液相形成溶液 (solution)，不溶或难溶组分
仍留在气相 (gas phase)，从而实现混合气体的分离。
?气体吸收是混合气
体中某些组分在气液
相界面上溶解、在气
相和液相内由 浓度差
推动的 传质过程 。
吸收剂
气体
y
x
界面
气相主体 液相主体相界面
气相扩散 液相扩散
yi
xi
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概述 （ Introduction）
? 吸收质或溶质 (solute),混合气体中的溶
解组分，以 A表示。
? 惰性气体 (inert gas)或载体,不溶或难溶
组分，以 B表示。
? 吸收剂 (absorbent)：吸收操作中所用的
溶剂，以 S表示。
? 吸收液 (strong liquor)：吸收操作后得到
的溶液，主要成分为溶剂 S和溶质 A。
? 吸收尾气 (dilute gas)：吸收后排出的气
体，主要成分为惰性气体 B和少量的溶质
A。
? 吸收过程在 吸收塔 中进行，逆流操作吸
收塔示意图如右所示。
吸
收
塔混合尾气
(A+B)
吸收液 (A+S)
吸收剂 (S)
吸收尾气
(A+B)
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概述 （ Introduction）
一、吸收操作的用途,
? (1) 制取产品 用吸收剂吸收气体中某些组分而获得产品。
如硫酸吸收 SO3制浓硫酸，水吸收甲醛制福尔马林液，用
水吸收氯化氢制盐酸等 。
? (2) 分离混合气体 吸收剂选择性地吸收气体中某些组分
以达到分离目的。例如石油馏分裂解生产出来的乙烯、
丙烯，还与氢、甲烷等混在一起，可用分子量较大的液
态烃把乙烯、丙烯吸收，使与甲烷、氢分离开来 。
? (3) 气体净化 一类是原料气的净化，即除去混合气体中
的杂质，如合成氨原料气脱 H2S,脱 CO2等；另一类是尾
气处理和废气净化以保护环境，如燃煤锅炉烟气，冶炼
废气等脱除 SO2,硝酸尾气脱除 NO2等。
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概述 （ Introduction）
二、吸收操作的分类
? 物理吸收 (physical absorption)：吸收过程溶质与溶剂不发
生显著的化学反应，可视为单纯的气体溶解于液相的过程。
如用水吸收二氧化碳、用水吸收乙醇或丙醇蒸汽、用洗油
吸收芳烃等。
? 化学吸收 (chemical absorption)：溶质与溶剂有显著的化学
反应发生。如用氢氧化钠或碳酸钠溶液吸收二氧化碳、用
稀硫酸吸收氨等过程。化学反应能大大提高单位体积液体
所能吸收的气体量并加快吸收速率。但溶液解吸再生较难。
? 单组分吸收,混合气体中只有单一组分被液相吸收，其余
组分因溶解度甚小其吸收量可忽略不计。
? 多组分吸收,有两个或两个以上组分被吸收。
? 溶解热,气体溶解于液体时所释放的热量。化学吸收时，
还会有反应热。
? 非等温吸收,体系温度发生明显变化的吸收过程。
? 等温吸收,体系温度变化不显著的吸收过程。
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本章以分析 单组分的等温物理吸收 为重点，以便掌握最基本
的原理。
? 气体吸收是物质 自气相到液相 的转移，这是一种 传质过程 。
? 混合气体中某一组分能否进入溶液里，既取决于该组分的 分压,
也取决于 溶液里该组分的平衡蒸汽压 。如果混合气体中该气体的
分压大于溶液的平衡蒸汽压，这个组分便可自气相转移至液相，
即被吸收。由于转移的结果，溶液里这个组分的浓度便增高，它
的平衡蒸汽压也随着增高，到最后，可以增高到等于它在气相中
的分压，传质过程于是停止，这时称为 气液两相达到平衡 。
? 反之，如果溶液中的某一组分的平衡蒸汽压大于混合气体中该组
分的分压，这个组分便要从溶液中释放出来，即从液相转移到气相，这种情况称为 解吸（或脱吸） 。
? 所以根据两相的 平衡关系 可以判断 传质过程的方向与极限,而且，
两相的浓度 距离平衡愈远,则传质的 推动力愈大，传质速率也愈
大 。
? 吸收操作的分析,应该从 气液两相的平衡关系与传质速率关系着
手,本章各节即如此展开讨论。
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气液两相的接触方式
连续接触 (也称微分接触 ),气,
液两相的浓度呈连续变化 。 如填
料塔 。
溶剂
b 级式接触a 微分接触
图9 - 2 填料塔和板式塔
气体
溶剂
气体
级式接触,气, 液两相逐级接
触传质, 两相的组成呈阶跃变
化 。 如板式塔 。
散装填料
塑料鲍尔环填料
规整填料
塑料丝网波纹填料
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蒸馏与吸收操作对比
? 蒸馏改变状态参数产生第二相，吸收从外界引入
另一相形成两相系统；
? 蒸馏直接获得轻、重组分，吸收混合液经脱吸才
能得到较纯组分；
? 蒸馏中气相中重组分向液相传递，液相中轻组分
向气相传递，是 双相传递 ；吸收中溶质分子由气
相向液相 单相传递,惰性组分及溶剂组分处于
,停滞, 状态。
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第一节 气 —液相平衡
2––1––1 气体的溶解度
? 气体吸收的平衡关系指气体在液体中的 溶解度 。
? 如果把氨气和水共同封存在容器中，令体系的压
力和温度维持一定，由于氨易溶于水，氨的分子
便穿越两相界面进入水中，但进到水中的氨分子
也会有一部分返回气相，只不过刚开始的时候进
多出少。水中溶解的氨量越多，浓度越大，氨分
子从溶液逸出的速率也就越大，直到最后，氨分
子从气相进入液相的速率便等于它从液相返回气
相的速率，氨实际上便不再溶解进水里，溶液的
浓度也就不再变化，这种状态称为 相际动平衡，
简称相平衡或平衡 。
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气体的溶解度
? 在温度和压力一定的条件下，平衡时的气、液相组成具有
一一对应关系。
? 平衡状态下气相中溶质的分压称为平衡分压或饱和分压,
与之对应的液相浓度称为平衡浓度或气体在液体中的 溶解
度 。 这时溶液已经饱和，即达到了它在一定条件下的溶解
度，也就是指气体在液相中的饱和浓度，习惯上以单位质
量（或体积）的液体中所含溶质的质量来表示，也表明一
定条件下吸收过程可能达到的极限程度。
? 在一定温度下达到平衡时,溶液的浓度随气体压力的增加
而增加 。如果要使一种气体在溶液中里达到某一特定的浓
度，必须在溶液上方维持较高的平衡压力。
? 气体的溶解度与温度有关，一般来说,温度下降则气体的
溶解度增高 。
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溶解度曲线,在一定温度, 压力下, 平衡时溶质在气相和液
相中的浓度的关系曲线 。 例：图 2-2,2-3,2-4。
溶解度
/[g
(N
H 3
)/1000
g(H
2O
)]
1000
500
0 20 40 60 80 100 120
pNH3/kPa
50 oC
40 oC
30 oC
20 oC
10 oC
0 oC
120
溶解度
/[g
(SO
2)/
1000
g(
H 2
O)
] 250
200
0 20 40 60 80 100
pSO2/kPa
150
100
50
50 oC
40 oC
30 oC
20 oC
10 oC
0 oC
在相同条件下, NH3 在水中的溶解度较 SO2大得多 。
用水作吸收剂时, 称 NH3 为 易溶气体, SO2为 中等溶解气体,
溶解度更小的气体则为 难溶气体 (如 O2 在 30℃ 和溶质的分压
为 40kPa 的条件下, 1kg 水中溶解的质量仅为 0.014g)。
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2 –– 1 –– 2 亨利定律（ Henry’s law）
当总压不太高时, 一定温度下的稀溶液的溶解度曲线近似
为直线, 即溶质在液相中的溶解度与其在气相中的分压成
正比 。
式中,p* —— 溶质在气相中的平衡分压, kPa；
x —— 溶质在液相中的摩尔分数；
E —— 亨利系数, kPa。
Exp ?* —— 亨利定律
? 亨利系数的值随物系的特性及温度而异；
? 物系一定, E 值一般随温度的上升而增大；
? E 值的大小代表了气体在该溶剂中溶解的难易程度；
? 在同一溶剂中, 难溶气体 E 值很大, 易溶气体 E 值很小；
? E 的单位与气相分压的压强单位一致 。
2010-2-6 projects of Dr.Hao 14
亨利定律（ Henry’s law）
当气, 液相溶质浓度用其它组成表示法表示时, 通过浓度
换算可得其它形式的亨利定律 。 常用的形式有
y* —— 与组成为 x 的液相呈平衡的气相中溶质的摩尔分数；
c —— 溶质在液相中的摩尔浓度, kmol/m3；
m —— 相平衡常数；
H —— 溶解度系数； kmol/(m3?kPa)；
mxy ?* c
Hp
1* ?
三个比例系数之间的关系：
P
Em ?
E
cH m?
式中 cm 为溶液的总浓度 （ kmol/m3） 。
对于稀溶液, 因溶质的浓度很小, 因此 cm = ? / Ms, 其中 ?
为溶液的密度, Ms为溶剂的摩尔质量 。
s
m Mc
??
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亨利定律（ Henry’s law）
在低浓度气体吸收计算中, 通常采用基准不变的 摩尔比
Y（ 或 X ） 表示组成 。
以摩尔比表示组成的相平衡关系
X —— 溶质在液相中的摩尔比浓度；
Y* —— 与 X 呈平衡的气相中溶质的摩尔比浓度 。
当 m 趋近 1 或当 X 很小时
y
y
B
AY
??? 1的摩尔数气相中惰气
的摩尔数气相中溶质
x
x
S
AX
??? 1的摩尔数液相中溶剂
的摩尔数液相中溶质
Xm
mXY
)1(1
*
???
mXY ?*
2010-2-6 projects of Dr.Hao 16
2––1––3 吸收剂的选择
? 吸收剂性能的优劣，是决定吸收操作效果是否良好的关键。 如果吸收
的目的是制取某种溶液作成品，例如用 HCl气生产盐酸，吸收剂只能
用水，自然没有选择的余地，但如果目的在于把一部分气体从混合物
中分离出来，便应考虑选择合用的吸收剂问题。
? 溶解度大 吸收剂的选择主要考虑的是 溶解度,溶解度大则吸收剂用
量少，吸收速率也大，设备的尺寸便小；
? 选择性好 很显然，吸收剂对溶质气体的溶解度既要大，对混合气体
中其他组分的溶解度却要小或基本上不溶，这样才能进行有效的分离，
满足这一要求称为 选择性 好；
? 挥发度要小 吸收剂的 挥发度要小,即在操作温度下它的蒸汽压要低，
经过吸收后的气体在排出时，往往为吸收剂蒸汽所饱和，吸收剂的挥
发度高，其损失量便大。
? 此外所选用的溶剂尽可能满足 无腐蚀性，粘度小，无毒，不燃，价廉
易得 等条件。
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第二节 传质机理与吸收速率
? 平衡关系 只能回答混合气体中 溶质气体能否进入
液相 这个问题, 至于进入液相速率大小, 却无法
解决, 后者属于 传质的机理问题 。 本节的内容是
结合吸收操作来说明 传质的基本原理, 并导出 传
质的速率关系, 作为分析吸收操作与计算吸收设
备的依据 。
? 气体吸收是溶质先从气相主体扩散到气液界面,
再从气液界面扩散到液相主体的传质过程 。
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2––2––1 气液相际传质理论
相对于气相浓度 y 而言,
液相浓度欠饱和 (x<x*)，
故液相有吸收溶质 A 的
能力 。
相对于液相浓度 x 而言,
气相浓度为过饱和
(y>y*),溶质 A 由气相
向液相转移 。
一, 传质过程的方向
气, 液相浓度 (y,x)在平
衡线上方 (P点 ),y
xo
y*=f(x)P
y
x
y*
结论,若系统气, 液相浓度 (y,x)在平衡线上方, 则体系将发
生从气相到液相的传质, 即吸收过程 。
x*
释放溶质
吸收溶质
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相对于气相浓度而言实
际 液 相 浓 度 过 饱 和
(x>x*),故液相有释放
溶质 A 的能力 。
相对于液相浓度 x 而言
气 相 浓 度 为 欠 饱 和
(y<y*),溶质 A 由液相
向气相转移 。
传质过程的方向
气, 液相浓度 (y,x)在平
衡线下方 (Q点 ),y
xo
y*=f(x)
Qy
x
y*
结论,若系统气, 液相浓度 (y,x)在平衡线下方, 则体系将发
生从液相到气相的传质, 即解吸过程 。
x*
释放溶质
吸收溶质
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相对于气相浓度而言液
相浓度为平衡浓度
(x=x*),故液相不释放
或吸收溶质 A。
相对于液相浓度 x 而言
气相浓度为平衡浓度
(y=y*),溶质 A 不发生
转移 。
传质过程的方向
气, 液相浓度 (y,x)处于
平衡线上 (R点 ),y
xo
y*=f(x)
Ry
x
y*
结论,若系统气, 液相浓度 (y,x)处于平衡线上, 则体系从宏
观上讲将不会发生相际间的传质, 即系统处于平衡
状态 。
x*
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二、传质过程的限度
对吸收而言：
若保持液相浓度 x 不变, 气相浓度 y 最低只能降到与之相
平衡的浓度 y*,即 ymin=y*；
若保持气相浓度 y 不变, 则液相浓度 x 最高也只能升高到
与气相浓度 y 相平衡的浓度 x*,即 xmax=x*。
y
xo
y*=f(x)
Py
x
y*
x*
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传质过程的限度
y
xo
y*=f(x)
Qy
x
y*
x*
对解吸而言：
若保持液相浓度 x 不变, 气相浓度 y 最高只能升到与之相
平衡的浓度 y*,即 ymax=y*；
若保持气相浓度 y 不变, 则液相浓度 x 最高也只能降到与
气相浓度 y 相平衡的浓度 x*,即 xmin=x*。
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传质推动力的表示方法
可以不同, 但效果一样 。
(x*-x),以液相摩尔分数
差表示的传质推动力 。
对吸收过程：
(y-y*),以气相摩尔分数
差表示的传质推动力；
三、传质过程的推动力
未达平衡的两相接触会发生相际间传质 (吸收或解吸 ),离平
衡浓度越远, 过程传质推动力越大, 传质过程进行越快 。
方法,用气相或液相浓度远离平衡的程度来表征气液相际
传质过程的推动力 。
y
xo
y*=f(x)
Py
x
y*
x*
（ y-y*）
（ x*-x）
2010-2-6 projects of Dr.Hao 24
四, 吸收传质理论
吸收过程是溶质由气相向液相转移的相际传质过程, 可分
为三个步骤：
气相主体 液相主体
相界面
溶解
气相扩散 液相扩散
(1) 溶质由气相主体扩散至两相界面气相侧 (气相内传质 )；
(2) 溶质在界面上溶解 (通过界面的传质 )；
(3) 溶质由相界面液相侧扩散至液相主体 (液相内传质 )。
2010-2-6 projects of Dr.Hao 25
双膜理论 由 W.K.Lewis 和 W.G.Whitman 在上世纪二十年
代提出, 是最早出现的传质理论 。 双膜理论的基本论点是：
(1) 相互接触的两流体间存在着稳定的相界面, 界面两侧各
存在着一个很薄 （ 等效厚度分别为 ?1 和 ?2 ） 的流体膜
层 。 溶质以分子扩散方式通过此两膜层 。
(2) 相界面没有传质阻力,
即溶质在相界面处的
浓度处于相平衡状态 。
(3) 在膜层以外的两相主
流区由于流体湍动剧
烈, 传质速率高, 传
质阻力可以忽略不计,
相际的传质阻力集中
在两个膜层内 。
气相主体 液相主体相界面
pi = ci / Hp
?1 ?2
pi
ci
c
气
膜
液
膜
2010-2-6 projects of Dr.Hao 26
双膜理论
两相相内传质速率可用下面的形式表达为：
? ?igA ppkN ??
? ?cckN icA ??
???
?
???
??
Bm
G
g p
P
RT
Dk
1?
???
?
???
??
Bm
mL
c c
cDk
2?
DG,DL —— 溶质组分在气膜与液膜中的分子扩散系数；
P/pBm —— 气相扩散漂流因子；
cm/cBm —— 液相扩散漂流因子；
?1,?2 —— 界面两侧气液相等效膜层厚度, 待定参数 。
双膜理论将两流体相际传质过程简化为经两膜层的稳定分
子扩散的串联过程 。 对吸收过程则为溶质通过气膜和液膜
的分子扩散过程 。
2010-2-6 projects of Dr.Hao 27
双膜理论
? 按双膜理论, 传质系数与扩散系数成正比, 这与实验所
得的关联式地结果相差较大；
? 由此理论所得的传质系数计算式形式简单, 但等效膜层
厚度 ?1 和 ?2 以及界面上浓度 pi 和 ci 都难以确定；
? 双膜理论存在着很大的局限性, 例如对具有自由相界面
或高度湍动的两流体间的传质体系, 相界面是不稳定的,
因此界面两侧存在稳定的等效膜层以及物质以分子扩散
方式通过此两膜层的假设都难以成立；
? 该理论提出的双阻力概念, 即认为传质阻力集中在相接
触的两流体相中, 而界面阻力可忽略不计的概念, 在传
质过程的计算中得到了广泛承认, 仍是传质过程及设备
设计的依据；
? 本书后续部分也将以该理论为讨论问题的基础 。
2010-2-6 projects of Dr.Hao 28
2––2––2 吸收速率方程式
? 吸收设备中进行的传质过程为 吸收过程,其传质速率即为
吸收速率,所对应的传质速率方程即为 吸收速率方程 。
? 气体吸收因过程的复杂性，传质速率 (吸收速率 )一般难以
理论求解，但遵循现象方程所描述的物理量传递的共性规
律。
? 根据推动力及阻力可写出速率关系式，单独根据气膜或液
膜的推动力及阻力写出的速率关系式称为 气膜或液膜吸收
速率方程式,相应的吸收系数称为 膜系数或分系数,用 k
表示，与传热中的对流传热系数相当。
2010-2-6 projects of Dr.Hao 29
传质速率方程
? ?igA ppkN ?? —— 气相 (气膜 )传质速率方程
对于稳定吸收过程, 可根据双膜理论建立相际传质速率方
程 (总传质速率方程 )。 类似于间壁式对流传热速率方程 。
由于混合物的组成可用多种方式表示, 对应于每一种表达
法都有与之相应的传质速率方程 。
—— 液相 (液膜 )传质速率方程? ?cckN
icA ??
2010-2-6 projects of Dr.Hao 30
一、气相传质速率方程
? ?igA ppkN ??
? ?iyA yykN ??
? ?iYA YYkN ??
kg — 推动力为分压差的气相传质系数, kmol/(s?m2?kPa)；
ky — 推动力为摩尔分率之差的气相传质系数, kmol/(s?m2)；
kY — 推动力为摩尔比浓度差的气相传质系数, kmol/(s?m2)；
p,y,Y — 溶质 A在气相主体的分压 (kPa),摩尔分率和摩尔
比；
pi, yi,Yi — 溶质 A在界面气相侧的分压 (kPa),摩尔分率和摩
尔比 。
气相传质速率方程常用的表达形式有三种
2010-2-6 projects of Dr.Hao 31
气相传质速率方程
不同形式的传质速率方程物理意义一样, 都代表单位时间
内通过单位界面面积传递的溶质 A 的量；
传质系数与传质推动力的表达方式有关, 其倒数表达的是
气相传质阻力；
注意,不同单位的传质系数数值不同, 但可根据组成表示
法的相互关系进行换算 。
例,当气相总压不很高时, 根据道尔顿分压定律 p=Py,有
对 y 值较小的低浓度吸收：
)()()( iyigigA yykyyPkppkN ??????
gy Pkk ? )1)(1(
i
y
Y YY
kk
???
Yy kk ? gY Pkk ?
2010-2-6 projects of Dr.Hao 32
二、液相传质速率方程
液相传质速率方程常用的表达形式也有三种
kc — 推动力为摩尔浓度差的液相传质系数, m/s；
kx — 推动力为摩尔分率之差的液相传质系数, kmol/(s?m2)；
kX — 推动力为摩尔比之差的液相传质系数, kmol/(s?m2)；
c,x,X — 溶质 A在液相主体的摩尔浓度, 摩尔分率和摩尔
比浓度；
ci,xi,Xi — 溶质 A在界面液相侧的摩尔浓度, 摩尔分率和
摩尔比浓度 。
)( cckN icA ??
)( xxkN ixA ??
)( XXkN iXA ??
2010-2-6 projects of Dr.Hao 33
液相传质速率方程
三个液相传质系数的倒数也分别为传质推动力以不同组成
表示法表达时的液相传质阻力 。
同样, 根据各种表示法的相互关系可推得
式中 cm 为液相的总摩尔浓度 。
cmx kck ?
)1)(1( i
x
X XX
kk
???
xX kk ?
cmX kck ?
液相浓度很低时：
2010-2-6 projects of Dr.Hao 34
三、相界面的浓度
在气, 液两相内传质速率的计算中, 推动力项中含有溶质
在相界面的浓度 yi 和 xi, 可用计算方法或作图法得出 。
计算法：
对稳定的吸收过程, 气, 液两相内传质速率应相等 。 若两
相浓度均以摩尔分数表示, 有
当 kx 和 ky 为定值时, 在直角坐标系中 yi~xi 关系是一条过定
点 （ x,y） 而斜率为 -kx/ky 的直线 。
)()( xxkyykN ixiyA ????
y
x
i
i
k
k
xx
yy ??
?
?
根据双膜理论, 界面处 yi~xi 应满足相平衡关系：
若已知相平衡关系式以及气, 液相传质系数 ky,kx,将上两
式联立就可求得当气, 液相主体摩尔分率为 y,x 时所对应
的界面处气, 液相摩尔分率 yi,xi。
? ?iei xfy ?
2010-2-6 projects of Dr.Hao 35
相界面的浓度
作图法：
y
xo
y*=f(x)斜率=-k
x/kyy
x
y*
x*xi
yi
A
气相 液相
相界面
yi
xi
yi =fe(xi)y
x
? ? ? ?iyxi xxkkyy ???? ? ?iei xfy ?yi,xi 为直线 与平衡线 的交点
坐标, 直线上 A 点坐标为与之对应的气, 液主体流的摩尔
分数 y,x。
2010-2-6 projects of Dr.Hao 36
四、总传质速率方程
传递过程的阻力具有加和性 。
若以双膜理论为依据, 则吸收过程的传质总阻力是气相传质
阻力与液相传质阻力之和 (相界面无阻力 )。
总传质速率为总传质推动力 (y-y*)与总的传质阻力 (1/Ky)之比 。
相平衡关系为直线
对稀溶液, 物系的相平衡关系服从亨利定律 y*=mx。
? ?*yyk mN i
x
A ??
? ?i
y
A yy
k
N ??
? ? ? ?
xyxy
ii
A
k
m
k
yy
k
m
k
yyyy
N
?
?
?
?
???
?
11
**
xyy k
m
kK ??
11? ?
**
1 yyKK
yyN
y
y
A ??
??
气相：
液相：
相际,比较可得：
2010-2-6 projects of Dr.Hao 37
总传质速率方程
以气相为基准的总传质速率方程? ?*yyKN
yA ??
Ky 是以 (y-y*) 为推动力的总传质系数, 单位为 kmol/(s?m2)，
其倒数为气, 液两相传质总阻力 。
总传质系数 Ky（ 相际传质系数 ） 与相内传质系数 kx,ky 的
关系式, 实质表达了总传质阻力 1/Ky 等于气相传质阻力
1/ky 与液相传质阻力 m/kx 之和 。
因为总阻力 1/Ky 以气相为基准, 所以液相阻力 1/kx 需乘以
换算系数 m。
(yi-y*) 项是与液相传质推动力 (xi-x) 相对应的, 可以看作是
以气相浓度差的形式等价表示的液相传质推动力 。 气, 液
传质总推动力为两相的相内传质推动力之和 。
xyy k
m
kK ??
11
2010-2-6 projects of Dr.Hao 38
总传质速率方程
? ?i
y
A xx
mk
N ?? *
? ?xxkN i
x
A ??
yx
A
mkk
xx
N
11
*
?
?
?
yxx mkkK
111 ??? ?xxK
K
xxN
x
x
A ??
?? **
1
如将 yi=mxi 和 y=mx* 代入式, 可得? ?iyA yykN ??
气相：
液相：
相际,比较可得：
以液相为基准的
总传质速率方程
Kx 是以 (x*-x)为推动力的总传质系数,
单位为 kmol/(m2?s)。 1/Kx代表了以液
相为基准的吸收传质过程的总传质
阻力, 是以液相为基准的气, 液两
相相内传质阻力之和 。
2010-2-6 projects of Dr.Hao 39
总传质速率方程
对易溶气体, 平衡常数 m 值小, 平衡线很平, 这时：
传质阻力主要集中在气相, 此类传质过程称为 气相阻力控
制 过程, 或称 气膜控制 过程 。
yy
yyxy
kKkKkmk ?????? 111
采用总传质速率方程进行计算可避开难以确定的相界面组
成 xi 和 yi。 这与通过间壁对流传热问题中用总传热速率方程
可避开固体壁面两侧温度是相似的 。
总传质阻力取决于气, 液两相的传质阻力 。 但对一些吸收
过程, 气, 液两相传质阻力在总传质阻力中所占的比例相
差甚远, 可对问题进行简化处理 。
2010-2-6 projects of Dr.Hao 40
总传质速率方程
对难溶气体, 平衡常数 m 值大, 平衡线很陡, 这时：
xx
xxyx
kKkKmkk ?????? 1111
传质阻力主要集中在液相, 此类过程称为 液相阻力控制 过
程, 或 液膜控制 过程 。
分析气, 液两相中传质阻力所占的比例, 对于强化传质过
程, 提高传质速率有重要的指导意义 。 例如, 以气相阻力
为主的吸收操作, 增加气体流速, 可减薄界面处气膜层的
厚度, 从而降低气相传质阻力, 有效地提高吸收速率；而
增加液体流速吸速率则不会有明显改变 。
2010-2-6 projects of Dr.Hao 41
五、吸收传质速率方程的几种形式
相平衡方程
吸收传质速率
方程
总传质系数
相内或同基准的传质系数换算 相际或不同基准传质系数换算
amxy ?? BMXY ??
bHcp ??
? ?
? ?
? ?
? ?xxK
yyK
xxk
yykN
x
y
ix
iyA
??
??
??
??
*
*
? ?
? ?
? ?
? ?XXK
YYK
XXk
YYkN
X
Y
iX
iYA
??
??
??
??
*
*
? ?
? ?
? ?
? ?ccK
ppK
cck
ppkN
c
g
ic
igA
??
??
??
??
*
*
? ?xyy kmkK ?? 11
? ?xyx kmkK 1)(11 ??
? ?XYY kMkK ?? 11
? ?)(111 cgg HkkK ??
? ?cgc kkHK 11 ??
? ?XYX kMkK 1)(11 ??
? ?? ?? ?iyYgy YYkkPkk ???? 11
? ?? ?? ?ixXcmx XXkkkck ???? 11
? ?? ?? ?*11 YYKKPKK yYgy ????
? ?? ?? ?*11 XXKKKcK xXLmx ????
mKKmkk xyxy ??
MKKMkk XYXY ??
cgcg HKKHkk ??
2010-2-6 projects of Dr.Hao 42
Thanks!
2005-5-12
Taiyuan University of Technology
,化工原理,
Principles of Chemical Engineering
主讲教师,郝晓刚
Prof,Dr,Hao Xiaogang
太原理工大学 太原（ 030024）
2010-2-6 projects of Dr.Hao 2
第二章
气 体 吸 收
Gas Absorption
2010-2-6 projects of Dr.Hao 3
概述 （ Introduction）
? 利用 混合气体中各组分 (component)在液体中 溶解度 (solubility)
的差异 而分离气体混合物的单元操作称为 吸收 。 吸收操作时
某些易溶组分进入液相形成溶液 (solution)，不溶或难溶组分
仍留在气相 (gas phase)，从而实现混合气体的分离。
?气体吸收是混合气
体中某些组分在气液
相界面上溶解、在气
相和液相内由 浓度差
推动的 传质过程 。
吸收剂
气体
y
x
界面
气相主体 液相主体相界面
气相扩散 液相扩散
yi
xi
2010-2-6 projects of Dr.Hao 4
概述 （ Introduction）
? 吸收质或溶质 (solute),混合气体中的溶
解组分，以 A表示。
? 惰性气体 (inert gas)或载体,不溶或难溶
组分，以 B表示。
? 吸收剂 (absorbent)：吸收操作中所用的
溶剂，以 S表示。
? 吸收液 (strong liquor)：吸收操作后得到
的溶液，主要成分为溶剂 S和溶质 A。
? 吸收尾气 (dilute gas)：吸收后排出的气
体，主要成分为惰性气体 B和少量的溶质
A。
? 吸收过程在 吸收塔 中进行，逆流操作吸
收塔示意图如右所示。
吸
收
塔混合尾气
(A+B)
吸收液 (A+S)
吸收剂 (S)
吸收尾气
(A+B)
2010-2-6 projects of Dr.Hao 5
概述 （ Introduction）
一、吸收操作的用途,
? (1) 制取产品 用吸收剂吸收气体中某些组分而获得产品。
如硫酸吸收 SO3制浓硫酸，水吸收甲醛制福尔马林液，用
水吸收氯化氢制盐酸等 。
? (2) 分离混合气体 吸收剂选择性地吸收气体中某些组分
以达到分离目的。例如石油馏分裂解生产出来的乙烯、
丙烯，还与氢、甲烷等混在一起，可用分子量较大的液
态烃把乙烯、丙烯吸收，使与甲烷、氢分离开来 。
? (3) 气体净化 一类是原料气的净化，即除去混合气体中
的杂质，如合成氨原料气脱 H2S,脱 CO2等；另一类是尾
气处理和废气净化以保护环境，如燃煤锅炉烟气，冶炼
废气等脱除 SO2,硝酸尾气脱除 NO2等。
2010-2-6 projects of Dr.Hao 6
概述 （ Introduction）
二、吸收操作的分类
? 物理吸收 (physical absorption)：吸收过程溶质与溶剂不发
生显著的化学反应，可视为单纯的气体溶解于液相的过程。
如用水吸收二氧化碳、用水吸收乙醇或丙醇蒸汽、用洗油
吸收芳烃等。
? 化学吸收 (chemical absorption)：溶质与溶剂有显著的化学
反应发生。如用氢氧化钠或碳酸钠溶液吸收二氧化碳、用
稀硫酸吸收氨等过程。化学反应能大大提高单位体积液体
所能吸收的气体量并加快吸收速率。但溶液解吸再生较难。
? 单组分吸收,混合气体中只有单一组分被液相吸收，其余
组分因溶解度甚小其吸收量可忽略不计。
? 多组分吸收,有两个或两个以上组分被吸收。
? 溶解热,气体溶解于液体时所释放的热量。化学吸收时，
还会有反应热。
? 非等温吸收,体系温度发生明显变化的吸收过程。
? 等温吸收,体系温度变化不显著的吸收过程。
2010-2-6 projects of Dr.Hao 7
本章以分析 单组分的等温物理吸收 为重点，以便掌握最基本
的原理。
? 气体吸收是物质 自气相到液相 的转移，这是一种 传质过程 。
? 混合气体中某一组分能否进入溶液里，既取决于该组分的 分压,
也取决于 溶液里该组分的平衡蒸汽压 。如果混合气体中该气体的
分压大于溶液的平衡蒸汽压，这个组分便可自气相转移至液相，
即被吸收。由于转移的结果，溶液里这个组分的浓度便增高，它
的平衡蒸汽压也随着增高，到最后，可以增高到等于它在气相中
的分压，传质过程于是停止，这时称为 气液两相达到平衡 。
? 反之，如果溶液中的某一组分的平衡蒸汽压大于混合气体中该组
分的分压，这个组分便要从溶液中释放出来，即从液相转移到气相，这种情况称为 解吸（或脱吸） 。
? 所以根据两相的 平衡关系 可以判断 传质过程的方向与极限,而且，
两相的浓度 距离平衡愈远,则传质的 推动力愈大，传质速率也愈
大 。
? 吸收操作的分析,应该从 气液两相的平衡关系与传质速率关系着
手,本章各节即如此展开讨论。
2010-2-6 projects of Dr.Hao 8
气液两相的接触方式
连续接触 (也称微分接触 ),气,
液两相的浓度呈连续变化 。 如填
料塔 。
溶剂
b 级式接触a 微分接触
图9 - 2 填料塔和板式塔
气体
溶剂
气体
级式接触,气, 液两相逐级接
触传质, 两相的组成呈阶跃变
化 。 如板式塔 。
散装填料
塑料鲍尔环填料
规整填料
塑料丝网波纹填料
2010-2-6 projects of Dr.Hao 9
蒸馏与吸收操作对比
? 蒸馏改变状态参数产生第二相，吸收从外界引入
另一相形成两相系统；
? 蒸馏直接获得轻、重组分，吸收混合液经脱吸才
能得到较纯组分；
? 蒸馏中气相中重组分向液相传递，液相中轻组分
向气相传递，是 双相传递 ；吸收中溶质分子由气
相向液相 单相传递,惰性组分及溶剂组分处于
,停滞, 状态。
2010-2-6 projects of Dr.Hao 10
第一节 气 —液相平衡
2––1––1 气体的溶解度
? 气体吸收的平衡关系指气体在液体中的 溶解度 。
? 如果把氨气和水共同封存在容器中，令体系的压
力和温度维持一定，由于氨易溶于水，氨的分子
便穿越两相界面进入水中，但进到水中的氨分子
也会有一部分返回气相，只不过刚开始的时候进
多出少。水中溶解的氨量越多，浓度越大，氨分
子从溶液逸出的速率也就越大，直到最后，氨分
子从气相进入液相的速率便等于它从液相返回气
相的速率，氨实际上便不再溶解进水里，溶液的
浓度也就不再变化，这种状态称为 相际动平衡，
简称相平衡或平衡 。
2010-2-6 projects of Dr.Hao 11
气体的溶解度
? 在温度和压力一定的条件下，平衡时的气、液相组成具有
一一对应关系。
? 平衡状态下气相中溶质的分压称为平衡分压或饱和分压,
与之对应的液相浓度称为平衡浓度或气体在液体中的 溶解
度 。 这时溶液已经饱和，即达到了它在一定条件下的溶解
度，也就是指气体在液相中的饱和浓度，习惯上以单位质
量（或体积）的液体中所含溶质的质量来表示，也表明一
定条件下吸收过程可能达到的极限程度。
? 在一定温度下达到平衡时,溶液的浓度随气体压力的增加
而增加 。如果要使一种气体在溶液中里达到某一特定的浓
度，必须在溶液上方维持较高的平衡压力。
? 气体的溶解度与温度有关，一般来说,温度下降则气体的
溶解度增高 。
2010-2-6 projects of Dr.Hao 12
溶解度曲线,在一定温度, 压力下, 平衡时溶质在气相和液
相中的浓度的关系曲线 。 例：图 2-2,2-3,2-4。
溶解度
/[g
(N
H 3
)/1000
g(H
2O
)]
1000
500
0 20 40 60 80 100 120
pNH3/kPa
50 oC
40 oC
30 oC
20 oC
10 oC
0 oC
120
溶解度
/[g
(SO
2)/
1000
g(
H 2
O)
] 250
200
0 20 40 60 80 100
pSO2/kPa
150
100
50
50 oC
40 oC
30 oC
20 oC
10 oC
0 oC
在相同条件下, NH3 在水中的溶解度较 SO2大得多 。
用水作吸收剂时, 称 NH3 为 易溶气体, SO2为 中等溶解气体,
溶解度更小的气体则为 难溶气体 (如 O2 在 30℃ 和溶质的分压
为 40kPa 的条件下, 1kg 水中溶解的质量仅为 0.014g)。
2010-2-6 projects of Dr.Hao 13
2 –– 1 –– 2 亨利定律（ Henry’s law）
当总压不太高时, 一定温度下的稀溶液的溶解度曲线近似
为直线, 即溶质在液相中的溶解度与其在气相中的分压成
正比 。
式中,p* —— 溶质在气相中的平衡分压, kPa；
x —— 溶质在液相中的摩尔分数；
E —— 亨利系数, kPa。
Exp ?* —— 亨利定律
? 亨利系数的值随物系的特性及温度而异；
? 物系一定, E 值一般随温度的上升而增大；
? E 值的大小代表了气体在该溶剂中溶解的难易程度；
? 在同一溶剂中, 难溶气体 E 值很大, 易溶气体 E 值很小；
? E 的单位与气相分压的压强单位一致 。
2010-2-6 projects of Dr.Hao 14
亨利定律（ Henry’s law）
当气, 液相溶质浓度用其它组成表示法表示时, 通过浓度
换算可得其它形式的亨利定律 。 常用的形式有
y* —— 与组成为 x 的液相呈平衡的气相中溶质的摩尔分数；
c —— 溶质在液相中的摩尔浓度, kmol/m3；
m —— 相平衡常数；
H —— 溶解度系数； kmol/(m3?kPa)；
mxy ?* c
Hp
1* ?
三个比例系数之间的关系：
P
Em ?
E
cH m?
式中 cm 为溶液的总浓度 （ kmol/m3） 。
对于稀溶液, 因溶质的浓度很小, 因此 cm = ? / Ms, 其中 ?
为溶液的密度, Ms为溶剂的摩尔质量 。
s
m Mc
??
2010-2-6 projects of Dr.Hao 15
亨利定律（ Henry’s law）
在低浓度气体吸收计算中, 通常采用基准不变的 摩尔比
Y（ 或 X ） 表示组成 。
以摩尔比表示组成的相平衡关系
X —— 溶质在液相中的摩尔比浓度；
Y* —— 与 X 呈平衡的气相中溶质的摩尔比浓度 。
当 m 趋近 1 或当 X 很小时
y
y
B
AY
??? 1的摩尔数气相中惰气
的摩尔数气相中溶质
x
x
S
AX
??? 1的摩尔数液相中溶剂
的摩尔数液相中溶质
Xm
mXY
)1(1
*
???
mXY ?*
2010-2-6 projects of Dr.Hao 16
2––1––3 吸收剂的选择
? 吸收剂性能的优劣，是决定吸收操作效果是否良好的关键。 如果吸收
的目的是制取某种溶液作成品，例如用 HCl气生产盐酸，吸收剂只能
用水，自然没有选择的余地，但如果目的在于把一部分气体从混合物
中分离出来，便应考虑选择合用的吸收剂问题。
? 溶解度大 吸收剂的选择主要考虑的是 溶解度,溶解度大则吸收剂用
量少，吸收速率也大，设备的尺寸便小；
? 选择性好 很显然，吸收剂对溶质气体的溶解度既要大，对混合气体
中其他组分的溶解度却要小或基本上不溶，这样才能进行有效的分离，
满足这一要求称为 选择性 好；
? 挥发度要小 吸收剂的 挥发度要小,即在操作温度下它的蒸汽压要低，
经过吸收后的气体在排出时，往往为吸收剂蒸汽所饱和，吸收剂的挥
发度高，其损失量便大。
? 此外所选用的溶剂尽可能满足 无腐蚀性，粘度小，无毒，不燃，价廉
易得 等条件。
2010-2-6 projects of Dr.Hao 17
第二节 传质机理与吸收速率
? 平衡关系 只能回答混合气体中 溶质气体能否进入
液相 这个问题, 至于进入液相速率大小, 却无法
解决, 后者属于 传质的机理问题 。 本节的内容是
结合吸收操作来说明 传质的基本原理, 并导出 传
质的速率关系, 作为分析吸收操作与计算吸收设
备的依据 。
? 气体吸收是溶质先从气相主体扩散到气液界面,
再从气液界面扩散到液相主体的传质过程 。
2010-2-6 projects of Dr.Hao 18
2––2––1 气液相际传质理论
相对于气相浓度 y 而言,
液相浓度欠饱和 (x<x*)，
故液相有吸收溶质 A 的
能力 。
相对于液相浓度 x 而言,
气相浓度为过饱和
(y>y*),溶质 A 由气相
向液相转移 。
一, 传质过程的方向
气, 液相浓度 (y,x)在平
衡线上方 (P点 ),y
xo
y*=f(x)P
y
x
y*
结论,若系统气, 液相浓度 (y,x)在平衡线上方, 则体系将发
生从气相到液相的传质, 即吸收过程 。
x*
释放溶质
吸收溶质
2010-2-6 projects of Dr.Hao 19
相对于气相浓度而言实
际 液 相 浓 度 过 饱 和
(x>x*),故液相有释放
溶质 A 的能力 。
相对于液相浓度 x 而言
气 相 浓 度 为 欠 饱 和
(y<y*),溶质 A 由液相
向气相转移 。
传质过程的方向
气, 液相浓度 (y,x)在平
衡线下方 (Q点 ),y
xo
y*=f(x)
Qy
x
y*
结论,若系统气, 液相浓度 (y,x)在平衡线下方, 则体系将发
生从液相到气相的传质, 即解吸过程 。
x*
释放溶质
吸收溶质
2010-2-6 projects of Dr.Hao 20
相对于气相浓度而言液
相浓度为平衡浓度
(x=x*),故液相不释放
或吸收溶质 A。
相对于液相浓度 x 而言
气相浓度为平衡浓度
(y=y*),溶质 A 不发生
转移 。
传质过程的方向
气, 液相浓度 (y,x)处于
平衡线上 (R点 ),y
xo
y*=f(x)
Ry
x
y*
结论,若系统气, 液相浓度 (y,x)处于平衡线上, 则体系从宏
观上讲将不会发生相际间的传质, 即系统处于平衡
状态 。
x*
2010-2-6 projects of Dr.Hao 21
二、传质过程的限度
对吸收而言：
若保持液相浓度 x 不变, 气相浓度 y 最低只能降到与之相
平衡的浓度 y*,即 ymin=y*；
若保持气相浓度 y 不变, 则液相浓度 x 最高也只能升高到
与气相浓度 y 相平衡的浓度 x*,即 xmax=x*。
y
xo
y*=f(x)
Py
x
y*
x*
2010-2-6 projects of Dr.Hao 22
传质过程的限度
y
xo
y*=f(x)
Qy
x
y*
x*
对解吸而言：
若保持液相浓度 x 不变, 气相浓度 y 最高只能升到与之相
平衡的浓度 y*,即 ymax=y*；
若保持气相浓度 y 不变, 则液相浓度 x 最高也只能降到与
气相浓度 y 相平衡的浓度 x*,即 xmin=x*。
2010-2-6 projects of Dr.Hao 23
传质推动力的表示方法
可以不同, 但效果一样 。
(x*-x),以液相摩尔分数
差表示的传质推动力 。
对吸收过程：
(y-y*),以气相摩尔分数
差表示的传质推动力；
三、传质过程的推动力
未达平衡的两相接触会发生相际间传质 (吸收或解吸 ),离平
衡浓度越远, 过程传质推动力越大, 传质过程进行越快 。
方法,用气相或液相浓度远离平衡的程度来表征气液相际
传质过程的推动力 。
y
xo
y*=f(x)
Py
x
y*
x*
（ y-y*）
（ x*-x）
2010-2-6 projects of Dr.Hao 24
四, 吸收传质理论
吸收过程是溶质由气相向液相转移的相际传质过程, 可分
为三个步骤：
气相主体 液相主体
相界面
溶解
气相扩散 液相扩散
(1) 溶质由气相主体扩散至两相界面气相侧 (气相内传质 )；
(2) 溶质在界面上溶解 (通过界面的传质 )；
(3) 溶质由相界面液相侧扩散至液相主体 (液相内传质 )。
2010-2-6 projects of Dr.Hao 25
双膜理论 由 W.K.Lewis 和 W.G.Whitman 在上世纪二十年
代提出, 是最早出现的传质理论 。 双膜理论的基本论点是：
(1) 相互接触的两流体间存在着稳定的相界面, 界面两侧各
存在着一个很薄 （ 等效厚度分别为 ?1 和 ?2 ） 的流体膜
层 。 溶质以分子扩散方式通过此两膜层 。
(2) 相界面没有传质阻力,
即溶质在相界面处的
浓度处于相平衡状态 。
(3) 在膜层以外的两相主
流区由于流体湍动剧
烈, 传质速率高, 传
质阻力可以忽略不计,
相际的传质阻力集中
在两个膜层内 。
气相主体 液相主体相界面
pi = ci / Hp
?1 ?2
pi
ci
c
气
膜
液
膜
2010-2-6 projects of Dr.Hao 26
双膜理论
两相相内传质速率可用下面的形式表达为：
? ?igA ppkN ??
? ?cckN icA ??
???
?
???
??
Bm
G
g p
P
RT
Dk
1?
???
?
???
??
Bm
mL
c c
cDk
2?
DG,DL —— 溶质组分在气膜与液膜中的分子扩散系数；
P/pBm —— 气相扩散漂流因子；
cm/cBm —— 液相扩散漂流因子；
?1,?2 —— 界面两侧气液相等效膜层厚度, 待定参数 。
双膜理论将两流体相际传质过程简化为经两膜层的稳定分
子扩散的串联过程 。 对吸收过程则为溶质通过气膜和液膜
的分子扩散过程 。
2010-2-6 projects of Dr.Hao 27
双膜理论
? 按双膜理论, 传质系数与扩散系数成正比, 这与实验所
得的关联式地结果相差较大；
? 由此理论所得的传质系数计算式形式简单, 但等效膜层
厚度 ?1 和 ?2 以及界面上浓度 pi 和 ci 都难以确定；
? 双膜理论存在着很大的局限性, 例如对具有自由相界面
或高度湍动的两流体间的传质体系, 相界面是不稳定的,
因此界面两侧存在稳定的等效膜层以及物质以分子扩散
方式通过此两膜层的假设都难以成立；
? 该理论提出的双阻力概念, 即认为传质阻力集中在相接
触的两流体相中, 而界面阻力可忽略不计的概念, 在传
质过程的计算中得到了广泛承认, 仍是传质过程及设备
设计的依据；
? 本书后续部分也将以该理论为讨论问题的基础 。
2010-2-6 projects of Dr.Hao 28
2––2––2 吸收速率方程式
? 吸收设备中进行的传质过程为 吸收过程,其传质速率即为
吸收速率,所对应的传质速率方程即为 吸收速率方程 。
? 气体吸收因过程的复杂性，传质速率 (吸收速率 )一般难以
理论求解，但遵循现象方程所描述的物理量传递的共性规
律。
? 根据推动力及阻力可写出速率关系式，单独根据气膜或液
膜的推动力及阻力写出的速率关系式称为 气膜或液膜吸收
速率方程式,相应的吸收系数称为 膜系数或分系数,用 k
表示，与传热中的对流传热系数相当。
2010-2-6 projects of Dr.Hao 29
传质速率方程
? ?igA ppkN ?? —— 气相 (气膜 )传质速率方程
对于稳定吸收过程, 可根据双膜理论建立相际传质速率方
程 (总传质速率方程 )。 类似于间壁式对流传热速率方程 。
由于混合物的组成可用多种方式表示, 对应于每一种表达
法都有与之相应的传质速率方程 。
—— 液相 (液膜 )传质速率方程? ?cckN
icA ??
2010-2-6 projects of Dr.Hao 30
一、气相传质速率方程
? ?igA ppkN ??
? ?iyA yykN ??
? ?iYA YYkN ??
kg — 推动力为分压差的气相传质系数, kmol/(s?m2?kPa)；
ky — 推动力为摩尔分率之差的气相传质系数, kmol/(s?m2)；
kY — 推动力为摩尔比浓度差的气相传质系数, kmol/(s?m2)；
p,y,Y — 溶质 A在气相主体的分压 (kPa),摩尔分率和摩尔
比；
pi, yi,Yi — 溶质 A在界面气相侧的分压 (kPa),摩尔分率和摩
尔比 。
气相传质速率方程常用的表达形式有三种
2010-2-6 projects of Dr.Hao 31
气相传质速率方程
不同形式的传质速率方程物理意义一样, 都代表单位时间
内通过单位界面面积传递的溶质 A 的量；
传质系数与传质推动力的表达方式有关, 其倒数表达的是
气相传质阻力；
注意,不同单位的传质系数数值不同, 但可根据组成表示
法的相互关系进行换算 。
例,当气相总压不很高时, 根据道尔顿分压定律 p=Py,有
对 y 值较小的低浓度吸收：
)()()( iyigigA yykyyPkppkN ??????
gy Pkk ? )1)(1(
i
y
Y YY
kk
???
Yy kk ? gY Pkk ?
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二、液相传质速率方程
液相传质速率方程常用的表达形式也有三种
kc — 推动力为摩尔浓度差的液相传质系数, m/s；
kx — 推动力为摩尔分率之差的液相传质系数, kmol/(s?m2)；
kX — 推动力为摩尔比之差的液相传质系数, kmol/(s?m2)；
c,x,X — 溶质 A在液相主体的摩尔浓度, 摩尔分率和摩尔
比浓度；
ci,xi,Xi — 溶质 A在界面液相侧的摩尔浓度, 摩尔分率和
摩尔比浓度 。
)( cckN icA ??
)( xxkN ixA ??
)( XXkN iXA ??
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液相传质速率方程
三个液相传质系数的倒数也分别为传质推动力以不同组成
表示法表达时的液相传质阻力 。
同样, 根据各种表示法的相互关系可推得
式中 cm 为液相的总摩尔浓度 。
cmx kck ?
)1)(1( i
x
X XX
kk
???
xX kk ?
cmX kck ?
液相浓度很低时：
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三、相界面的浓度
在气, 液两相内传质速率的计算中, 推动力项中含有溶质
在相界面的浓度 yi 和 xi, 可用计算方法或作图法得出 。
计算法：
对稳定的吸收过程, 气, 液两相内传质速率应相等 。 若两
相浓度均以摩尔分数表示, 有
当 kx 和 ky 为定值时, 在直角坐标系中 yi~xi 关系是一条过定
点 （ x,y） 而斜率为 -kx/ky 的直线 。
)()( xxkyykN ixiyA ????
y
x
i
i
k
k
xx
yy ??
?
?
根据双膜理论, 界面处 yi~xi 应满足相平衡关系：
若已知相平衡关系式以及气, 液相传质系数 ky,kx,将上两
式联立就可求得当气, 液相主体摩尔分率为 y,x 时所对应
的界面处气, 液相摩尔分率 yi,xi。
? ?iei xfy ?
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相界面的浓度
作图法：
y
xo
y*=f(x)斜率=-k
x/kyy
x
y*
x*xi
yi
A
气相 液相
相界面
yi
xi
yi =fe(xi)y
x
? ? ? ?iyxi xxkkyy ???? ? ?iei xfy ?yi,xi 为直线 与平衡线 的交点
坐标, 直线上 A 点坐标为与之对应的气, 液主体流的摩尔
分数 y,x。
2010-2-6 projects of Dr.Hao 36
四、总传质速率方程
传递过程的阻力具有加和性 。
若以双膜理论为依据, 则吸收过程的传质总阻力是气相传质
阻力与液相传质阻力之和 (相界面无阻力 )。
总传质速率为总传质推动力 (y-y*)与总的传质阻力 (1/Ky)之比 。
相平衡关系为直线
对稀溶液, 物系的相平衡关系服从亨利定律 y*=mx。
? ?*yyk mN i
x
A ??
? ?i
y
A yy
k
N ??
? ? ? ?
xyxy
ii
A
k
m
k
yy
k
m
k
yyyy
N
?
?
?
?
???
?
11
**
xyy k
m
kK ??
11? ?
**
1 yyKK
yyN
y
y
A ??
??
气相：
液相：
相际,比较可得：
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总传质速率方程
以气相为基准的总传质速率方程? ?*yyKN
yA ??
Ky 是以 (y-y*) 为推动力的总传质系数, 单位为 kmol/(s?m2)，
其倒数为气, 液两相传质总阻力 。
总传质系数 Ky（ 相际传质系数 ） 与相内传质系数 kx,ky 的
关系式, 实质表达了总传质阻力 1/Ky 等于气相传质阻力
1/ky 与液相传质阻力 m/kx 之和 。
因为总阻力 1/Ky 以气相为基准, 所以液相阻力 1/kx 需乘以
换算系数 m。
(yi-y*) 项是与液相传质推动力 (xi-x) 相对应的, 可以看作是
以气相浓度差的形式等价表示的液相传质推动力 。 气, 液
传质总推动力为两相的相内传质推动力之和 。
xyy k
m
kK ??
11
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总传质速率方程
? ?i
y
A xx
mk
N ?? *
? ?xxkN i
x
A ??
yx
A
mkk
xx
N
11
*
?
?
?
yxx mkkK
111 ??? ?xxK
K
xxN
x
x
A ??
?? **
1
如将 yi=mxi 和 y=mx* 代入式, 可得? ?iyA yykN ??
气相：
液相：
相际,比较可得：
以液相为基准的
总传质速率方程
Kx 是以 (x*-x)为推动力的总传质系数,
单位为 kmol/(m2?s)。 1/Kx代表了以液
相为基准的吸收传质过程的总传质
阻力, 是以液相为基准的气, 液两
相相内传质阻力之和 。
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总传质速率方程
对易溶气体, 平衡常数 m 值小, 平衡线很平, 这时：
传质阻力主要集中在气相, 此类传质过程称为 气相阻力控
制 过程, 或称 气膜控制 过程 。
yy
yyxy
kKkKkmk ?????? 111
采用总传质速率方程进行计算可避开难以确定的相界面组
成 xi 和 yi。 这与通过间壁对流传热问题中用总传热速率方程
可避开固体壁面两侧温度是相似的 。
总传质阻力取决于气, 液两相的传质阻力 。 但对一些吸收
过程, 气, 液两相传质阻力在总传质阻力中所占的比例相
差甚远, 可对问题进行简化处理 。
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总传质速率方程
对难溶气体, 平衡常数 m 值大, 平衡线很陡, 这时：
xx
xxyx
kKkKmkk ?????? 1111
传质阻力主要集中在液相, 此类过程称为 液相阻力控制 过
程, 或 液膜控制 过程 。
分析气, 液两相中传质阻力所占的比例, 对于强化传质过
程, 提高传质速率有重要的指导意义 。 例如, 以气相阻力
为主的吸收操作, 增加气体流速, 可减薄界面处气膜层的
厚度, 从而降低气相传质阻力, 有效地提高吸收速率；而
增加液体流速吸速率则不会有明显改变 。
2010-2-6 projects of Dr.Hao 41
五、吸收传质速率方程的几种形式
相平衡方程
吸收传质速率
方程
总传质系数
相内或同基准的传质系数换算 相际或不同基准传质系数换算
amxy ?? BMXY ??
bHcp ??
? ?
? ?
? ?
? ?xxK
yyK
xxk
yykN
x
y
ix
iyA
??
??
??
??
*
*
? ?
? ?
? ?
? ?XXK
YYK
XXk
YYkN
X
Y
iX
iYA
??
??
??
??
*
*
? ?
? ?
? ?
? ?ccK
ppK
cck
ppkN
c
g
ic
igA
??
??
??
??
*
*
? ?xyy kmkK ?? 11
? ?xyx kmkK 1)(11 ??
? ?XYY kMkK ?? 11
? ?)(111 cgg HkkK ??
? ?cgc kkHK 11 ??
? ?XYX kMkK 1)(11 ??
? ?? ?? ?iyYgy YYkkPkk ???? 11
? ?? ?? ?ixXcmx XXkkkck ???? 11
? ?? ?? ?*11 YYKKPKK yYgy ????
? ?? ?? ?*11 XXKKKcK xXLmx ????
mKKmkk xyxy ??
MKKMkk XYXY ??
cgcg HKKHkk ??
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Thanks!
2005-5-12
