【正文】 ：設(shè)所有熱均被液體吸收，而忽略氣體溫度及企圖熱效應(yīng)，據(jù)此導(dǎo)出的“液體濃度—溫度”的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而得到變溫情況下的平衡曲線，但導(dǎo)致液體溫升偏高，算出的塔高也偏大。另外，溫度還會(huì)影響一些物性常數(shù)，如擴(kuò)散系數(shù)D、流體的粘度μ等，從而影響傳質(zhì)速率。當(dāng)熱效應(yīng)過(guò)大時(shí)，常需對(duì)設(shè)備進(jìn)行冷卻，常用的方法有：⑴在板式塔內(nèi)，板上或管上安裝冷卻器或冷卻管；⑵側(cè)線引出吸收劑進(jìn)行冷卻；⑶邊吸收邊冷卻；⑷用大的噴淋密度，使更多的熱量被液相帶走。四、高濃度吸收： 高濃度吸收時(shí)，氣液兩相的組成沿塔高變化較大，有著顯著的熱效應(yīng)，且全塔范圍內(nèi)傳質(zhì)系數(shù)不為常數(shù)。由于氣液兩相的組成沿塔高變化較大，所以操作線不再為直線，所以計(jì)算時(shí)需用Xi、Yi代替xi、yi。 傳質(zhì)系數(shù)與傳質(zhì)理論以往的計(jì)算中假定傳質(zhì)系數(shù)為已知量，而后面的計(jì)算才有意義，而實(shí)際中，傳質(zhì)系數(shù)的求取是很復(fù)雜的，其計(jì)算具有非常重要的意義。傳質(zhì)系數(shù)的影響因素很多，物系的物性、參數(shù)、流動(dòng)狀態(tài)等均會(huì)影響傳質(zhì)系數(shù)的大小，甚至流體流動(dòng)時(shí)的分布、速率分別等都會(huì)影響K值的大小。一般取得K數(shù)據(jù)的方法有三種：一是實(shí)驗(yàn)測(cè)定；二是根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果推導(dǎo)出的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算K值；三是根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論的因次分析方法推導(dǎo)出的半經(jīng)驗(yàn)公式（即準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式）進(jìn)行計(jì)算。一．傳質(zhì)系數(shù)的測(cè)定一般在已知內(nèi)徑和填料層高度h0的填料塔中進(jìn)行，局限性大，僅針對(duì)某些典型的或有工業(yè)實(shí)際意義的情況下使用。原理：Kya=GA(yb—ya)/(h0A△ym)。則根據(jù)已知量可求出Kya的大小。另外，如過(guò)程為液膜控制，總阻力≈液膜阻力，所以Kya≈kxa/m，從而可求出分傳質(zhì)系數(shù)kxa的值來(lái)；如過(guò)程為氣膜控制，總阻力≈氣膜阻力，所以Kya≈kya，從而可求出分傳質(zhì)系數(shù)kya的值來(lái)。本課教學(xué)過(guò)程中安排的吸收實(shí)驗(yàn)即是測(cè)定用水吸收空氣—氨氣體系中的氨時(shí)的氣相分傳質(zhì)系數(shù)，即是利用此原理來(lái)求kya的值。二、經(jīng)驗(yàn)公式在特定系統(tǒng)中、特定條件下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)得出的，其適用范圍較在窄，只有在規(guī)定的條件下使用才能得到可靠的計(jì)算結(jié)果；但針對(duì)性強(qiáng)，準(zhǔn)確性高。如水吸收氨體系，為氣膜控制體系，但液膜阻力仍占相當(dāng)?shù)谋壤?，大?0%，當(dāng)吸收在D=，可用下式進(jìn)行計(jì)算：kGa = ，其中：G、L：分別為氣、液流量，kg/(m2h)；kGa：氣相分傳質(zhì)系數(shù)， kmol/(m3h KPa)。又如用水在常壓下吸收CO2（屬難溶氣體的吸收），當(dāng)過(guò)程在D=10~32mm的陶瓷環(huán)型填料中，Lv=3~20m3/（m2h），G=130~580 kg/(m2h)，21~`27℃范圍內(nèi)進(jìn)行時(shí)，傳質(zhì)系數(shù)可用下式進(jìn)行計(jì)算：kLa = ，其中Lv：液流量，m3/(m2h)。又如用水在常壓下吸收SO2（屬雙膜控制系統(tǒng)），當(dāng)過(guò)程在D=25mm的陶瓷環(huán)型填料中，Lv=320~415m3/（m2h），G=4400~55800 kg/(m2h)，傳質(zhì)系數(shù)可用下式進(jìn)行計(jì)算：kGa = .81，kLa = ，其中G、L：分別為氣、液流量，kg/(m2h)；α：比例系數(shù)，其值隨溫度變化而變。三、準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式即將較為廣泛的物系、設(shè)備、操作條件下得到的數(shù)據(jù)，整理出若干個(gè)無(wú)因次準(zhǔn)數(shù)間的關(guān)聯(lián)式來(lái)描述各影響因素與傳質(zhì)系數(shù)間的關(guān)系，所以關(guān)聯(lián)式有較好的概括性，適用范圍較廣，但準(zhǔn)確性較差，只能用于估算，如設(shè)計(jì)新型填料時(shí)，可用此法預(yù)測(cè)新型填料的性能優(yōu)劣。1．計(jì)算kG、ky在濕壁塔內(nèi)，有：施伍德準(zhǔn)數(shù)ShG = α(ReG)β(ScG)γ 或kG =αPD(ReG)β(ScG)γ/（RTPBml）。、kx施伍德準(zhǔn)數(shù)ShL = (ReG)2/3(ScL)1/3(GC)1/3 或kL = (ReG2ScLGC)1/3/(CSmL)。其中：施伍德準(zhǔn)數(shù)Sherwood：ShG = RTPBmlkG/(PD)， ShL = kL CSmL /( CD)——描述了渦流擴(kuò)散與分子擴(kuò)散相比增強(qiáng)的倍數(shù)，類似于Nu準(zhǔn)數(shù)；施密特準(zhǔn)數(shù)Schmidt ：Sc=γ/DAB=μ/ρDAB——描述了物性常數(shù)在傳質(zhì)中的影響，類似于Pr準(zhǔn)數(shù)；雷諾準(zhǔn)數(shù)Rerault ：Re =4w/σμL——描述了流動(dòng)狀態(tài)的影響；傳質(zhì)斯坦頓準(zhǔn)數(shù)Stanton：St’=k/u =Sh/（ReSc）；格拉斯霍夫準(zhǔn)數(shù)Grashof：GrAB = L3ρg△ρA/μ2= L3 g△ρA/（ργ2）。當(dāng)流體強(qiáng)制對(duì)流傳質(zhì)時(shí)，Sh = f (Re，Sc)；當(dāng)流體作自然對(duì)流傳質(zhì)時(shí)，Sh = f (GrAB，Sc)，然后再通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定它們之間具體的函數(shù)關(guān)系。、HLHG =αGβLγ（ScG），當(dāng)x、G較低時(shí)，HL =α（L/μ）β（ScL），其中α、β、γ均為與填料類型、尺寸有關(guān)的常數(shù)。四、傳質(zhì)理論概況傳質(zhì)理論的作用是：說(shuō)明傳質(zhì)過(guò)程的機(jī)理，預(yù)計(jì)傳質(zhì)系數(shù)K、k的主要影響因素，即抓住主要矛盾，弱化次要矛盾以簡(jiǎn)化過(guò)程，預(yù)計(jì)影響因素間的定量關(guān)系，找出其規(guī)律性，從而對(duì)操作設(shè)計(jì)做出指導(dǎo)，揭示其物理本質(zhì)。目的：建立較簡(jiǎn)化的模型，從而為計(jì)算K作出一定的理論支持。常見的有以下三種模型：1．膜模型也稱雙膜理論，是最簡(jiǎn)化最早的傳質(zhì)模型，其參數(shù)較易測(cè)定，主要觀點(diǎn)在前面已經(jīng)闡述過(guò)了。其主要缺陷為：⑴停滯膜的假定在高度湍流流體中不符合實(shí)際情況；⑵其結(jié)論得到：k∝D，與現(xiàn)實(shí)中的k∝，而且計(jì)算k時(shí)，要知道氣膜或液膜的當(dāng)量厚度δG或δL，這兩個(gè)厚度的求取是較困難的；⑶它認(rèn)為傳質(zhì)是一個(gè)穩(wěn)定的過(guò)程，參數(shù)與時(shí)間無(wú)關(guān)，忽略了溶質(zhì)的積累是隨時(shí)間變化的。該模型主要適用于低濃度、低速運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定體系。此模型是希格比Higbie于1935年提出的，假象的依據(jù)是填料塔液體的實(shí)際流動(dòng)——液體從某個(gè)填料移動(dòng)到下一個(gè)填料時(shí)一定會(huì)發(fā)生混合，無(wú)法保持原有的濃度分布，所以作出以下假定。其主要論點(diǎn)是：液體流下的過(guò)程中，每隔一定時(shí)間θ0就會(huì)發(fā)生一次完全的混合，使液層內(nèi)部濃度均勻化，僅相界面處的濃度處于ci，此時(shí)在液相中發(fā)生的是非定態(tài)擴(kuò)散過(guò)程。在混合后的最初瞬間，除了界面處外，其他區(qū)域內(nèi)的濃度相同，所以界面處的濃度梯度最大，傳質(zhì)也最快。隨著接觸時(shí)間的延續(xù)，濃度梯度逐漸趨于平緩，濃度分布有趨于均勻化，傳質(zhì)速率也下降，到θ0時(shí)間后完成一次混合。再經(jīng)θ0時(shí)間又完成一次混合，如此反復(fù)不斷，所以傳質(zhì)系數(shù)k、K是隨著時(shí)間不斷變化的，計(jì)算出來(lái)的k是一個(gè)周期時(shí)間θ0內(nèi)的平均值，θ0稱為溶質(zhì)滲透時(shí)間。其數(shù)學(xué)模型：kL = 2（D/πθ0），其結(jié)論是k∝，與k∝，說(shuō)明它比雙膜理論更接近實(shí)際。優(yōu)點(diǎn)：⑴比雙膜理論更接近實(shí)際；⑵考慮了形成濃度梯度的過(guò)渡時(shí)間，認(rèn)為在過(guò)渡時(shí)間內(nèi)，溶質(zhì)A從界面不斷地向液膜深處滲透；⑶放棄了定態(tài)擴(kuò)散的觀點(diǎn)，揭示了過(guò)程的非定態(tài)性，并指出了液體定期混合對(duì)傳質(zhì)的作用。缺點(diǎn)：⑴仍停留在膜模型的基礎(chǔ)上，僅強(qiáng)調(diào)了形成濃度梯度的過(guò)渡階段；⑵主要適用于液膜控制情況。由丹克沃茨Damckwerts于1951年提出，完全摒棄了膜模型的觀念。主要論點(diǎn)：認(rèn)為流體流下時(shí)，某些旋渦能直接在界面上與湍流主體間移動(dòng)，液體的表面不斷地更新，即不斷有液體從主體轉(zhuǎn)向界面而暴露在氣相中。這樣，原需緩慢的擴(kuò)散才能將溶質(zhì)轉(zhuǎn)到液相主體，現(xiàn)通過(guò)表面更新，使深處的流體更快地直接與氣體接觸，從而大大地強(qiáng)化了傳質(zhì)。過(guò)程中引入了一個(gè)模型參數(shù)S，單位時(shí)間內(nèi)表面被更新的百分比，叫更新頻率。數(shù)學(xué)模型：kL =（DS），其結(jié)論是k∝，與實(shí)際情況k∝。優(yōu)點(diǎn)是：⑴認(rèn)為更新隨時(shí)隨機(jī)地發(fā)生，而非周期性地發(fā)生，符合實(shí)際，揭示了過(guò)程的非定態(tài)擴(kuò)散的實(shí)質(zhì)；⑵揭示了表面更新的過(guò)程物理實(shí)質(zhì)，又強(qiáng)化傳質(zhì)提供了另一途徑。缺點(diǎn)：S、θ較難測(cè)定，屬高級(jí)傳遞中涉及的內(nèi)容。 作業(yè)：三種模型的主要論點(diǎn)？不足之處？21 / 21