【正文】 ：設所有熱均被液體吸收，而忽略氣體溫度及企圖熱效應，據此導出的“液體濃度—溫度”的對應關系，從而得到變溫情況下的平衡曲線，但導致液體溫升偏高，算出的塔高也偏大。另外，溫度還會影響一些物性常數，如擴散系數D、流體的粘度μ等，從而影響傳質速率。當熱效應過大時，常需對設備進行冷卻，常用的方法有：⑴在板式塔內，板上或管上安裝冷卻器或冷卻管；⑵側線引出吸收劑進行冷卻；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，氣液兩相的組成沿塔高變化較大，有著顯著的熱效應，且全塔范圍內傳質系數不為常數。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，所以計算時需用Xi、Yi代替xi、yi。 傳質系數與傳質理論以往的計算中假定傳質系數為已知量，而后面的計算才有意義，而實際中，傳質系數的求取是很復雜的，其計算具有非常重要的意義。傳質系數的影響因素很多，物系的物性、參數、流動狀態(tài)等均會影響傳質系數的大小，甚至流體流動時的分布、速率分別等都會影響K值的大小。一般取得K數據的方法有三種：一是實驗測定；二是根據實驗結果推導出的經驗公式來計算K值；三是根據實驗結果和理論的因次分析方法推導出的半經驗公式（即準數關聯式）進行計算。一．傳質系數的測定一般在已知內徑和填料層高度h0的填料塔中進行，局限性大，僅針對某些典型的或有工業(yè)實際意義的情況下使用。原理：Kya=GA(yb—ya)/(h0A△ym)。則根據已知量可求出Kya的大小。另外，如過程為液膜控制，總阻力≈液膜阻力，所以Kya≈kxa/m，從而可求出分傳質系數kxa的值來；如過程為氣膜控制，總阻力≈氣膜阻力，所以Kya≈kya，從而可求出分傳質系數kya的值來。本課教學過程中安排的吸收實驗即是測定用水吸收空氣—氨氣體系中的氨時的氣相分傳質系數，即是利用此原理來求kya的值。二、經驗公式在特定系統中、特定條件下的實驗數據關聯得出的，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算結果；但針對性強，準確性高。如水吸收氨體系，為氣膜控制體系，但液膜阻力仍占相當的比例，大于10%，當吸收在D=，可用下式進行計算：kGa = ，其中：G、L：分別為氣、液流量，kg/(m2h)；kGa：氣相分傳質系數， kmol/(m3h KPa)。又如用水在常壓下吸收CO2（屬難溶氣體的吸收），當過程在D=10~32mm的陶瓷環(huán)型填料中，Lv=3~20m3/（m2h），G=130~580 kg/(m2h)，21~`27℃范圍內進行時，傳質系數可用下式進行計算：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），當過程在D=25mm的陶瓷環(huán)型填料中，Lv=320~415m3/（m2h），G=4400~55800 kg/(m2h)，傳質系數可用下式進行計算：kGa = .81，kLa = ，其中G、L：分別為氣、液流量，kg/(m2h)；α：比例系數，其值隨溫度變化而變。三、準數關聯式即將較為廣泛的物系、設備、操作條件下得到的數據，整理出若干個無因次準數間的關聯式來描述各影響因素與傳質系數間的關系，所以關聯式有較好的概括性，適用范圍較廣，但準確性較差，只能用于估算，如設計新型填料時，可用此法預測新型填料的性能優(yōu)劣。1．計算kG、ky在濕壁塔內，有：施伍德準數ShG = α(ReG)β(ScG)γ 或kG =αPD(ReG)β(ScG)γ/（RTPBml）。、kx施伍德準數ShL = (ReG)2/3(ScL)1/3(GC)1/3 或kL = (ReG2ScLGC)1/3/(CSmL)。其中：施伍德準數Sherwood：ShG = RTPBmlkG/(PD)， ShL = kL CSmL /( CD)——描述了渦流擴散與分子擴散相比增強的倍數，類似于Nu準數；施密特準數Schmidt ：Sc=γ/DAB=μ/ρDAB——描述了物性常數在傳質中的影響，類似于Pr準數；雷諾準數Rerault ：Re =4w/σμL——描述了流動狀態(tài)的影響；傳質斯坦頓準數Stanton：St’=k/u =Sh/（ReSc）；格拉斯霍夫準數Grashof：GrAB = L3ρg△ρA/μ2= L3 g△ρA/（ργ2）。當流體強制對流傳質時，Sh = f (Re，Sc)；當流體作自然對流傳質時，Sh = f (GrAB，Sc)，然后再通過實驗測定它們之間具體的函數關系。、HLHG =αGβLγ（ScG），當x、G較低時，HL =α（L/μ）β（ScL），其中α、β、γ均為與填料類型、尺寸有關的常數。四、傳質理論概況傳質理論的作用是：說明傳質過程的機理，預計傳質系數K、k的主要影響因素，即抓住主要矛盾，弱化次要矛盾以簡化過程，預計影響因素間的定量關系，找出其規(guī)律性，從而對操作設計做出指導，揭示其物理本質。目的：建立較簡化的模型，從而為計算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，是最簡化最早的傳質模型，其參數較易測定，主要觀點在前面已經闡述過了。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際情況；⑵其結論得到：k∝D，與現實中的k∝，而且計算k時，要知道氣膜或液膜的當量厚度δG或δL，這兩個厚度的求取是較困難的；⑶它認為傳質是一個穩(wěn)定的過程，參數與時間無關，忽略了溶質的積累是隨時間變化的。該模型主要適用于低濃度、低速運動的穩(wěn)定體系。此模型是希格比Higbie于1935年提出的，假象的依據是填料塔液體的實際流動——液體從某個填料移動到下一個填料時一定會發(fā)生混合，無法保持原有的濃度分布，所以作出以下假定。其主要論點是：液體流下的過程中，每隔一定時間θ0就會發(fā)生一次完全的混合，使液層內部濃度均勻化，僅相界面處的濃度處于ci，此時在液相中發(fā)生的是非定態(tài)擴散過程。在混合后的最初瞬間，除了界面處外，其他區(qū)域內的濃度相同，所以界面處的濃度梯度最大，傳質也最快。隨著接觸時間的延續(xù)，濃度梯度逐漸趨于平緩，濃度分布有趨于均勻化，傳質速率也下降，到θ0時間后完成一次混合。再經θ0時間又完成一次混合，如此反復不斷，所以傳質系數k、K是隨著時間不斷變化的，計算出來的k是一個周期時間θ0內的平均值，θ0稱為溶質滲透時間。其數學模型：kL = 2（D/πθ0），其結論是k∝，與k∝，說明它比雙膜理論更接近實際。優(yōu)點：⑴比雙膜理論更接近實際；⑵考慮了形成濃度梯度的過渡時間，認為在過渡時間內，溶質A從界面不斷地向液膜深處滲透；⑶放棄了定態(tài)擴散的觀點，揭示了過程的非定態(tài)性，并指出了液體定期混合對傳質的作用。缺點：⑴仍停留在膜模型的基礎上，僅強調了形成濃度梯度的過渡階段；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：認為流體流下時，某些旋渦能直接在界面上與湍流主體間移動，液體的表面不斷地更新，即不斷有液體從主體轉向界面而暴露在氣相中。這樣，原需緩慢的擴散才能將溶質轉到液相主體，現通過表面更新，使深處的流體更快地直接與氣體接觸，從而大大地強化了傳質。過程中引入了一個模型參數S，單位時間內表面被更新的百分比，叫更新頻率。數學模型：kL =（DS），其結論是k∝，與實際情況k∝。優(yōu)點是：⑴認為更新隨時隨機地發(fā)生，而非周期性地發(fā)生，符合實際，揭示了過程的非定態(tài)擴散的實質；⑵揭示了表面更新的過程物理實質，又強化傳質提供了另一途徑。缺點：S、θ較難測定，屬高級傳遞中涉及的內容。 作業(yè)：三種模型的主要論點？不足之處？21 / 21