談化工生產工藝中的吸收機理

苗丹丹

摘 要：吸收速率是指單位時間內吸收質由氣相轉移到液相的量。吸收速率的大小決定著吸收操作的生產強度。吸收速率也是吸收設備選型和設備設計的重要依據。為了討論吸收速率，首先應搞清吸收的機理。

關鍵詞：化工；工藝 ； 吸收機理；吸收速率

吸收速率是指單位時間內吸收質由氣相轉移到液相的量。吸收速率的大小決定著吸收操作的生產強度。吸收速率也是吸收設備選型和設備設計的重要依據。為了討論吸收速率，首先應搞清吸收的機理。

1. 吸收過程的機理

1.1分子擴散和渦流擴散

吸收是吸收質從氣相向液相轉移的傳質過程，此過程包括三個步驟：①吸收質從氣相主體向氣、液兩相界面的氣相一側傳遞，即氣相內的傳質；②在相界面上吸收質因溶解進入液相；③吸收質再由相界面的液相一側向液相主體傳遞，即液相內的傳質。

相內（氣相內或液相內）傳質的基本方式有分子擴散和渦流擴散兩種。

分子擴散是當靜止的單一相內存在組分的濃度差時而憑借分子的熱運動引起的質量傳遞。工程上遇到的擴散過程大多數是流體處于流動狀態，這時當組分垂直通過作層流流動的薄層時，由于組分的移動方向垂直流體的流動方向，因此可以斷定，在這種情況下，組分垂直穿過層流薄層，靠分子擴散才能完成。

在湍流流體中，物質的傳遞主要依靠流體質點的無規則運動進行傳遞。湍流流體中的旋渦使流體各部分劇烈混合，從而使物質由高濃度向低濃度轉移。這種憑借流體質點的湍動和旋渦進行的質量傳遞稱為渦流擴散。渦流擴散速率比分子擴散速率大得多。

1.2雙膜理論

研究吸收過程的機理目的在于對此傳質過程的物理機制作恰當的描述，進而建立表達影響吸收速率各主要因素間的定量關系，從而可指導實際操作過程及設備的設計、強化等。

關于吸收機理人們提出過多種理論，但比較簡明易懂且在較寬的范圍內具有實用價值的是1923年惠特曼提出的雙膜理論，其基本論點是：

1.2.1相互接觸的氣、液兩相流體之間存在著穩定的相界面，界面兩側存在著作滯流流動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的氣相和液相主體。在吸收過程中，吸收質首先由氣相主體擴散到氣膜，再通過氣膜擴散到相界面，在界面上吸收質溶解于液體中，然后再通過液膜擴散到液相主體。

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

1.2.3吸收質以分子擴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，吸收質濃度均勻一致，不存在傳質阻力。吸收過程的全部阻力集中在界面兩側的氣膜和液膜內。吸收速率主要決定于通過此雙膜的擴散速率，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力之間關系的數學式。

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，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×傳熱面積×推動力（溫度差）。同樣，在吸收過程中，吸收速率：吸收系數×傳質面積×推動力實踐也已證明，吸收速率與氣液接觸面積、吸收的推動力成正比。

在穩定操作的吸收設備任一部位上（如填料吸收塔的任一截面），氣液相界面兩側的氣、液兩膜中的傳質速率是相等的，吸收速率是指單位時間內吸收質由氣相轉移到液相的量。吸收速率的大小決定著吸收操作的生產強度。吸收速率也是吸收設備選型和設備設計的重要依據。因此任何一膜中的傳質速率都能代表該部位上的吸收速率。單獨根據氣膜或液膜的推動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：

[1]王立剛.化學工藝學[J].化工出版社，2008（02）.

[2]劉巍.化學工藝過程中吸收機理[J].河南化工，2005（03）.