气体吸收操作—吸收的基本原理认知(化工单元操作课件)

1. 相内传质：由于有浓度差，在一相内部发生的物质的传递； 2. 相际传质：从一相到另一相发生的物质的传递。
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二、相组成的表示方法
1. 易混淆的名词
例：75%空气-25%NH3 混合气体
（1）组分：混合物中的每种物质（溶质和惰性气体） （2）组成：混合物中组分的相对数量关系 用x(X)表示液相组成
传质过程也称为扩散过程，扩散的推动力是浓度差。
四、相内传质（扩散）的基本方式
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气液传质过程中，界面溶解即相际传质容易发生且速度很快，前后的相内传质很重要， 是如何进行物质传递的呢？
1. 扩散现象
（1）定义：由于浓度差，物质由高浓度向低浓度转移（最终各处浓度均相等）。
（2）推动力：浓度差
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2. 表示方法： （2）质量浓度和摩尔浓度
①质量浓度：混合物中某组分的质量mi与混合物的总体积V的比值，用符号 ρi表示。
ρi =mi/V
②摩尔浓度:混合物中某组分(溶质气体)的物质的量ni与混合物总体积V的比值， 用符号 ci表示。
ci= ni/V
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二、相组成的表示方法
②推动力：浓度差（唯一条件） （静止/层流/湍流）
是不是只有静止的 流体才会发生分子
扩散？
四、相内传涡流扩散：
在流体作湍流运动的主体区内，凭借流体的湍动造成流体质点相互碰撞和混合， 使组分从高浓度向低浓度方向传递，此现象称为涡流扩散。
①机理：流体的湍动造成流体质点相互碰撞和混合 ②推动力：浓度差、质点湍动
双膜理论的应用
任务：试用双膜理论分析工业吸收过程中，如何提高吸收过程的传质速
率以强化吸收效果？
（设法减小两膜的厚度，减小传质阻力——流速越大，气膜和液膜的厚度越薄， 增大流速，可以减小传质阻力，提高吸收速率。）
浓
p
度
（2）气液两相流体作湍流，以对流扩散
为主，膜内流体作层流，以分子扩散为主；
（3）气液两相主体作湍流，无传质阻力；
（4）界面上气液两相达平衡，也无传质 阻力；
传质方向
（5）整个相际传质的阻力集中在气膜和
液膜内。
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相界面
ci pi
气膜 液膜
c
五、吸收过程的机理（相际传质）
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项目三 气体吸收操作
任务四 吸收过程基本原理认知
一、传质过程
吸收过程是溶质由气相到液相的传质过程，随着吸收
过程的进行，组分在气相和液相中浓度均发生变化，学习
吸收过程的基本机理，首先应掌握物质在气相或液相中浓 度的变化及表示方法。
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想一想：吸收过程发生 混合物的分离，各物质 的浓度如何发生变化？
2. 表示方法：
用y(Y)表示气相组成
（1）质量分数和摩尔分数
①质量分数：混合物中某组分的质量mi与混合物总质量m的比值，用符号wi表示。
wi=mi/m
混合物中任何一种组分的质量分数都小于1，所有组分的质量分数之和等于1。
w1+w2+w3+……+wi=1
实例: 已知N2-H2混合气体中N2的质量分数为70%,求混合气体中N2和H2的摩尔 分数分别为多少?
②摩尔比:混合物中某组分(溶质气体)的物质的量与混合物中其他组分(惰性气体) 的物质的量的比值，用符号 X表示。
Xi=ni/(n-ni)
二、相组成的表示方法
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2. 表示方法： （4）体积分数和压力分数 ①体积分数：气体混合物中某组分的体积vi与气体总体积v的比值，用yv表示.
yv =vi/v
2. 扩散方式
向静止的水中滴加一滴蓝 墨水，一会儿水变成均匀 的蓝色，试解释说明原因。
扩散的基本方式有分子扩散和涡流扩散两种，而实际操作中多为对流扩散。
(1)分子扩散： 在静止或层流流体内部，若某一组分存在浓度差，则因分子无规则热运动使该组
分由浓度较高处传递到浓度较低处，这种现象称为分子扩散。
①机理：分子热运动
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三、气-液传质过程分析
引入任务：分析工业吸收过程中组分的转移情况，即吸收过程的传质机理。（在气相
和液相中的传递规律）。
读图分析吸收过程组分由气相 向液相转移包括哪几个步骤？
1. 气相内传质：溶质气体A由气相主体到气液界面（相内传质） 2. 气相 液相：溶质气体A界面溶解（相际传质） 3. 液相内传质：气液界面到液相主体（相内传质）
2. 表示方法： （3）质量比和摩尔比
吸收过程中,气体总量和溶液总量都随吸收过程的进行而改变, 但惰性气体和吸收剂的量始终保持不变,因此,常采用质量比和 摩尔比来表示相的组成.
①质量比：混合物中某组分(溶质气体)的质量与混合物中其他组分(惰性气体)的质
量的比值，用符号 W表示。
Wi=mi/(m-mi)
摩尔分数×总压
实例：
（1）氨水中NH3的质量分数为0.25，求NH3的质量比。 （2）空气和CO2的混合气体中，CO2的体积分数为20%，气体总压强为100Kpa， 试求CO2气体的摩尔分数，分压及摩尔比。 （3）空气中O2的体积分数为21%，总压为100Kpa，试求O2的分压，摩尔分数和 摩尔比。 （4）100Kg水中含0.015KgCO2，试求CO2的质量分数、质量比。
对流扩散包括湍流主体的涡流扩散和层流内层的分子扩散。
通过传质的机理分析，吸收过程非常复杂，因此需要一个成熟的简单理论来进行吸收 过程的分析。
1926年，由刘易斯和惠特曼提出“双膜理论”，至今应用比较广泛。
五、吸收过程的机理（相际传质）
双膜理论的五大要点：
（1）气液两相共有一界面，界面两侧存
在稳定的气膜和液膜；
比较：
分子扩散：热运动（无搅拌、扰动）速率慢 涡流扩散：质点碰撞混合，速率快
涡流扩散速率比分子扩 散速率快，其速率取决 于流体的流动形态。
四、相内传质（扩散）的基本方式
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2. 扩散方式 (3)对流扩散：
一般情况下，涡流扩散同时伴随有分子扩散，分子扩散和涡流扩散共同作用的过 程，称为对流扩散。
二、相组成的表示方法
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2. 表示方法： （1）质量分数和摩尔分数 ②摩尔分数：混合物中某组分的物质的质量ni与混合物的总物质的质量n的比值，
用符号 xi表示。
xi=ni/n
混合物中任何一种组分的摩尔分数都小于1，所有组分的摩尔分数之和等于1。
x1+x2+x3+……+xi=1
二、相组成的表示方法
②压力分数:气体混合物中某组分的分压pi与气体总压强p的比值，用yp表示
yp =pi/p
对于气体混合物，某组分的摩尔分数等于该组分的压力分数，也等于该组份的体
积分数，y= yv = yp
二、相组成的表示方法
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3. 道尔顿分压定律： 理想气体混合物的总压强等于各组分的分压之和，组分的分压等于气体的