化工原理 第八章
化工原理-8章总结
b 级式接触
图9-2 填料塔和板式塔
规整填料 散装填料 塑料丝网波纹填料 塑料鲍尔环填料
本章所做基本假定:
(1)气体混合物中只有一个组分溶于溶剂,其余组分可
视为一个惰性组分。
(2)溶剂的蒸气压很低,挥发损失可忽略不计。
——气相中仅包括一个惰性组分和一个可溶组分 液相中包含可溶组分和溶质
第二节 气液相平衡
8.4 相际传质
8.4.1 相际传质速率(总传质速率)
气膜控制:
当1/ky>>m/kx时,Ky≈ky,传质阻力主要集中于气相, 称为“气膜控制”,若要提高吸收速率,即增大气相湍动程度。
液膜控制:
当1/kx>>1/mky时,Kx≈kx,传质阻力主要集中于液相,
称为“液膜控制”,若要提高吸收速率,即增大液相湍动程度。
反,通过截面净物质量为零,则称此扩散为等分子反向扩散。
2、主体流动
A可溶于液相 B完全不溶于液相 液相不挥发
主体移动:在压力差的作用下,单相主体向界面移动称为 总体流动,总体流动造成A,B向同一方向移动。 ——只要不满足等分子反向扩散条件,都必然出现主体流动
三、分子扩散的速率方程
漂流因子恒大与1,因此单向扩散传质速率大于等摩尔反向扩散。
物理吸收:吸收过程溶质与溶剂不发生显著的化学反应。
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:溶质与溶剂有显著的化学反应发生。 如用NaOH溶液吸收CO2、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。 ——被利用的条件:可逆性;较高的反 应速率
吸收速率方程式小结
1、以传质分系数表示的吸收速率方程式:
化工原理--第八章 气体吸收
第八章气体吸收1.在温度为40℃、压力为101.3kPa 的条件下,测得溶液上方氨的平衡分压为15.0kPa 时,氨在水中的溶解度为76.6g (NH 3)/1000g(H 2O)。
试求在此温度和压力下的亨利系数E 、相平衡常数m 及溶解度系数H 。
解:水溶液中氨的摩尔分数为76.6170.07576.610001718x ==+由*p Ex=亨利系数为*15.0kPa 200.00.075p E x ===kPa 相平衡常数为t 200.0 1.974101.3E m p ===由于氨水的浓度较低,溶液的密度可按纯水的密度计算。
40℃时水的密度为992.2ρ=kg/m 3溶解度系数为kPa)kmol/(m 276.0kPa)kmol/(m 180.2002.99233S ⋅=⋅⨯==EM H ρ2.在温度为25℃及总压为101.3kPa 的条件下,使含二氧化碳为3.0%(体积分数)的混合空气与含二氧化碳为350g/m 3的水溶液接触。
试判断二氧化碳的传递方向,并计算以二氧化碳的分压表示的总传质推动力。
已知操作条件下,亨利系数51066.1⨯=E kPa ,水溶液的密度为997.8kg/m 3。
解:水溶液中CO 2的浓度为33350/1000kmol/m 0.008kmol/m 44c ==对于稀水溶液,总浓度为3t 997.8kmol/m 55.4318c ==kmol/m 3水溶液中CO 2的摩尔分数为4t 0.008 1.4431055.43c x c -===⨯由54* 1.6610 1.44310kPa 23.954p Ex -==⨯⨯⨯=kPa气相中CO 2的分压为t 101.30.03kPa 3.039p p y ==⨯=kPa <*p故CO 2必由液相传递到气相,进行解吸。
以CO 2的分压表示的总传质推动力为*(23.954 3.039)kPa 20.915p p p ∆=-=-=kPa3.在总压为110.5kPa 的条件下,采用填料塔用清水逆流吸收混于空气中的氨气。
化工原理第8章
4-2 活塞流模型 管式反应器内,可视为理想置换反应器,或 称为活塞流反应器。物料流在管内的速度分布完 全是齐头并进的,物料流完全没有反混现象。尤 如列队的方阵,齐步通过检阅台。所用物料在反 应器内的停留时间相同。
• 连续搅拌釜与管式反应器是反应器内流体流动状
况的两种极限情况,前者是混合程度无限大,后 者是混合程度等于零。是两种理想流动模型。
所以,要用到概率论和数理统计的有关知识。
• 对于间歇操作搅拌釜式反应器,物料一次投入, 反应完成后一次排出,所有物料在反应器中的停
留时间相同并等于反应时间。
• 对于活塞流反应器,出于没有物料返混,所有物
料微团在反应器中的停留时间也相等。
这两种反应器中物料的停留时间很容易测量
和控制的。
• 对于全混流反应器,内于釜内有良好地搅拌,使
则(学生在公园内的)停留时间为0~10分钟的分率为
200 人 分1 0.0025 10分 0.05 100 人
,
停留时间为10~20分钟的分率为
200 人 分 1 0.005 10分 0.10 100 人
停留时间为t t dt的物料所占的分率为 q V c(t )dt E(t)dt M0
4-3 非理想流动模型
流动状态介于上述二者之间的流动模型。
• 轴向扩散模型
轴向扩散模型是以活塞流模型为基础的,再叠加以 轴向扩散形式。 • 多级全混模型———在每个釜内可视为理想混合型;在 釜与釜之间,可视为理想装置模型,它介于中间状况。
如图所示:
• 在相同的反应器体积的情况下,模型参数为串联 级数N。若N=1,反应器内物料的流动状态为全
• 对其物料做衡算:
qV ,O c A,O (1 x A ) qV ,O c A,O [1 ( x A dxA )] (rA )dVR
化工原理 第八章 固体干燥.
第八章固体干燥第一节概述§8.1.1、固体去湿方法和干燥过程在化学工业,制药工业,轻工,食品工业等有关工业中,常常需要从湿固体物料中除去湿分(水或其他液体),这种操作称为”去湿”.例如:药物,食品中去湿,以防失效变质,中药冲剂,片剂,糖,咖啡等去湿(干燥) 塑料颗粒若含水超过规定,则在以后的注塑加工中会产生气泡,影响产品的品质. 其他如木材的干燥,纸的干燥.一、物料的去湿方法1、机械去湿:压榨,过滤或离心分离的方法去除湿分,能耗底,但湿分的除去不完全。
2、吸附去湿:用某种平衡水汽分压很低的干燥剂(如CaCl2,硅胶,沸石吸附剂等)与湿物料并存,使物料中水分相续经气相转入到干燥剂内。
如实验室中干燥剂中保有干物料;能耗几乎为零,且能达到较为完全的去湿程度,但干燥剂的成本高,干燥速率慢。
3、供热干燥:向物料供热以汽化其中的水分,并将产生的蒸汽排走。
干燥过程的实质是被除去的湿分从固相转移到气相中,固相为被干燥的物料,气相为干燥介质。
工业干燥操作多半是用热空气或其他高温气体作干燥介质(如过热蒸汽,烟道气)能量消耗大,所以工业生产中湿物料若含水较多则可先采用机械去湿,然后在进行供热干燥来制得合格的干品。
二、干燥操作的分类1、按操作压强来分:1)、常压干燥:多数物料的干燥采用常压干燥2)、真空干燥:适用于处理热敏性,易氯化或要求产品含湿量很低的物料2、按操作方式来分:1)、连续式:湿物料从干燥设备中连续投入,干品连续排出特点:生产能力大,产品质量均匀,热效率高和劳动条件好。
2)、间歇式:湿物料分批加入干燥设备中,干燥完毕后卸下干品再加料如烘房,适用于小批量,多品种或要求干燥时间较长的物料的干燥。
3、按供热方式来分:1)、对流干燥:使干燥介质直接与湿物料接触,介质在掠过物料表面时向物料供热,传热方式属于对流,产生的蒸汽由干燥介质带走。
如气流干燥器,流化床,喷雾干燥器。
2)、传导干燥:热能通过传热壁面以传导方式加热物料,产生的蒸汽被干燥介质带走,或是用真空泵排走(真空干燥),如烘房,滚筒干燥器。
化工原理-第8章 气体吸收
8.3 扩散和单相传质
① 溶质由气相主体传递到两相界面,即气相内的物质传递;
② 溶质在相界面上的溶解,由气相转入液相,即界面上发生 的溶解过程
③ 溶质自界面被传递至液相主体,即液相内的物质传递。 通常,第②步即界面上发生的溶解过程很容易进行,其阻力很小
( 传质速率 小,
=
传质推动力 传质阻力
)故认为相界面上的溶解推动力亦很
8.1概述
①溶剂应对被分离组分(溶质)有较大的溶解度,或者说在 一定的温度与浓度下,溶质的平衡分压要低。这样,从平衡角度 来说,处理一定量混合气体所需溶剂量较少,气体中溶质的极限 残余浓度亦可降低;就过程数率而言,溶质平衡分压↓,过程推 动力大,传质数率快,所需设备尺寸小。
②溶剂对混合气体中其他组分的溶解度要小,即溶剂应具备 较高的选择性。若溶剂的选择性不高,将同时吸收混合物中的其 他组分,只能实现组分间某种程度的增浓而不能实现较为完全的 分离。
⑷工业吸收流程(见旧讲稿) 由流程图可见,采用吸收操作实现气体混合物的分离必须解决下 列问题: ①选择合适的溶剂,使能选择性比溶解某个(或某些)被分离组 分; ②提供适当的传质设备(多位填料塔,也有板式塔)以实现气液 两相的接触,使被分离组分得以从气相转移到液相(吸收)或气相 (解吸);
8.1概述
注意:此时并非没有溶质分子继续进入液相,只是任何瞬间 进入液相的溶质分子数与从液相逸出的溶质分子数恰好相等,在 宏观上过程就象是停止了。这种状态称为相际动平衡,简称相平 衡。
8.2.1平衡溶解度
⑴溶解度曲线
对 单 组 分 物 理 吸 收 的 物 系 , 根 据相律 ,自 由度数F 为F=CΦ+2=3-2+2=3(C=3,溶质A,惰性组分B,溶剂S,Φ=2,气、液两 相),即在温度 t ,总压 p ,气、液相组成共4个变量中,由3个自 变量(独立变量),另1个是它们的函数,故可将平衡时溶质在气
化工原理 第八章
(8-11)
第二节 吸收过程的相平衡关系
(3)吸收平衡线 表明吸收过程中气、液相平衡关系 的图线称吸收平衡线。在吸收操作中,通常用图来表示。
图8-2吸收平衡线
第二节 吸收过程的相平衡关系
式(8-10)是用比摩尔分数表示的气液相平衡关系。 它在坐标系中是一条经原点的曲线,称为吸收平衡线,如 图8-2(a)所示;式(8-11)在图坐标系中表示为一条经 原点、斜率为m的直线。如图8-2(b)所示。 (4)相平衡在吸收过程中的应用 ①判断吸收能否进行。由于溶解平衡是吸收进行的极 限,所以,在一定温度下,吸收若能进行,则气相中溶质 的实际组成 YA 必须大于与液相中溶质含量成平衡时的组 成 Y ,即YA > Y 。若出现 YA < Y 时,则过程反向进行,为 解吸操作。图8-2中的A点,为操作(实际状态)点,若A Y 点位于平衡线的上方, A > Y 为吸收过程;点在平衡线上,
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化工原理
第八章
吸收
第一节 概述
一、吸收剂的选择
实践证明,吸收的好坏与吸收剂用量关系很大,而吸 收剂用量又随吸收剂的种类而变。可见,选择吸收剂是吸 收操作的重要环节。选择吸收剂时,通常从以下几个方面 考虑: 1.溶解度 吸收剂对于溶质组分应具有较大的溶解度,这样可以 加快吸收过程并减少吸收剂本身的消耗量。 2.选择性 吸收剂要在对溶质组分有良好吸收能力的同时,对混 合气体中的其他组分却能基本上不吸收或吸收甚微,否则 不能实现有效的分离。
第二节 吸收过程的相平衡关系
表8-1某些气体水溶液的亨利系数值(E×10-6/kPa)
化工原理-第八章-第八章
组成
pG pi
又 根 据 膜 模 型 的 假 定 , 可 知
Ci
气相主体
传质方向 液相主体
ci Hpi
CL
dG
dL
z
距离
双膜模型
NA
pG pi 1
ci
cL 1
kG
kL
pi
p
L
1
Hk L
pG
p
L
11
k G Hk L
pG
1
p
* L
总推动力 总传质阻力
KG
--------以分压差为推动力的气相总吸收速率方程
CA HpA
亨利定律
溶 解 度 系 数 , k m o l/( m 3 P a )
是物性,通常由实验测定。可从有关手册中查得。 H 越大,表明溶解度越大,越易溶 H 随温度变化而变化,一般地,T,H
第二节 吸收过程相平衡
亨利定律的其他形式:
CA HpA
pA
C H
CA C
ExA
E越大,表明溶解度越小; E随温度变化而变化, T,E
根 据 相 律 可 知 ,
自 由 度 数FC2
3223
A
A+B
S
(气体) (液体)
所 有 独 立 变 量 : 温 度 、 总 压 、 气 相 组 成 、 溶 解 度 等
C A fT,P ,pA
在 几 个 大 气 压 以 内 、 温 度 一 定 条 件 下 ,
CA fpA 或 p AgCA
第二节 吸收过程相平衡
mk y k x K x
x y m
第三节 吸收过程模型和传质速率方程
吸 收 速 率 方 程 的 分 析 :
化工原理 第八章 传质过程导论.doc
第八章传质过程导论第一节概述8-1 物质传递过程(传质过程)传质过程• 相内传质过程• 相际传质过程相内传质过程:物质在一个物相内部从浓度(化学位)高的地方向浓度(化学位)高的地方转移的过程。
实例:煤气、氨气在空气中的扩散,食盐在水中的溶解等等。
相际传质过程:物质由一个相向另一个相转移的过程。
相际传质过程是分离均相混合物必须经历的过程,其作为化工单元操作在工业生产中广泛应用,如蒸馏、吸收、萃取等等。
几种典型的相际传质过程●吸收:物质由气相向液相转移,如图8-1所示A图8-1 吸收传质过程●蒸馏:不同物质在汽液两相间的相互转移,如图8-2所示。
相界面AB图8-2 蒸馏传质过程●萃取,包括液-液萃取和液-固萃取液-液萃取:物质从一个相向另一个相转移。
例如用四氯化碳从水溶液中萃取碘。
液-固萃取:物质从固相向液相转移。
●干燥:液体(通常为水)由固相向气相转移其它相际传质过程:如结晶、吸附、气体的增湿、减湿等等。
传质过程与动量传递、热量传递过程比较有相似之处,但比后二者复杂。
例如与传热过程比较,主要差别为: (1)平衡差别传热过程的推动力为两物体(或流体)的温度差,平衡时两物体的温度相等;传质过程的推动力为两相的浓度差,平衡时两相的浓度不相等。
例如1atm,20ºC 下用水吸收空气中的氨,平衡时液相的浓度为0.582 kmol/m3 ,气相的浓度为3.28×10 - 4kmol/m3 ,两者相差5个数量级。
(2)推动力差别传热推动力为温度差,单位为ºC ,推动力的数值和单位单一;而传质过程推动力浓度有多种表示方法无(例如可用气相分压、摩尔浓度、摩尔分数等等表示),不同的表示方法推动力的数值和单位均不相同。
8-2浓度及相组成的表示方法1. 质量分数和摩尔分数● 质量分数:用w 表示。
以A 、B 二组分混合物为例,有w A = (8-1)● 质量分数:用x 或y 表示。
以A 、B 二组分混合物为例,有x A = (8-2)2. 质量比与摩尔比 ● 质量比:混合物中一个组分的质量对另一个组分的质量之比,用w 表示。
化工原理第八章
N A dz D
0
C A2
C A1
dC A CA 1 CM
D CM 积分后 N A C (C A1 C A 2 ) BM
C BM
C B 2 C B1 CB2 ln C B1
CM C M 1 , 低浓度吸收 漂流因子 1 C BM C BM
例题:在一个大气压和0℃的条件下CO2沿某一方
y yi x i x y yi m ( x i x ) NA 1 1 1 m ky kx k y kx y ye NA K y ( y ye ) 1 m k y kx
总传质系数
Ky
1 1 m k y kx
同样 NA=KX (xe-x)
2 4
4 N K ( y y ) 2 . 2 10 0.03 传质速率 A y e 6 2 6.6 10 kmol / m s
N A K x ( xe x ) 4.4 10 0.015 6.6 10 kmol / m s
2
4
6
E ②总压增加后,由 m 可知 P P 101.3 m' m 2 1.25 P' 162
Kx
1 1 1 mk y k x
mK y
Ky
1 1 m k y kx
有什么条件?
y mx b
4.2 阻力控制
总阻力
当
1 1 m K y k y kx
气相阻力控制
1 m ky kx
Ky≈ky , Kx≈mky , yi≈ye 条件: m很小(溶解度很大), 例如:水吸收 NH3 ,HCl 等易溶气体
1.388104 (44 28) 2.221103 kg /(m2 .h)
化工原理
最终需综合考虑,一般以“经济性”为指标考虑,往后可能转 变为“环境性”“安全性”等。
1.4 吸收的类型与例子
分类:
1. ① 多组分吸收:A1,A2…——同时被吸收(计算关键组分); ② 单组分吸收:
其型式与描述动量传递过程的牛顿粘性定律、描述 热量传递过程的傅利叶热传导定律相类似。
双组分一维稳定的分子扩散
1、等分子反向扩散:
N
A=J
A=-D
dCA dZ
N B=J B=-J A
N=N A+N B=0
气相:N
=
A
D
RT
PA1-PA2
液相:N
AL=
D
L
CA1-CA2
L
双组分一维稳定的分子扩散
x
=
A
nA n
=
A
mA m
(无量纲)
2、摩尔比、质量比(以二元为例)
xA= nA nB
A= mA
mB
3、摩尔浓度、质量浓度
(无量纲)
CA=
nA V
(kmol/m3)
CA=
mA V
(kg/m3)
第一节 传质过程概述
研究传质过程的四个工具:
1、传质速率方程--传质过程的快慢
传质速率=传质推动力=传质系数 传质阻力
静止流体或与层流运动方向相垂直的方向上可认为是单纯的 分子扩散。
❖ 对流传质:(与对流传热类似)
由分子扩散和涡流扩散共同作用的流体与相界面之间的传质。 涡流扩散是由于宏观流体流动而实现的物质传递现象。
化工原理第8章
8.3.5对流传质理论
(1)有效膜理论(惠特曼 Whitman,1923年) ①物理模型惠特曼对复杂的对流传质过程作如下简述: a、气液相界面两侧各存在一层静止的或作层流流动的气 膜和液膜,其厚度分别为δ G 和δ L,气相或液相主体内由于 流体高度团动混合均匀故不存在浓度差,所有浓度差集中 于有效气膜和液膜内,故气相和液相的传质阻力也全部集 中于该两层有效膜内; b、静止或层流有效 膜中的传质是定态的分子扩散。
p p Bm >1
c cSm
>1
8.3.2 扩散系数
漂流因数的影响因素:
浓度高,漂流因数大,总体流动的影响大。 低浓度时,漂流因数近似等于1,总体流动的影响小。 3)单向扩散体现在吸收过程中。
扩散系数
扩散系数的意义:单位浓度梯度下的扩散通量,反映某组分 在一定介质中的扩散能力,是物质特性常数之一;D,m2/s
传质推动力 传质速率 = 传质阻力
8.3 扩散和单相传质
无论是气相还是液相,物质传递的机理包括以下 两种。 ⑴分子扩散。是分子微观运动的宏观统计结果。 混合物中存在温度梯度、压强梯度及浓度梯度都会产 生分子扩散,发生在静止或层流流体里的扩散就是分 子扩散。 ⑵对流传质。是凭藉流体质点的湍流和漩涡而引 起的扩散称为对流传质。发生在湍流流体里的传质除 分子扩散外更主要的是对流传质。 以下仅讨论定态条件下双组分物系的分子扩散和 对流传质。
吸收与解吸流程
两类吸收设备
8.1概述
③溶剂的再生,即脱除溶解于其中的被分离组分以便循环使 用。除了制取溶液产品只需单独吸收外,一般都要进行解吸操作, 使溶剂再生循环使用。 总之,一个完整的吸收分离过程一般包括吸收和解吸两个组 成部分。 ⑸溶剂的选择 吸收操作的成功与否在很大程度上决定于溶剂的性质,特别 是溶剂与气体混合物之间的相平衡关系。根据物理化学中有关相 平衡的知识可知,评价溶剂优劣的主要依据应包括以下几点:
化工原理第8章
8.3 扩散和单相传质
无论是气相还是液相,物质传递的机理包括以下 两种。 ⑴分子扩散。是分子微观运动的宏观统计结果。 混合物中存在温度梯度、压强梯度及浓度梯度都会产 生分子扩散,发生在静止或层流流体里的扩散就是分 子扩散。 ⑵对流传质。是凭藉流体质点的湍流和漩涡而引 起的扩散称为对流传质。发生在湍流流体里的传质除 分子扩散外更主要的是对流传质。 以下仅讨论定态条件下双组分物系的分子扩散和 对流传质。
传质Байду номын сангаас率:任一固定的空间位置上, 单位时间内通过单位面积 的物质量,记作N, kmol/(m2· s) 。
气相:
D dp A NA= J A = − RT dz
D NA = ( p A1 − p A2 ) RTz
液相:
NA= J A = − DAB
dc A dz
D N A = (c A1 − c A2 ) z
y2
x2
y 2 > y 2e
x2
y1
x1 < x1e
y1
x1
x 塔高 ↑,吸收剂用量 ↓ , 1 ↑ 即使 塔无限高,吸收剂用量很少, 1 也 x
不会无限增大,x1, max = x1e =
y 反之,当塔高 ↑ ,吸收剂用量↑ , 2 ↓, y 即使塔高无限高,吸收剂用量很大, 2
也不会无限减小, y2,max = y2e = mx2
k y = pkG
8.3.5对流传质理论
8.2气液相平衡
1.溶解度曲线 平衡状态:一定压力和温度,一定量的吸收剂与 混合气体充分接触,气相中的溶质向 溶剂中转移,长期充分接 触后,液相 中溶质组分的浓度不再增加,此时, 气液两相达到平衡。 气液两相达到平衡 饱和浓度:平衡时溶质在液相中的浓度。 :
化工原理 第八章
《第八章固体干燥》习题解答1)已知空气的干燥温度为60℃,湿球温度为30℃,试计算空气的湿含量H,相对湿度,焓I和露点温度。
Ct Ct kPa p kg kJ I p p kPa p H kPap Ct H K r C K r t t H H p p P H kPap C t d s s s H tw Hh tw w t s s s t s t s w w w w 000000,,,04.184.18,18.2/44.960158.0249060)0158.088.101.1(11/18.20137.0923.19600137.009.1/242730)/](/)[(0272.0)/(622.0247.430=∴===⨯+⨯⨯+=∴==Φ∴=====∴==--==-===查表得由干空气求得此时由时时解:查表得αα2) 利用湿空气的I —H 图完成本题附表空格项的数值,湿空气的总压。
3) 湿空气(=20℃,)经预热后送入常压干燥器。
试求:①将空气预热到100℃所需热量:②将该空气预热到120℃时相应的相对湿度值。
000012.3)/(662.0/02.0,3.10164.1981202/(8.8380/22.088.101.188.101.1.1=ΦΦ-Φ===⋅⋅==∆=⋅⨯+=+=解得干气水时))绝干气)绝干气(比热)解:s s s H H H p p p H kg kg H kPa kPa p C C kg kJ C t C Q C KG kJ H H C φ4)湿度为的湿空气在预热器中加热到128℃后进入常压等焓干燥器中,离开干燥器时空气的温度为49℃,求离开干燥器时露点温度。
解:I = (1.01+1.88H)t+2500H∵等焓∴I1 = I2∴(1.01+1.88H1)t1+2500H1 = (1.01+1.88H2)t2+2500H2(1.01+1.88⨯0.018) ⨯128+2500⨯0.018= (1.01+1.88H2) ⨯49+2500H2∴H2 = 0.0498 kg水/kg干气∵HpP p=-⨯0622.∴0049806221013105 ...=⨯⨯-pp∴p = 7510 Pa查表得t d = 40℃5)在一定总压下空气通过升温或一定温度下空气温度通过减压来降低相对湿度,现有温度为40℃,相对湿度为70%的空气。
化工原理(第八章传质基础)
3、生物物质的扩散系数 化 工 原 理 对于水溶液中生物溶质扩散系数的估算,当溶质的分子量 小于1000或其分子体积小于500 cm3/mol 时,可用下式计 算:
DAB
1/ T (φM B )T2 −15 = 7.4 ×10 µVA0.6
m2 / s
吉 首 大 学
吉 首 大 学
JA pA1 pB1 JB pA2 pB2
由于总压p=pA+pB为常数,微分则有:0=dpA+dpB DAB=DBA=D
二、扩散系数 化 工 原 理 扩散系数是衡量物质扩散能力的物理性质,单位:m2/s 1、气体中的扩散系数 气体中的扩散系数与其系统、温度和压力有关,其数量级为 10-5m2/s 对于二元气体扩散系数的估算,通常使用富勒(Fuller)公 式:
固相 C
固相 B+A
气相 C+A
液相 A
汽相 精 馏
干 燥
B+A A+B B
三、相组成的表示方法 化 工 原 理 1.质量分率和摩尔分率 混合物中某组分A的质量mA占混合物总重量m的分率,称为 组分A的质量分率 。即: wA= mA/m 混合物中某组分A的摩尔数nA占混合物总摩尔数n的分率,称 为组分A的质量分率 。即: xA= nA/n 2.质量比和摩尔比 以B为参照组分,则质量比:w = mA/mB,摩尔比:X = nA/nB 3.质量浓度和摩尔浓度 单位体积溶液中溶质的质量,称为质量浓度,即: CA=mA/V 单位体积溶液中溶质的摩尔数,称为摩尔浓度,即: cA=nA/V
C (C -C ) A Ai CBm
CA CAi CAi’
δ δ’
’ D’ C (C’ C ) Ai- ’ A C’ δ’ Bm
化工原理第8章
化学反应工程导论
“化学反应工程”主要解决下列问题: • 反应过程解析 • 反应技术开发 • 反应器设计 它涉及诸多有关学科理论,是一门多科性 的交叉学科。
化学反应工程涉及学科:
• 化学(化学热力学,化学动力学) • 化工传递过程(反应器中流体流动,混合传热与 质) • 化学工艺学(反应工艺路线及设备) • 工程控制论(反应过程动态特性,反应过程的测 量与反应过程最佳化)
• 选择性
生成目的产物消耗关键组分的量 v A nP 已转化的关键组分量 v P n A,o n A
转化率x、收率φ、选择性β三者之间的关系
φ=βX
§3 流动系统的反应动力学
3-1 流动系统的反应动力学和反应时间
• 设物料的总体积流量为qv,0,反应物的起始浓度为: cA,0,当物料通过微元体积dVR时,反应物的转化 率由xA → xA+dxA
混流;当N=∞时,类似于活塞流反应器。
• 之所以要引入多釜串联模型,是因为釜数本身可 以反映出实际流动情况偏离活塞流或偏离全混流 的程度。
§5 反应器内物料的停留时间分布
“分布”的概念:
工程数学的分支之一——概率论与数理统计,
是一门研究偶然现象规律性的学科。由于物料微
团在反应器中的停留时间,也是一种偶然现象。
§4 反应器内物料的流动模型 4-1 全混流模型
在连续搅拌釜内,可视为理想混合反应 器,或称为全混流反应器。在这种釜内,可 以认为进入反应器的物料瞬间混合均匀,立 即均匀分散在整个反应器里。由于连续进料 也连续出料,致使物料微团在反应期内的停 留时间长短不一,从0~∞都有。是一种极端流 动模型之一。
例如,公园入口处一下子进来了100名学生(红色运动服者), 公园出口处的人流量为200人/分钟,10分钟后,公园出口走出 了五名学生,学生在出口人流中所占的分率为
《化工原理》第八章知识要点
《化工原理》第八章知识要点方式将热量传给湿物料,此热量作为 使湿物料中湿分气化而被分离,从而获得含湿分较少的固体干物料。
2、干燥操作可按不同的方法分类:按操作压力的不同分为 和 ,按热能传给湿物料的方式分为 、 、 、 。
按操作的方式分为 、 。
3、干燥过程是一个 和 的过程。
干燥速率同时由 和 决定。
4、干燥实行的必要条件是 。
5、掌握湿空气的十个性质及单位。
6、相对湿度百分数用ϕ表示,即ϕ= ,反映湿空气 的水平。
当ϕ=100%时,说明湿空气中水蒸气含量已达 ,真实水蒸气分压等于同温度下水的 。
ϕ值越低,则距离饱和水准越远,说明该湿空气的吸收水汽的水平 。
若ϕ= ,则表示空气中水蒸气的分压为零,即为绝干空气。
7、写出湿基含量和干基含量的互换式=X 、=w 。
8、单位质量的绝干空气和其所带有的 称为湿空气的湿容积。
V H = 。
从公式看出,湿空气的湿溶积系随湿度和温度的增加而 。
9、常压下,将1kg 绝干空气和其所带有的 的温度升高1度所需的总热量,称为湿空气的比热。
公式C H = 。
10、湿球温度为湿空气的和的函数。
所以湿球温度是说明的一个参数。
11、绝热饱和温度t as是空气初始状态下和的函数,它是湿空气在等焓的情况下,达到饱和时的温度。
12、T-H图中的线群有、、、、、、、。
13、ф=100%的曲线称为,这时空气完全被水蒸气所饱和。
饱和空气线的左上方为,这时湿空气成雾状,故称为,不能用来干燥物料。
饱和空气线的右下方是,这时的空气能够用来干燥物料。
14、干燥过程中绝对干料的衡算式为,干燥器的总物料衡算式为,水分的物料衡算式为。
15、干燥中蒸发所需的干空气量为,单位空气消耗量H越大,则空气消耗量越。
即干燥过程中空气消为。
空气的耗量L在夏季要比冬季为。
16、物料表面所产生的水蒸气压力与空气中的水蒸气分压时,此时物料的含水量称为该空气状态下的平衡水分。
平衡水分随物料种类的不同而异。
在同一温度下空气的相对湿度百分数越大,物料所含的平衡水分越,当空气为绝干空气时,与之相接触的物料的平衡水分应为。
陈敏恒 化工原理 第八章(吸收)1
解:(1) m
E p
1 .2
1 .2
y
0 .08
x x e x 0.0147
(3)达到极限时气体浓度最低为
y min y e 0.006
8.3 扩散和单向传质 一、相际传质过程 (1)溶质由气体主体扩 散至两相界面 (2)溶质在界面上溶解
y i f ( xi )
N 0
N A J A D
定态时 :
dc A dz
NA C D D p A1 p A 2 N A c A1 c A 2 RT nA pA ( 理想气体 c A ) V RT
(2)单向扩散 NB 0
cA dc A N A 1 D dz cM D cM D p c A1 c A 2 p A1 p A 2 NA c BM RT p BM
8.2.2 相平衡与吸收关系 一、判断过程的方向
y ye 或 x xe
吸收
y ye 或 x xe
解吸
二、指明过程的极限 吸收过程的极限为平衡状态.即 y y e 或 x x e
x1 max x1e
y1 m
y 2 min y 2 e mx 2
三、计算过程推动力 过程推动力为实际状态与平衡状态的偏离程度
cM c A cB c Ai cBi C
c A c Ai 必有 cB cBi
A, B 反向扩散
(1)等分子反向扩散 当液相能以同一速率向界面供应组分 B 时, c Bi 保持恒定: J A J B 或 J A J B 0 通过截面 PQ 的净物量为零. (2)单向扩散 当液相不能向界面提供组分 B 时,发生的是 组分 A 的单向扩散。例如:吸收 在单向扩散中将产生主体流动 扩散流:分子微观运动的宏观结果,纯组分 主体流动:宏观运动,同时带有组分 A 和 B 注意:在单向扩散中依然存在 J A J B
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化工原理
第八章气体吸收
问题1. 吸收的目的和基本依据是什么? 吸收的主要操作费用花费在哪?
答1.吸收的目的是分离气体混合物。
基本依据是气体混合物中各组份在溶剂中的溶解度不同。
操作费用主要花费在溶剂再生,溶剂损失。
问题2. 选择吸收溶剂的主要依据是什么? 什么是溶剂的选择性?
答2.溶解度大,选择性高,再生方便,蒸汽压低损失小。
溶剂对溶质溶解度大,对其他组份溶解度小。
问题3. E, m, H 三者各自与温度、总压有何关系?
答3.m=E/P=HC
M
/P,m、E、H均随温度上升而增大,E、H基本上与总压无关,m反比于总压。
问题4. 工业吸收过程气液接触的方式有哪两种?
答4.级式接触和微分接触。
问题5. 扩散流J A, 净物流N, 主体流动N M , 传递速率N A相互之间有什么联系和区别?
答5.N=N
M +J
A
+J
B
, N
A
=J
A
+N
M
C
A
/C
M。
J A 、J
B
浓度梯度引起;N
M
微压力差引起;N
A
溶质传递,考察所需。
问题6. 漂流因子有什么含义? 等分子反向扩散时有无漂流因子? 为什么?
答6.P/P Bm 表示了主体流动对传质的贡献。
无漂流因子。
因为没有主体流动。
问题7. 气体分子扩散系数与温度、压力有何关系? 液体分子扩散系数与温度、粘度有何关系?
答7.D
气∝T1.81/P,D
液
∝T/μ。
问题8. 修伍德数、施密特数的物理含义是什么?
答8.Sh=kd/D表征对流传质速率与扩散传质速率之比。
Sc=μ/ρD表征动量扩散系数与分子扩散系数之比。
问题9. 传质理论中,有效膜理论与表面更新理论有何主要区别?
答9.表面更新理论考虑到微元传质的非定态性,从k∝D推进到k∝ D0.5。
问题10. 传质过程中,什么时侯气相阻力控制? 什么时侯液相阻力控制?
答10.mky<<kx时,气相阻力控制;mky>>kx时,液相阻力控制。
问题11. 低浓度气体吸收有哪些特点? 数学描述中为什么没有总物料的衡算式?
答11.①G、L为常量,②等温过程,③传质系数沿塔高不变。
问题12. 吸收塔高度计算中,将N OG与H OG分开, 有什么优点?
答12.分离任务难易与设备效能高低相对分开,便于分析。
问题13. 建立操作线方程的依据是什么?
答13.塔段的物料衡算。
问题14. 什么是返混?
答14.返混是少量流体自身由下游返回至上游的现象。
问题15. 何谓最小液气比? 操作型计算中有无此类问题?
答15.完成指定分离任务所需塔高为无穷大时的液气比。
无。
问题16. x2max与(L/G)min是如何受到技术上的限制的? 技术上的限制主要是指哪两个制约条
件?
答16.通常,x
2max =y
2
/m,(L/G)min=(y
1
-y
2
)/(x
1e
-x
2
)。
相平衡和物料衡算。
问题17. 有哪几种N OG的计算方法? 用对数平均推动力法和吸收因数法求N OG的条件各是什么?
答17.对数平均推动力法,吸收因数法,数值积分法。
相平衡分别为直线和过原点直线。
问题18. H OG的物理含义是什么? 常用吸收设备的H OG约为多少?
答18.气体流经这一单元高度塔段的浓度变化等于该单元内的平均推动力。
0.15~1.5 m。
问题19. 吸收剂的进塔条件有哪三个要素? 操作中调节这三要素, 分别对吸收结果有何影响?
答19. t、x
2
、L。
t↓,x
2
↓,L↑均有利于吸收。
问题20. 吸收过程的数学描述与传热过程的数学描述有什么联系与区别?
答20.传热过程数学描述可视作 m=1 时的吸收过程的情况。
问题21. 高浓度气体吸收的主要特点有哪些?
答21.①G、L沿程变化,②非等温,③传质分系数与浓度有关。
问题22. 化学吸收与物理吸收的本质区别是什么? 化学吸收有何特点?
答22.溶质是否与液相组分发生化学反应。
高的选择性,较高的吸收速率,降低平衡浓度y
e。
问题23. 化学吸收过程中,何时成为容积过程? 何时成为表面过程?
答23.快反应使吸收成表面过程;慢反应使吸收成容积过程。