传质机理、吸收机理、传质方向的判断
吸收过程的界面传质机理
在吸收过程中，界面传质是起着重要作用的。通过不同的界面传质机理，吸收塔内的气体可以通过吸收剂的界面传递到液体中，从而实现对气体的吸收。
需要注意的是，吸收过程的界面传质效率受到很多因素的影响，包括界面的物理性质、流体的性质、操作参数等。因此，在设计和运行吸收过程时，要注意控制这些因素，以提高界面传质效率，保证吸收过程的高效运行。
此外，吸收过程中的界面传质还与吸收剂的选择有关。常用的吸收剂包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、氢氧化铜等。不同的吸收剂具有不同的物理性质和化学性质，会对界面传质的效率产生影响。因此，在选择吸收剂时，要考虑吸收剂的物理性质和化学性质，以确保吸收过程的高效运行。
总的来说，吸收过程的界面传质是起着关键作用的，它决定了吸收过程的效率。因此，在设计和运行吸收过程时，要注意控制影响界面传质效率的因素，并选择合适的吸收剂，以保证吸收过程的高效运行。
吸收过程的界面传质机理
界面传质是指在两相界面处传递物质的过程。在吸收过程中，界面传质也是起着重要作用的。
界面传质机理主要有三种：扩散传质、迁移传质和渗流传质。
1.扩散传质：在两相界面处，因为两相间的温度、压力和浓度差异，导致物质在界面处扩的电势差异，导致带电粒子在界面处迁移而传递。
887化工原理考试大纲
887化工原理考试大纲一、考试要求化工原理考试大纲适用于北京工业大学环境与生命学部（0817）化学工程与技术、（0856）材料与化工（专业学位）的硕士研究生招生考试。
考试内容包含化工原理和化工原理实验两部分。
化工原理课程是化学化工学科的重要专业基础课。
化工原理的考试内容主要包括流体流动、流体输送设备、传热、气体吸收、液体蒸馏和固体干燥等内容，要求考生对其中的基本概念有很深入的理解，系统掌握理论力学中基本定理和分析方法，具有综合运用所学知识分析问题和解决问题的能力。
化工原理实验部分包括流体流动实验、传热实验、精馏实验、吸收实验、沸腾干燥实验、恒压过滤实验和膜分离实验等部分。
要求考生对其中的实验具有基本的实验操作能力、对实验原理有很深入的理解，能熟练进行这些实验。
二、考试内容（一）化工原理部分1.流体流动（1）流体静力学基本方程式：流体的物性参数；流体的静压强；流体静力学基本方程式及其应用（2）流体在管内的流动：流量与流速；定态与非定态流动；连续性方程式；伯努利方程推导及其应用（3）流体的流动现象：牛顿粘性定律；两种不同的流动类型及判据；湍流与层流；边界层概念（4）流体在管内的流动阻力：流体在直管中的流动阻力；管路上的局部阻力；管路系统中的总能量损失（5）管路计算：分支管路和合并管路的计算（6）流量计毕托管，孔板流量计，转子流量计2.流体输送设备（1）流体输送设备：离心泵基本方程式与工作原理；离心泵主要性能参数及特性曲线；气缚及汽蚀现象；离心泵工作点及流量调节；管路特性曲线；离心泵安装；离心泵的分类（2）气体输送和压缩设备：通风机，鼓风机，真空泵3.传热（1）热传导：傅立叶定律；平壁及圆筒壁的稳定热传导方程（2）对流传热：对流传热速率；传热边界层（3）传热计算：总传热速率微分方程和总传热系数；传热推动力和阻力；传热基本方程式；传热单元法（4）对流传热系数关联式：对流传热的影响因素和因次分析；有相变和无相变时的对流传热系数（5）辐射传热：斯蒂芬---波尔茨曼定律；克希霍夫定律；黑体、灰体概念；辐射能力；总辐射系数（6）换热器：列管换热器的基本类型和计算4.气体吸收（1）气---液相平衡：亨利定律；吸收剂的选择；传质方向的判定（2）传质机理与吸收速率：等分子反向扩散；主体流动；对流传质；吸收过程的机理和吸收速率方程式（3）吸收塔的计算：物料平衡与操作线方程；传质单元数与传质单元高度；收剂用量计算；理论塔板数计算（4）吸收系数：吸收系数测定和经验关联式（5）脱吸及其它条件下吸收：脱吸；高浓度气体吸收；化学吸收；多组分吸收5.液体蒸馏（1）两组分溶液的气液平衡：拉乌尔定律；相对挥发度；双组分理想与非理想溶液的气液平衡相图（2）平衡蒸馏与简单蒸馏：平衡蒸馏与简单蒸馏的基本概念与流程（3）精馏原理和流程：多次部分汽化与部分冷凝；精馏过程的实现和精馏塔（4）双组分连续精馏的计算：理论板及恒摩尔流假定；精馏段与提馏段操作线方程；Q 线方程；逐板法；图解法；简捷法求理论塔板数；最小回流比；适宜回流比的求取6.固体干燥（1）湿空气的性质及湿度图：湿空气湿度；相对湿度；比容；焓；露点温度与绝对饱和温度；湿度图（2）干燥过程的物料衡算与热量衡算：物料衡算和热量衡算；空气通过干燥器时的状态变化（3）固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系：物料中水分的不同表示方法；恒速与降速干燥时间的计算（4）连续式干燥计算和间歇式干燥计算（二）化工原理实验部分1.流体流动实验（1）熟练掌握流体流动阻力、离心泵特性曲线的测定方法（2）熟悉各种测量流体流量的方法（3）熟悉流体流动实验过程中应该注意的各种关键问题（4）熟练掌握流体流动过程的基本原理，并利用其分析解释实验过程中出现的实验现象2.传热实验（1）熟练掌握对流传热系数测定方法（2）熟悉热电偶测温原理（3）熟悉传热实验过程中应该注意的各种关键问题（4）利用传热理论分析解释实验过程中出现的实验现象3.精馏实验（1）熟悉精馏塔的工作原理（2）熟练掌握精馏塔的基本构造和精馏实验流程（3）熟练掌握全回流条件下，理论塔板的计算方法（4）熟悉精馏实验过程中操作状态对塔性能的影响4.吸收实验（1）熟练掌握总体积传质系数的测定方法（2）熟悉吸收装置的基本结构和流程（3）熟悉吸收实验过程中应该注意的各种关键问题（4）熟练掌握填料塔和板式塔的流体力学性能。
环境工程原理名词解释
径， deS
A ；等
10.吸收过程类型： ⑴按溶质和吸收剂 之间发生的作用,
表面积当量直径：
dea
6 a
。
可分为 物理吸收 和 化学吸收 ； 物理吸收：在吸收
6.旋风分离器主要 剂中的溶解度大而
用于除去气体中颗 粒在 5m 以上的
被吸收； 化学吸收：溶质与
粉尘。反映旋风分 吸收剂发生化学反
离器的分离性能的 应而被吸收。
使边界层的溶质浓
⑴沉降方向不 有时层流，有时湍 上所受到的剪力称
少。
度大大高于主体溶 是向下，而是向外， 流，处于不稳定状 为剪切应力。
14.萃取剂的选择 液中的浓度，形成 即背离旋转中心； 态，称为过渡区； 流动阻力：流体具
原则应考虑一下几 由膜表面到主体溶
⑵离心力随颗 取决于外界干扰条 有“黏滞性” →流
3000 Kc 50000 ； 学讨论的主要问题
⑶超高速离心机： 是过程发生的 方
Kc 50000 。 Kc 为 分离因数。 8.过滤按过滤机理 可分为 表面过滤 和 深层过滤 ⑴表面过滤：采用
向、极限及推动 力。 12.相际传质的助 力全部集中在 两 层停滞膜中 ，即双 助力模型。（选择）
过滤介质的孔比过 13.传质总阻力包 滤流体中的固体颗 括 气模阻力 和
是 理 想 流 体 的 流 湍流时大，形体阻 1.按过滤机理分：
动。 （5）流动分 力较大。（2）物体 表面过滤和深层过
为两个区域。
表面的粗糙度的影 滤
边界层分离条件 ： 响：粗糙表面摩擦 2.按促使流体流动
黏性作用和存在逆 阻力大。但是，当 的推动力分：
压梯度是流动分离 表面粗糙促使边界 重力过滤：在水位
传质
反应器中，相际传质也起着重要作用。
二、分子扩散传质的基本定律及扩散系数
1、浓度——混合物中各组分所占份额的表示。 浓度的表示方法很多，“工程热力学”中学过的质 量成分、容积成分和摩尔成分都能反映各组分所占 份额。传质计算中更多采用质量浓度和摩尔浓度。
（1）质量浓度——单位体积混合物中所含某种组分
1 1 18.5810 T 2 M M B A 2 p AB ΩD
6 3 1 2
DAB
(cm 2 /s)
(6)
由（6）式看出： DAB= DBA
p — 总绝对压力（atm）
AB — 碰撞直径（又称核距） , AB
A B
2
（ , nm, 109 m）
对流扩散只能在流体中进行。（机理同热对流）
由于传质设备中的流体常常是流动的，当流体相
对于固定表面有宏观运动时，如气体或液体掠过
固体表面、或气体掠过液体或固体表面时的质交
换过程是工程上重要的传质方式，称为“对流传 质”。 对流传质是发生在两相交界面上的传质现象。液 体表面蒸发或溶解（溶入液体）；固体表面升华 （变为气体）或渗透（如流体进入固体称渗透）。 注意对流传质与对流扩散的区别。
例如海水淡化 冷冻法：冷冻海水使之结冰，在液态淡水变成固 态冰的同时盐被分离出去。 蒸馏法：加热海水时水蒸发为蒸汽，然后冷凝为 淡水，同时盐被分离出去。
2、定义
传质——混合物中由于浓度差而引起的质量传递 过程。 传质常伴随传热，如： • 衣物等的晾晒（类似于湿球温度计）；
• 空调室内冬季采用喷雾使空气加湿；
如无法查表，可按下式估算
5 12 Vc 6
三种气液传质模型结果评价
三种气液传质模型结果评价一、双膜理论要点:1、吸收时，在气液两相接触面的两侧分别存在气膜和液膜，两膜内均呈滞流流动，其厚度随流体的流速而改变。
吸收过程中，溶质以稳定的分子扩散的方式从气相主体连续通过此两层滞流膜而进入液相主体。
2、在相界面上气液两相相互平衡。
即p,与c互成平衡。
3、在气液两相主体中，由于流体的湍流流动，浓度均匀，不存在浓度差，即不存在吸收阻力。
溶质从气相主体传递到液相主体，所有的阻力仅存在于两层滞流膜中。
气膜中吸收推动力为pc-pi，液膜中的吸收推动力为cr-c。
膜很薄，忽略其中溶质的积累过程;传质开始时，稳定浓度梯度的建立过渡时间很短，可以忽略。
二、溶质渗透理论模型工业设备中进行的气液传质过程，相界面上的流体总是不断地与主流混合而暴露出新的接触表面。
赫格比（Higbie)认为流体在相界面上暴露的时间很短，溶质不可能在膜内建立起如双膜理论假设的那种稳定的浓度分布。
溶质通过分子扩散由表面不断地向主体渗透，每一瞬时均有不同的瞬时浓度分布和与之对应的界面瞬时扩散速率（与界面上的浓度梯度成正比)。
流体表面暴露的时间越长，膜内浓度分布曲线就越平缓，界面上溶质扩散速率随之下降。
直到时间为0时，膜内流体与主流发生一次完全混合而使浓度重新均匀后发生下一轮的表面暴露和膜内扩散称为汽、液接触时间或溶质渗透时间，是溶质渗透理论的模型参数，气、液界面上的传质速率应是该时段内的平均值。
该理论指出传质系数与扩散系数DAB的0.5次方成正比，比双膜理论更加接近于实验值，表明其对传质机理分析更加接近实际。
考虑了形成稳定浓度梯度的过渡时间。
此段时间内，有一个溶质从相界面向液膜深度方向逐步渗透的过程。
缺陷:仍然基于膜模型，只是采用了非定态扩散，强调液相的过渡阶段，主要是针对难溶气体的液膜控制的吸收过程。
三、表面更新理论丹克瓦茨（Danckwerts）摒弃了停滞膜的概念，认为气液接触表面是在连续不断地更新，而不是每隔一定的周期0c才发生一次。
固液传质过程
固液传质过程一、概述固液传质是指在固体和液体之间发生的物质传递现象。
在化学、生物、环境等领域中，固液传质都是非常重要的过程。
例如，土壤中的植物根系吸收水分和养分就是通过固液传质实现的。
本文将详细介绍固液传质过程。
二、传质机理1. 扩散扩散是指分子或离子由高浓度区域自发地向低浓度区域移动的过程。
在固液界面上，扩散通常是最主要的传质机制。
扩散速率与浓度梯度成正比，与距离平方成反比。
2. 对流对流是指由于流体流动而导致物质移动的过程。
对流可以加速物质传输，但需要外力驱动，如重力、电场等。
3. 平衡吸附平衡吸附是指分子或离子在固体表面上吸附并与表面结合形成一个稳定的状态。
这种吸附通常不会改变溶液中物质总量。
三、影响因素1. 温度温度越高，分子运动越剧烈，扩散速率也越快。
2. 溶液浓度溶液浓度越高，浓度梯度越大，扩散速率也越快。
3. 固体颗粒大小固体颗粒越小，表面积就越大，吸附和扩散的速率也就越快。
4. 溶质分子大小溶质分子大小对扩散速率有影响。
分子较大的物质扩散速率较慢。
四、传质模型1. Fick第一定律Fick第一定律描述了在稳态条件下的扩散过程。
它表明传质通量与浓度梯度成正比。
2. Fick第二定律Fick第二定律描述了非稳态条件下的扩散过程。
它表明浓度随时间变化的速率与浓度梯度的二次导数成正比。
3. 费克-普朗克方程费克-普朗克方程综合考虑了对流和扩散两种传质机制。
它描述了在非稳态条件下物质传输的总通量。
五、应用案例1. 土壤中植物根系吸收营养植物根系吸收水分和营养元素的过程是一个典型的固液传质过程。
土壤中的水分和营养元素通过扩散和吸附等机制进入植物根系。
2. 污染物在地下水中的迁移地下水中污染物的迁移也是一个固液传质过程。
污染物通过对流和扩散等机制从高浓度区域向低浓度区域移动。
3. 药物在人体内的吸收和代谢药物在人体内的吸收和代谢也是一个固液传质过程。
药物通过扩散等机制进入人体细胞内，然后被代谢酶代谢并排出体外。
项目十一吸收-解吸操作技术
二、吸收相平衡
• （二）相平衡关系在吸收过程中的应用
• 判别过程的方向
• 溶质由气相主体传递到两相界面，即气相内的物质传 递；
• 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；
• 溶质自界面被传递至液相主体，即液相内的物质传递。
• 分子扩散
• 以浓度差作推动力，溶质分子在静止或呈层流流动的液 体中作无规则运动，使得溶质扩散至溶剂中的传递现象。 分子扩散的速率主要取决于扩散物质溶质和溶剂流体的 温度和挥发度。
p Ex
• p*—平衡时溶质在气相中的平衡分压，Kpa • x—平衡时溶质在液相中的摩尔分率 • E—亨利系数， Kpa
•或
y mx
• y*—平衡时溶质在气相中的摩尔分数；
• m—相平衡常数，m=E/P，P是气相中的总压
• 亨利系数E的值随物系而变化。当物系一定时， 温度升高，E值增大。亨利系数由实验测定，一 般易溶气体的E值小，难溶气体的E值大。
项目十一 吸收-解吸操作技术
现场案例
案例 吸收装置与吸收解吸操作
脱苯煤气
吸收塔 含苯煤气
冷却器
补充新 鲜洗油
换热器
富油
贫油
冷凝器
解吸塔
粗苯 水
过热蒸汽
工作任务
任艺流程图
任务3 掌握吸收-解吸单元生产操作与控制
工艺知识
知识点1 吸收基础知识
• 按组分的相对溶解度的大小
• 单组分吸收
• 只有一个组分在吸收剂中具有显著的溶解度，其它组分 的溶解度均小到可以忽略不计。
• 如制氢工业中，将空气进行深冷分离前，用碱液脱出其 中的二氧化碳以净化空气，这时CO2仅在碱液中具有显著 的溶解度，而空气中的氮、氧、氩等气体的溶解度均可 忽略。
化工传递过程基础总结
化工传递过程基础总结化工传递过程是化学工程学科的基础，它是研究化学物质在不同状态下的传递现象的学科。
化工传递过程包括物质的传质、热传、动量传递等。
在化学工程中，化工传递过程是实现化学反应和物料加工的关键环节。
本文将介绍化工传递过程的基础知识，包括传质、热传和动量传递。
一、传质传质是指物质在不同相之间的传递现象，包括气体、液体、固体之间的传递。
传质过程是化学反应、物料加工等过程中的重要环节。
传质的速率取决于传质物质的性质、传质界面的性质、传质系统的温度、压力、浓度等因素。
1. 传质的基本概念传质过程可以分为扩散、对流和传递过程的组合。
扩散是指物质通过分子扩散的方式在不同相之间传递，其速率与浓度梯度成正比。
对流是指物质在流体中的传递，其速率与流体速度成正比。
传递过程是扩散和对流的组合，其速率取决于扩散和对流的贡献。
2. 传质的速率传质速率可以用传质通量来表示，传质通量是单位时间内通过传质界面的物质量。
传质通量可以用菲克定律来计算，菲克定律是指在扩散过程中，单位时间内通过单位面积传递物质的量与浓度梯度成正比，与传质物质的性质和传质界面的性质有关。
传质速率还可以用对流传质公式来计算，对流传质公式是指在对流过程中，传质通量与速度梯度成正比，与流体的性质和传质界面的性质有关。
3. 传质的机理传质的机理包括分子扩散、对流传递和物理吸附等。
分子扩散是指物质通过分子间的碰撞在不同相之间传递。
对流传递是指物质在流体中的传递，其速率受到流体的速度、流动方式、物质的性质等因素的影响。
物理吸附是指物质在传质界面上的吸附现象，吸附物质的性质、传质界面的性质等因素会影响吸附的速率。
二、热传热传是指热量在不同相之间的传递现象，包括传导、对流和辐射三种方式。
热传过程是化学反应、物料加工等过程中的重要环节。
热传的速率取决于热传物质的性质、热传界面的性质、热传系统的温度、压力等因素。
1. 热传的基本概念热传过程可以分为传导、对流和辐射三种方式。
2传质机理及模型
又
dc A ( x, y, z,θ ) dcB ( x, y, z,θ ) =− dl dl
故 即
DA, B − DB , A = 0 DA, B = DB , A = D
两组分混合物中，组分A在介质B中的扩散系数，与B在A中的 扩散系数相等。该结论也适用于两组分混合液体。
三、气相中的稳态分子扩散 1、等mol反向扩散
物质在某个位置处的扩散通量，大小与该处的浓度梯度成正比。
改写为等式
dc A JA ∝ dz dc A J A = − D A, B dz
——费克定律（一维形式）
JA——组分A在z方向上的扩散通量，kmol/(m2⋅s)； dcA/dz——组分A在z方向上的浓度变化率（浓度梯度），kmol/m4； DA,B——组分A在介质B中的扩散系数，m2/s。
不要以为N一定是正值
若计算出的N<0，传质方向与坐标轴的方向相反
2、组分A通过另一停滞组分的扩散
p A1 > p A 2
P, T p A1 p B1
p B1 < p B 2
P, T p A2 pB 2
1
Z=0 Z=z
2
2截面上选择通过性膜：只允许A分子从左至右通过，和前边实 验不同，右边容器中的B却不能从右至左通过。（对吸收过程的模 拟。膜相当于吸收中气液两相界面，B组分相当于液相中溶剂） 组分A在连通管内的气相中作稳态分子扩散。由于是稳态传质 体系，故连通管内A、B组分浓度分布稳定。
分子扩散涡流扩散存在场所传质机理传质速率流动的流体中如气相或液相主体区传质方向上流体的宏观流动或搅拌溶质组分随着流体质点的流动被传递到流体各个位置很小几乎可以忽略静止流体中或层流流体流体流动方向与分子扩散方向垂直对传质没有贡献在传质方向上的分子微观热运动例
化工原理下册吸收
m3
小结
• 1、溶解度曲线图 • 2、有利于吸收的条件 • 3、亨利定律不同的表达形式 • 4、相际传质方向的判断
作业
• P.63 6-7 6-8 6-9
第四节 吸收过程的传质速率
定常吸收过程的相传质包括三个步骤： （1）A由气相主体到相界面，气相内传递； （2）A在相界面上溶解，溶解过程； （3）A自相界面到液相主体，液相内传递。 单相内传递方式：分子扩散；对流扩散 。
35
（二）亨利定律其它形式
1）p
* A
cA H
H——溶解度系数， kmol/（m3·kPa）
cA——摩尔浓度，kmol/m3；
H与E的关系：
pA*
cA H
c c
c H
x
E c H
36
c
S
M L MS(1 x) M A x MS
E S
HM S
H的讨论：1）H大，溶解度大，易溶气体 2）P对H影响小，
质量比与质量分数
WA
mA mB
wA 1 wA
wA wB
摩尔比与摩尔分数
液相
XA
nA nB
nxA nxB
xA xB
xA 1 xA
x X 1 X
气相
YA
yA yB
yA 1 yA
PA PB
PA P PA
理想混合气体组成的表示方法
理想气体状态方程 物质量之比等于压力之比 摩尔分数等于体积分数
c A
2、吸收操作过程常用术语 （1）吸收剂：吸收过程所用的液体，S； （2）吸收质：混合气中能被溶剂吸收组分， A； （3）惰性气：混合气中不能被溶剂吸收组分， B； （4）吸收液：吸收操作所得溶液，A+S； （5）吸收尾气：排除的气体，B+（A）
环境工程原理第05章质量传递
第三节 分子传质
苯——甲苯体系
NB
单向扩散
苯 含有氨的废气
等分子反向扩散
水
第三节 分子传质
一、单向扩散 空气与氨的混合气体 （静止） 空气 氨 相界面上，氨溶解于水 相界面 氨的分压 p减小 气相总压减小 流体自气相主体向相界面流动 空气分压增大——反向扩散 可视为空气处于没有流动的静止状态 氨的扩散量增加
第二节 质量传递的基本原理
一、传质机理
向一杯水中加入一滴蓝墨水—— 蓝色由最初的位置慢慢散开，即蓝墨水的分子由高浓度处 向低浓度处移动 ——质量传递 静止——蓝色由最初的位置慢慢散开，经过较长一段 时间后，杯中水的颜色趋于一致 搅拌一下——？ 由分子的微观运动引起—— 分子扩散 ——慢 由流体微团的宏观运动引起—— 涡流扩散 ——快 工程上为了加速传质，通常使流体介质处于运动状态——湍 流状态，涡流扩散的效果占主要地位
x A m A
混合物质量浓 度，kg /m3
当混合物的密度为常数时 d x m A N D A z A B d z kg/（m2· s）
组分A的质 量分数
(5.2.3)
第二节 质量传递的基本原理
（二）分子扩散系数
D AB
N Az dcA dz
(5.2.5)
扩散物质在单位浓度梯度下的扩散速率，表征物质分子扩散能 力。扩散系数大，表示分子扩散快。 分子扩散系数是物理常数，其数值受体系温度、压 力和混合物浓度等因素的影响。
(二)浓度分布
对于稳态扩散过程，N A 为常数，即 dN A d c c A 0 N D A A B dz cc d z (5.3.6) A 对于气体组分A，浓度用摩尔分数表示
D yA A Bc d NA 1 yA dz
化工原理下传质机理
c dc A ( ) cB dz
c dcA N A ( ) cB dz
dcA dcB
c dcB NA ( ) cB dz
pB dpB P c , cB , dcB RT RT RT
P 1 dpB N A D( ) pB RT dz
DP pB 2 z=0,pB =pB1;z=z,pB =pB2 ,积分得N A ln RTz pB1
D 则传质速率为： N A ( p A1 p A 2 ) RTz
c c0
cA1
cB2 cA2 cB1
JA
JB O z1 z2
z
等分子反向扩散
二、一组分通过另一停滞组分的扩散
设A、B组分的气体混合物与液体接触，在相界面
处，只有组分A可溶于液相，而组分B不溶于液相。
A溶于液相，留下空缺，混合气体向液相表面递补， A、B分子递补运动成为“总体流动” N为总体流动的通量，c为A和B总浓度，则， N· (cA/c)代表A在总体流动中所占份额， N· (cB/c)代表
传质机理： 分子传质 浓度分布： 为一陡峭直线 传质机理 分子传质 涡流传质
层流 内层
在与壁 面垂直 的方向 上分为 三层
缓冲 层
湍流 主体
浓度分布： 为一渐缓曲线 传质机理： 涡流传质为主 浓度分布： 为一平坦曲线
26
2.2.6 吸收过程的机理
一、双膜模型☆ 二、溶质渗透理论 三、表面更新理论
双膜模型
3
2.2.1分子扩散与菲克定律 分子扩散——简称扩散
借助分子微观运动，使组分从浓度高处向浓 度低处传递。——推动力为浓度差
分子微观运动：由于分子的无规则的随机 热运动而产生的物质传质现象。 扩散过程的快慢——扩散通量（kmol/m2.s)
传质机理、吸收机理、传质方向的判断
传质过程方向主要由相平衡方程 ye=f(x)来判定
例如：设在101.3KPa、200C下稀氨水的相平 衡方程为ye=0.94x，（1）使含氨10%的混合 气和x=0.05的氨水接触；（2）使y=0.05的 含氨混合气与x=0.1的氨水接触。
解：已知m=0.94 已知m=0.94
1） y=0.1，x=0.05 ye=0.94x=0.94×0.05 =0.047 故ye<y; xe=y/m=0.106 故xe>x; 说明多余部分氨气从 气相转入液相 2）y=0.05，x=0.1 ye=0.94x=0.94×0.1 =0.094 故ye<y; xe=y/m =0.053 故xe<x； 说明多余部分氨气从液 相转入气相
双膜理论将两流体相际传质过程简化为经两膜层的稳定 分子扩散的串联过程。对吸收过程则为溶质通过气膜和液膜 的分子扩散过程。 两相相内传质速率可用下面的形式表达为： NA=kg(p-pi) NA=kc(c-ci)
按双膜理论，传质系数与扩散系数成正比，这与实验 所得的关联式地结果相差较大； 由此理论所得的传质系数计算式形式简单，但等效膜 层厚度δ1 和δ2 以及界面上浓度pi 和ci 都难以确定； 双膜理论存在着很大的局限性，例如对具有自由相界 面或高度湍动的两流体间的传质体系，相界面是不稳定的， 因此界面两侧存在稳定的等效膜层以及物质以分子扩散方 式通过此两膜层的假设都难以成立； 该理论提出的双阻力概念，即认为传质阻力集中在相 接触的两流体相中，而界面阻力可忽略不计的概念，在传 质过程的计算中得到了广泛承认，仍是传质过程及设备设 计的依据
传质过程的方向判断
• 影响传质的因素 （1）温度 当压强一定，温度升高时，溶解度将减小， 溶质从液相转入气相。相反当温度降低时， 溶解度增加，溶质从气相转入液相 。 （2）压强 当温度一定，分压越高，则溶解度增大，溶 质从气相转入液相。 总之升高温度和提高分压都有助于提高溶解 度。
环境工程原理_名词解释
n
质量比：混合物 中 某组分的质量 与 惰性组分质量 之比 X m ；
mA A
m mA
摩尔比：混合物 中 某组分的物质 的量 与 惰性组分 物质的量 之比 n ； X
A A
Байду номын сангаас
n nA
流量：单位时间 流过 流动截面 的 流体体积 ； 流速：单位时间 内流体在 流动方 向上 流过的 距 离 。 4.沉降分离包括： 重力沉降、离心沉 降、点沉降、惯性 沉降和扩散沉降 。 重力沉降和离心沉 降：利用分离颗粒 与流体之间存在的 密度差，在 重力或 离心力 的作用下 使颗粒和流体之间 发生相对运动；
1.按过滤机理分： 表面过滤和深层过 滤 2.按促使流体流动 的推动力分： 重力过滤：在水位 差的作用下被过滤 流态对分离的影 的混合液通过过滤 响： 层流边界层和 介质进行过滤，如 湍流边界层都会发 水处理中的快滤 生分离，在相同逆 池。 压梯度下，层流边 真空过滤：在真空 界层比湍流边界层 下过滤，如水处理 更容易发生分离， 中的真空过滤机。 由于层流边界层中 第五章 质量传递 压力差过滤：在加 近壁处速度随 y 的 传质机理：①分子 压条件下过滤，如 增长缓慢，逆压梯 扩散（慢） ：由分子 水处理中的压滤滤 度更容易阻滞靠近 的热运动引起；涡 池。 壁面的低速流体质 流扩散（快） ：由流 离心过滤：使被分 点，湍流边界层的 体微团的宏观运动 离的混合液旋转， 分离点延迟产生。 引起。 在所产生的惯性离 阻力损失起因： （1） 单向扩散 ：只有气 心力的作用下，使 内摩擦造成的摩擦 相组分从气相向液 流体通过周边的滤 阻力（2）物体前后 相传递，而没有物 饼和过滤介质，从 压强差造成的形体 质从液相想气相作 而实现与颗粒物的 阻力 相反方向的传递， 分离。 摩擦阻力：边界层 这种现象可视为单 主要特征：随着过 内的流动状态，边 向扩散（氨被水吸 滤过程的进行，流 界层的厚度 收） 。原理：P186 体中的固体颗粒被 形体阻力：物体前 等分子扩散： 在一 截留在过滤介质表 后压强差，边界层 些双组份混合体系 面并逐渐积累成滤 分离，尾流区域的 的传质过程中，当 饼层。 大小 体系总浓度保持均 滤饼层厚度：随过 阻力损失的影响因 匀不变时，组分 A 滤时间的增长而增 素： （ 流 动 的 雷 诺 在分子扩散的同时 厚，其增加速率与 数、物体的形状、 伴有组分 B 向相反 过滤所得的滤液的 表面粗糙度等） 摩 方向的分子扩散， 量成正比。 擦阻力：边界层内 且组分 B 扩散的量 过滤速度：由于滤 的流动状态，边界 与组分 A 相等，这 饼层厚度的增加， 层的厚度；形体阻 种传质过程就叫等 因此在过滤过程中 力：物体前后压强 分子扩散。 是变化的。 差，边界层分离， 第七章 过滤 比表面积等于混合 尾流区域的大小。 过滤过程 ：混合物 颗粒的比表面积的 （1）流态的影响： （非均相）的分离： 颗粒粒径 湍流时，摩擦阻力 液体或气体通过过 颗粒 i 的等体积当 较层流时大。但与 滤介质，固体颗粒 量直径 ：各筛上筛 层流时相比，分离 被截留下来，而流 留物的平均直径 点后移，尾流区较 体通过过滤介质， 颗粒床层的当量直 小，形体阻力将减 从而实现固液或固 径： 与床层空隙体
化工原理吸收-总结
所以 h HOG NOG
类似地： h HOL NOL
L HOL K xa
N OL
x1 dx x2 ( x x )
e
h HG NG
G H
G kya
NG
y1
y2 ( y
dy y
)
i
hH N
L
L
L HL kxa
NL
x1
( x2
dx x
x
)
i
1 1m
由 Ky ky kx
可近似取
K x C0 KL
（2）分传质速率方程
N A kG pA pAi
NA kL ci c
ky=PkG （3）传质过程阻力
1 1m
Ky ky kx
1 11
K x mk y kx
K x mK y
N A ky y yi
N A kx xi x
kx=C0kL
1 1H
KG kG kL
（1）基本关系式 ● 过程的操作线方程 ● 传质速率方程 ● 相平衡方程
同样可以推得以液相传质速率方程表示的计算式：
Ldx Kxa(xe x)dh
h x1
Ldx
L x1 dx
x2 K x a(xe x) K x a x2 (xe x)
h L x1 dx
K x a x2 (xe x)
▲ 数值变化范围小，一般在0.2 –1.5 m范围内。
k G 0.7 ya
H G G0.3
G
k ya
▲ 传质单元高度数值由实验测定或用Kya计算得出。
(3) 传质单元数的计算
① 平衡线为直线时
计算方法
对数平均推动力法 吸收因子法
环境工程原理思考题
环境工程原理思考题第一章绪论1.“环境工程学”的主要研究对象是什么2. 去除水中的溶解性有机污染物有哪些可能的方法它们的技术原理是什么3. 简述土壤污染治理的技术体系。
4. 简述废物资源化的技术体系。
5. 阐述环境净化与污染控制技术原理体系。
6. 一般情况下，污染物处理工程的核心任务是：利用隔离、分离和（或）转化技术原理，通过工程手段（利用各类装置），实现污染物的高效、快速去除。
试根据环境净化与污染防治技术的基本原理，阐述实现污染物高效、快速去除的基本技术路线。
第二章质量衡算与能量衡算第一节常用物理量1．什么是换算因数英尺和米的换算因素是多少2．什么是量纲和无量纲准数单位和量纲的区别是什么3．质量分数和质量比的区别和关系如何试举出质量比的应用实例。
4．大气污染控制工程中经常用体积分数表示污染物的浓度，试说明该单位的优点，并阐述与质量浓度的关系。
5．平均速度的涵义是什么用管道输送水和空气时，较为经济的流速范围为多少第二节质量衡算1.进行质量衡算的三个要素是什么2.简述稳态系统和非稳态系统的特征。
3.质量衡算的基本关系是什么4.以全部组分为对象进行质量衡算时，衡算方程具有什么特征5.对存在一级反应过程的系统进行质量衡算时，物质的转化速率如何表示第三节能量衡算1．物质的总能量由哪几部分组成系统内部能量的变化与环境的关系如何2．什么是封闭系统和开放系统3．简述热量衡算方程的涵义。
4．对于不对外做功的封闭系统，其内部能量的变化如何表现5．对于不对外做功的开放系统，系统能量能量变化率可如何表示第三章流体流动第一节管流系统的衡算方程1．用圆管道输送水，流量增加1倍，若流速不变或管径不变，则管径或流速如何变化2．当布水孔板的开孔率为30％时，流过布水孔的流速增加多少3．拓展的伯努利方程表明管路中各种机械能变化和外界能量之间的关系，试简述这种关系，并说明该方程的适用条件。
4．在管流系统中，机械能的损耗转变为什么形式的能量其宏观的表现形式是什么5．对于实际流体，流动过程中若无外功加入，则流体将向哪个方向流动6．如何确定流体输送管路系统所需要的输送机械的功率第二节流体流动的内摩擦力1.简述层流和湍流的流态特征。
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传质过程的方向判断
• 影响传质的因素 （1）温度 当压强一定，温度升高时，溶解度将减小， 溶质从液相转入气相。相反当温度降低时， 溶解度增加，溶质从气相转入液相 。 （2）压强 当温度一定，分压越高，则溶解度增大，溶 质从气相转入液相。 总之升高温度和提高分的方向
传质速率正比于界面浓度与流体主体浓度之差。 传质速率正比于界面浓度与流体主体浓度之差。 用式子表示为： 用式子表示为： N=k
吸收过程机理
吸收的概念
使气体混合物与适当液体接触，气体中的一个或几个组 分溶解于液体中，不能溶解的组分则保留在气相中，于是混 合气体得到了分离。这种利用组分在液体中溶解度的差异使 气体中不同组分得以分离的操作称为吸收。
吸收操作分类：
（1）按有无化学反应分为：物理吸收和化学吸收。 1 （2）按有无温度变化分为：等温吸收和非等温吸收。 2 （3）按被吸收组分数分为：单组分吸收和多组分吸收。 3
吸收过程的极限决定于吸收的相平衡关系，吸收过程涉及 两相间的物质传递，它包括三个步骤： （1）溶质由气相主体体传递到气、液两相的界面； （2）在相界面上溶解后进入液相; ; （3）再从相界面向液相主体传递，即液相内的物质传递。 3
• 若y>ye或x<xe,则溶质由气相向 液相转移，即发生吸收过程； • 若y<ye或x>xe,则溶质由液相向 气相转移，即发生解吸过程； • 若y=ye或x=xe，则溶质 不发生 转移，液相不释放或吸收溶质 ， 即系统处于平衡状态，不发生吸 收或解吸。
双膜理论将两流体相际传质过程简化为经两膜层的稳定 分子扩散的串联过程。对吸收过程则为溶质通过气膜和液膜 的分子扩散过程。 两相相内传质速率可用下面的形式表达为： NA=kg(p-pi) NA=kc(c-ci)
按双膜理论，传质系数与扩散系数成正比，这与实验 所得的关联式地结果相差较大； 由此理论所得的传质系数计算式形式简单，但等效膜 层厚度δ1 和δ2 以及界面上浓度pi 和ci 都难以确定； 双膜理论存在着很大的局限性，例如对具有自由相界 面或高度湍动的两流体间的传质体系，相界面是不稳定的， 因此界面两侧存在稳定的等效膜层以及物质以分子扩散方 式通过此两膜层的假设都难以成立； 该理论提出的双阻力概念，即认为传质阻力集中在相 接触的两流体相中，而界面阻力可忽略不计的概念，在传 质过程的计算中得到了广泛承认，仍是传质过程及设备设 计的依据
传质过程方向主要由相平衡方程 ye=f(x)来判定
例如：设在101.3KPa、200C下稀氨水的相平 衡方程为ye=0.94x，（1）使含氨10%的混合 气和x=0.05的氨水接触；（2）使y=0.05的 含氨混合气与x=0.1的氨水接触。
解：已知m=0.94 已知m=0.94
1） y=0.1，x=0.05 ye=0.94x=0.94×0.05 =0.047 故ye<y; xe=y/m=0.106 故xe>x; 说明多余部分氨气从 气相转入液相 2）y=0.05，x=0.1 ye=0.94x=0.94×0.1 =0.094 故ye<y; xe=y/m =0.053 故xe<x； 说明多余部分氨气从液 相转入气相
传质机理、吸收机理、传质方向 的判断
传质机理
在含有两个或两个以上的混合组 分体系中，如果存在浓度梯度，某些 组分就有高浓度区向低浓度区移动， 该移动过程就称为传质过程。 传质分离有：吸收、蒸馏、干燥、 萃取、膜分离等。
传质机理
静止流体中 分子扩散----借分子热运动发生在 界面滞留流流体中 流体主体与界面的扩散方式有 涡流扩散--借流体的湍动和漩涡传递物质，发生 在湍流主体。
传质过程之吸收： 传质过程之吸收：
P P1 C1 C
A
扩散 气相 溶解 界面 扩散 液相
吸收过程：
1.溶质由气相主体扩散到气、相界面的气测 溶质由气相主体扩散到气、 溶质由气相主体扩散到气 2.溶质在界面溶解，进入液相 溶质在界面溶解， 溶质在界面溶解 3.溶质由相界面液测扩散到液相主体 溶质由相界面液测扩散到液相主体
吸收的机理—双膜理论
双膜理论的基本论点是： （1） 相互接触的两流体间存在着稳定的相界面，界面两侧各 1 存在着一个很薄（等效厚度分别为δ1 和δ2 ）的流体膜层。 1 2 溶质以分子扩散方式通过此两膜层。 （2）相界面没有传质阻力，即溶质在相界面处的浓度处于相 2 平衡状态。 （3）在膜层以外的两相主流区由于流体湍动剧烈，传质阻力 3 可忽略不计，传质阻力集中在两个膜层内。