《化工原理》第二章 吸收第二次课

对于稳态扩散则有：
NA
JA
D
dC A dZ
D Z
C A1 C A 2
对于气相： C P
RT
NA
D RTZ
p A1
pA2
传质速率的大小主要是分子扩散的贡献。
J A NAJB NB
体现在精馏过程中： 1mol A 气 液 1mol B 液 气
（3）单向扩散与主体流动
v 在气体吸收过程中，由于液相中不存在物质B，故不可能 向界面提供组分B。（不再是等分子反向扩散），而是组 分A的单向扩散One-way diffusion
Ø 只要存在浓度差，必然会产生分子扩散 Ø 是描述分子扩散的基本规律
（2）等分子反向扩散
由A、B组成均相混合物中，若维持各点T,p,C=constant, 当其内部存在A、B组分浓度分布时，则就会发生A、B两 组分的等分子反向扩散equal molecules reverse diffusion.
2.1.3 相平衡在吸收过程中的应用
1． 判断过程进行的方向 因自发进行过程总是趋向体系的平衡方向的，如图 中A、B点所示。
A点: y>ye; x<xe 溶质向液体转移:
吸收过程
B点: y<ye; x>xe 溶质向气相转移
解吸过程
2． 确定传质过程的推动力driving force
组成为 y，x的气液相接触，传质推动力如图所示：
通过界面向气相补充，导致界面处气相总浓度下降， 即总压下降 使气体与界面之间产生微小的压差， 从而产生混合气主体向界面递补的流动，这种递补 流动称之为主体流动main body flow
v 主体流动使A、B组分向截面扩散通量提高，分别是
Nb,A、Nb,B,即：Nb=Nb,A+Nb,B
v Nb为主体流动对传质速率总的贡献
吸收过程极限y降至最小为ye, 解吸过程x′降至最小为xe′。
（4）相平衡限制了离开吸收塔时的
Baidu Nhomakorabea
气相最低浓度Y2min和 液相最高浓度X1max
X 1 max
Y1 m
Y 2 min mX 2
Y1
X1
思考题
n 含SO2为10％（体积）的气体混合物与浓度C为 0.020kmol.m-3的SO2水溶液在一个大气压下相接触。 操作条件下两相的平衡关系为pe＝1.62C（大气 压） ，则SO2将从＿＿＿相向＿＿＿相转移， 以 气相组成表示的传质总推动力为＿＿____＿＿＿ 大气压.
A点： y y ye； x xe x B点： y ye yx x xe
表示吸收推动力。 表示解吸推动力。
若气、液相浓度分别以p,c 表示，
则推动力为 p p pe c ce c
推动力＝ 实际组成－平衡组成
（3）判断过程进行的极限limitation Y2 X2
过程进行的极限：最终达平衡， 平衡浓度为极限状态
n 用亨利系数E表达的亨利定律表达式为 _______________.在常压下,20℃时, 氨在空气中 的分压为69.6mmHg, 与之平衡的氨水浓度为10(kg NH3·(100kg)-1H2O).此时亨利系数E=________,相平 衡常数m=______.
n 在常压下,测定水中溶质A的摩尔浓度为 0.56Kmol/m3,此时气相中A的平衡摩尔分率为0.02, 则此物系的相平衡常数m=______。当其他条件不 变，而总压增加一倍时，相平衡常数m=_____，此 时的亨利系数E=_____，而溶解度系数H≈______。
溶质气体是凭借扩散完成吸收的。
扩散=分子扩散Molecular diffusion 涡 流扩散Eddy current diffusion
2.2.1分子扩散与传质
（1）分子扩散 费克定律（Fick）
.分子扩散 是在相内部因浓度梯度Concentration
gradient的存在，由于分子的无规则热运动而产生的 物质传质现象 1.分子运动向各方向是无规则的 2.分子微观运动的结果 3.在浓度高处的分子向浓度低方向 扩散，和浓度梯度有关，表现为数 量大，效率高
v 单向扩散：一组分通过另一个静止组分的扩散
v 在相界面处，A可溶于液相，B不溶于液相。 v A在浓度梯度作用下从气相主体向界面i-i处扩散，
在界面发生溶解，进入液相，其通量为JA v 界面处A溶于液相中，B在界面处积累。如图（b)所
示, 产生反向扩散 其通量JA=-JB v 界面处A组分的溶解和B组分的反扩散，无液相分子
Ø静止或层流运动的流体
b. 费克定律
Fick定律：单位时间通过单位面积物质的扩散量 Diffusion与浓度梯度成正比。与傅立叶定律 相似
JA
D AB
dc A dZ
JA—组分A沿Z方向的扩散通量kmol/m2·s； CA—组分A在混合物中摩尔浓度kmol/m3 ; DAB—组分A在A、B混合物中的扩散系数，m2 /s。 负号－扩散方向沿A浓度降低的方向进行
第二节 吸收速率absorption rate
取决于吸收的相平衡关系 另一是过程的速率。 气液传质过程: 三个基本步骤 ①溶质由气相主体 相界面phase interface，（相内传质） ②溶质组分在界面上发生溶解进入液相。 （相际传质） ③由界面 液体主体传递。（相内传质） 溶解过程易进行的，其阻力很小。通常认为界面上气液两相 的溶质浓度满足平衡关系。 总传质过程速率将由相内传质速率所决定
Ø 其扩散通量：JA=-JB
对双组分混合物，稳定扩散条件下： 因混合物中各点总浓度不变：Cm=CA+CB
DAB=DBA=D 双组分物系中当各处的浓度相等时，有A的扩散，必然伴有B的分 子扩散，二者扩散速率相等，方向相反。 扩散方向上没有流体的宏观运动，通过PQ面的净物质量为零。 前提：气液界面能等速率地向气相提供组分B
N b,A
N byA
Nb
CA Co
N b ,B
N b yB
Nb
CB Co
v 当有主体流动存在时传质速率由两部分组成，即分
在总压p=500KN/m²，温度t=27℃下使含 CO23.0％（体积％）的气体与含CO2370g/m³ 的水相接触，试判断是发生吸收还是解吸？并计算 以CO2的分压差表示传质总推动力。 已知：在操作条件下，亨利系数E=1.73×105KN/m² 。水溶液的密度可取1000Kg/ m³，CO2的分子量44。