《化工原理》吸收

第六章吸收

§ 1 概述

一、化学工业或食品工业中的传质过程

1、气体—液体系统

1）吸收：物质由气相转移到液相。

2）脱吸（解吸）：物质由液相转移到气相。

3）气体增湿；湿分由液相转移到气相。

4）气体减湿；湿分由气相转移到液相。

水果储藏温度为4o C，相对湿度为85%。

2、蒸汽—液体系统

精馏

3、液体—液体系统

液—液萃取：物质由某一液相转移到互不相溶的另一液相。

4、液体—固体系统

1）结晶：物质由液相向固相转移。

2）液—固萃取（浸取）：物质由液相向固相转移。

3）液体吸附：物质由液相转移到固相表面。

5、气体—固体系统

1）干燥：液体物质由固相表面或内部转移到气相。

2）气体吸附：物质由气相转移到固相表面。

二、相组成的表示方法

1、质量分率a与摩尔分率x

1) 质量分率a ：某组分的质量占总质量的百分率。

2) 摩尔分率x ：某组分的摩尔量占总摩尔量的百分率。

3）质量分率a 与摩尔分率x 的换算

B

B A A A A A M x M x M x a ⋅+⋅⋅= B

B A A A A

A M a M a M a x += 2、质量比a 和摩尔比X Y

1）质量比a ： B

A m m a = 2）摩尔比X ；Y ： B

A n n X =

3、质量浓度与摩尔浓度 1）质量浓度：单位体积均相混合物中某组分的质量。

单位：kg / m 3

2) 摩尔浓度：单位体积均相混合物中某组分的摩尔量。

单位：kmol / m 3

三、吸收概念

吸收尾气

混合气体

吸收液A+S

吸收质或溶质A：混合气体中能够溶解的组分。

惰性组分或载体B：混合气体中不能被溶解的组分。

四、吸收操作的分类

1、单组分吸收与多组分吸收

2、物理吸收与化学吸收

3、等温吸收与非等温吸收

五、吸收剂的选择

1、溶解度

2、易脱吸

3、选择性

4、粘性

5、挥发性

6、其他

§2 扩散现象

一、概念

1、扩散：当系统内部存在浓度差时，物质总要由高浓度区向低浓

度区转移，这种现象称为扩散。

2、分子扩散和涡流扩散

分子扩散：只依靠微观的分子运动，而无宏观的混合作用。

涡流扩散：流体有宏观流动，依靠流体质点的不规则运动（湍动）

而进行的扩散。 分子扩散与热传导过程相类似；

涡流扩散与对流传热过程相类似。

3、对流扩散

热传导与对流传热过程的共同作用称为对流给热；

分子扩散与涡流扩散过程的共同作用称为对流扩散。

二、费克定律

1855年，费克通过实验总结出计算物质分子扩散量的基本

定律：当物质A 在介质B 中发生分子扩散时，任一处的扩散通量与该处的浓度梯度成正比。

液体混合物：dz

dc D J A AB AB ⋅-= 传质推动力为浓度差 气体混合物：dz dp T R D J A AB AB ⋅⋅-

= 传质推动力为分压差 式中 AB J ：物质A 在介质B 中z 方向上的分子扩散通量。 单位：kmol / m 2 · s

dz

dc A : 物质A 的浓度在z 方向的变化率，即浓度梯度。 单位：kmol / m 4

AB D ：物质A 在介质B 中的分子扩散系数。

单位：m 2 / s

三、等分子反向扩散

为了保持1、2两室内气体总压相等，

连同管内任一截面上单位时间、单位

面积向左扩散的B 分子数与向右扩散

的A 分子数必定相等，称为等分子反

向扩散。

dz dp T R D J A AB A ⋅⋅-= dz

dp T R D J B BA B ⋅⋅-= ()A A B dP P P d dP -=-= B A J J -=

所以，BA AB D D =

结论1：由A 和B 两种气体组成的理想气体混合物，A 在B 中的

分子扩散系数与B 在A 中的分子扩散系数相等。

dz dp T R D J A AB A ⋅⋅-

= 积分后得 ()21A A A P P z

T R D J -⋅⋅⋅= 结论2：分子扩散速率与气体分压差成正比，与扩散距离成反

比。

结论3：等分子反向扩散过程中，传质作用仅为分之扩散，所

以传质通量N A 等于分之扩散通量J A 。

N A = J A N B = J B N A = －N B

四、组分A 通过停滞组分B 的稳定扩散

分子扩散传质量：氨气被水吸收→形成浓度梯度→产生分子扩

散。

总体流动传质量：氨气被水吸收→液面形成空缺→空气和氨气

同时涌向液面补缺→这种流动现象为总体流动。

总体流动传质量N = 氨气进入液面的传质量N A

总体流动传质量N=氨气的总体流动传质量N bA +空气的总体流动传

质量N Bb

C c N y N N A A bA ⋅=⋅= C

c N y N N B B bB ⋅=⋅= C c N J N A A A ⋅+= C

c N J N B B B ⋅+= 水不吸收空气，所以 0=B N 则 0=⋅

+C c N J B B B A J J -= C

c N J B A ⋅= B A c C J N ⋅= A A B A B

B A A B A A A c

C C J c c c c J C c c C J J N -⋅=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⋅⋅+= 费克定律 dz

dc D J A A ⋅-=