化工原理吸收

2、y*=m x
(2-5) 代入 y*=m x ：
Y* X m 1 Y * 1 X
说明：①m 相平衡常数，无因次； ② m ～E ： p P y
代入p* E x :
p* P y * P y* E x
y*
E m 与 y*=m x 比较： P总
E x P总
J A -D AB dC A dZ (2 - 11) J A -D AB J B -D BA dC A dZ dC B dZ
A
B
dC A dC - B dZ dZ
(2 - 12)
而且， J A -JB
JA－物质A在Z方向上的扩散通量，kmol/(m2.s); dC A －A的浓度梯度，kmol/m4; dZ DAB－物质A在介质B中的分子扩散系数。 负号－表明扩散是沿着物质A浓度降低的 方向进行的。
第2章
吸收
一、吸收及其依据
分离气体混合物的传质单元操作。 1、吸收： 各组份在液相中的溶解度不同。 2、吸收依据： 二、吸收过程 吸收质（溶质）A；惰性组分（载体）B； 吸收剂（溶剂）S； 吸收液（A＋S）； 尾气B ＋A。 三、应用 1、分离气体混合物，获得某一组分； 2、净化气体； 3、制备溶液。 四、吸收分类 1、物理吸收； 2、化学吸收；
液相：
D' C NA (ci - c) k L (ci - c) (2 - 28) z L csm 作业：复习所讲。
2.2.6
吸收过程的机理
1、双膜理论 (1)目的：建立传质速率方程。 (2)双膜理论 ①传质过程 ②双膜理论基本论点： 1）相界面，滞流膜层，分子扩散； 2）相界面处达于平衡； dc A dc A 0，膜层内存在 。 3）流体主体为湍流， dz dz 也称双阻力理论。 吸收为通过两膜层的传质。
(2-1)
(2 - 2)
Y
y kmolA [ ] 1 - y kmolB
(2-5)
(2 - 10)
2.1.3 吸收剂的选择
1、溶解度；2、选择性； 3、挥发度； 4、粘性； 5、其它。 2.1.4 相平衡关系在吸收过程中的应用
1、判断传质进行的方向
* 若 yi y* 或 x x i i i
式中： D — 分子扩散系数，m2／s；
(2 - 26)
DE一 涡流扩散系数，m2／s；
2、对流传质
dcA/dz 一 沿z方向的浓度梯度，kmol／m4；
J — 扩散通量，kmol／(m2· s)。 DE不是物性，与湍动程度有关。 气相：
NA D P (p - pi ) k G (p - pi ) RT zG p Bm (2 - 27)
(1) N A k L (ci - c) （2－37） c -c i (2 - 37a) 1 kL
3）蒸馏：双向传质
吸收：单相传质
六、脱吸： 当pA>pA*时，进行着吸收逆过程－脱吸。 2.1 气体吸收的相平衡关系 2.1.1 气体的溶解度 一、溶解度： T、P一定，气体在液体中的饱和浓度。 表明吸收过程可能达到的极限程度。 二、温度对溶解度的影响 单组份、 组分数C＝3、（A、B、S）、 相数Φ ＝2。 相律：F＝C－Φ ＋2 CA*＝f ( t、P总、PA） 低压下,t一定 CA*＝f ( PA）
NA
N气膜 N液膜
相界面
D P 可视为常数， 故令： 一定条件下： RT zG p Bm D P ＝k G RT zG p Bm
D P (p - pi ) RT zG p Bm
(2 - 33) (1) NA k G (p - pi ) p - pi (2 - 33a) 1 kG
(2 - 18)
NB 0
dc c N A －D A N A dz C c dc N A (1－ A ） －D A C dz
c dc N A －N A A －D A C dz
J A -D AB
dC A dZ
(2 - 11) (2 - 17) pA RT P
cA NA JA N C
DC dc A D dc NA － A － C－c A dz C - c A dz C
D P dp A NA － RT P－p A dz (2 - 19) 或
若扩散在气相：
DP dp B RT PBdz
cA
C
RT
NA
（2－ 19a)
积分: N
DP dz A RT 0
涡流扩散 ：靠流体质点的湍动和旋涡而传递物质的。（湍流） 分子扩散与菲克（Fick）定律
2.2.1
一、分子扩散 1、概念 在单相内部有浓度差的条件下，分子的无规则热运动而造成的物质传 递现象。简称扩散。
2、举例 A、B在Z方向互为相反值： 传递方向： A、B各自沿着 浓度降低的方 向传递。 推动力：浓度差。 根据 Fick 定律： 二、菲克（Fick ）定律
传质方向为：气相
吸收 脱收
液相 气相
反之，传质方向为：液相 总之，溶质传递的方向是趋于平衡的方向。 2、确定传质的推动力
* 推动力为 yi y* 或 x i i xi
3、指明传质过程进行的极限
2.2 吸收
吸收机理与吸收速率
g A
l
扩散
分子扩散 : 流体分子无规则的热运动而传递物质。（静止或滞流）
(3)kG～ky关系 P总压不高时， p=Py 及pi=Pyi ky= PkG (2-35)
ky-气膜吸收系数 ［kmol/(m2.s)]
1／ky为气膜阻力， ＊ 1／ky与（y-yi)相对应。
D' C NA (ci - c) z L csm
2、液膜吸收速率方程式 令
D' C kL z L csm
气pA A＋B pA>pA*时 液xA S
3、单组分吸收； 4、多组分吸收； 5、等温吸收； 五、吸收机理 6、非等温吸收。
A
1、方向与限度取决于平衡关系
pA*与xA呈平衡
2、与蒸馏比较
1）同为分离均相物系的气－液传质操作； 2）第二个物系 蒸馏：产生气相 吸收：外界引入气相 B、S停滞组份。 直接得A、B。 不能直接得A、B，需 二次分离。
Y*
mX 1 (1- m)X
(2 - 10)
(2 - 6)
低浓度： Y* m x Y
③m 实验值 m= f (T) T P总 m (x )不利。 X p*=E x c p* H y*=m x
Y* m x

3、B、S摩尔量不变（基准）
x kmolA X [ ] 1 - x kmolS X x 1 X y Y 1 Y
(2 - 20)
式中： p Bm
p B2 - p B1 p ln B2 PB1
1、2两截面上物质B分压的对数平均值，kpa。
P p Bm
－漂流因数，无因次。
P 1 p Bm
NA
D (PA1 - PA2 ) RTZ
(2 - 16)
说明：①与(2-16)比较,多P/PBm , ②pA pA (pB )
2.2.7 吸收速率方程式
1) 吸收速率NA：单位相际传质面积上，单位时间内吸收的溶质量。 1）一定吸收任务，所需设备尺寸；
2) NA所能解决的问题：
2）核算混合气体通过指定设备所能达到的吸收程度。
3) 吸收速率方程式：
速率＝
推动力 阻力
浓度差 1／吸收系数
吸收速率 ＝ 吸收系数×推动力 4) 膜吸收速率（指单一相） 稳定操作：N气膜＝N液膜 气膜吸收速率N气膜＝气膜吸收系数（ｋ）×推动力 液膜吸收速率N液膜＝液膜吸收系数（ｋ）×推动力 1、气膜吸收速率方程式 气相主体
kG—气膜吸收系数，kmol/(m2.s.kpa)
NA k G (p - pi )
(2 - 33)
1／kG为气膜阻力，＊ 1／kG与（p-pi)相对应。
(2)气相组成以摩尔分率表示时：
NA k y (y - yi ) (2 - 34)
y-溶质A在气相主体中的摩尔分率； yi-溶质A在相界面处的摩尔分率。
dC A D dp A （2－15） 推导NA计算式： dZ RT dZ dp A 稳定过程，NA为常数。因而 也是常数， 故pA～Z为直线关系。 dZ
NA＝JA -D
D dp A N A dZ 0 RT pA1 dZ
Z
pA2
D NA (PA1 - PA2 ) RTZ
(2 - 16)
A、B S A CA*
＝3－2＋2＝3
三、不同气体溶解度差异（同一溶剂）
举例： NH3、SO2、O2在 水中的溶解度与pA* 之间关系。
溶液浓度一定，易溶气体pA* 难溶气体pA* 同种溶质，T 而溶解度 结论：加压、降温对吸收有利。
2.1.2
亨利定律
(2-1)
p*
x
平衡分压
一、亨利(Henry)定律
P p Bm P 1 p Bm
使N A
P≈pBm
总体流动≈0
③ (2-16)式适于精馏； （2－20）式适于吸收。
2.2.3
'
液相中的稳定分子扩散
(2 - 22) p90
D'C NA (cA1 - c A2 ) zcSm
2.2.4
扩散系数
D JA dc A dz
一、D 物理意义
单位浓度梯度下的扩散通量。反映某 组分在介质中扩散的快慢。
二、复杂之处
① 至少有两种物质,有多种配合方式； ② 随温度变化较大； ③ 与总压（气体）或浓度（液体）有关； ④ 文献中数据不全，应用时常估算。
三、扩散系数D （P90 ）
2.2.5 对流传质 1、涡流扩散
凭籍流体质点的湍动和旋涡来传递物质的现象。
J - ( D DE ) dc A dz
z
dp B pB1 PB
pB2
pA1 pB1 pA2 pB2
解得： N A
DP p ln B2 RT z PB1
故
pA1－pA1 pB2－pB1
则：
NA
DP p p -p ln B2 ( A1 A2 ) RT z PB1 p B2 -pB1
DP (pA1 - p A2 ) RT z (pB2 - p B1 ) DP p p -p D P NA ln B2 ( A1 A2 ) (pA1 -pA2 ) p B2 RT z PB1 p B2 -pB1 RT z p Bm ln PB1
P总不高，T一定， p*=E x
实际浓度
说明：1、 p*、x 、E（亨利系数，压强单位 ）
推导：1m3： 溶质［kmol/m3] 2、适用于 t 一定，理想溶液。E为该 t 下纯溶质p°; - c MA s kmol 溶剂 3、用于难溶、较难溶气体（或易溶稀溶液）； Ms 溶质 c 4、难溶气体，E为常数； 则 x 溶质＋溶剂 - c MA 5、E由实验测定，查手册（P78）； c MS E （即T CA* ), 6、E＝f （T），T c MS 因此,难溶E ,而易溶E c(MS - M A ) E cMS 二、Henry定律的其它形式 p* c(MS - M A ) c (2 - 2) 1、 p* H E MS 1 3 H (2 - 4) 说明：①C为体积摩尔浓度［kmol/m ]； H c(MS - M A ) EMS ②H为溶解度系数[kmol/kN.m］； 易溶H ④H=f（T） T H 难溶H ③H～E关系：
二、一组分通过另一停滞组分的扩散
1、过程分析
①JA＝－JB （分子扩散）
②总体流动：A、B两种物质并行的递补运动。
③单向扩散与等分子反向扩散的区别
等分子反向扩散：NA＝JA
单向扩散： NA＝JA＋总体流动 2、NA计算式 N－总体流动的通量，［A、B总物质量／m2.s］； cB cA N y B N 其中，A、B的通量各为： N y A N ； C C c c NA JA N A (2 - 17) 同理 : NB JB N B C C c c cB cA - JB N B 即 JA N B N N N A N NA C C C C
DAB -DBA
(2 -13a)
作业：P150－1、2
2.2.2
气相中的稳定分子扩散
一、等分子反向扩散
1、现象 pA1 > pA2, pB2 > pB1
精馏
两容器T、P相同。
2、传递速率NA (传质速率） 传递速率NA：在任意固定的空间位置上，单位 时间通过单位面积的物质量A［kmol/m2.s]。 NA不涉及传递形式。