化工原理南林教材22

JB
cB C
N
0
N NA NB NA
JB
cB C
N
JA
JB
cB C
N
cB C
NA
NA
JA cB
JA C cA
C
C cA
JA
DC
C cA
dc A dz
CC
30
cA
pA RT
C P RT
D N A RT
P P pA
dp A dz
D RT
P pB
dpB dz
z
N A 0 dz
p1
NA
D R百度文库Z
p1
p2
27
二、一组分通过另一停滞组分的扩散
JA NcA/C
NA
NcB/C
JB
1
p
pB1 NA
p pA1
2
z1
z
p pB2
pA2 z2
28
NA
JA
cA C
N
NB
JB
cB C
N
N
NA
NB
JA
cA C
N
JB
cB C
N
JA
JB
N
J A JB 0 J A JB
29
NB
气相有效膜层厚度 滞流内层厚度
H
p
p1
0 z'G zG
z
37
二、对流扩散
对流扩散：发生在运动着的流体与相界面之间的传 质过程。
引入摩尔比Y、X的必要性：在吸收过程中，气相中惰 性组分和液相中溶剂的摩尔流量是不变的。
X
液相中溶质的摩尔数 液相中溶剂的摩尔数
x 1 x
Y
气相中溶质的摩尔数 气相中惰性组分的摩尔数
y 1
y
Y* 1Y*
mX 1 X
Y
*
1
mX
1 mX
低浓度的溶液： Y * mX *
18
小结： 亨利定律的四种表达形式：
3
吸收：利用气体混合物中各组分溶解度的不同而实 现的分离操作。
4
A：吸收质或溶质 B：惰性组分或载体 S：吸收剂
5
气体吸收的目的： 1.获得一定的组分； 2.除去有害组分以净化气体； 3.制备某种气体的溶液。
6
分类： 物理吸收 化学吸收 单组分吸收 多组分吸收 等温吸收 非等温吸收 吸收 解吸
1 H
EM s
cM s M A
对稀溶液来说，c 很小，故有： H
t ，H
EM s
难溶气体 H 小，易溶气体 H 大。
16
3. y* = m x
m：相平衡常数，无因次 p* Ex
p* Py*
Py* Ex
y* E x P
m E P
m m(t, p)
17
4. Y* = mX
第二章 吸收
1
要求：
1.理解吸收原理、分类与目的，掌握亨利定律四 种表达形式、相关计算及溶剂选择的原则； 2.理解吸收机理，掌握吸收速率方程式； 3.掌握吸收塔的计算； 4.掌握吸收系数的测定，理解吸收系数的影响因 素； 5.了解脱吸及其他条件下的吸收。
2
重点：
1.吸收速率方程式； 2.吸收塔的计算； 3.吸收系数的测定。
p* Ex p* c
H y* mx Y * mX
19
2-1-3 吸收剂的选择
吸收剂的选择要从以下几个方面来考虑：
溶解度、选择性、挥发度、粘性及其它(无毒性、 无腐蚀性、不易燃、不发泡、冰点低、价廉具有化 学稳定性。
20
第二节 传质机理与吸收速率
吸收过程： 1.溶质由气相主体向气液界面的传递； 2.由界面向液相主体的传递。
重点：低浓度单组分等温物理吸收的原理与计算。
7
第一节 气—液相平衡 2-1-1 气体的溶解度
溶解度：气体在液相中的饱和浓度。单位质量（体 积）的液体中所含溶质的质量。 气体的溶解度的影响因素：物系的温度、压强及溶 质在气相中的浓度。
8
溶解度、温度、压力、气相浓度四个独立参数，其
自由度数为：F = C － + 2 = 3 – 2 + 2 = 3
14
1. p*=Ex
p*：溶质在气相中的平衡分压，kPa； E：亨利系数，其单位与压强的单位一致; x：溶质在液相中的摩尔分率。
物系（气体和溶剂）一定，E = E(t) t ，E
难溶气体E大，易溶气体 E 小。
15
2. p*=c/H
c：单位体积溶液中溶质的摩尔数，kmol/m3； H：溶解度系数，kmol/(kPa.m3) 。
D pB 2 pB2 RT
P pB
dpB
NA
DP ln RTz
pB2 pB1
31
P p A1 pB1 p A2 pB2
令
pBm
pB2 ln
pB1 pB2
p B1
ln pB2 pB2 pB1 p A1 p A2
p B1
pBm
pBm
NA
D RTz
P pBm
pA1
pA2
P ：飘流因素，无因次， 大于1 pBm
21
2-2-1 分子扩散与菲克定律
分子扩散：是在一相内部有浓度差异的条件下，由 于分子的无规则热运动而造成的物质传递现象。
扩散通量：单位面积上单位时间内扩散传递的物质 量，kmol/(m2﹒s)。
22
A
B
A
B
23
J
A
DAB
dC A dz
菲克定律
J A：物质A在Z方向上的分子扩散通量；kmol/(m2 s)； dCA ：物质A浓度梯度；kmol/(m4 )； dz D AB：物质A在介质B中的分子扩散系数，m 2 /s。
A
1
B3
2
马克斯韦尔—吉利兰（Maxwell-Gilliland）
34
非电解质稀溶液中的扩散系数：
D1 7.7 1015T
1 3
A
1
0 3
35
2-2-5 对流传质
一、涡流扩散
J
D
DE
dcA
dz
DE：涡流扩散系数，不是物性常数，与湍动 程度有关。
36
液相
m
n
气相滞流内层 相界面
气相
气相分压p
若压强、温度一定，则自由度数为 1。 在同一溶剂中，不同气体的溶解度有较大的差异。
9
氨的溶解度较大，为易溶气体
10
二氧化硫具有中等溶解度
11
氧的溶解度较小，为难溶气体。
12
从以上图中可看出：加压、降温对吸收有利。
13
2-1-2 亨利定律
总压不太高（5105Pa）时，恒定温度下，稀 溶液上方的气体溶质的平衡分压与该溶质在液相 中的浓度存在以下关系：
32
2-2-3 液相中的稳定分子扩散
N
1 A
D1C zc Sm
cA1 cA2
经验式，仿照气相。
33
2-2-4 扩散系数
分子扩散系数简称扩散系数，它是物质的特性之一， 与介质的种类、温度、压强及浓度等。 气体A在气体B中的扩散系数：
1
D
4.36 105T
3 2
1 MA
1 MB
2
P
1 3
24
2-2-2 气相中的稳定分子扩散
一、等分子反向扩散
传递速率NA：在任一固定的空间位置上，单位时间 单位面积上通过A的物质量。
25
pA1
pB1
B
p
p
pA1
p
pB1 z1 z
A
pA2 pB2
p
p
pB2
pA2
z2
26
NA
JA
D dCA dz
D RT
dp dz
z
0
N
A dz
D RT
p2 dp