化工原理南林教材22

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。
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
36
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。
气相一侧： N A
D RTz
P pBm
p
pi
kG
p
pi
液相一侧：N A
D zL
C csm
ci
c
kL ci
c
38
2-2-6 吸收过程的机理
一、双膜理论
惠特曼（W.G.Whitman）在19世纪20年代提出的。 假设： 1.相互接触的气液两相流体间存在稳定的相界面， 界面两侧各有一层停滞的膜，吸收质以分子扩散的 方式通过此两层膜，由气相主体进入液相主体。
NA
JA
cA C
N
NB
JB
cB C
N
N
NA
NB
JA
cA C
N
JB
cB C
N
JA
JB
N
JA JB 0 JA JB
29
NB
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
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 m
X
低浓度的溶液：Y * mX *
18
小结： 亨利定律的四种表达形式：
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。
CC
30
cA
pA RT
C P RT
NA
D RT
P P pA
dp A dz
D RT
P pB
dpB dz
z
NA
dz
0
D pB 2 pB2 RT
P pB dpB
NA
DP RTz
ln
pB2 p B1
31
P p A1 pB1 p A2 pB2
令
p Bm
pB2 ln
pB1 pB2
p B1
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) 。
1
D
4.36 105T
3 2
1 M
A
1 MB
2
P
1 3
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
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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。
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
23
JA
D AB
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 DAB：物质A在介质B中的分子扩散系数，m2 /s。
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：
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
ln pB2 pB2 pB1 p A1 p A2
p B1
p Bm
p Bm
NA
D RTz
P pBm
pA1
pA2
P ：飘流因素，无因次，大于1 pBm
32
2-2-3 液相中的稳定分子扩散
N
1 A
D1C zcSm
c A1 c A2
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：
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
26
NA
JA
D dC A dz
D RT
dp dz
z 0
N
A dz
D RT
p2 dp
p1
NA
D RTZ
p1
p2
27
二、一组分通过另一停滞组分的扩散
28