化工原理下第二章吸收第二次

2.1.3相平衡在吸收過程中的應(yīng)用1．判斷過程進(jìn)行的方向

因自發(fā)進(jìn)行過程總是趨向體系的平衡方向的，如圖中A、B點(diǎn)所示。A點(diǎn):y>ye;x<xe溶質(zhì)向液體轉(zhuǎn)移:

吸收過程

B點(diǎn):y<ye;x>xe溶質(zhì)向氣相轉(zhuǎn)移

解吸過程

1化工原理》下第二章吸收第二次共16頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!2．確定傳質(zhì)過程的推動(dòng)力

組成為y，x的氣液相接觸，傳質(zhì)推動(dòng)力如圖所示：A點(diǎn)：；

B點(diǎn)：

若氣、液相濃度分別以p,c表示，

則推動(dòng)力為

表示解吸推動(dòng)力。表示吸收推動(dòng)力。2化工原理》下第二章吸收第二次共16頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!（3）判斷過程進(jìn)行的極限過程進(jìn)行的極限：最終達(dá)平衡，平衡濃度為極限狀態(tài)

吸收過程極限y降至最小為ye,解吸過程x′降至最小為xe′。Y1X1Y2X2（4）相平衡限制了離開吸收塔時(shí)的氣相最低濃度Y2min和液相最高濃度X1max3化工原理》下第二章吸收第二次共16頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!在常壓下,測(cè)定水中溶質(zhì)A的摩爾濃度為0.56Kmol/m3,此時(shí)氣相中A的平衡摩爾分率為0.02,則此物系的相平衡常數(shù)m=______。當(dāng)其他條件不變，而總壓增加一倍時(shí)，相平衡常數(shù)m=_____，此時(shí)的亨利系數(shù)E=_____，而溶解度系數(shù)H≈______。在總壓p=500KN/m2，溫度t=27℃下使含CO23.0％（體積％）的氣體與含CO2370g/m3的水相接觸，試判斷是發(fā)生吸收還是解吸？并計(jì)算以CO2的分壓差表示傳質(zhì)總推動(dòng)力。已知：在操作條件下，亨利系數(shù)E=1.73×105KN/m2。水溶液的密度可取1000Kg/m3，CO2的分子量44。4化工原理》下第二章吸收第二次共16頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!2.2.1分子擴(kuò)散與傳質(zhì)

（1）分子擴(kuò)散---費(fèi)克定律（Fick）

靜止或?qū)恿鬟\(yùn)動(dòng)的流體1.分子運(yùn)動(dòng)向各方向是無規(guī)則的2.分子微觀運(yùn)動(dòng)的結(jié)果3.在濃度高處的分子向濃度低方向擴(kuò)散，和濃度梯度有關(guān)，表現(xiàn)為數(shù)量大，效率高a.分子擴(kuò)散

是在相內(nèi)部因濃度梯度的存在，由于分子的無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的物質(zhì)傳質(zhì)現(xiàn)象

5化工原理》下第二章吸收第二次共16頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!（2）等分子反向擴(kuò)散

由A、B組成均相混合物中，若維持各點(diǎn)T,p,C=constant,當(dāng)其內(nèi)部存在A、B組分濃度分布時(shí)，則就會(huì)發(fā)生A、B兩組分的等分子反向擴(kuò)散.6化工原理》下第二章吸收第二次共16頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!體現(xiàn)在精餾過程中：1molA氣液1molB液氣對(duì)于穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散則有：傳質(zhì)速率的大小主要是分子擴(kuò)散的貢獻(xiàn)。對(duì)于氣相：7化工原理》下第二章吸收第二次共16頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!在相界面處，A可溶于液相，B不溶于液相。A在濃度梯度作用下從氣相主體向界面i-i處擴(kuò)散，在界面發(fā)生溶解，進(jìn)入液相，其通量為JA。界面處A溶于液相中，B在界面處積累。如圖（b)所示,產(chǎn)生反向擴(kuò)散，其通量JA=-JB。界面處A組分的溶解和B組分的反擴(kuò)散，無液相分子通過界面向氣相補(bǔ)充，導(dǎo)致界面處氣相總濃度下降，即總壓下降，使氣體與界面之間產(chǎn)生微小的壓差，從而產(chǎn)生混合氣主體向界面遞補(bǔ)的流動(dòng)，這種遞補(bǔ)流動(dòng)稱之為主體流動(dòng)。8化工原理》下第二章吸收第二次共16頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!穩(wěn)態(tài)下分離變量取B組分分壓的對(duì)數(shù)平均值9化工原理》下第二章吸收第二次共16頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!含SO2為10％（體積）的氣體混合物與濃度C為0.020kmol.m-3的SO2水溶液在一個(gè)大氣壓下相接觸。操作條件下兩相的平衡關(guān)系為pe＝1.62C（大氣壓），則SO2將從＿＿＿相向＿＿＿相轉(zhuǎn)移，以氣相組成表示的傳質(zhì)總推動(dòng)力為＿＿_(dá)___＿＿＿大氣壓.用亨利系數(shù)E表達(dá)的亨利定律表達(dá)式為_______________.在常壓下,20℃時(shí),氨在空氣中的分壓為69.6mmHg,與之平衡的氨水濃度為10(kgNH3·(100kg)-1H2O).此時(shí)亨利系數(shù)E=________,相平衡常數(shù)m=______.

思考題10化工原理》下第二章吸收第二次共16頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!第二節(jié)吸收速率

兩個(gè)基本問題：一是過程的極限，取決于吸收的相平衡關(guān)系；

另一是過程的速率。氣液傳質(zhì)過程:三個(gè)基本步驟①溶質(zhì)由氣相主體相界面，（相內(nèi)傳質(zhì)）②溶質(zhì)組分在界面上發(fā)生溶解進(jìn)入液相。（相際傳質(zhì)）③由界面液體主體傳遞。（相內(nèi)傳質(zhì)）

溶解過程易進(jìn)行的，其阻力很小。通常認(rèn)為界面上氣液兩相的溶質(zhì)濃度滿足平衡關(guān)系?？倐髻|(zhì)過程速率將由相內(nèi)傳質(zhì)速率所決定

溶質(zhì)氣體是憑借擴(kuò)散完成吸收的。擴(kuò)散=分子擴(kuò)散+渦流擴(kuò)散。

11化工原理》下第二章吸收第二次共16頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!b.費(fèi)克定律Fick定律：?jiǎn)挝粫r(shí)間通過單位面積物質(zhì)的擴(kuò)散量與濃度梯度成正比。與傅立葉定律

相似只要存在濃度差，必然會(huì)產(chǎn)生分子擴(kuò)散是描述分子擴(kuò)散的基本規(guī)律JA—組分A沿Z方向的擴(kuò)散通量kmol/m2·s；CA—組分A在混合物中摩爾濃度kmol/m3;DAB—組分A在A、B混合物中的擴(kuò)散系數(shù)，m2/s。負(fù)號(hào)－擴(kuò)散方向沿A濃度降低的方向進(jìn)行12化工原理》下第二章吸收第二次共16頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!其擴(kuò)散通量：JA=-JB

對(duì)雙組分混合物，穩(wěn)定擴(kuò)散條件下：因混合物中各點(diǎn)總濃度不變：Cm=CA+CB

DAB=DBA=D

雙組分物系中當(dāng)各處的濃度相等時(shí)，有A的擴(kuò)散，必然伴有B的分子擴(kuò)散，二者擴(kuò)散速率相等，方向相反。擴(kuò)散方向上沒有流體的宏觀運(yùn)動(dòng)，通過PQ面的凈物質(zhì)量為零。前提：氣液界面能等速率地向氣相提供組分B13化工原理》下第二章吸收第二次共16頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!（3）單向擴(kuò)散與主體流動(dòng)在氣體吸收過程中，由于液相中不存在物質(zhì)B，故不可能向界面提供組分B。（不再是等分子反向擴(kuò)散），而是組分A的單向擴(kuò)散單向擴(kuò)散：一組分通過另一個(gè)靜止組分的擴(kuò)散14化工原理》下第二章吸收第二次共16頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!主體流動(dòng)使A、B組分向截面擴(kuò)散通量提高，分別是

Nb,A、Nb,B,即：Nb=Nb,A+Nb,BNb為主體流動(dòng)對(duì)傳質(zhì)速率總的貢獻(xiàn)當(dāng)有主體流動(dòng)存在時(shí)傳質(zhì)速率由兩部分組成，即分子擴(kuò)散及主體流動(dòng)的速率所組成。15化工原理》下第二章吸收第二次共16頁，您現(xiàn)在瀏