食品工程原理 第七八章传质基础和吸收.ppt

当气液两相接触时，两相之间有一个相界面，在相界面两侧分别存在着呈层流流动的稳定膜层（有效层流膜层）。溶质必须以分子扩散的形式连续的通过这两个膜层，膜层的厚度主要随流速而变，流速愈大厚度愈小。 在相界面上气液两相相互成平衡。 在膜层以外的主体内，由于流体的充分湍动，溶质的浓度分布均匀，可认为两相主体中的浓度梯度为零，即浓度梯度全部集中在两个有效膜层中。 用双膜理论解释具有固定相界面的系统及速度不高的两流体间的传质过程（如湿壁塔），与实际情况是大致相符合的。 六、双膜理论（two-film theory） pA cA pA,i cA,i 气膜 液膜 相界面 气相主体 液相主体 传质方向 图 双膜理论示意图 溶质A在气相中的分压 溶质A在液相中的摩尔浓度 (1) 按吸收过程是否发生化学反应分类：物理吸收、化学吸收 (2) 按吸收过程中体系的温度变化分类：等温吸收、非等温吸收 (3) 按被吸收组分的数目分类：单组分吸收、多组分吸收 本章主要讨论低浓度气体混合物的单组分等温物理吸收。 第二节 气体吸收一、 吸收的定义 吸收是气体混合物与作为吸收剂的液体接触，使气体中的某一或某些组分溶于液体的操作。吸收是分离气体混合物的重要单元操作之一。 1 吸收操作的类型 2 吸收操作流程 3 气—液相平衡关系 气体在液体中的溶解度 (1) 在一定温度下，气体组分的溶解度随该组分在气相中的平衡分压的增大而增大；而在相同平衡分压条件下，气体组分的溶解度则随温度的升高而减小。 (2) 在同一温度下，对于不同种类的气体组分，欲得到相同浓度的溶液，易溶气体仅需控制较低的分压，而难溶气体则需较高分压。 (3) 加压和降温对吸收操作有利；反之，升温和减压有利于解吸。 气--液相平衡关系一、气体在液体中的溶解度 当总压不高（5×105Pa）时，在一定温度下，稀溶液上方溶质的平衡分压与其在液相中的浓度之间存在着如下的关系： 上式表示溶液的浓度低于一定数值时溶质的平衡分压与它在溶液中的摩尔分率成正比。亨利系数E值较大表示溶解度较小。一般E值随温度的升高而增大。 Pe=E·X 式中: Pe---------溶质在气相中的平衡分压, kPa； X----------溶质在液相中的摩尔分率 E----------享利系数， kPa 二、亨利定律 ?——溶液的密度, kg/m3 ； M——溶液的平均分子量, kg/kmol Pe=C/H 式中： C——液相中溶质的摩尔浓度, kmol/m3 ; H——溶解度系数, kmol/m·kN; 在亨利定律适用的范围内,H是温度的函数,而与Pe或C无关。对于一定的溶质和溶剂，H值一般随温度升高减小。易溶气体H值较大，难溶气体H值较小。 亨利定律的其它形式(1) 气相用平衡分压，液相用物质的量浓度表示  ye=m·x ? 式中： x——溶质在液相中的摩尔分率； ye——与该液相成平衡的气相中溶质的摩尔分率； m——相平衡常数,无因次。 m=E/P 上式中P为系统总压，ｍ值越大，表示溶解度越小。 (2) 溶质在液相和气相中的浓度分别用摩尔分率x、y表示 当溶液浓度很低时,上式右端分母约等于1,于是上式可简化为: Ye=mX (3) 对于低浓度气体吸收，两相的组成通常用物质的量比来表示 三、吸收速率方程 吸收过程中的吸收速率是指单位时间内，在单位面积上被吸收的溶质量。表明吸收速率与吸收推动力之间关系的数学式称为吸收速率方程。 1 气膜 吸收速率方程式2 液膜吸收速率方程式 上式表明，在分压—浓度图上，pi-ci关系为过定点D（c，p），斜率为-kG/kL的直线。根据双膜理论，界面处的气液浓度符合平衡关系，所以该直线与气液平衡线的交点即为点（ ci，pi ） 0 c ci 液相浓度 D(c,p) (ci,pi) p=f(c) p pi 气相分压 对于定态传质，气液两膜中的传质速率应当相等，即 3 界面浓度 吸收过程的总推动力可采用任何一相的主体浓度与其平衡浓