[工学]化工基础张四方_吸收.ppt

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[工学]化工基础张四方_吸收

(4)亨利定律是气液达平衡时,所表示的气液组成关系。 (5)亨利定律的使用条件: 对气相,应是理想气体,总压 P 5atm 对液相,应是稀溶液,x0.05 (6)E 、H可在手册中查得,而它们只有在符合亨利定律时才为常数。 例题: 从液相分析,与摩尔分数为0.1的气体相平衡的液相平衡浓度为: 利系 从气相分析,与摩尔分数为0.003的液体相平衡的气相平衡浓度为: 可见,降低温度,E↓、m ↓,溶解度↑,有利于吸收的进行。 §3-3 吸收速率 平衡关系只能回答混合气体中溶质气体能否进入液相及 进入的程度和极限问题,至于进入液相速率大小,却无法解 决,后者属于传质机理问题。 吸收速率决定吸收操作的生产强度,同时也是分析吸收 操作与计算、设计、选型吸收设备的重要依据。 气体吸收是溶质先从气相主体扩散到气液界面,再从气 液界面扩散到液相主体的传质过程。 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。类似于传热中的热传导,是分子微观运动的宏观统计结果。 A B 3-3.1单相内的扩散 1、分子扩散: 混合物中存在温度梯度、压强梯度及浓度梯度都会产生分子扩散,本章仅讨论因浓度梯度而造成的分子扩散。发生在静止或层流流体里的扩散就是分子扩散。 即单位时间扩散传递物质量与传质面积和传质方向的浓度梯度成正比。 N:传质速率,也称为扩散速率,单位:kmol/s ; :物质A的浓度梯度,即物质A的浓度在Z方向上的变化率;D:物质扩散系数,mol.s-1,它是物质的特性常数之一,代表物质在介质中的扩散能力,一般由实验测定,常用的扩散系数可以在手册中查到;负号:是指该扩散沿着 A 浓度降低的方向进行。 尽管分子热运动的速度很大,但由于分子间的频繁碰撞使分子不断改变其热运动方向,所以物质沿某一特定的方向的扩散速度却很小。 2、菲克定律 只要流体内部有浓度梯度,就会产生分子扩散,在恒温恒压下,一维分子扩散速率可用菲克定律表达如下 : 对双组分混合物,在总浓度(对气相也可说总压)各处相等及 =常数的前提下,也有 (前提为 常数,对气压为总压 不变) 也就是说菲克定律中,A、B两组分的分子扩散速率大小相等,方向相反,否则就不能保证总浓度 (或总压 )不变。 双组分混合物中的分子扩散 (1)单方向扩散;(2)等物质的量反向扩散;(3)总体流动。 总浓度 也称涡流传质,是指凭藉流体质点的湍流和漩涡而引起的扩散。发生在湍流流体里的传质除分子扩散外更主要的是对流传质。 将一勺砂糖投于杯水中,片刻后整杯的水都会变甜,这就是分子扩散的结果。若用勺搅动杯中水,则将甜得更快更均匀,那便是对流传质。 式中DE为涡流扩散系数,它不是物性常数,与湍流程度、质点位置等有关,通过实验测定。 3、对流扩散 在湍流流动时,涡流扩散与分子扩散同时起着传质作用: 在湍流主体,以涡流扩散为主,DE≥D;在层流内层,以分子扩散为主,D≥DE,且DE≈0;在过渡层,两者都不可忽略。 3-3.2 双膜理论 吸收过程涉及两相间的物质传递,包括三个步骤: (1)溶质由气相主体传递到相界面,即气相内的物质传递; (2)溶质在相界面上的溶解,由气相转入液相; (3)溶质自界面被传递至液相主体,即液相内的物质传递。 双膜理论是以吸收质在滞流层中的分子扩散的概念为基础而推导出来的。双膜理论是刘易斯(Lewis W. K.)和惠特曼(W.G. whitman)在本世纪二十年代提出来的,一直占有重要的地位。它的基本论点是: (1) 相互接触的两流体间存在着稳定的相界面,界面两侧各存在着一个很薄(等效厚度分别为 ?1 和 ?2 )的流体膜层。溶质以分子扩散方式通过此两膜层。 (2) 相界面没有传质阻力,溶质在相界面处的浓度处于相平衡状态。 气相主体 液相主体 相界面 pi = ci / H p ?1 ?2 pi ci c 气 膜 液 膜 (3) 在膜层以外的两相主流区由于流体湍动剧烈,传质阻力可以忽略不计,相际的传质阻力集中在两个膜层内。两膜的阻力决定了传质速率的大小,因此双膜理论也称为双阻力理论。 (4)若气相

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