化工原理王志魁第五版-吸收最新版本.ppt

化工原理 第5章吸收 3 30 2020 2 5 吸收 本章核心内容提要 概述 气液相平衡 吸收过程的传质速率 教材5 3 教材5 1 教材5 2 吸收塔的计算 教材5 4 填料塔 教材5 5 3 吸收操作中的溶解度系数通常指的是下列哪项 p A Ex中的E p A cA H中的H y mx中的m A B C 提交 3 30 2020 4 5 3吸收过程的传质速率 吸收过程中相际的传质包括3个串联步骤 1 从气相主体到气液界面气相一侧2 在相界面上溶解并进入其液相一侧3 从界面液相一侧到液相主体 总传质速率由速率最慢步骤 控制步骤 决定 5 吸收 3 30 2020 5 5 3吸收过程的传质速率 5 3 1传质基本理论概述 5 3 2相际传质的双膜理论 5 3 3相际传质速率方程 5 吸收 3 30 2020 6 5 3 1传质基本理论概述 传质速率定义 摩尔通量 Ni 单位时间通过单位面积传递组分i的物质的量 质量通量 ni 单位时间通过单位面积传递组分i的质量 5 吸收 3 30 2020 7 5 3 1传质基本理论概述 传质机理 1 分子扩散 通过分子热运动进行的质量传递 2 对流传质 流体宏观运动时发生的质量传递 5 吸收 3 30 2020 8 分子扩散基本定律 费克定律 分子扩散 分子扩散可在单相中进行 如红墨水在水中的扩散 也可以在气 液 固相间进行 如香水扩散 气 液相间 活性炭吸异味 气 固间 5 吸收 3 30 2020 9 扩散系数的讨论 1 D的物理意义 浓度梯度数值为1时的扩散通量 单位 m2 s 其大小表明物质的扩散能力大小 2 D是物系的属性 其大小与物质分子间作用力大小有关 气体 液体 固体扩散系数的量级分别为 10 5 10 4 10 9 10 10 10 9 10 14m2 s 5 吸收 10 下列哪个定律不是描述传递过程的实验定律 亨利定律 费克定律 傅里叶定律 A B C 提交 3 30 2020 11 扩散系数的讨论 3 温度 压力的影响 气体扩散系数随压力的增加而减少 4 浓度影响 对理想气体和稀溶液 浓度影响不大 而非理想气体和一般溶液的D则是浓度的函数 气体 液体和固体的扩散系数一般都随温度升高而增大 液体的扩散系数与压力无关 5 吸收 3 30 2020 12 隔板两侧A B总浓度相等 密度相等 拿去隔板 A B发生速率相等 方向相反的净扩散 等分子反方向扩散 分子扩散的两种简单情形 等分子反方向扩散 5 吸收 3 30 2020 13 例 气体A穿过停滞组分B扩散到达界面 A 不断溶解而移向界面另一侧B 没有反向穿过界面的扩散流 出现A B以共同速度流向界面的运动 总体流动 主体流动 总结果 界面处出现微小负压 实际上 只要界面另一侧不能对等地提供B 总体流动都会发生 单项扩散 重点 5 吸收 3 30 2020 14 1 气体A穿过停滞组分B的传质速率 A组分 总体流动与分子扩散叠加 B组分 总体流动与分子扩散抵消 对于单项扩散 5 吸收 3 30 2020 15 2 溶解态的A进入纯溶剂S的传质速率 A组分 总体流动与分子扩散叠加 S组分 总体流动与分子扩散抵消 对于单项扩散 5 吸收 3 30 2020 16 3 单项扩散的传质速率方程 分离变量 积分 得 5 吸收 3 30 2020 17 其中 对数平均 单项扩散传质速率方程 5 吸收 传质推动力 即 3 30 2020 18 采用分压差表达推动力时 单项扩散传质速率方程为 5 吸收 思考1 在液相一侧 采用浓度差表达推动力时 情况又如何 思考2 在液相一侧 证明 3 30 2020 19 5 吸收 定义气相传质系数 则 等分子反方向扩散时的传质系数 常记为 漂流因子 数值大于1 反映总体流动的影响 4 单项扩散的传质系数 3 30 2020 20 5 吸收 对流传质 对流传质可以发生于流体与固体壁面之间 更常见的是发生于流体主体与相界面之间 化工单元操作中 对流传质特指流体与相邻介质在接触面上发生相对运动时的质量传递 流动促使流体微团均匀混合 显著强化传质 工程上常采用强制湍流以强化传质 3 30 2020 21 5 吸收 对流传质系数 简化处理 将传质界面一侧的流体看成一个整体 集中考察流体与界面的传质 不关心流体内部的传质 kc 对流传质系数 cA cAi 流体主体 界面处A浓度 NA kc cAi cA NA cA cAi 对流传质的影响因素非常复杂 很难建立数学模型 3 30 2020 22 5 吸收 NA kL cAi cA NA kG pA pAi NA kx xAi xA NA ky yA yAi 对流传质系数的6种具体定义 NA kX XAi XA NA kY YA YAi kx kLc 容易得到 ky kGp kx kX 稀溶液时 ky kY 思考 操作压力提高1倍 各个传质系数如何变化 3 30 2020 23 5 吸收 传质边界层 传质边界层 扩散边界层 浓度边界层 发生对流传质时界面附近形成浓度梯度的区域 U0 CA0 传质边界层 等浓区 CAw CA CA0 CA CA0 浓度侧形CA y 3 30 2020 24 5 吸收 过渡区 分子扩散 涡流扩散 层流内层 分子扩散为主 湍流主体 涡流扩散为主 b c 壁面湍流传质分区模型 阻力几乎为0 阻力居中 阻力很大 3 30 2020 25 5 吸收 获取对流传质系数的方法 假定其数学表达式 通过实验回归拟合参数 分析拟合度 若拟合度差需重新假定数学表达式 强制对流时 满足基本关系Sh f Re Sc 1 数学模型法 仅适用于极少数情形 2 量纲分析指导下的经验法 分析主要影响因素 归纳为若干无量纲数 3 30 2020 26 5 吸收 3 应用