【化工原理 课件】第二章 吸收第二次课

2020 4 4 1 2 1 3相平衡在吸收过程中的应用 1 判断过程进行的方向因自发进行过程总是趋向体系的平衡方向的 如图中A B点所示 A点 y ye xxe溶质向气相转移解吸过程 2020 4 4 2 2 确定传质过程的推动力drivingforce 组成为y x的气液相接触 传质推动力如图所示 A点 B点 若气 液相浓度分别以p c表示 则推动力为 表示解吸推动力 表示吸收推动力 2020 4 4 3 3 判断过程进行的极限limitation 过程进行的极限 最终达平衡 平衡浓度为极限状态吸收过程极限y降至最小为ye 解吸过程x 降至最小为xe 4 相平衡限制了离开吸收塔时的 气相最低浓度Y2min和液相最高浓度X1max 2020 4 4 4 含SO2为10 体积 的气体混合物与浓度C为0 020kmol m 3的SO2水溶液在一个大气压下相接触 操作条件下两相的平衡关系为pe 1 62C 大气压 则SO2将从 相向 相转移 以气相组成表示的传质总推动力为 大气压 用亨利系数E表达的亨利定律表达式为 在常压下 20 时 氨在空气中的分压为69 6mmHg 与之平衡的氨水浓度为10 kgNH3 100kg 1H2O 此时亨利系数E 相平衡常数m 思考题 2020 4 4 5 在常压下 测定水中溶质A的摩尔浓度为0 56Kmol m3 此时气相中A的平衡摩尔分率为0 02 则此物系的相平衡常数m 当其他条件不变 而总压增加一倍时 相平衡常数m 此时的亨利系数E 而溶解度系数H 在总压p 500KN m 温度t 27 下使含CO23 0 体积 的气体与含CO2370g m 的水相接触 试判断是发生吸收还是解吸 并计算以CO2的分压差表示传质总推动力 已知 在操作条件下 亨利系数E 1 73 105KN m 水溶液的密度可取1000Kg m CO2的分子量44 6 第二节吸收速率absorptionrate 两个基本问题 一是过程的极限 取决于吸收的相平衡关系 另一是过程的速率 气液传质过程 三个基本步骤 溶质由气相主体相界面phaseinterface 相内传质 溶质组分在界面上发生溶解进入液相 相际传质 由界面液体主体传递 相内传质 溶解过程易进行的 其阻力很小 通常认为界面上气液两相的溶质浓度满足平衡关系 总传质过程速率将由相内传质速率所决定 溶质气体是凭借扩散完成吸收的 扩散 分子扩散Moleculardiffusion 涡流扩散Eddycurrentdiffusion 7 2 2 1分子扩散与传质 1 分子扩散 费克定律 Fick 静止或层流运动的流体 1 分子运动向各方向是无规则的2 分子微观运动的结果3 在浓度高处的分子向浓度低方向扩散 和浓度梯度有关 表现为数量大 效率高 a 分子扩散是在相内部因浓度梯度Concentrationgradient的存在 由于分子的无规则热运动而产生的物质传质现象 8 b 费克定律 Fick定律 单位时间通过单位面积物质的扩散量Diffusion与浓度梯度成正比 与傅立叶定律相似 只要存在浓度差 必然会产生分子扩散是描述分子扩散的基本规律 JA 组分A沿Z方向的扩散通量kmol m2 s CA 组分A在混合物中摩尔浓度kmol m3 DAB 组分A在A B混合物中的扩散系数 m2 s 负号 扩散方向沿A浓度降低的方向进行 9 2 等分子反向扩散 由A B组成均相混合物中 若维持各点T p C constant 当其内部存在A B组分浓度分布时 则就会发生A B两组分的等分子反向扩散equalmoleculesreversediffusion 10 其扩散通量 JA JB 对双组分混合物 稳定扩散条件下 因混合物中各点总浓度不变 Cm CA CBDAB DBA D 双组分物系中当各处的浓度相等时 有A的扩散 必然伴有B的分子扩散 二者扩散速率相等 方向相反 扩散方向上没有流体的宏观运动 通过PQ面的净物质量为零 前提 气液界面能等速率地向气相提供组分B 11 体现在精馏过程中 1molA气液1molB液气 对于稳态扩散则有 传质速率的大小主要是分子扩散的贡献 对于气相 12 3 单向扩散与主体流动 在气体吸收过程中 由于液相中不存在物质B 故不可能向界面提供组分B 不再是等分子反向扩散 而是组分A的单向扩散One waydiffusion单向扩散 一组分通过另一个静止组分的扩散 13 在相界面处 A可溶于液相 B不溶于液相 A在浓度梯度作用下从气相主体向界面i i处扩散 在界面发生溶解 进入液相 其通量为JA 界面处A溶于液相中 B在界面处积累 如图 b 所示 产生反向扩散 其通量JA JB 界面处A组分的溶解和B组分的反扩散 无液相分子通过界面向气相补充 导致界面处气相总浓度下降 即总压下降 使气体与界面之间产生微小的压差 从而产生混合气主体向界面递补的流动 这种递补流动称之为主体流动mainbodyflow 14 主体流动使A B组分向截面扩散通量提高 分别是Nb A Nb B 即 Nb Nb A Nb BNb为主体流动对传质速率总的贡献当有主体流动存在时传质速率由两部分组成 即分子扩散及主体流动的速率所组成 15 稳态下 分