化工基礎(chǔ)ch4(吸收)課件2

1、第四章 吸收一、分子擴(kuò)散與菲克定律 二、氣相中的穩(wěn)定分子擴(kuò)散 三、擴(kuò)散系數(shù)四、對流傳質(zhì) 五、吸收機(jī)理雙膜理論六、吸收速率方程式 第三節(jié) 傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率2022/8/9吸收過程涉及兩相間的物質(zhì)傳遞，包括三個(gè)步驟：溶質(zhì)由氣相主體傳遞到兩相界面，即氣相內(nèi)的物質(zhì)傳遞；溶質(zhì)在相界面上的溶解，由氣相轉(zhuǎn)入液相，即界面上發(fā)生的溶解過程；溶質(zhì)自界面被傳遞至液相主體，即液相內(nèi)的物質(zhì)傳遞。單相內(nèi)物質(zhì)傳遞的機(jī)理分子擴(kuò)散 對流傳質(zhì)2022/8/9一、分子擴(kuò)散與菲克定律 1、分子擴(kuò)散： 一相內(nèi)部有濃度差異的條件下，由于分子的無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)而造成的物質(zhì)傳遞現(xiàn)象。AB2菲克定律 1）擴(kuò)散通量 ：單位面積上單位時(shí)間內(nèi)擴(kuò)散傳遞

2、的物質(zhì)量 ，單位：kmol /(m2s) 。2022/8/92）菲克定律 試分析與傅立葉定律以及牛頓粘性定律的區(qū)別及聯(lián)系。 3）分子擴(kuò)散系數(shù)間的關(guān)系對于雙組分物系：2022/8/9根據(jù)菲克定律： 由A、B兩種氣體所構(gòu)成的混合物中，A與B的擴(kuò)散系數(shù)相等。 2022/8/9二、氣相中的穩(wěn)定分子擴(kuò)散 1等摩爾反向擴(kuò)散1）等摩爾反向擴(kuò)散 例如精餾過程 2022/8/92）傳遞速率 在任一固定的空間位置上，單位時(shí)間通過單位面積的A物質(zhì)量，稱為A的傳遞速率，以NA表示。 分離變量并進(jìn)行積分，積分限為： 2022/8/9傳質(zhì)速率為：2、一組分通過另一停滯組分的擴(kuò)散 1）一組分通過另一停滯組分的擴(kuò)散 2022

3、/8/9例如吸收2）傳遞速率設(shè)總體流動(dòng)通量為N，其中物質(zhì)A的通量為：2022/8/9總體流動(dòng)中物質(zhì)B向右傳遞的通量為 而即2022/8/9將 和代入 若擴(kuò)散在氣相中進(jìn)行，則： 2022/8/9即分離變量后積分2022/8/9漂流因數(shù)，無因次。反映總體流動(dòng)對傳質(zhì)速率的 影響。 因PpBm，所以漂流因數(shù) 2022/8/9三、擴(kuò)散系數(shù) 分子擴(kuò)散系數(shù)簡稱擴(kuò)散系數(shù)，它是物質(zhì)的特性常數(shù)之一。同一物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)隨介質(zhì)的種類、溫度、壓強(qiáng)及濃度的不同而變化。物質(zhì)在不同條件下的擴(kuò)散系數(shù)一般需要通過實(shí)驗(yàn)測定。1、物質(zhì)在氣體中的擴(kuò)散系數(shù) 氣體A在氣體B中（或B在A中）的擴(kuò)散系數(shù)，可按馬克斯韋爾吉利蘭（Maxwell-

4、Gilliland）公式進(jìn)行估算 2022/8/92、物質(zhì)在液體中的擴(kuò)散系數(shù) 物質(zhì)在液體中的散系數(shù)與組分的性質(zhì)、溫度、粘度以及濃度有關(guān)。 對于很稀的非電解溶液，物質(zhì)在液體中的擴(kuò)散系數(shù) 2022/8/9四、對流傳質(zhì) 1、渦流擴(kuò)散 憑籍流體質(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)和旋渦來傳遞物質(zhì)的現(xiàn)象。擴(kuò)散通量 ：2、對流傳質(zhì) 流動(dòng)流體與兩相界面之間的傳質(zhì)1）固定界面 氣固兩相或液固兩相間的界面 2022/8/9 2）流動(dòng)界面 氣液兩相間的界面2022/8/9 對于等摩爾反方向擴(kuò)散 對于單向擴(kuò)散 2022/8/9五、吸收機(jī)理雙膜理論 1、雙膜理論相互接觸的氣液兩相間有一個(gè)穩(wěn)定的界面，界面上沒有傳質(zhì)阻力，氣液兩相處于平衡狀態(tài)。界

5、面兩側(cè)分別存在著兩層膜，氣膜和液膜。氣相一側(cè)叫氣膜，液相一側(cè)叫液膜 ，這兩層膜均很薄，膜內(nèi)的流體是滯流流動(dòng)，溶質(zhì)以分子擴(kuò)散的方式進(jìn)行傳質(zhì)。 膜外的氣液相主體中，流體流動(dòng)得非常劇烈，溶質(zhì)的濃度很均勻，傳質(zhì)的阻力可以忽略不計(jì)，傳質(zhì)阻力集中在兩層膜內(nèi)。 2022/8/92022/8/9六、吸收速率方程式 吸收速率： 單位面積，單位時(shí)間內(nèi)吸收的溶質(zhì)A的摩爾數(shù)，用NA表示，單位通常用kmol/m2s。吸收傳質(zhì)速率方程：吸收速率與吸收推動(dòng)力之間關(guān)系的數(shù)學(xué)式 吸收速率 = 傳質(zhì)系數(shù)推動(dòng)力 1、氣膜吸收速率方程式 2022/8/9令 氣膜吸收速率方程式氣膜吸收系數(shù)， kmol / (m2skPa)。 也可寫成

6、： 2022/8/9當(dāng)氣相的組成以摩爾分率表示時(shí) 以 表示推動(dòng)力的氣膜吸收系數(shù)，kmol / (m2s)。 當(dāng)氣相組成以摩爾比濃度表示時(shí) 以 表示推動(dòng)力的氣膜吸收系數(shù)，kmol / (m2s)。 2022/8/92、液膜吸收速率方程式 令 或 液膜吸收速率方程以 為推動(dòng)力的液膜吸收系數(shù)，m/s； 2022/8/9當(dāng)液相的組成以摩爾分率表示時(shí) 以 為推動(dòng)力的液膜吸收系數(shù)，kmol / (m2.s)。 當(dāng)液相組成以摩爾比濃度表示時(shí) 以 為推動(dòng)力的液膜吸收系數(shù)，kmol/(m2.s)。 2022/8/93、界面濃度當(dāng)已知兩相組成的平衡關(guān)系，如 和上式聯(lián)立便可 求出 2022/8/9pcAIcipi2

7、022/8/94、總吸收系數(shù)及相應(yīng)的吸收速率方程式1）以氣相組成表示總推動(dòng)力的吸收速率方程式a）以p為推動(dòng)力的吸收速率方程 以 為推動(dòng)力的氣相總吸收系數(shù)，kmol /(m2.s.Pa) 與液相主體濃度C成平衡的氣相分壓，Pa。 2022/8/9 b）以y為推動(dòng)力的吸收速率方程2）以液相組成表示總推動(dòng)力的吸收速率方程式 以y為推動(dòng)力的氣相總吸收系數(shù)，kmol/(m2.s)。 a）以C為推動(dòng)力的吸收速率方程 以C為推動(dòng)力的液相總吸收系數(shù)，m /s 2022/8/9b）以x為推動(dòng)力的吸收速率方程 以x為推動(dòng)力的液相總吸收系數(shù)，kmol/(m2.s) 3）用摩爾比濃度為總推動(dòng)力的吸收速率方程式適用條件

8、：溶質(zhì)濃度很低時(shí) a）以 表示總推動(dòng)力的總吸收速率方程式據(jù)分壓定律2022/8/9代入 令 以 為推動(dòng)力的氣相總吸收系數(shù)，kmol /(m2.s) 2022/8/9b）以 表示總推動(dòng)力的吸收速率方程式 以 為推動(dòng)力的液相總吸收系數(shù)，kmol/(m2.s) 5、各種吸收系數(shù)之間的關(guān)系1）總系數(shù)與分系數(shù)的關(guān)系 2022/8/9由亨利定律： 2022/8/9分別為總阻力、氣膜阻力和液膜阻力 即總阻力=氣膜阻力+液膜阻力 同理 2022/8/9在溶質(zhì)濃度很低時(shí) 2）總系數(shù)間的關(guān)系 a）氣相總吸收系數(shù)間的關(guān)系 2022/8/9當(dāng)溶質(zhì)在氣相中的濃度很低時(shí) b）液相總傳質(zhì)系數(shù)間的關(guān)系 c）氣相總吸收系數(shù)與液相總吸收系數(shù)的關(guān)系2022/8/93）各種分系數(shù)間的關(guān)系 6、傳質(zhì)速率方程的分析 1）溶解度很大時(shí)的易溶氣體 氣膜控制2022/8/9氣膜控制例：水吸收氨或HCl氣體 液膜控制例：水吸收氧、CO2 2022/8/92）溶解度很小時(shí)的難溶氣體當(dāng)H很小時(shí)， 液膜控制 3）對于溶解度適中的氣體吸收過程 氣膜阻力和液膜阻力均不可忽略，要提高過程速率，必須兼顧氣液兩端阻力的降低。2022/8/9小結(jié) ：吸收速率方程 與膜系數(shù)相對應(yīng)的吸收速率式與總系數(shù)對應(yīng)的速率式 用一相主體與界面的濃度差表示推動(dòng)力用一相主體的濃度與其平衡