气体吸收操作-吸收的基本原理认知（化工单元操作课件）

项目三气体吸收操作任务四吸收过程基本原理认知一、传质过程

吸收过程是溶质由气相到液相的传质过程，随着吸收过程的进行，组分在气相和液相中浓度均发生变化，学习吸收过程的基本机理，首先应掌握物质在气相或液相中浓度的变化及表示方法。想一想：吸收过程发生混合物的分离，各物质的浓度如何发生变化？相内传质：由于有浓度差，在一相内部发生的物质的传递；相际传质：从一相到另一相发生的物质的传递。二、相组成的表示方法易混淆的名词（1）组分：混合物中的每种物质（溶质和惰性气体）（2）组成：混合物中组分的相对数量关系2.表示方法：（1）质量分数和摩尔分数

①质量分数：混合物中某组分的质量mi与混合物总质量m的比值，用符号wi表示。

wi=mi/m例：75%空气-25%NH3混合气体混合物中任何一种组分的质量分数都小于1，所有组分的质量分数之和等于1。w1+w2+w3+……+wi=1用x(X)表示液相组成用y(Y)表示气相组成

实例:已知N2-H2混合气体中N2的质量分数为70%,求混合气体中N2和H2的摩尔

分数分别为多少?二、相组成的表示方法2.表示方法：（1）质量分数和摩尔分数

②摩尔分数：混合物中某组分的物质的质量ni与混合物的总物质的质量n的比值，

用符号xi表示。

xi=ni/n混合物中任何一种组分的摩尔分数都小于1，所有组分的摩尔分数之和等于1。x1+x2+x3+……+xi=1二、相组成的表示方法2.表示方法：（2）质量浓度和摩尔浓度

①质量浓度：混合物中某组分的质量mi与混合物的总体积V的比值，用符号ρi表示。

ρi=mi/V②摩尔浓度:混合物中某组分(溶质气体)的物质的量ni与混合物总体积V的比值，用符号ci表示。ci=

ni/V二、相组成的表示方法2.表示方法：（3）质量比和摩尔比

①质量比：混合物中某组分(溶质气体)的质量与混合物中其他组分(惰性气体)的质

量的比值，用符号W表示。Wi=mi/(m-mi)吸收过程中,气体总量和溶液总量都随吸收过程的进行而改变,但惰性气体和吸收剂的量始终保持不变,因此,常采用质量比和摩尔比来表示相的组成.②摩尔比:混合物中某组分(溶质气体)的物质的量与混合物中其他组分(惰性气体)

的物质的量的比值，用符号X表示。Xi=ni/(n-ni)二、相组成的表示方法2.表示方法：（4）体积分数和压力分数

①体积分数：气体混合物中某组分的体积vi与气体总体积v的比值，用yv表示.yv=vi/v②压力分数:气体混合物中某组分的分压pi与气体总压强p的比值，用yp表示yp=pi/p对于气体混合物，某组分的摩尔分数等于该组分的压力分数，也等于该组份的体积分数，y=yv=yp二、相组成的表示方法3.道尔顿分压定律：

理想气体混合物的总压强等于各组分的分压之和，组分的分压等于气体的

摩尔分数×总压实例：（1）氨水中NH3的质量分数为0.25，求NH3的质量比。（2）空气和CO2的混合气体中，CO2的体积分数为20%，气体总压强为100Kpa，试求CO2气体的摩尔分数，分压及摩尔比。（3）空气中O2的体积分数为21%，总压为100Kpa，试求O2的分压，摩尔分数和摩尔比。（4）100Kg水中含0.015KgCO2，试求CO2的质量分数、质量比。三、气-液传质过程分析引入任务：分析工业吸收过程中组分的转移情况，即吸收过程的传质机理。（在气相和液相中的传递规律）。气相内传质：溶质气体A由气相主体到气液界面（相内传质）气相液相：溶质气体A界面溶解（相际传质）液相内传质：气液界面到液相主体（相内传质）

传质过程也称为扩散过程，扩散的推动力是浓度差。读图分析吸收过程组分由气相向液相转移包括哪几个步骤？四、相内传质（扩散）的基本方式气液传质过程中，界面溶解即相际传质容易发生且速度很快，前后的相内传质很重要，是如何进行物质传递的呢？扩散的基本方式有分子扩散和涡流扩散两种，而实际操作中多为对流扩散。扩散现象（1）定义：由于浓度差，物质由高浓度向低浓度转移（最终各处浓度均相等）。（2）推动力：浓度差2.扩散方式(1)分子扩散：在静止或层流流体内部，若某一组分存在浓度差，则因分子无规则热运动使该组分由浓度较高处传递到浓度较低处，这种现象称为分子扩散。①机理：分子热运动②推动力：浓度差（唯一条件）向静止的水中滴加一滴蓝墨水，一会儿水变成均匀的蓝色，试解释说明原因。是不是只有静止的流体才会发生分子扩散？（静止/层流/湍流）四、相内传质（扩散）的基本方式2.扩散方式(2)涡流扩散：在流体作湍流运动的主体区内，凭借流体的湍动造成流体质点相互碰撞和混合，使组分从高浓度向低浓度方向传递，此现象称为涡流扩散。①机理：流体的湍动造成流体质点相互碰撞和混合②推动力：浓度差、质点湍动比较：分子扩散：热运动（无搅拌、扰动）速率慢涡流扩散：质点碰撞混合，速率快涡流扩散速率比分子扩散速率快，其速率取决于流体的流动形态。2.扩散方式(3)对流扩散：一般情况下，涡流扩散同时伴随有分子扩散，分子扩散和涡流扩散共同作用的过程，称为对流扩散。

对流扩散包括湍流主体的涡流扩散和层流内层的分子扩散。

四、相内传质（扩散）的基本方式

通过传质的机理分析，吸收过程非常复杂，因此需要一个成熟的简单理论来进行吸收过程的分析。1926年，由刘易斯和惠特曼提出“双膜理论”，至今应用比较广泛。五、吸收过程的机理（相际传质）双膜理论的五大要点：（1）气液两相共有一界面，界面两侧存在稳定的气膜和液膜；（2）气液两相流体作湍流，以对流扩散为主，膜内流体作层流，以分子扩散为主；（3）气液两相主体作湍流，无传质阻力；（4）界面上气液两相