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文档简介
Aconcentrationgradienttendstomovethecomponentinsuchadirectionastoequalizeconcentrationsanddestroythegradient.浓度梯度驱使扩散组分朝着使浓度均匀化的方向扩散,从而使浓度梯度趋于消失。Whenthegradientismaintainedbyconstantlysupplyingthediffusingcomponenttothehigh-concentrationendofthegradientandremovingitatthelowconcentrationend,thereisasteady-statefluxofthediffusingcomponent.Thisischaracteristicofmanymass-transferoperations.
当不断地向高浓度一端提供扩散组分,从低浓度一端除去扩散组分时,扩散组分便具有稳定的传质通量。这就是许多传质操作的特点。例如,当在填料塔中用水吸收气体中的NH3时,在塔内的任意一点上,在气相浓度梯度的驱使下,NH3由气相主体扩散至气~液界面,在界面上溶解,然后,在液相浓度梯度驱使下,扩散至液相主体。
Forexample,whenammoniaisremovedfromagasbyabsorptioninwaterinapackedcolumn,ateachpointinthecolumnaconcentrationgradientinthegasphasecausesammoniatodiffusetothegas-liquidinterface,whereitdissolves,andagradientintheliquidphasecausesittodiffuseintothebulkliquid.
Instrippingasolutefromaliquidthegradientsarereversed;herediffusionbringssolutefromthebulkliquidtotheinterfaceandfromthereintothegasphase.
当从吸收液中解吸溶质时,浓度梯度与吸收过程相反。在此,扩散作用使溶质从液相主体移至界面,再从界面移至气相。
Insomeothermass-transferoperationssuchasleachingandadsorption,unsteady-statediffusiontakesplace,andthegradientsandfluxesdecreasewithtimeasequilibriumisapproached.
在其它一些诸如浸取和吸咐操作中发生的是不稳定扩散,随着过程趋于平衡,扩散组分的浓度梯度和通量随时间而降低。
Althoughtheusualcauseofdiffusionisaconcentrationgradient,diffusioncanalsobecausedbyanactivitygradient,asinreverseosmosis,byapressuregradient,byatemperaturegradient,orbytheapplicationofanexternalforcefield,asinacentrifuge.
虽然扩散的一般原因是浓度梯度,但能动梯度也能引起扩散如反渗透过程,压力梯度、温度梯度和外场力都可引起扩散,如离心分离。Moleculardiffusioninducedbytemperatureisthermaldiffusion,andthatfromanexternalfieldisforceddiffusion.Bothareuncommoninchemicalengineering.Onlydiffusionunderaconcentrationgradientisconsideredinthischapter.由温度引起的分子扩散称为热扩散,由外场力引起的扩散称为强制扩散。这两种扩散方式在化学工程中并不常见。本章仅讨论由浓度梯度引起的质量扩散。Diffusionisnotrestrictedtomoleculartransferthroughstagnantlayersofsolidorfluid.Italsotakesplacewhenfluidsofdifferentcompositionsaremixed.
扩散并不局限于分子通过固体或液体停滞膜的传递。当不同组成的流体相混合时也会发生扩散。
Thefirststepinmixingisoftenmasstransfercausedbytheeddymotioncharacteristicofturbulentflow.Thisiscallededdydiffusion.Thesecondstepismoleculardiffusionbetweenandinsidetheverysmalleddies.
混合过程首先是因湍流的涡流特性引起的质量传递。这一过程被称为涡流扩散。其次是在微小的漩涡间及其内部的分子扩散。
Sometimesthediffusionprocessisaccompaniedbybulkflowofthemixtureinadirectionparalleltothedirectionofdiffusion.
有时扩散过程还伴随着与扩散方向相平行的混合物主体流动。Inallthemass-transferoperations,diffusionoccursinatleastonephaseandofteninbothphases.Indistillation,thelowboilerdiffusesthroughtheliquidphasetotheinterfaceandawayfromtheinterfaceintothevapor.
在所有的质量传递操作中,扩散至少在一相中发生,更多则是在两相中发生。蒸馏时,低沸物由液相扩散至界面,离开界面进入汽相。Roleofdiffusioninmasstransfer扩散在质量传递中的角色
Thehighboilerdiffusesinthereversedirectionandpassesthroughthevaporintotheliquid.Inleaching,diffusionofsolutethroughthesolidphaseisfollowedbydiffusionintotheliquid.
高沸物逆向扩散从汽相进入液相。浸取时,溶质扩散穿过固相,然后再扩散进入液相。
Inliquidextraction,thesolutediffusesthroughtheraffinatephasetotheinterfaceandthenintotheextractphase.Incrystallization,solutediffusesthroughthemotherliquortothecrystalsanddepositsonthesolidsurfaces.
液~液萃取时,溶质从萃余相扩散至液~液界面,然后进入萃取相。结晶时,溶质由母液扩散到晶体,然后积淀于晶体表面。
Inhumidificationordehumidificationthereisnodiffusionthroughtheliquidphasebecausetheliquidphaseispureandnoconcentrationgradientthroughitcanexist;butthevapordiffusestoorfromtheliquid-gasinterfaceintooroutofthegasphase.
增湿和减湿时,因液相是纯液体,无浓度梯度存在。故液相无扩散。但增湿时,蒸汽离开气液界面,扩散进入气相;而减湿时,则为蒸汽朝向气液界面,扩散离开气相。
Inmembraneseparationsdiffusionoccursinalltherephases:inthefluidsoneithersideofthemembraneandinthemembraneitself.
膜分离时,所有相中即膜两侧的流体中和膜自身内均会发生扩散现象。Chap.8GasabsorptionThischapterdealswiththemass-transferoperationsknownasgasabsorptionandstripping
ordesorption.⒈气体吸收:利用气体混合物各组份在吸收剂中的溶解度不同,而使气体混合物得以分离的单元操作。Ingasabsorptionasolublegasisabsorbedfromitsmixturewithaninertgasbymeansofliquidinwhichthesolutegasismoreorlesssoluble.§8-1Introduction
气体混合物:MixtureorRichGas~A+B溶质:Solute~A
惰性气体:AnInertGas~B吸收剂:Solvent~S溶解度:Solubility分离:Separation可溶的:Soluble单元操作:UnitOperation吸收液:AbsorbingliquidorThestrongliquid尾气:DilutegasorLeangasKEYWORDS§8-1Introduction2规定3Examples(P546)⑴AmajorapplicationofabsorptiontechnologyistheremovalofCO2andH2Sfromnaturalgas(天然气)orsynthesisgas(合成气)byabsorptioninsolutionsofamines(有机胺)oralkalinesalts(碱式盐).⑵Anotherexampleisthewashingofammoniafromamixtureofammoniaandairbymeansofliquidwater.§8-1Introduction4Thesolute&theabsorbingliquidThesoluteissubsequentlyrecoveredfromtheliquidbydistillation,andtheabsorbingliquidcanbeeitherdiscardedorreused.5Adsorptionsometimesasoluteisremovedfromaliquidbybringingtheliquidintocontactwithaninertgas;suchanoperation,thereverseofgasabsorption,isdesorptionorgasstripping.§8-1Introduction
Acommonapparatususedingasabsorptionandcertainotheroperationsisthepackedtower.Therichgasentersthedistributingspacebelowthepackingandflowsupwardthroughtheinterstices(空隙)inthepackingcountercurrenttotheflowoftheliquid.
填料:Packing
填料塔:Packedtower6Theprocessofgasabsorption§8-1Introduction⑴
Thepackingprovidesalargeareaofcontactbetweentheliquidandgasandencouragesintimatecontactbetweenthephases.⑵Thesoluteintherichgasisabsorbedbythefreshliquidenteringthetower,anddilute,orlean,gasleavesthetop.⑶Theliquidis
enrichedinsoluteasitflowsdownthetower,andconcentratedliquid,calledthestrongliquid,leavesthebottomofthetowerthroughtheliquidoutlet.§8-1Introduction7Majorapplicationsforgasabsorptionincommercialindustry⑴Purificationofthematerialgases原料气净化
CO2
andH2Sareremovedfromnaturalgasorsynthesisgasbyabsorptioninsolutionsofaminessalts.
在合成NH3工艺中,来自变换工段的变换气约含28%CO2。因C02可使catalyst中毒。所以,变换气进合成塔前,必须经过水洗和铜洗两个工段,将CO2的含量减小到0.01%以下。
§8-1Introduction⑵Recoveringofusingmaterials⑶Preparationofsomesolution
Forexamples:NO2isabsorbedbyliquidwater.→HNO3
~化学吸收HClisabsorbedbyliquidwater.→HCl~物理吸收⑷Purificationofwastegas8Classification
⑴Absorptionandabsorptionwithchemicalreaction
物理吸收与化学吸收⑵Isothermalabsorptionandno-isothermalabsorption
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