化工原理王志魁第五版-吸收5-3(1)(郑州大学授课讲义).ppt

1、化工原理,第5章 吸 收,10/8/2020,2,5. 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,10/8/2020,4,5.3 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

2、）决定。,5. 吸收,10/8/2020,5,5.3 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,10/8/2020,6,5.3.1 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,10/8/2020,7,5.3.1 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,10/8/2020,8,分子扩散基本定律费

3、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,10/8/2020,9,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：10-510-4，10-910-10，10-910-14 m2/s,5. 吸收,10/8/2020,10,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,10/8

4、/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,10/8/2020,12,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,10/8/2020,13,【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

5、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,10/8/2020,14,（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,10/8/2020,15,（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,10/8/2020,16,（3）单项扩散的传质速率方程,分离变量：,积分：,得：,5. 吸收,10/8/2020,

6、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：,10/8/2020,18,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,10/8/2020,19,5. 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,10/8/2020,20,5. 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

7、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。,10/8/2020,21,5. 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。,10/8/2020,22,5. 吸收,NA = kL (cAi cA),NA = kG (pA pAi),NA = kx (xAi xA),NA = ky (yA yAi),*对流传质

8、系数的6种具体定义,NA = kX (XAi XA),NA = kY (YA YAi),kx = kL c,容易得到：,ky = kG p,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？,10/8/2020,23,5. 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,CACA0,浓度侧形CA (y),10/8/2020,24,5. 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,10/8/2020,25,5. 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