文档介绍：重点:传质学基础、双膜理论、亨利定律、吸收速率方程、吸收的计算。
第七章吸收
传质分离操作在生产中的应用
在含有两个或两个以上组分的混合体系中,如果存在浓度梯度,某一组分(或某些组分)将有高浓度区向低浓度区移动的趋势,该移动过程称为传质过程。
分离过程包括机械分离和传质分离。
机械分离:过滤、沉降等;对于非均相物系的分离,通常是利用多相物质在物理性质上的差异来实现。
传质分离:吸收、蒸馏、干燥、萃取、膜分离等;对于均相混合物的分离,一般是引入另一相,利用各组分物质在两相中性质(如溶解度、挥发度、表面张力等)的差异而由一相向另一相转移的方法实现分离。
物质传递原理
界面
气相主体
组分
组分
液相主体
1 扩散物质从一相的主体扩散到两相界面(单相中的扩散);
2 在界面上的扩散物质从一相进入另一相(相际间传质);
3 进入另一相的扩散物质从界面向该相的主体扩散(单相中的扩散);
物质传递的三个步骤:
物质在单相中的传递靠扩散,发生在流体中的扩散有分子扩散和涡流扩散两种。
分子扩散:依靠分子的无规则热运动,主要发生在静止或
层流流体中。
涡流扩散:依靠流体质点的湍动和旋涡而传递物质,主要
发生在湍流流体中。
物质在单相中的扩散
1 传质学基础
②已知A的摩尔分数xA,换成质量分数αA:
①已知A的质量分数αA,换成摩尔分数xA:
③已知A的摩尔分数xA,换成摩尔比XA:
混合物组成的表示方法:
表7-1 混合物组成表示法;表7-2 混合物组成换算关系;例7-1。
式中:MA、MB分别为组分A和B的相对分子质量。
A
B
A
B
A
B
A
B
分子扩散:在一相内部存在浓度差或浓度梯度的情况下,由于分子的无规则运动而导致的物质传递现象。分子扩散是物质分子微观运动的结果。
扩散通量J :单位时间内单位面积上扩散传递的物质量,其单位为mol/(m2·s)。
扩散现象与分子扩散速率计算
分子扩散与Fick定律
1 分子扩散
式中 JA——物质A在z方向上的分子扩散通量,kmol/(m2s)
dCA/dz——物质A的浓度梯度,kmol/m4
DAB——物质A在介质B中的分子扩散系数,m2/s
负号——表示扩散是沿着物质A浓度降低的方向进行的。
当物质A在介质B中发生扩散时,任一点处物质A的扩散通量与该位置上A的浓度梯度成正比,即:
2 菲克(Fick)定律
傅立叶定律
(1-33)
牛顿粘性定律
同样,对B组分有
式中:DBA-B组分在A和B的混合物中
的扩散系数。
当扩散发生在理想气体或理想溶液中时, 有DAB=DBA=D,
故以后用D表示双组分物系的扩散系数。
假定:pA1> pA2
pB1< pB2
pA1+ pB1= pA2 + pB2 =P
pA1
pB1
pA2
pB2
p
P
A
B
1
2
在总压相同的情况下,联通管内任一截面上单位时间单位面积上向右传递的A分子的数量与向左传递的B分子的数量必定相等,此现象称为等分子反向扩散。
1 等分子反向扩散
两容器内混合气体
的温度和总压强相同
且两容器内均装有
搅拌器,使各自的浓度
保持均匀。
稳定分子扩散速率
在任一固定的空间位置垂直于扩散方向的截面上,单位时间通过单位面积的A物质的量,称为A的传递速率,以NA表示。
对于等分子反向扩散 JA= - JB
对于单纯的等分子反向扩散,物质A的传递速率应等于A的扩散通量。
注意:在上述条件下,扩散为稳定过程,NA为常数;
pA—z呈线性关系。
适于描述理想的精馏过程中的传质速率关系。
上式分离变量并积分,
积分条件为:z1=0,pA=pA1;z2=z,pA=pA2
P
pA1
pB1
z1
P
pB2
pA2
z2
(7-4)
式中R为通用气体常数,R=/()。
注意:由于NA(JA)的单位用kmol/(),
为与之相对应,气体的压强需用kPa。