ch8 氣體吸收

1、第八章第八章 氣體吸收氣體吸收化工原理化工原理本章要點(diǎn)：本章要點(diǎn)： 吸收過程的氣液相平衡關(guān)系吸收過程的氣液相平衡關(guān)系吸收速率方程吸收速率方程吸收塔的計(jì)算：吸收塔的計(jì)算： 物料衡算，物料衡算， 吸收劑用量計(jì)算，吸收劑用量計(jì)算， 塔徑，塔徑， 填料層高度計(jì)算填料層高度計(jì)算 化工原理化工原理8.1 概概 述述例如：例如：煤氣中煤氣中H2S的凈化，工業(yè)廢氣的凈化，工業(yè)廢氣SO2吸收。吸收。 合成氨廠空氣中氨回收、合成氨廠空氣中氨回收、DMF回收、回收、 HCl、NOx、SO3氣體制酸。氣體制酸。氣體混合物氣體混合物分分 離離凈化凈化回收回收物化性質(zhì)差異物化性質(zhì)差異化工原理化工原理吸收的應(yīng)用（目的）吸收

2、的應(yīng)用（目的）1. 原料氣的凈化：天然氣中原料氣的凈化：天然氣中H2S的凈化的凈化2. 有用組分回收：有用組分回收：硫酸處理焦?fàn)t氣回收氨硫酸處理焦?fàn)t氣回收氨, 洗油處理焦?fàn)t氣回收芳烴，液態(tài)洗油處理焦?fàn)t氣回收芳烴，液態(tài)烴處理裂解氣回收乙烯、丙烯烴處理裂解氣回收乙烯、丙烯3. 某些產(chǎn)品的制?。耗承┊a(chǎn)品的制取： HCl +H2ONO2 +H2O HCHO +H2O 4. 廢氣的治理廢氣的治理 ：用堿液吸收工業(yè)廢氣中的：用堿液吸收工業(yè)廢氣中的SO2。 丙酮吸收裂解氣中的乙炔。丙酮吸收裂解氣中的乙炔。鹽酸鹽酸HNO3福爾馬林溶液福爾馬林溶液8.1 概概 述述化工原理化工原理 吸收的定義吸收的定義 使使混

3、合氣體混合氣體與選擇的某種與選擇的某種液體液體相相接觸時(shí)接觸時(shí), ,利用混合氣體中各組分在該利用混合氣體中各組分在該液體中液體中溶解度的差異溶解度的差異, ,有選擇的有選擇的使混使混合氣體中一種或幾種組分溶于此液體合氣體中一種或幾種組分溶于此液體而形成溶液而形成溶液, ,其它未溶解的組分仍保其它未溶解的組分仍保留在氣相中留在氣相中, ,以達(dá)到從混合氣體中分以達(dá)到從混合氣體中分離出某些組分的目的。離出某些組分的目的。 吸收塔吸收塔混合氣體混合氣體溶液溶液尾氣尾氣吸收劑吸收劑8.1 概概 述述化工原理化工原理需要了解的幾個(gè)概念需要了解的幾個(gè)概念 吸收操作的依據(jù)：吸收操作的依據(jù)：混合物各組分在某種溶

4、劑（吸收劑）混合物各組分在某種溶劑（吸收劑）中溶解度（或化學(xué)反應(yīng)活性）的差異。中溶解度（或化學(xué)反應(yīng)活性）的差異。溶質(zhì)：溶質(zhì)：混合氣體中，能夠顯著溶解的組分稱為溶質(zhì)或吸混合氣體中，能夠顯著溶解的組分稱為溶質(zhì)或吸收質(zhì)；收質(zhì)；惰性組分：惰性組分：不被溶解的組分稱為惰性組分（惰氣）或載不被溶解的組分稱為惰性組分（惰氣）或載體；體；吸收劑：吸收劑：吸收操作中所用的溶劑稱為吸收劑或溶劑；吸收操作中所用的溶劑稱為吸收劑或溶劑；吸收液：吸收液：吸收操作中所得到的溶液稱為吸收液或溶液，吸收操作中所得到的溶液稱為吸收液或溶液，其成分為溶質(zhì)其成分為溶質(zhì)A A和溶劑和溶劑S S；8.1 概概 述述化工原理化工原理吸收

5、：吸收：氣相中吸收質(zhì)的實(shí)際分壓高于與液相成平衡的吸收氣相中吸收質(zhì)的實(shí)際分壓高于與液相成平衡的吸收質(zhì)分壓，吸收質(zhì)由氣相向液相轉(zhuǎn)移。質(zhì)分壓，吸收質(zhì)由氣相向液相轉(zhuǎn)移。解吸：解吸：吸收的反過程，吸收質(zhì)與吸收劑分離吸收的反過程，吸收質(zhì)與吸收劑分離-純物質(zhì)純物質(zhì)的獲取，吸收劑的反復(fù)利用。的獲取，吸收劑的反復(fù)利用。氣相中吸收質(zhì)的實(shí)際分壓低于與液相成平衡的吸收質(zhì)分壓，氣相中吸收質(zhì)的實(shí)際分壓低于與液相成平衡的吸收質(zhì)分壓，吸收質(zhì)由液相向氣相轉(zhuǎn)移。吸收質(zhì)由液相向氣相轉(zhuǎn)移。吸收和解吸吸收和解吸：原理一致，裝置均為吸收塔，傳質(zhì)方向相反。：原理一致，裝置均為吸收塔，傳質(zhì)方向相反。8.1 概概 述述化工原理化工原理一、工業(yè)

6、吸收過程一、工業(yè)吸收過程必須解決問題必須解決問題1 1、選擇合適的吸收劑；、選擇合適的吸收劑；2 2、提供合適的氣液傳質(zhì)設(shè)備；、提供合適的氣液傳質(zhì)設(shè)備；3 3、吸收劑的再生循環(huán)使用。、吸收劑的再生循環(huán)使用。吸收塔吸收塔解吸塔解吸塔8.1 概概 述述化工原理化工原理例：乙醇胺法脫硫例：乙醇胺法脫硫吸收與解吸操作流程吸收與解吸操作流程 吸收塔吸收塔解吸塔解吸塔加加熱熱器器冷冷卻卻器器回收回收H2S過熱蒸汽過熱蒸汽含硫氣體含硫氣體乙醇胺乙醇胺脫硫氣體脫硫氣體8.1 概概 述述化工原理化工原理二、吸收二、吸收( (傳質(zhì)傳質(zhì)) )設(shè)備設(shè)備 板式塔板式塔降液管降液管填料層填料層氣體氣體液體液體氣體氣體液體

7、液體塔板塔板氣體氣體液體液體氣體氣體液體液體 填料塔填料塔8.1 概概 述述化工原理化工原理三、吸收操作的分類三、吸收操作的分類按是否有化學(xué)反應(yīng)分按是否有化學(xué)反應(yīng)分: :物理吸收物理吸收、化學(xué)吸收、化學(xué)吸收按有無明顯溫度變化分按有無明顯溫度變化分: :等溫吸收等溫吸收、非等溫吸收、非等溫吸收按組分?jǐn)?shù)分按組分?jǐn)?shù)分: :單組分吸收單組分吸收、多組分吸收、多組分吸收按濃度分按濃度分: :低濃度氣體吸收低濃度氣體吸收（溶質(zhì)在氣液相中的摩爾分（溶質(zhì)在氣液相中的摩爾分率均小于率均小于0.1，流率為常數(shù)，流率為常數(shù)）、高濃度氣體吸收）、高濃度氣體吸收 本章主要討論本章主要討論: :低濃度、單組分、等溫的物理

8、吸收。低濃度、單組分、等溫的物理吸收。8.1 概概 述述化工原理化工原理(1)(1)吸收一般采用氣液逆流接觸：氣體從塔底吸收一般采用氣液逆流接觸：氣體從塔底進(jìn)入，液體從塔頂噴淋而下，可使全塔平均傳進(jìn)入，液體從塔頂噴淋而下，可使全塔平均傳質(zhì)推動(dòng)力最大（類似傳熱）。質(zhì)推動(dòng)力最大（類似傳熱）。(2)(2)若所需的吸收塔高度太高，可采用若所需的吸收塔高度太高，可采用串聯(lián)串聯(lián)或或并聯(lián)并聯(lián)操作操作. .8.1 概概 述述 注意注意 工業(yè)上一般工業(yè)上一般吸收吸收和和解吸解吸作為一個(gè)整體：作為一個(gè)整體：化工原理化工原理吸收塔吸收塔1 1吸收塔吸收塔2 2串聯(lián)串聯(lián)吸收塔吸收塔1 1吸收塔吸收塔2 2并聯(lián)并聯(lián)8.

9、1 概概 述述化工原理化工原理四、吸收劑的選用四、吸收劑的選用溶解度溶解度 溶質(zhì)在溶劑中的溶解度要大，即在一定的溫度溶質(zhì)在溶劑中的溶解度要大，即在一定的溫度和濃度下，溶質(zhì)的平衡分壓要低，這樣可以提高吸收和濃度下，溶質(zhì)的平衡分壓要低，這樣可以提高吸收速率并減小吸收劑的耗用量，氣體中溶質(zhì)的極限殘余速率并減小吸收劑的耗用量，氣體中溶質(zhì)的極限殘余濃度亦可降低。濃度亦可降低。選擇性選擇性 吸收劑對混合氣體中的溶質(zhì)要有良好的吸收能吸收劑對混合氣體中的溶質(zhì)要有良好的吸收能力，而對其它組分應(yīng)不吸收或吸收甚微。力，而對其它組分應(yīng)不吸收或吸收甚微。蒸氣壓蒸氣壓 操作溫度下吸收劑的蒸氣壓要低，因?yàn)殡x開吸操作溫度下吸

10、收劑的蒸氣壓要低，因?yàn)殡x開吸收設(shè)備的氣體往往被吸收劑所飽和，吸收劑的揮發(fā)度收設(shè)備的氣體往往被吸收劑所飽和，吸收劑的揮發(fā)度愈大，則在吸收和再生過程中吸收劑損失愈大。愈大，則在吸收和再生過程中吸收劑損失愈大。8.1 概概 述述化工原理化工原理粘性粘性 吸收劑粘度要低，流體輸送功耗小。吸收劑粘度要低，流體輸送功耗小?；瘜W(xué)穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性 避免因吸收過程中條件變化而引起吸避免因吸收過程中條件變化而引起吸 收劑變質(zhì)。收劑變質(zhì)。腐蝕性腐蝕性 吸收劑腐蝕性應(yīng)盡可能小。吸收劑腐蝕性應(yīng)盡可能小。其它其它 所選用吸收劑應(yīng)盡可能滿足價(jià)廉、易得、易所選用吸收劑應(yīng)盡可能滿足價(jià)廉、易得、易再生、無毒、無害、不易燃燒、不易

11、爆等要求。再生、無毒、無害、不易燃燒、不易爆等要求。四、吸收劑的選用四、吸收劑的選用8.1 概概 述述化工原理化工原理8.1 概概 述述化工原理化工原理從合成氨原料氣中回收從合成氨原料氣中回收CO2的流程的流程 8.1 概概 述述化工原理化工原理五、吸收操作的經(jīng)濟(jì)性五、吸收操作的經(jīng)濟(jì)性 吸收操作費(fèi)用：吸收操作費(fèi)用： 氣液兩相流經(jīng)吸收設(shè)備的能量消耗，指泵送液體、風(fēng)機(jī)送氣的能耗。氣液兩相流經(jīng)吸收設(shè)備的能量消耗，指泵送液體、風(fēng)機(jī)送氣的能耗。 溶劑的揮發(fā)損失和變質(zhì)損失。溶劑的揮發(fā)損失和變質(zhì)損失。 溶劑的再生費(fèi)用，即解吸操作費(fèi)，此項(xiàng)所占的比例最大。溶劑的再生費(fèi)用，即解吸操作費(fèi)，此項(xiàng)所占的比例最大。 吸收

12、設(shè)備費(fèi)用：吸收設(shè)備費(fèi)用： 吸收塔及輔助設(shè)備（泵、風(fēng)機(jī)、加熱器、冷卻器等）的費(fèi)用。吸收塔及輔助設(shè)備（泵、風(fēng)機(jī)、加熱器、冷卻器等）的費(fèi)用。 吸收操作的經(jīng)濟(jì)性：吸收操作的經(jīng)濟(jì)性：由總費(fèi)用（即操作費(fèi)用加設(shè)備費(fèi)用）來衡量的。最經(jīng)濟(jì)的吸收操由總費(fèi)用（即操作費(fèi)用加設(shè)備費(fèi)用）來衡量的。最經(jīng)濟(jì)的吸收操作應(yīng)是操作費(fèi)用與設(shè)備費(fèi)用之和即總費(fèi)用為最小。作應(yīng)是操作費(fèi)用與設(shè)備費(fèi)用之和即總費(fèi)用為最小。 8.1 概概 述述化工原理化工原理吸收過程中氣體、液體兩相的接觸方式吸收過程中氣體、液體兩相的接觸方式8.1 概概 述述化工原理化工原理級(jí)式接觸級(jí)式接觸 在每一板上與溶劑接觸，其中可溶組分被部分地溶解。在此類設(shè)備在每一板上與溶

13、劑接觸，其中可溶組分被部分地溶解。在此類設(shè)備中，氣體每上升一塊塔板，其可溶組分的濃度階躍式地降低；溶劑逐板中，氣體每上升一塊塔板，其可溶組分的濃度階躍式地降低；溶劑逐板下降，其可溶組分的濃度則階躍式地升高。下降，其可溶組分的濃度則階躍式地升高。 微分接觸微分接觸 氣體中的可溶組分不斷地被吸收，其濃度自下而上連續(xù)地降低；液氣體中的可溶組分不斷地被吸收，其濃度自下而上連續(xù)地降低；液體則相反，其中可溶組分的濃度則由上而下連續(xù)地增高，此乃微分接觸體則相反，其中可溶組分的濃度則由上而下連續(xù)地增高，此乃微分接觸式的吸收設(shè)備。式的吸收設(shè)備。8.1 概概 述述化工原理化工原理定態(tài)和非定態(tài)操作定態(tài)和非定態(tài)操作

14、上述兩種不同接觸方式的傳質(zhì)設(shè)備中所進(jìn)行的吸收或上述兩種不同接觸方式的傳質(zhì)設(shè)備中所進(jìn)行的吸收或其他傳質(zhì)過程可以是定態(tài)的連續(xù)過程，即設(shè)備內(nèi)的過程參其他傳質(zhì)過程可以是定態(tài)的連續(xù)過程，即設(shè)備內(nèi)的過程參數(shù)都不隨時(shí)間而變；也可以是非定態(tài)的，即間歇操作或脈數(shù)都不隨時(shí)間而變；也可以是非定態(tài)的，即間歇操作或脈沖式的操作。以下除特別說明外，均指沖式的操作。以下除特別說明外，均指連續(xù)定態(tài)操作連續(xù)定態(tài)操作。8.1 概概 述述化工原理化工原理本章所作的基本假定本章所作的基本假定 氣體混合物中只有一個(gè)組分溶于溶劑，其氣體混合物中只有一個(gè)組分溶于溶劑，其余組分在溶劑中的溶解度極低而可忽略不計(jì)，余組分在溶劑中的溶解度極低而可

15、忽略不計(jì)，因而可視為一個(gè)惰性組分。因而可視為一個(gè)惰性組分。 溶劑的蒸氣壓很低，其揮發(fā)損失可以忽略，溶劑的蒸氣壓很低，其揮發(fā)損失可以忽略，即氣體中不含溶劑蒸氣。即氣體中不含溶劑蒸氣。 8.1 概概 述述化工原理化工原理8.2氣液相平衡氣液相平衡氣體吸收過程氣體吸收過程實(shí)質(zhì)上是溶質(zhì)組分自氣相通過相界面轉(zhuǎn)移實(shí)質(zhì)上是溶質(zhì)組分自氣相通過相界面轉(zhuǎn)移（遷移）到液相的過程。（遷移）到液相的過程?，F(xiàn)將氣體吸收中的傳質(zhì)過程與傳熱過程進(jìn)行對比現(xiàn)將氣體吸收中的傳質(zhì)過程與傳熱過程進(jìn)行對比傳遞對象傳遞對象 推動(dòng)力推動(dòng)力極限極限傳熱傳熱 熱量熱量 溫差溫差 T=t T=t吸收吸收 質(zhì)量質(zhì)量 ? ? ? ?化工原理化工原理

16、在一定溫度下氣液兩相長期或充分接觸后，在一定溫度下氣液兩相長期或充分接觸后，兩相趨于平衡。此時(shí)溶質(zhì)組分在兩相中的濃兩相趨于平衡。此時(shí)溶質(zhì)組分在兩相中的濃度服從某種確定的關(guān)系，即相平衡關(guān)系。度服從某種確定的關(guān)系，即相平衡關(guān)系。相平衡關(guān)系相平衡關(guān)系 8.2氣液相平衡氣液相平衡化工原理化工原理8.2.1 平衡溶解度平衡溶解度 在在一定溫度一定溫度下，使某下，使某一定量一定量氣體與氣體與一定量一定量液體溶劑在密液體溶劑在密閉容器中接觸，溶質(zhì)向溶劑中轉(zhuǎn)移。經(jīng)過足夠長的時(shí)間，閉容器中接觸，溶質(zhì)向溶劑中轉(zhuǎn)移。經(jīng)過足夠長的時(shí)間，氣、液相濃度不再改變，氣、液相濃度不再改變，宏觀上傳質(zhì)過程停止宏觀上傳質(zhì)過程停止,

17、 ,達(dá)成平衡。達(dá)成平衡。微觀上是氣體進(jìn)出液體的分子數(shù)相等，微觀上是氣體進(jìn)出液體的分子數(shù)相等，故稱相際動(dòng)平衡，故稱相際動(dòng)平衡，簡稱相平衡。簡稱相平衡。 達(dá)到平衡時(shí)，氣相中溶質(zhì)的壓力稱當(dāng)時(shí)條件下的達(dá)到平衡時(shí)，氣相中溶質(zhì)的壓力稱當(dāng)時(shí)條件下的平衡分平衡分壓壓p pA,eA,e，而液相中所含溶質(zhì)氣體的濃度既為當(dāng)時(shí)條件下的氣，而液相中所含溶質(zhì)氣體的濃度既為當(dāng)時(shí)條件下的氣體在液體中的體在液體中的溶解度溶解度。 8.2氣液相平衡氣液相平衡化工原理化工原理8.2氣液相平衡氣液相平衡道爾頓分壓定律：道爾頓分壓定律： 低壓下氣體混合物的總壓低壓下氣體混合物的總壓P等于組成該氣體混合物的各組等于組成該氣體混合物的各組

18、分的分壓力之和。分的分壓力之和。 分壓分壓是指氣體混合物中任一組分是指氣體混合物中任一組分A單獨(dú)存在于氣體混合物單獨(dú)存在于氣體混合物所處的溫度、體積條件下所產(chǎn)生的壓力所處的溫度、體積條件下所產(chǎn)生的壓力pA。例例:101.325的干燥空氣中，的干燥空氣中，氮氮的分壓是的分壓是79.193kPa，氧氧的分壓的分壓是是21.198kPa。 PPyAA 化工原理化工原理8.2氣液相平衡氣液相平衡阿瑪格分體積定律：阿瑪格分體積定律： 低壓下氣體混合物的總體積低壓下氣體混合物的總體積V等于組成該氣體混合物的各等于組成該氣體混合物的各組分的分體積之和。組分的分體積之和。 分體積分體積是指氣體混合物中任一組分

19、是指氣體混合物中任一組分A單獨(dú)存在于氣體混合單獨(dú)存在于氣體混合物所處的溫度、壓力條件下所產(chǎn)生的壓力物所處的溫度、壓力條件下所產(chǎn)生的壓力VA。例例:1L的干燥空氣中，的干燥空氣中，氮氮的分壓是的分壓是0.79L，氧氧的分壓是的分壓是0.21L。 VVyAA 化工原理化工原理8.2.1 平衡溶解度平衡溶解度溶質(zhì)在兩相中的濃度表示：溶質(zhì)在兩相中的濃度表示：氣相中的組成：氣相中的組成：P Pe, e, y ye,e,液相中的組成：液相中的組成：x, cx, c 氣體在液體中的氣體在液體中的平衡溶解度平衡溶解度表明一定條件下吸收過程可表明一定條件下吸收過程可能達(dá)到的極限程度。能達(dá)到的極限程度。 8.2氣

20、液相平衡氣液相平衡化工原理化工原理實(shí)驗(yàn)測定實(shí)驗(yàn)測定若固定溫度、總壓力不變，測得某動(dòng)平衡下，溶若固定溫度、總壓力不變，測得某動(dòng)平衡下，溶液上方氨的分壓為液上方氨的分壓為p1，此時(shí)溶于水的氨的濃度為，此時(shí)溶于水的氨的濃度為x1；再改變濃；再改變濃度為度為x2 ，測得上方氨分壓為，測得上方氨分壓為p2, 依次類推，改變氨的濃度依次類推，改變氨的濃度為為xn，測得溶液上方氨的分壓為，測得溶液上方氨的分壓為pn ，如圖，如圖 所示。將這個(gè)點(diǎn)所示。將這個(gè)點(diǎn)(xn,Pn)，標(biāo)繪在圖上，即得在一定溫度、壓力下的溶解度曲線。，標(biāo)繪在圖上，即得在一定溫度、壓力下的溶解度曲線。 實(shí)測p-x曲線示意圖一、溶解度曲線一

21、、溶解度曲線8.2氣液相平衡氣液相平衡化工原理化工原理8.2氣液相平衡氣液相平衡化工原理化工原理分壓與溶解度的關(guān)系分壓與溶解度的關(guān)系 同種溶質(zhì)：同種溶質(zhì)：溫度一定：溫度一定：氣相分壓愈大，溶解度愈大（？）；氣相分壓愈大，溶解度愈大（？）；氣相分氣相分壓一定：壓一定：溫度愈低，溶解度愈大（？）（與液體區(qū)分）。溫度愈低，溶解度愈大（？）（與液體區(qū)分）。不同溶質(zhì)：不同溶質(zhì)：溶質(zhì)本身的性質(zhì)不同，比如極性，溶解度不同。溶質(zhì)本身的性質(zhì)不同，比如極性，溶解度不同。溶解度一定時(shí)，易溶氣體溶液上方分壓小，難溶氣體溶解度一定時(shí)，易溶氣體溶液上方分壓小，難溶氣體上方分壓大。上方分壓大。 注注加壓、降溫加壓、降溫有利

22、于吸收操作的進(jìn)行，易溶氣體有利于吸收操作的進(jìn)行，易溶氣體 僅需較小的分壓就能達(dá)到一定溶解度。僅需較小的分壓就能達(dá)到一定溶解度。8.2氣液相平衡氣液相平衡化工原理化工原理總壓對溶解度的影響總壓對溶解度的影響 在溶質(zhì)的分壓沒有改變的情況下，總壓對溶解度沒有影響。在溶質(zhì)的分壓沒有改變的情況下，總壓對溶解度沒有影響。溶解度僅與溶質(zhì)的分壓有關(guān)；溶解度僅與溶質(zhì)的分壓有關(guān)；若若y y為定值，總壓改變意味著分壓的改變。為定值，總壓改變意味著分壓的改變。？8.2氣液相平衡氣液相平衡化工原理化工原理 二、亨利定律二、亨利定律“在一定溫度和壓力下，某種氣體在溶液中的濃度與液面在一定溫度和壓力下，某種氣體在溶液中的濃

23、度與液面上該氣體的平衡壓力成正比上該氣體的平衡壓力成正比”-”- W. Henry,1803實(shí)驗(yàn)表明實(shí)驗(yàn)表明，只有當(dāng)氣體在液體中的溶解度不很高時(shí)該定律，只有當(dāng)氣體在液體中的溶解度不很高時(shí)該定律才是正確的，此時(shí)的氣體實(shí)際上是稀溶液中的揮發(fā)性溶質(zhì)，才是正確的，此時(shí)的氣體實(shí)際上是稀溶液中的揮發(fā)性溶質(zhì)，氣體壓力則是溶質(zhì)的蒸汽壓。氣體壓力則是溶質(zhì)的蒸汽壓。所以亨利定律還可表述為：在一定溫度下，所以亨利定律還可表述為：在一定溫度下，稀溶液稀溶液中溶質(zhì)中溶質(zhì)的蒸氣分壓與溶液濃度成正比。的蒸氣分壓與溶液濃度成正比。 P=Kx 8.2氣液相平衡氣液相平衡化工原理化工原理 只有溶質(zhì)在氣相中和液相中的分子狀態(tài)相同時(shí)

24、，亨利定律才能適只有溶質(zhì)在氣相中和液相中的分子狀態(tài)相同時(shí)，亨利定律才能適用。若溶質(zhì)分子在溶液中有離解、締合等，則不適用；在用。若溶質(zhì)分子在溶液中有離解、締合等，則不適用；在總壓力不大總壓力不大時(shí)，時(shí)，若多種氣體同時(shí)溶于同一個(gè)液體中，亨利定律可分別適用于其中的任一若多種氣體同時(shí)溶于同一個(gè)液體中，亨利定律可分別適用于其中的任一種氣體；一般來說，溶液越稀種氣體；一般來說，溶液越稀,亨利定律愈準(zhǔn)確，在亨利定律愈準(zhǔn)確，在x0時(shí)溶質(zhì)能嚴(yán)格時(shí)溶質(zhì)能嚴(yán)格服從定律。服從定律。 亨利定律亨利定律 注意注意 8.2氣液相平衡氣液相平衡 亨利系數(shù)與溫度，溶質(zhì)和溶劑的本性有關(guān)，亨利系數(shù)基本不受壓亨利系數(shù)與溫度，溶質(zhì)和溶

25、劑的本性有關(guān)，亨利系數(shù)基本不受壓力影響。力影響?；ぴ砘ぴ肀磉_(dá)式表達(dá)式: : 分壓與摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系形式：分壓與摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系形式：pe=ExE:亨利系數(shù)亨利系數(shù),由實(shí)驗(yàn)測定，單位與壓強(qiáng)單位一致。由實(shí)驗(yàn)測定，單位與壓強(qiáng)單位一致。T E 溶解度溶解度 E含義：含義：表示氣體溶解趨勢表示氣體溶解趨勢在同一溶劑中，難溶氣體的在同一溶劑中，難溶氣體的E值很大，易溶氣體的值很大，易溶氣體的E值則值則很小。很小。分壓與濃度的關(guān)系形式：分壓與濃度的關(guān)系形式：pe=HcH:溶解度系數(shù)溶解度系數(shù),單位單位:kmol/(kN m) 氣液相摩爾分?jǐn)?shù)的形式：氣液相摩爾分?jǐn)?shù)的形式：ye=mx m: :相平衡常數(shù)，相

26、平衡常數(shù)，T p m 溶解度溶解度 8.2氣液相平衡氣液相平衡化工原理化工原理亨利定律各系數(shù)之間的關(guān)系亨利定律各系數(shù)之間的關(guān)系 pe=Ex=Hcx=c/cM E=HcM cM= m/Mm E=HcM=H m/Mm H與與E 之間的關(guān)系之間的關(guān)系cM : 混合物的總濃度混合物的總濃度, Kmol/m3 m ：混合液的平均密度：混合液的平均密度, Kg/m3Mm ：混合液的平均摩爾質(zhì)量：混合液的平均摩爾質(zhì)量, Kg/Kmol8.2氣液相平衡氣液相平衡對于稀溶液對于稀溶液，cM s /Ms E H s/Ms s , Ms 分別為溶劑的密度和摩爾質(zhì)量分別為溶劑的密度和摩爾質(zhì)量化工原理化工原理 H、m與

27、與E 之間的關(guān)系之間的關(guān)系E=mp H s/Ms 8.2氣液相平衡氣液相平衡 m與與E 之間的關(guān)系之間的關(guān)系m=E/Pye=pe/P=(E/P)x=mxP: 總壓總壓化工原理化工原理xpEppe=亨利定律（亨利定律（Henry law）小結(jié)）小結(jié)ExHxccHpMe 與液相溶質(zhì)濃度與液相溶質(zhì)濃度cA 成平衡關(guān)成平衡關(guān)系的氣相中溶質(zhì)的分壓系的氣相中溶質(zhì)的分壓亨利系數(shù)，亨利系數(shù)，Pa適用稀溶液適用稀溶液ye=8.2氣液相平衡氣液相平衡化工原理化工原理 【例例5-1】總壓為總壓為101.325kPa、溫度為、溫度為20時(shí)，時(shí)，1000kg水中溶解水中溶解15kg NH3，此時(shí)溶液上方氣相中，此時(shí)溶液

28、上方氣相中NH3的平衡的平衡分壓為分壓為2.266kPa。試求。試求:溶解度系數(shù)溶解度系數(shù)H、亨利系數(shù)、亨利系數(shù)E、相、相平衡常數(shù)平衡常數(shù)m?！舅拿芏热∷拿芏热?000kg/m3】0156018100017151715./nnnnnxBAAA 0224.0325.101266.2 ppyee4361=0156002240=. . . .xyme8.2氣液相平衡氣液相平衡化工原理化工原理 E=Pm=101.3251.436=145.5kPa或者：或者：3145=015602662=. . . .xpEe615. 21000183 .145SsEMH 溶劑水的密度溶劑水的密度s=1000kg/

29、m3，摩爾質(zhì)量，摩爾質(zhì)量Ms=18kg/kmol， 計(jì)算計(jì)算H8.2氣液相平衡氣液相平衡化工原理化工原理 869010001000151715./mmM/mVncssAAAAA 61. 2869. 0266. 2AAcpH H值也可直接由亨利定律算出，溶液中值也可直接由亨利定律算出，溶液中NH3的濃度為的濃度為所以所以kmol/m3kmol/（m3kPa）8.2氣液相平衡氣液相平衡化工原理化工原理c= pe/H pe= P yH = E s / Ms 8.2氣液相平衡氣液相平衡化工原理化工原理8.2.2 相平衡關(guān)系在吸收過程中的應(yīng)用相平衡關(guān)系在吸收過程中的應(yīng)用（一）判斷傳質(zhì)方向與傳質(zhì)推動(dòng)力（一

30、）判斷傳質(zhì)方向與傳質(zhì)推動(dòng)力: : 1.判斷傳質(zhì)方向判斷傳質(zhì)方向: : ye=mx xe= y/m若若 y ye，吸收過程，吸收過程 若若 x xe，解吸過程，解吸過程 y = ye，平衡過程，平衡過程 x = xe，平衡過程，平衡過程 y ye，解吸過程，解吸過程 x pep=pepyey=yeyYeY=YeYYe液液相相ccexxeXXeyxABCxAyA,exA,eyAxe/xyCxxc,eye結(jié)論結(jié)論組成點(diǎn)組成點(diǎn)A在平衡線上方，為吸收過程在平衡線上方，為吸收過程組成點(diǎn)組成點(diǎn)B在平衡線上，為平衡過程在平衡線上，為平衡過程組成點(diǎn)組成點(diǎn)C在平衡線下方，為解吸過程在平衡線下方，為解吸過程8.2氣

31、液相平衡氣液相平衡y=mxexcyc,e化工原理化工原理2. 確定傳質(zhì)的推動(dòng)力確定傳質(zhì)的推動(dòng)力當(dāng)傳質(zhì)進(jìn)行時(shí)，其速率與傳質(zhì)的推動(dòng)力大小有關(guān)，傳質(zhì)過程是否容易當(dāng)傳質(zhì)進(jìn)行時(shí)，其速率與傳質(zhì)的推動(dòng)力大小有關(guān)，傳質(zhì)過程是否容易進(jìn)行取決于實(shí)際組成偏離平衡組成的程度，因而推動(dòng)力可用一相的實(shí)際進(jìn)行取決于實(shí)際組成偏離平衡組成的程度，因而推動(dòng)力可用一相的實(shí)際組成與其對應(yīng)的平衡組成之差來表示組成與其對應(yīng)的平衡組成之差來表示 。說明說明 實(shí)際組成偏離平衡組成的實(shí)際組成偏離平衡組成的程度愈大，過程的推動(dòng)力愈程度愈大，過程的推動(dòng)力愈大，其傳質(zhì)速率愈大，吸收大，其傳質(zhì)速率愈大，吸收/ /解吸過程愈容易進(jìn)行。解吸過程愈容易進(jìn)行

32、。吸收吸收平衡平衡解吸解吸氣氣相相p-pe0p-pey-ye0y-yeY-Ye0Y-Ye液液相相c-ce0c-cex-xe0 x-xeX-Xe0X-Xe8.2氣液相平衡氣液相平衡化工原理化工原理O(x,y)xe-xy-yeyyexex平衡曲線平衡曲線吸收：吸收： y - ye 0 y x（不是傳質(zhì)推動(dòng)力，因?yàn)椴煌啵ú皇莻髻|(zhì)推動(dòng)力，因?yàn)椴煌? xe - x 0 , p- pe 0， ce - c 0 8.2氣液相平衡氣液相平衡化工原理化工原理yeyO(x,y)x-xeye -yxex平衡曲線平衡曲線解吸：解吸： ye - y 0 ， x - xe 0 ， pe - p 0， c - ce 0

33、 8.2氣液相平衡氣液相平衡化工原理化工原理3. 確定過程的極限確定過程的極限: : y1x1 x1ex2y2即使吸收塔很高，吸收劑量很小，即使吸收塔很高，吸收劑量很小，x1 x1,max= x1e= y1/m（1）吸收液的最大組成吸收液的最大組成8.2氣液相平衡氣液相平衡化工原理化工原理y1x1x2y2 y2e當(dāng)吸收劑用量很大而氣流很小，當(dāng)吸收劑用量很大而氣流很小，即使吸收塔無限高時(shí)即使吸收塔無限高時(shí)y1 y2,min= y2e= mx2（2 2）吸收尾氣的最小組成）吸收尾氣的最小組成8.2氣液相平衡氣液相平衡化工原理化工原理x1 y1/m y1 mx2 相平衡關(guān)系限制了相平衡關(guān)系限制了吸收

34、溶劑離塔時(shí)的最高含量吸收溶劑離塔時(shí)的最高含量& &氣體混合物離塔時(shí)的最低含量氣體混合物離塔時(shí)的最低含量8.2氣液相平衡氣液相平衡化工原理化工原理吸收相平衡關(guān)系吸收相平衡關(guān)系【例例】已知在總壓已知在總壓101.3kPa及溫度及溫度20下，液相中氨的摩爾濃度為下，液相中氨的摩爾濃度為0.582kmol/m3，氣相中氨的平衡分壓為，氣相中氨的平衡分壓為800Pa，若在此濃度范圍內(nèi)的相，若在此濃度范圍內(nèi)的相平衡關(guān)系符合亨利定律，試求：平衡關(guān)系符合亨利定律，試求：H、E、m。 【例例】在總壓在總壓1200kPa、溫度、溫度303K下，含下，含CO2 5%（體積分?jǐn)?shù)）的氣體與含（體積分?jǐn)?shù)）

35、的氣體與含 CO2為為1.0g/L的水溶液相遇，問：的水溶液相遇，問： 會(huì)發(fā)生吸收還是會(huì)發(fā)生吸收還是解解吸？吸？ 以分壓差表示的推動(dòng)力有多大？以分壓差表示的推動(dòng)力有多大？ 若要改變其傳質(zhì)方向可采取哪些措施？若要改變其傳質(zhì)方向可采取哪些措施？8.2氣液相平衡氣液相平衡化工原理化工原理【例例】在總壓在總壓101.3kPa，溫度，溫度30的條件下的條件下, SO2摩爾分率為摩爾分率為0.3的混的混合氣體與合氣體與SO2摩爾分率為摩爾分率為0.01的水溶液相接觸，試問：的水溶液相接觸，試問： (1) 從液相分析從液相分析SO2的傳質(zhì)方向；的傳質(zhì)方向； (2) 從氣相分析，其它條件不變，溫度降到從氣相分

36、析，其它條件不變，溫度降到0時(shí)時(shí)SO2的傳質(zhì)方向；的傳質(zhì)方向； (3) 其它條件不變，從氣相分析，總壓提高到其它條件不變，從氣相分析，總壓提高到202.6kPa時(shí)時(shí)SO2的傳質(zhì)的傳質(zhì) 方向，并計(jì)算以液相摩爾分率差及氣相摩爾率差表示的傳質(zhì)推動(dòng)力。方向，并計(jì)算以液相摩爾分率差及氣相摩爾率差表示的傳質(zhì)推動(dòng)力。SO2在在101.33kPa、0、30 時(shí)亨利系數(shù)時(shí)亨利系數(shù)E=1670kPa、4850kPa8.2氣液相平衡氣液相平衡化工原理化工原理 從液相分析從液相分析 故故SO2必然從液相轉(zhuǎn)移到氣相，進(jìn)行解吸過程。必然從液相轉(zhuǎn)移到氣相，進(jìn)行解吸過程。解解：(1) 查得在總壓查得在總壓101.3kPa，溫

37、度，溫度30條件下條件下SO2在在 水中的亨利系數(shù)水中的亨利系數(shù)E=4850kPa 所以所以47.88pEm=31014850=. .0.01=x 006270=884730=. . . .myxe8.2氣液相平衡氣液相平衡化工原理化工原理420.167 10*0.010.16101.33*SOEymxxPyy傳質(zhì)過程為吸收，由氣相向液相轉(zhuǎn)移(2)8.2氣液相平衡氣液相平衡化工原理化工原理(3) 在總壓在總壓202.6kPa，溫度，溫度30條件下，條件下，SO2在水中的亨利系在水中的亨利系數(shù)數(shù)E=4850kPa 23.94pEm=62024850=. .01250=942330=. . . .

38、myxe從氣相分析從氣相分析ye=mx=23.940.01=0.24cAi，在在PQ面：面：以以JA的速率由氣相主體向界面擴(kuò)散。的速率由氣相主體向界面擴(kuò)散。在氣液相界面在氣液相界面M-N：組分組分 以以JA的速率溶解并的速率溶解并傳遞到液相主體中去傳遞到液相主體中去, cAi 恒定。恒定。對于組分對于組分 B，cBicB，在在PQ面：面：以以JB的速率由界面向氣相主體擴(kuò)散。的速率由界面向氣相主體擴(kuò)散。如果：如果：在氣液相界面，組分在氣液相界面，組分 B以同一速率以同一速率JB由由液相主體傳遞到界面中去。液相主體傳遞到界面中去。 通過斷面通過斷面PQ的凈的凈物質(zhì)量為零，這種現(xiàn)象稱為物質(zhì)量為零，這

39、種現(xiàn)象稱為等分子反向擴(kuò)散等分子反向擴(kuò)散。定態(tài)過程：定態(tài)過程：氣液界面氣液界面M-N處沒有物質(zhì)積累處沒有物質(zhì)積累8.3 擴(kuò)散和單相傳質(zhì)擴(kuò)散和單相傳質(zhì)NM化工原理化工原理單向擴(kuò)散單向擴(kuò)散PQJANMJBN(凈物流凈物流)主體流動(dòng)主體流動(dòng)氣液界面氣液界面擴(kuò)散方向擴(kuò)散方向z 實(shí)際：實(shí)際：氣體吸收中，為被吸氣體吸收中，為被吸收組分，為惰性組分。液相收組分，為惰性組分。液相中不存在中不存在B組分，組分，通過斷面通過斷面PQ的凈物質(zhì)量不為零，的凈物質(zhì)量不為零，等分子反等分子反向擴(kuò)散不成立向擴(kuò)散不成立。 組分組分 A被液體吸收及組分被液體吸收及組分 B的的反向擴(kuò)散，導(dǎo)致界面處氣體總反向擴(kuò)散，導(dǎo)致界面處氣體總濃

40、度降低，促使混合氣體由氣濃度降低，促使混合氣體由氣相向界面流動(dòng)，此流動(dòng)稱為相向界面流動(dòng)，此流動(dòng)稱為主主體流動(dòng)體流動(dòng)。 在定態(tài)條件下，主體流動(dòng)所帶組分的量必恰好等于組分在定態(tài)條件下，主體流動(dòng)所帶組分的量必恰好等于組分 的的反向擴(kuò)散，以使反向擴(kuò)散，以使cBi保持定態(tài)。保持定態(tài)。JA8.3 擴(kuò)散和單相傳質(zhì)擴(kuò)散和單相傳質(zhì)化工原理化工原理問題：問題：發(fā)生發(fā)生擴(kuò)散擴(kuò)散以及以及主體流動(dòng)主體流動(dòng)的前提各是什么？的前提各是什么？ 發(fā)生單向擴(kuò)散時(shí)，氣相各處的總壓仍可認(rèn)為基本上是相發(fā)生單向擴(kuò)散時(shí)，氣相各處的總壓仍可認(rèn)為基本上是相等的，即等的，即JA=-JB 的前提依然成立。的前提依然成立。只要不滿足等分子反向擴(kuò)散條

41、件，都必然出現(xiàn)主體流動(dòng)。只要不滿足等分子反向擴(kuò)散條件，都必然出現(xiàn)主體流動(dòng)。8.3 擴(kuò)散和單相傳質(zhì)擴(kuò)散和單相傳質(zhì)化工原理化工原理分子擴(kuò)散和主體流動(dòng)的關(guān)系分子擴(kuò)散和主體流動(dòng)的關(guān)系物料系統(tǒng)內(nèi)的分子擴(kuò)散是由物質(zhì)物料系統(tǒng)內(nèi)的分子擴(kuò)散是由物質(zhì)濃度（或分壓）差濃度（或分壓）差而引而引起的起的分子微觀運(yùn)動(dòng)分子微觀運(yùn)動(dòng)；主體流動(dòng)是因系統(tǒng)內(nèi)流體主體與相界面處存在主體流動(dòng)是因系統(tǒng)內(nèi)流體主體與相界面處存在總壓差總壓差引引起的起的流體宏觀流動(dòng)流體宏觀流動(dòng)，起因于分子擴(kuò)散。，起因于分子擴(kuò)散。 主體流動(dòng)是一種分子擴(kuò)散的伴生現(xiàn)象。主體流動(dòng)是一種分子擴(kuò)散的伴生現(xiàn)象。 8.3 擴(kuò)散和單相傳質(zhì)擴(kuò)散和單相傳質(zhì)化工原理化工原理分子擴(kuò)散

42、的速率方程分子擴(kuò)散的速率方程 對平面對平面PQ 作總物料衡算：作總物料衡算：在平面在平面PQ處對組分處對組分A作物料衡算作物料衡算:主體流動(dòng)主體流動(dòng)貢獻(xiàn)貢獻(xiàn)擴(kuò)散貢獻(xiàn)擴(kuò)散貢獻(xiàn)PQJANMJB主體流動(dòng)主體流動(dòng)氣液界面氣液界面擴(kuò)散方向擴(kuò)散方向z8.3 擴(kuò)散和單相傳質(zhì)擴(kuò)散和單相傳質(zhì)NMCA/CMNMCB/CMNA化工原理化工原理對雙組分物系，凈物流速率：對雙組分物系，凈物流速率：上式為組分上式為組分 A 的：的：分子擴(kuò)散速率方程分子擴(kuò)散速率方程（8-16）8.3 擴(kuò)散和單相傳質(zhì)擴(kuò)散和單相傳質(zhì)化工原理化工原理分子擴(kuò)散速率的積分式分子擴(kuò)散速率的積分式 (1) 等分子反向擴(kuò)散（等分子反向擴(kuò)散（無主體流動(dòng)無主

43、體流動(dòng)）濃濃度度擴(kuò)散距離擴(kuò)散距離zcA1cA2圖圖8-11等分子反向擴(kuò)散等分子反向擴(kuò)散 在擴(kuò)散方向在擴(kuò)散方向z上相距上相距 取兩個(gè)平面，組分取兩個(gè)平面，組分 A在在兩平面處的濃度分別為兩平面處的濃度分別為cA1與與cA2（圖（圖-11）。）。在等分子反向擴(kuò)散時(shí)，在等分子反向擴(kuò)散時(shí)， NM = N = 0，或，或 NA+NB = 0 ，由式，由式 （8-16）得）得:8.3 擴(kuò)散和單相傳質(zhì)擴(kuò)散和單相傳質(zhì)化工原理化工原理 定態(tài)擴(kuò)散，定態(tài)擴(kuò)散， 為一常數(shù)，故上式積分可得：為一常數(shù)，故上式積分可得： 表明在擴(kuò)散方向上組分表明在擴(kuò)散方向上組分 的濃度分布為一直線。的濃度分布為一直線。 對于理想氣體，組分

44、的濃度與分壓的關(guān)系為：對于理想氣體，組分的濃度與分壓的關(guān)系為：8.3 擴(kuò)散和單相傳質(zhì)擴(kuò)散和單相傳質(zhì)化工原理化工原理(2) 單向擴(kuò)散單向擴(kuò)散濃濃度度擴(kuò)散距離擴(kuò)散距離zcA1cA2圖圖8-12 單向擴(kuò)散單向擴(kuò)散 在氣體吸收中溶質(zhì)在氣體吸收中溶質(zhì)A溶解于溶劑中，溶解于溶劑中，惰性氣體惰性氣體B不溶解于溶劑中，則液不溶解于溶劑中，則液相中不存在組分相中不存在組分B，此過程為組分，此過程為組分A通過另一通過另一“靜止靜止”組分組分B的單向的單向擴(kuò)散。擴(kuò)散。分子擴(kuò)散：分子擴(kuò)散：主體流動(dòng)：主體流動(dòng)：8.3 擴(kuò)散和單相傳質(zhì)擴(kuò)散和單相傳質(zhì)化工原理化工原理NB=0在定態(tài)條件下在定態(tài)條件下 NA為常數(shù)，將上式積分可

45、得為常數(shù)，將上式積分可得210AAMccAAMAccdcDCdzN 1212BBMAMAMMAccDCccccDCNlnln 8.3 擴(kuò)散和單相傳質(zhì)擴(kuò)散和單相傳質(zhì)化工原理化工原理BMAABMBBBBcccccccc211212ln )(21AABMMAccccDN 1212BBBBBMcclnccc 令令cA1-cA2=cB2-cB1cM=cA1+cB1=cA2+cB2單向擴(kuò)散時(shí)單向擴(kuò)散時(shí)的傳質(zhì)速率的傳質(zhì)速率方程式方程式組分組分B濃度的濃度的對數(shù)平均值對數(shù)平均值8.3 擴(kuò)散和單相傳質(zhì)擴(kuò)散和單相傳質(zhì)化工原理化工原理 對氣相和液相均適用，氣相擴(kuò)散時(shí)，混合物的總濃度對氣相和液相均適用，氣相擴(kuò)散時(shí)，混

46、合物的總濃度cM 與總壓與總壓P的關(guān)系為的關(guān)系為cM=p/RT, 積分可寫為積分可寫為（8-22） 8.3 擴(kuò)散和單相傳質(zhì)擴(kuò)散和單相傳質(zhì)1212BBBBBMPPlnPPP 210AAPPAAAPPdPRTPDdzN 化工原理化工原理 比較上兩式可以發(fā)現(xiàn)：單向擴(kuò)散時(shí)的傳質(zhì)速率比等分子反向擴(kuò)散增大了比較上兩式可以發(fā)現(xiàn)：單向擴(kuò)散時(shí)的傳質(zhì)速率比等分子反向擴(kuò)散增大了（cM/cBM）或者）或者（p/pBM） ，稱為，稱為“漂流因子漂流因子”。顯然。顯然P/pBM1，漂流因子的，漂流因子的大小直接反映了大小直接反映了 主體流動(dòng)在傳質(zhì)中所占分量的大小，即主體流動(dòng)在傳質(zhì)中所占分量的大小，即漂流因子體現(xiàn)了主體漂流

47、因子體現(xiàn)了主體流動(dòng)對傳質(zhì)速率的影響。流動(dòng)對傳質(zhì)速率的影響。單向擴(kuò)散的傳質(zhì)速率單向擴(kuò)散的傳質(zhì)速率)(21AABmMACCCCDN 等分子反向擴(kuò)散的傳質(zhì)速率等分子反向擴(kuò)散的傳質(zhì)速率)(21AABmAppppRTDN 8.3 擴(kuò)散和單相傳質(zhì)擴(kuò)散和單相傳質(zhì)化工原理化工原理8.3.2 擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù) D說明說明：擴(kuò)散系數(shù)是物質(zhì)的傳遞性質(zhì)，與：擴(kuò)散系數(shù)是物質(zhì)的傳遞性質(zhì)，與T, PT, P和混合物中和混合物中組分組分含量含量的有關(guān)的有關(guān)如何得到？如何得到？ 實(shí)驗(yàn)測定實(shí)驗(yàn)測定 查手冊查手冊組分在氣體中的擴(kuò)散系數(shù)半經(jīng)驗(yàn)式組分在氣體中的擴(kuò)散系數(shù)半經(jīng)驗(yàn)式8.3 擴(kuò)散和單相傳質(zhì)擴(kuò)散和單相傳質(zhì)化工原理化工原理例例8.

48、2氣相擴(kuò)散系數(shù)的測定氣相擴(kuò)散系數(shù)的測定 在圖在圖8-13所示的垂直細(xì)管中盛以待測組分的液體，該組分通過靜止氣層所示的垂直細(xì)管中盛以待測組分的液體，該組分通過靜止氣層擴(kuò)散至管口被另一股氣流帶走。緊貼液面上方組分?jǐn)U散至管口被另一股氣流帶走。緊貼液面上方組分 的分壓為液體的分壓為液體 在一定溫度下的飽和蒸氣壓，在一定溫度下的飽和蒸氣壓，管口處管口處 的分壓可視為零的分壓可視為零。組分。組分 的的汽化使擴(kuò)散距離不斷增加，記錄時(shí)間汽化使擴(kuò)散距離不斷增加，記錄時(shí)間與的關(guān)系即可計(jì)算與的關(guān)系即可計(jì)算 在中在中的擴(kuò)散系數(shù)。的擴(kuò)散系數(shù)。z擴(kuò)散距離擴(kuò)散距離液體液體A氣流氣流B圖圖8-13 例例 8-2附圖附圖PA2

49、=0PA1=飽和蒸汽壓（查手飽和蒸汽壓（查手冊）冊） ，PA2=0 PA1+PB1=PA2+PB2=P化工原理化工原理 在在101.3 kPa、48下測定下測定CCl4在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)，記錄的時(shí)間在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)，記錄的時(shí)間與距與距離離 的關(guān)系見附表，試求擴(kuò)散系數(shù)。的關(guān)系見附表，試求擴(kuò)散系數(shù)?；ぴ砘ぴ?解解: CCl4通過靜止氣體層的擴(kuò)散為單向擴(kuò)散，且為一非定態(tài)過程。但因通過靜止氣體層的擴(kuò)散為單向擴(kuò)散，且為一非定態(tài)過程。但因擴(kuò)散距離的變化緩慢，故可作為擬定態(tài)處理。擴(kuò)散距離的變化緩慢，故可作為擬定態(tài)處理。)(21AABmAppppRTzDN PB2+PA2=PB1+PA1 PA2=0

50、 PA1 - PA2=PB2 - PB1 = PA1 PBm112BB2BBPPlnPP a化工原理化工原理 設(shè)為細(xì)管的截面積，設(shè)為細(xì)管的截面積，L 為為 CCl4液體密度，在液體密度，在d時(shí)間內(nèi)汽化的時(shí)間內(nèi)汽化的CCl4量應(yīng)等于量應(yīng)等于CCl4擴(kuò)散出管口的量，即：擴(kuò)散出管口的量，即：或或b將式將式 () 代入式代入式 () 并積分可得并積分可得:其中：其中：化工原理化工原理 現(xiàn)以時(shí)間現(xiàn)以時(shí)間為橫坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)，z2為縱坐標(biāo)將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作圖（見圖為縱坐標(biāo)將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作圖（見圖8-14），并），并以最小二乘法求得直線的斜率為以最小二乘法求得直線的斜率為: 在在321、101.3Pa下查得下查得 CC

51、l4的飽和蒸氣壓為的飽和蒸氣壓為pA密度密度并根并根據(jù)已知條件可求出據(jù)已知條件可求出pB、pB2。從從而求出擴(kuò)散系數(shù)而求出擴(kuò)散系數(shù)D。課后題課后題8-6，8-7化工原理化工原理組分在液體中的擴(kuò)散系數(shù)組分在液體中的擴(kuò)散系數(shù)一般手冊中所載的數(shù)據(jù)均為稀溶液中的擴(kuò)散系數(shù)；一般手冊中所載的數(shù)據(jù)均為稀溶液中的擴(kuò)散系數(shù)；當(dāng)擴(kuò)散組分為低摩爾質(zhì)量的非電解質(zhì)，其在稀溶液中的擴(kuò)散系數(shù)可按當(dāng)擴(kuò)散組分為低摩爾質(zhì)量的非電解質(zhì)，其在稀溶液中的擴(kuò)散系數(shù)可按下式估計(jì)：下式估計(jì)： 液體的擴(kuò)散系數(shù)與液體的擴(kuò)散系數(shù)與溫度、黏度的關(guān)系溫度、黏度的關(guān)系8.3 擴(kuò)散和單相傳質(zhì)擴(kuò)散和單相傳質(zhì)化工原理化工原理8.3.3對流傳質(zhì)對流傳質(zhì)定義：定

52、義：流動(dòng)流體流動(dòng)流體與相界面之間的物質(zhì)傳遞稱為對流傳質(zhì)。與相界面之間的物質(zhì)傳遞稱為對流傳質(zhì)。(1) 層流流動(dòng)層流流動(dòng)溶組分溶組分 在垂直于流動(dòng)方向上的傳遞機(jī)理仍為分子擴(kuò)散，但流動(dòng)改變在垂直于流動(dòng)方向上的傳遞機(jī)理仍為分子擴(kuò)散，但流動(dòng)改變了橫截面了橫截面 上的濃度分布。上的濃度分布。 根據(jù)擴(kuò)散速率式根據(jù)擴(kuò)散速率式 由于界面濃度梯度由于界面濃度梯度 (dcA/dz)w 變大，變大， 強(qiáng)化了傳質(zhì)。強(qiáng)化了傳質(zhì)。8.3 擴(kuò)散和單相傳質(zhì)擴(kuò)散和單相傳質(zhì)化工原理化工原理() 湍流流動(dòng)湍流流動(dòng) 流動(dòng)核心湍化，橫向的湍流脈動(dòng)促進(jìn)了橫向的物質(zhì)傳遞，流動(dòng)核心湍化，橫向的湍流脈動(dòng)促進(jìn)了橫向的物質(zhì)傳遞，流體主體濃度分布被均

53、化，界面處的濃度梯度進(jìn)一步變流體主體濃度分布被均化，界面處的濃度梯度進(jìn)一步變大。在主體與界面濃度差相等的情況下，傳遞速率得到大。在主體與界面濃度差相等的情況下，傳遞速率得到進(jìn)一步的提高。進(jìn)一步的提高。8.3 擴(kuò)散和單相傳質(zhì)擴(kuò)散和單相傳質(zhì)化工原理化工原理對流傳質(zhì)速率對流傳質(zhì)速率 將流體與界面之間組分將流體與界面之間組分 A的傳質(zhì)速率的傳質(zhì)速率 NA 寫成傳質(zhì)速率正比于界面濃寫成傳質(zhì)速率正比于界面濃度與流體主體濃度之差的形式。度與流體主體濃度之差的形式。 氣液兩相的濃度都可用不同的單位表示，所以對流傳質(zhì)速率式可寫成氣液兩相的濃度都可用不同的單位表示，所以對流傳質(zhì)速率式可寫成多種形式。多種形式。 氣

54、相與界面的傳質(zhì)速率式可寫成：氣相與界面的傳質(zhì)速率式可寫成：p, pi- 溶質(zhì)溶質(zhì)A在氣相主體與界面處的分壓，在氣相主體與界面處的分壓，Kpay, yi-溶質(zhì)溶質(zhì)A在氣相主體與界面處的摩爾分?jǐn)?shù)在氣相主體與界面處的摩爾分?jǐn)?shù)kG-以分壓差表示推動(dòng)力的氣相傳質(zhì)系數(shù)，以分壓差表示推動(dòng)力的氣相傳質(zhì)系數(shù)，Kmol/(s m2 KPa)ky-以摩爾分?jǐn)?shù)差表示推動(dòng)力的氣相傳質(zhì)系數(shù)，以摩爾分?jǐn)?shù)差表示推動(dòng)力的氣相傳質(zhì)系數(shù)，Kmol/(s m2 )8.3 擴(kuò)散和單相傳質(zhì)擴(kuò)散和單相傳質(zhì)化工原理化工原理液相與界面的傳質(zhì)速率式可寫成：液相與界面的傳質(zhì)速率式可寫成：c, ci- 溶質(zhì)溶質(zhì)A在液相主體與界面處的濃度，在液相主體

55、與界面處的濃度，Kmol/m3x, xi-溶質(zhì)溶質(zhì)A在液相主體與界面處的摩爾分?jǐn)?shù)在液相主體與界面處的摩爾分?jǐn)?shù)kG-以分壓差表示推動(dòng)力的氣相傳質(zhì)系數(shù)，以分壓差表示推動(dòng)力的氣相傳質(zhì)系數(shù)，Kmol/(s m2 KPa)ky-以摩爾分?jǐn)?shù)差表示推動(dòng)力的氣相傳質(zhì)系數(shù)，以摩爾分?jǐn)?shù)差表示推動(dòng)力的氣相傳質(zhì)系數(shù)，Kmol/(s m2 )8.3 擴(kuò)散和單相傳質(zhì)擴(kuò)散和單相傳質(zhì)化工原理化工原理傳質(zhì)系數(shù)的無量綱關(guān)聯(lián)式傳質(zhì)系數(shù)的無量綱關(guān)聯(lián)式),(duDfk 影響傳質(zhì)系數(shù)的因素：影響傳質(zhì)系數(shù)的因素： 利用量綱分析法得利用量綱分析法得 ：)s,R(fshce Dkdsh 薛伍德準(zhǔn)數(shù)薛伍德準(zhǔn)數(shù) udRe=雷諾數(shù)（流動(dòng)影響）雷諾數(shù)

56、（流動(dòng)影響） Dsc 施密特準(zhǔn)數(shù)（物性影響）施密特準(zhǔn)數(shù)（物性影響） 通過實(shí)驗(yàn)測定不同設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，如濕壁塔：通過實(shí)驗(yàn)測定不同設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，如濕壁塔：3308300230=. . . .cesRsh化工原理化工原理8.3.4物質(zhì)傳遞與動(dòng)量、熱量傳遞的類比物質(zhì)傳遞與動(dòng)量、熱量傳遞的類比牛頓流體層流時(shí)的動(dòng)量傳遞速率用牛頓黏性定律表示；牛頓流體層流時(shí)的動(dòng)量傳遞速率用牛頓黏性定律表示；靜止物體中的熱傳導(dǎo)速率用傅里葉定律表示；靜止物體中的熱傳導(dǎo)速率用傅里葉定律表示；分子擴(kuò)散速率則用費(fèi)克定律表示。分子擴(kuò)散速率則用費(fèi)克定律表示。對一維傳遞，可寫成如下形式對一維傳遞，可寫成如下形式: :8.3 擴(kuò)散和單

57、相傳質(zhì)擴(kuò)散和單相傳質(zhì)化工原理化工原理傳熱方式與傳質(zhì)方式的對比傳熱方式與傳質(zhì)方式的對比 化工原理化工原理8.3.5 對流傳質(zhì)理論對流傳質(zhì)理論物理模型物理模型數(shù)學(xué)描述數(shù)學(xué)描述數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型傳質(zhì)系數(shù)的理論式傳質(zhì)系數(shù)的理論式解析求解解析求解研究者根據(jù)各自對過程的理解研究者根據(jù)各自對過程的理解對對流傳質(zhì)過程作理論上的探討，提出不同的物理模型。對對流傳質(zhì)過程作理論上的探討，提出不同的物理模型。三個(gè)重要的傳質(zhì)模型三個(gè)重要的傳質(zhì)模型8.3 擴(kuò)散和單相傳質(zhì)擴(kuò)散和單相傳質(zhì)化工原理化工原理有效膜理論有效膜理論模型要點(diǎn)：模型要點(diǎn)： 相界面處存在一層虛擬的停滯膜相界面處存在一層虛擬的停滯膜; 膜外為流體流動(dòng)的湍流區(qū)；

58、膜外為流體流動(dòng)的湍流區(qū)； 停滯膜非常薄，膜內(nèi)無物質(zhì)累積，停滯膜非常薄，膜內(nèi)無物質(zhì)累積， 為穩(wěn)態(tài)分子擴(kuò)散為穩(wěn)態(tài)分子擴(kuò)散 ； 對流傳質(zhì)阻力全部集中于停滯膜內(nèi)。對流傳質(zhì)阻力全部集中于停滯膜內(nèi)。 基于停滯膜模型，可以利用分子擴(kuò)散理論基于停滯膜模型，可以利用分子擴(kuò)散理論描述對流傳質(zhì)問題。描述對流傳質(zhì)問題。相界面氣相主體G 停滯膜模型8.3 擴(kuò)散和單相傳質(zhì)擴(kuò)散和單相傳質(zhì)化工原理化工原理氣液界面兩側(cè)各存在一層靜止的氣膜和液膜，其厚度為氣液界面兩側(cè)各存在一層靜止的氣膜和液膜，其厚度為G 和和L，全部傳，全部傳質(zhì)阻力集中于該兩層靜止膜中，膜中的傳質(zhì)是定態(tài)的分子擴(kuò)散。質(zhì)阻力集中于該兩層靜止膜中，膜中的傳質(zhì)是定態(tài)的

59、分子擴(kuò)散。發(fā)生在流動(dòng)著的流體與相界面之間的傳質(zhì)過程。在滯流內(nèi)層主要是分子發(fā)生在流動(dòng)著的流體與相界面之間的傳質(zhì)過程。在滯流內(nèi)層主要是分子擴(kuò)散。在過渡層既有分子擴(kuò)散擴(kuò)散。在過渡層既有分子擴(kuò)散,也有對流擴(kuò)散。在湍流主體中主要是對流也有對流擴(kuò)散。在湍流主體中主要是對流擴(kuò)散擴(kuò)散,阻力很小阻力很小,可以忽略可以忽略,即認(rèn)為濃度一致。即認(rèn)為濃度一致。對流傳質(zhì)是湍流主體與相界面之間的渦流擴(kuò)散與分子擴(kuò)散兩種傳質(zhì)作用對流傳質(zhì)是湍流主體與相界面之間的渦流擴(kuò)散與分子擴(kuò)散兩種傳質(zhì)作用的總和。的總和。8.3 擴(kuò)散和單相傳質(zhì)擴(kuò)散和單相傳質(zhì)化工原理化工原理8.3 擴(kuò)散和單相傳質(zhì)擴(kuò)散和單相傳質(zhì)化工原理化工原理傳質(zhì)速率方程傳質(zhì)速

60、率方程 AiABmGApppPRTDN BmGGppRTDk AiAGAppkN- 對于氣相對于氣相對于液相對于液相 ccCDCNiBmLA 0BmMLLLccDk cckNiLA- 8.3 擴(kuò)散和單相傳質(zhì)擴(kuò)散和單相傳質(zhì)化工原理化工原理則有：則有： iyAyykN xxkNixA 令令 ky=pkG kx=cMkL )(iGiGAyypkppkN xxckcckNiMLiLA 式中：式中：ky 以氣相摩爾分?jǐn)?shù)差為推動(dòng)力的氣膜傳質(zhì)系數(shù)；以氣相摩爾分?jǐn)?shù)差為推動(dòng)力的氣膜傳質(zhì)系數(shù)； kx 以液相摩爾分?jǐn)?shù)差為推動(dòng)力的液膜傳質(zhì)系數(shù)以液相摩爾分?jǐn)?shù)差為推動(dòng)力的液膜傳質(zhì)系數(shù)8.3 擴(kuò)散和單相傳質(zhì)擴(kuò)散和單相傳質(zhì)化工原理化工原理