化工原理王志魁第五版-吸收5-3(1)(鄭州大學授課講義).ppt

1、化工原理,第5章 吸 收,10/8/2020,2,5. 吸收,本章核心內(nèi)容提要,概述,氣液相平衡,吸收過程的傳質(zhì)速率 (教材5.3),(教材5.1),(教材5.2),吸收塔的計算 (教材5.4),填料塔 (教材5.5),3,吸收操作中的溶解度系數(shù)通常指的是下列哪項？,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 吸收過程的傳質(zhì)速率,吸收過程中相際的傳質(zhì)包括3個串聯(lián)步驟： 1. 從氣相主體到氣液界面氣相一側(cè) 2. 在相界面上溶解并進入其液相一側(cè) 3. 從界面液相一側(cè)到液相主體,總傳質(zhì)速率由速率最慢步驟（控制步驟

2、）決定。,5. 吸收,10/8/2020,5,5.3 吸收過程的傳質(zhì)速率,5.3.1 傳質(zhì)基本理論概述,5.3.2 相際傳質(zhì)的雙膜理論,5.3.3 相際傳質(zhì)速率方程,5. 吸收,10/8/2020,6,5.3.1 傳質(zhì)基本理論概述,傳質(zhì)速率定義,摩爾通量(Ni)：單位時間通過單位面積傳遞組分 i 的物質(zhì)的量。,質(zhì)量通量(ni)：單位時間通過單位面積傳遞組分 i 的質(zhì)量。,5. 吸收,10/8/2020,7,5.3.1 傳質(zhì)基本理論概述,傳質(zhì)機理,（1） 分子擴散通過分子熱運動進行的質(zhì)量傳遞。 （2） 對流傳質(zhì)流體宏觀運動時發(fā)生的質(zhì)量傳遞。,5. 吸收,10/8/2020,8,分子擴散基本定律費

3、克定律,分子擴散,分子擴散可在單相中進行（如紅墨水在水中的擴散），也可以在氣、液、固相間進行（如香水擴散，氣-液相間；活性炭吸異味，氣-固間）。,5. 吸收,10/8/2020,9,擴散系數(shù)的討論,（1） D的物理意義：濃度梯度數(shù)值為1時的擴散通量。單位：m2/s。其大小表明物質(zhì)的擴散能力大小 。,（2）D是物系的屬性，其大小與物質(zhì)分子間作用力大小有關(guān)。氣體、液體、固體擴散系數(shù)的量級分別為：10-510-4，10-910-10，10-910-14 m2/s,5. 吸收,10/8/2020,10,下列哪個定律不是描述傳遞過程的實驗定律？,亨利定律,費克定律,傅里葉定律,A,B,C,提交,10/8

4、/2020,11,擴散系數(shù)的討論,（3）溫度、壓力的影響。,氣體擴散系數(shù)隨壓力的增加而減少。,（4）濃度影響。對理想氣體和稀溶液，濃度影響不大；而非理想氣體和一般溶液的D則是濃度的函數(shù)。,氣體、液體和固體的擴散系數(shù)一般都隨溫度升高而增大。,液體的擴散系數(shù)與壓力無關(guān)。,5. 吸收,10/8/2020,12,隔板兩側(cè)A、B總濃度相等(密度相等)：,拿去隔板，A、B發(fā)生速率相等、方向相反的凈擴散：,等分子反方向擴散,分子擴散的兩種簡單情形,等分子反方向擴散,5. 吸收,10/8/2020,13,【例】氣體A穿過停滯組分B擴散到達界面：,A：不斷溶解而移向界面另一側(cè) B：沒有反向穿過界面的擴散流,出現(xiàn)

5、A、B以共同速度流向界面的運動 總體流動（主體流動）,總結(jié)果：界面處出現(xiàn)微小負壓，,實際上，只要界面另一側(cè)不能對等地提供B，總體流動都會發(fā)生,單項擴散（重點）,5. 吸收,10/8/2020,14,（1）氣體A穿過停滯組分B的傳質(zhì)速率,A組分：總體流動與分子擴散疊加,B組分：總體流動與分子擴散抵消,對于單項擴散，,5. 吸收,10/8/2020,15,（2）溶解態(tài)的A進入純?nèi)軇㏒的傳質(zhì)速率,A組分：總體流動與分子擴散疊加,S組分：總體流動與分子擴散抵消,對于單項擴散，,5. 吸收,10/8/2020,16,（3）單項擴散的傳質(zhì)速率方程,分離變量：,積分：,得：,5. 吸收,10/8/2020,

6、17,其中： （對數(shù)平均）,單項擴散傳質(zhì)速率方程,5. 吸收, 傳質(zhì)推動力,即：,10/8/2020,18,采用分壓差表達推動力時，單項擴散傳質(zhì)速率方程為：,5. 吸收,思考1：在液相一側(cè)，采用濃度差表達推動力時，情況又如何？,思考2：在液相一側(cè)，證明,10/8/2020,19,5. 吸收,定義氣相傳質(zhì)系數(shù)： 則,等分子反方向擴散時的傳質(zhì)系數(shù)，常記為,漂流因子（數(shù)值大于1），反映總體流動的影響,（4）單項擴散的傳質(zhì)系數(shù),10/8/2020,20,5. 吸收,對流傳質(zhì),對流傳質(zhì)可以發(fā)生于流體與固體壁面之間，更常見的是發(fā)生于流體主體與相界面之間。,化工單元操作中，對流傳質(zhì)特指流體與相鄰介質(zhì)在接觸面

7、上發(fā)生相對運動時的質(zhì)量傳遞。,流動促使流體微團均勻混合，顯著強化傳質(zhì)。,工程上常采用強制湍流以強化傳質(zhì)。,10/8/2020,21,5. 吸收,對流傳質(zhì)系數(shù),簡化處理：將傳質(zhì)界面一側(cè)的流體看成一個整體，集中考察流體與界面的傳質(zhì)，不關(guān)心流體內(nèi)部的傳質(zhì)。,kc ：對流傳質(zhì)系數(shù),cA，cAi ：流體主體、界面處A濃度,NA = kc (cAi cA),NA,cA cAi,對流傳質(zhì)的影響因素非常復雜，很難建立數(shù)學模型。,10/8/2020,22,5. 吸收,NA = kL (cAi cA),NA = kG (pA pAi),NA = kx (xAi xA),NA = ky (yA yAi),*對流傳質(zhì)

8、系數(shù)的6種具體定義,NA = kX (XAi XA),NA = kY (YA YAi),kx = kL c,容易得到：,ky = kG p,kx kX,稀溶液時：,ky kY,思考：操作壓力提高1倍，各個傳質(zhì)系數(shù)如何變化？,10/8/2020,23,5. 吸收,傳質(zhì)邊界層,傳質(zhì)邊界層（擴散邊界層；濃度邊界層） 發(fā)生對流傳質(zhì)時界面附近形成濃度梯度的區(qū)域。,U0， CA0,傳質(zhì)邊界層,等濃區(qū),CAw,CA=CA0,CACA0,濃度側(cè)形CA (y),10/8/2020,24,5. 吸收,過渡區(qū)：分子擴散+渦流擴散,層流內(nèi)層：分子擴散為主,湍流主體：渦流擴散為主,b,c,壁面湍流傳質(zhì)分區(qū)模型,阻力幾乎為0,阻力居中,阻力很大,10/8/2020,25,5. 吸收,獲取對流傳質(zhì)系數(shù)的方法,假定其數(shù)學表達式，通過實驗回歸擬合參數(shù)。,分析擬合度，若擬合度差需重新假定數(shù)學表達式。,強制對流時，滿足基本關(guān)系 Sh = f (Re, Sc),（1）數(shù)學模型法（僅適用于極少數(shù)情形）,（2）量綱分析指導