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1、1,2.1.3 相平衡在吸收過程中的應(yīng)用,1 判斷過程進(jìn)行的方向因自發(fā)進(jìn)行過程總是趨向體系的平衡方向的，如圖中A、B點(diǎn)所示。 A點(diǎn): yye; xxe 溶質(zhì)向氣相轉(zhuǎn)移 解吸過程,2,2 確定傳質(zhì)過程的推動(dòng)力,組成為 y，x的氣液相接觸，傳質(zhì)推動(dòng)力如圖所示： A點(diǎn)： ； B點(diǎn)： 若氣、液相濃度分別以p,c 表示，則推動(dòng)力為,表示解吸推動(dòng)力。,表示吸收推動(dòng)力。,3,（3）判斷過程進(jìn)行的極限,過程進(jìn)行的極限：最終達(dá)平衡， 平衡濃度為極限狀態(tài) 吸收過程極限y降至最小為ye, 解吸過程x降至最小為xe。,（4）相平衡限制了離開吸收塔時(shí)的,氣相最低濃度Y2min和 液相最高濃度X1max,4,含SO2為1
2、0（體積）的氣體混合物與濃度C為0.020kmol.m-3的SO2水溶液在一個(gè)大氣壓下相接觸。操作條件下兩相的平衡關(guān)系為pe1.62C（大氣壓） ，則SO2將從相向相轉(zhuǎn)移， 以氣相組成表示的傳質(zhì)總推動(dòng)力為_大氣壓. 用亨利系數(shù)E表達(dá)的亨利定律表達(dá)式為_.在常壓下,20時(shí), 氨在空氣中的分壓為69.6mmHg, 與之平衡的氨水濃度為10(kg NH3(100kg)-1H2O).此時(shí)亨利系數(shù)E=_,相平衡常數(shù)m=_.,思考題,5,在常壓下,測(cè)定水中溶質(zhì)A的摩爾濃度為0.56Kmol/m3,此時(shí)氣相中A的平衡摩爾分率為0.02,則此物系的相平衡常數(shù)m=_。當(dāng)其他條件不變，而總壓增加一倍時(shí)，相平衡常數(shù)
3、m=_，此時(shí)的亨利系數(shù)E=_，而溶解度系數(shù)H_。,在總壓p=500KN/m，溫度t=27下使含 CO23.0（體積）的氣體與含CO2370g/m 的水相接觸，試判斷是發(fā)生吸收還是解吸？并計(jì)算 以CO2的分壓差表示傳質(zhì)總推動(dòng)力。 已知：在操作條件下，亨利系數(shù)E=1.73105KN/m 。水溶液的密度可取1000Kg/ m，CO2的分子量44。,6,第二節(jié) 吸收速率,兩個(gè)基本問題：一是過程的極限，取決于吸收的相平衡關(guān)系； 另一是過程的速率。 氣液傳質(zhì)過程: 三個(gè)基本步驟 溶質(zhì)由氣相主體 相界面，（相內(nèi)傳質(zhì)） 溶質(zhì)組分在界面上發(fā)生溶解進(jìn)入液相。 （相際傳質(zhì)） 由界面 液體主體傳遞。（相內(nèi)傳質(zhì)） 溶解
4、過程易進(jìn)行的，其阻力很小。通常認(rèn)為界面上氣液兩相的溶質(zhì)濃度滿足平衡關(guān)系。 總傳質(zhì)過程速率將由相內(nèi)傳質(zhì)速率所決定,溶質(zhì)氣體是憑借擴(kuò)散完成吸收的。 擴(kuò)散=分子擴(kuò)散+渦流擴(kuò)散。,7,2.2.1分子擴(kuò)散與傳質(zhì),（1）分子擴(kuò)散-費(fèi)克定律（Fick）,靜止或?qū)恿鬟\(yùn)動(dòng)的流體,1.分子運(yùn)動(dòng)向各方向是無規(guī)則的 2.分子微觀運(yùn)動(dòng)的結(jié)果 3.在濃度高處的分子向濃度低方向擴(kuò)散，和濃度梯度有關(guān)，表現(xiàn)為數(shù)量大，效率高,a.分子擴(kuò)散 是在相內(nèi)部因濃度梯度的存在，由于分子的無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的物質(zhì)傳質(zhì)現(xiàn)象,8,b. 費(fèi)克定律,Fick定律：?jiǎn)挝粫r(shí)間通過單位面積物質(zhì)的擴(kuò)散量與濃度梯度成正比。與傅立葉定律 相似,只要存在濃度差，
5、必然會(huì)產(chǎn)生分子擴(kuò)散 是描述分子擴(kuò)散的基本規(guī)律,JA組分A沿Z方向的擴(kuò)散通量kmol/m2s； CA組分A在混合物中摩爾濃度kmol/m3 ; DAB組分A在A、B混合物中的擴(kuò)散系數(shù)，m2 /s。 負(fù)號(hào)擴(kuò)散方向沿A濃度降低的方向進(jìn)行,9,（2）等分子反向擴(kuò)散,由A、B組成均相混合物中，若維持各點(diǎn)T,p,C=constant,當(dāng)其內(nèi)部存在A、B組分濃度分布時(shí)，則就會(huì)發(fā)生A、B兩組分的等分子反向擴(kuò)散.,10,其擴(kuò)散通量：JA=-JB,對(duì)雙組分混合物，穩(wěn)定擴(kuò)散條件下： 因混合物中各點(diǎn)總濃度不變：Cm=CA+CB DAB=DBA=D,雙組分物系中當(dāng)各處的濃度相等時(shí)，有A的擴(kuò)散，必然伴有B的分 子擴(kuò)散，二
6、者擴(kuò)散速率相等，方向相反。 擴(kuò)散方向上沒有流體的宏觀運(yùn)動(dòng)，通過PQ面的凈物質(zhì)量為零。 前提：氣液界面能等速率地向氣相提供組分B,11,體現(xiàn)在精餾過程中： 1mol A 氣 液 1mol B 液 氣,對(duì)于穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散則有：,傳質(zhì)速率的大小主要是分子擴(kuò)散的貢獻(xiàn)。,對(duì)于氣相：,12,（3）單向擴(kuò)散與主體流動(dòng),在氣體吸收過程中，由于液相中不存在物質(zhì)B，故不可能向界面提供組分B。（不再是等分子反向擴(kuò)散），而是組分A的單向擴(kuò)散 單向擴(kuò)散：一組分通過另一個(gè)靜止組分的擴(kuò)散,13,在相界面處，A可溶于液相，B不溶于液相。 A在濃度梯度作用下從氣相主體向界面i-i處擴(kuò)散，在界面發(fā)生溶解，進(jìn)入液相，其通量為JA。 界面
7、處A溶于液相中，B在界面處積累。如圖（b)所示, 產(chǎn)生反向擴(kuò)散，其通量JA=-JB 。 界面處A組分的溶解和B組分的反擴(kuò)散，無液相分子通過界面向氣相補(bǔ)充，導(dǎo)致界面處氣相總濃度下降，即總壓下降，使氣體與界面之間產(chǎn)生微小的壓差，從而產(chǎn)生混合氣主體向界面遞補(bǔ)的流動(dòng)，這種遞補(bǔ)流動(dòng)稱之為主體流動(dòng)。,14,主體流動(dòng)使A、B組分向截面擴(kuò)散通量提高，分別是Nb,A、Nb,B,即：Nb=Nb,A+Nb,B Nb為主體流動(dòng)對(duì)傳質(zhì)速率總的貢獻(xiàn) 當(dāng)有主體流動(dòng)存在時(shí)傳質(zhì)速率由兩部分組成，即分子擴(kuò)散及主體流動(dòng)的速率所組成。,15,穩(wěn)態(tài)下,分離變量,取B組分分壓的對(duì)數(shù)平均值,16,以液相及氣相為推動(dòng)力的傳質(zhì)速率方程： 、 稱為漂流因子，其值大于1。 有主體流動(dòng)存在的傳質(zhì)速率大于單純的分子擴(kuò)散反映主體流動(dòng)對(duì)傳質(zhì)速率的貢獻(xiàn)。 描述吸收過程的傳質(zhì)：氣相中的A不斷溶解，B不能進(jìn)入液相。,
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