5.2 气体的吸收-2

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,讲授,姜华,化 工 基 础,An Introduction to Chemical Industry and Engineering,1,教学目的：,熟悉双膜理论的基本论点，掌握吸收的,推动力和吸收速率方程,重点难点：,吸收速率方程,课 型：,理论知识,教学方法：,谈话、讲述,吸收速率,参考文献：,2、3、化工原理叶世超等编,2,吸收的相平衡,(,phase equilibrium),liquid phase,absorbent,S,A,Henrys law,gas phase,solute,A,inert components,B,desorption,absorption,A,A,相平衡,3,亨利定律,（,Henrys law）,用吸收质在溶液中的,摩尔分数,x,表示：,用溶液中吸收质的,物质的量浓度,c（mol.L,-1,）,表示:,用,比摩尔分数,表示亨利定律：,在一定温度下，对于稀溶液，当气液两相达到平衡时，吸收质在液相中的浓度与它在气相中的分压成正比。,4,吸收速率,(,absorption rate),吸收的速率,决定了吸收操作的生产强度，也是吸收,设备选型和设备设计的重要依据。,5,吸收过程,液相主体,气相主体,扩,散,方,向,A,A,（,1,）溶质由气相主体向相界面传递，即在单一相（气相）内传递物质；,（,2,）溶质在气液相界面上的溶解，由气相转入液相，即在相界面上发生溶解过程；,（,3,）溶质自气液相界面向液相主体传递，即在单一相（液相）内传递物质。,6,一、单相内的扩散,物质在一相里的传递是靠扩散作用。发生在流体中的扩散有,分子扩散,与,涡流扩散,两种。,分子扩散：,是在一相内部有浓度差异的条件下，,凭借流体分子无规则热运动而传递物质的，,发生在静止或滞流流体里的扩散就是分子扩散；,涡流扩散：,凭借流体质点的湍动和旋涡而传递物质的,，发生在湍流流体里的扩散主要是涡流扩散。,7,扩散速率:,N,传质速率,(,扩散通量,),，,mol.m,-2,.s,-1,；,z,扩散距离，,m；,C,A,吸收质的浓度，,mol.m,-3,；,D,AB,扩散系数,(,diffusion coefficient),，m,2,.s,-1,。,是物质的物理性质之一，表示物质扩散能力的大小。,等分子反向扩散,Ficks,law,浓度梯度,1,、分子扩散速率,8,扩散系数,D,与,扩散质和扩散介质的种类,、,体系的温度,和,压力,有关。,扩散质的分子体积越小，扩散越容易，,D,的值越大；,温度越高，分子的运动速度越高，,D,的值越大；,体系的压力越低，分子的自由路径越大，,D,的值越大。,扩散系数数值的获得,查相关手册,通过经验公式计算,通过实验测定,扩散系数的影响因素：,9,Under steady state,，,积分上式，,Ficks,law：,液相,气相,分子扩散速率,10,一组分通过另一停滞组分的扩散,分子扩散速率,液相,气相,C,Bm,液体层两侧组分,B,浓度的对数平均值，,mol/m,3,C,0,液相总浓度，,mol/m,3,p,Bm,气体层两侧组分,B,分压的对数平均值，,p,a,P,气相总压力，,p,a,漂流系数,Stephans law,11,2,、涡流扩散速率,D,E,涡流扩散系数，,m,2,.s,-1,，不是物质的特性常数，它与湍流程度有关，且随质点位置而异。,12,3,、对流扩散速率,湍流流体,中，,涡流扩散,和,分子扩散,同时起着传质作用，对流扩散速率为：,很难测定,通常传质设备中的流体都是流动的，流动流体与相界面之间的物质传递称为,对流传质,。,13,Take a rest,14,二、两相间传质,距离,吸收质的分压与浓度,滞流底层,气相主体,液相主体,P,A,C,A,传质方向,描述吸收过程的理论:,双膜理论,Lewis and Whitman 1923,年,溶质渗透理论,Higbie,1935,年,表面更新理论,Dankwerts,1951,年,化工原理叶世超等编,15,三、双膜理论,(,two film theory),液相主体,c,A,气相主体,p,A,气膜,液膜,分,子,扩,散,方,向,p,Ai,c,Ai,=,c,Ai,/H,A,A,距离,吸收质的分压与浓度,气相主体,液相主体,P,A,C,A,传质方向,p,Ai,c,Ai,气膜,液膜,16,气液界面上存在气膜和液膜，气膜和液膜厚度或状态会受流体主体滞留或湍流程度的影响，但膜层总是存在的。,吸收质以分子扩散,（,molecular diffusion）,通过两膜层,。,流体主体,因系湍流，主体中吸收质浓度基本上是均一的，无所谓传质阻力。,吸收质在,两相界面,间处于平衡状态，即,p,Ai,=,c,Ai,/H,，,即相界面上不存在传质的阻力。,吸收过程的全部阻力集中在,两膜,中，吸收过程的推动力:,双膜理论,基本论点,=,p,A,p,Ai,或,=,c,Ai,c,A,双膜理论用于描述具有固定相界面的系统及速度不高的两流体间的传质过程适用性很好。,17,四、吸收速率方程,膜层分吸收速率方程:,对,气膜,层:,(气膜吸收速率方程),（气相吸收系数）,under steady state,根据双膜理论,18,吸收速率方程,对,液膜,层:,（液膜吸收速率方程）,（液相吸收系数）,steady state:,19,液相主体,c,气相主体,p,气膜(,gas film),液膜(,liquid film),相际,分,子,扩,散,方,向,p,i,c,i,=,c,i,/H,steady state:,=总吸收速率,20,吸收速率方程,总吸收速率方程：,液膜分吸收速率方程,根据亨利定律：,气膜分吸收速率方程,气相,总吸收速率方程,气相总吸收系数,21,当吸收质在液相中的溶解度很大时，,H,值较大,吸收过程为,气膜控制,（,gas-film control）,这说明什么问题呢？,对于气膜控制的吸收过程，如要提高其速率，在选择设备型式及确定操作条件时应特别注意减小气膜阻力。,22,吸收速率方程,液相总吸收系数,液膜分吸收速率方程,根据亨利定律：,气膜分吸收速率方程,液相,总吸收速率方程,23,当吸收质在液相中的溶解度很小时，,H,值较小：,吸收过程为,液膜控制,(,liquid-film control),对于液膜控制的吸收过程，如要提高其速率，在选择设备型式及确定操作条件时，应特别注意减小液膜阻力。,24,气膜吸收速率,液膜吸收速率,气相总吸收速率,液相总吸收速率,用,Y,表示气相总吸收速率,用,X,表示液相总吸收速率,吸收速率方程,用,比摩尔分数,表示的总吸收速率方程,25,如何强化吸收过程,想一想,吸收速率,增大气液两相的接触面积,气液逆流接触，可以获得较大的吸收推动力,增大相际的湍流程度可以降低传质的阻力,升高温度分子扩散系数增大，但吸收的推动力减少,加压使分子扩散系数降低，但吸收的推动增大,总 结,26,