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环境工程原理第五章2

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环境科学导论第5章课件

环境科学导论第5章课件

环境科学导论
第8页
5.1.6固体废物处理工程
▪ 固体废物处理工程（Solid waste treatment engineering）可概括为种： （1）物理处理(Physical treatment) 物理处理是通过浓缩或相变化改变固体
废物的结构，使之成为便 于运输、贮存、利用或处置的形态。
（2）化学处理(Chemical treatment) 化学处理是采用化学方法破坏固体废物 中的有害成分从而使其达到无害化。
2024年3月16日1时0分
ａ） 水平压实器 ｂ） 三向垂直压实器 ｃ） 回转式压实器
图5-5 几种常见的固体废物压实器示意图
环境科学导论
第14页
2024年3月16日1时0分
图5-6城市垃圾压缩处理工艺流程
环境科学导论
第15页
5.2.2固体废物破碎技术
破碎(Crush)是在外力的作用下将大块的固体废物分裂为小块或细粉的过 程。经破碎处理后，固体废物尺寸变小，质地更均匀，容重增大，更易于压 实，对后续处理很有利。
2024年3月16日1时0分
环境科学导论
第1页
5.1固体废物概述
固体废物（Solid waste）是指在生产、生活和其他活动中产 生，在一定时间和地点无法利用而被丢弃的污染环境的固态、 半固态废弃物质。在具体生产环节中，由于原材料的混杂程度 ，产品的选择性以及燃料、工艺设备的不同，被丢弃的这部分 物质，从一个生产环节看，它们是废物，而从另一生产环节看 ，它们往往又可以作为另外产品的原料，而是不废之物。因此 ，固体废物又有“放错地点的原料”之称。
1）易燃性 2）腐蚀性 3）反应性 4) 毒性 5）感染性
图5-2 固体废物的污染途径
2024年3月16日1时0分

环境工程原理课后习题答案2-8章

环境工程原理课后习题答案2-8章

课
后
答
案
网
ww w
.k
hd
3.4如图所示，有一水平通风管道，某处直径由400mm减缩至200mm。 为了粗略估计管道中的空气流量，在锥形接头两端各装一个U形管 压差计，现测得粗管端的表压为100mm水柱，细管端的表压为40mm 水柱，空气流过锥形管的能量损失可以忽略，管道中空气的密度为 1.2kg/m3，试求管道的空气流量 。
《第二章 质量衡算与能量衡算》
.c om
2.8 某河流的流量为3.0m3/s，有一条流量为0.05m3/s的
课
后
答
质量流量是多少？假设原河水和小溪中不含示踪剂。
案
网
出，溪水中示踪剂的最低浓度是多少？需加入示踪剂的
ww w
1.0mg/L。为了使河水和溪水完全混合后的示踪剂可以检
.k
hd
溪水中加入示踪剂。假设仪器检测示踪剂的浓度下限为
A1 19 19 1.12 19 15 Am 16.9 19 ln 15 A1 19 1.27 A2 15
1 0.002 1 0.00026 0.000176 458 45 3490 2.95 10 3 m 2 K / W
课
后
答
案
网
α1为管外流体 对流传热系数
rm1 3 28.47 mm 30 ln 27 30 43.28mm 60 ln 30 30 73.99mm 90 ln 60
rm 3
课
rm 2
后
答
案
网
解：设铝复合管、石棉、软木的对数平均半径分别为rm1、rm2、rm3
ww w
.k
hd
aw
.c om

环境工程原理第二版课后答案精编版

环境工程原理第二版课后答案精编版

环境工程原理第二版课后答案文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256）第I 篇 习题解答第一章 绪论简要概述环境学科的发展历史及其学科体系。

解：环境学科是随着环境问题的日趋突出而产生的一门新兴的综合性边缘学科。

它经历了20世纪60年代的酝酿阶段，到20世纪70年代初期从零星的环境保护的研究工作与实践逐渐发展成为一门独立的新兴学科。

环境学科是一门正在蓬勃发展的科学，其研究范围和内涵不断扩展，所涉及的学科非常广泛，而且各个学科间又互相交叉和渗透，因此目前有关环境学科的分支学科还没有形成统一的划分方法。

图1-1是环境学科的分科体系。

图1-1 环境学科体系简要阐述环境工程学的主要任务及其学科体系。

解：环境工程学作为环境学科的一个重要分支，主要任务是利用环境学科以及工程学的方法，研究环境污染控制理论、技术、措施和政策，以改善环境质量，保证人类的身体健康和生存以及社会的可持续发展。

图1-2是环境工程学的学科体系。

环境学科体系环境科学环境工程学环境生态学环境规划与管理图1-2 环境工程学的学科体系去除水中的悬浮物，有哪些可能的方法，它们的技术原理是什么解：去除水中悬浮物的方法主要有：沉淀、离心分离、气浮、过滤（砂滤等）、过滤（筛网过滤）、反渗透、膜分离、蒸发浓缩等。

上述方法对应的技术原理分别为：重力沉降作用、离心沉降作用、浮力作用、物理阻截作用、物理阻截作用、渗透压、物理截留等、水与污染物的蒸发性差异。

空气中挥发性有机物（VOCs ）的去除有哪些可能的技术，它们的技术原理是什么解：去除空气中挥发性有机物（VOCs ）的主要技术有：物理吸收法、化学吸收法、吸附法、催化氧化法、生物法、燃烧法等。

上述方法对应的技术原理分别为：物理吸收、化学吸收、界面吸附作用、氧化还原反应、生物降解作用、燃烧反应。

简述土壤污染可能带来的危害及其作用途径。

解：土壤污染的危害及其作用途径主要有以下几个方面：①通过雨水淋溶作用,可能导致地下水和周围地表水体的污染;②污染土壤通过土壤颗粒物等形式能直接或间接地为人或动物所吸入;③通过植物吸收而进入食物链,对食物链上的生物产生毒害作用等。

环境生物学第五章课件(1)

环境生物学第五章课件(1)
污水处理方法
物理法：沉淀法、过滤法、离心分离法、浮选法、吸附法、 萃取法、吹脱法、蒸发结晶法、反渗透法
化学法：化学凝聚法、中和法、氧化还原法、离子交换法 物化法：电解法、电渗析法 生物法：好氧法、厌氧法等
大气污染物净化方法
气溶胶状态污染物的控制方法 重力沉降 旋风除尘 静电除尘 过滤式除尘
N、 NO3－－N。
常用水质测定指标
总氮：包括有机氮和无机氮化合物的测定。 凯氏氮：指以凯氏法测得的氮量，包括了氨氮和在此条件下
能被转化为铵盐的而测定的有机氮化合物。此类有机氮化合 物主要指蛋白质、氨基酸、核酸、尿素以及氮为负三价的有 机氮化合物，由于一般水中存在的有机氮化合物多为这些， 故，在测定凯氏氮和氨氮之后，两者的差值即有机氮。 氨氮 亚硝酸盐氮 硝酸盐氮
气体状态污染物的吸附与净化 气体吸收法 气体吸附法
大气污染物的生物净化方法 生物吸收法 生物洗涤法 生物过滤法
固体废弃物的处理方法
工业废弃物 物理与化学法：覆盖法、化学反应剂法 生物法：栽种永久性植物
城市垃圾 填埋法 堆肥法 制取沼气 焚烧法
BOD曲线
BOD曲线的七个阶段：
废水生物处理实际是水体的自净原理在水污染治理中 的应用，即模拟天然水体自净作用的生物过程。在特 定构筑物中人工创造适宜条件，充分发挥微生物的作 用以高速度、高效率净化污水，通过微生物代谢产生 的酶来降解转化有机物，将有机物最终转化为无害的 二氧化碳和水，从而使废水得到净化。
环境因素
温度 酸碱度 营养 氧 底物浓度
微生物分解有机物的作用
微生物分解有机物的作用可总括成如下图式：
微生物
复杂有机物
简单有机物
Hale Waihona Puke 胞外酶需氧微生物胞内酶

环境工程原理第五章

环境工程原理第五章

搅拌一下——？
由分子的微观运动引起—— 分子扩散 ——慢 由流体微团的掺混引起—— 涡流扩散 ——快
气体约为0.1m/min，液体约为5×10-4m/min，固体仅为10-7m/min 工程上为了加速传质，通常使流体介质处于湍流状态， 涡流扩散的效果占主要地位
第二节 质量传递的基本原理
二、分子扩散
由分子的不规则热运动而导致的传递
分子扩散过程只有在固体、静止流体或层流 流动的流体中才会单独发生。
分子扩散的速率？
（一）费克定律
cA2 ? cA1
在某一空间充满A、B组分组成的混合物， 处于静止状态，或无总体流动（流体混合 物流动的平均速率为零）
分子热运动的结果将导致A分子由浓度高的 区域向浓度低的区域净扩散，即发生由高浓 度处向低浓度处的分子扩散
某石油化工区地下水色-质联机检测谱图
石油类污染物：5～40mg/L
稠环芳烃类： 15.73 % 苯系物类 ： 62.66% 烷烃类 ： 7.83% 酯、醛、酮 ：13.78%
第一节 环境工程中的传质过程
?试吹验脱系去统除图液体中挥发性组分 吹脱
第一节 环境工程中的传质过程
?吹脱去除液体中挥发性组分
15.00
10.00
5.00
0.00
0.0
2.0
4.0
6.0
气水比
8.0
10.0
第一节 环境工程中的传质过程
去除水、气体和固体中污染物的过程 ——传质过程：
分离中的传质过程：
吸收
气体混合 物中组分 分离
萃取
?液体混合 物中组分 分离
吸附 离子交换 膜分离 ……
利用液体混合物中各组分在不同溶 剂中溶解度的差异分离液体混合物

环境工程原理知识重点归纳

环境工程原理知识重点归纳

环境工程原理知识重点归纳第一章绪论1.“环境工程学”的主要研究对象是什么？2.去除水中的溶解性有机污染物有哪些可能的方法？它们的技术原理是什么？3.简述土壤污染治理的技术体系。

4.简述废物资源化的技术体系。

5.阐述环境净化与污染控制技术原理体系。

6.一般情况下，污染物处理工程的核心任务是：利用隔离、分离和（或）转化技术原理，通过工程手段（利用各类装置），实现污染物的高效、快速去除。

试根据环境净化与污染防治技术的基本原理，阐述实现污染物高效、快速去除的基本技术路线。

第二章质量衡算与能量衡算第一节常用物理量1．什么是换算因数？英尺和米的换算因素是多少？2．什么是量纲和无量纲准数？单位和量纲的区别是什么？3．质量分数和质量比的区别和关系如何？试举出质量比的应用实例。

4．大气污染控制工程中经常用体积分数表示污染物的浓度，试说明该单位的优点，并阐述与质量浓度的关系。

5．平均速度的涵义是什么？用管道输送水和空气时，较为经济的流速范围为多少？第二节质量衡算1.进行质量衡算的三个要素是什么？2.简述稳态系统和非稳态系统的特征。

3.质量衡算的基本关系是甚么？4.以所有组分为对象进行质量衡算时，衡算方程具有甚么特征？5.对存在一级反应过程的系统进行质量衡算时，物质的转化速率如何表示？第三节能量衡算1．物质的总能量由哪几部分组成？系统内部能量的变化与环境的关系如何？2．什么是封闭系统和开放系统？3．简述热量衡算方程的涵义。

4．对于不对外做功的封闭系统，其内部能量的变化如何表现？5．对于不对外做功的开放系统，系统能量能量变化率可如何表示？第四章热量传递第一节热量传递的方式1.甚么是热传导？2.甚么是对流传热？分别举出一个强制对流传热和天然对流传热的实例。

3.简述辐射传热的过程及其特性4.试分析在居室内人体所发生的传热过程，设室内空气处于流动状态。

5.若冬季和夏季的室温均为18℃，人对冷暖的感觉是否相同？在哪种情况下觉得更暖和？为什么？第二节热传导1.简述傅立叶定律的意义和适用条件。

环境工程原理

环境工程原理

第三章：流体流动1.边界层理论：（1）普兰德边界层理论要点：①当实际流体沿壁面流动时，紧贴壁面处存在一层非常薄的区域，在此区域内流体的流速很小，但速度分量沿壁面法向的变化非常迅速，即速度梯度很大，依牛顿粘性定律可知，在Re较大的情况下即使对于黏性很小的流体，其黏性力依然可以达到很高的数值，因此它所起的作用与惯性力同等重要。

这一区域称为边界层或流动边界层，也称为速度边界层。

在边界层内不能全部忽略黏性力。

②边界层外的整个流动区域称为外部流动区域。

在该区域内，法向速度梯度很小，因此黏性力很小，在大Re情况下，黏性力比惯性力小得多，因此可将黏性力全部忽略，近似看作理想流体流动。

（2）形成原因（绕平板流动的边界层）：流体沿x轴方向以均匀来留速率u0向平板流动，当其到达平壁前缘时，紧靠避免的流体因黏性作用而停留在壁面上，速率为零。

这一层流体通过“内摩擦”作用，是相邻流体层受阻而减速，该层流体进而影响相邻流体层，使之减速。

随着流体的向前流动，在垂直于避免地发现方向上，流体逐层受到影响而相继减速，流速由壁面处的零而逐层变化，最终达到来留速率u0,。

这样在固体平板上方流动流体分成两个区域，壁面附近速度变化较大的区域即边界层，流动阻力主要集中在这一区域。

通常将流体速率达到来流速率99%时的流体层定义为边界层。

2.流体流动的阻力损失：（1）阻力损失产生的原因：阻力损失起因于黏性流体的内摩擦造成的摩擦阻力和物体前后压强差引起的形体阻力（2）影响因素：流体流动阻力损失的大小取决于流体的物性、流动状态和流体流道的几何尺寸与形状等。

A、雷诺数大小：湍流下摩擦阻力较层流大，层流下摩擦阻力虽小但形体阻力较大。

B、物体的形状：非良绕体形体阻力是主要的，良性绕体摩擦阻力是主要的。

C、物体表面粗糙度：越粗糙摩擦阻力越大。

第四章：热量传递1.导热：导热是指依靠物质的分子原子和电子的振动、位移和相互碰撞而产生热量传递的方式。

（1）气体：气体分子做不规则热运动时相互碰撞的结果。

【精编】环境工程原理-第五章-沉降.PPT课件

【精编】环境工程原理-第五章-沉降.PPT课件

• 离心沉降速率在数值上远大于重力沉降速率。
第三节 离心沉降
离心加速度与重力加速度的比值（离心分离因素）Kc
Kc
r 2 g
大小可以人为调节
离心沉降分离设备有两种型式：旋流器和离心沉降机
旋流器的特点：设备静止，流体在设备中作旋转运行而产 生离心作用。Kc 一般在几十到数百之间。
离心沉降机的特点：装有液体混合物的设备本身高速旋转 并带动液体一起旋转，从而产生离心作用。Kc可以高达数 十万。
（3）湍流区：103<ReP<2105 CD = 0.44
ut 1.74
(P )gdP
牛顿（Newton）公式
第二节 重力沉降 上述式子有何意义？
• 了解影响颗粒沉速的因素（颗粒粒径……） • 在已知的颗粒粒径条件下求沉降速度 • 由颗粒沉降速度求颗粒粒径
……水处理中的沉降实验 • 由颗粒沉降速度求液体黏度
第三节 离心沉降 （二）旋流分离器
• 旋流分离器用于分离悬浮液，在结构和操作原理上与旋风 分离器类似。
• 旋流分离器的特点： ①形状细长，直径小，圆锥部分长，有利于颗粒分离。
②中心经常有一个处于负压的气柱，有利于提高分离效 果。
• 在水处理中，旋流分离器又称为水力旋流器，可用于高浊 水泥沙的分离、暴雨径流泥沙分离、矿厂废水矿渣的分离等。
第三节 离心沉降
二、旋流器工作原理
• 旋风分离器：用于气体非均相混合物分离 • 旋流分离器：用于液体非均相混合物分离
（一）旋风分离器
• 旋风分离器在工业上的应用已有近百年的历史。 • 旋风分离器结构简单、操作方便，在环境工程领
域也应用广泛。 • 在大气污染控制工程中，作为一种常用的除尘装
置，主要用于去除大气中的粉尘，常称为旋风除 尘器。

环境工程学原理课件

环境工程学原理课件

第六章：环保法规和标准
环保法规的分类和内容 环保标准的分类和含义 环保法规和标准对环保工程的影响
介绍环保法规的分类和内容，如大气污染防治法 和水污染防治法等。
解释环保标准的分类和含义，如排放标准和水质 标准等。
分析环保法规和标准对环保工程的影响和指导作 用，如规范了环境污染治理和工程设计。
结尾
通过学习环境工程学原理，我们能够更好地了解和应对环境污染问题。 展望环保的未来发展与趋势，共同努力构建美丽的地球家园。
探讨环境污染的主要来源，如工业排放、交通尾气等，并分析其对环境的影响。
环境治理的概念和目标
介绍环境治理的概念和目标，包括保护环境、减少污染、提高环境质量等。
第二章：水污染与治理
1
水污染类型及特征
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
讨论水污染的不同类型，如有机污染物、重金属等，并解释其特征和危害。
2
水污染控制和治理方法
介绍水污染的控制和治理方法，如生物处理、化学处理和物理处理等。
3
水资源管理与保护
探讨水资源的管理和保护方法，如节水措施、水资源评估和保护政策等。
第三章：大气污染与治理
大气污染的形成和发展
解释大气污染的形成原因，如工 业排放、汽车尾气和燃煤等，并 分析其对环境和健康的影响。
大气污染控制和预防方法
介绍大气污染的控制和预防方法， 包括废气净化技术和排放标准等。
大气污染对人类健康和生 态环境的影响
分析大气污染对人类健康的影响， 如呼吸系统疾病和心血管疾病， 并探讨其对生态环境造成的危害。
第四章：土壤污染与治理
1 土壤污染的特点和分类
阐述土壤污染的特点和不同类型，如重金属污染、农药残留等。
2 土壤污染的来源和影响

环境工程原理第五章1

环境工程原理第五章1

（2）液体蒸馏 对于液体混合物加热，使混合 物内部造成两相，利用不同组分挥发性的差 异，使得液体混合物得以分离。 （3）固体干燥 对含一定湿分的固体提供一定的 热量，使溶剂汽化，利用湿分压差，使湿分 从固体表面或内部转移到气相，从而将含湿 分的固体物料得以净化。 （4）其他如：液-液萃取；结晶；吸附与脱附；膜 分离。 需解决：选择合适的溶剂（吸收剂） 合适的设备 溶剂的再生
2）逆流吸收，塔高无限，
L ↓⇒ xb ,max
yb =x = m
* b
吸收剂用量很小，吸收液组成x 吸收剂用量很小，吸收液组成 b不会无限增 为塔底气体入口组成的平衡液相组成。 大，为塔底气体入口组成的平衡液相组成。
G，yb
L，xb
（三）确定过程的推动力 1)吸收过程推动力的表达式 yy* 或 x* -x
* pA − pA
* cA − cA 或
2）在x～y图上 y A · P
y*
x
x*
例2、20℃， P = 0. 1MPa，含CO2 0.1的空气与含 CO2 0.00002 的水接触，问CO2的传质方向及推动力；若水为含CO2 0.0002， 又如何。 解：查表5-1，E = 144MPa
m= E 144 = = 1440 P 0.1
*
m与E的关系 ：
* pA = py *
y * p = Ex
E m= （5-8） p m的讨论：1）m大，溶解度小，难溶气体 2） T ↑⇒ m ↑
p ↑⇒ m ↓
Y * = mX 3）
Y=
（5-9 ）
Y*：溶质在气相的摩尔比； X：溶质在液相的摩尔比
气相中溶质的摩尔数 nA y = = 气相中惰性气体的摩尔数 n − nA 1 − y

(整理)环境工程原理课后答案2

(整理)环境工程原理课后答案2

第九章 吸附9.1 25℃，101.3kPa 下，甲醛气体被活性炭吸附的平衡数据如下： q/[ g(气体)•g(活性炭)-1] 0 0.1 0.2 0.3 0.35 气体的平衡分压 /Pa2671600560012266试判断吸附类型，并求吸附常数。

如果25℃，101.3kPa 下，在1L 的容器中含有空气和甲醛的混合物，甲醛的分压为12kPa ，向容器中放入2g 活性炭，密闭。

忽略空气的吸附，求达到吸附平衡时容器内的压力。

解：由数据可得吸附的平衡曲线如下图9-1 习题9.1图中吸附平衡线由上述的平衡曲线，可以判断吸附可能是Langmuir 或Freundlich 型。

由11111m mq q k p q =+，整理数据如下 1/q 10 5 3.3 2.86 1/p0.003740.000620.000180.00008作1/q 和1/p 的直线图9-2 习题9.1图中1/q －1/p 的关系曲线由ln 1/ln ln q n p k =+，整理数据如下：ln p 5.59 7.38 8.63 9.41 ln q-2.30-1.61-1.20-1.05作ln q 和ln p 的直线图9-3 习题9.1图 ln q 和ln p 的关系曲线由以上计算可知，用Freundlich 等温方程拟合更好一些。

同时计算参数如下： 1/n=0.3336，n=3，lnk=-4.1266，k=0.016，所以等温线方程为1/30.016q p = 题设条件下，甲醛的物质的量为120000.0010.00488.314298pV n RT ⨯===⨯mol 质量为0.0048300.144m =⨯=g假设达到吸附平衡时吸附量为q ，则此时的压力为()0.14428.314298/300.001q p -⨯⨯=将1/30.016q p =代入，可以求得89p =Pa所以此时甲醛的平衡分压已经很低，如果忽略的话，可以认为此时容器内的压力为101.31289.3-=kPa9.2 现采用活性炭吸附对某有机废水进行处理，对两种活性炭的吸附试验平衡数据如下：平衡浓度COD /(mg•L -1) 10050010001500200025003000A 吸附量/ [mg•g(活性炭)-1]55.6 192.3 227.8 326.1357.1378.8 394.7B 吸附量/[mg•g(活性炭)-1]47.6 181.8 294.1 357.3398.4 434.8476.2 试判断吸附类型，计算吸附常数，并比较两种活性炭的优劣。

《环境工程原理》参考资料B5

《环境工程原理》参考资料B5

1、水在管路中流动时，常用流速范围为_3-8 ____ m/s，低压气体在管路中流动时，常用流速范围为8-15 m/s。

2、___________________________________________________________________ 传热的基本方式为__热传导_、__对流传热—、__热辐射 ___________________________________ 。

3、某设备上，真空表的读数（即真空度）为80mmHg，其绝压= 640 mmHg （已知该地区的大气压为720mmHg）。

o 54、常温下水的密度为1000 kg/m，粘度为100.5X io-Pa・s，在d内二80mm的管内以10m/s 速度流动，则雷诺数为796020 ，其流动类型为湍流。

5、气体的粘度随温度的升高而增加,水的粘度随温度的升高降低。

6、某设备上，压力表的读数为 1.0 MPa，其绝压=1.1 MPa （已知该地区的大气压为0.1MPa）。

7、常温下水的密度为1000kg /m3，粘度为100.5x 10-5Pa•，在d内=50mm的管内以5m/s速度流动，其流动类型为湍流________ 。

&过滤速率是指—单位时间内所获到的滤液量____________________ 。

9、传热一般采用逆流操作，但为—控制温度、降低粘度、减少阻力—时采用并流操作。

10、流体在管内作湍流流动时，从中心到壁可以流动状态依次为—层流___ 过渡流_______ 湍流___ 。

f d P 4 C11、o =0.023•厶（R e0.8.（卩「『式中两个准数Re=_R e=—Pr=_P r=—P__.d内卩九若液体被冷却时n=_n=0.3—。

12、动力学粘度在SI制中的单位是_N*s/m2___。

13、常用测定流量的流量计有孔板流量计__、—转子流量计—等。

14、在流动系统中，若截面上流体的流速、压强、密度等仅随—位置_______ 而变，不随—时间—而变，称为稳定流动。

环境工程原理：第八章吸收1505

环境工程原理：第八章吸收1505

(cA,i
cA,0 )
c 漂移因子 cB,m
（二）浓度分布
z
1 yA 1 yA,i
1 1
yA,0 yA,i
L
cA
cA,0
cA,i L
z cA,i
分子传质
第四节 对流传质
传质通量的计算 N A k (cA,i cA,0 ) 对流传质
单向扩散
NA
DABc LcB,m
(cA,i
cA,0 )
一、吸收的定义与应用 二、吸收的类型
第一节 吸收的基本概念
一、吸收的定义与应用
• 混合气体分离最常用的操作方法之一。 • 依据混合气体各组分在同一种液体溶剂中物理溶解度
（或化学反应活性）的不同，而将气体混合物分离的操 作过程。 • 本质上是混合气体组分从气相到液相的相间传质过程。
第一节 吸收的基本概念
第八章 吸收
本章学习指导
3、本章学习应注意的问题 （1）表示吸收过程的平衡关系为亨利定律， 亨利定律有不同的表达形式，学习中应注意把 握它们之间的联系。 （2）表示吸收过程的速率关系为吸收速率方 程，吸收速率方程有不同的表达形式，学习中 应注意把握它们之间的联系。
第一节 吸收的基本概念
本节的主要内容
YA* mX A 1 (1 m) X A （8.2.8）
当溶液浓度很低时，XA很小，上式可近似写为：
YA* mX A
（8.2.9）
第二节 物理吸收
亨利定律小结
亨利定律的各种表达式所描述的都是互成平衡的气液两 相组成之间的关系，可用来根据气相组成计算与之平衡 的液相组成:
也可用来根据液相组成计算与之平衡的气相组成:
压为
kPa
C2H2为难溶于水的气体，其水溶液的组成很低，故气液平衡关系符合亨利定律， 并且溶液的密度可按纯水的密度计算。
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A 1 d pA = dz RT dz
DAB dp A JA = − RT dz
分子扩散两种形式：等摩尔逆向扩散，单向扩散。
二、 等摩尔逆向扩散 等摩尔逆向扩散：任一截面处两个组分的扩散速率大 小相等， 方向相反。
PA1> PA2 ；PB1 < PB2 T P A pA1 pB1 1 B JA JB P PA1 PB2 T P pA2 2 pB2 1、2 截面上，PA1、PA2、 PB1、PB2保持不变，称为 稳定状态下的分子扩散 D AB d p A JA = − RT dz JA=－JB D BA d p B JB = − RT dz 又总压一定 p = p A + p B = 常数
在气相扩散
pA cA = RT
c =
p RT
dp A Dp NA = − RT ( p − p A ) dz
∫
z
0
N A dz = ∫
pA2
p A1
Dp p − pA2 NA = ln RTZ p − pA1
Dp dpA − RT ( p - pA )
p = p A1 + pB1 = p A 2 + pB 2
（二）气相传质速率方程
Dp NA = （pAG − pA ） i RTδG pBm
（5-20）
N A = kG ( pAG − pA i )
Dp kG = RTδ G pBm
（5-21）
k G ——以分压差表示推动力的气相传质分系数， kmol/（m2·s·kPa）。 （气膜传质系数）
p AG − p Ai 气膜传质的推动力 = N A =传质系数×吸收的推动力= 1 / kG 气膜传质阻力
第三节 吸收过程的速率
吸收过程： （1）A由气相主体到相界面，气相内传递 气相内传递； 气相内传递 （2）A在相界面上溶解，溶解过程 溶解过程； 溶解过程 （3）A自相界面到液相主体，液相内传递 液相内传递。 液相内传递 对流传质）方式： 单相内传递（称对流传质 对流传质 分子扩散； 分子扩散；湍流扩散 。 •分子扩散：因浓度差，由分子热运动使组分从浓度 高处传递至低处的现象（静止或层流） •湍流扩散：因流动或搅拌，由质点的宏观随机运动 （湍流）使组分从浓度高处传递至低处的 现象
快速流动的空气 恒 温 槽 z PA2 pA1
丙酮
pA2 = 0； pB1 = p – pA*； pB2 = p
解
p B2 Dp NA = ln RTz p B1
单位面积液面汽化的速率用液面高度变化的速率 来表示：
dnA dmA ρ A dVA ρ A A dz ρ A dz NA = = = = = Adθ M A Adθ AM A dθ AM A dθ M A dθ
dc A J A = −(D + De ) dz
（一）单相内对流传质的有效膜模型 （1）单相内对流传质过程（液体吸收气体为例）
气相 热流体 冷流体 液相
T TW tW t δT δt pAG
E pAi
cAi cAL
δG δ ’ 湿壁塔：液体由上而下沿壁流动， G 与由下而上的气体逆流而行，相 互接触而传质的设备。（上图的 一半）
2、液相传质速率方程 液相传质速率方程
N A = k（ci − c A ） L N A = k（xi − x） x N A = k X X i − X） （
（5-28） （5-29） （5-30）
cA、ci：溶质在液相主体处的浓度、界面处的浓度，kmol/m3 kL：以浓度差为推动力的液膜传质系数，kmol/(m2·s) x、xi：溶质在液相主体处的量分数、界面处的量分数 ky：以量分数差为推动力的液膜传质系数，kmol/(m2·s) X、Xi：溶质在液相主体处的摩尔比、界面处的摩尔比 kX：以摩尔比差为推动力的液膜传质系数，kmol/(m2·s)
（三）液相传质速率方程 同理：
D 'c NA = (cA i − cAL ) δ L cSm
（5-22）
N A = k L (cA i − cAL )
D' c kL = δ L cSm
（5-24） （5-23） 5-23
k L ——以浓度差表示推动力的液相传质分系数， kmol/（m2·s·kmol/m3）。 （液膜传质系数）
传质速率方程： A的传递速率为分子扩散与整体移动两者之和： cA NA = JA + NM c B为静止，传递速率为0： cB cB JB = −NM NB = JB + NM =0 c c 又，分子扩散： JA=－JB=NM(cB /c) cB cA cB + c A ∴ NA = NM + NM = NM = NM c c c cA dc A cA cA dc A NA = JA + NM = −D + N A ， N A 1 − ）= − D （ c dZ c c dZ Dc dc A NA = − ——微分式 c − c A dz
四、 分子扩散系数 扩散系数的意义：单位浓度梯度下的扩散速率，反映 某组分在一定介质中的扩散能力， 是物质特性常数之一；D，m2/s。 D的影响因素：A、B、T、P、浓度 D的来源：查手册；半经验公式；测定 一般有 气体：0.1∼1.0cm2/s；液体：1×10-5 ∼ 5×10-5cm2/s。
测定丙酮在空气中的扩散系数： 【例5-4】有一直立的玻璃管，底端封死，内充丙酮， 液面距上端管口11mm，上端有一股空气快速通过，5 小时后，管内液面降到距管口20.5mm，管内液体温度 保持293K，大气压为100kPa，此条件下，丙酮的饱和 蒸气压为24kPa。求丙酮在空气中的扩散系数。 pA1 = pA*；
——积分式
讨论： 1）p/pBm > 1，NA > JA。若cA很小， p/pBm ~ 1， 整体移动可忽略不计。 2）
p p Bm
c
、 c
——漂流因数(移动因子)，无因次
Bm
漂流因数意义：其大小反映了整体移动对传质速率的影 响程度，其值为整体移动使传质速率较单纯分子扩 散增大的倍数。 影响漂流因数的因素： 浓度高，漂流因数大，整体流动的影响大。 低浓度时，漂流因数近似等于1，整体流动的影响小。
Dp pB2 NA = ln RTZ pB1
——积分式 （5-17）
Dp pB2 − pB1 pB 2 × NA = p − p ln p RTZ B2 B1 B1 Dp = RTZ
p = p A1 + pB1 = p A2 + pB 2； p A1 − p A2 = pB 2 − pB1
讨论： 1） N A ∝ p A1 − p A 2 2）组分的浓度与扩散距离z成直线关系。 3）等摩尔逆向扩散发生在蒸馏过程中，即 易挥发组分A与难挥发组分B的摩尔汽化热 相等时，冷凝1mol组分B所放出的热正好汽 化1mol组分A。
组分A通过 静止”组分B的扩散 通过“ 的扩散（A溶B不溶） 三、 组分 通过“静止”组分 的扩散 （1）整体移动：因溶质Ａ扩散 JA 到界面溶解于溶剂中，造 NA NMcA/c 成界面总压与主体总压的 整体移动 微小压差，使得混合物向 NMcB/c NM 界面处的移动。 JB 整体移动的特点： 1）因分子本身扩散所引起 的宏观流动。 2 1 2）A、B在总体移动中方向 相同，传递速率正比于 整体移动传递速率： cA 摩尔分率。 N AM = N M （2）B不溶，界面处B分压增大， c cB 产生反向扩散，JB = -NBM，表观 N BM = N M c 上“静止”。
（5-19）
790 8.314 × 293 0.02052 − 0.0112 × × = 1× 10 −5 m 2 /s 58 100 ln 100 2 × 18000 76
五、 单相内的对流传质 静止流体或层流——分子扩散 湍流流体——湍流扩散（涡流扩散）： 流体作湍流运动时，若流体内部存在浓度梯度， 流体质点便会靠质点的无规则运动，相互碰撞和混 合，组分从高浓度向低浓度方向传递，这种现象称 为湍流扩散。
1、气相传质速率方程 气相传质速率方程 （ 根据有效膜理论： N A = kG p A − p） （5-25） i
N A = k（y − y） y i N A = kY Y − Y） （ i
NA：传质速率，kmol/(m2·s)
（5-26） （5-27）
pA、pi：溶质在气相主体处的分压、界面处的分压 kG：以分压差为推动力的气膜传质系数，kmol/(m2·s·Pa) y、yi：溶质在气相主体处的量分数、界面处的量分数 ky：以量分数差为推动力的气膜传质系数，kmol/(m2·s) Y、Yi：溶质在气相主体处的摩尔比、界面处的摩尔比 kY：以摩尔比差为推动力的气膜传质系数，kmol/(m2·s)
一、 分子扩散与费克定律
分子扩散现象：
非稳态分子扩散 实际过程多为在流动情况即稳态条件下进行 扩散速率：单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截 扩散速率 (扩散通量) 面积扩散的物质量，J表示， kmol/(m2·s)。 菲克定律：温度、总压一定，组分A在扩散方向上任一 菲克定律 点处的扩散速率与该处A的浓度梯度成正比。
（5-17）
pA1 − pA2 D p = （p A1 − p A 2 ） pB2 − pB1 RTZ pBm ln ( pB2 pB1 )
p Bm
p B2 − p B1 = p B2 ln p B1
组分B分压力的对数平均值
同理液相也 可表为：
Dc NA = (cA1 − cA2 ) zcBm
cBm cB2 − cB1 = cB2 ln cB1
dc A J A = − DAB dz
dcA dz
（5-12）
JA——组分A扩散速率（扩散速率）， kmol/（m2·s）；
—组分A在扩散方向z上的浓度梯度（kmol/m3）/m；