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第八章 传质过程导论第一节 概述8-1 化工生产中的传质过程均相物系的分离（提纯，回收）1.吸收2.气体的减湿3.液－液萃取4.固－液萃取（浸沥，浸取）5.结晶6.吸附（脱附）7.干燥 8精馏 目的：湿分离或混合8-2 相组成的表示法1. 质量分率和摩尔分率mm a A A =mm a B B =mm a C C =……….......+++=C B A m m m mA,B 两组分 a a -1 nn x A A =nn x B B =nn x C C =…….......+++=C B A n n n n .......1+++=C B A x x x互换 A A AA A m m a m m x ==BB B m m a x =…….∑=++=iii B B A A m a m m m a m m a n ...... ()....,,C B A i =故 ∑==iii AA A A m a m a nn xi iiAA A m xm a a ∑=2.质量比和摩尔比质量比 B A m m a /=摩尔比 B A n n X =()a a a -=1 ()x x X -=1)X X x -=13．浓度质量浓度 V m C A A = 3/m kg摩尔浓度 V n C A A = 3/m k m o l均相混合物的密度ρ即为各组分质量浓度的总和（体积与混合物相等）∑=++=iB A CC C ........ρρA V m a V m C A A A ===C x V n x V n C A A A A ===混合气体 RTp V n C A A A ==RTp MVn M Vm C AAAA A A ===气体总摩尔浓度 RTp Vn C ==摩尔分率与分压分率相等 pp nn y A A A ==气体混合物摩尔比可用分压比表示 BB A A BB A A BA Mp M p Mn M n n n Y ===第二节 扩散原理8-3 基本概念和费克定律分子扩散： 扩散速率与浓度梯度成正比 费克定律： 对双组分物系下表达为： dzdl D J A ABA -=A J —分子A 的扩散通量 s m kmol ⋅2/ 方向与浓度样应相反 AB D —比例系数 组分A 在介质B 中的扩散系数 s m /2A c —组分A 浓度，3/m kmoldz dc A —组分A 的浓度梯度 4/m kmol RTp c A A =得 dzdp RTD J AAB A -=定义A J 通过得截面是“分子对称”得，即有一个A 分子通过某一截面，就有一个B 分子反方向通过这一截面，填补原A 分子得空部位，这种分子对称面为固定时，较为简便。
第六部分 吸收利用各组分溶解度不同而分离气体混合物的单元操作称为吸收。
一、描述两组分混合物基本物理量1、用物质的量或质量的表示摩尔分率：在混合物中某组分的摩尔数占混合物总摩尔数的分率。
n n y A A =n n x A A =摩尔比：混合物中某组分的摩尔数与惰性组分摩尔数之比。
气相： 液相：B AA n n X =-x x X 1=摩尔浓度：单位体积混合物中某组分的摩尔数。
AA V n c =质量分率：在混合物中某组分的质量占混合物总质量的分率。
m m w A A =质量比：混合物中某组分A 的质量与惰性组分B （不参加传质的组分）的质量之比。
B A m m a A =质量浓度：单位体积混合物中某组分的质量。
AA V m G =偶尔会给质量方面的已知条件，根据定义去推导出所用的摩尔比 2、溶解度定义：平衡状态下气相中溶质分压称为平衡分压或饱和分压，液相中的溶质浓度称为平衡浓度或饱和浓度––––––溶解度。
气体在液体中的饱和浓度*A C 表明一定条件下吸收过程可能达到的极限程度。
BAA n n Y =-yy Y 1=影响因素：在总压不大的情况下，溶解度只与温度和物质气相分压有关。
注意定义，溶解度是用于解释物质平衡状态的物理量。
分析总结：吸收剂、温度T、P 一定时，不同物质的溶解度不同。
温度、溶液的浓度一定时，溶液上方分压越大的物质越难溶。
对于同一种气体，分压一定时，温度T越高，溶解度越小。
温度T一定时，分压P越大，溶解度越大。
加压和降温对吸收操作有利。
二、亨利定律引入下的气液相物理量平衡关系总的来说，亨利定律表征的是平衡状态下，某一组分气相分压（P*）与液相该组分组成的关系。
1、当气相组成用P*表示，由于液相组成的表达形式可以为X摩尔分率、c摩尔浓度，有P*=Ex,P*=c/H注意E、H的意义单位E—亨利常数，单位与压强单位一致。
温度T上升，E值增大；在同一溶剂中，E值越大的气体越难溶。
H—溶解度系数，单位：kmol/m3·Pa或kmol/m3·atm。
化工原理吸收公式总结化工原理中的吸收可是个相当重要的环节，吸收公式更是解决相关问题的关键钥匙。
咱们今儿就来好好唠唠这些公式。
先来说说亨利定律，这可是吸收过程中的基础。
它表明在一定温度和压强下，气液平衡时，溶质在气相中的分压与溶质在液相中的摩尔分数成正比。
用公式表达就是：p = Ex ，这里的 p 是溶质在气相中的平衡分压，E 是亨利系数，x 是溶质在液相中的摩尔分数。
再瞅瞅气膜吸收速率方程：NA = kg（p - pi），这里的 NA 代表溶质 A 的吸收速率，kg 是气膜吸收系数，p 是气相主体中溶质 A 的分压，pi 是相界面处溶质 A 的分压。
液膜吸收速率方程也不能落下：NA = kl（ci - c），NA 同样是溶质A 的吸收速率，kl 是液膜吸收系数，ci 是相界面处溶质 A 的浓度，c是液相主体中溶质 A 的浓度。
还有总吸收速率方程：NA = Ky（y - yi），Ky 是气相总吸收系数，y 是气相主体中溶质 A 的摩尔比，yi 是相界面处溶质 A 的摩尔比。
给您说个我曾经遇到的事儿，就和这吸收公式有关。
有一次在实验室做吸收实验，我们小组想要研究某种气体在特定溶液中的吸收情况。
一开始，大家都信心满满，觉得按照书上的步骤来肯定没问题。
结果呢，实验数据出来一分析，和预期的相差甚远。
我们几个那叫一个着急，赶紧从头开始排查问题。
最后发现，原来是在计算的时候，把气膜和液膜的吸收系数弄混了，导致整个计算结果都错了。
这可给我们上了深刻的一课，让我们明白了，这些公式可不是随便拿来用的，得搞清楚每个参数的含义和适用条件。
说完这些单个的公式，咱们再聊聊它们之间的关系。
在很多实际问题中，需要综合运用这些公式来求解。
比如说，要确定吸收塔的高度，就得先根据物料衡算求出塔底和塔顶的浓度，再结合吸收速率方程计算出传质单元数，最后才能得出塔高。
还有啊，在使用这些公式的时候，一定要注意单位的统一。
不然，一个不小心，就会得出错误的结果。
填料吸收塔的操作及吸收传质系数的测定一、实验目的(1)了解填料吸收塔的结构和流程；(2)了解吸收剂进口条件的变化对吸收操作结果的影响；(3)掌握吸收总传质系数的测定方法．二、基本原理1.吸收速率方程式吸收传质速率由吸收速率方程式决定: Na = Ky A Δym式中 Ky 为气相总传质系数，mol/m2*h；A 为填料的有效接触面积，m2；Δym 为塔顶、塔底气相平均推动力。
a 为填料的有效比表面积，m2/m3；V 为填料层堆积体积， m3 ；Kya 为气相总容积吸收传质．系数，mol/m3*h。
从上式可看出，吸收过程传质速率主要由两个参数决定：Δym为过程的传质推动力，Kya的倒数1/Kya表征过程的传质阻力。
2．填料吸收塔的操作吸收操作的结果最终表现在出口气体的组成y2上，或组分的回收率η上。
在低浓度气体吸收时，回收率可近似用下式计算：η = （y1 - y2）/y1吸收塔的气体进口条件是由前一工序决定的，一般认为稳定不变。
控制和调节吸收操作结果的操作变量是吸收剂的进口条件：流率 L 、温度 t 和浓度 x2 这三个要素。
由吸收分析可知，改变吸收剂用量是对吸收过程进行调节的最常用方法，当气体流率 G 不变时，增加吸收剂流率，吸收速率η增加，溶质吸收量增加，出口气体的组成y2随着减小，回收率η增大。
当液相阻力较小时，增加液体的流量，总传质系数变化较小或基本不变，溶质吸收量的增加主要是由于传质平均推动力Δym的增大而引起，即此时吸收过程的调节主要靠传质推动力的变化。
但当液相阻力较大时，增加液体的流量，可明显降低传质阻力，总传质系数大幅度增加，而平均推动力却有可能减小（视调节前操作工况的不同而不同），但总的结果使传质速率增大，溶质吸收量增大。
吸收剂入口温度对吸收过程的影响也甚大，也是控制和调节吸收操作的一个重要因素。
降低吸收剂的温度，使气体的溶解度增大，相平衡常数减小。
对于液膜控制的吸收过程，降低操作温度，吸收过程的阻力随之减小，使吸收效果变好，y2降低，但平均推动力Δym或许会有所减小。
最新化⼯原理第8章吸收作业传质速率⽅程姓名：；学号：；班级：第8章吸收（传质速率⽅程）⼀、填空题:1. 化⼯⽣产中吸收可应⽤在1、＿＿＿＿＿＿，2、＿＿＿＿___＿＿＿，3、＿＿＿＿＿。
2. 吸收质是指＿＿＿＿＿＿＿＿；⽽吸收剂则是指＿＿＿＿＿____＿＿；惰性组分是指＿＿＿___________＿＿＿＿＿＿。
3. 图所⽰为同⼀温度下A.B.C三种⽓体在⽔中的溶解度曲线。
由图可知，它们溶解度⼤⼩的次序是＿＿＿＿＿＿；同⼀平衡分压下，它们的液相平衡浓度⼤⼩顺序是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
4. 对接近常压的低浓度溶质的⽓液平衡系统，当总压增加时，亨利系数E＿＿＿＿，相平衡常数m＿＿＿＿，溶解度系数H＿＿_＿。
5. 吸收中，温度不变，压⼒增⼤，可使相平衡常数＿＿＿＿___（增⼤，减⼩，不变），传质推动⼒＿＿___(增⼤，减⼩，不变)6.实验室⽤⽔逆流吸收空⽓中的CO2，当⽔量和空⽓量⼀定时，增加CO2，则⼊塔⽓体浓度________，出塔⽓体浓度______,出塔液体浓度________. 2.吸收总推动⼒⽤⽓相浓度差表⽰时，应等于__________________和______________________________之差。
7. 当平衡线为直线时，总传质系数与分传质系数之间的关系可以表⽰为yxy11kkmK+=，m表⽰＿＿＿＿＿，当＿＿＿＿＿＿＿项可忽略时，表⽰该吸收过程为⽓膜控制。
8.对于难溶⽓体，吸收时属于＿＿＿＿＿＿控制的吸收，强化吸收的⼿段是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿_____＿＿。
⼆、计算题1．某系统温度为10℃，总压101.3kPa ，试求此条件下在与空⽓充分接触后的⽔中，每⽴⽅⽶⽔溶解了多少克氧⽓？（10℃时，氧⽓在⽔中的亨利系数E 为3.31×106kPa 。
）2．在总压101.3kPa ，温度30℃的条件下, SO 2摩尔分率为0.3的混合⽓体与SO 2摩尔分率为0.01的⽔溶液相接触，试问：从液相分析SO 2的传质⽅向；从⽓相分析，其它条件不变，温度降到0℃时SO 2的传质⽅向；其它条件不变，从⽓相分析，总压提⾼到202.6kPa 时SO 2的传质⽅向，并计算以液相摩尔分率差及⽓相摩尔率差表⽰的传质推动⼒。
姓名：；学号：；班级：
第8章吸收（传质速率方程）
一、填空题:
1. 化工生产中吸收可应用在1、＿＿＿＿＿＿，2、＿＿＿＿___
＿＿＿，3、＿＿＿＿＿。
2. 吸收质是指＿＿＿＿＿＿＿＿；而吸收剂则是指＿＿＿＿＿__
__＿＿；惰性组分是指＿＿＿___________＿＿＿＿＿＿。
3. 图所示为同一温度下A.B.C三种气体在水中的溶解度曲线。
由图可知，它们溶解度大小的次序是＿＿＿＿＿＿；同一平衡分压下，它们的液相平衡浓度大小顺序是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
4. 对接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统，当总压增加时，亨利系数E＿＿＿＿，相平衡常数m＿＿＿＿，溶解度系数H＿＿_＿。
5. 吸收中， 温度不变，压力增大，可使相平衡常数＿＿＿＿___ （增大， 减小，不变），传质推动力＿＿___(增大，减小，不变)
6.实验室用水逆流吸收空气中的CO2，当水量和空气量一定时，增加CO2，则入塔气体浓度________，出塔气体浓度______,出塔液体浓度________. 2.吸收总推动力用气相浓度差表示时，应等于__________________和______________________________之差。
7. 当平衡线为直线时，总传质系数与分传质系数之间的关系可以表示为
y x y 1
1k k m K +
=，x k m 表示＿＿＿＿＿，当＿＿＿＿＿＿＿项可忽略时，表示该吸收过程为气膜控制。
8.
对于难溶气体，吸收时属于＿＿＿＿＿＿控制的吸收，强化吸收的手段是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿_____＿＿。
二、计算题
1．某系统温度为10℃，总压101.3kPa ，试求此条件下在与空气充分接触后的水中，每立方米水溶解了多少克氧气？（10℃时，氧气在水中的亨利系数E 为3.31×106kPa 。
）
2．在总压101.3kPa ，温度30℃的条件下, SO 2摩尔分率为0.3的混合气体与SO 2摩尔分率为0.01的水溶液相接触，试问：
从液相分析SO 2的传质方向；
从气相分析，其它条件不变，温度降到0℃时SO 2的传质方向；
其它条件不变，从气相分析，总压提高到202.6kPa 时SO 2的传质方向，并计算以液相摩尔分率差及气相摩尔率差表示的传质推动力。
3．在温度为20℃、总压为101.3kPa 的条件下，CO 2与空气混合气缓慢地沿着Na 2CO 3溶液液面流过，空气不溶于Na 2CO 3溶液。
CO 2透过1mm 厚的静止空气层扩散到Na 2CO 3溶液中，混合气体中CO 2的摩尔分率为0.2，CO 2到达Na 2CO 3溶液液面上立即被吸收，故相界面上CO 2的浓度可忽略不计。
已知温度20℃时，CO 2在空气中的扩散系数为0.18cm 2/s 。
试求CO 2的传质速率为多少？
4．在总压为100kPa 、温度为30℃时，用清水吸收混合气体中的氨，气相传质系数G k =3.84×10-6 kmol/（m 2·s ·kPa ），液相传质系数L k =1.83×10-4 m/s ，假设此操作条件下的平衡关系服从亨利定律，测得液相溶质摩尔分率为0.05，其气相平衡分压为6.7kPa 。
求当塔内某截面上气、液组成分别为y =0.05，x =0.01时
以*
A A p p -、A *A
c c -表示的传质总推动力及相应的传质速率、总传质系数； 分析该过程的控制因素。
一、填空题:
1. 制取液体产品， 回收和分离有用组分， 净化气体。
2. 被液体吸收的组分，用于吸收的液体，不被吸收剂吸收的组分。
3. C ＞B ＞A ； 在同一平衡分压下液相平衡浓度A ＞B ＞C
4. 不变； 减少； 不变
5. 减小 增大 6 1.增加； 增加； 增加
2.气相主体摩尔浓度； 同液相主体浓度相平衡的气相浓度 7. 液膜阻力， 气膜阻力 ，x k m
8. 液膜、 增大液相侧的传质分系数或液流湍动程度。
二、计算题
1．解：空气按理想气体处理，由道尔顿分压定律可知，氧气在气相中的分压为：
py p =*A =101.3×0.21=21.27kPa
∴ S
A
S *
A
EM p c ρ=
故 =⨯⨯⨯=18
1031.327
.2110006
*A
c 3.57×10-4kmol/m 3
m A =3.57×10-4×32×1000=11.42g/m 3
2．解：(1)查得在总压101.3kPa ，温度30℃条件下SO 2在水中的亨利系数
E =4850kPa
所以 ==
p
E m =3.1014850
47.88 从液相分析00627.088
.473.0*
===
m y x
< x =0.01 故SO 2必然从液相转移到气相，进行解吸过程。
（2）查得在总压101.3kPa ，温度0℃的条件下，SO 2在水中的亨利系数E =1670kPa
==
p E m 3
.1011670
=16.49 从气相分析y *=mx=16.49×0.01=0.16<y=0.3 故SO 2必然从气相转移到液相，进行吸收过程。
（3）在总压202.6kPa ，温度30℃条件下，SO 2在水中的亨利系数E =4850kPa
==
p E m 6
.2024850 =23.94 从气相分析
y *=mx=23.94×0.01=0.24<y=0.3
故SO 2必然从气相转移到液相，进行吸收过程。
0125.094
.233.0*===
m y x 以液相摩尔分数表示的吸收推动力为:
∆x=x *－x =0.0125－0.01=0.0025
以气相摩尔分数表示的吸收推动力为:
∆y= y － y *=0.3－0.24=0.06
3．解 : CO 2通过静止空气层扩散到Na 2CO 3溶液液面属单向扩散，可用式（5-42）计算。
已知：CO 2在空气中的扩散系数D =0.18cm 2/s=1.8×10-5m 2/s 扩散距离z =1mm=0.001m ， 气相总压p =101.3kPa 气相主体中溶质CO 2的分压
p A1=py A1=101.3×0.2=20.27kPa 气液界面上CO 2的分压p A2=0
所以，气相主体中空气（惰性组分）的分压
p B1=p －p A1=101.3－20.27=81.06kPa 气液界面上的空气（惰性组分）的分压
p B2=p －p A2=101.3－0=101.3kPa
空气在气相主体和界面上分压的对数平均值为：
B1
B2
B1B2Bm ln
p p p p p -=
=
kPa 8.9006.813.101ln 06
.813.101=- )(A2A1Bm
A p p RTzp Dp
N -==
)027.20(8.903.101001.0293314.8108.15-⋅⋅⨯⨯⨯- =1.67×10-4kmol/(m 2·s)
4．解：（1）根据亨利定律kPa 13405
07
6A ==
=..x p E * 相平衡常数34.1100
134
===
p E m 溶解度常数4146.018
1341000
s
s
=⨯=
=
EM H ρ
*
A
A p p -=100×0.05-134×0.01=3.66kPa G L G 1
11k Hk K +==253797240617131801086.3110
83.14146.0164=+=⨯+⨯⨯-- 6G 1094.3-⨯=K kmol/（m 2·s ·kPa ）
)(*
A A G A p p K N -==3.94×10-6×3.66=1.44×10-5 kmol/（m 2·s ）
56.01000
/1899.001
.0A =⨯=
c kmol/m 3
A *A c c -=0.4146×100×0.05－0.56=1.513 kmol/m 3
m/s 105.94146
.01094.366G L --⨯=⨯==H K K
)(A *
A L A c c K N -==9.5×10-6×1.513=1.438×10-5 kmol/（m 2·s ）。
