化工原理 第八章4

第八章气体吸收1.在温度为40℃、压力为101.3kPa 的条件下，测得溶液上方氨的平衡分压为15.0kPa 时，氨在水中的溶解度为76.6g (NH 3)/1000g(H 2O)。

试求在此温度和压力下的亨利系数E 、相平衡常数m 及溶解度系数H 。

解：水溶液中氨的摩尔分数为76.6170.07576.610001718x ==+由*p Ex=亨利系数为*15.0kPa 200.00.075p E x ===kPa 相平衡常数为t 200.0 1.974101.3E m p ===由于氨水的浓度较低，溶液的密度可按纯水的密度计算。

40℃时水的密度为992.2ρ=kg/m 3溶解度系数为kPa)kmol/(m 276.0kPa)kmol/(m 180.2002.99233S ⋅=⋅⨯==EM H ρ2.在温度为25℃及总压为101.3kPa 的条件下，使含二氧化碳为3.0%（体积分数）的混合空气与含二氧化碳为350g/m 3的水溶液接触。

试判断二氧化碳的传递方向，并计算以二氧化碳的分压表示的总传质推动力。

已知操作条件下，亨利系数51066.1⨯=E kPa ，水溶液的密度为997.8kg/m 3。

解：水溶液中CO 2的浓度为33350/1000kmol/m 0.008kmol/m 44c ==对于稀水溶液，总浓度为3t 997.8kmol/m 55.4318c ==kmol/m 3水溶液中CO 2的摩尔分数为4t 0.008 1.4431055.43c x c -===⨯由54* 1.6610 1.44310kPa 23.954p Ex -==⨯⨯⨯=kPa气相中CO 2的分压为t 101.30.03kPa 3.039p p y ==⨯=kPa <*p故CO 2必由液相传递到气相，进行解吸。

以CO 2的分压表示的总传质推动力为*(23.954 3.039)kPa 20.915p p p ∆=-=-=kPa3.在总压为110.5kPa 的条件下，采用填料塔用清水逆流吸收混于空气中的氨气。

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m m a A A =m ma B B = mm a C C = ………. ......+++=C B A m m m mA,B 两组分 a a -1 n n x A A =n nx B B = nn x C C = ……. ......+++=C B A n n n n .......1+++=C B A x x x互换 A A A A A m m a m m x ==BB B m ma x = ……. ∑=++=i i i B B A A m a m m m a m m a n ...... ()....,,C B A i = 故 ∑==i iiAAA A m a m a n n x iiiA A A m x m 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）∑=++=i B A C C C ........ρρA V ma 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 M V n M V m C AA A A A A ===气体总摩尔浓度 RTpV n C ==摩尔分率与分压分率相等 pp n n y AA A ==气体混合物摩尔比可用分压比表示 BB AA B B A A B A M p M p M n 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 AABA -= 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 RT p c A A =得 dzdp RT D 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。

8.3 扩散和单相传质
① 溶质由气相主体传递到两相界面，即气相内的物质传递；
② 溶质在相界面上的溶解，由气相转入液相，即界面上发生 的溶解过程
③ 溶质自界面被传递至液相主体，即液相内的物质传递。 通常，第②步即界面上发生的溶解过程很容易进行，其阻力很小
( 传质速率 小，
=
传质推动力 传质阻力
)故认为相界面上的溶解推动力亦很
8.1概述
①溶剂应对被分离组分（溶质）有较大的溶解度，或者说在 一定的温度与浓度下，溶质的平衡分压要低。这样，从平衡角度 来说，处理一定量混合气体所需溶剂量较少，气体中溶质的极限 残余浓度亦可降低；就过程数率而言，溶质平衡分压↓，过程推 动力大，传质数率快，所需设备尺寸小。
②溶剂对混合气体中其他组分的溶解度要小，即溶剂应具备 较高的选择性。若溶剂的选择性不高，将同时吸收混合物中的其 他组分，只能实现组分间某种程度的增浓而不能实现较为完全的 分离。
⑷工业吸收流程（见旧讲稿） 由流程图可见，采用吸收操作实现气体混合物的分离必须解决下 列问题： ①选择合适的溶剂，使能选择性比溶解某个（或某些）被分离组 分； ②提供适当的传质设备（多位填料塔，也有板式塔）以实现气液 两相的接触，使被分离组分得以从气相转移到液相（吸收）或气相 (解吸)；
8.1概述
注意：此时并非没有溶质分子继续进入液相，只是任何瞬间 进入液相的溶质分子数与从液相逸出的溶质分子数恰好相等，在 宏观上过程就象是停止了。这种状态称为相际动平衡，简称相平 衡。
8.2.1平衡溶解度
⑴溶解度曲线
对 单 组 分 物 理 吸 收 的 物 系 ， 根 据相律 ，自 由度数F 为F=CΦ+2=3-2+2=3(C=3,溶质A，惰性组分B,溶剂S，Φ＝2，气、液两 相)，即在温度 t ，总压 p ，气、液相组成共4个变量中，由3个自 变量（独立变量），另1个是它们的函数，故可将平衡时溶质在气

•第二节 扩散与单相传 2.组分在液质体中的扩散系数
•第二节 扩散与单相传 Wilke-Ch质omg公式估算
•适用于低分子量的非电解质在很稀溶液中的扩散系数的计算。 ❖组分在液体中的扩散系数比在气体中的小得多 ； ❖与温度成正比，与粘度成反比； ❖一般为10-9m2/s。
•第二节 扩散与单相传 四、涡流扩质散与对流传质
•(2)气－固接触传质过程 •干燥：含水分（或可挥发性液体）的固体与比 较干燥的气体接触。
•气体吸附：物质从气相进入固相表面。
•(3)液－液接触传质过程 •液－液萃取：利用液体混合物中各组分在某种 溶剂中的溶解度差异而将各组分分离开来。
•第一节 概 述 (Introduction)
•(4)液－固接触传质过程 •固－液萃取：浸取、浸沥。应用溶剂将固体原 料中的可溶组分提取出来。 •液相吸附：如活性炭脱去蔗糖粗溶液中的有色 物质。
二、相组成的表示方法 •（一）质量分率和摩尔分率
•1.质量分率
•质量分率为混合物中某组分的质量占总质量的分率或百分率
•第一节 概 述 (Introduction)
2.摩尔分率
• 指混合物中某组分的摩尔数占总摩尔数的分率或百分率 。
•3.质量分率与摩尔分率的换算
•第一节 概 述 (Introduction)
• 摩尔汽化潜热接近相等的二元混合物进行精馏操作时 ，在汽、液两相的接触过程中，易挥发的A组分由液相进 入汽相的速率与难挥发的B组分从汽相进入液相的速率大 体相同。因此，无论在汽相中，或者在液相中进行的传质 过程都可视为等分子反向扩散
•第二节 扩散与单相传质
• 如例图题所8-示2：，氨气(A)与氮气(B)在长0.1m的直 径均匀的联接管中相互扩散。总压p=101.3kPa, 温度T=298K，点1处pA1=10.13kPa、点2处 PA2=5.07kPa，扩散系数D=2.30x10-5m2/S。 试求稳态下的扩散通量JA、JB及传质速率NA、NB 。