化工原理课件1

CA H
m= E p
y∗A = m ⋅ xA
p∗A = E ⋅ xA
Y∗ = m⋅X
8.2.2 亨利定律
亨利定律各系数间的关系
例8-1：在常压及20℃下，测得氨在水中的平衡数据为：
浓度为0.5gNH3/100gH2O的稀氨水上方的平衡分压为400Pa，
在该浓度范围下相平衡关系可用亨利定律表示，试求亨利系数
x* = y / 0.94 = 0.02 / 0.94 = 0.021 x = 0.05 > x* = 0.021 ∴氨由液相转入气相，发生解吸过程。
8.2.3 气液平衡与吸收过程关系
1、判断过程的方向 此外，用气液相平衡曲线图也可判断两相接触时的传质 方向。 具体方法：
已知相互接触的气液相 的实际组成y和x，在x-y坐标 图中确定状态点。
若点在平衡曲线上方， 则发生吸收过程；
若点在平衡曲线下方， 则发生解吸过程。
8.2.3 气液平衡与吸收过程关系
2、计算过程的推动力
当气液相的组成均用摩尔分数表示时，吸收的推动力可表
示为：
y − y*：
以气相组成差表示的吸收推动力；
yA
x* − x：
以液相组成差表示的吸收推动力。
y*
3、确定过程的极限
对流传质
8.3.1 双组分混合物中分子扩散
1、分子扩散： 一相内部有浓度差异的条件 下，由于分子的无规则热运动而 造成的物质传递现象。
2、菲克定律
AB
（1）扩散通量 单位面积上单位时间内扩散传递的物
质量，单位：kmol/(m2 ·s) 。
（2）菲克定律
JA
=
− DAB
dC A dz
试分析与傅立叶定律以及牛顿粘性定律的区别及联系。
x 0.00527
又 y* = mx ，
y* =
p* P
=
400 1.01 × 105
= 0.00395
∴相平衡常数 m = 0.00395 = 0.75 0.00527
p* = c H
c
=
0.5 / 17 0.5 + 100
= 0.293kmol/m3
1000
8.2.2 亨利定律
亨利定律各系数间的关系
8.3.1 双组分混合物中的分子扩散
3、等摩尔反向扩散 （1）等摩尔反向扩散
如精馏过程
5
8.3.1 双组分混合物中的分子扩散
3、等摩尔反向扩散
（2）传递速率
在任一固定的空间位置上，单位时间通过单位面积的A 物质量，称为A的传递速率，以NA表示。
N
A
=
J
A
=
−D
dc A dz
= − D dpA RT dz
分离变量并进行积分，积分限为： z1 = 0, pA = pA1
z2 = z, pA = pA2
∫ ∫ N A
z
dz = −
D
0
RT
dp PA 2
pA1
A
所以传质速率为：
N Az
=
−
D RT
(
pA2
−
pA1 )
NA
=
D zRT
( pA1−pA来自 )8.3.1 双组分混合物中的分子扩散
4、一组分通过另一停滞组分的扩散 （1）一组分通过另一停滞组分的扩散 如：吸收
8.3.1 双组分混合物中的分子扩散
2、菲克定律
（3）分子扩散系数间的关系
对于双组分物系：
cT
=
cA
+ cB
=
常数
=
P RT
∴ dcA = − dcB dz dz
QJA = −JB
根据菲克定律：
JA
=
− DAB
dc A dz
=
DBA
dcB dz
∴ DAB = DBA
由A、B两种气体所构成的混合物中，A与B的扩散系数相等。
平衡分压：平衡时溶质在气相中的分压称为平衡分压。
8.2.2 亨利定律
C
∗ A
=
H
⋅
pA
或
p ∗A
=
CA H
.......... ......
(6 - 1)
式中 H——溶解度系数，kmol/m3.Pa （1）H增大，表示气体愈易溶解
比如：CA一定时，P*O2＞P*SO2＞P*NH3 HO2＜HSO2＜HNH3
8.1 概 述
解吸：在化工工业中，常常需要将吸收得到的溶质气体从 溶液中分离出来，这种使溶质从溶液里脱除的过程称为解吸 (disorption stripping)。
一个完整的吸收分离操作应包括吸收和解吸两个过程。 用吸收操作分离气体混合物时须解决下述三个问题： （1） 选择合适的溶剂； （2）提供传质设备以实现气液两相的接触，使溶质从气 相转移至液相; （3） 溶剂的再生。
x* = y / 0.94 = 0.1
将其与实际组成比较 ： x = 0.05 < x* = 0.1
∴气液相接触时，氨将从气相转入液相，发生吸收过程。
8.2.3 气液平衡与吸收过程关系
1、判断过程的方向 或者利用相平衡关系确定与实际液相组成成平衡的气相组成
y* = 0.94 x = 0.94× 0.05 = 0.047 将其与实际组成比较： y = 0.094 > y* = 0.047 ∴氨从气相转入液相，发生吸收过程。 （2）若含氨0.02摩尔分数的混合气和 x=0.05的氨水接触，则
② E= f(T，p)，T增大或p减小时，E亦增大。
③ E值由实验测定，由手册可查得。
④ CA～xA关系：CA=xAC C——总摩尔浓度
C = n = ml = ρl =
ρl
=
ρl
V MlV Ml M A xA + (1 − xA )M S M S + ( M A − M S ) xA
8.2.2 亨利定律
极限
x* 极限
8.3 扩散和单相传质——吸收过程的速率
用液体吸收气体中某一组分，是该组分从气相转移到液相 的传质过程。包括三个步骤： （动画1）
（1）该组分从气相主体传递到气、 液两相的界面；
（2）在相界面上溶解后进入液相; （3）再从相界面向液相主体传递， 即液相内的物质传递。
分子扩散 单相内物质传递的机理
查得30℃水的密度为995.7 kg/m3
由
故
3
8.2.2 亨利定律
例8-2 含有10％（体积%）C2H2的某种混合气体与水充分 接触，系统温度为30℃，总压为101.3kPa。试求达平衡时液相 中C2H2的摩尔浓度。
解：查表8-1可知，30℃时C2H2在水中的亨利系数 kPa
故 kmol/m3
分析：求解本题的关键是熟练掌握亨利定律的表达式和各 系数间的关系。
8.2.2 亨利定律
例8-2 含有10％（体积%）C2H2的某种混合气体与水充分 接触，系统温度30℃，总压为101.3kPa。试求达平衡时液相中 C2H2的摩尔浓度。
解：混合气体按理想气体处理，由理想气体分压定律可 知，C2H2在气相中的分压为：
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。
8.3.4 对流传质理论
习题课
8.4 相际传质
8.1 概 述
1、吸收原理与流程
8.1 概 述
分离依据 吸收：利用组分在溶剂中的溶解度的不同。
吸收流程
吸收：使气体混合物与适当液体接触，气体中的一个或 几个组分溶解于液体中，不能溶解的组分则保留在气相中， 于是混合气体得到了分离。这种利用组分在液体中溶解度的 差异使气体中不同组分得以分离的操作称为吸收。
E，溶解度系数H及相平衡常数m。（氨水密度可取为
1000kg/m3）。 解： 由亨利定律表达式知：
E = p* x
x=
0.5 / 17
= 0.00527
0.5 / 17 + 100 / 18
8.2.2 亨利定律
亨利定律各系数间的关系 ∴亨利系数为 E = p * = 400 = 7.59×104 Pa
（2）H=f(T，p)，T增大或p减少， 则H减小，吸收在低温下进行有利。
8.2.2 亨利定律
1、液相浓度用摩尔分率x表示：
p∗A = CA H
=
C ⋅ CA HC
= E ⋅ xA
...................(6 - 2)
E=C/H——亨利系数，kPa或atm 。说明
① E表示气体溶解能力的常数，E越大，E=p*A/xA，表示 达平衡时，xA越小，也即是越难溶解。
1
8.1 概 述
3、吸收的工业应用 吸收在工业中的应用大致有以下几种：
（1）净化或精制气体 如采用碳酸丙烯酯脱除合成气中 的CO2等；
（2）制取某种气体的液态产品 如用水吸收氯化氢气体 制取盐酸等；
（3）回收混合气体中所需的组分 如用洗油处理焦炉气 以回收其中的芳烃等；
（4）工业废气的治理 选用碱性吸收剂除去这些有害的 酸性气体SO2、H2S、HF等有害气体成分。
1+ X
1+Y
将其代入 y* = m ⋅ x 中得：
Y* =m X 1+Y * 1+ X
Y * = m ⋅ X ................(6 − 7) 1 + (1 − m) X
稀溶液：X很小，分母趋于1，故可简化为： Y*=mX
8.2.2 亨利定律
亨利定律各系数间的关系
E= C H
p∗A
=
8.1 概 述
4、吸收操作分类： （1）按有无化学反应分为：物理吸收和化学吸收。 （2）按有无温度变化分为：等温吸收和非等温吸收。 （3）按被吸收组分数分为：单组分吸收和多组分吸收。 两相间的平衡关系指传质过程能否进行、进行的方向以 及最终的极限。