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时间:2018-07-25
《第7章(15) 吸收与蒸馏》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第7章吸收与蒸馏1传质学基础1.1混合物组成的表示方法两组分(A+B)混合物的组成换算:①已知A的质量分数αA,换成摩尔分数xA:②已知A的摩尔分数xA,换成质量分数αA:③已知A的摩尔分数xA,换成摩尔比XA:式中:MA、MB分别为组分A和B的相对分子质量。其它的见表7-1,2。1.2扩散现象与分子扩散速率计算 分子扩散:在同一相内有浓度差异时,因分子的无规则热运动而造成的物质传递现象。1.2.1分子扩散与Fick定律扩散通量J:单位时间内通过单位面积传递的物质的量,kmol/(m2.s)。 费克定律:当物质A在介质B中发生扩散时,任一点处的扩散通量
2、与该位置上的浓度梯度成正比,即:式中:DAB-A组分在A和B的混合物中的扩散系数,m2/s。 同样,对B组分有式中:DBA-B组分在A和B的混合物中的扩散系数。当扩散发生在理想气体或理想溶液中时,有DAB=DBA=D,故以后用D表示双组分物系的扩散系数。1.2.2稳定分子扩散速率传递速率NA:单位时间内通过单位面积的A物质的量,kmol/(m2.s)。(1)等摩尔逆向扩散 如图所示,两容器内有浓度不同的A,B两种气体的混合物,其中PA1>PA2,PB1<PB2,P,T相同。 由费克定律,得: 稳定条件下,NA=JA=常数,对上式积分,有或对于理想气体,
3、有代入上式,可得:式中R为通用气体常数,R=8.314J/(mol.K)。注意:由于NA(JA)的单位用kmol/(m2.s),为与之相对应,气体的压强需用kPa。(2)单向扩散如图所示,在密闭容器中放上一定的碱液,上方为含CO2(A)的空气(B),气体压强一定(盖子可上下自由滑动),则在汽液相界面上A组分会不断向液相中扩散、溶解。传递的基本情况:由于A组分不断通过气、液相界面进入液相,则在周围不断地留下相应的空缺,这样就有其它的A,B分子来充填,从而形成“整体流动”。若以N表示总体流动通量,则有:N=NA+NB及(a)但B组分(空气)并不溶入碱液,即
4、NB=0∴N=NA代入(a)式,得:或积分上式可得:(b)对于气体,有由于CA1+CB1=CA2+CB2=C(常数)∴CB2-CB1=CA1-CA2令代入(b)式,可得:同理可得:式中P/PBm称为“漂流因子”,其值>1。1.2.3扩散系数扩散系数是物质的物性常数之一。一般,D=f(物质,T,P,浓度)对于气体中的扩散,浓度的影响可忽略;对于液体中的扩散,压强的影响可忽略。扩散系数的来源:①由实验测定;②从有关手册查取;③由物质本身的基础物性及状态参数计算。通常,气体的D比液体的D大得多。一些物质的扩散系数见表7-3,4。对气体扩散体系,D∝T1.5/
5、P;对液体扩散体系,D∝T/μ。[例7-2]有一个10cm高的烧杯内装满乙醇,问在101.3kPa及25℃的室温下全部蒸发完约需多少天?若温度升高至35℃,问全部蒸发完约需多少天?假设烧杯口上方空气中乙醇蒸汽分压为零;25℃和35℃下乙醇的饱和蒸汽压分别为8.0kPa和13.3kPa。解:乙醇通过静止空气层的扩散为单向扩散,且为非稳定过程,但因扩散距离z的变化缓慢,故可作为拟稳态处理。基本方法:设在扩散的任意时刻τ,液面离杯口的距离(扩散距离)为z,取dτ时间间隔对物料作衡算,并结合扩散的规律解决之。单向扩散,有:(1)式中:D=1.19×10-5m2
6、/s;T=273+25=298K;PB2=101.3-0=101.3kPa;PB1=101.3-8.0=93.3kPa;z-扩散距离,m。代入(1)中,得:在dτ时间内,液面高度降低dz,对乙醇作衡算:或(2)式中:ρ=780kg/m3,MA=46kg/kmol;代入上式,得:积分可得:当温度升高至35时℃:PB1=101.3-13.3=88.0kPa;D=1.19×10-5×(308/298)1.5=1.25×10-5m2/s;其余参数不变。积分可得:1.3对流传质与相间传质1.3.1对流传质 1)涡流扩散凭籍流体质点的湍动和旋涡来传递物质的现象。仿
7、照分子扩散,可写出:式中,De-涡流扩散系数,它不是物质的物性,而是与流动状态等有关的一个系数。总扩散通量为:通常,De>>D。2)对流传质发生在运动着的流体与相界面之间的传质过程。如图所示,气体与液体逆流流动,气体中的某种组分(A)可溶于液体中,在任一截面上,气体组分A的分压变化如图。通常,将A的分压有显著变化的区域称为“有效膜”,而传质阻力主要集中在此膜内。在湍流主体内,混合非常剧烈,传质阻力为零。对于A组分在气相中的单向扩散,有:令则对液相,同理可得:一般,传质分系数kG、kL由实验测定。 1.3.2相间传质的双膜理论相间传质是指物质由一相转移到
8、另一相的传质过程。“双膜理论”是目前在工程计算中广泛使用的一个传质模型,如图所示:双膜模型的要
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