化工原理(2)学习指导

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1、化工原理（2）学习要点通过本章学习，掌握吸收过程的机理、吸收过程及设备的计算、吸收过程的因素分析。2.本章应掌握的内容木章讨论重点为两组分物理吸收过程的计算和分析，主要应掌握的内容包括：气液平衡关系式的农达和应用；吸收过程的机理和吸收速率方程式；吸收塔的物料衡算、操作线关系和液气比的确定；填料层高度的计算；影响吸收过程的因素分析等。3.本章特点和应注意的问题吸收操作广泛应用于气体混合物的分离，它依据气体混合物屮各组分在某种溶剂中溶解度的差异达到分离的目的。在大多数吸收操作中，为了取得较纯净的溶质组分或者为吸收剂的再生，

2、其操作流程-般包括吸收和脱吸两个组成部分。吸收操作的经济性往往取决于再生费用。常用的脱吸方法有减压、升温和吹气等。吸收和脱吸两者所用的设备类似，计算方法相仿。吸收操作即可在填料塔中、又可再板式塔中进行，本章以填料塔（微分接触）为主耍讨论对象，重点讨论对低浓度气体混合物的单组分等温物理吸收过程。对特定的吸收任务,确定填料层高度（传质单元数法）是木章的核心。同时应学握对影响吸收过程因索的分析,以解决工业吸收过程中的实际问题。在有关传质（吸收）机理的学习中，可対比传热机理，注意它们间的界同。此外还应特别注意有关物理量的单位和

3、换算。4.本章学习要点4.1描述吸收过程的基本关系对低浓度气体混合物的吸收，通常可做如下假设：①流经填料塔的混合气体流量：kmol/（m-s）］和液体流量［kmol/（m2-s）］可视为常数。②吸收过程是等温进行的，因此可不考虑热量衡算。上述假定使气体吸收过程的计算人为简化，而又不会导致计算结果的较人谋差。4.1.1气液平衡关系（1）气液平衡关系的表达式对单组分物理吸收体系，在总压P及温度t一定的条件下，气液相平衡时的气相组成是液相纽成的单值两数。由于气液组成有多种表示方法，因此气液平衡相应有多种函数关系。气液平衡关系

4、一般通过实验测定，可用列表、图线或关系式表示。在二维坐标上标绘成的气液平衡关系曲线，又称溶解度曲线。在总压不高及一定温度下，对于稀溶液和难溶气体的体系，其气液平衡可用亨利定律表达，其数学表达式如下：®=Ex应指出，亨利系数E的数值取决于物系的特性及温度。E值愈大，表示溶解度愈低。因此易溶气体E值较小，稳定愈高E值愈大。②£H与亨利系数E相反，溶解度系数H愈大，表示溶解度愈高。因此易溶气体H值较大，且H随温度t的升高而减小。y*=mX1+（1—加）X与亨利系数E相似，相平衡常数m愈大，表示溶解度愈低。E、H和m三个常数之

5、间的关系为：H=-^,m=—oEmsP(2)气液平衡关系的的应用①判断过程的方向②计算过程的推动力③确定过程的极限4.1.2吸收过程的机理和吸收速率方程吸收过程是溶质从气相进入液和的传质过程，它是由气相与界而间的对流传质、界面上溶质的溶剂及液相与界面间的对流传质三部串联而实现的。它与间捲两侧传热、冷、热流体间的传热情况类似，因此町将两者类比，注意它们间的界同。(1)菲克定律de菲克定律是表述分子扩散现象的基本定律，其数学表达式为：JA=-D^.菲克定dz律少热传导的傅立叶定律及动量传递的牛顿粘性定律在表达形式上有共同的

6、特点，它们都是描述某种传递过程的现彖方程。分子扩散系数是物质的传递特性，具值与物系、浓度、温度及压强等因索有关，一般通过实验测定，有时也可用半经验或经验公式估算。当温度和压强改变时，气体分子扩散系数可按下式估算:d=dq(

V0丿(2)定态的对流扩散速率方程对流扩散速率方程可仿照对■流传热速率方程导出。対气相2影丄(Pa_PaJRTZGPBm对液相DCNa=(sCA2)ZLfpc上二式屮的厶和丄项均称为由主体流动引起的漂流因数，其值愈大，扩散速率愈PCsm快，反映主体流动对扩散速率的影响愈人。(3)双膜理论双膜

7、理论是吸收过程的简化模型，F1前在工程上仍被普遍釆用。该模型可归纳为流动和传质模型两部分。流动部分：①相互接触的气液两相存在一固定的相界面。②界面两侧分别存在气膜和液膜，膜内流体呈滞流流动，膜外流体呈湍流流动。膜层厚度取决于流动状况，湍流愈剧烈,膜层厚度愈薄。传质部分：①传质过程为定态过程，因此沿传质方向上溶质传递速率为常量。②界面上无传质阻力，即在界面上气、液两相组成呈平衡关系。③在界面两侧的膜层内，物质以分子扩散机理进行传质。④膜外湍流主体内，传质阻力可忽略，因此气、液相界的传质阻力取决于界面两侧的膜层传质阻力O根

8、据双膜理论,吸收过程中气、液相界面两侧的组成分布如图:组成(5)各种吸收系数之间的关系①总吸收系数与分吸收系数的关系当气液平衡关系符合亨利定律时冇:11H②各种分系数之间的关系当总压小于506.5kPa时，则有:②总系数ZI'可的关系当总压小于506.5kPa,且气、液相浓度很低时，则有:心"忑Kx^CK】4.1.3吸收塔的物料衡