第7章--吸收与蒸馏.doc

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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

2、的扩散通量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

3、，有或对于理想气体，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

4、B组分(空气)并不溶入碱液,即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

5、-3，4。对气体扩散体系，D∝T1.5/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

6、向扩散，有：（1）式中：D=1.19×10-5m2/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

7、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

8、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