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1、 8 1Introduction 8 2Equilibriumbetweenliquid gas 8 3Diffusion masstransferwithinsinglephase 8 4Betweeng phase l phaseformasstransfer 8 5Gasabsorptionatlowconcentration 8 6Absorptionfromrichgases 8 7absorptionplusreaction 20学时 第17章相际扩散与传质原理 扩散是一种在物理驱动下单组分通过混合物的运动 扩散最通常的原因是扩散组分浓度梯度的存在 Diffusionisthemo
2、vement undertheinfluenceofaphysicalstimulus ofanindividualcomponentthroughamixture Themostcommoncauseofdiffusionisaconcentrationgradientofthediffusingcomponent Chapter17PrincipleofDiffusionandMassTransferBetweenPhase Aconcentrationgradienttendstomovethecomponentinsuchadirectionastoequalizeconcentrat
3、ionsanddestroythegradient 浓度梯度驱使扩散组分朝着使浓度均匀化的方向移动 使浓度梯度消失 Whenthegradientismaintainedbyconstantlysupplyingthediffusingcomponenttothehigh concentrationendofthegradientandremovingitatthelowconcentrationend thereisasteady statefluxofthediffusingcomponent Thisischaracteristicofmanymass transferoperation
4、s 当不断地向高浓度一端提供扩散组分 从低浓度一端移去扩散组分 扩散组分便具有稳定的传质通量 这就是许多传质操作的特点 例如 当在填料塔中用水吸收气体中的NH3时 在塔内的任意一点上 在气相浓度梯度的驱使下 NH3由气相主体扩散至气 液界面 在界面上溶解 然后 在液相浓度梯度驱使下 扩散至液相主体 Forexample whenammoniaisremovedfromagasbyabsorptioninwaterinapackedcolumn ateachpointinthecolumnaconcentrationgradientinthegasphasecausesammoniatodiff
5、usetothegas liquidinterface whereitdissolves andagradientintheliquidphasecausesittodiffuseintothebulkliquid Instrippingasolutefromaliquidthegradientsarereversed herediffusionbringssolutefromthebulkliquidtotheinterfaceandfromthereintothegasphase 当从吸收液中解吸溶质时 浓度梯度与吸收过程相反 此时 扩散作用使溶质从液相主体移至界面 再从界面移至气相 In
6、someothermass transferoperationssuchasleachingandadsorption unsteady statediffusiontakesplace andthegradientsandfluxesdecreasewithtimeasequilibriumisapproached 在其它一些诸如浸取和吸咐操作中发生的是不稳定扩散 随着过程趋于平衡 扩散组分的浓度梯度和通量随时间而降低 Althoughtheusualcauseofdiffusionisaconcentrationgradient diffusioncanalsobecausedbyanac
7、tivitygradient asinreverseosmosis byapressuregradient byatemperaturegradient orbytheapplicationofanexternalforcefield asinacentrifuge 虽然扩散的一般原因是浓度梯度 但能动梯度也能引起扩散如反渗透过程 压力梯度 温度梯度和外场力都可引起扩散 如离心分离 Moleculardiffusioninducedbytemperatureisthermaldiffusion andthatfromanexternalfieldisforceddiffusion Bothar
8、euncommoninchemicalengineering Onlydiffusionunderaconcentrationgradientisconsideredinthischapter 由温度引起的分子扩散称为热扩散 由外场力引起的扩散称为强制扩散 这两种扩散方式在化学工程中并不常见 本章仅讨论由浓度梯度引起的质量扩散 Diffusionisnotrestrictedtomoleculartransferthroughstagnantlayersofsolidorfluid Italsotakesplacewhenfluidsofdifferentcompositionsaremixe
9、d 扩散并不局限于分子通过固体或液体停滞膜的传递 当不同组成的流体相混合时也会发生扩散 Thefirststepinmixingisoftenmasstransfercausedbytheeddymotioncharacteristicofturbulentflow Thisiscallededdydiffusion Thesecondstepismoleculardiffusionbetweenandinsidetheverysmalleddies 混合过程首先是因湍流的涡流特性引起的质量传递 这一过程被称为涡流扩散 其次是在微小的漩涡间及其内部的分子扩散 Sometimesthediffu
10、sionprocessisaccompaniedbybulkflowofthemixtureinadirectionparalleltothedirectionofdiffusion 有时扩散过程还伴随着与扩散方向相平行的混合物主体流动 Inallthemass transferoperations diffusionoccursinatleastonephaseandofteninbothphases Indistillation thelowboilerdiffusesthroughtheliquidphasetotheinterfaceandawayfromtheinterfaceint
11、othevapor 在所有的质量传递操作中 扩散至少在一相中发生 更多则是在两相中发生 蒸馏时 低沸物由液相扩散至界面 离开界面进入汽相 Roleofdiffusioninmasstransfer 扩散在质量传递中的角色 Thehighboilerdiffusesinthereversedirectionandpassesthroughthevaporintotheliquid Inleaching diffusionofsolutethroughthesolidphaseisfollowedbydiffusionintotheliquid 高沸物逆向扩散从汽相进入液相 浸取时 溶质扩散穿过固
12、相 然后再扩散进入液相 Inliquidextraction thesolutediffusesthroughtheraffinatephasetotheinterfaceandthenintotheextractphase Incrystallization solutediffusesthroughthemotherliquortothecrystalsanddepositsonthesolidsurfaces 液 液萃取时 溶质从萃余相扩散至液 液界面 然后进入萃取相 结晶时 溶质由母液扩散到晶体 然后沉积于晶体表面 Inhumidificationordehumidificationt
13、hereisnodiffusionthroughtheliquidphasebecausetheliquidphaseispureandnoconcentrationgradientthroughitcanexist butthevapordiffusestoorfromtheliquid gasinterfaceintooroutofthegasphase 增湿和减湿时 因液相是纯液体 无浓度梯度存在 故液相无扩散 但增湿时 蒸汽离开汽液界面 扩散进入汽相 而减湿时 则为蒸汽朝向汽液界面 扩散离开汽相 Inmembraneseparationsdiffusionoccursinallther
14、ephases inthefluidsoneithersideofthemembraneandinthemembraneitself 膜分离时 所有相中即膜两侧的流体中和膜自身内均会发生扩散现象 Chap 8Gasabsorption Thischapterdealswiththemass transferoperationsknownasgasabsorptionandstrippingordesorption 气体吸收 利用气体混合物各组份在吸收剂中的溶解度不同 而使气体混合物得以分离的单元操作 Ingasabsorptionasolublegasisabsorbedfromitsmixt
15、urewithaninertgasbymeansofliquidinwhichthesolutegasismoreorlesssoluble 8 1Introduction 气体混合物 MixtureorRichGas A B溶质 Solute A惰性气体 AnInertGas B吸收剂 Solvent S溶解度 Solubility分离 Separation可溶的 Soluble单元操作 UnitOperation吸收液 AbsorbingliquidorThestrongliquid尾气 DilutegasorLeangas KEYWORDS 8 1Introduction 2规定 3Ex
16、amples P546 AmajorapplicationofabsorptiontechnologyistheremovalofCO2andH2Sfromnaturalgas 天然气 orsynthesisgas 合成气 byabsorptioninsolutionsofamines 有机胺 oralkalinesalts 碱式盐 Anotherexampleisthewashingofammoniafromamixtureofammoniaandairbymeansofliquidwater 8 1Introduction 4Thesolutesuchanoperation thereverseofgasabsorption isdesorptionorgasstripping 8 1Introduction Acommonapparatususedingasabsorptionandcertainotheroperationsisthepackedtower 填料 Packing填料塔 Packedtower 6Theprocessofgasabsorption 8 1Intro
