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1、2.1.3 相平衡在吸收过程中的应用1 判断过程进行的方向 因自发进行过程总是趋向体系的平衡方向的，如 图中A、B点所示。A点: yye; xxe溶质向气相转移解吸过程 1 12 确定传质过程的推动力 组成为 y，x的气液相接触，传质推动力如图所示：A点： ； B点： 若气、液相浓度分别以p,c 表示，则推动力为表示表示解吸推动力解吸推动力。表示表示吸收推动力吸收推动力。2 2（3）判断过程进行的极限过程进行的极限：最终达平衡，平衡浓度为极限状态 吸收过程极限y降至最小为ye,解吸过程x降至最小为xe。Y1 X1Y2 X2（4 4）相平衡限制了离开吸收塔时的）相平衡限制了离开吸收塔时的气相最低
2、浓度气相最低浓度Y Y2min2min和和 液相最高浓度液相最高浓度X X1max1max3 3n含SO2为10（体积）的气体混合物与浓度C为 0.020kmol.m-3的SO2水溶液在一个大气压下相接 触。操作条件下两相的平衡关系为pe1.62C（ 大气压） ，则SO2将从相向相转移 ， 以气相组成表示的传质总推动力为_ 大气压. n用亨利系数E表达的亨利定律表达式为 _.在常压下,20时, 氨在空气 中的分压为69.6mmHg, 与之平衡的氨水浓度为 10(kg NH3(100kg)-1H2O).此时亨利系数 E=_,相平衡常数m=_. 思考题4 4n在常压下,测定水中溶质A的摩尔浓度为
3、0.56Kmol/m3,此时气相中A的平衡摩尔分率为 0.02,则此物系的相平衡常数m=_。当其他 条件不变，而总压增加一倍时，相平衡常数 m=_，此时的亨利系数E=_，而溶解度 系数H_。 在总压p=500KN/m，温度t=27下使含 CO23.0（体积）的气体与含CO2370g/m 的水相接触，试判断是发生吸收还是解吸？并计算 以CO2的分压差表示传质总推动力。 已知：在操作条件下，亨利系数E=1.73105KN/m 。水溶液的密度可取1000Kg/ m，CO2的分子量44。5 5第二节 吸收速率 两个基本问题：一是过程的极限，取决于吸收的相平衡关系 ； 另一是过程的速率。气液传质过程:
4、三个基本步骤 溶质由气相主体 相界面，（相内传质）溶质组分在界面上发生溶解进入液相。 （相际传质） 由界面 液体主体传递。（相内传质）溶解过程易进行的，其阻力很小。通常认为界面上气液两 相的溶质浓度满足平衡关系。总传质过程速率将由相内传质速率所决定 溶质气体是凭借扩散完成吸收的。溶质气体是凭借扩散完成吸收的。扩散扩散=分子扩散分子扩散+涡流扩散涡流扩散。6 62.2.1分子扩散与传质 （1）分子扩散-费克定律（Fick） 静止或层流运动的流体静止或层流运动的流体1.1.分子运动向各方向是无规则的分子运动向各方向是无规则的2.2.分子微观运动的结果分子微观运动的结果3.3.在浓度高处的分子向浓度
5、低方向在浓度高处的分子向浓度低方向扩散，和浓度梯度有关，表现为数扩散，和浓度梯度有关，表现为数量大，效率高量大，效率高a.a.分子扩散分子扩散 是在相内部因是在相内部因浓度梯度浓度梯度的存在，由的存在，由于分子的于分子的无规则热运动无规则热运动而产生的物质传质现象而产生的物质传质现象 7 7b. 费克定律Fick定律：单位时间通过单位面积物质的扩散量 与浓度梯度成正比。与傅立叶定律 相似只要存在浓度差，必然会产生分子扩散 是描述分子扩散的基本规律J JAA组分组分AA沿沿Z Z方向的扩散通量方向的扩散通量kmol/mkmol/m2 2ss；C CAA组分组分AA在混合物中摩尔浓度在混合物中摩尔
6、浓度kmol/mkmol/m3 3 ; ;DDABAB组分组分AA在在AA、BB混合物中的扩散系数，混合物中的扩散系数，mm2 2/s /s。 负号负号扩散方向扩散方向沿沿AA浓度降低浓度降低的方向进行的方向进行8 8（2）等分子反向扩散由A、B组成均相混合物中，若维持各点 T,p,C=constant,当其内部存在A、B组分浓度分布时 ，则就会发生A、B两组分的等分子反向扩散.9 9其扩散通量：JA=-JB 对双组分混合物，稳定扩散条件下：对双组分混合物，稳定扩散条件下： 因混合物中各点总浓度不变：因混合物中各点总浓度不变：C Cmm=C=CAA+C+CBBD DABAB=D=DBABA=D
7、=D 双组分物系中当各处的浓度相等时，有双组分物系中当各处的浓度相等时，有AA的扩散，必然伴有的扩散，必然伴有BB的分的分 子扩散，二者扩散速率相等，方向相反。子扩散，二者扩散速率相等，方向相反。 扩散方向上没有流体的宏观运动，通过扩散方向上没有流体的宏观运动，通过PQPQ面的净物质量为零。面的净物质量为零。前提：气液界面能等速率地向气相提供组分前提：气液界面能等速率地向气相提供组分B B1010体现在精馏过程中：体现在精馏过程中： 1mol A 1mol A 气气 液液1mol B 1mol B 液液 气气对于稳态扩散则有 ：传质速率的大小主要是分子扩散的贡献传质速率的大小主要是分子扩散的贡
8、献。对于对于气相气相：1111（3）单向扩散与主体流动v在气体吸收过程中，由于液相中不存在物质B，故不可能 向界面提供组分B。（不再是等分子反向扩散），而是组 分A的单向扩散v单向扩散：一组分通过另一个静止组分的扩散1212v在相界面处，A可溶于液相，B不溶于液相。vA在浓度梯度作用下从气相主体向界面i-i处扩散，在界面发生溶解，进入液相，其通量为JA。v界面处A溶于液相中，B在界面处积累。如图（b)所示, 产生反向扩散，其通量JA=-JB 。v界面处A组分的溶解和B组分的反扩散，无液相分子通过界面向气相补充，导致界面处气相总浓度下降，即总压下降，使气体与界面之间产生微小的压差，从而产生混合气主体向界面递补的流动，这种递补流动称之为主体流动。1313v主体流动使A、B组分向截面扩散通量提高，分别是Nb,A、Nb,B,即：Nb=Nb,A+Nb,BvNb为主体流动对传质速率总的贡献v当有主体流动存在时传质速率由两部分组成，即分子扩散及主体流动的速率所组成。1414稳态下分离变量取B组分分压的对数平均值1515v以液相及气相为推动力的传质速率方程：v 、 称为漂流因子，其值大于1。有主体流动存在的传质速率大于单纯的分子扩 散反映主体流动对传质速率的贡献。v描述吸收过程的传质：气相中的A不断溶解， B不能进入液相。1616
