化工原理-第5章 气体吸收2

1作业题答疑注意事项：定性温度：流体进口温度与出口温度的算术平均值。查粘度、定压比热容、热导率等基础物理数据的依据。水：t=(290+320)/2=305k,查附录5可知Cp,c=4.174kJ/kg.℃苯：t=(350+300)/2=325k,查附录8可知Cp,h=1.835kJ/kg.℃skgqTTcqttcqcmphhmpccm/916.030174.450835.125.1)(,12,12,代入数据得：）（P165,3-172P166,3-22℃./4712085014252170011112221mWK2522.5510.5ddddbK-31m1skJTTcqQphhm/75.11827779.125.1)(12,）（mtKAQ℃62.19)10/34ln(1727(4377()/ln()-)ttt-tt2121m面积）（以外表面积计的传热ldA1mdtKQlm184025.014.362.19417100075.1181壳程？；管程？（外径）（内径）3P166,3-25，查附录5可知，饱和水蒸气温度为226℃℃./23120300142521000011112221mWK2522.5510.5ddddbK-31m1℃5.294)249/349ln(226472(226575()/ln()-)ttt-tt2121m）（）（wwm1TTAttAtKAQ2211℃8.232226100005.29423111tAtKAtm1w℃0.240203005.29425231247257522llAtKATTm1w亨利定律（1）亨利定律内容总压不高时，在一定温度下，稀溶液上方气相中溶质的平衡分压与溶质在液相中的摩尔分率成正比，其比例系数为亨利系数。Exp*A*Ap——溶质在气相中的平衡分压，kPa；x——溶质在液相中的摩尔分率；E——亨利常数，单位同压强单位。知识点回顾知识点回顾1）AssA*AcEMHcp（2）亨利定律其它形式2）xpEmxy*m——相平衡常数，无因次。3）XpEmXY*m——相平衡常数，无因次。H——溶解度系数。xpEmxy*见P245,5-6查表5-2，30、0℃时，SO2在水中的亨利系数分别为：4850、1670kPa06.0*.3.024.001.06.2020025.0*.01.00125.03.04850)3,3.0165.001.03.1012,01.00062.03.048501'*,30'*,30*0*30yyy4850yxxx202.6xy1670yx101.3x吸收，推动力：推动力：吸收吸收（气相到液相））解吸（液相到气相））℃℃℃℃随堂测试题答疑5.3.单相内传质5.4.总传质速率方程5.5.吸收塔的计算第五章气体吸收5.3.单相内传质5.3.1.分子扩散主要包括分子扩散和对流传质两种分子扩散：在静止或层流流体内部，若某一组分存在浓度差，则因分子无规则的热运动使该组分由浓度较高处传递至浓度较低处，这种现象称为分子扩散。与那种传热方式相似？扩散通量：单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积扩散的物质量，J表示，kmol/(m2·s)。传质速率：任一固定的空间位置上，单位时间内通过单位面积的物质量，记作N,kmol/(m2·s)。传质速率包括分子扩散和总体流动速率。传质基本概念zcDJddAABAJA——组分A扩散速率（扩散通量），kmol/（m2·s）；—组分A在扩散方向z上的浓度梯度（kmol/m3）/m；zcddADAB——组分A在B组分中的扩散系数，m2/s。负号：表示扩散方向与浓度梯度方向相反，扩散沿着浓度降低的方向进行菲克定律：恒温恒压的一维定态系统，组分A在扩散方向上任一点处的扩散通量与该处A的浓度梯度成正比。1．分子扩散与菲克定律dxdtq11对于两组分定态扩散系统常数BACCCzdcdzdcdBADDDBAAB理想气体：RTpcAAzcddAzpRTdd1A=zdpdRTDJAAzcDJddAABABAJJ2．扩散系数单位浓度梯度下的扩散通量，反映某组分在一定介质中的扩散能力，是物质特性常数之一；D，m2/s。（1）气相中的D范围：10-5～10-4m2/s经验公式DpDTpTDpTfD2/3)(，（2）液相中的D范围：10-10～10-9m2/sDDTTDTfD)(，5.3.1.分子扩散分子扩散有两种形式：等摩尔反向扩散，单向扩散。1．等摩尔反向扩散任一截面处两个组分的扩散速率大小相等，方向相反。JAJBTPcA2cB2TPcA1cB112假设CA1CA2,CB1CB22）气液相均成立，组分的浓度与扩散距离z成直线关系。3）等摩尔反方向扩散发生在蒸馏过程中。ppB1pA1pA2pB2扩散距离z0zp等摩尔反相扩散速率方程)(121AAABcczDNN）zcccDcNddAAA——微分式)()(2121AABmAAABmAPPPPRTzDNCCCCzDN）（气相）（液相——积分式2．单向扩散（1）吸收过程中，惰性组分B的净传递速率为零。.11，近似等于的影响。当浓度很低时，体现总体流动于）称为漂流因子，恒大）或（（BmBmPPCC)(21AAAcczDN16【例5-1】含CO2的空气通过直径为0.015m,长度为0.52m的圆管进行吸收操作。已知158.6kPa、383K，管两端CO2的分压分别为95kPa和12kPa，标准状态下CO2在空气中的扩散系数为1.67x10-5m2/s，计算CO2的扩散速率。解：判断扩散类型，吸收单向扩散)(21AABmAPPPPRTzDN）（气相D=?A=?B=?PBm=?smTTppDD,pTD/1065.1)298383(6.1583.1011067.1)(255.155.112215.112所以kPaPPPPPBBBBBm4.99)956.158126.158ln()956.158()126.158()/ln(2121)./(1032.1)1295(4.996.15852.0383314.81065.1)(26521smkmolPPPPRTzDNAABmA）（）（175.3.2.对流传质运动流体与相界面之间的质量传递过程—对流传质。)(iyAyykNy和yi为组分A在气相主体及界面处的摩尔分数ky为气相传质系数，湍流大于层流)(wTTQyi与y*的区别吸收过程：5.4.总传质速率方程设组分A从气相传递到液相，该过程由以下3步串联而成：①组分A从气相主体扩散到相界面；②在相界面上组分A由气相转入液相；③组分A由相界面扩散到液相主体。一般来说，相界面上组分A从气相转入液相的过程很快，相界面传质阻力可以忽略。因此，相际间传质的阻力主要集中在气相和液相中。若其中一相传质阻力较另一相大得多，则另一相传质阻力可以忽略，此种传质过程即称之为“该相控制”。5.4.1两相对流传质模型pApAicAicA气相液相GLE1．双膜模型的基本论点（假设）（1）气液两相存在一个稳定的相界面，界面两侧存在稳定的气膜和液膜。膜内A以分子扩散方式通过气膜和液膜。（2）相界面处两相达平衡，无扩散阻力。（3）有效膜以外主体中，充分湍动，溶质浓度相对恒定。iimxy成立对于稀溶液，亨利定律)(iyAyykN)(xxkNixA5.4.2.总传质速率方程)(iyAyykN)(xxkNixAxixiyiAkmxxmkxxkyyN)(1)(1)(定态传质xyyyxyiiAkmkKKyykmkxxmyyN1111)()(*其中iimxy成立对于稀溶液，亨利定律5.4.2.总传质速率方程1．吸收过程的总传质速率方程（1）用气相组成表示吸收推动力)(*ALAGGAppKN)(*AyyKNyGK——以气相分压差表示推动力的气相总传质系数，kmol/（m2·s·kPa）；yK——以气相摩尔分率差表示推动力的气相总传质系数，kmol/（m2·s）；GyKpK（2）用液相组成表示吸收推动力)cc(KNAL*AGLA)(*AxxKNxLK——以液相浓度差表示推动力的液相总传质系数，kmol/m2·s·kmol/m3）；xK——以液相摩尔分率差表示推动力的液相总传质系数，kmol/（m2·s）；适用条件：定态传质，且系统服从亨利定律或平衡系在计算范围为直线LxKcK5.4.3.传质阻力与传质速率的控制1．传质阻力GLGkHkK111GLLkHkK11kkmKyxy11yxxmkkK111相间传质总阻力=液相(膜)阻力+气相(膜)阻力注意:传质系数、传质阻力与推动力一一对应。传质阻力传质推动力传质速率)(*AApp)(A*Ac-c)(A*Ax-x)(*AAyy2．传质速率的控制步骤（1）气膜控制气膜控制：传质阻力主要集中在气相，此吸收过程为气相阻力控制（气膜控制）。G1KG1kH较大易溶气体气膜控制的特点：AiAG*ALAGpppp)(*ALAGppkNGA提高传质速率的措施：提高气体流速；加强气相湍流程度。.pAGIpAicAcAi*AGc*ALpGLKK斜率（2）液膜控制液膜控制：传质阻力主要集中在液相，此吸收过程为液相阻力控制（液膜控制）液膜控制的特点：LL11kKH较小难溶气体ALAiAL*AGcccc.AGpAip*ALpALcAic*AGc)(AL*AGLAcckN提高传质速率的措施：提高液体流速；加强液相湍流程度。【例5-2】已知某低组成气体被吸收时，平衡关系满足亨利定律，气相传质系数kG液相传质系数kL分别为3.15×10-7kmol/(m2·kPa·s)，5.86×10-5m/s溶解度系数为1.45kmol/(m3.kPa)，试分析该吸收的控制因素。mskkmolkPasmkLG/1071.11086.511/)..(1018.31015.31145267液膜阻力：气膜阻力：kmolkPasm1.45HkkKLGG/)..(1019.31071.11018.31112646总阻力：，气膜控制分数为气膜阻力占总阻力的百%6.9919.318.3同理：yykK11气膜控制：iyyyy*m小易溶气体)(*yykNyAxxkK11液膜控制：m大难溶气体xxxxi*)(*xxkNxA【例5-3】101kPa、303K下操作的氨吸收塔，某截面上，含氨0.05摩尔分率的气体与氨摩尔分率为0.012的氨水接触，已知气相传质系数ky液相传质系数kx分别为5.31×10-4，=5.33×10-3kmol/(m2·s)，氨水的平衡关系为y=1.2x，试计算：1）以摩尔分率差表示总推动力的气相总传质系数；2）传质速率；3）气液界面上的两相组成；4）气膜阻力占总阻力的比例。解：(1)&(2)传质系数和总传质速率)./(1069.1)0144.005.0(1074.4)(0144.0012.02.1)./(1074.4/).(21081033.52.11031.5111254**24234smkmolyyKNmxysmkmolKkmolsmkmkKyAyxyy（3）界面上的气液组成0152.02.10182.00182.01031.505.0)()(4*myx101.69kNyyyyKyykNii5-yAiyiyA则（4）气膜阻力占总阻力比%3.890144.005.00182.