化工原理(下)复习整理.

第八章传质过程导论质量传递热量传递动量传递三传非均相混合物均相混合物分离场、电场、磁场等加场，如浓度场、温度分离剂加入另外一种物质作为方法利用某种性质分离过程在全厂的设备投资费和操作费上占很大比重。对一典型的化工厂，分离设备的投资占60-70％，分离过程的能耗约占30％。-----在浓度差、温度差、压力差等推动力作用下，从一处向另一处的转移过程。包括相内传质和相际传质两类。小结dzdcDJAABzA,zBzAAzAzANNxJN,,,,2121ppkcckNGLA一．重要概念分子扩散、对流传质、扩散通量、绝对扩散通量、总体流动通量、膜模型要点、对流传质机理、影响对流传质的因素。二．公式菲克定律：对流传质方程：三．双组分、一维稳态分子扩散等分子相互扩散单向扩散特点第九章吸收掌握气体吸收的基本概念和气体吸收过程的基本计算方法。本章重点及难点内容:2.两相间的传质及吸收传质速率方程1.吸收传质的气液相平衡及亨利定律3.扩散传质及理论基础4.吸收塔的有关计算任务:1.00.90.80.70.60.50.40.30.20.1pA，atmO2CO2SO2NH30123456789101110ncA，kmol/m3O2n=3，CO2n=2，SO2n=1，NH3n=0几种气体在20℃水中的溶解度曲线难溶体系溶解度适中体系易溶体系pA=733cApA=25.5cApA=0.365cApA=0.0138cA不同气体用同一吸收剂吸收，所得溶液浓度相同时，易溶气体的平衡分压小，难溶气体的平衡分压大。当总压不高（≤5×105Pa）时，一定温度下，稀溶液上方气体溶质的平衡分压与该溶质在液相中的浓度之间成线性关系。亨利定律（Henry’slaw）AApExpA*——溶质在气相中的平衡分压，kPa；xA——溶质在液相中的摩尔分数；E——亨利系数，kPa.式中：在同一溶剂中，难溶气体E值很大，易溶气体E值很小。注意：2.E值的大小代表了气体在该溶剂中溶解的难易程度1.E其值随物系的特性及温度而异物系一定，E值一般随温度的升高而增大。一.亨利定律：y*——液相组成为x呈平衡的气相中溶质的摩尔分数；cA——液相中溶质的摩尔浓度，kmol/m3；m——相平衡常数；H——溶解度系数；kmol/(m3kPa)；*ymx*AAcpH当气、液相溶质浓度用其它组成表示法表示时，通过浓度换算可得其它形式的亨利定律，常用的形式有：二.亨利定律的其它形式相平衡常数，无因次溶解度系数，kmol/(m3kPa)式中:四.亨利常数E、H、m之间的关系三.温度和压力对气体溶解度（E,H,m）的影响对于大多数气体:mHEt,,mHEP,,即：气体溶解度随温度的升高而减小,随压力的增加而增大。SSMEH1E、H之间的关系PEm总E、m之间的关系二﹑传质速率方程式的各种表示形式1.吸收传质速率方程**AyixiyxNkyykxxKyyKxx**AYiXiYXNkYYkXXKYYKXXAGAiLiAGAALAANkppkccKppKcc2.传质系数之间的关系yGkpkxLkckyGKpKxLKcK11YyikkYY11XxikkXX*11YyKKYY*11XxKKXX浓度低时浓度低时,YyGXxLkkpkkkck,YyGXxLKKpKKKcK气相液相两相间两相间111GGLKkHk3.总阻力和双膜传质阻力的关系(气液相平衡关系服从亨利定律)11LGLHKkk11yyxmKkk111xyxKmkk11YYXmKkk111XYXKmkkGGKk气膜控制yKky气膜控制YYKk气膜控制LLKk液膜控制xxKk液膜控制XXKk液膜控制GLKHKyxmKKYXmKK注意：1.传质系数的单位：kmol/(m2·s·单位推动力)2.传质系数与传质推动力的正确搭配，即传质系数的表达形式与推动力的表达形式一一对应。习题课mabOGyyyNSyyyySSNaaabOG1ln11aabbyxxGLyaKGHyOGOGOGNHh0min)0.2~2.1(GLGL汇总：或lnbambayyyyyyb=ybybya=yaya习题课指吸收设备和流程已给定，考察操作条件的变化对吸收效果的影响操作型设计型指吸收任务给定，求塔径、塔高等。yaxaGybLxb操作条件：液气(L、G)流量、气液进口浓度(yb、xa)、操作温度、压力等设计型问题计算【例1】常压下，用煤油从苯蒸汽和空气混合物中吸收苯，吸收率为99%，混合气量为53kmol/h。入塔气相中含苯2%（体积%）,入塔煤油中含苯0.02%（摩尔分率）。溶剂用量为最小用量的1.5倍，在操作温度50℃下，相平衡关系为y*=0.36x，总传质系数Kya=0.015kmol/(m3s)，塔径为1.1米。试求所需填料层高度。yaxa=0.02%=99%D=1.1mG=53kmol/hLyb=0.02xb溶剂用量为最小用量的1.5倍y*=0.36x设计型问题计算OGOGNHh0min5.1GLGL3600412Dm03.1015.036001.141532yaxa=0.02%=99%D=1.1mG=53kmol/hLyb=0.02xb溶剂用量为最小用量的1.5倍y*=0.36xOGHaKGy【解】属于低浓气体吸收bayy10002.0%99102.01bayyababxmyyyGLminGLmS537.0358.05.167.0537.036.0SmxymxySSNaaabOG1ln11358.00002.036.002.00002.002.098.1167.00002.036.00002.00002.036.002.067.01ln67.011设计型问题计算yaxa=0.02%=99%D=1.1mG=53kmol/hLyb=0.02xb溶剂用量为最小用量的1.5倍y*=0.36xmNHhOGOG4.1298.1103.10课后练习：用“平均推动力法”解答。【例2】在一填料塔内用纯溶剂吸收气体混合物中的某溶质组分，进塔气体溶质浓度为0.01（摩尔比，下同），混合气质量流量为1400kg/h，平均摩尔质量为29，操作液气比为1.5，在操作条件下气液平衡关系为Y*=1.5X，当两相逆流操作时，工艺要求气体吸收率为95％，现有一填料层高度为7m、塔径为0.8m的填料塔，气相总体积传质系数Kya为0.088kmol/(m3·s),问：（1）操作液气比是最小液气比的多少倍？（2）出塔液体的浓度?（3）该塔是否合适？解：（1）(1)0.01(10.95)0.0005abYYmin1.50.951.43/bababbaYYYYLmGYmXXminL1.5G1.05L1.43G（2）3()()0.010.95/1.56.3310babababbbYYGGGXXYYYYLLYLbababYYYYY1Y*=1.5X()()babaLXXGYY（3）1.51.50.006330.0095bbYX1.50aaYX0.010.00950.0005bbbYYY0.000500.0005aaaYYYm0.00050.000500.00050lnln0.0005babaYYYYYm0.0005baYYY平均推动力法OGmbaYYNYybByaAxaxbOGm0.010.0005190.0005baYYNYY0.01y0.00991Y10.01bbb1400(10.0099)47.8kmol/h29G2220.7850.80.54ADmOG47.8/36000.30m0.0880.5YGHKaAOGOG0HNh19×0.30=5.7mh需要=5.7mh实际＝7m，故该塔合适操作型问题计算yaxa=0=95%?GLybxb1.2GLy=1.18xKyaG0.8气体流量增加20%【例3】某吸收塔在101.3kPa、293K下用清水逆流吸收丙酮-空气混合气体（可视为低浓气体）中的丙酮。当操作液气比为2.1时，丙酮回收率可达95%。已知物系平衡关系为y=1.18x，吸收过程大致为气膜控制，气相总体积传质系数KyaG0.3。若气体流量增加20%，而液量及气液进口浓度不变，试求：（1）回收率变为多少？（2）单位时间内被吸收的丙酮量增加多少倍？气膜控制【解】（1）回收率变为多少？分析：气体流量增加，则导致被吸收的丙酮量增加，ya，故回收率将变小。bababyyyyy11.556.095.01156.01ln56.01111111ln1ln1ln111/11(1/)bOGaababyNSSSSSSSySyySyySyyyySSNaaabOG1ln11yaxa=0=95%?GLybxb1.2GLy=1.18xKyaG0.8气体流量增加20%气膜控制56.01.218.1GLmSSSSNOG111ln110.31.21.0610.951.06原工况下：0.3OGOGHGHGOGOGOGOGHHNN4.8OGN1.21.21.20.560.672mmSSLGLGSSSNOG111ln11bayy14.8%4.92新工况下：OGOGNHh0操作型问题计算1.20.9241.21.170.95bababbababyyGGyyyyyGyyGy倍yaxa=0=95%?GLybxb1.2GLy=1.18xKyaG0.8气体流量增加20%（2）单位时间内被吸收的丙酮量增加多少倍？可见，单位时间内被吸收的丙酮量增加了17％20%，即被吸收的丙酮量增大幅度小于气体流量增大幅度。()babaGyyLxx【例4】在一填料层高度h0=5m的填料塔内，用纯溶剂吸收混合气中溶质组分。当液气比为1.0时，溶质回收率可达90%。在操作条件下气液平衡关系为Y=0.5X。现改用另一种性能较好的填料，在相同的操作条件下，溶质回收率可提高到95%，试问此填料的总体积传质系数KYa为原填料的多少倍？1ln11baOGaaYmXNSSSYmX11110110.91(1)babbaaaaYmXYYYmXYY解：本题为操作型计算，NOG宜用吸收因数法求算。原工况下其中因Xa=0则：0.5mGmSLLG41.35.0105.01ln5.011OGN703.45.095.011)5.01(ln5.011OGN故气相总传质单元高度为：新工况（即新型填料）下：051.4663.41OGYOGGhHKaAN051.0634.703OGYOGGhHKaAN'11ln(1)11OGNSSS