1第九章传质3-4

19-4相间传质9.4A稳态相间传质1．相平衡曲线x设备内任意一点的浓度不随时间变化液相用拉乌尔定律，PA=PA0XA，气相可应用道尔顿PA=yAP2．双阻理论相间传质包括三步。首先是组分A在气相从主体传导界面然后穿过界面到达液相最后再传入液相主体气相：设A在气相主体G中的浓度用分压表示为PAG到界面处I浓度降到PaiPAG-Pai是气相A的传质推动力液相：界面处A的浓度为Cai,到液相主体L浓度降到CALCai-CA是A在液相中的传质推动力双阻理论假设，所有的扩散传质阻力来自两流体本身，界面只是一个几何面，没有任何物质积累和存贮,不会产生传质阻力。界面上气液恒处于平衡状态PA2——界面处与Cai平衡的组分A在气相的分压PA气相：NA=KG•（PAG-PAi）液相：NA=KL•（Cai-CAL）根据双阻理论界面不会产生传质阻力。两相传质通量相等：)(*AiAicfp2KL/KG=PAG-PAi/CAL-Cai点P代表吸收塔内一截面两相主体情况由点P作斜率为-KL/KG的直线交平衡曲线于点M点M的座标表示界面两相浓度PaiCai3、总传质系数按Henry定律相平衡关系相平衡关系Pai-CALM=——————M/KLPAL与液相主体浓度平衡的气相分压KG——以气相浓度为基准的总传质系数，mol/(m2Pa·s)。总传质阻力是气相传质阻力与液相传质阻力之和。同样:GLAiALAiAGALAiLAiAGGAkkccppcckppkN)()(LALAiAGAiAGAkccNkppN/1/1AiAiAAmcpmcp*LGALAGLGALAiAiAGAkmkppkmkppppN11)()(**LGGkmkK11LGLkmkK111)(*ALAGLAccKN)(*ALAGGAppKNGK1Ck1Lkm39.4B工业装置中的传质1．有效相间传质面积单位体积内有效传质界面面积为,在微分塔高dh内，有效相间传质面积即为2.容积传质系数3.传质单元的概念传质流量为液相浓度由塔顶cA1变到塔底cA2在工程上，定义：为传质单元数为传质单元高度HOL和NOL的意义：在一个传质单元高度HOL内，传质可使液相浓度发生相当于推动力cA*-cA的平均值的变化；使液相浓度发生总变化cA2-cA1,需要串联NOL个传质单元。h=HOL·NOL=HOG·NOG若要求传质浓度变化越大，过程平均推动力越小，就意味着传质过程分离难度越大，所需的传质单元vaAdhavvLvGvLvLvGvGakamkaKakmakaK11111AdhaccKLdcAdhaNLdcvAALAvAA)(*210AAccAAAvLhccdcAaKLdhhAaKLHvLOL21*AAccAAAOLccdcNOLOLNHh4数越多。所以，NOL反应了分离的难易。传质单元高度HOL与设备形式和操作条件有关，是传质设备效能高低的反映。HOL越小，设备传质效能越高。第二节吸收9-5吸收平衡和吸收速率9.5A吸收平衡1、亨利定律亨利定律当平衡溶液稀溶液时，被吸收组分在液相中的浓度与它在气相中的浓度成正比（1）m——溶解度系数，m3Pa/mol或m3Pa/kg.液相中的浓度（2）pA*=HxA组分在液相中的摩尔分数H——亨利系数，Pa解吸而回到气相的解能力（3）yA*=ExAE——相平衡因数，量纲为1（4）YA*=EXAYA*，XA——组分A在气相，液相中的摩尔比。摩尔比与摩尔分数概念不同.摩尔比：是组分分A的量与除A外其它各组分的总量之比摩尔分数：是组分A的量与各组分的总量之比2、相平衡与吸收过程的关系与xA1平衡的气相分压为pA*,pA1pA*将发生吸收过程。pA2pA*,将发生解吸过程。AAmcpAAAAAAxxXyyY115吸收解吸吸收操作平衡线左上方解吸操作表示在平衡的右下方9.5B吸收速率1．吸收速率方程式吸收是典型的传质过程,吸收速率用吸收的传质传质通量表示.引用可导得：YAL*—与液相浓度平衡的组分A在气相中的摩尔比XAG*—与气相浓度平衡的组分A在液相中的摩尔比2、吸收阻力图9-8上，AI线的斜率：（1）易溶气体的溶解度很大，kx较大，AI线较陡，小得多，可以忽略，称气相阻力控制。YAiAXAAiAAiAYAAiXAkYYkXXNYYkXXkN/1/1)()(AAEXY*YXALAAkkEYYN1*YXYkkEK11)(*ALAYAYYKNYXXEkkK111)(*AAGXAXXKNYXkkE1比YXAAiAAikkXXYYYYkK116（2）难溶气体的溶解度很小，kX值较小，使AI线较缓，小得多，可以忽略，，称液相阻力控制。9-6吸收塔的计算9.6A吸收操作的物料衡算1．吸收操作线方程由塔底积分：此式称吸收的操作线方程。气相吸收的操作线塔底塔顶液相出塔浓度从塔底到塔顶积分得2、液气比一般已知V气体的处理量和Y1进气浓度以及X2吸收剂的入塔浓度X2，规定Y2，需确定L吸收剂的流量，L确定后，X1也就确定了。液气比L/V为操作线AB的斜率。使操作线与平衡线相交或相XYkEk11比XXkK11LdXVdY)()(11XXLYYV)(11XVLYXVLY)()(2121XXLYYV7切，此时为最小液气比：适宜的液气比：9.6B填料层高度1．填料层高度的计算式从塔顶到塔底积分：物料衡算传质单元高度为传质单元数同样1、传质单元数的计算（1）对数平均推动力法当气液平衡关系服从亨利定律时，Y*=EX，平衡线为直线。——对数平均推动力塔底推动力20121min)/(XXYYVLmin)/()0.2~2.1(/VLVLAdhaYYKVdYAdhaNLdXVdYvYva)(*hYYvYYYdYAaKVdhh0*1212*,YYOGvYOGYYdYNAaKVH12*XXvXOLOLOGOGXXdXAaKLNHhNHh)/()()(21212121YYYYYddYYYYYdYYd2121212121ln)(1212YYYYYYYYdYYYYYdYNYYYYOG)/ln(2121YYYYYmmOGYYYN21mY8为动力对数平均推动力气相对数平均推动力液相对数平均推动力X△Xm求算NOL平衡气相分压为操作线平衡线传质单元数气相平均推动力传质单元数操作线平衡线NOG：单元数（2）图解积分法当平衡线Y*=f(x)为曲线，作1/（Y-Y*）对Y的曲线，在Y2和Y1间曲线下的面积即为所求的积分NOG的值。打印314例题9.6C解吸操作的计算9-7填料塔的结构和性能9.7A填料塔的结构9填料塔（packedtower）主要由塔体、填料和塔内件构成。1．填料填料（packing）分散装填料和规整填料两大类。散装填料规整填料（1）散装填料：分环形和鞍形两类。环形填料有拉西环、鲍尔环、阶梯环等。鞍形环有矩鞍形、弧鞍形。（2）规整填料：主要有丝网波纹填料和板波纹填料。2．塔内件（1）填料支承板（2）液体分布装置塔顶进入的液体必须经分布器分布均匀，否则液体产生沟流填料有效润湿表面积降低，将传质劣化（3）流体进出口装置1、液体的出口应保持形成塔内气体的液封，并防止液体夹带气体2、气体的进口应能防液体流入气体管并使气体分散均匀3、气体的出口要设置除雾器，除去夹带的液体雾滴。9、7B填料塔的流体力学性能填料特性：⑴比面积：单位体积填料层中填料的面积，at单位m2/m2⑵空隙率：干塔状态时单位体积填料层中空隙体积。ξ=1-nu0u0单个填料本身的体积m310多孔性固体称为吸附剂被吸附组分称为吸附质因流体相聚态的不同分气态吸附：用于石油化工液态吸附：用于食品加工工业吸附主要是由于固体表面力作用的结果在固相内部的分子：其对各个方向的作用力都被其它固体分子饱和，而固体表面的分子：其内各和侧向的作用力可为其它固体分子饱和，但外相无固体分子，因此外向有剩余的作用力能够吸住与其相接触的流体相中的分子产生吸附作用。吸附剂：①对于工业吸附剂的要求，一是吸附活性大，即单位质量成体积的吸附剂能吸附较多量的物质，因而其比面积大；②对不同溶质的吸附选择性要好。活性炭：炭质经专门处理，增加吸附表面，再经活化而成，粗炭是没有活性，需用900℃以下的水蒸汽活化，1g优质的颗粒活性炭，表面积可达400~900m2硅胶：是一种坚硬无定型链状和网状结构的，硅酸聚合物是亲水性的吸附剂，是常用的吸湿剂。白土：酸性白土本身就有吸附作用，活性白土，其吸附性能提高自由能变化焓变即吸附过程是放热的物理吸附的力是分子间的范德华力特点：吸附热较小，一般为40460kgJ/mol约相当于溶质的结晶热，速度较快。化学吸附力：是化学键力，被吸附分子与吸附剂表面分子间产生电子转换或形成络合物。11特点：选择性强，吸附热较大，相当于化学反应热。反应速度较慢，需要一定的活化能。用于物质分离的吸附作用大多数是物理吸附。人工合成的结晶硅酸盐的多水化合物，吸附活性强，选择性好，热稳定性和化学稳定性高，微孔，尺寸大小一致的特点，具有筛分的性能。弗里德里希吸附质首先从液相主体向液固界百扩散移动q=吸附量C：为吸附质A在液相中的浓度C2：为界面处吸附质A的浓度Av单位体积床层的传质界面面积KL：液相传质系数PS：吸附剂床层的松密度Ai：界面处吸附剂的吸附量Q：吸附剂平均吸附量KS：固相侧传质系数吸附质从界面沿固体内部细孔扩散至吸附表面液相阻力吸附剂内阻力之和以液压浓度为基准的总容积传质系数吸附量吸附剂量原料液量操作线方程透过时间流干时间以浓度为C2的溶液恒速进料