氣體吸收操作-吸收的基本原理認(rèn)知（化工單元操作課件）

項(xiàng)目三氣體吸收操作任務(wù)四吸收過(guò)程基本原理認(rèn)知一、傳質(zhì)過(guò)程

吸收過(guò)程是溶質(zhì)由氣相到液相的傳質(zhì)過(guò)程，隨著吸收過(guò)程的進(jìn)行，組分在氣相和液相中濃度均發(fā)生變化，學(xué)習(xí)吸收過(guò)程的基本機(jī)理，首先應(yīng)掌握物質(zhì)在氣相或液相中濃度的變化及表示方法。想一想：吸收過(guò)程發(fā)生混合物的分離，各物質(zhì)的濃度如何發(fā)生變化？相內(nèi)傳質(zhì)：由于有濃度差，在一相內(nèi)部發(fā)生的物質(zhì)的傳遞；相際傳質(zhì)：從一相到另一相發(fā)生的物質(zhì)的傳遞。二、相組成的表示方法易混淆的名詞（1）組分：混合物中的每種物質(zhì)（溶質(zhì)和惰性氣體）（2）組成：混合物中組分的相對(duì)數(shù)量關(guān)系2.表示方法：（1）質(zhì)量分?jǐn)?shù)和摩爾分?jǐn)?shù)

①質(zhì)量分?jǐn)?shù)：混合物中某組分的質(zhì)量mi與混合物總質(zhì)量m的比值，用符號(hào)wi表示。

wi=mi/m例：75%空氣-25%NH3混合氣體混合物中任何一種組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)都小于1，所有組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和等于1。w1+w2+w3+……+wi=1用x(X)表示液相組成用y(Y)表示氣相組成

實(shí)例:已知N2-H2混合氣體中N2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%,求混合氣體中N2和H2的摩爾

分?jǐn)?shù)分別為多少?二、相組成的表示方法2.表示方法：（1）質(zhì)量分?jǐn)?shù)和摩爾分?jǐn)?shù)

②摩爾分?jǐn)?shù)：混合物中某組分的物質(zhì)的質(zhì)量ni與混合物的總物質(zhì)的質(zhì)量n的比值，

用符號(hào)xi表示。

xi=ni/n混合物中任何一種組分的摩爾分?jǐn)?shù)都小于1，所有組分的摩爾分?jǐn)?shù)之和等于1。x1+x2+x3+……+xi=1二、相組成的表示方法2.表示方法：（2）質(zhì)量濃度和摩爾濃度

①質(zhì)量濃度：混合物中某組分的質(zhì)量mi與混合物的總體積V的比值，用符號(hào)ρi表示。

ρi=mi/V②摩爾濃度:混合物中某組分(溶質(zhì)氣體)的物質(zhì)的量ni與混合物總體積V的比值，用符號(hào)ci表示。ci=

ni/V二、相組成的表示方法2.表示方法：（3）質(zhì)量比和摩爾比

①質(zhì)量比：混合物中某組分(溶質(zhì)氣體)的質(zhì)量與混合物中其他組分(惰性氣體)的質(zhì)

量的比值，用符號(hào)W表示。Wi=mi/(m-mi)吸收過(guò)程中,氣體總量和溶液總量都隨吸收過(guò)程的進(jìn)行而改變,但惰性氣體和吸收劑的量始終保持不變,因此,常采用質(zhì)量比和摩爾比來(lái)表示相的組成.②摩爾比:混合物中某組分(溶質(zhì)氣體)的物質(zhì)的量與混合物中其他組分(惰性氣體)

的物質(zhì)的量的比值，用符號(hào)X表示。Xi=ni/(n-ni)二、相組成的表示方法2.表示方法：（4）體積分?jǐn)?shù)和壓力分?jǐn)?shù)

①體積分?jǐn)?shù)：氣體混合物中某組分的體積vi與氣體總體積v的比值，用yv表示.yv=vi/v②壓力分?jǐn)?shù):氣體混合物中某組分的分壓pi與氣體總壓強(qiáng)p的比值，用yp表示yp=pi/p對(duì)于氣體混合物，某組分的摩爾分?jǐn)?shù)等于該組分的壓力分?jǐn)?shù)，也等于該組份的體積分?jǐn)?shù)，y=yv=yp二、相組成的表示方法3.道爾頓分壓定律：

理想氣體混合物的總壓強(qiáng)等于各組分的分壓之和，組分的分壓等于氣體的

摩爾分?jǐn)?shù)×總壓實(shí)例：（1）氨水中NH3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25，求NH3的質(zhì)量比。（2）空氣和CO2的混合氣體中，CO2的體積分?jǐn)?shù)為20%，氣體總壓強(qiáng)為100Kpa，試求CO2氣體的摩爾分?jǐn)?shù)，分壓及摩爾比。（3）空氣中O2的體積分?jǐn)?shù)為21%，總壓為100Kpa，試求O2的分壓，摩爾分?jǐn)?shù)和摩爾比。（4）100Kg水中含0.015KgCO2，試求CO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、質(zhì)量比。三、氣-液傳質(zhì)過(guò)程分析引入任務(wù)：分析工業(yè)吸收過(guò)程中組分的轉(zhuǎn)移情況，即吸收過(guò)程的傳質(zhì)機(jī)理。（在氣相和液相中的傳遞規(guī)律）。氣相內(nèi)傳質(zhì)：溶質(zhì)氣體A由氣相主體到氣液界面（相內(nèi)傳質(zhì)）氣相液相：溶質(zhì)氣體A界面溶解（相際傳質(zhì)）液相內(nèi)傳質(zhì)：氣液界面到液相主體（相內(nèi)傳質(zhì)）

傳質(zhì)過(guò)程也稱(chēng)為擴(kuò)散過(guò)程，擴(kuò)散的推動(dòng)力是濃度差。讀圖分析吸收過(guò)程組分由氣相向液相轉(zhuǎn)移包括哪幾個(gè)步驟？四、相內(nèi)傳質(zhì)（擴(kuò)散）的基本方式氣液傳質(zhì)過(guò)程中，界面溶解即相際傳質(zhì)容易發(fā)生且速度很快，前后的相內(nèi)傳質(zhì)很重要，是如何進(jìn)行物質(zhì)傳遞的呢？擴(kuò)散的基本方式有分子擴(kuò)散和渦流擴(kuò)散兩種，而實(shí)際操作中多為對(duì)流擴(kuò)散。擴(kuò)散現(xiàn)象（1）定義：由于濃度差，物質(zhì)由高濃度向低濃度轉(zhuǎn)移（最終各處濃度均相等）。（2）推動(dòng)力：濃度差2.擴(kuò)散方式(1)分子擴(kuò)散：在靜止或?qū)恿髁黧w內(nèi)部，若某一組分存在濃度差，則因分子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)使該組分由濃度較高處傳遞到濃度較低處，這種現(xiàn)象稱(chēng)為分子擴(kuò)散。①機(jī)理：分子熱運(yùn)動(dòng)②推動(dòng)力：濃度差（唯一條件）向靜止的水中滴加一滴藍(lán)墨水，一會(huì)兒水變成均勻的藍(lán)色，試解釋說(shuō)明原因。是不是只有靜止的流體才會(huì)發(fā)生分子擴(kuò)散？（靜止/層流/湍流）四、相內(nèi)傳質(zhì)（擴(kuò)散）的基本方式2.擴(kuò)散方式(2)渦流擴(kuò)散：在流體作湍流運(yùn)動(dòng)的主體區(qū)內(nèi)，憑借流體的湍動(dòng)造成流體質(zhì)點(diǎn)相互碰撞和混合，使組分從高濃度向低濃度方向傳遞，此現(xiàn)象稱(chēng)為渦流擴(kuò)散。①機(jī)理：流體的湍動(dòng)造成流體質(zhì)點(diǎn)相互碰撞和混合②推動(dòng)力：濃度差、質(zhì)點(diǎn)湍動(dòng)比較：分子擴(kuò)散：熱運(yùn)動(dòng)（無(wú)攪拌、擾動(dòng)）速率慢渦流擴(kuò)散：質(zhì)點(diǎn)碰撞混合，速率快渦流擴(kuò)散速率比分子擴(kuò)散速率快，其速率取決于流體的流動(dòng)形態(tài)。2.擴(kuò)散方式(3)對(duì)流擴(kuò)散：一般情況下，渦流擴(kuò)散同時(shí)伴隨有分子擴(kuò)散，分子擴(kuò)散和渦流擴(kuò)散共同作用的過(guò)程，稱(chēng)為對(duì)流擴(kuò)散。

對(duì)流擴(kuò)散包括湍流主體的渦流擴(kuò)散和層流內(nèi)層的分子擴(kuò)散。

四、相內(nèi)傳質(zhì)（擴(kuò)散）的基本方式

通過(guò)傳質(zhì)的機(jī)理分析，吸收過(guò)程非常復(fù)雜，因此需要一個(gè)成熟的簡(jiǎn)單理論來(lái)進(jìn)行吸收過(guò)程的分析。1926年，由劉易斯和惠特曼提出“雙膜理論”，至今應(yīng)用比較廣泛。五、吸收過(guò)程的機(jī)理（相際傳質(zhì)）雙膜理論的五大要點(diǎn)：（1）氣液兩相共有一界面，界面兩側(cè)存在穩(wěn)定的氣膜和液膜；（2）氣液兩相流體作湍流，以對(duì)流擴(kuò)散為主，膜內(nèi)流體作層流，以分子擴(kuò)散為主；（3）氣液兩相主體作湍流，無(wú)傳質(zhì)阻力；（4）界面上氣液兩相