第七章吸收与蒸馏.pptVIP

第七章 吸 收与 蒸 馏 本章学习的目的与要求 了解扩散系数的影响因素； 7-1 传质学基础 混合物组成的表示方法 扩散现象与分子扩散速率 Fick 定律 扩散现象与分子扩散速率 扩散速率 等 摩 尔 扩 散 等摩尔扩散速率 对于气体 单向扩散 气体 单向扩散 扩散系数 一些组分在水中的扩散系数值（20℃） 例题 有一10cm高的烧杯内装满乙醇，问在1atm及25℃的室温下全部蒸干约需多少天?假设量筒口上方空气中乙醇蒸气分压为0。若室温升高至35℃，问全部蒸干约需多少天? 已知25℃和35℃下乙醇的饱和蒸气压分别为60mmHg和100 mmHg。 对流传质 传质系数 相间传质的双膜理论 相际传质是物质由一相转移到另一相的传质过程。相际传质需要解决的问题有：传质的方向、推动力，传质限度，相际传质速率，因传质过程涉及到两相，上述问题都与相平衡有关，故具体介绍将在后面相关章节介绍。 双膜模型的理论要点 气、液两相在相界面上呈平衡状态，即相界面上不存在传质阻力。如以低浓度气体溶解为例，平衡关系服从Henry定律，即有：ci=Hpi或yi=mxi，其中H为平衡溶解度系数(m为相平衡系数)； 膜层以外的气液相主体，由于流体的充分湍动，分压或浓度均匀化，无分压或浓度梯度。 在气、液两相接触面附近，分别存在着呈滞流流动的稳态气膜与液膜。在此滞膜层内传质严格按分子扩散方式进行，膜的厚度随流体流动状态而变化； 传质设备简介 填料塔 7-2 吸收与解吸 吸收(absorption)是依据不同组分在溶剂中溶解度不同，让混合气体与适当的液体溶剂相接触，使气体中的一个或几个组分溶解于溶剂中形成溶液，难以溶解的组分保留在气相中,从而达到混合气体初步分离的操作。所用液体称为吸收剂(或溶剂)。气体中能被溶解的组分称为溶质或吸收质。不被溶解的组分称为惰性气体或载体。 7-2 吸收与解吸 在食品工业生产中，有时需要将吸收得到的溶质气体从液体中取出来，如天然油类的脱臭，液体食品的脱气等，这种使溶质从溶液里脱除的过程称为解吸或脱吸。它是吸收操作的逆过程，常常是一个工业吸收操作不可分割的步骤。 烟道气二氧化碳的气体 吸收工艺流程示意图 气液相平衡 几种物质在水中的溶解度。 亨利定律 当总压不高(一般约小于500kPa)时，在一定温度下，稀溶液上方气相中溶质的平衡分压与液相中溶质的摩尔分数成正比， 亨利定律 气相组成用溶质A的分压，液相组成用溶质的浓度cA表示时，亨利定律可表示为 亨利定律 气、液两相组成分别用溶质A的摩尔分数y与x表示，则亨利定律可表示为 亨利定律 在吸收过程中常可认为惰性气体不进入液相，溶剂也没有显著的气化现象，因而在吸收塔的任一截面上惰性气体与溶剂的摩尔流量均不发生变化，故以惰性气体和溶剂的量为基准分别表示溶质在气、液两相的浓度，对吸收的计算较为简便。为此，常用摩尔比表示气相(X)和液相(Y)的组成。 亨利定律各系数之间的关系 例题 总压为101.3kPa、温度为20℃时，l000kg水中溶解15kgNH3，此时溶液上方气相中NH3的平衡分压为2.266kPa。试求此时之溶解度系数E、亨利系数H、相平衡常数m。若总压增倍，维持溶液上方气相分率不变，则问此时NH3的溶解度及各系数的值。 相平衡与吸收过程的关系 吸收剂的选择 对需吸收的组分要有较大的溶解度。 对所处理的气体要有较好的选择性。即对溶质的溶解度甚大而对惰性气体几乎不溶解。 要有较低的蒸汽压，以减少吸收过程中溶剂的挥发损失。要有较好的化学稳定性，以免使用过程中变质。 吸收后的溶剂应易于再生。 在操作温度下，具有较低的粘度，以利于气、液良好接触及便于输送。 总传质速率方程 吸收塔的计算 ——以连续接触的填料塔为例 设计计算任务： 确定合适的吸收剂用量； 或者液气比； 计算塔径； 计算塔高。 物料衡算与操作线方程 物料衡算与操作线方程 7-4 蒸馏 相律和拉乌尔定律； 双组分溶液的气液相平衡； 非理想溶液的气液相平衡 乙醇—水体系 非理想溶液的气液相平衡 硝酸—水体系 平衡蒸馏 简单蒸馏 精馏 板 式 塔 精馏原理 7-5 双组分连续精馏塔的计算 衡算 操作线方程 精馏段 提馏段 操作方程的图示与q线 q线 不同进料状态对q线及对提馏段操作线的影响 理论板的确定 最小回流比的图示 适宜回流比的确定 分子蒸馏原理 根据分子运动理论，液体分子受热从液面逸出，不同种类的分子，其平均自由程不同； 液体混合物为达到分离的目的，首先进行加热，能量足够的分子逸出液面。 轻分子的平均自由程大，重分子的平均自由程小，若在离液面小于轻分子平均自由程而大于重分子平均自由程处设置一冷凝面，使得轻分子落在冷凝面上被冷凝，从而破坏了