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什么是传质分离过程中的相际平衡?
冶金工程
混合物的冶金工程平衡分离过程中,通过人为的加入另一个相,或者变更条件产生一个新相从而形成一个两相体系,利用欲分离的组分在此两相间的分配不同,某些组分在某一相中富集,从而实现其分离。所以组分在两相间的平衡是传质分离过程的热力学基础。
任何一个混合物与另一相接触时,其中的组分就会在两相间传递,最后达到平衡,此时两相中各组分的组成不再发生变化。平衡时组分在两相中的组成关系称为组分在两相间的平衡关系,利用各组分在两相间平衡关系的不同,可以实现混合物的分离。例如在20)下含NH,空气与水接触时,NH3在水、气两相间的平衡关系如图1-4-9所示,此曲线叫做平衡线。当气相中NH3的含量(以其分压表示)一定时,平衡时水中含NH3量亦为一定值,例如当气相中NH3的分压为4.23kPa时,水中NH3的平衡组成为0.05(质量比),此时,NH3在两相间达平衡,不会再发生净的传递。空气中的0(和N(在水中的溶解度很小,可以把它们在水中的浓度视为零。
0.020.040.060.080.10X(质量比)
图1-4-9NH3在空气与水两相间的平衡关系设想使NHg分压为4.23kPa的含NHg空气与氨组成为0.0((质量比)的氨水接触,NH3在两相间不平衡,水中氨的组成比分压为4.23kPa的含氨空气平衡的水相中的氨组成0.0((质量比)低,因此氨就向水中传递(被水吸收),使它在水中的含量提高。因为空气几乎不溶于水,也就是说它与NHg在水、气两相间的分配不同,所以加水可以使NHg与空气分离,这个过程称为吸收过程,过程的推动力为实际体系离开平衡状态的距离,可以用含氨空气与氨水组成的两相00.20.40.60.81.0文(摩尔分数)。
当界面为固定界面时,例如干燥、吸附、浸取等过程中,流体与界面之间的质量传递与流体与壁面的对流传热类似。当流体流过固定界面(壁面)并与之进行物质传递时,从壁面到流体主体分为三层:层流层、过渡层和紊流层(图1-4-7)。因此,从界面到流体主体的传质过程依次分别是:在层流层中,流体质点没有与界面垂直运动,物质的传递只依靠分子扩散;在过渡层中存在与界面垂直方向的质点不强的紊流运动,因此在此层中物质同时依靠分子扩散与涡流扩散来传递;在紊流层中物质也依靠分子扩散和涡流扩散传递,但因质点的涡流脉动比较强烈,分子扩散与涡流扩散比较,微不足道,物质传递主要依靠涡流扩散。与上述诸层中的传递机理相对应,从界面到流体主体存在与速度分布相似的扩散组分的浓度分布。
图1-4-10苯与甲苯气、液两相平衡关系由上面两个例子可知,混合物中诸组分在两相间平衡时分配不同为它们的分离提供了可能性。
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