化工原理第五章吸收过程的传质速率.pptx

第三节吸收过程的传质速率一、分子扩散与菲克定律二、单向对流传质过程三、两相间的传质过程四、吸收过程的总传质速率方程一、吸收过程分析2、吸收过程传质的方式二、单相传质过程中的分子扩散分子扩散现象费克（A.Fick）在1855年在实验的基础上提出了菲克定律，指出：“由两组分A和B组成的混合物中，在恒定温度、总压条件下，若组分A只沿z方向扩散，浓度梯度为dcA/dz，则任一点处组分A的扩散通量与该处A的浓度梯度成正比”，即：【费克定律的数学表达式】【传质速率】在任一固定的空间位置上，单位时间内通过垂直于传递方向的单位面积传递的物质的量，以符号N表示，单位为kmol/(m2·s)。如果A、B组成的混合物为理想气体，由：5、单向扩散及速率方程【说明】（1）整体流动将B组分使得气液相界面附近B组分分压增大，故B组分将向主体扩散；（2）整体流动将A组分带到了气液相界面，故气相中A组分的传质量比单纯的分子扩散过程多。若整体流动中B组分的传递速率为NBM，扩散流中B组分的传递速率为JB，则：②单向扩散传质速率方程的积分式【漂流因子几点说明】6、分子扩散系数一些物质在空气中的扩散系数（0℃，101.33kPa）（3）气体扩散系数的估算二、单相对流传质过程【表达式】因质点运动无规则，所以涡流扩散速率很难从理论上确定，通常采用描述分子扩散的菲克定律形式表示，即：4、有效层流膜模型5、气（膜）相传质速率方程式6、液（膜）相传质速率方程式（1）气相传质速率方程的具体形式【几点说明】ZG四、吸收过程的总传质速率方程将上两式代入下式：①上式称为以（p－p*）为推动力的总传质速率方程。②式中的KG称为以（p－p*）为推动力的总传质系数，简称为气相总传质系数，可通过实验测定获取。③式中的p是气相主体的实际分压（浓度），可通过检测得到其数据。【解】∵∵【结论】总传质阻力等于两相传质阻力之和，即：（2）液膜控制过程5、各种总传质系数间的关系同理，利用相平衡关系式可推导出：解：（1）根据亨利定律与pA－pA*表示的传质总推动力相应的总传质阻力为：分子扩散现象2024/4/8【定义】单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积扩散的物质量，称为扩散通量（扩散速率），以符号J表示，单位为kmol/(m2·s)。【作用】扩散通量可以用来表征扩散进行的快慢程度。4、等摩尔（分子）逆（反）向扩散DAB=DBA=D【等摩尔（分子）逆向扩散的特点】【说明】当A、B双组分气体混合物与液体溶剂接触时，气相主体中的组分A扩散到界面，然后通过界面进入液相，造成在界面左侧附近总压降低，使气相主体与界面产生一小压差，促使A、B混合气体由气相主体向界面处流动，此流动称为总体流动。【扩散流】（分子扩散引起的物料流）是分子微观运动的宏观结果，所传递的是纯组分A或纯组分B。【整体（主体）流动】是物流的宏观运动，它同时携带组分A与B流向界面。（5）单向扩散的传质速率方程【说明】以上两式称为某组分单向扩散时的传质速率方程式，适用于某一组分在扩散时，另一组分是“静止”的，或处于滞流的状态。千里江陵一日还目前，扩散系数可由以下3种途径获得：①实验测定。实验测定是获取物质扩散系数的根本途径；②从有关手册中查得（表5-2、5-3）；③借助某些经验的或半经验的公式进行估算（查不到D又缺乏进行试验测定的条件时）。一些物质在水中的扩散系数（20℃，稀溶液）（4）液体中的扩散系数的估算1、什么是涡流扩散（湍流扩散）（1）涡流扩散系数与分子扩散系数不同，DE不是物性常数。影响DE的因数众多，其值与流体流动状态及所处的位置有关，DE的数值很难通过实验准确测定；（2）由于涡流扩散是借助于流动质点的位移进行的质量传递，故其扩散速率远大于分子扩散速率；（3）物系内各处的浓度比较均匀。一般情况下，对流传质速率可写成：气相令：6、单相对流传质速率方程的表现形式（2）液相传质速率方程的具体形式三、两相间的传质过程（3）在气膜和液膜以外的气、液相主体中，由于流体的充分湍动，溶质A的浓度均匀，即认为主体中没有浓度梯度存在，不存在传质过程。换句话说，传质仅仅发生在双膜内。并且，通过气膜或液膜传递的物质的量即为气液两相之间传递的物质的量。由于不同的研究者对过程的处理方法不同，从而得到不同的模型，如：（1）溶质渗透理论（希格比Higbie，1935年）（2）表面更新理论（丹克沃茨Danckwerts,1951年）【说明】尽管溶质渗透理论和表面更新理论比双膜理论更接近实际情况，但其模型参数难以测定，将它们用于传质过程的设计仍有一段距离，故目前用于传质设备设计主要还是使用双膜理论。1、总传质速率方程的建立令：④式中的p*是与液相主体浓度c两相平衡时的气相平衡分压（浓度），可通过检测液相主体浓度c的大小，然后由气液相平衡关系曲线或平衡关系式（亨利定律）得到