吸收过程中的质量传递质量传递在具有浓度差的混合.ppt

7.2 吸收过程中的质量传递 质量传递：在具有浓度差的混合物中，一个或几个组分从一处 转移到另一处的过程。工程上，简称为传质过程。 吸收过程： 气相主体 相界面 液相主体 单向传质 界面溶解 单向传质,7.2.1 传质的基本方式 单相内的传质机理： （1）分子扩散: 分子随机热运动的宏观结果。 固体、静止的流体和作层流流动的流体内部单独存在。 （2）涡流扩散：质点的湍动和旋涡的扰动引起。 湍流流动的流体内（分子扩散的影响可忽略）。 对流传质：流体与固体壁面之间或流体与相界面之间的质量传递。,7.2.2 组分运动速度及传质通量,(1) 流体中组分的速度,a） 组分的绝对速度 ui,i 组分通过空间某一静止平面的速度。,b） 物系的平均速度 u,u-混合体系的平均速度，m/s； c0-混合物的表观物质的量浓度，kmol/m3； N- 单位面积上混合物系的摩尔流量，kmol/(m2s)。,由于：,所以：,c）组分的扩散速度 uki,扩散是由于自身的浓度差引起的质量传递。,通过空间某一静止平面的传质通量：,（2）组分的传质通量,混合物系中某组分在单位时间内通过空间某一平面单位 面积上的质量或物质的量。,扩散通量Ji：通过以平均速度移动的平面的传质通量。,在工程上，以组分通过空间某固定平面计算传质通量。,又因为：,所以：,总体流动造成的质量通量。,7.2.3 分子扩散,分子随机热运动引起的质量传质过程，只要有组分的浓度差存在，就存在分子扩散，当过程进行到组分的浓度差消失时，宏观的传质通量为零，但微观的分子热运动仍在进行，只是组分的扩散和反向扩散的速率相当，系统处于动态平衡状态。 分子扩散通量可用费克定律描述。,（1）费克定律,表明：分子扩散速率正比于浓度梯度，方向沿浓度降低的方向。,即：,（2）双组分等分子反向扩散,系统内各处总浓度相等，温度恒定不变。发生分子扩散过程。,CA1CA2、 CB2CB1,则有：,对于气相：,对于该系统：,所以：,(3) 单向扩散,A可溶于液相 B完全不溶于液相 液相不挥发,总体流动：在压力差的作用下，单相主体向界面移动称为总体 流动，总体流动造成A，B向同一方向移动。 组分A在z轴方向上总的传质通量为：,组分B在z轴方向上总的传质通量为：,于是：,所以：,表明：对于有总体流动的稳态分子扩散过程，两组分的分子 扩散通量仍然是数值相等而方向相反。,对于单向稳态分子扩散，由于 NB=0，所以 N=NA，,令,则有：,对于气相物系：,其中,其中 和 称为漂流因子，其值大于1,意义：漂流因子反映了总体流动对传质速率的影响，其值愈大 总体流动作用越强。,当A很低时， ， ， 则漂流因子 1，总体流动的影响消失。,（4）分子扩散系数 物质传递性质的度量参数，表达组分扩散难易程度。 物理意义：单位浓度梯度下的扩散通量。 影响因素：系统的温度、压力和物系的组成。 数据来源：一般由实验确定、半经验公式计算。, 液体中的分子扩散系数（10-9 10-10 m2/s）,7.2.4 涡流扩散,涡流扩散通量表示方法，借助于费克定律。,De涡流扩散系数，不仅和物性有关，而且与流动状况有关。,双组分气体混合物，组分的扩散系数：, 气体分子扩散系数（ 10-5 10-4 m2/s）,7.2.5 对流传质,对流扩散速率，既有分子扩散又有涡流扩散。,（1）流体沿相界面呈层流流动,质量传递：以分子扩散的方式进行。 说明：传质方向上的浓度分布为曲线分布。,（2）在湍流流动条件下 层流内层：以分子扩散的方式进行质量传递； 湍流中心：主要以涡流扩散的方式进行； 过渡层： 两种扩散方式同时存在。,（3）对流传质的停滞膜模型及传质速率方程 1）停滞膜模型 模型要点： 相界面处存在一层虚拟的停滞膜; 膜外为流体流动的湍流区； 停滞膜非常薄，膜内无物质累积， 为稳态分子扩散 ； 对流传质阻力全部集中于停滞膜内。,基于停滞膜模型，可以利用分子扩散理论描述对流传质问题。,2） 传质速率方程,对于气相,对于液相,kL：液膜传质系数,kG：气膜传质系数,则有：,令 ky=PkG kx=c0kL,式中：ky 以气相mol分数差为推动力的气膜传质系数； kx 以液相mol分数差为推动