化工原理吸收过程的传质速率.ppt

第三节 吸收过程的传质速率,吸收过程： （1）由气相主体到相界面气相一侧； （2）在相界面上溶解，从相界面气相 一侧进入液相一侧； （3）从液相一侧界面到液相主体。,属于相际传质过程,一、分子扩散与菲克定律,分子扩散：在静止或滞流流体内部，若某一组分存在浓度差，则因分子无规则的热运动使该组分由浓度较高处传递至浓度较低处，这种现象称为分子扩散。,扩散速率（rate of diffusion）： 单位时间通过单位面积扩散的物质量，J 表示，kmol/(m2s)。,费克（Fick）定律：, 组分A沿扩散方向z上的浓度梯度（kmol/m4）；,负号表示扩散方向与浓度梯度方向相反，扩散沿着 浓度降低的方向进行； 下标AB表示组分A在组分B中扩散。,理想气体：,式中 pA 气体混合物中组分A的分压力，kPa； T 热力学温度，K； R 摩尔气体常数，8.314kJ/（kmolK）.,分子扩散两种形式： 双组分等摩尔相互扩散，或称等摩尔逆向 扩散(equimolar counter diffusion)。 单向扩散(unidirectional diffusion)，或称 组分A通过组分B的扩散(diffusion of A through stagnent B）。,二、等摩尔逆向扩散,等摩尔逆向扩散： A、B两个组分相互扩散的物质量nA、nB相等，此时两组分的扩散速度相等，但方向相反。,总压一定,因为：JA=JB,所以：DAB=DBA=D,1.总体流动：因溶质扩散到界面溶解于溶剂中，造成界面与主体的微小压差，使得混合物向界面处的流动。 2.总体流动的特点： 因分子本身扩散引起的宏观流动。 A、B在总体流动中方向相同，流动速度正比于摩尔分率。,三、单向扩散,NAM、NBM整体移动中组分A、B的传递速率，kmol/(m2s)； pA、pB组分A、B的分压力，kPa。,气相侧：,液相侧：,漂流因数意义： 其大小反映了总体流动对传质速率的影响程度，其值为总体流动的传质速率较单纯分子扩散速率的倍数。,漂流因数的影响因素： A浓度高，漂流因数大，总体流动的影响大。 A低浓度时，漂流因数近似等于1，总体流动的影响小。,漂流因子或移动因子(drift factor),四、分子扩散系数,扩散系数的意义： 反映某组分在一定介质中的扩散能力，是物质特性常数之一，单位：m2/s。 D的来源： 查手册；半经验公式；测定 D的影响因素： 介质种类、温度、压力、浓度,气相：,液相：,五、相际传质的双膜理论,相际对流传质三大模型： 双膜模型、溶质渗透模型、表面更新模型。,（一）双膜模型,（1）气液两相存在一个稳定的相界面，界面两侧存在稳定的气膜和液膜。膜内为层流，A以分子扩散方式通过气膜和液膜。 （2）相界面处两相达平衡，无扩散阻力。 （3）有效膜以外主体中，充分湍动，溶质主要以涡流扩散的形式传质。,1.气相传质速率方程,传质速率气膜传质系数（气相主体的参数-界面处的参数）,2.液相传质速率方程,传质速率液膜传质系数（界面处的参数液相主体的参数）,六、总传质速率方程,（一）总传质速率方程 1.以（Y-Y*）为推动力的总传质速率方程,在稳态传质过程中，溶质通过气相与通过液相的传质速率相等。,传质总阻力,总传质速率方程,相间传质总阻力气膜阻力+液膜阻力 KY气相总传质系数，kmol/(m2s),2.以（ X*-X）为推动力的总传质速率方程,在稳态传质过程中，溶质通过气相与通过液相的传质速率相等。,传质总阻力,总传质速率方程,相间传质总阻力气膜阻力+液膜阻力 KX液相总传质系数，kmol/(m2s),（二）气膜控制与液膜控制 （1）溶质的溶解度很大,溶质的溶解度 很大，m很小,传质阻力集中于气膜中，称为气膜阻力控制或气膜控制(gas-film control),(a)气膜控制 （易溶气体属于气膜控制）,提高传质速率的措施：1.提高气体流速； 2.加强气相湍流程度。,（2）溶质的溶解度很小,溶质的溶解度 很小，m很大,传质阻力集中于液膜中，称