分子扩散与菲克定律ppt课件.ppt

第六章吸收 一 分子扩散与菲克定律二 气相中的稳定分子扩散三 扩散系数四 对流传质五 吸收机理 双膜理论六 吸收速率方程式 第三节传质机理与吸收速率 1 吸收过程涉及两相间的物质传递 包括三个步骤 溶质由气相主体传递到两相界面 即气相内的物质传递 溶质在相界面上的溶解 由气相转入液相 即界面上发生的溶解过程 溶质自界面被传递至液相主体 即液相内的物质传递 单相内物质传递的机理 分子扩散 对流传质 2 一 分子扩散与菲克定律 1 分子扩散 一相内部有浓度差异的条件下 由于分子的无规则热运动而造成的物质传递现象 2 菲克定律 1 扩散通量 单位面积上单位时间内扩散传递的物质量 单位 kmol m2 s 3 2 菲克定律 试分析与傅立叶定律以及牛顿粘性定律的区别及联系 3 分子扩散系数间的关系对于双组分物系 4 根据菲克定律 由A B两种气体所构成的混合物中 A与B的扩散系数相等 5 二 气相中的稳定分子扩散 1 等摩尔反向扩散1 等摩尔反向扩散 例如精馏过程 6 2 传递速率在任一固定的空间位置上 单位时间通过单位面积的A物质量 称为A的传递速率 以NA表示 分离变量并进行积分 积分限为 7 传质速率为 2 一组分通过另一停滞组分的扩散 1 一组分通过另一停滞组分的扩散 8 例如吸收 2 传递速率设总体流动通量为N 其中物质A的通量为 9 总体流动中物质B向右传递的通量为 而 即 10 若扩散在气相中进行 则 11 即 分离变量后积分 12 漂流因数 无因次 反映总体流动对传质速率的影响 因P pBm 所以漂流因数 13 三 扩散系数 分子扩散系数简称扩散系数 它是物质的特性常数之一 同一物质的扩散系数随介质的种类 温度 压强及浓度的不同而变化 物质在不同条件下的扩散系数一般需要通过实验测定 1 物质在气体中的扩散系数气体A在气体B中 或B在A中 的扩散系数 可按马克斯韦尔 吉利兰 Maxwell Gilliland 公式进行估算 14 2 物质在液体中的扩散系数 物质在液体中的散系数与组分的性质 温度 粘度以及浓度有关 对于很稀的非电解溶液 物质在液体中的扩散系数 15 四 对流传质 1 涡流扩散凭籍流体质点的流动和旋涡来传递物质的现象 扩散通量 2 对流传质流动流体与两相界面之间的传质1 固定界面气固两相或液固两相间的界面 16 2 流动界面气液两相和液液两相间的界面 17 对于等摩尔反方向扩散 对于单向扩散 18 五 吸收机理 双膜理论 1 双膜理论相互接触的气液两相间有一个稳定的界面 界面上没有传质阻力 气液两相处于平衡状态 界面两侧分别存在着两层膜 气膜和液膜 气相一侧叫气膜 液相一侧叫液膜 这两层膜均很薄 膜内的流体是滞流流动 溶质以分子扩散的方式进行传质 膜外的气液相主体中 流体流动的非常剧烈 溶质的浓度很均匀 传质的阻力可以忽略不计 传质阻力集中在两层膜内 19 20 六 吸收速率方程式 吸收速率 单位面积 单位时间内吸收的溶质A的摩尔数 用NA表示 单位通常用kmol m2 s 吸收传质速率方程 吸收速率与吸收推动力之间关系的数学式 吸收速率 传质系数 推动力 1 气膜吸收速率方程式 21 令 气膜吸收速率方程式 气膜吸收系数 kmol m2 s kPa 也可写成 22 当气相的组成以摩尔分率表示时 当气相组成以摩尔比浓度表示时 23 2 液膜吸收速率方程式 令 或 液膜吸收速率方程 24 当液相的组成以摩尔分率表示时 当液相组成以摩尔比浓度表示时 25 3 界面浓度 求出 26 27 4 总吸收系数及相应的吸收速率方程式1 以气相组成表示总推动力的吸收速率方程式a 以 p为推动力的吸收速率方程 与液相主体浓度c成平衡的气相分压 Pa 28 b 以 y为推动力的吸收速率方程 2 以液相组成表示总推动力的吸收速率方程式 以 y为推动力的气相总吸收系数 kmol m2 s a 以 c为推动力的吸收速率方程 以 c为推动力的液相总吸收系数 m s 29 b 以 x为推动力的吸收速率方程 以 x为推动力的液相总吸收系数 kmol m2 s 3 用摩尔比浓度为总推动力的吸收速率方程式适用条件 溶质浓度很低时 据分压定律 30 代入 令 31 5 各种吸收系数之间的关系1 总系数与分系数的关系 32 由亨利定律 33 分别为总阻力 气膜阻力和液膜阻力 即总阻力 气膜阻力 液膜阻力 同理 34 在溶质浓度很低时 2 总系数间的关系a 气相总吸收系数间的关系 35 当溶质在气相中的浓度很低时 b 液相总传质系数间的关系 c 气相总吸收系数与液相总吸收系数的关系 36 3 各种分系数间的关系 6 传质速率方程的分析 1 溶解度很大时的易溶气体 气膜控制 37 气膜控制 例 水吸收氨或HCl气体 液膜控制 例 水吸收氧 CO2 38 2 溶解度很小时的难溶气体 当H很小时 液膜控制 3 对于溶解度适中的气体吸收过程气膜阻力和液膜阻力均不可忽略 要提高过程速率 必须兼顾气液两端阻力的降低 39 小结 吸收速率方程 与膜系数相对应的吸收速率式 与总系数对应的速率式 用一相主体与界面的浓度差表示推动力 用一相主体的浓度与其平衡浓度之