【化工原理 课件】第二章 吸收第三次课

1 以液相及气相为推动力的传质速率方程 称为漂流因子 其值大于1 有主体流动存在的传质速率大于单纯的分子扩散反映主体流动对传质速率的贡献 描述吸收过程的传质 气相中的A不断溶解 B不能进入液相 2 2 2 3涡流扩散与对流传质Eddycurrentdiffusion 1 涡流扩散 湍流流体中出现质点脉动和大量旋涡 造成组分扩散 借助于费克定律形式 De为涡流扩散系数 不仅和物性有关 而且与流动状况有关2 对流传质速率 即有分子扩散又有涡流扩散Convectivemasstransfer 3 湍流区 气液相在主体涡流扩散 分子扩散浓度梯度 0 过渡区 有涡流扩散D De两者均不可忽略浓度梯度减小 层流区 靠近界面分子扩散 涡流扩散浓度梯度大 4 涡流扩散系数De规律复杂 难以用式子表达 可把涡流扩散阻力当作相当于某个厚度的滞流膜内的分子扩散阻力处理 即认为总传质阻力当作厚度为 e的滞流膜的分子扩散阻力 膜外阻力为0 则对流扩散速率可通过距离为 e的分子扩散计算 气相扩散速率Gasdiffusionrate 液相扩散速率liquiddiffusionrate 5 令 其中 kg 气相对流传质系数 kmol m 2 s 1 Pa 1 Gasflowmasstransfercoefficientkl 液相对流传质系数 m s 1 liquidflowmasstransfercoefficient 气液相对流传质速率方程 6 吸收过程 相际间传质 气相主体 相界面 液相主体 2 2 4吸收过程 相际传质 的双膜模型 有效膜模型Doublemembranemodel 7 有效膜模型Doublemembranemodel要点 a 气液相间有稳定的相界面 在界面处气液浓度成平衡 可用相平衡关系描述pi f ci b 相界面两侧各有一停滞膜 虚拟膜或者有效膜 气膜和液膜 膜内传质以分子扩散方式进行c 传质阻力全部集中在虚拟膜内 膜外主体高度湍流 传质阻力为0 8 2 2 5吸收过程传质速率方程式 传质阻力全部折算到虚拟膜内 则吸收过程的传质速率方程可表示为以分子扩散形式表示的传质速率在稳态的条件下 N气相主体与界面 N界面 N界面至液相主体 9 1 膜内传质速率方程 气膜内传质速率方程 10 液膜内传质速率方程 c 液相主体溶质组分的摩尔浓度 ci 界面上溶质组分摩尔浓度 c0 液相的总摩尔浓度 即溶剂浓度 溶质浓度 kg kl 气液相膜传质系数 x 液相主体溶质组分的摩尔分率 xi 界面上溶质组分的摩尔分率 kx ky 以摩尔分率差为推动力时的气液相膜传质系数 kmol m2 s 11 2 总传质速率方程Totalmasstransferrateequation Kg Ky Kl Kx 气 液相总传质系数 pe ce 分别为气液相的平衡分压及平衡摩尔浓度 12 3 气液相总传质系数之间的关系 稳态吸收 由亨利定律 1 2 Kg H Kl 13 由亨利定律 3 4 Kx Ky m 14 4 气相总传质系数之间的关系 5 液相总传质系数之间的关系 15 6 总传质系数与膜传质系数Masstransfercoefficient的关系 稳态吸收 推出 即 16 或者根据 总阻力 气膜阻力gasfilmresistance 液膜阻力liquidfilmresistance 气膜阻力 液膜阻力 17 液膜 draw thatis 18 以摩尔分数差Molarfractiondifference为推动力的总传质系数 推出 即 19 同理可推出 液相总传质系数 20 膜传质速率方程 7 吸收过程传质速率方程总结 kx ky m kg H kl 21 总传质速率方程 Kg H Kl Kx Ky m 22 总传质系数与膜传质系数的关系 23 溶解度对传质系数的影响 a 气膜阻力控制 对于易溶气体 溶解度很大 H很大 m很小 如以水吸收NH3 Kg kg 传质阻力主要集中气相侧膜内 故称之为气膜控制gasfilmcontrol Ky ky 24 气膜控制增加气相流率和提高ky 加快吸收过程 增加液相流速 效果不明显 25 b 液膜阻力控制 难溶气体 溶解度很小 H很小 m很大 Kl klKx kx 总阻力 液相传质阻力主要集中液相侧膜内 液膜控制 如以水吸收CO2 26 液膜控制Liquidfilmcontrol 增加液相湍动程度如提高液相流率 提高kx 加快吸收过程 增加气相