化工原理第五章

1、第六章吸收传质机理与吸收速率一、吸收一质过程气相对流传质单相传质过程相界面传质在气相或液相中的物质传递液相界面分子扩散：流体内部某一组分存在浓度差，因微观的分子热运动时组分从浓度高处传递到较低处。湍流扩散（涡流扩散）：流体流动或搅动时，质点的宏观运动，是组分从浓度高处想低处移动。二、分子扩散与费克定律1、分子扩散推动力：浓度差阻力：扩散距离、分子特性、介质特性、P、T、2、费克定律（描述分子扩散现象的基本规律）= Dabde adz 厶扩散通量，lanol/ln2-s DqA在B中扩散的扩散系数,111%、物性影响因素：A. B分子特性、P、T负号A的扩散方向与浓度梯度相反2020/4/13上

2、页/，下瓦费克定律与傅里叶定律、牛顿粘性定律相似，与傅里叶定 律不同之处在于导热过程介质相对静止，而扩散过程分子 迁移。理想气体扩散：由 yr. dcAPa八 aJ a = _DaR CA = dC a =dzRTRTDab dp aJ A =A RT dz三、等摩尔反向扩散1、假设：温度，总压均恒定且相同连续稳定过程且无主体流动亠Pai壬PA2F也E.PE2p 12 P21Z2PpZP、T一定，则任一时间，任一截面，有:=nB P = PA+PBDab叽KTdzD ba dp bKTdz由总压恒定知dpAdzdpBdz Dab = Dba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

3、。2、传质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的传质速率，以篦表示。等分子反向扩散过程，有:积分限为:可=0Pa PaiPa = Pa2传质速率为:N轟衣=-侖氓如冠(PA2 Pai)而(Pa2_PaJF1APB2PA2p Z2气相相界面液相界面附件气体总压略低于气相总体压 力，因此产生总体移动现象达到传质稳定时，即存在等摩尔反向扩散，又存在整体移动BMANa 二Ja+NN m = N am + N bmN am = N M XANbm = NMNam = XA = Pa N bm Xr Pb组分A心二Ja+NPbNBMPaPbRT1 +PbdzD P (Pa1P

4、a2)=_RTznaRTz PB2 PBIn如Pb对于滚液中单向扩散:CBm气相漂流因子%血1液相漂流因子y _j质速率的影响。(PaiPa2)!漂流因子无因此，反映总体流动对传五、分子扩散系数分子扩散系数：单位浓度梯度下的扩散通量，单位H12/SD-反映了某组分在一定介质（气相或液相）中的扩散能力,是物质特性常数之一,与物系特性 P. 7W关。六、单相内对流传质对流传质包括分子扩散和湍流扩散（涡流扩散）1.单相内对流传质模型一-有效膜模型层流底层（分子扩散）：浓度梯度很大过渡区：浓度梯度较小湍流主体（涡流扩散为主）：认为无浓度梯度。假设I.全部扩散阻力集中在一层虚拟厚度的膜内。口 虚拟膜内只

5、有分子扩散。有效层沅膜或虚拟膜由假设I,膜两侧的浓度差就是界面浓度与流体主体浓度之差; 由假设II,流体主体与界面间的对流传质等效于虚拟膜内的分 子扩散（停滞膜传质）。2,气相传质速率方程相界面Tpy qp *7Pj4ilRTZgP珈气膜传质系数:DPRT Zg PBmUkmol /(tn2 rkPa)有效层流膜或康拟膜气膜传质速率:na=kc pag p)=“r 二& 丿)-/3.液相传质速率方程液相传质速率:液膜传质系数2020/4/13液膜传质推动力液膜传质阻力七、双相间传质的 双膜理论双膜理论假设:rrrrrrrrFCI:在相界面两侧存在着稳定的气膜和液膜（即浓度边界层），形成传质的主

6、要阻力，溶质A经过两膜层的传质方式为分子扩散;II：相界面传质阻力为零，即相界面始终处于相平衡。必冃（切）III在两个停滞膜以外的气液两相主体中，由于流体的强烈湍动,各处浓度均匀一致。2020/4/13气膜速率方程:$ =kG(PA- Pai)佻(以分压差为推动力)气膜对流传质膜系数lanolnf -s4PaNA = k(Y-Y.)ky以气相摩尔分率差表示推动力的气相棲质系数，kmol/(m2 s) %以气相摩尔比差表示推动力的气相传质系数，kmol/ (ms) PA，y、Y分别为溶质在气相主体中的分压、摩尔分率和摩尔比； 血、y“ 丫匚一分别为溶质在相界面处的分压、摩尔分率和摩尔比；Pa =

7、 pxky =卩心同理导出低浓度气体吸收时，心=pkG液膜速率方程：NAL )lmiolk(以浓度差为推动力)液膜对流传质膜系数4穿lmN、- X(xi x)N WX丿kx以液相摩尔比差表示推动力的液相传质系数，kmol/ (m2 s)液相传质系数之间的关系:此以液相摩尔分率差表示推动力的液相棲质系数，kmol/ (m2- s) Ca、X、X分别为溶质在液相主体中的摩尔浓度、摩尔分率及摩尔比; %、人 别为溶质在界面处的摩尔浓度、摩尔分率及摩尔比。x二必L当吸收后所得溶液为稀溶液时：kx = ckL那么：气膜传质速率2他(1)相界面传质：f(cAi)(2)液膜传质速率：八、总传质速率方程对于低

8、浓度吸收，假设相平衡 符合亨利定律，即：看叽(4)且：cfHpj(5)或：pc/H(6)利用上式消除速率方程中的不町测的量上治与推导总传质速率方程L以分压差为推动力的总传质速率方程N尹g5厂D01、11 1 + 代 G ；1K一二十k G HkAiA总推动力总传质阻力land忑以分压差为推动力的总传质系数，山2导pa；5丄/ 3 亠2020/4/13上页亠J下觅r心回-2.以浓度差为推动力的总传质速率方程Pai 二 Si/r血 （口厂rrrrrrrrFC2020/4/13合并得;其中：丄二耳十ZKl以浓度差为推动力的总传质系数m/s伦=確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

9、度很低时）以表示总推动力的总吸收速率方程式据分压定律Pa = pyPa* = pY *l + Y*代人V/Kg （血一几*）Y心二Z弟-p2020/4/13上页/，下瓦Nakgp(1 + Y)(1 + Y*)(Y_Y)令KgP(i + y)(i + y*)Na=Ky(Y-Y11m=1Ky 丘丫 kxb）以（X*-X）表示总推动力的吸收速率方程式WUX *X)1 1 1=1xk x/nky1kGkYmkx1 _ 1 i 1x k x mky即总阻力二气膜阻力+液膜阻力2020/4/13上页/，下兀2020/4/13H很小H 11上页/，下瓦4 传质速率方程的分析1）溶解度很大时的易溶气体,H很大

10、11111 - Kg紜HkKgkG即Kg kG气膜控制2）溶解度很小时的难溶气体，1H1=1K L kL液膜控制吸收传质速率方程的几种形式相平衡方程y = inxY = mXpA =H吸收传质速率Na =叫(y - y,)卩=仏（-】；）J = kG (p - Pi)方程*=K(E - x)=kx (A； - X)=kL(c.-c)=k (v - y)=5-厂）= KGp-p)r=Kx (.v* -x)二心（JT X）=Klc9-c)总传质系数Ky =1/(1/A)+Ky = l/(l/kY-m/kx)仇=1/(1/+i/f匚=1/(1/(S)+ 1/亿)Kx = l/(i/(kyKL=lH/

11、k&+l/kL)相内或同基准的传质系数换茸相际或不同基准传质系数换舜兀厂PG& = /(l + F)(l +E)kG = HkLKG = hkl心。心=心 /( 1 + X1 +Xj区厂pkgKr=Kf/ + Y)(L + Y9)ky = kJm5 = m心=g心讥/(i+x)(i+xFky = kx /mKy = K x /m【例5-5在总压为lOOkPa.温度为30C时，用清水吸收混合气 体中的氨，气相传质系kG =3. 84 X IO6 kmol/(m2 - s kPa),液相传质系数=1. 83X104 m/s,假设此 操作条件下的平衡关系服从亨利定律，测得液相溶质摩尔分 率为0.05

12、,其气相平衡分压为6.7kPa。求当塔内某截面上 气、液纽成分别为尸0.05, E.01时(1) 以耳形*、勺。表示的传质总推动力及相应的传质速率、 总传质系数；(2) 分析该过程的控制凶索。解：（1）根据亨利定律E =x 0.05口 = I34kPa相平衡常数/;r = - = 134P 100 = 134溶解度常数H= 0.4146AL 134x18kmol溶质/ (kPa.m液)十丄=g Hlg kGPa PA =100 X 0.05-134 X 0.01=3.661dPa0.4146xl.83xl0-+5CT = 13180 * 240617 = 253797A G = 3.94 x 106 kmol/ (m2-s-kPa )Nm = Kg(p、-p；) =3.94X10 X3.66=1.44X 105 kmol/ (m2 s)b I /Iz0.010.99x18/1000 =-56 kinOl/M3=0-4146 X 100X0.05-0.56=1.513 kmoVm5%3.94 x 1(严0.4146=95xl0m/SNA=K(eA-cJ(2 )与 Pm Pa=9.5 X 1(P X 1.513=1.4