《化工原理》课件 章节5-3单相内传质章节5-4相际对流传质及总传质速率方程 未修改完

1、第 5 章 吸 收5.3.1 单相内物质的分子扩散 5.3.2 分子扩散系数5.3.3 单相对流传质机理 5.3.4 单相内对流传质速率方程 5.3 单相内传质2022/8/24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2022/8/245.3.1 单相内物质的分子扩散AB5.3.1.1 分子扩散与菲克定律分子扩散：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。扩散通量：

2、单位面积上单位时间内扩散传递的物质量，单位：kmol/(m2.s) 。2022/8/24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。 分子扩散系数间的关系对于双组分物系：2022/8/24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。 2022/8/245.3.1.2 等摩尔反向扩散及速率方程 等摩尔反向扩散例如精馏过程 2022/8/245.3.1.3 单向扩散及速率方程 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： 传质速率为：2022/8/24例如吸收（1）一组分通过另一停滞

3、组分的扩散 2022/8/24总体流动中物质B向右传递的通量为 而即（2）传递速率设总体流动通量为N，其中物质A的通量为：2022/8/24将 和代入 若扩散在气相中进行，则： 2022/8/24即分离变量后积分2022/8/24 漂流因数，无因次。反映总体流动对传质速率 的影响。 因PpBm，所以漂流因数 2022/8/245.3.2 分子扩散系数 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。5.3.2.1 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，可按麦克斯

4、韦尔吉利兰公式进行估算 2022/8/245.3.2.2 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 2022/8/245.3.3 单相对流传质机理 5.3.3.1 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。 2022/8/242）流动界面气液两相和液液两相间的界面2022/8/24 对于等摩尔反方向扩散 对于单向扩散 2022/8/24五、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，

5、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。 2022/8/242022/8/24六、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 2022/8/24令 气膜吸收速率方程式气膜吸收系数， kmol/(m2.

6、s.kPa)。 也可写成： 1、气膜吸收速率方程式 2022/8/24当气相的组成以摩尔分率表示时 以 表示的气膜吸收系数，knoll/(m2.s)。 当气相组成以摩尔比浓度表示时 以 表示推动力的气膜吸收系数，kmol/(m2.s)。 2022/8/242、液膜吸收速率方程式 令 或 液膜吸收速率方程以 为推动力的液膜吸收系数，m/s； 2022/8/24当液相的组成以摩尔分率表示时 以 为推动力的液膜吸收系数，kmol/(m2.s)。 当液相组成以摩尔比浓度表示时 以 为推动力的液膜吸收系数，kmol/(m2.s)。 2022/8/243、界面浓度当已知两相组成的平衡关系，如 和上式联立便

7、可 求出 2022/8/24pcAIcipi2022/8/244、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 以 为推动力的气相总吸收系数，kmol/(m2.s.Pa) 与液相主体浓度c成平衡的气相分压，Pa。 b）以y为推动力的吸收速率方程以y为推动力的气相总吸收系数，kmol/(m2.s)。 2022/8/242）以液相组成表示总推动力的吸收速率方程式 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 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) 2022/8/243）

8、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 a）以 表示总推动力的总吸收速率方程式据分压定律代入 2022/8/24令 以 为推动力的气相总吸收系数，kmol/(m2.s) b）以 表示总推动力的吸收速率方程式 以 为推动力的液相总吸收系数，kmol/(m2.s) 2022/8/245、各种吸收系数之间的关系1）总系数与分系数的关系 由亨利定律： 2022/8/24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 2022/8/24同理： 在溶质浓度很低时 2022/8/242）总系数间的关系 a）气相总吸收系数间的关系 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2022/8/243）各种分系数间的关系 2022/8/246、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2022/8/24气膜控制例：水吸收氨或HCl气体 液膜控制例：水吸收氧、CO2 2022/8/242）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。2022/8/24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