化工原理吸收過程的傳質(zhì)速率

1、第三節(jié)第三節(jié) 吸收過程的傳質(zhì)速率吸收過程的傳質(zhì)速率吸收過程：吸收過程：（1 1）由氣相主體到相界面氣相一側(cè)；）由氣相主體到相界面氣相一側(cè)；（2 2）在相界面上溶解，從相界面氣相）在相界面上溶解，從相界面氣相 一側(cè)進入液相一側(cè)；一側(cè)進入液相一側(cè)；（3 3）從）從液液相一側(cè)界面到液相主體。相一側(cè)界面到液相主體。屬于相際傳質(zhì)過程氣相主體氣相主體氣相主體氣相主體相界面相界面一、分子擴散與菲克定律一、分子擴散與菲克定律分子擴散：分子擴散：在靜止或滯流流體內(nèi)部，若某一組分存在濃在靜止或滯流流體內(nèi)部，若某一組分存在濃度差，則因分子無規(guī)則的熱運動使該組分由濃度較高處度差，則因分子無規(guī)則的熱運動使該組分由濃度較

2、高處傳遞至濃度較低處，這種現(xiàn)象稱為分子擴散。傳遞至濃度較低處，這種現(xiàn)象稱為分子擴散。AB擴散速率（擴散速率（rate of diffusion）：）：單位時間通過單位面積擴散的物質(zhì)量，單位時間通過單位面積擴散的物質(zhì)量，J J 表示，表示，kmol/(mkmol/(m2 2s)s)。費克（費克（FickFick）定律：）定律： zcDJddAABA 組分A沿擴散方向z上的濃度梯度（kmol/m4）； JA 組分A擴散速率， kmol/（m2s）； zcddA DAB 分子擴散系數(shù)（molecular diffusivity）， 或簡稱擴散系數(shù)，m2/s。 負號表示擴散方向與濃度梯度方向相反，擴散

3、沿著負號表示擴散方向與濃度梯度方向相反，擴散沿著 濃度降低的方向進行；濃度降低的方向進行；下標下標ABAB表示組分表示組分A A在組分在組分B B中擴散。中擴散。理想氣體：理想氣體：RTpcAARTpdcAAdzpRTDJddAABA式中 pA 氣體混合物中組分A的分壓力，kPa； T 熱力學(xué)溫度，K； R 摩爾氣體常數(shù)，8.314kJ/（kmolK）.分子擴散兩種形式：分子擴散兩種形式：雙組分等摩爾相互擴散，雙組分等摩爾相互擴散，或或稱等摩爾逆向稱等摩爾逆向 擴散擴散(equimolar counter diffusion)。單向擴散單向擴散(unidirectional diffusion

4、)，或稱，或稱 組分組分A通過組分通過組分B的擴散的擴散(diffusion of A through stagnent B）。）。二、等摩爾逆向擴散二、等摩爾逆向擴散JAJBT PpA2pB2T PpA1pB112pA1pB1pB2pA2PZ1Z2Z21A2A1BBpppp均相同兩個容器的溫度和總壓等摩爾逆向擴散：等摩爾逆向擴散：A A、B B兩個組分相互擴散的物質(zhì)量兩個組分相互擴散的物質(zhì)量n nA A、n nB B相等，此相等，此時兩組分的擴散速度相等，但方向相反。時兩組分的擴散速度相等，但方向相反。ZpRTDJddAABAZpRTDJddBBAB常數(shù)BpppA總壓一定 0ddddddBA

5、ZpZpZp 因為：JA=JB 所以：DAB=DBA=D )()(2121BAAAAccZDppRTZDJ1.總體流動：因溶質(zhì)擴散到界面溶解于溶劑中，造成界面與主體的微小壓差，使得混合物向界面處的流動。2.總體流動的特點： 因分子本身擴散引起的宏觀流動。 A、B在總體流動中方向相同，流動速度正比于摩爾分率。三、單向擴散三、單向擴散BABMAMppNNNAM、NBM整體移動中組分A、B的傳遞速率，kmol/(m2s)；pA、pB組分A、B的分壓力，kPa。A A擴散擴散 J JA AB B擴散擴散 J JB B整體移動中整體移動中B B的傳遞的傳遞N NBMBM整體移動中整體移動中A A的傳遞的

6、傳遞N NAMAMp總壓總壓p ppB1pA1pA2pB2pBpA氣相主氣相主體體0 0Z ZZ Z圖圖 單向擴散單向擴散界界面面)(lnlnln21A121221A22111212A0A21AABmBBBBAABABABBAAppAAzppppRTZDNppppppRTZDpNpppppppRTZDpppppRTZDpNppdpRTDpdZNAA或氣相側(cè)：氣相側(cè)：B1B2B1B2Bmlnccccc)(,A2A1BmAcczcDcNRTpcRTpcRTpcnRTPVBmBmAA液相側(cè)：液相側(cè)：漂流因數(shù)意義：漂流因數(shù)意義： 其大小反映了總體流動對傳質(zhì)速率的影響程度，其值其大小反映了總體流動對傳質(zhì)

7、速率的影響程度，其值為總體流動的傳質(zhì)速率較單純分子擴散速率的倍數(shù)。為總體流動的傳質(zhì)速率較單純分子擴散速率的倍數(shù)。 1Bmpp漂流因數(shù)的影響因素：漂流因數(shù)的影響因素： A A濃度高，漂流因數(shù)大，總體流動的影響大。濃度高，漂流因數(shù)大，總體流動的影響大。A A低濃度時，漂流因數(shù)近似等于低濃度時，漂流因數(shù)近似等于1 1，總體流動的影響小。，總體流動的影響小。 Bmpp漂流因子或移動因子漂流因子或移動因子(drift factor)(drift factor)四、分子擴散系數(shù)四、分子擴散系數(shù)擴散系數(shù)的意義：擴散系數(shù)的意義：反映某組分在一定介質(zhì)中的擴散能力，是物質(zhì)特性常反映某組分在一定介質(zhì)中的擴散能力，是

8、物質(zhì)特性常數(shù)之一，單位：數(shù)之一，單位：m m2 2/s/s。D D的來源：的來源：查手冊；半經(jīng)驗公式；測定查手冊；半經(jīng)驗公式；測定 D D的影響因素：的影響因素：介質(zhì)種類、溫度、壓力、濃度介質(zhì)種類、溫度、壓力、濃度D pDTpTDpTfD )(5 . 1，D DTTDTfD )( ，氣相：液相：五、相際傳質(zhì)的雙膜理論五、相際傳質(zhì)的雙膜理論相際對流傳質(zhì)三大模型：相際對流傳質(zhì)三大模型：雙膜模型、溶質(zhì)滲透模型、表面更新模型。雙膜模型、溶質(zhì)滲透模型、表面更新模型。（一）雙膜模型（一）雙膜模型pAcA氣相液相GLPAiCAi（1 1）氣液兩相存在一個）氣液兩相存在一個穩(wěn)定的相界穩(wěn)定的相界面面，界面兩側(cè)存

9、在穩(wěn)定的，界面兩側(cè)存在穩(wěn)定的氣膜和液氣膜和液膜膜。膜內(nèi)為。膜內(nèi)為層流層流，A A以以分子擴散分子擴散方式方式通過氣膜和液膜。通過氣膜和液膜。（2 2）相界面相界面處兩相達平衡，處兩相達平衡，無擴散無擴散阻力阻力。（3 3）有效）有效膜以外膜以外主體中，充分湍動，主體中，充分湍動，溶質(zhì)主要以溶質(zhì)主要以渦流擴散渦流擴散的形式傳質(zhì)。的形式傳質(zhì)。 1.1.氣相傳質(zhì)速率方程氣相傳質(zhì)速率方程)()()(YAyAAGAiiiYYkNyykNppkN傳質(zhì)速率氣膜傳質(zhì)系數(shù)傳質(zhì)速率氣膜傳質(zhì)系數(shù)（氣相主體的參數(shù)（氣相主體的參數(shù)- -界面處的參數(shù)）界面處的參數(shù)） 2.2.液相傳質(zhì)速率方程液相傳質(zhì)速率方程)()()(X

10、AxALAXXkNxxkNcckNiiAi傳質(zhì)速率液膜傳質(zhì)系數(shù)傳質(zhì)速率液膜傳質(zhì)系數(shù)（界面處的參數(shù)液相主體的參數(shù)）（界面處的參數(shù)液相主體的參數(shù)） 六、總傳質(zhì)速率方程六、總傳質(zhì)速率方程（一）總傳質(zhì)速率方程（一）總傳質(zhì)速率方程1.1.以（以（Y-YY-Y* *）為推動力的總傳質(zhì)速率方程）為推動力的總傳質(zhì)速率方程mYXmYXii*,)(XAXXkNiX*XA1/1kmYmYkXXNiiX*AkmYYNiYkYiYN1AX*AkmYYNi在穩(wěn)態(tài)傳質(zhì)過程中，溶在穩(wěn)態(tài)傳質(zhì)過程中，溶質(zhì)通過氣相與通過液相質(zhì)通過氣相與通過液相的傳質(zhì)速率相等。的傳質(zhì)速率相等。)(*AYYKNY 傳質(zhì)總阻力傳質(zhì)總阻力總傳質(zhì)速率方程總

11、傳質(zhì)速率方程YkkmYYN1X*A推動力推動力YYkkmK11X相間傳質(zhì)總阻力氣膜阻力相間傳質(zhì)總阻力氣膜阻力+液膜阻力液膜阻力K KY Y氣相總傳質(zhì)系數(shù)，氣相總傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(mkmol/(m2 2s)s)2.2.以（以（ X X* *-X-X）為推動力的總傳質(zhì)速率方程）為推動力的總傳質(zhì)速率方程mXYmXYii*,)(YAiYYkNY*YA1)(1kXXmkYYNiiY*A1mkXXNi在穩(wěn)態(tài)傳質(zhì)過程中，溶在穩(wěn)態(tài)傳質(zhì)過程中，溶質(zhì)通過氣相與通過液相質(zhì)通過氣相與通過液相的傳質(zhì)速率相等。的傳質(zhì)速率相等。)(*AXXKNX傳質(zhì)總阻力傳質(zhì)總阻力總傳質(zhì)速率方程總傳質(zhì)速率方程Y*A1mkXXNi)(X

12、AXXkNiYmkkXXN11X*A推動力推動力YXmkkK111X相間傳質(zhì)總阻力氣膜阻力相間傳質(zhì)總阻力氣膜阻力+液膜阻力液膜阻力K KX X液相總傳質(zhì)系數(shù)，液相總傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(mkmol/(m2 2s)s)（二）氣膜控制與液膜控制（二）氣膜控制與液膜控制（1 1）溶質(zhì)的溶解度很大）溶質(zhì)的溶解度很大YYkkmK11X溶質(zhì)的溶解度溶質(zhì)的溶解度很大，很大，m m很小很小YYkK11傳質(zhì)阻力集中于氣膜中，稱為傳質(zhì)阻力集中于氣膜中，稱為氣膜阻力控制氣膜阻力控制或或氣膜控制氣膜控制(gas-film control)(gas-film control)Y YI IY Yi iX XX Xi iY Y* *O OX X* *氣相氣相總推總推動力動力氣膜氣膜推動推動力力(a)(a)氣膜控制氣膜控制（易溶氣體屬于氣膜控制）（易溶氣體屬于氣膜控制）提高傳質(zhì)速率的措施：提高傳質(zhì)速率的措施：1.1.提高氣體流速；提高氣體流速； 2.2.加強氣相湍流程度。加強氣相湍流程度。 （2 2）溶質(zhì)的溶解度很?。┤苜|(zhì)的溶解度很小溶質(zhì)的溶解度溶質(zhì)的溶解度很小，很小，m m很大很大XXkK傳質(zhì)阻力集中于液膜中，稱為傳質(zhì)阻力集中于液膜中，稱為液膜阻力控制液膜阻力控制或或液膜控制液膜控制(liqui