吸收過程中的質(zhì)量傳遞質(zhì)量傳遞在具有濃度差的混合.ppt

7.2 吸收過程中的質(zhì)量傳遞 質(zhì)量傳遞：在具有濃度差的混合物中，一個(gè)或幾個(gè)組分從一處 轉(zhuǎn)移到另一處的過程。工程上，簡(jiǎn)稱為傳質(zhì)過程。 吸收過程： 氣相主體 相界面 液相主體 單向傳質(zhì) 界面溶解 單向傳質(zhì),7.2.1 傳質(zhì)的基本方式 單相內(nèi)的傳質(zhì)機(jī)理： （1）分子擴(kuò)散: 分子隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)的宏觀結(jié)果。 固體、靜止的流體和作層流流動(dòng)的流體內(nèi)部單獨(dú)存在。 （2）渦流擴(kuò)散：質(zhì)點(diǎn)的湍動(dòng)和旋渦的擾動(dòng)引起。 湍流流動(dòng)的流體內(nèi)（分子擴(kuò)散的影響可忽略）。 對(duì)流傳質(zhì)：流體與固體壁面之間或流體與相界面之間的質(zhì)量傳遞。,7.2.2 組分運(yùn)動(dòng)速度及傳質(zhì)通量,(1) 流體中組分的速度,a） 組分的絕對(duì)速度 ui,i 組分通過空間某一靜止平面的速度。,b） 物系的平均速度 u,u-混合體系的平均速度，m/s； c0-混合物的表觀物質(zhì)的量濃度，kmol/m3； N- 單位面積上混合物系的摩爾流量，kmol/(m2s)。,由于：,所以：,c）組分的擴(kuò)散速度 uki,擴(kuò)散是由于自身的濃度差引起的質(zhì)量傳遞。,通過空間某一靜止平面的傳質(zhì)通量：,（2）組分的傳質(zhì)通量,混合物系中某組分在單位時(shí)間內(nèi)通過空間某一平面單位 面積上的質(zhì)量或物質(zhì)的量。,擴(kuò)散通量Ji：通過以平均速度移動(dòng)的平面的傳質(zhì)通量。,在工程上，以組分通過空間某固定平面計(jì)算傳質(zhì)通量。,又因?yàn)椋?所以：,總體流動(dòng)造成的質(zhì)量通量。,7.2.3 分子擴(kuò)散,分子隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)引起的質(zhì)量傳質(zhì)過程，只要有組分的濃度差存在，就存在分子擴(kuò)散，當(dāng)過程進(jìn)行到組分的濃度差消失時(shí)，宏觀的傳質(zhì)通量為零，但微觀的分子熱運(yùn)動(dòng)仍在進(jìn)行，只是組分的擴(kuò)散和反向擴(kuò)散的速率相當(dāng)，系統(tǒng)處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。 分子擴(kuò)散通量可用費(fèi)克定律描述。,（1）費(fèi)克定律,表明：分子擴(kuò)散速率正比于濃度梯度，方向沿濃度降低的方向。,即：,（2）雙組分等分子反向擴(kuò)散,系統(tǒng)內(nèi)各處總濃度相等，溫度恒定不變。發(fā)生分子擴(kuò)散過程。,CA1CA2、 CB2CB1,則有：,對(duì)于氣相：,對(duì)于該系統(tǒng)：,所以：,(3) 單向擴(kuò)散,A可溶于液相 B完全不溶于液相 液相不揮發(fā),總體流動(dòng)：在壓力差的作用下，單相主體向界面移動(dòng)稱為總體 流動(dòng)，總體流動(dòng)造成A，B向同一方向移動(dòng)。 組分A在z軸方向上總的傳質(zhì)通量為：,組分B在z軸方向上總的傳質(zhì)通量為：,于是：,所以：,表明：對(duì)于有總體流動(dòng)的穩(wěn)態(tài)分子擴(kuò)散過程，兩組分的分子 擴(kuò)散通量仍然是數(shù)值相等而方向相反。,對(duì)于單向穩(wěn)態(tài)分子擴(kuò)散，由于 NB=0，所以 N=NA，,令,則有：,對(duì)于氣相物系：,其中,其中 和 稱為漂流因子，其值大于1,意義：漂流因子反映了總體流動(dòng)對(duì)傳質(zhì)速率的影響，其值愈大 總體流動(dòng)作用越強(qiáng)。,當(dāng)A很低時(shí)， ， ， 則漂流因子 1，總體流動(dòng)的影響消失。,（4）分子擴(kuò)散系數(shù) 物質(zhì)傳遞性質(zhì)的度量參數(shù)，表達(dá)組分?jǐn)U散難易程度。 物理意義：?jiǎn)挝粷舛忍荻认碌臄U(kuò)散通量。 影響因素：系統(tǒng)的溫度、壓力和物系的組成。 數(shù)據(jù)來源：一般由實(shí)驗(yàn)確定、半經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。, 液體中的分子擴(kuò)散系數(shù)（10-9 10-10 m2/s）,7.2.4 渦流擴(kuò)散,渦流擴(kuò)散通量表示方法，借助于費(fèi)克定律。,De渦流擴(kuò)散系數(shù)，不僅和物性有關(guān)，而且與流動(dòng)狀況有關(guān)。,雙組分氣體混合物，組分的擴(kuò)散系數(shù)：, 氣體分子擴(kuò)散系數(shù)（ 10-5 10-4 m2/s）,7.2.5 對(duì)流傳質(zhì),對(duì)流擴(kuò)散速率，既有分子擴(kuò)散又有渦流擴(kuò)散。,（1）流體沿相界面呈層流流動(dòng),質(zhì)量傳遞：以分子擴(kuò)散的方式進(jìn)行。 說明：傳質(zhì)方向上的濃度分布為曲線分布。,（2）在湍流流動(dòng)條件下 層流內(nèi)層：以分子擴(kuò)散的方式進(jìn)行質(zhì)量傳遞； 湍流中心：主要以渦流擴(kuò)散的方式進(jìn)行； 過渡層： 兩種擴(kuò)散方式同時(shí)存在。,（3）對(duì)流傳質(zhì)的停滯膜模型及傳質(zhì)速率方程 1）停滯膜模型 模型要點(diǎn)： 相界面處存在一層虛擬的停滯膜; 膜外為流體流動(dòng)的湍流區(qū)； 停滯膜非常薄，膜內(nèi)無物質(zhì)累積， 為穩(wěn)態(tài)分子擴(kuò)散 ； 對(duì)流傳質(zhì)阻力全部集中于停滯膜內(nèi)。,基于停滯膜模型，可以利用分子擴(kuò)散理論描述對(duì)流傳質(zhì)問題。,2） 傳質(zhì)速率方程,對(duì)于氣相,對(duì)于液相,kL：液膜傳質(zhì)系數(shù),kG：氣膜傳質(zhì)系數(shù),則有：,令 ky=PkG kx=c0kL,式中：ky 以氣相mol分?jǐn)?shù)差為推動(dòng)力的氣膜傳質(zhì)系數(shù)； kx 以液相mol分?jǐn)?shù)差為推動(dòng)