化工原理-3.ppt

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1、化工化工原理原理第八章第八章 吸收吸收8.1概述概述8.2气液相平衡气液相平衡8.3扩散和单相传质扩散和单相传质8.4相际传质相际传质8.5低含量气体吸收低含量气体吸收8.3.扩散扩散与单相传质与单相传质8.38.3.1.1.双组分混合物中的双组分混合物中的分子扩散分子扩散8.3.2.8.3.2.单相分子扩散单相分子扩散8.3.3.8.3.3.单相对流传质单相对流传质8.3.4.8.3.4.界面上的浓度界面上的浓度8.3 扩散和单相传质扩散和单相传质 吸收过程涉及两相间的物质传递，它包括三个步骤：吸收过程涉及两相间的物质传递，它包括三个步骤：溶质由气相主体传递到两相界面，即气相内的物质传递；溶

2、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。溶质自界面被传递至液相主体，即液相内的物质传递。气相主体 液相主体 相界面溶解气相扩散 液相扩散 无论是气相还是液相，物质传递的机理包括以下两种：无论是气相还是液相，物质传递的机理包括以下两种：分子扩散。是分子微观运动的宏观统计结果。混合物中分子扩散。是分子微观运动的宏观统计结果。混合物中存在温度梯度、压强梯度及浓度梯度都会产生分子扩散，发生存在温度梯度、压强梯度及浓度梯度都会产

3、生分子扩散，发生在静止或层流流体里的扩散就是分子扩散。在静止或层流流体里的扩散就是分子扩散。对流传质。是凭藉流体质点的湍流和漩涡而引起的扩散对流传质。是凭藉流体质点的湍流和漩涡而引起的扩散称为对流传质。发生在湍流流体里的传质除分子扩散外更主要称为对流传质。发生在湍流流体里的传质除分子扩散外更主要的是对流传质。的是对流传质。以下仅讨论定态条件下双组分物系的分子扩散和对流传质。以下仅讨论定态条件下双组分物系的分子扩散和对流传质。分子扩散现象：分子扩散现象：一、分子扩散与菲克定律一、分子扩散与菲克定律8.3.1双组分混合物中的分子扩散双组分混合物中的分子扩散 一、费克定律一、费克定律 温度、总压一定

4、，组分温度、总压一定，组分A在扩散方向上任一点处的扩散通量与在扩散方向上任一点处的扩散通量与该处该处A的浓度梯度成正比。的浓度梯度成正比。JA组分组分A扩散速率（扩散通量），扩散速率（扩散通量），kmol/（m2s）；）；组分组分A在扩散方向在扩散方向z上的浓度梯度（上的浓度梯度（kmol/m3）/m；DAB组分组分A在在B组分中的扩散系数，组分中的扩散系数，m2/s。负负号号：表表示示扩扩散散方方向向与与浓浓度度梯梯度度方方向向相相反反，扩扩散散沿沿着着浓浓度度降降低低的的方方向进行。向进行。对双组分混合物，总浓度对双组分混合物，总浓度 常数常数 二、分子扩散与主体流动二、分子扩散与主体流动

5、 分子扩散两种形式：等分子反向扩散，单向扩散。分子扩散两种形式：等分子反向扩散，单向扩散。1等分子反向扩散及速率方程等分子反向扩散及速率方程 等分子反向扩散散等分子反向扩散散T PpA2pB2T PpA1pB11212JAJBNMcA/cMNMcB/cM总体流动NMNA2单向扩散及速率方程单向扩散及速率方程（1）主体流动：）主体流动：因溶质扩散到界面溶解于溶剂中，造成界面因溶质扩散到界面溶解于溶剂中，造成界面与主体的微小压差，使得混合物向界面处的流与主体的微小压差，使得混合物向界面处的流 动。动。（2）总体流动的特点：）总体流动的特点：v因分子本身扩散引起的宏观流动。因分子本身扩散引起的宏观流

6、动。vA、B在总体流动中方向相同，流动速度正比于摩尔分率。在总体流动中方向相同，流动速度正比于摩尔分率。三、分子扩散传质速率方程三、分子扩散传质速率方程三、分子扩散速率的积分式三、分子扩散速率的积分式 1.等分子反向扩散等分子反向扩散 对理想气体对理想气体 2.单向扩散单向扩散惰性组分惰性组分B的净传递速率的净传递速率 8.3.2 对流传质对流传质一、对流对传质的贡献一、对流对传质的贡献距离距离zp或或c组组成成气相主体气相主体液相主体液相主体相相界界面面气膜气膜液膜液膜传质方向传质方向二、对流传质速率二、对流传质速率 气相与界面间的气相与界面间的 式中式中 以分压差表示推动力的气相传质系数以

7、分压差表示推动力的气相传质系数 kmol/（sm2kPa）；以摩尔分数差表示推动力的气相传质系数以摩尔分数差表示推动力的气相传质系数 kmol/（sm2）；界面与液相间的界面与液相间的式中式中 以分压差表示推动力的气相传质系数以分压差表示推动力的气相传质系数 （m/s）；以摩尔分数差表示推动力的气相传质系数以摩尔分数差表示推动力的气相传质系数 kmol/（sm2）；8.3.3三传（质量、动量、热量传递）类比三传（质量、动量、热量传递）类比 三传之间彼此有些类似的规律可进行类比研究（自学）。三传之间彼此有些类似的规律可进行类比研究（自学）。8.3.4对流传质理论对流传质理论 一、有效膜理论（惠特

8、曼一、有效膜理论（惠特曼 WhitmanWhitman，19231923年）年）物理模型惠特曼对复杂的对流传质过程作如下简述：物理模型惠特曼对复杂的对流传质过程作如下简述：a a、气液相界面两侧各存在一层静止的或作层流流动的气膜和气液相界面两侧各存在一层静止的或作层流流动的气膜和液膜，其厚度分别为液膜，其厚度分别为 和和 ，气相或液相主体内由于流体高度团，气相或液相主体内由于流体高度团动混合均匀故不存在浓度差，所有浓度差集中于有效气膜和液膜内，动混合均匀故不存在浓度差，所有浓度差集中于有效气膜和液膜内，故气相和液相的传质阻力也全部集中于该两层有效膜内；故气相和液相的传质阻力也全部集中于该两层有

9、效膜内；b b、静止或层流有效静止或层流有效 膜中的传质是定态的分子扩散。膜中的传质是定态的分子扩散。数学模型数学模型 气膜气膜 液膜液膜 二、溶质渗透理论（希格比二、溶质渗透理论（希格比 HigbieHigbie，19351935年）年）希格比认为液体在流动过程中每隔一定时间发生一次完全的混希格比认为液体在流动过程中每隔一定时间发生一次完全的混合，使液体的浓度均匀化，在合，使液体的浓度均匀化，在 时间内，液相中发生的不再是定态时间内，液相中发生的不再是定态的扩散过程，而是非定态的扩散过程。根据上述假设经数学描述得的扩散过程，而是非定态的扩散过程。根据上述假设经数学描述得到：到：与试验结果较吻

10、合，但与试验结果较吻合，但 难以测定。难以测定。三、表面更新理论（丹克沃茨三、表面更新理论（丹克沃茨 Danckwerts,1951Danckwerts,1951年）年）丹克沃茨认为液体在流动过程中表面不断更新，即不断地有液丹克沃茨认为液体在流动过程中表面不断更新，即不断地有液体从主体转为界面而暴露于气相中，这种界面不断更新传质过程大体从主体转为界面而暴露于气相中，这种界面不断更新传质过程大大强化。定义大强化。定义S为表面更新频率，经过数学描述并求解得到：为表面更新频率，经过数学描述并求解得到：与试验结果较吻合，但与试验结果较吻合，但S难求。难求。综上所述，溶质渗透理论和表面更新理论比有效膜理论更接近综上所述，溶质渗透理论和表面更新理论比有效膜理论更接近实际情况，但或实际情况，但或S难以测定，将它们用于传质过程的设计仍有一段难以测定，将它们用于传质过程的设计仍有一段距离，故目前用于传质设备设计主要还是有效膜理论。距离，故目前用于传质设备设计主要还是有效膜理论。