化工原理吸收过程的传质速率精选PPT.ppt

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1、化工原理吸收过程的传质速率化工原理吸收过程的传质速率第1页，此课件共25页哦一、分子扩散与菲克定律一、分子扩散与菲克定律分分子子扩扩散散：在在静静止止或或滞滞流流流流体体内内部部，若若某某一一组组分分存存在在浓浓度度差差，则则因因分分子子无无规规则则的的热热运运动动使使该该组组分分由由浓浓度度较较高高处处传传递递至至浓浓度度较低处，这种现象称为分子扩散。较低处，这种现象称为分子扩散。AB扩散速率（扩散速率（rate of diffusion）：）：单位时间通过单位面积扩散的物质量，单位时间通过单位面积扩散的物质量，J J 表示，表示，kmol/(mkmol/(m2 2s)s)。第2页，此课件共

2、25页哦费克（费克（FickFick）定律：）定律：组分A沿扩散方向z上的浓度梯度（kmol/m4）；JA 组分A扩散速率，kmol/（m2s）；DAB 分子扩散系数（molecular diffusivity），或简称扩散系数，m2/s。负号表示扩散方向与浓度梯度方向相反，扩散沿着负号表示扩散方向与浓度梯度方向相反，扩散沿着 浓度降低的方向进行；浓度降低的方向进行；下标下标ABAB表示组分表示组分A A在组分在组分B B中扩散。中扩散。第3页，此课件共25页哦理想气体：理想气体：式中 pA 气体混合物中组分A的分压力，kPa；T 热力学温度，K；R 摩尔气体常数，8.314kJ/（kmolK

3、）.第4页，此课件共25页哦分子扩散两种形式：分子扩散两种形式：双组分等摩尔相互扩散，双组分等摩尔相互扩散，或或称等摩尔逆向称等摩尔逆向 扩散扩散(equimolar counter diffusion)。单向扩散单向扩散(unidirectional diffusion)，或称，或称 组分组分A通过组分通过组分B的扩散的扩散(diffusion of A through stagnent B）。）。第5页，此课件共25页哦二、等摩尔逆向扩散二、等摩尔逆向扩散JAJBT PpA2pB2T PpA1pB112pA1pB1pB2pA2PZ1Z2Z第6页，此课件共25页哦等摩尔逆向扩散：等摩尔逆向扩

4、散：A A、B B两两个个组组分分相相互互扩扩散散的的物物质质量量n nA A、n nB B相相等等，此此时时两两组组分的扩散速度相等，但方向相反。分的扩散速度相等，但方向相反。总压一定 因为：JA=JB 所以：DAB=DBA=D 第7页，此课件共25页哦1.总体流动：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动。2.总体流动的特点：因分子本身扩散引起的宏观流动。A、B在总体流动中方向相同，流动速度正比于摩尔分率。三、单向扩散三、单向扩散NAM、NBM整体移动中组分A、B的传递速率，kmol/(m2s)；pA、pB组分A、B的分压力，kPa。A A扩散扩散

5、J JA AB B扩散扩散 J JB B整体移动中整体移动中B B的传递的传递N NBMBM整体移动中整体移动中A A的传递的传递N NAMAMp总压总压p ppB1pA1pA2pB2pBpA气气相相主主体体0 0Z ZZ Z图图 单向扩散单向扩散界界面面第8页，此课件共25页哦气相侧：气相侧：第9页，此课件共25页哦液相侧：液相侧：第10页，此课件共25页哦漂流因数意义：漂流因数意义：其其大大小小反反映映了了总总体体流流动动对对传传质质速速率率的的影影响响程程度度，其其值值为为总总体体流流动动的传质速率较单纯分子扩散速率的倍数。的传质速率较单纯分子扩散速率的倍数。漂流因数的影响因素：漂流因数

6、的影响因素：A A浓度高，漂流因数大，总体流动的影响大。浓度高，漂流因数大，总体流动的影响大。A A低浓度时，漂流因数近似等于低浓度时，漂流因数近似等于1 1，总体流动的影响小。，总体流动的影响小。漂流因子或移动因子漂流因子或移动因子(drift factor)(drift factor)第11页，此课件共25页哦四、分子扩散系数四、分子扩散系数扩散系数的意义：扩散系数的意义：反反映映某某组组分分在在一一定定介介质质中中的的扩扩散散能能力力，是是物物质质特特性性常常数数之之一，单位：一，单位：m m2 2/s/s。D D的来源：的来源：查手册；半经验公式；测定查手册；半经验公式；测定 D D的

7、影响因素：的影响因素：介质种类、温度、压力、浓度介质种类、温度、压力、浓度气相：液相：第12页，此课件共25页哦五、相际传质的双膜理论五、相际传质的双膜理论相际对流传质三大模型：相际对流传质三大模型：双膜模型、溶质渗透模型、表面更新模型。双膜模型、溶质渗透模型、表面更新模型。（一）双膜模型（一）双膜模型pAcA气相液相GLPAiCAi（1 1）气气液液两两相相存存在在一一个个稳稳定定的的相相界界面面，界界面面两两侧侧存存在在稳稳定定的的气气膜膜和和液液膜膜。膜膜内内为为层层流流，A A以以分分子子扩扩散散方方式式通通过过气气膜膜和和液膜。液膜。（2 2）相界面相界面处两相达平衡，处两相达平衡，

8、无扩散阻力无扩散阻力。（3 3）有有效效膜膜以以外外主主体体中中，充充分分湍湍动动，溶溶质主要以质主要以涡流扩散涡流扩散的形式传质。的形式传质。第13页，此课件共25页哦1.1.气相传质速率方程气相传质速率方程传质速率气膜传质系数传质速率气膜传质系数（气相主体的参数（气相主体的参数-界面处的参数）界面处的参数）第14页，此课件共25页哦2.2.液相传质速率方程液相传质速率方程传质速率液膜传质系数传质速率液膜传质系数（界面处的参数液相主体的参数）（界面处的参数液相主体的参数）第15页，此课件共25页哦六、总传质速率方程六、总传质速率方程（一）总传质速率方程（一）总传质速率方程1.1.以（以（Y-

9、YY-Y*）为推动力的总传质速率方程）为推动力的总传质速率方程第16页，此课件共25页哦在稳态传质过程中，溶质通在稳态传质过程中，溶质通过气相与通过液相的传质速过气相与通过液相的传质速率相等。率相等。传质总阻力传质总阻力总传质速率方程总传质速率方程YkkmYYN1X*A+-=推动力推动力第17页，此课件共25页哦相间传质总阻力气膜阻力相间传质总阻力气膜阻力+液膜阻力液膜阻力K KY Y气相总传质系数，气相总传质系数，kmol/(mkmol/(m2 2s)s)第18页，此课件共25页哦2.2.以（以（X X*-X-X）为推动力的总传质速率方程）为推动力的总传质速率方程第19页，此课件共25页哦在

10、稳态传质过程中，溶质在稳态传质过程中，溶质通过气相与通过液相的传通过气相与通过液相的传质速率相等。质速率相等。传质总阻力传质总阻力总传质速率方程总传质速率方程YmkkXXN11X*A+-=推动力推动力第20页，此课件共25页哦相间传质总阻力气膜阻力相间传质总阻力气膜阻力+液膜阻力液膜阻力K KX X液相总传质系数，液相总传质系数，kmol/(mkmol/(m2 2s)s)第21页，此课件共25页哦（二）气膜控制与液膜控制（二）气膜控制与液膜控制（1 1）溶质的溶解度很大）溶质的溶解度很大溶质的溶解度溶质的溶解度很大，很大，m m很小很小传传质质阻阻力力集集中中于于气气膜膜中中，称称为为气气膜膜

11、阻阻力力控控制制或或气气膜膜控控制制(gas-(gas-film control)film control)第22页，此课件共25页哦Y YI IY Yi iX XX Xi iY Y*O OX X*气相气相总推总推动力动力气膜气膜推动推动力力(a)(a)气膜控制气膜控制（易溶气体属于气膜控制）（易溶气体属于气膜控制）提高传质速率的措施：提高传质速率的措施：1.1.提高气体流速；提高气体流速；2.2.加强气相湍流程度。加强气相湍流程度。第23页，此课件共25页哦（2 2）溶质的溶解度很小）溶质的溶解度很小溶质的溶解度溶质的溶解度很小，很小，m m很大很大传传质质阻阻力力集集中中于于液液膜膜中中，称称为为液液膜膜阻阻力力控控制制或或液液膜膜控控制制(liquid-film control)(liquid-film control)第24页，此课件共25页哦Y YI IY Yi iX XX Xi iY Y*O OX X*液膜推动力液膜推动力液相总推动力液相总推动力(b)(b)液膜控制液膜控制（难溶气体属于液膜控制）（难溶气体属于液膜控制）提高传质速率的措施：提高传质速率的措施：1.1.提高液体流速；提高液体流速；2.2.加强液相湍流程度。加强液相湍流程度。第25页，此课件共25页哦