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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2,*,第六章 吸收,一、,分子扩散与菲克定律,二、,气相中的稳定分子扩散,三、,扩散系数,四、对流传质,五、,吸收机理,双膜理论,六、吸收速率方程式,第三节 传质机理与吸收速率,1,2,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,2,2024/11/23,一、分子扩散与菲克定律,1、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。,A,B,2菲克定律,1）扩散通量：,单位面积上单位时间内扩散传递的物质量,，单位：,kmol/(m,2,.s),。,3,2024/11/23,2）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。,3）分子扩散系数间的关系,对于双组分物系：,4,2024/11/23,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。,5,2024/11/23,二、气相中的稳定分子扩散,1等摩尔反向扩散,1）等摩尔反向扩散,例如精馏过程,6,2024/11/23,2）传递速率,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,N,A,表示。,分离变量并进行积分，积分限为：,7,2024/11/23,传质速率为：,2、一组分通过另一停滞组分的扩散,1）一组分通过另一停滞组分的扩散,8,2024/11/23,例如吸收,2）传递速率,设总体流动通量为,N，,其中物质,A,的通量为：,9,2024/11/23,总体流动中物质,B,向右传递的通量为,而,即,10,2024/11/23,将,和,代入,若扩散在气相中进行，则：,11,2024/11/23,即,分离变量后积分,12,2024/11/23,漂流因数，无因次。反映总体流动对传质速率的,影响。,因,Pp,Bm,，,所以漂流因数,13,2024/11/23,三、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。,1、物质在气体中的扩散系数,气体,A,在气体,B,中（或,B,在,A,中）的扩散系数，可按马克斯韦尔吉利兰（,Maxwell-Gilliland）,公式进行估算,14,2024/11/23,2、物质在液体中的扩散系数,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,15,2024/11/23,四、对流传质,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,16,2024/11/23,2）流动界面,气液两相和液液两相间的界面,17,2024/11/23,对于等摩尔反方向扩散,对于单向扩散,18,2024/11/23,五、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，,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。,19,2024/11/23,20,2024/11/23,六、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,N,A,表示，单位通常用,kmol/m,2,.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,1、气膜吸收速率方程式,21,2024/11/23,令,气膜吸收速率方程式,气膜吸收系数，,kmol/(m,2,.s.kPa),。,也可写成：,22,2024/11/23,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/(m,2,.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/(m,2,.s),。,23,2024/11/23,2、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；,24,2024/11/23,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/(m,2,.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/(m,2,.s)。,25,2024/11/23,3、界面浓度,当已知两相组成的平衡关系，如,和上式联立便可,求出,26,2024/11/23,p,c,A,I,c,i,p,i,27,2024/11/23,4、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/(m,2,.s.Pa),与液相主体浓度,c,成平衡的气相分压，,Pa。,28,2024/11/23,b）,以,y,为推动力的吸收速率方程,2）以液相组成表示总推动力的吸收速率方程式,以,y,为推动力的气相总吸收系数，,kmol/(m,2,.s)。,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,29,2024/11/23,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/(m,2,.s),3）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,30,2024/11/23,代入,令,以,为推动力的气相总吸收系数，,kmol/(m,2,.s),31,2024/11/23,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/(m,2,.s),5、各种吸收系数之间的关系,1）总系数与分系数的关系,32,2024/11/23,由亨利定律：,33,2024/11/23,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,同理,34,2024/11/23,在溶质浓度很低时,2）总系数间的关系,a,）,气相总吸收系数间的关系,35,2024/11/23,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,36,2024/11/23,3）各种分系数间的关系,6、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,37,2024/11/23,气膜控制,例：水吸收氨或,HCl,气体,液膜控制,例：水吸收氧、,CO,2,38,2024/11/23,2）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。,39,2024/11/23,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,用一相主体的浓度与其平衡浓度之差表示推动力,40,2024/11/23,41,2024/11/23,42,2024/11/23,注意：,吸收系数的单位,：,kmol/(m,2,.s.,单位推动力),吸收系数与吸收推动力的正确搭配,阻力的表达形式与推动力的表达形式的对应,吸收速率方程的适用条件,各种吸收系数间的关系,气膜控制与液膜控制的条件,43,2024/11/23,
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