傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)理論

1、第五節(jié)第五節(jié) 傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)理論傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)理論一、傳質(zhì)系數(shù)一、傳質(zhì)系數(shù)二、二、 傳質(zhì)理論傳質(zhì)理論一、傳質(zhì)系數(shù)一、傳質(zhì)系數(shù)物系的性質(zhì)物系的性質(zhì)填料的結(jié)構(gòu)填料的結(jié)構(gòu)操作條件操作條件傳質(zhì)系數(shù)的來源傳質(zhì)系數(shù)的來源 實(shí)驗(yàn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)測(cè)定經(jīng)驗(yàn)公式經(jīng)驗(yàn)公式準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式傳質(zhì)系數(shù)的影響因素傳質(zhì)系數(shù)的影響因素 第五節(jié)第五節(jié) 傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)理論傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)理論1.1.傳質(zhì)系數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定傳質(zhì)系數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定 由填料層高度計(jì)算式：由填料層高度計(jì)算式： mabYYYYaKVhmabYYhYYVaK)( 注意：注意：實(shí)驗(yàn)測(cè)定的傳質(zhì)系數(shù)用于吸收或解吸塔設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的傳質(zhì)系數(shù)用于吸收或解吸塔設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，設(shè)計(jì)體系的物性、

2、操作條件及設(shè)備性能應(yīng)與實(shí)計(jì)算時(shí)，設(shè)計(jì)體系的物性、操作條件及設(shè)備性能應(yīng)與實(shí)驗(yàn)測(cè)定時(shí)的情況相同或相近。驗(yàn)測(cè)定時(shí)的情況相同或相近。第五節(jié)第五節(jié) 傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)理論傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)理論(1) (1) 用水吸收氨用水吸收氨 39. 09 . 041007. 6WGakG式中：式中：k kG Ga a 氣相體積傳質(zhì)分系數(shù)，氣相體積傳質(zhì)分系數(shù)，kmol/(mkmol/(m3 3.h.kPa).h.kPa)； G G 氣相空塔質(zhì)量流速，氣相空塔質(zhì)量流速，kg/(mkg/(m2 2.h).h)； W W 液相空塔質(zhì)量流速，液相空塔質(zhì)量流速，kg/(mkg/(m2 2.h).h)； 2.2.傳質(zhì)系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式傳質(zhì)系

3、數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式適用條件：適用條件：(1) (1) 直徑為直徑為12.5mm12.5mm陶瓷環(huán)填料塔。陶瓷環(huán)填料塔。第五節(jié)第五節(jié) 傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)理論傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)理論(2) (2) 常壓下用水吸收二氧化碳常壓下用水吸收二氧化碳U U 液相噴淋密度，液相噴淋密度，m m3 3/(m/(m2 2 h) h) 。單位時(shí)間噴淋在單位塔截。單位時(shí)間噴淋在單位塔截面上的液相體積，面上的液相體積， 用水吸收二氧化碳屬難溶氣體吸收，吸收阻力主要在液膜側(cè)。計(jì)算液用水吸收二氧化碳屬難溶氣體吸收，吸收阻力主要在液膜側(cè)。計(jì)算液相體積傳質(zhì)系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式為相體積傳質(zhì)系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式為 96. 057. 2UakL適用條件：適用

4、條件：(1) (1) 直徑為直徑為10-32mm10-32mm陶瓷環(huán)填料塔；陶瓷環(huán)填料塔；(2) (2) 噴淋密度噴淋密度U U為為3-20m3-20m3 3/(m/(m2 2 h) h)；(3) (3) 氣體的空塔質(zhì)量速度氣體的空塔質(zhì)量速度G G為為30-580 kg/(m30-580 kg/(m2 2 h) h)；(4) (4) 操作溫度為操作溫度為21-2721-27。第五節(jié)第五節(jié) 傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)理論傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)理論適用條件：適用條件： (1)(1)氣體的空塔質(zhì)量流速氣體的空塔質(zhì)量流速G G為為 320-4150kg/(m320-4150kg/(m2 2 h)h)(2)(2)液體的空塔

5、質(zhì)量流速液體的空塔質(zhì)量流速W W為為 4400-58500 kg/(m4400-58500 kg/(m2 2 h)h)； (3)(3)直徑為直徑為25mm25mm的環(huán)形填料。的環(huán)形填料。 25. 07 . 04109 . 9WGakG82. 0bWakL(3) (3) 用水吸收二氧化硫用水吸收二氧化硫b-b-與溫度有關(guān)的常數(shù)，見與溫度有關(guān)的常數(shù)，見P P6969表表9-39-3第五節(jié)第五節(jié) 傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)理論傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)理論3.3.傳質(zhì)系數(shù)的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式傳質(zhì)系數(shù)的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式(1) (1) 計(jì)算氣相傳質(zhì)系數(shù)的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式計(jì)算氣相傳質(zhì)系數(shù)的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式 氣相舍伍德準(zhǔn)數(shù)氣相舍伍德準(zhǔn)數(shù) GGGScReSh

6、DlPRTpkBmGGShGGeGaGud4Re0DGGGSc氣體通過填料層的雷諾數(shù)氣體通過填料層的雷諾數(shù) 氣相施密特準(zhǔn)數(shù)氣相施密特準(zhǔn)數(shù) 第五節(jié)第五節(jié) 傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)理論傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)理論適用范圍適用范圍: :應(yīng)用場(chǎng)合應(yīng)用場(chǎng)合 濕壁塔濕壁塔0.0230.0230.830.830.440.44填料塔填料塔0.0660.0660.80.80.330.33模型參數(shù)模型參數(shù): : GGGScReSh GBGBmGRTpPDkScRe濕壁塔或拉西環(huán)填料塔濕壁塔或拉西環(huán)填料塔ReG = 21033.5104ScG = 0.62.5P = 101303 kPa(絕壓)第五節(jié)第五節(jié) 傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)理論傳質(zhì)系數(shù)

7、和傳質(zhì)理論D D -溶質(zhì)在氣相中的分子擴(kuò)散系數(shù)溶質(zhì)在氣相中的分子擴(kuò)散系數(shù)m m2 2/s/s；P/pP/pm m -氣相漂流因子；氣相漂流因子；k kG G -氣相傳質(zhì)系數(shù)氣相傳質(zhì)系數(shù)kmol/(mkmol/(m2 2 s s kPa) kPa) ； R R -通用氣體常數(shù)通用氣體常數(shù)kJ/ (kmolkJ/ (kmol K K ) ) ；L L -特征尺寸特征尺寸 m m ； G G -混合氣體的密度混合氣體的密度kg/mkg/m3 3； T T -溫度溫度 K K； G G -混合氣體的粘度混合氣體的粘度N N s/ms/m2 2 ；G G -氣體的空塔質(zhì)量流速；氣體的空塔質(zhì)量流速；D D

8、e e -填料層中流體通道的當(dāng)量直徑，填料層中流體通道的當(dāng)量直徑，d de e=4a/=4a/ ，（，（a a為填料的比表面為填料的比表面 m m2 2/m/m3 3， 為填料層的空隙率為填料層的空隙率m m3 3/m/m3 3）；）；U U0 0 -氣體在填料空隙中的實(shí)際流速，氣體在填料空隙中的實(shí)際流速，u u0 0=u/=u/ （u u為空塔氣速為空塔氣速m/sm/s）；）；第五節(jié)第五節(jié) 傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)理論傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)理論(2)(2)計(jì)算液相傳質(zhì)系數(shù)的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式計(jì)算液相傳質(zhì)系數(shù)的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式液相舍伍德準(zhǔn)數(shù)液相舍伍德準(zhǔn)數(shù) 33. 033. 067. 0GaScRe000595. 0ShLLL

9、DlcckSmLLShLLaW4Re DLLLSc233GaLLgl液體通過填料層的雷諾數(shù)液體通過填料層的雷諾數(shù) 液相施密特準(zhǔn)數(shù)液相施密特準(zhǔn)數(shù) 液相的伽利略準(zhǔn)數(shù)液相的伽利略準(zhǔn)數(shù) 第五節(jié)第五節(jié) 傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)理論傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)理論上述準(zhǔn)數(shù)中：上述準(zhǔn)數(shù)中：a a 填料比表面積填料比表面積m m2 2/m/m3 3 ; ; k kL L 液膜傳質(zhì)系數(shù)，液膜傳質(zhì)系數(shù)，m/s ;m/s ;c cSmSm/c/c 液相漂流因子液相漂流因子; ; l l 特征尺寸，取填料直徑特征尺寸，取填料直徑m ;m ;g g 重力加速度，重力加速度，m/sm/s2 2 ; ; L L 液體的粘度，液體的粘度，N Ns/

10、ms/m2 2 ; ; L L 液體的密度液體的密度 kg/mkg/m3 3 ; ;D D 溶質(zhì)在液相中的分子擴(kuò)散系數(shù)溶質(zhì)在液相中的分子擴(kuò)散系數(shù) m m2 2/s ;/s ;W W 液體的空塔質(zhì)量速度，液體的空塔質(zhì)量速度，kg/(mkg/(m2 2s).s).第五節(jié)第五節(jié) 傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)理論傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)理論二、二、 傳質(zhì)理論傳質(zhì)理論1.1.雙膜理論雙膜理論2.2.溶質(zhì)滲透理論溶質(zhì)滲透理論3.3.表面更新理論表面更新理論第五節(jié)第五節(jié) 傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)理論傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)理論1.1.雙膜理論雙膜理論氣相主體 液相主體 相界面pi = Ci / Hp 12pi Ci C 氣膜液膜第五節(jié)第五節(jié) 傳質(zhì)系數(shù)

11、和傳質(zhì)理論傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)理論 按雙膜理論，傳質(zhì)系數(shù)與擴(kuò)散系數(shù)成正比，這與實(shí)驗(yàn)所得的關(guān)聯(lián)式按雙膜理論，傳質(zhì)系數(shù)與擴(kuò)散系數(shù)成正比，這與實(shí)驗(yàn)所得的關(guān)聯(lián)式的結(jié)果相差較大；的結(jié)果相差較大； 由此理論所得的傳質(zhì)系數(shù)計(jì)算式形式簡(jiǎn)單，但等效膜層厚度由此理論所得的傳質(zhì)系數(shù)計(jì)算式形式簡(jiǎn)單，但等效膜層厚度 1 1 和和 2 2 以及界面上濃度以及界面上濃度 p pi i 和和 C Ci i 都難以確定；都難以確定； 雙膜理論存在著很大的局限性，例如對(duì)具有自由相界面或高度湍動(dòng)雙膜理論存在著很大的局限性，例如對(duì)具有自由相界面或高度湍動(dòng)的兩流體間的傳質(zhì)體系，相界面是不穩(wěn)定的，因此界面兩側(cè)存在穩(wěn)的兩流體間的傳質(zhì)體系，相界面

12、是不穩(wěn)定的，因此界面兩側(cè)存在穩(wěn)定的等效膜層以及物質(zhì)以分子擴(kuò)散方式通過此兩膜層的假設(shè)都難以定的等效膜層以及物質(zhì)以分子擴(kuò)散方式通過此兩膜層的假設(shè)都難以成立；成立； 該理論提出的雙阻力概念，即認(rèn)為傳質(zhì)阻力集中在相接觸的兩流體該理論提出的雙阻力概念，即認(rèn)為傳質(zhì)阻力集中在相接觸的兩流體相中，而界面阻力可忽略不計(jì)的概念，在傳質(zhì)過程的計(jì)算中得到了相中，而界面阻力可忽略不計(jì)的概念，在傳質(zhì)過程的計(jì)算中得到了廣泛承認(rèn)，仍是傳質(zhì)過程及設(shè)備設(shè)計(jì)的依據(jù)；廣泛承認(rèn)，仍是傳質(zhì)過程及設(shè)備設(shè)計(jì)的依據(jù)；第五節(jié)第五節(jié) 傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)理論傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)理論2.2.溶質(zhì)滲透理論溶質(zhì)滲透理論 工業(yè)設(shè)備中進(jìn)行的氣液傳質(zhì)過程，相界面上的流體

13、總是不斷地與主流工業(yè)設(shè)備中進(jìn)行的氣液傳質(zhì)過程，相界面上的流體總是不斷地與主流混合而暴露出新的接觸表面。希格比（混合而暴露出新的接觸表面。希格比（HigbieHigbie）認(rèn)為流體在相界面上暴）認(rèn)為流體在相界面上暴露的時(shí)間很短，溶質(zhì)不可能在膜內(nèi)建立起如雙膜理論假設(shè)的那種穩(wěn)定的露的時(shí)間很短，溶質(zhì)不可能在膜內(nèi)建立起如雙膜理論假設(shè)的那種穩(wěn)定的濃度分布。濃度分布。溶質(zhì)通過分子擴(kuò)散由表面不斷溶質(zhì)通過分子擴(kuò)散由表面不斷地向主體滲透，每一瞬時(shí)均有地向主體滲透，每一瞬時(shí)均有不同的瞬時(shí)濃度分布和與之對(duì)不同的瞬時(shí)濃度分布和與之對(duì)應(yīng)的界面瞬時(shí)擴(kuò)散速率（與界應(yīng)的界面瞬時(shí)擴(kuò)散速率（與界面上的濃度梯度成正比）。面上的濃度梯

14、度成正比）。流體表面暴露的時(shí)間越長(zhǎng)，膜流體表面暴露的時(shí)間越長(zhǎng)，膜內(nèi)濃度分布曲線就越平緩，界內(nèi)濃度分布曲線就越平緩，界面上溶質(zhì)擴(kuò)散速率隨之下降。面上溶質(zhì)擴(kuò)散速率隨之下降。界面cAicA0距相界面的距離液相濃度cA 增加 第五節(jié)第五節(jié) 傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)理論傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)理論直到時(shí)間為直到時(shí)間為 c c時(shí)，膜內(nèi)流體與主流發(fā)生一次完全混合而使?jié)舛戎匦戮鶆驎r(shí)，膜內(nèi)流體與主流發(fā)生一次完全混合而使?jié)舛戎匦戮鶆蚝蟀l(fā)生下一輪的表面暴露和膜內(nèi)擴(kuò)散。后發(fā)生下一輪的表面暴露和膜內(nèi)擴(kuò)散。 c c稱為汽、液接觸時(shí)間或溶質(zhì)滲稱為汽、液接觸時(shí)間或溶質(zhì)滲透時(shí)間，是溶質(zhì)滲透理論的模型參數(shù)，氣、液界面上的傳質(zhì)速率應(yīng)是該透時(shí)間，是溶質(zhì)

15、滲透理論的模型參數(shù)，氣、液界面上的傳質(zhì)速率應(yīng)是該時(shí)段內(nèi)的平均值。時(shí)段內(nèi)的平均值。cABLDk2 該理論指出傳質(zhì)系數(shù)與擴(kuò)散系數(shù)該理論指出傳質(zhì)系數(shù)與擴(kuò)散系數(shù)D DABAB的的 0.5 0.5 次方成正比，比雙膜理次方成正比，比雙膜理論更加接近于實(shí)驗(yàn)值，表明其對(duì)傳質(zhì)機(jī)理分析更加接近實(shí)際。論更加接近于實(shí)驗(yàn)值，表明其對(duì)傳質(zhì)機(jī)理分析更加接近實(shí)際。 由該理論解析求得液相傳質(zhì)系數(shù)由該理論解析求得液相傳質(zhì)系數(shù) 第五節(jié)第五節(jié) 傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)理論傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)理論3.3.表面更新理論表面更新理論 氣液接觸表面是在連續(xù)不斷地更新，而不是每隔一定的周期氣液接觸表面是在連續(xù)不斷地更新，而不是每隔一定的周期 c c才發(fā)生才

16、發(fā)生一次。一次。處于表面的流體單元隨時(shí)都有可能被更新，無論其在表面停留時(shí)間處于表面的流體單元隨時(shí)都有可能被更新，無論其在表面停留時(shí)間（齡期）的長(zhǎng)短，被更新的機(jī)率相等。（齡期）的長(zhǎng)短，被更新的機(jī)率相等。引入一個(gè)模型參數(shù)引入一個(gè)模型參數(shù) S S 來表達(dá)任何齡期的流體表面單元在單位時(shí)間內(nèi)來表達(dá)任何齡期的流體表面單元在單位時(shí)間內(nèi)被更新的機(jī)率（更新頻率）。被更新的機(jī)率（更新頻率）。ABLSDk 由于不同齡期的流體單元其表面瞬時(shí)傳質(zhì)速率不一樣，將齡期為由于不同齡期的流體單元其表面瞬時(shí)傳質(zhì)速率不一樣，將齡期為 0 0 的全部單元的瞬時(shí)傳質(zhì)速率進(jìn)行加權(quán)平均，解析求得傳質(zhì)系數(shù)為：的全部單元的瞬時(shí)傳質(zhì)速率進(jìn)行加權(quán)平均，解析求得傳質(zhì)系數(shù)為：第五節(jié)第五節(jié) 傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)理論傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)理論 該理論得出的傳質(zhì)系數(shù)正比于擴(kuò)散系數(shù)該理論得出的傳質(zhì)系數(shù)正比于擴(kuò)散系數(shù)D DABAB