化工原理吸收過程的傳質(zhì)速率

化工原理吸收過程的傳質(zhì)速率第一頁，共二十五頁，2022年，8月28日一、分子擴(kuò)散與菲克定律分子擴(kuò)散：在靜止或滯流流體內(nèi)部，若某一組分存在濃度差，則因分子無規(guī)則的熱運(yùn)動使該組分由濃度較高處傳遞至濃度較低處，這種現(xiàn)象稱為分子擴(kuò)散。AB擴(kuò)散速率（rateofdiffusion）：單位時間通過單位面積擴(kuò)散的物質(zhì)量，J表示，kmol/(m2·s)。第二頁，共二十五頁，2022年，8月28日費(fèi)克（Fick）定律：

—組分A沿擴(kuò)散方向z上的濃度梯度（kmol/m4）；JA—組分A擴(kuò)散速率，kmol/（m2·s）；

DAB—分子擴(kuò)散系數(shù)（moleculardiffusivity），或簡稱擴(kuò)散系數(shù)，m2/s。①負(fù)號表示擴(kuò)散方向與濃度梯度方向相反，擴(kuò)散沿著濃度降低的方向進(jìn)行；②下標(biāo)AB表示組分A在組分B中擴(kuò)散。第三頁，共二十五頁，2022年，8月28日理想氣體：式中pA—?dú)怏w混合物中組分A的分壓力，kPa；T—熱力學(xué)溫度，K；R—摩爾氣體常數(shù)，8.314kJ/（kmol·K）.第四頁，共二十五頁，2022年，8月28日分子擴(kuò)散兩種形式：①雙組分等摩爾相互擴(kuò)散，或稱等摩爾逆向擴(kuò)散(equimolarcounterdiffusion)。②單向擴(kuò)散(unidirectionaldiffusion)，或稱

組分A通過組分B的擴(kuò)散(diffusionofAthroughstagnentB）。第五頁，共二十五頁，2022年，8月28日二、等摩爾逆向擴(kuò)散JAJBTPpA2pB2TPpA1pB112pA1pB1pB2pA2PZ1Z2Z第六頁，共二十五頁，2022年，8月28日等摩爾逆向擴(kuò)散：A、B兩個組分相互擴(kuò)散的物質(zhì)量nA、nB相等，此時兩組分的擴(kuò)散速度相等，但方向相反?？倝阂欢ㄒ驗椋篔A=－JB

所以：DAB=DBA=D第七頁，共二十五頁，2022年，8月28日1.總體流動：因溶質(zhì)Ａ擴(kuò)散到界面溶解于溶劑中，造成界面與主體的微小壓差，使得混合物向界面處的流動。2.總體流動的特點(diǎn)：①因分子本身擴(kuò)散引起的宏觀流動。②

A、B在總體流動中方向相同，流動速度正比于摩爾分率。三、單向擴(kuò)散NAM、NBM—整體移動中組分A、B的傳遞速率，kmol/(m2·s)；pA、pB—組分A、B的分壓力，kPa。A擴(kuò)散JAB擴(kuò)散JB整體移動中B的傳遞NBM整體移動中A的傳遞NAMp總壓ppB1pA1pA2pB2pBpA氣相主體0ZZ圖單向擴(kuò)散界面第八頁，共二十五頁，2022年，8月28日氣相側(cè)：第九頁，共二十五頁，2022年，8月28日液相側(cè)：第十頁，共二十五頁，2022年，8月28日漂流因數(shù)意義：其大小反映了總體流動對傳質(zhì)速率的影響程度，其值為總體流動的傳質(zhì)速率較單純分子擴(kuò)散速率的倍數(shù)。漂流因數(shù)的影響因素：

A濃度高，漂流因數(shù)大，總體流動的影響大。A低濃度時，漂流因數(shù)近似等于1，總體流動的影響小。

——漂流因子或移動因子(driftfactor)第十一頁，共二十五頁，2022年，8月28日四、分子擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù)的意義：反映某組分在一定介質(zhì)中的擴(kuò)散能力，是物質(zhì)特性常數(shù)之一，單位：m2/s。D的來源：查手冊；半經(jīng)驗公式；測定D的影響因素：介質(zhì)種類、溫度、壓力、濃度氣相：液相：第十二頁，共二十五頁，2022年，8月28日五、相際傳質(zhì)的雙膜理論相際對流傳質(zhì)三大模型：雙膜模型、溶質(zhì)滲透模型、表面更新模型。（一）雙膜模型pAcA氣相液相GLPAiCAi（1）氣液兩相存在一個穩(wěn)定的相界面，界面兩側(cè)存在穩(wěn)定的氣膜和液膜。膜內(nèi)為層流，A以分子擴(kuò)散方式通過氣膜和液膜。（2）相界面處兩相達(dá)平衡，無擴(kuò)散阻力。（3）有效膜以外主體中，充分湍動，溶質(zhì)主要以渦流擴(kuò)散的形式傳質(zhì)。

第十三頁，共二十五頁，2022年，8月28日1.氣相傳質(zhì)速率方程傳質(zhì)速率＝氣膜傳質(zhì)系數(shù)×（氣相主體的參數(shù)-界面處的參數(shù)）第十四頁，共二十五頁，2022年，8月28日2.液相傳質(zhì)速率方程傳質(zhì)速率＝液膜傳質(zhì)系數(shù)×（界面處的參數(shù)－液相主體的參數(shù)）第十五頁，共二十五頁，2022年，8月28日六、總傳質(zhì)速率方程（一）總傳質(zhì)速率方程1.以（Y-Y*）為推動力的總傳質(zhì)速率方程第十六頁，共二十五頁，2022年，8月28日在穩(wěn)態(tài)傳質(zhì)過程中，溶質(zhì)通過氣相與通過液相的傳質(zhì)速率相等。傳質(zhì)總阻力總傳質(zhì)速率方程YkkmYYN1X*A+-=推動力第十七頁，共二十五頁，2022年，8月28日相間傳質(zhì)總阻力＝氣膜阻力+液膜阻力KY—?dú)庀嗫倐髻|(zhì)系數(shù)，kmol/(m2·s)第十八頁，共二十五頁，2022年，8月28日2.以（X*-X）為推動力的總傳質(zhì)速率方程第十九頁，共二十五頁，2022年，8月28日在穩(wěn)態(tài)傳質(zhì)過程中，溶質(zhì)通過氣相與通過液相的傳質(zhì)速率相等。傳質(zhì)總阻力總傳質(zhì)速率方程YmkkXXN11X*A+-=推動力第二十頁，共二十五頁，2022年，8月28日相間傳質(zhì)總阻力＝氣膜阻力+液膜阻力KX—液相總傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(m2·s)第二十一頁，共二十五頁，2022年，8月28日（二）氣膜控制與液膜控制（1）溶質(zhì)的溶解度很大溶質(zhì)的溶解度很大，m很小傳質(zhì)阻力集中于氣膜中，稱為氣膜阻力控制或氣膜控制(gas-filmcontrol)第二十二頁，共二十五頁，2022年，8月28日YIYiXXiY*OX*氣相總推動力氣膜推動力(a)氣膜控制（易溶氣體屬于氣膜控制）提高傳質(zhì)速率的措施：1.提高氣體流速；2.加強(qiáng)氣相湍流程度。第二十三頁，共二十五頁，2022年，8月28日（2）溶質(zhì)的溶解度很小溶質(zhì)的溶解度很小，m很大傳質(zhì)阻力集中于液膜中，稱為液膜阻力控制或液膜控制(liquid-filmc