化工原理（第五版）5-3吸收過(guò)程的傳質(zhì)速率

15.3.1單相傳質(zhì)吸收過(guò)程：?jiǎn)蜗鄡?nèi)傳質(zhì)方式：分子擴(kuò)散、湍（渦）流擴(kuò)散（1）氣相主體相界面（2）A在相界面上溶解氣相內(nèi)傳質(zhì)（3）相界面液相主體液相內(nèi)傳質(zhì)5.3吸收過(guò)程的傳質(zhì)速率2一、分子擴(kuò)散現(xiàn)象5.3.1.1分子擴(kuò)散分子擴(kuò)散：在靜止或?qū)恿髁黧w內(nèi)部，若某一組分存在濃度差，則因分子無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)使該組分由濃度較高處傳遞至濃度較低處。擴(kuò)散通量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)垂直于擴(kuò)散方向的單位截面積擴(kuò)散的物質(zhì)量。J3JA——A擴(kuò)散速率（擴(kuò)散通量）——A在z上的濃度梯度

DAB——A在B中的擴(kuò)散系數(shù)負(fù)號(hào)：表示擴(kuò)散方向與濃度梯度方向相反；二、費(fèi)克定律總T、p一定擴(kuò)散沿著濃度降低的方向進(jìn)行。4理想氣體：55.3.1.2單相內(nèi)一維穩(wěn)定的分子擴(kuò)散形式：等摩爾逆向擴(kuò)散、單向擴(kuò)散一、等摩爾逆向擴(kuò)散JAJBTppA2pB2TppA1pB112A：12擴(kuò)散B：21

擴(kuò)散6等摩爾逆向擴(kuò)散：任一截面處兩個(gè)組分的擴(kuò)散速率大小相等，方向相反?？俻一定

JA=－JB

DAB=DBA=D7傳質(zhì)速率定義：任一固定的空間上，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)垂直于傳質(zhì)方向單位面積的物質(zhì)量。氣相：得Nkmol/(m2·s)8液相：討論：9（2）pA~z呈直線關(guān)系ppB1pA1pA2pB2z0zp10（1）總體流動(dòng)：因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，使得混合物從氣主體向界面處的流動(dòng)。（2）特點(diǎn)

因分子本身擴(kuò)散引起的宏觀流動(dòng)。

A和B在總體流動(dòng)中方向相同，流動(dòng)速度正比于摩爾分?jǐn)?shù)。二、單方向擴(kuò)散(一組分通過(guò)另一靜止組分的擴(kuò)散)界面氣：A，B液：A+S11

單方向擴(kuò)散包括分子擴(kuò)散和總體流動(dòng)總體流動(dòng)有利于傳質(zhì)JAJBNANMpA/pNMpB/p總體流動(dòng)NM12z12（3）傳質(zhì)速率方程1314—靜止氣膜兩側(cè)B的對(duì)數(shù)平均壓力15液相：（4）討論1）、——漂流因數(shù)，無(wú)因次16漂流因數(shù)意義：其大小反映了總體流動(dòng)對(duì)NA的影響程度；其值為總體流動(dòng)使NA比較單純分子擴(kuò)散增大的倍數(shù)。漂流因數(shù)的影響因素：

溶質(zhì)濃度高，漂流因數(shù)大，總體流動(dòng)的影響大；低濃度時(shí)，漂流因數(shù)1，總體流動(dòng)的影響小。172）pA~z呈指數(shù)關(guān)系ppB1pB2pA1pA2z18三、分子擴(kuò)散系數(shù)D物理意義：?jiǎn)挝粷舛忍荻认碌臄U(kuò)散通量，反映某組分在一定介質(zhì)中的擴(kuò)散能力。物性常數(shù)，m2/s影響因素：A、B、T、P、濃度來(lái)源：查手冊(cè)；半經(jīng)驗(yàn)公式；測(cè)定19（1）氣相D的范圍：10-5～10-4m2/s（2）液相D的范圍：10-10～10-9m2/s205.3.1.3.單相對(duì)流傳質(zhì)一、渦流擴(kuò)散渦流擴(kuò)散：流體作湍流運(yùn)動(dòng)時(shí)，若流體內(nèi)部存在組分濃度梯度，依靠質(zhì)點(diǎn)相

互碰撞和混合，組分從高濃度向低濃度方向傳遞。渦流擴(kuò)散速率：渦流擴(kuò)散系數(shù)21注意：De與D不同，不是物性常數(shù)；

De與物性、流體流動(dòng)狀態(tài)及所處的位置有關(guān)?？倲U(kuò)散速率：22TTWtWt熱流體冷流體pApAicAicA氣相液相TtGLE二、有效膜模型（1）單相內(nèi)對(duì)流傳質(zhì)壁液液氣氣界面231）層流內(nèi)層：分子擴(kuò)散，A的濃度梯度較大2）湍流主體：主要是渦流擴(kuò)散，A濃度均一化3）過(guò)渡區(qū)：分子擴(kuò)散+渦流擴(kuò)散（2）有效膜模型

單相對(duì)流傳質(zhì)的傳質(zhì)阻力全部集中在一層虛擬的膜層內(nèi)，膜層內(nèi)的傳質(zhì)形式僅為分子擴(kuò)散。δGδL24（1）氣相三、單相對(duì)流傳質(zhì)速率方程以氣相分壓差表示推動(dòng)力的氣相傳質(zhì)分系數(shù)25其他形式：相互關(guān)系：以氣相摩爾分?jǐn)?shù)差得以氣相摩爾比差26其他形式：（2）液相以液相摩爾濃度差表示推動(dòng)力的液相傳質(zhì)分系數(shù)以液相摩爾分?jǐn)?shù)差27相互關(guān)系：注意：對(duì)流傳質(zhì)分系數(shù)=f(操作條件、流動(dòng)狀態(tài)、物性）以液相摩爾比差285.3.2.1兩相對(duì)流傳質(zhì)模型三大模型：雙膜模型

雙膜模型pApAicAicA氣相液相GLE溶質(zhì)滲透模型表面更新模型5.3.2兩相對(duì)流傳質(zhì)29雙膜模型的基本論點(diǎn)（假設(shè)）（1）氣液兩相存在一個(gè)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，溶質(zhì)A以

分子擴(kuò)散方式通過(guò)氣膜和液膜。（2）相界面處兩相達(dá)平衡，無(wú)擴(kuò)散阻力.

（3）有效膜以外主體中，充分湍動(dòng)，溶質(zhì)濃度均一.

雙膜模型也稱為雙膜阻力模型305.3.3.2總傳質(zhì)速率方程（1）用氣相組成表示吸收推動(dòng)力以氣相分壓差表示推動(dòng)力的氣相總傳質(zhì)系數(shù)以氣相摩爾分?jǐn)?shù)差31以氣相摩爾比差（2）用液相組成表示吸收推動(dòng)力以液相摩爾濃度差表示推動(dòng)力的液相總傳質(zhì)系數(shù)32以液相摩爾分?jǐn)?shù)差以液相摩爾比差33由雙膜理論（3）K與k之間的關(guān)系體系服從亨利定律34同理：類似方法得：35定態(tài)吸收過(guò)程的傳質(zhì)速率方程式：氣相液相兩相間兩相間總傳質(zhì)系數(shù)K——

總推動(dòng)力（相際）——

總阻力膜或分傳質(zhì)系數(shù)k——膜內(nèi)推動(dòng)力（單相）——膜阻力36傳質(zhì)系數(shù)的關(guān)系低濃氣體吸收時(shí)，X、Y關(guān)系同x、y375.3.3.3界面上的濃度定態(tài)傳質(zhì)一、平衡關(guān)系滿足亨利定律38二、圖解法界面濃度：

I（cAi,pAi

）液膜阻力氣膜阻力操作點(diǎn)OI(界面)cA0395.3.3.4傳質(zhì)阻力與傳質(zhì)速率的控制一、傳質(zhì)阻力相間傳質(zhì)總阻力=液相(膜)阻力+氣相(膜)阻力注意:傳質(zhì)系數(shù)、傳質(zhì)阻力與推動(dòng)力一一對(duì)應(yīng)。40二、傳質(zhì)速率的控制步驟（1）氣膜控制氣膜控制：傳質(zhì)阻力主要集中在氣相，此吸收過(guò)程為氣相阻力控制。特點(diǎn)：pApAicAcAiH較大易溶氣體

41提高傳質(zhì)速率的措施：提高氣體流速；加強(qiáng)氣相湍流程度。（2）液膜控制液