化工传递论文..docxVIP

气液传质机理理论研究摘要：气液传质在化工过程中普遍存在，研究者对流体流过固体表面、气体流过液体表面的传质过程提出了许多理论和模型，大致分为经典模型和湍动漩涡理论。本文主要对这两类理论和模型作简要的介绍。关键词：气液传质；理论；模型The Research on Theory of Gas-liquid Mass Transfer MechanismAbstract: the Gas-liquid mass transfer is ubiquitous among chemical process. Researchers have put forward many theories and models to the mass transfer of fluid flowing through the solid surface and gas flowing through the liquid surface which mainly divided into classical model and the turbulence theory. This article main simply introduce the two types of theories and models.Keywords: Gas-liquid Mass Transfer; theory; model1.经典传质理论气液传质在化工过程中普遍存在，例如吸收过程是一种常见的化工单元操作，也是典型的两相传质过程，广泛应用于气体分离、有害气体净化、制备气体溶液等[1]。自1923年Whitman提出双膜理论以来，已有众多学者对流体流过固体表面、气体流过液体表面的传质过程提出了许多理论和模型，可将其大致分为经典理论和湍动旋涡理论。经典传质理论包括膜理论、渗透理论和表面更新理论，这三种理论是最早被提出且最简单实用的模型，但同时也存在很大的局限性。[2]1.1膜理论膜理论，又称为停滞膜理论，由Nernst于1904年首先提出，是最早从理论上对传质过程进行数学描述的理论，该理论认为无论界面上的流体是滞流还是湍流，对传质的阻力全部集中在靠近界面的一层停滞不动的膜中，这层膜的厚度要比滞流内层大，对分子扩散传质的阻力就等于实际对流过程的阻力。该理论既可以用于质量传递也可以用于热量传递，尤其对带有化学反应的气液吸收过程能给出比较精确的传质速率。Whitman于1923年将其发展为双膜理论，假设相互接触的气液两相存在一固定的相界面，相界面两侧分别存在气膜和液膜；膜内流体为滞流流动，膜外流体为湍流流动，传质阻力主要集中在界面两侧的膜内；溶质经过两膜层的传质方式为稳态分子传质，在相界面处，气液两相处于平衡状态。由此得到的传质系数表达式为： （1-1）其中——传质系数——扩散系数——膜厚度后来，Lewis对该理论的使用条件和影响因素进行了讨论，认为该模型对传质机理假定过于简单，忽略了膜内的物质积累和对流传质的存在，仅在稳态传质和Sc数较小时才能成立。因此对许多传质设备，双膜模型并不能准确反映传质的真实情况。但模型简明易懂，同时便于对传质过程进行数学处理，目前在工程上仍被广泛采用。Hansen利用双膜理论拟合出牛血清蛋白在阴离子交换塔中的传质系数，并与表观驱动力模型进行了对比，结果表明双膜理论比表观驱动力模型更适用；Rashid根据双膜理论推导出气体通过气－液界面时物理化学参数（如：扩散系数、分配系数、总传质系数、气膜或液膜传质系数、气相或液相传质阻力、液相侧静止膜厚度）的理论预测公式，并与文献中的经验公式及实验数据进行了比较，证明该理论预测具有较高的精度；Wang[3]在反应动力学模型的建立过程中，利用双膜理论确两相间催化剂的传质级相平衡关系，得到非常满意的结果；Markus[4]以双膜理论为基础推导出MDEA气体净化过程的传质模型。但双膜理论仅适用于稳态传质，只有当Sc数较小时，上述假设才近似成立，误差较小。1.2渗透理论Higbie提出了渗透理论，该理论将相际传质处理为一个动态过程。假定当液体处于湍流条件下，来自湍流主体的旋涡或微元体运动到界面上与气体接触并停留一段时间，并假设该时间段为常数，在该时间段内两相发生传质，相界面一侧立即达到与气相的平衡状态，另一侧为主体浓度，此间在界面上发生不稳定分子传质，传质速率随时间而递减。由于流体单元在界面处暴露的时间有限，旧的流体微元将被新的流体微元置换回到液相主体中，所以在流体深处仍保持原来的主体浓度，如此循环，流体微元不断进行交换。并假定相界面浓度恒定，忽略对流通量。传质系数表达式为： （1-2）其中——停留时间Jeong利用渗透模型结合一些对传质过程的假设推导出挥发性气体在气－液两相界面传质系数模型，并与实验数据进行了对