化工原理第五章(吸收过程的传质速率).ppt

第三节 吸收过程的传质速率 一、分子扩散与菲克定律 二、单向对流传质过程 三、两相间的传质过程 四、吸收过程的总传质速率方程 用液相组成表示吸收推动力时，总传质速率方程均称为液相总传质速率方程，具体如下： 【说明】①可用任意一个公式进行计算； ②传质系数必须与推动力的组成表示法相对应。 一些物质在水中的扩散系数（20℃，稀溶液） 注：DCO2=1.50×10-9（m2/s） （3）气体扩散系数的估算 ①在简化条件下，经分子运动论的理论推导与实验修正，Fuller（富勒）等人提出了如下半经验公式 ： ②当知道某一温度和压力下的扩散系数时，可由下式求算另一温度和压力下的扩散系数： （4）液体中的扩散系数的估算 对于很稀的非电解质溶液（溶质Ａ＋溶剂Ｂ），其扩散系数常用惠尔凯（Wilke-Chang）公式估算： 对给定的系统，可由温度 T1下的D1扩散系数推算T2下的D2，如： 二、单相对流传质过程 【定义】流动着的流体与某一界面（如气液相界面）之间或两个有限互溶的流动流体之间发生的传质，称为对流传质。 【特点】同时存在分子扩散与涡流扩散。 1、什么是涡流扩散（湍流扩散） 【定义】依靠流体质点的位移，使组分从浓度高处向浓度低处移动的过程，称为涡流扩散。 【表达式】因质点运动无规则，所以涡流扩散速率很难从理论上确定，通常采用描述分子扩散的菲克定律形式表示，即： 式中 JA——涡流扩散速率，kmol/(m2·s)； DE——涡流扩散系数，m2/s。 2、涡流扩散速率 （1）涡流扩散系数与分子扩散系数不同，DE不是物性常数。影响DE的因数众多，其值与流体流动状态及所处的位置有关，DE的数值很难通过实验准确测定； （2）由于涡流扩散是借助于流动质点的位移进行的质量传递，故其扩散速率远大于分子扩散速率； （3）物系内各处的浓度比较均匀。 【有关说明】 层流内层——分子扩散 过渡区——分子扩散、涡流扩散 湍流主体——涡流扩散 气相 液相 相界面 3、对流传质速率 （1）过程分析 一般情况下，对流传质速率可写成： （2）对流传质速率的计算式 【说明】（1）由于DE不像D那样是物性参数，它与流体的湍动程度有关，也与流体质点的位置有关，既不能使用公式计算，也难于用试验的方法测定。 （2）NA的表达式形式好看但不好用，并不能将NA的表达式积分求出对流传质速率NA。 4、有效层流膜模型 （1）对流传质的传质阻力全部集中在一层虚拟的层流膜层内，膜层内的传质形式仅为分子扩散。 （2）层流膜外流体高度湍流，无浓度差（没有推动力），故没有质量传递过程。 （3）层流膜的厚度ZL 层流内层分压梯度线延长线与液相主体浓度线cA相交于一点L，L到相界面的垂直距离。 气相 液相 【模型要点】 （1）膜的厚度为ZL ； （2）膜内为分子扩散； （3）膜外无浓度差，因此不存在传质过程。 有效层流模模型示意图 【模型的作用】将复杂的对流扩散过程处理成了一个简单的分子扩散过程。 cAi cA 相界面 ZL L 5、气（膜）相传质速率方程式 按照有效层流膜模型，结合单向扩散速率方程，可以得到气相对流传质速率方程式： 式中 ZG——有效（气）膜的厚度； pA——气相主体（膜外）A组分的分压； pAi——相界面上A组分的分压。 令： ——气（膜）相传质系数 【说明】由于ZG既不能直接计算，也难于实验测定，但对于一定的操作条件，kG是一定的。因此，实际过程一般通过实验测定kG，或通过经验公式计算。由此可得到用于工程计算的传质速率方程式： 6、液（膜）相传质速率方程式 对于液相，按照类似的处理，可以得到： 式中 ZL——有效（液）膜的厚度； cA——液相主体A组分的浓度； cAi——相界面上A组分的浓度。 其中： ——液（膜）相传质系数 6、单相对流传质速率方程的表现形式 单向对流过程的传质速率可以表示为： 传质速率＝传质系数×推动力（通式） 由于推动力有多种不同的表示法，吸收的传质速率方程有多种形式。 （1）气相传质速率方程的具体形式 式中 kG——以气相分压差表示推动力的气相传质系数，kmol/（m2·s·kPa）； ky——以气相摩尔分率差表示推动力的气相传质系数，kmol/（m2·s）； kY——以气相摩尔比差表示推动力的气相传质系数，kmol/（m2·s）； pA、y、Y——分别为溶质在气相主体中的分压、摩尔分率和摩尔比； pi、yi、Yi——分别为溶质在相界