吸收速率.ppt

§3、吸收速率 吸收操作的极限取决于体系的气液平衡。 吸收操作的生产强度取决于吸收速率，并且 还是吸收设备的选型和设备设计的重要依据。 一 、吸收机理—双膜理论 二、分子扩散定律—费克定律 三、吸收总系数和吸收分系数的关系 四、用比mol分率表示的总吸收速率方程 * * 　　双膜理论是以吸收质在滞流层中的分子扩散的概念为基础而推导出来的。双膜理论是刘易斯(Lewis W. K.) 和惠特曼(W.G. whitman) 在上世纪二十年代提出来 的，一直占有重要的地位。 双膜理论动画8 双膜理论的基本论点： 1、相互接触的气液两流体间存在着稳定的相界面。界面两侧各有一个很薄的有效滞流膜层。吸收质以分子扩散方式通过此二膜层。 2、在相界面处气液两相平衡。 3、全部浓度变化集中在两个有效膜层内，在膜层以外的气液两相中心区，由于流体充分湍动，吸收质的浓度是均匀的，即两相中心区内浓度梯度为0。 　　双膜理论认为：相界面处于平衡状态，在两相主体浓度一定的情况下，两膜的阻力便决定了传质速率的大小，因此双膜理论也称为双阻力理论。 　　双膜理论把复杂的相际传质过程大为简化。 对于 具有固定相界面、流速不高 的两流体之间的传质系统，双膜理论与实际情况相当符合的。根据这一理论的基本概念所确定的相际传质速率关系，至今是传质设备设计的重要依据，这一理论对于生产实际具有重要的指导意义。 但对于 具有自由相界面 高度湍流 的两流体间的传质系统，双膜理论表现出它的局限性，因为在这种情况下，相界面已不再是稳定的。 即： 界面两侧存在稳定的有效滞流膜层 的假设不成立 吸收质以分子扩散方式通过二膜层 针对双膜理论的局限性，后来相继提出了一些新理论，如 溶液渗透理论 表面更新理论 这些新理论对相际传质过程中的 界面状况 流体力学因素 等影响因素的研究和描述有所前进，但目前仍不足据以进行传质设备的计算或解决其它实际问题。 分子扩散 — 分子运动 静止流体中 层流流动的流体中 当流体处于相对静止状态或垂直于扩散方向上作滞流流动，由于浓度差的存在，则因分子运动的结果，使溶质扩散开来，直至溶质的浓度均匀一致为止，称为分子扩散过程。 是由物系的物理特性所决定的，流体质点不发生宏观位移。 单方向扩散9、分子扩散10 1、气膜中的稳定扩散 混合气体中 A—溶质 B—载体 单组分吸收 稳定扩散 在吸收过程中，气体浓度不随时间而变 分子扩散服从费克定律，A组分的扩散可表示为： —费克定律 （1） 式中: ——组分A的扩散速率，mol/s D——扩散系数, m2/s A——相间传质接触面积, m2 ——扩散距离，即膜层厚度, m CA——吸收质浓度, mol/m3 dcA/dδ——浓度梯度，负号表示扩散方向。 （向浓度梯度减小的方向扩散） 费克定律是费克在1855年提出来的，它与 1655年，牛顿粘性定律（圆管内） 1826年，傅立叶定律 相类似 同样，对组分B的扩散速率为 根据阿佛加得罗定律，在一定的温度、压强、体 积下，气体的分子数一定。 ∴， ∵， ∴， （ ） 　　B由相界面向气流主体方向扩散，与A的扩散方向相反。相界面压力PiP（因为溶质扩散到相界面即被溶解）由于有ΔP存在，就出现了总体流动，—A、B组分一起向界面流动，总体流动夹带B的量恰巧与B的分子扩散量相等，∴组分B的净流率=0。 单方向扩散9 在气膜内溶质A的分压是逐渐 。溶质A是由气相主体到相界面进行扩散；而载体B却是由相界面到气相主体进行反向扩散。在相界面上，溶质A溶于液相及载体B进行反向扩散，使相界面上的总压降低，导致气相主体与相界面间产生微小的压强差，这一压差促使气体向相界面总体流动。 的分压却是逐渐升高的 ;而载体B逐渐 降低的 ∴总体流动夹带B的流率为 总体流动夹带A的流率为 ＣＡ／ＣＢ可以理解为校正项，∵B的存在，减小了A的自由流通，即在任一截面上，CB越大，CA越小。 即 A在B中的净流率——实际吸收速率为： * 根据理想状态方程（目的是求出dCA 、CB与分压Pi的关系） 代入 * 式 分离变量积分 （凑） ∴， ∴， 设 （2） 此式为斯蒂芬公式 P/PBm 〉1 — 漂流因子（漂流因素） 漂流因子相当于顺水行舟中水的流速，船本身有速度，水流又有速度，∴总的来讲，船速加大。 令 此式为气膜吸收速率方程 Kg—气膜吸收分系数，kmol/m2.S.Pa ∴， （3） 2、液膜中的稳定扩散 　　对于液体中分子扩散速率，按照气体的扩散同样处理，可得 令 液膜吸收分系数 m/s （4） 此式为液膜吸收速率方程