6.3分子扩散与对流传质原理.ppt

6.3 传质机理与吸收速率 物质在相间传递包括三个步骤： 由气相主体传递到相界面 6.3.1 双组分混合物中的分子扩散 费克（Fick)定律 2、等分子反向扩散 2、等分子反向扩散 稳定传质时，在静止（或层流）的气体中，若各处总压相等。 3、单向扩散 在吸收过程中，A被液体吸收cAcAi ，存在JA。B不溶解于液相为惰性组分，为界面阻留，cBicB,存在JB。 单向扩散 比 较 6.3.2 分子扩散系数 扩散系数为物质的传递性质，与温度、压力和混合气体的浓度有关。 1.气体中的扩散系数 6.3.3 湍流流体中的扩散 对流传质：流动的流体与相界面之间的物质传递。 对流传质分析： 2、对流传质速率 6.3.4 对流传质理论 双膜模型（有效膜理论）：Whiteman在1923年提出 6.3.4 对流传质理论 双膜模型(有效膜理论)： 2、溶质渗透模型 6.3.5 相际传质 1、总传质速率方程(推导过程基于亨利定律和双膜理论) 2、传质速率方程的其他形式 3、界面浓度及传质阻力 (2) 吸收过程的阻力分析 b、液相阻力控制(难溶气体，m大） 4.传质速率方程总结　(见课本 p210, 表 6-3 ) * y yi 气液相界面 气相 液相 x xi A 相界面上的溶解 自相界面向液相主体传递 物质在单相中的传递机理有： 分子扩散：在静止(或作平行于相界面的层流流动）的流体中，靠分子微观热运动导致组分由高浓度向低浓度的传递。类似于传热中的热传导。 对流传质：流动流体与相界面之间的物质传递。类似于传热中的对流传热。 式中：cA－组分A的浓度，kmol/m3 －组分A的浓度梯度（沿浓度增大方向为正），kmol/m3 DAB－组分A在介质B中的分子扩散系数,m2/s JA －组分A的扩散通量，kmol/m2.s 对双组分混合物，若总浓度不变，cM=cA+cB=常数 相界面i p=pA+pB=pAi+pBi=常数 若 pApAi，必有cBcBi，A、B两组分反向扩散。 扩散方向 浓度 CM CA CAi CB CBi 上式条件：如液相能以相同速率向界面提供B组分，保持cBi不变，上式成立。 Z JA JB PQ NA NB JA= -JB,通过任一截面PQ的净物流为零。 JA 相界面 Q P JB 界面处P↓，使得主体与界面产生微小的压差ΔP，促使混合气体向界面流动，产生主体流动。 主体流动N NA 微小ΔP足以造成必要的主体流动，各处总压仍可认为相等，即JA＝－JB依然成立。 扩散方向z 由于主体流动使单向扩散速率NA是等分子反向扩散速率JA的cM/cBm(或p/pBm)倍。 cM/cBm(或p/pBm)恒大于1，当cA较小时， cM/cB(或p/pBm)≈1.0 扩散方向 浓度 Z cA cAi cB cBi 等分子反向扩散： 单向扩散： D0为T0、P0时的扩散系数 2、 液体中的扩散系数 讨论：D气≈105D液，组分在液体中的摩尔浓度较气体大，组分在气相中的扩散速率越为液相的100倍。 传质方向 浓度 N M 气液相界面 静止流体 层流 湍流 组分的浓度分布图 湿壁塔 与对流传热类似，将流体与界面之间的传质速率NA写成与牛顿冷却定律相似的形式。 溶质在气相与气液界面之间的对流传质速率： 式中：kG－以分压差为推动力的气相传质系数，kmol/(m2.s.kPa) ky－以摩尔分率差为推动力的气相传质系数，kmol/(m2.s) NA－对流传质速率，kmol/(m2.s) 溶质在气液界面与液相之间的对流传质速率： 式中：kL－以摩尔浓度差为推动力的液相传质系数，m/s kx－以摩尔分率差为推动力的液相传质系数，kmol/(m2.s) 相界面 p pi ZG δ ci c ZL 三个基本观点： （1）相界面两边分别存在一个稳定的层流膜，溶质以分子扩散的方式通过两个膜层； （2）在相界面上两相平衡； （3）在湍流主体浓度梯度为零。 适用的体系：湿壁塔、低气速填料塔等。 相界面 p pi ZG δ ci c ZL 气相若为单向扩散： 液相若为单向扩散： 即 3、表面更新模型 气液相界面 气相 y yi 液相 x xi 吸收时的浓度分布图 Ky、Kx－以总摩尔分率差为推动力的总传质系数，kmol/(m2.s) （1）界面浓度的确定 a、作图法 b、解析法 a、气相阻力控制(易溶气体，m小） x y xi yi ye x* 气相阻力控制 强化传质的措施：G↑Ky↑ 例：水吸收空气中的氨 y x yi xi xe ye 液相阻力控制 例：水吸收CO2、O2等 强化传质的措施：L↑Kx↑ 注意：（１）传质系数与传质推动力必须对应； 　　　（２）