吸收5-2.ppt

返回 2-2-1 分子扩散与费克定律 二、等摩尔逆向扩散 三、组分A通过静止组分B的扩散 四、分子扩散系数 五、单相内的对流传质 六、两相间传质的双膜理论 七、总传质速率方程 八、传质速率方程的各种表达形式 第二节、吸收过程的传质速率 吸收过程： （1）A由气相主体到相界面，气相内传递； （2）A在相界面上溶解，溶解过程； （3）A自相界面到液相主体，液相内传递。 单相内传递方式：分子扩散；对流扩散 分子扩散现象： 一、分子扩散与菲克定律 分子扩散：在静止或滞流流体内部，若某一组分存在浓度差，则因分子无规则的热运动使该组分由浓度较高处传递至浓度较低处，这种现象称为分子扩散。 扩散通量：单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积扩散的物质量，以J 表示，kmol/(m2·s)。 菲克定律：温度、总压一定，组分A在扩散方向上任一点处的扩散通量与该处A的浓度梯度成正比。 JA——组分A扩散速率(扩散通量)，kmol/（m2·s）； ——组分A在扩散方向z上的浓度梯度(kmol/m3)/m； DAB——组分A在B组分中的扩散系数，m2/s。 负号：表示扩散方向与浓度梯度方向相反，扩散沿 着浓度降低的方向进行 理想气体： = 二、等摩尔逆向扩散 分子扩散两种形式：等摩尔反向扩散，单向扩散。 JA JB T p pA2 pB2 T p pA1 pB1 1 2 1、等摩尔逆向扩散：任一截面处两个组分的扩散速率 大小相等，方向相反。 总压一定 = JA=－JB　　 DAB=DBA=D 2. 等分摩尔反向扩散传质速率方程 传质速率定义：任一固定的空间位置上， 单位时间内通过单位面积的物质量，记作N, kmol/(m2· s) 。 NA= 气相： NA= 液相： 3. 讨论 （1） （2）组分的浓度与扩散距离z成直线关系。 p pB1 pA1 pA2 pB2 扩散距离z 0 z p （3）等摩尔反向扩散发生在蒸馏过程中。 三、组分A通过静止组分B的扩散 1. 整体流动：因溶质Ａ扩散到 界面溶解于溶剂中，造成界面与主体的微小压差，使得混合物向界面处的流动。 1 2 JA JB NMcA/c NMcB/c 总体流动NM NA 2. 总体流动的特点： （1）因分子本身扩散引起的宏观流动。 （2）A、B在总体流动中方向相同，流动速度正比于 摩尔分数。 3. 单向扩散传质速率方程 ——微分式 在气相扩散 ——积分式 ——积分式 ——积分式 液相： 4. 讨论 （1）组分A的浓度与扩散距离z为指数关系 （2） 、 ——漂流因数，无因次 漂流因数意义：其大小反映了总体流动对传质速率的影响程度，其值为总体流动使传质速率较单纯分子扩散增大的倍数。 （3）单向扩散体现在吸收过程中。 四、分子扩散系数 扩散系数的意义：单位浓度梯度下的扩散通量，反映某组分在一定介质中的扩散能力，是物质特性常数之一；D，m2/s。 D的影响因素：A、B、T、p、浓度 D的来源：查手册；半经验公式；测定 1. 气相中的D 范围：10-5～10-4m2/s 经验公式 2. 液相中的D 范围：10-10～10-9m2/s 【例5-3】有一直立的玻璃管，底端封死，内充丙酮，液面距上端管口11mm，上端有一股空气通过，5小时后，管内液面降到距管口20.5mm，管内液体温度保持293K，大气压为100kPa，此条件下，丙酮的饱和蒸气压为24kPa。求丙酮在空气中的扩散系数。 z 空气 丙酮 五、单相内的对流传质 一、涡流扩散 涡流扩散：流体作湍流运动时，若流体内部存在浓度梯度，流体质点便会靠质点的无规则运动，相互碰撞和混合，组分从高浓度向低浓度方向传递，这种现象称为涡流扩散。 ——涡流扩散速率，kmol/(m2·s)； ——涡流扩散系数，m2/s。 注意：涡流扩散系数与分子扩散系数不同，不是物性 常数，其值与流体流动状态及所处的位置有关 。 总扩散通量： T TW tW t 热流体 冷流体 ?T ?t pA pAi cAi cA 气相 液相 ?G ?L E 二、有效膜模型 1. 单相内对流传质过程 （1）靠近相界面处层流内层：传质机理仅为分子扩散，溶质A的浓度梯度较大，pA随z的变化较陡。 （2）湍流主体：涡流扩散远远大于分子扩散，溶质浓度均一化，pA随z的变化近似为水平线。 （3）过渡区：分子扩散+涡流扩散，pA随z的变化逐渐平缓。 2. 有效膜模型