吸收第三节

化工传质与分离过程第二章吸收回顾：分子扩散与菲克定律等分子反方向扩散：分子扩散概念：分子无规则热运动——静止或滞流流体菲克定律：AAABdcJDdz扩散通量＝一组分通过另一停滞组分的扩散：定态分子的扩散：12()AADppRTzANADNRPTzBmA1A2（p-pp）总体流动：A、B分子递补运动漂流因子：PBmp12lnBBppB1B2（p-p）第二章吸收2.2.5对流传质（1）涡流扩散机理流体质点的湍动和漩涡涡流扩散通量DE不是物性常数，与物性、湍动程度有关，随位置而变对流扩散AAEdcJ(D)Ddz＝概念流体（湍流主体）与相界面之间的传质，分子扩散、涡流扩散两种传质作用的总和表达式AAEdcJDdz＝第二章吸收2.2.5对流传质（2）对流扩散流体流动与扩散滞流内层：分子扩散湍流主体：涡流扩散过渡区：分子扩散和涡流扩散pAZ相界面滞流内层厚度气相有效膜厚度ZG浓度分布有效滞流膜层的传质推动力即为气相主体与相界面的分压之差传质阻力主要在有效膜层内有效膜层内以分子扩散形式传递AGDNRTzPBAmAi（p-pp）GAAi=k（p-p）AANGi忽略下标，=k（p-p）第二章吸收2.2.6吸收过程的机理双膜理论双膜理论——停滞膜模型模型要点:气膜液膜界面传质方向气相主体液相主体ZGZLppicci*相界面处存在一层虚拟的停滞膜;*膜外为流体流动的湍流区,*停滞膜非常薄,膜内无物质累积,为稳态分子扩散.*对流传质阻力全部集中于停滞膜内.传质速率方程AGPDNRTziGiBm（p-p）=k（p-pp）'ALNcDziLiBm（c-c）=k（cc-c）局限对于多数传质设备，不具备固定界面，停滞膜的设想不能反映实际情况第二章吸收2.2.6吸收过程的机理溶质渗透理论（1）液面由无数微小的流体单元构成；每个微元与气相的接触时间相同，接触后，被来自液相主体的新单元取代，而其自身返回液相主体接触时间θ＝0z≥O(液面、液体内部）,保持液相主体浓度c0接触时间θ0z=0(液面或相界面）处，立即达到与气相呈平衡的浓度ciz0(液体内部）,cci,一维非定态扩散方式渗入液体内，不同θ，浓度分布发生变化,z=∞处c=c0接触时间θ＝∞z≥O(液面、液体内部）,液相浓度ciccic0Z接触时间θ增大的方向θ=0θ=∞液相中浓度分布与接触时间关系第二章吸收2.2.6吸收过程的机理溶质渗透理论（2）ccic0Z接触时间θ增大的方向θ=0θ=∞液相中浓度分布与接触时间关系模型要点:☆相界面上，液、气组成达到平衡,即使传质推动力为零。☆溶质向界面液膜纵深z向渗透，膜内渗透过程非稳态分子扩散过程。☆液膜之外为稳态扩散传质速率方程:4'ADNiLi（c-c）=k（c-c）特点:☆描述湍流下的传质机理提供了更合理的解释☆液体微元的接触时间相同（实际上不同）第二章吸收2.2.6吸收过程的机理表面更新理论模型要点:☆液体表面始终处于不断为液体微团更新过程之中。☆界面上气液成平衡状态。☆溶质组分以非稳态分子扩散方式传递到液体微团中。☆相界面上各液体微团暴露于气相的时间不同，符合随机的“寿命”分布规律。传质速率'ANDsiLi（c-c）=k（c-c）,s更新常数传质理论仍不断发展，具有一定的启发和指导意义第二章吸收2.2.7吸收速率方程式过程速率与推动力过程的速率＝推动力/阻力＝系数×推动力AGPDNRTziGiBm（p-p）=k（p-pp）'ALNcDziLiBm（c-c）=k（cc-c）4'ADNiLi（c-c）=k（c-c）'ANDsiLi（c-c）=k（c-c）,s更新常数定态过程，相界面两侧的气、液膜层中的传质速率相等第二章吸收2.2.7吸收速率方程式气膜和液膜吸收速率方程式ANGik（p-p）阻力＝1/kGANyik（y-y）气膜吸收速率方程式推动力(p-pi)推动力(y-yi)阻力＝1/kx液膜吸收速率方程式推动力(ci-c)推动力(xi-x)ANLik（c-c）ANxik（x-x）阻力＝1/kL阻力＝1/kxky=PkGkx=CkLC总浓度推动力与阻力（或系数）的表达要一一对应第二章吸收2.2.7吸收速率方程式界面浓度界面处气液浓度符合平衡关系定态操作，气相、液相传质速度相等Pi=ci/H()AiNccGiLk（p-p）=kiLiGppkcck直线方程（pi,ci）是平衡方程和上述直线方程的交点ppiccic*p*AB斜率=-(kL/kG)第二章吸收2.2.7吸收速率方程式总吸收系数和总吸收速率方程(1)提出问题：解决方法：传质推动力：两相主体浓度未达相平衡，主体浓度与其平衡浓度差额以两相主体浓度的某种差值代表总推动力界面浓度难测定以(p-p*)表示总推动力的速率方程以(c*-c)表示总推动力的速率方程AN*GK（p-p）111GLGKHkkAN*LK（c-c）11LLGHKkk第二章吸收2.2.7吸收速率方程式总吸收系数和总吸收速率方程(2)总系数系数KG的讨论111GLGKHkk即：总阻力＝液膜阻力+气膜阻力易溶气体，H很大11LGHkk11GGKk气膜控制难溶气体，H很小11LGHkk11GLKHk液膜控制Pi=ci/Hppiccip*AIppiccip*c*AI*()()ipppp*()()ipppp*()()icccc第二章吸收2.2.7吸收速率方程式总吸收系数和总吸收速率方程(3)以(Y-Y*)表示总推动力的速率方程以(X*-X)表示总推动力的速率方程*YK()ANYYYKGKP*XK()ANXXXKLKC第二章吸收2.2.7吸收速率方程式小节气、液膜系数表示的速率方程式总系数系数表示的速率方程式ANGik（p-p）ANyik（y-y）ANLik（c-c）ANxik（x-x）AN*GK（p-p）AN*LK（c-c）*YK()ANYY*XK()ANXXky=PkGkx=CkLC总浓度111GLGKHkkYKGKP11LLGHKkkXKLKC推动力与阻力（或系数）的表达要一一对应作业P142：7，8思考题1.分子扩散与涡流扩散过程有何不同？2.总体流动对传质过程有何影响？3.相际传质过程的双膜模型的要点是什么4.怎样判断吸收过程是气膜控制过程还是液膜控制过程5.各种以不同传质推动力表示的传质速率方程之间有什么联系？第二章吸收以(p-p*)表示总推动力的速率方程p*为与液相主体浓度c平衡的气相主体分压*cpHiicpHANLi代入：k（c-c）HHHAN**LiLi得：k（p-p）=k（p-p)HANi*L（-p)kp（1）ANGi由：k（p-p）ANGip得：（p-）（2）k*111)LGppHkkA（）与（2）相加:N(G111KLGHkk令＝AN*GK（p-p）第二章吸收以(c*-c)表示总推动力的速率方程c*为与气相主体分压p平衡的液相主体浓度*cpHiicpHGANi代入：k（p-p）HAN*Gik得：=（c-c)HAN*Gi（c-)kc（1）ANLi由：k（c-c）ANiL得：（-c）kc（2）*11)LGHcckkA（）与（2）相加:N(L11KLGHkk令＝AN*LK（c-c）第二章吸收以(Y-Y*)表示总推动力的速率方程Y*为与液相主体浓度X平衡的气相主体浓度（摩尔比）AN*GK（p-p）pPy1YyY1YpPY***1YpPY同理：**()11AGYYNKPPYY**()(1)(1)GKPYYYYY*K(1)(1)GKPYY令*YK()ANYYYKGKP第二章吸收以(X*-X)表示总推动力的速率方程X*为与气相主体浓度Y平衡的液相主体浓度（摩尔比）AN*LK（c-c）pCy1XxX1XcCX***1XcCX同理：**()11ALXXNKCCXX**()(1)(1)LKCXXXXX*K(1)(1)LKCXX令*XK()ANXXXKLKC