传质机理与吸收速率

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3、图2-6扩散现象如图2-6所示的容器中，用一块隔板将容器分为左右两室，两室分别盛有温度及压强相同的A、B两种气体。当抽出中间的隔板后，分子A借分子运动由高浓度的左室向低浓度的右室扩散，同理气体B由高浓度的右室向低浓度的左室扩散，扩散过程进行到整个容器里A、B两组分浓度均匀为止。3.扩散通量：扩散进行的快慢用扩散通量来衡量，定义为：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，成为扩散通量。4.菲克定律：由两组分A和B组成的混合物，在恒定温度、总压条件下，若组分A只沿方向扩散，浓度梯度为，则任一点处组分A的扩散通

4、量与该处A的浓度梯度成正比，此定律称为菲克定律，数学表达式为：                  （2-9）式中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。2.3.2气相中的定态分子扩散1．等分子反方向扩散（1）等分子反方向扩散如图2－7所示，当连通管内任意截面上单位时间单位面积上向右传递A分子数与向左传递的B分子数相等时，这种情况称为等分子反方向扩散。若以A的传递方向（z）为正方向，则可写出下式，即：                             （2－10）式中：    JB——为B物

5、质在z方向上的扩散通量，kmol/（m2·s）负号表示与JA反向。根据菲克定律可知：           在总压不很高的情况下，组分在气相中的浓度c可用分压p表示，即：式中nA、nB―分别为A、B组分的物质的量，kmol；T―热力学温度，K；V―气体总体积，m3；R―通用气体常数，，其数值可取为8.314。总浓度C可用总压P表示，即：=常数所以dcB=d（C－cB）＝－dcA将上述关系代入式2－10，得：  得到DAB＝DBA           （2-11）上式表明，由A、B两种气体所组成的混合物中，A和B的扩散系数

6、相等。（2）等分子反方向分子扩散速率方程式传递速率：在任一固定的空间位置上，单位时间内通过单位面积的A物质的量，称为A的传递速率，以NA表示，其单位为kmol/（m2·s）。在单纯的等分子反方向扩散中，物质A的传递速率应等于物质A的扩散通量，即：                      （2－12）而且，对于上述条件下的定态过程，连通管内各截面上的NA应为常数，则dpA／dz也是常数，即pA－z应成直线关系，见图2－7。将式2－12分离变量并进行积分，积分限为：z1＝0 pA＝pA，1（截面1）z2＝z pA＝pA，

7、2（截面2）则可得到：解得传递速率为          （2－13）2．一组分通过另一“停滞”组分的扩散(1)一组分通过另一“停滞”组分扩散的分析令由A、B两组分组成的混合气体与液相接触，假设在相界面处只允许A组分通过而不允许B组分通过，在操作条件下液相又没有明显的气化现象，于是进行着A组分的单方向扩散过程，如图2－8所示。吸收过程中的传递现象即属此情况。由于A组分通过相界面溶于液相中，因而在气、液相界面的气膜一侧，A组分的浓度低于气相主体中的浓度，由于A组分的溶解，组分B的浓度高于气相主体，故B由相界面向气相主体扩散

8、。在浓度差的作用下，两组分进行着扩散通量数值相等而方向相反的传递现象，即单从分子扩散角度来看，。同时，由于A组分从气相跨过相界面溶于液相中，而液相又不能向气相返回分子，因此在相界面的气膜内必出现空穴，于是气相主体与相界面处之间出现微小的总压差，这样便产生A、B两种分子一齐向界面递补空缺的现象。这种递补运动称为“总体流动”。在定态下