吸收过程的传质速率

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1、第三节吸收过程的传质速率吸收过程：（1）由气相主体到相界面气相一侧；（2）在相界面上溶解，从相界面气相一侧进入液相一侧；（3）从液相一侧界面到液相主体。气相主体气相主体相界面一、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。AB扩散速率（rateofdiffusion）：单位时间通过单位面积扩散的物质量，J表示，kmol/(m2·s)。费克（Fick）定律：—组分A沿扩散方向z上的浓度梯度（kmol/m4）；JA—组分A扩散速率，kmol/（m2·s）

2、；DAB—分子扩散系数（moleculardiffusivity），或简称扩散系数，m2/s。说明：①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下标AB表示组分A在组分B中扩散。理想气体：式中pA—气体混合物中组分A的分压力，kPa；T—热力学温度，K；R—摩尔气体常数，8.314kJ/（kmol·K）分子扩散两种形式：①双组分等摩尔相互扩散，或称等摩尔逆向扩散(equimolarcounterdiffusion)②单方向扩散(unidirectionaldiffusion)，或称组分A通过组分B的扩散(diffusionofAthr

3、oughstagnentB）。二、等摩尔逆向扩散JAJBTPpA2pB2TPpA1pB112pA1pB1pB2pA2PZ1Z2Z等摩尔逆向扩散：A、B两个组分相互扩散的物质量nA、nB相等，此时两组分的扩散速度相等，但方向相反。总压一定因为：JA=－JB所以：DAB=DBA=D1.总体流动：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。2.总体流动的特点：①因分子本身扩散引起的宏观流动。②A、B在总体流动中方向相同，流动速度正比于摩尔分率。三、单方向扩散NAM、NBM—整体移动中组分A、B的传递速率，kmol/(m2·s

4、)；pA、pB—组分A、B的分压力，kPa。A扩散JAB扩散JB整体移动中B的传递NBM整体移动中A的传递NAMp总压ppB1pA1pA2pB2pBpA气相主体0ZZ图5-9单方向扩散界面气相中组分A单方向扩散时的传质速率方程气相：液相：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。漂流因数的影响因素：A浓度高，漂流因数大，总体流动的影响大。A低浓度时，漂流因数近似等于1，总体流动的影响小。——漂流因子或移动因子(driftfactor)四、分子扩散系数扩散系数的意义：反映某组分在一定介质中的扩散能

5、力，是物质特性常数之一；D，m2/s。D的来源：查手册；半经验公式；测定D的影响因素：介质种类、温度、压力、浓度（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：10-9～5×10-9m2/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空气丙酮单位面积液面汽化的速率用液面高度变化的速率：=解流体作湍流运动时，由于质点的无规则运

6、动，相互碰撞和混合，若存在浓度梯度的情况下，组分会从高浓度向低浓度方向传递，这种现象称为涡流扩散。因质点运动无规则，所以涡流扩散速率很难从理论上确定，通常采用描述分子扩散的菲克定律形式表示，即五、单相内的对流传质——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：（一）、单相内对流传质的有效模型TTWtWt热流体冷流体pApAicAicA气相液相TtZGZLG1）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

7、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。膜模型(filmmodel)：单相对流传质的传质阻力全部集中在一层虚拟的膜层内，膜层内的传质形式仅为分子扩散。有效膜厚ZG由层流内层浓度梯度线延长线与流体主体浓度线相交于一点G，则厚度ZG为G到相界面的垂直距离。—以分压差表示推动力的气相传质系数，kmol/（m2·s·kPa）。（二）气相传质速率方程kG（三）液相传质速率方程kL—以液相组成摩尔浓度表示推动力的液相传质系数，kmol/（m2·s·kmol/m3

8、）或m/s。六、两相间传质的双膜理论相际对流传质三大